中式卷烟风格特征剖析

中国烟草总公司 科技重点项目实施进展报告科技重点项目实施进展报告 数据计算结果阶段性汇报数据计算结果阶段性汇报 一 项目运转概况一 项目运转概况 1 程序变动 程序变动 数据处理工作所需要的程序在今年 3 月份基本的框架和算法程序已经完成 自香烟各 类测试数据逐步完成 进入到实质的计算阶段后 根据程序实际运转过程中遇到的问题 包括结果阅读的方便性 对结果可靠度的考虑 为此 在原来的基础上 继续对程序进行 了如下的修改 并经过多套实测数据的测试 样本 变量信息汇总 在样本管理和计算结果保留的样本和因子信息更完整 使 结果更容易阅读 增加了变量投影 直观显示出每个因子对最终投影结果的影响 使变量的选择更 加直观化 为了增加计算结果的可信度 计算结果全部采用交叉验证的方式预报 以验证模 型的有效性 2 目前拥有的数据测试集 目前拥有的数据测试集 2010 年 3 月后 前期安排的 93 种香烟中各种理化指标测试工作及其对应的专家评吸 结果逐完成 形成了比较完整的三套数据系列 1 54 种中式卷烟完整的化学 物理测量与对应的评吸质量指标 风格口味 香气风 格 2 经过试验补充 将检测的香烟的品种数增加到了 80 种 其中包括欧 美 日式香 烟 形成了一套包括中国 美式 欧 日式香烟的教完整的物化测量数据和评吸结果的数 据 3 93 种香烟理化测量数据与香烟类型之间的关系 部分香烟的评吸数据尚未完成 3 原定数据处理的目标 原定数据处理的目标 在以上 3 组数据的支持下 数据处理工作围绕前期制定的如下目标展开 中式 美式 日式卷烟不同类型之间的风格差异与化学成分的相关性 不同地域国产卷烟之间的风格特征差异与化学成分的相关性 失败 中式卷烟代表品牌之间的风格差异与化学成分的相关性 表征方法探索与数学模型建立 4 4 已取得的成果 已取得的成果 通过实例数据的分析计算 目前已经取得了一些初步的成果 形成了一些初步的结论 包括 与中 日 美 欧不同地域香烟有效的化学成分信息 54 种中式香烟与评吸香韵相关的化学成分的组成 80 种香烟 含国内外香烟 的评吸香韵 香型 口味与化学成分的关系分析 除了上述教明确的结论外 也尝试了 不同地域国产卷烟之间的风格特征差异与化学 成分的相关性 我们把烟草厂商分为北方 南方 欧 美 日等地域 计算结果失败 这 或许是分类指标设置的不合理 也可能是各卷烟商所使用的烟草有很多互相重叠的成分 二 计算结果 1 与中 日 美 欧不同地域香烟分类有效的化学成分信息的提取 针对每组测量数据 以地域为分类目标 中式烤 中式混合 欧 美 日五类 以 PCA 和 PLS 为计算手段 得到的计算结果汇总如下 每个子系统前的数字代表有效样本数 量测子系统计算结果预判 8484 顶空顶空 类型类型经自标度后 样品在一个维度上基本可以分开经自标度后 样品在一个维度上基本可以分开 93Amadori93Amadori 化合物化合物未经自标度 中式烤烟独成一类 每类样品聚集度高未经自标度 中式烤烟独成一类 每类样品聚集度高 9393 阴离子阴离子无论是否自标度 中式烤烟能与其他类别分开无论是否自标度 中式烤烟能与其他类别分开 9393 阳离子阳离子分类效果显著分类效果显著 9393 氨基酸氨基酸经自标度后经自标度后 PLSPLS 有分类趋势 中式烤烟独成一类有分类趋势 中式烤烟独成一类 9393 糖糖分类有一定趋势分类有一定趋势 9393 多酚多酚分类较好 主要分类贡献来自第一主成分分类较好 主要分类贡献来自第一主成分 9393 中性致香中性致香经自标度后经自标度后 PLSPLS 分类最好 中式烤烟有分类趋势分类最好 中式烤烟有分类趋势 9393 生物碱生物碱除了极个别样本 除了极个别样本 PLS PCAPLS PCA 均分类良好均分类良好 9393 有机酸有机酸经自标度的经自标度的 PLSPLS 分类结果最好 每个类别都能分开分类结果最好 每个类别都能分开 9393 烟草常规烟草常规未经自标度化一维可分 自标度后二维可分未经自标度化一维可分 自标度后二维可分 8484 烟气常规烟气常规分类情况不佳 部分香烟重做后分类结果没有改善分类情况不佳 部分香烟重做后分类结果没有改善 9393 硅烷化硅烷化未经自标度的未经自标度的 PCA PLSPCA PLS 分类结果均较良好分类结果均较良好 9393 色素色素无论是否采用数据预处理 分类结果都不好无论是否采用数据预处理 分类结果都不好 9393 西柏烷类西柏烷类分类结果不明显分类结果不明显 9595 物性数据物性数据结果离散 自标度化后有一定改善 但仍不能分类结果离散 自标度化后有一定改善 但仍不能分类 以上各子系统在进行分析时 有一些共同的特征 主要表现为 中式烤烟往往自成一类 与其他香烟有较大区别中式烤烟往往自成一类 与其他香烟有较大区别 中南海中南海 金鹿金鹿 金桥金桥 都宝都宝 常和欧美 日本烟相似常和欧美 日本烟相似 以中国的南方 北方及欧 美 日本为地域难以分类 以中国的南方 北方及欧 美 日本为地域难以分类 如果以厂商为分类目标 重度混合 无法分类如果以厂商为分类目标 重度混合 无法分类 美国烟样本过少美国烟样本过少 以中式烤烟 混合烟 欧 美 日为分类目标 在对以上每个子系统的研究过程中 通过对变量贡献投影图 样本得分投影图的对照分析 配合 PLS 回归系数 确定对目标有 重要响应的因子 从各个子系统中 最终选择得到 13 个重要的因子 如下表 Mg mg g Ca mg g 天门冬酰胺谷氨酸 组氨酸NORNICOTINE草酸 mg g 丙二酸 mg g 柠檬酸 mg g 蛋白质 挥发碱3 甲基吡啶 2 3 二甲基吡嗪 以这 13 个变量建立 PLS DA 判别模型 得到的最终投影图如下 类标 1 0 中式烤烟 2 0 中式混合 3 0 欧 4 0 美 5 0 日 用这 13 个变量 采用 10 份交叉验证的准确率为 94 6 如下图 2 54 种中式香烟与评吸香韵相关的化学成分组成的分析 54 种中式卷烟数据 目前重点工作围绕着评吸中的香韵与化学成分组合的关系 在对 所有的子系统进行分析后 对每个子测量系统的整体计算结果统计如下 有 13 个香韵评吸指标找不到对应的相关子系统 即没有能够与这些评吸指标形成关 联的子系统 只与一个子系统相关的香韵指标有 7 种 与多个子系统相关的香韵指标包括 吸果香 吸可可香 吸甜香 嗅果香 嗅可可香 嗅清香 嗅甜香 统计如下 对每个子系统计算的结果 整理每个子系统可能与各种指标之间的关系 得到如下结 果 顶空香顶空香 气与评气与评 吸指标吸指标 氨基酸与氨基酸与 评吸指标评吸指标 多酚与评多酚与评 吸指标吸指标 烟草常烟草常 规规 vsvs 香香 韵韵 中性致香中性致香 vsvs 香韵香韵 生物碱生物碱 vsvs 香韵香韵 粒相香粒相香 味成分味成分 有机酸有机酸 vsvs 香韵香韵 硅烷硅烷 化化 嗅果香嗅果香嗅果香嗅果香嗅果香 嗅果香 嗅辛香 嗅可可 香 嗅可可香嗅可可香 嗅可可 香 嗅可可香 嗅可可 香 嗅可可 香 嗅可可香 嗅可 可香 吸甜香 吸甜香 吸木香 吸辛香 嗅清香 嗅清香 嗅烘焙 香 嗅甜香 嗅甜香 吸果香吸果香吸果香吸果香吸果香 吸果 香 吸清香 嗅花香 嗅膏香 吸可可 香 吸可可香吸可可香 吸可可 香 吸可可香 吸可可 香 吸可可 香 吸可可香 吸可 可香 通过数据处理及结果分析 得到的香韵评吸指标与之相关的成分整理如下 香韵指标影响因子专家指标 仅受一个子测量体系影响的评吸香韵指标仅受一个子测量体系影响的评吸香韵指标 吸木香己醛 二氢大马酮 三醋酸甘油酯 二氢无 猕猴桃内酯 异戊酸异戊酯丁香酚 乙基香兰 素 香兰素 吸清香绿原酸 莨菪灵 莨菪亭己醛 2 己烯醛 长叶烯 树苔浸膏 吸辛香2 6 二甲基吡啶 丙酸 芳樟醇 尼可他因 异戊酸异戊酯 大茴香醛 丁香酚 乙基香兰 素 1 戊烯 3 酮 巨豆三烯酮 1 巨豆三烯 酮 2 巨豆三烯酮 3 大茴香醛 丁香酚 吡嗪 嗅膏香香叶基丙酮 紫罗兰酮 二氢猕猴桃内酯无 嗅烘焙香2 6 二甲基吡啶 芳樟醇 茶香酮 苯甲醇 苯乙醇 紫罗兰酮 泛酰内酯 三醋酸甘 油酯 甲基乙基马来酰亚胺 尼可他因 二氢 猕猴桃内酯 异戊酸异戊酯 薄荷醇 枫内 酯 吡嗪 乙基香兰素 香兰素 糠醛 糠醇 枫内酯 2 6 二甲基吡嗪 嗅花香pH 值 总植物碱 挥发酸 以乙酸计 挥发 碱 以氨计 无 嗅辛香异戊醇 芳樟醇 枫内酯 大茴香醛 丁香酚 吡嗪 1 戊烯 3 酮 巨豆三烯酮 1 巨豆三烯 酮 2 巨豆三烯酮 3 大茴香醛 丁香酚 吡嗪 以下为多个子系统都有影响的评吸指标以下为多个子系统都有影响的评吸指标 吸果香天门冬氨酸 天门冬酰胺 赖氨酸 绿原酸 莨菪灵 总氮 己醛 异戊醇 6 甲基 5 庚烯 2 酮 二氢猕猴桃内酯 异戊酸异戊酯 吸可可香天门冬氨酸 天门冬酰胺 总氮 damascenone 大马酮 柠檬酸 mg g NORNICOTINE MYOSMIN 2 3DIPYRIDINE 无 吸甜香己醛 2 己烯醛 2 羟基 3 丁酮 丁香酚 吡嗪 2 6 二甲基吡嗪 乙酰丙酸 mg g 2 羟基 3 丁酮 1 羟基 2 丙酮 丁内酯 吡嗪 乙基香兰素 香兰素 嗅果香二氢猕猴桃内酯 Megastigmatrienone 巨豆 三烯酮 亚油酸 mg g 枫内酯 citric acid 柠檬酸 丙酸 phosphric acid 磷 酸 gernylacetone 香叶基丙酮 长叶烯 2 6 二甲基吡嗪 蛋白质 glycerol 甘油 4 O 咖啡基奎尼酸 糠醇 己醛 异戊醇 6 甲基 5 庚烯 2 酮 二氢猕猴桃内酯 异戊酸异戊酯 嗅可可香尼古丁 香兰素 天门冬氨酸 天门冬酰胺 柠檬酸 mg g NORNICOTINE MYOSMIN 无 嗅清香2 己烯醛 2 6 二甲基吡啶 糠醇 茄酮 二氢大马酮 三醋酸甘油酯 二氢猕猴桃 内酯 丁香酚 丙二醇 香兰素 绿原酸 己醛 2 己烯醛 长叶烯 树苔浸膏 嗅甜香半胱氨酸 苯丙氨酸 组氨酸 乙酰丙酸 mg g 亚油酸 mg g 2 羟基 3 丁酮 1 羟基 2 丙酮 丁内酯 吡嗪 乙基香兰素 香兰素 结论 所有的子系统都参与评吸香韵的数据处理后 结果发现 反而不如 仅仅顶空数据参与分析时 与专家的意见一致 专家致香成分表 辛1 戊烯 3 酮 巨豆三烯酮 1 巨豆三烯酮 2 巨豆三烯酮 3 大茴香醛 丁香酚 吡嗪 清己醛 2 己烯醛 长叶烯 树苔浸膏 果己醛 异戊醇 6 甲基 5 庚烯 2 酮 二氢猕猴桃内酯 异戊酸异戊酯 甜2 羟基 3 丁酮 1 羟基 2 丙酮 丁内酯 吡嗪 乙基香兰素 香兰素 酸乙酸 烘焙糠醛 糠醇 枫内酯 2 6 二甲基吡嗪 凉薄荷醇 3 54 种中式香烟与评吸香韵相关的化学成分的组成 仅使用顶空数据分析 香韵指标影响因子专家指标 嗅辛香大茴香酚 丁香酚 枫内酯 芳樟醇 异戊醇1 戊烯 3 酮 巨豆三烯酮 1 巨豆三烯 酮 2 巨豆三烯酮 3 大茴香醛 丁香酚 吡嗪 嗅可可香2 己烯醛 糠醛 尼古丁 巨豆三烯酮 2 乙 基香兰素 2 6 二甲基吡嗪 香兰素 无 吸甜香己醛 2 己烯醛 2 羟基 3 丁酮 糠醛 丁内酯 茶香酮 苯甲醇 异戊酸异戊酯 丁香酚 吡嗪 2 6 二甲基吡嗪 香兰素 2 羟基 3 丁酮 1 羟基 2 丙酮 丁内酯 吡嗪 乙基香兰素 香兰素 吸木香己醛 二氢大马酮 三醋酸甘油酯 二氢 猕猴桃内酯 异戊酸异戊酯 丁香酚 香兰素 乙基香兰素 无 吸辛香2 6 二甲基吡啶 丙酸 芳樟醇 尼可他因 异 戊酸异戊酯 大茴香醛 丁香酚 乙基香兰素 1 戊烯 3 酮 巨豆三烯酮 1 巨豆三烯 酮 2 巨豆三烯酮 3 大茴香醛 丁香酚 吡嗪 嗅清香己醛 2 己烯醛 2 6 二甲基吡啶 6 甲基 5 庚烯 2 酮 糠醛 乙酸 糠醇 茄酮 二氢大马酮 大马酮 新植二烯 三 醋酸甘油酯 己醛 2 己烯醛 长叶烯 树苔浸膏 嗅果香己醛 丙酸 糠醇 二氢大马酮 紫 罗兰酮氧化物 三醋酸甘油酯 二氢猕猴桃内 酯 异戊酸异戊酯 长叶烯 枫内酯 丁香酚 吡嗪 2 6 二甲基吡嗪 己醛 异戊醇 6 甲基 5 庚烯 2 酮 二氢猕猴桃内酯 异戊酸异戊酯 烘焙香1 戊烯 3 酮 异戊醇 茶香酮 香叶基丙 酮 苯甲醇 苯乙醇 紫罗兰酮 泛酰内酯 糠醛 糠醇 枫内酯 2 6 二甲基吡嗪 三醋酸甘油酯 尼可他因 枫内酯 香兰素 4 80 种香烟 含国内外香烟 的评吸香型 口味 香韵与化学成分的关系分析 其中香韵部分还在进展中 香型及口味已得到初步结果 口味结果罗列如下 口味指标影响因子专家指标 甜异亮氨酸 异戊酸异戊酯 薄荷醇 大茴香醛 丁香酚 2 6 二甲基吡嗪 苹果酸 mg g damascenone 大马酮 NORNICOTINE MYOSMIN 胡萝卜素 ug g 2 羟基 3 丁酮 1 羟基 2 丙 酮 丁内酯 吡嗪 乙基香兰素 香兰素 酸6 甲基 5 庚烯 2 酮 乙酸 苯甲醇 苯 乙醇 三醋酸甘油酯 尼可他因 长叶烯 吡 嗪 丙二醇 乙基香兰素 2 6 二甲基吡嗪 乙酸乙酯 乙酸 苦丙氨酸 乙酸 茶香酮 pH 值 还原糖 挥发 碱 以氨计 NORNICOTINE MYOSMIN 葡萄 糖 2 6 二甲基吡啶 2 3 二甲基吡嗪 无 凉枫内酯 乙基香兰素 2 6 二甲基吡嗪 丙 二酸 mg g 柠檬酸 mg g Mg mg g 硝酸 根 薄荷醇 香型结果罗列如下 香料烟香仅有 54 个样本 且其中 51 个样本香型评吸结果为零 不具备统计意义 香型指标影响因子专家指标 嗅烤烟亚硝酸根 硝酸根 Mg mg g NH4 ug g 异戊醇 2 羟 基 3 丁酮 茄酮 三醋酸甘油酯 巨豆三烯酮 2 尼可 他因 乙基香兰素 2 6 二甲基吡嗪 乙酸乙酯 无 嗅晾晒硬脂酸 mg g 硝酸根 K mg g 蛋白质 2 6 二甲 基吡嗪 脯氨酸 赖氨酸 sucrose 蔗糖 NORNICOTINE MYOSMIN 2 3DIPYRIDINE 无 吸烤烟苹果酸 mg g 挥发酸 以乙酸计 新绿原酸 绿原酸 天门冬氨酸 sucrose 蔗糖 MYOSMIN 2 3DIPYRIDINE 无 吸晾晒柠檬酸