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数据计算结果阶段性汇报一、项目运转概况1、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 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、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84顶空_类型经自标度后，样品在一个维度上基本可以分开93Amadori化合物未经自标度，中式烤烟独成一类，每类样品聚集度高93阴离子无论是否自标度，中式烤烟能与其他类别分开93阳离子分类效果显著93氨基酸经自标度后PLS有分类趋势，中式烤烟独成一类93糖分类有一定趋势93多酚分类较好，主要分类贡献来自第一主成分93中性致香经自标度后PLS分类最好，中式烤烟有分类趋势93生物碱除了极个别样本，PLS/PCA均分类良好93有机酸经自标度的PLS分类结果最好，每个类别都能分开93烟草常规未经自标度化一维可分，自标度后二维可分84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93硅烷化未经自标度的PCA/PLS分类结果均较良好93色素无论是否采用数据预处理，分类结果都不好93西柏烷类分类结果不明显95物性数据结果离散，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“中南海”/“金鹿”/“金桥”/“都宝”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，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 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：顶空香气与评吸指标氨基酸与评吸指标多酚与评吸指标烟草常规vs香韵中性致香vs香韵生物碱vs香韵 粒相香味成分有机酸vs香韵硅烷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、乙基香兰素、香兰素无吸清香绿原酸、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、三醋酸甘油酯、尼可他因、枫内酯、香兰素糠醛、糠醇、枫内酯、2，6二甲基吡嗪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），NORNICOTINEMYOSMIN，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(mg/g)，硝酸根，NH4(ug/g)，甲基乙基马来酰亚胺，云香苷，天门冬酰胺，谷氨酸，丙氨酸，苯丙氨酸，sucrose（蔗糖），MYOSMIN，2,3DIPYRIDINE，甘油，果糖无香型结果中，发现很多无机盐的成分在分类中起到重要作用.80种卷烟香韵与化学物质关系分析的部分结果：香型指标影响因子专家指标嗅果香吡啶、长叶烯、枫内酯、丁香酚、挥发碱（%，以氨计）、NORNICOTINE、天门冬酰胺、组氨酸、Fru-Ala(mg/g)己醛、异戊醇、6甲基5庚烯2酮、二氢猕猴桃内酯、异戊酸异戊酯嗅清香gernylacetone（香叶基丙酮）、2,6-二甲基吡啶、2,4-二甲基吡啶、脯氨酸、苹果酸、绿原酸、云香苷、莰菲醇基-3-云香苷、磷酸、新绿原酸己醛、2己烯醛、长叶烯(树苔浸膏）嗅辛香芳樟醇、异戊酸异