郝建輝，王海濤，張碰元，李永福，范運濤，張世東，王 玉

[1.河北中煙工業(yè)公司技術(shù)中心，石家莊 050051；2.云南瑞升煙草技術(shù)（集團）有限公司，昆明 650106]

造紙法再造煙葉是以水為溶劑進行提取，將煙草原料（如煙梗、煙末、碎煙片等）的可溶性成分和不溶性成分進行固液分離，水溶性部分進行濃縮，不溶性部分進行打漿、抄造、成型等工藝過程，然后將水溶性成分回填到成型的片基上，最后經(jīng)干燥、成型等工藝過程制成可用于卷煙生產(chǎn)的一種人工制備的均質(zhì)化煙葉[1]。造紙法再造煙葉將按照不同的風(fēng)格特征和功能在卷煙中進行添加和應(yīng)用。目前造紙法再造煙葉生產(chǎn)所用的原料種類繁多，成分差異較大，這勢必會造成由于原料的波動而引起再造煙葉產(chǎn)品品質(zhì)的波動，從而導(dǎo)致卷煙產(chǎn)品質(zhì)量的波動。因此，怎樣科學(xué)合理的搭配使用再造煙葉原料來保證再造煙葉成品品質(zhì)的穩(wěn)定成為一個比較突出的問題。

化學(xué)計量學(xué)作為一門計算機程序、統(tǒng)計方法和化學(xué)分析相結(jié)合的新興學(xué)科，其應(yīng)用前景越來越受到大家的關(guān)注。聚類分析作為化學(xué)計量學(xué)的一種常用方法，其原理是根據(jù)事物本身的特性研究個體的分類，其原則是同一類中的個體有較大的相似性，不同類別的個體差別較大[2]。以往聚類分析主要用于煙草種植、蟲害分析以及煙葉常規(guī)化學(xué)分析[3-5]上，而在再造煙葉應(yīng)用方面未見報道。隨著國內(nèi)再造煙葉產(chǎn)業(yè)的不斷壯大，這方面的研究也顯得越來越重要。作者選取國內(nèi)某再造煙葉實驗廠的 24種原料的揮發(fā)性成分進行聚類分析，從分析結(jié)果中找出這些原料的差異性與相似性，將其結(jié)果用于再造煙葉原料配方管理，盡量減少由于原料變動引起的再造煙葉品質(zhì)波動，取得了較好的效果。

1 材料與方法

1.1 分析材料

取自某再造煙葉生產(chǎn)廠的 24種不同地區(qū)不同種類的再造煙葉用原料GA1、GB1、GC1、GD1、GE1、GF1、GG1、GH1、GI1、PA1、PA2、PA3、PA4、PB1、PB2、PB3、PH1、PJ1、PJ2、MA1、MB1、MH1、MK1、ML1。（編號的第 1個字母表示原料的種類：G代表煙梗，P代表煙片碎片，M代表煙末；第2個字母表示原料的產(chǎn)地；數(shù)字代表作者對同一地區(qū)同一種類的原料自行確定的等級）。

由于條件限制，所選原料多為云南省內(nèi)各個地區(qū)原料。為了盡量具有代表性，選擇了 12個地區(qū)的 24種原料，其中包含煙梗，煙末，煙碎片各種性狀的原料。

1.2 實驗裝置及應(yīng)用軟件

自制的同時蒸餾萃取裝置[6]；Agilent 6890N/5973N 氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀；DPS3.01 for windows 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件。

1.3 樣品的分析

將再造煙葉原料在平衡箱中于溫度22℃，濕度60%的條件下平衡24 h，準(zhǔn)確稱取平衡后的原料樣品25.0 g，放入同時蒸餾萃取裝置中，并加入固定量的內(nèi)標(biāo)化合物，采用二氯甲烷作為溶劑對原料樣品連續(xù)進行動態(tài)萃取 2 h。所得提取物經(jīng)干燥后濃縮定容為1.0 mL。

濃縮液采用 Agilent 6890N/5973N 氣質(zhì)聯(lián)用分析儀進行分析。所得圖譜經(jīng)計算機譜庫（NIST98,Wiley275）檢索，并用內(nèi)標(biāo)校正歸一化法計算各峰的相對含量。

1.4 GC/MS的分析條件

進樣口溫度：240℃，分流比：25:1；毛細管柱：HP-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；載氣：He；流速：1 mL/min；爐溫：50℃（1 min）―8℃/min―160℃（2 min）―8℃/min―260℃（15 min）；GC-MS接口溫度280℃，離子源：EI源；電子能量：70 eV，掃描范圍：35～455 au。

1.5 數(shù)據(jù)分析

通過DSP軟件的相關(guān)功能對GC/MS的分析結(jié)果采用歐式距離類平均法進行模糊聚類法分析[6]。

2 結(jié) 果

2.1 GC/MS分析結(jié)果的整理與標(biāo)準(zhǔn)化

通過對圖譜的分析比較，對數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析歸納，精選匹配度較高，峰形分離較好，選擇含量較顯著的 13個色譜峰作為聚類分析的標(biāo)準(zhǔn)點。色譜峰對應(yīng)物質(zhì)的相對含量按以下公式進行計算：

式中：Ce—目標(biāo)成分的相對校正含量；β—校正系數(shù)（常量）；Cr—內(nèi)標(biāo)化合物峰面積歸一化相對含量；At—目標(biāo)成分的峰面積；Ar—內(nèi)標(biāo)的峰面積。計算結(jié)果見表1。

2.2 分析數(shù)據(jù)的聚類分析

依據(jù)上述精選出的 13個標(biāo)準(zhǔn)點，采取歐式距離類平均法進行模糊聚類分析，結(jié)果見圖1。

從圖1看出，在選定條件下，這些原料聚為兩大類。煙梗能很好的聚為一類；除去PA3外，其他煙末和碎片也能很好的聚為一類。同一地區(qū)原料具有較大的相似性，如PB1、PB2、PB3，MA1與PA1等；煙末與碎片之間具有較大的相似性，但也可以看出煙末與煙末，碎片與碎片之間的差別更小。

2.3 聚類結(jié)果應(yīng)用評價

圖1 聚類分析結(jié)果Fig.1 Result of the cluster analysis

表1 再造煙葉原料的揮發(fā)性成分 mg/gTable 1 Volatile components of the paper-making reconstituted tobacco materials

從圖1聚類分出的幾類中選出PB2、PB3、MA1、PA1、GF1、GG1六個原料，按造紙法再造煙葉小樣的制作方式制成再造煙葉，經(jīng)專家組評吸得出以下結(jié)論：PB2與PB3、MA1與PA1、GF1與GG1香氣風(fēng)格較接近，總體抽吸品質(zhì)基本一致，即同一地區(qū)的煙碎片、煙碎片與煙末制成的再造煙葉抽吸品質(zhì)較接近，各地區(qū)煙梗制成的再造煙葉抽吸品質(zhì)較接近；PB2與MA1香氣風(fēng)格有一定差異，濃度差別稍大，其他方面差別不大；PB2與GF1香氣風(fēng)格差別較大，總體抽吸品質(zhì)差別大。

在配方設(shè)計中的應(yīng)用：根據(jù)原料的聚類結(jié)果，將聚類分析結(jié)果接近的原料根據(jù)庫存情況組成一個模塊，在葉組配方中作為一個原料來使用，這樣可以大大減少葉組配方的原料單體數(shù)量，從而簡化葉組配方的實驗過程，同時也能保證每個配方的組成模塊有充足的數(shù)量，從源頭上保證產(chǎn)品在規(guī)?；a(chǎn)時有充足的原料保障產(chǎn)品的穩(wěn)定生產(chǎn)。如圖1，可將 15種碎片和煙末原料按聚類的結(jié)果劃分為 5個模塊，如表2所示。

在原料替換中的應(yīng)用：配方A中有原料X庫存不足，對庫存較充足的新進原料做致香成分分析，和配方A中同種原料進行聚類。找出和原料X最為相似的新進原料進行替換。這樣可以大大減少配方維護的時間，提高工作的效率和質(zhì)量。

表2 原料聚類模塊Table 2 Clusters of the raw material modules

3 討 論

3.1 聚類指標(biāo)選取

以往曾有文獻報道[7-8]，利用煙葉原料的化學(xué)指標(biāo)聚類分析來輔助煙葉分級和卷煙葉組的維護，但是，因為化學(xué)指標(biāo)在卷煙生產(chǎn)和煙支抽吸燃燒過程中還有很多變化，故其對最終產(chǎn)品的感官質(zhì)量的判定存在一定的局限性。而揮發(fā)性成分相對而言更能表征原料的感官質(zhì)量及風(fēng)格特征[9]，故本研究選用原料的揮發(fā)性成分聚類分析來判斷區(qū)分各類原料之間的異同，更具科學(xué)性。

3.2 分析數(shù)據(jù)的歸納整理篩選

因樣品數(shù)量多，多樣性強，會造成分析數(shù)據(jù)過于龐大且不易比較，作者通過分析各種成分的相關(guān)性，找出它們之間的關(guān)聯(lián)性，總結(jié)出各種成分之間的關(guān)系，精選 13種主要的揮發(fā)性成分用于聚類分析。經(jīng)過分析比較，這 13種成分的聚類結(jié)果與全部數(shù)據(jù)的聚類結(jié)果基本一致，故本研究只選用這13種成分來做聚類分析比較。限于本研究的主要研究內(nèi)容在于探索研究成果的應(yīng)用，故對于在此選用的13種成分的精選條件及過程等未做深入的理論闡述和論證，這需要在以后的研究工作中補充完善。

3.3 應(yīng)用方法探討

將原料進行上述方法的歸類后，目前可以在再造煙葉開發(fā)生產(chǎn)中有以下兩方面的應(yīng)用：其一、在設(shè)計再造煙葉的原料配方時，如果要突出某一方面的風(fēng)格特征，可以盡量選取有這方面特征的同一組的原料，如果想要有多樣性的香氣特征，則從多類中選取原料；其二、如果原料配方中的某一個原料出現(xiàn)短缺時，應(yīng)選取與它同一類且距離最接近的原料來優(yōu)先替代。

4 小 結(jié)

再造煙葉作為卷煙生產(chǎn)中的一個重要的原料，隨著降焦減害工作的不斷深入，其用量將越來越大，如何保證其質(zhì)量穩(wěn)定，已成為再造煙葉進一步提高發(fā)展的一個重要問題。本文對再造煙葉原料進行聚類分析研究，總結(jié)出影響再造煙葉原料的 13種關(guān)鍵的揮發(fā)性成分，找出各種原料之間的相關(guān)性，為再造煙葉原料配方設(shè)計和原料替換工作作出了有益的探索。在各種煙草原料日益緊缺的形勢下，這種思路為保證造紙法再造煙葉的穩(wěn)定生產(chǎn)提供了有力的幫助。

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