王小龍，張承明，李干鵬，張 濤，王 晉*

(1.云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，云南 昆明 650231；2.云南民族大學(xué) 民族醫(yī)藥學(xué)院 民族藥資源化學(xué)國家民委-教育部重點實驗室，云南 昆明 650031)

卷煙質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到卷煙企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而影響卷煙質(zhì)量的因素諸如物理、化學(xué)、外觀、煙氣和感官等指標(biāo)。比如石鳳學(xué)[1,2]等以主流煙氣化學(xué)指標(biāo)為表征向量，采用相似度分析進(jìn)行多點生產(chǎn)卷煙均質(zhì)化評價；謝長芹[3]采用產(chǎn)品外觀和感官質(zhì)量等指標(biāo)利用方差分析評價不同生產(chǎn)廠家的同一品牌卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性。賴燕華[4]等基于主流煙氣化學(xué)指標(biāo)、物理指標(biāo)和煙絲常規(guī)化學(xué)指標(biāo)，采用相似度分析評價卷煙產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。對于廣大消費者來說，抽吸是最直接的方式來滿足生理感官，而卷煙的香味成分是滿足生理感官的主要因素，因此香味物質(zhì)是評價卷煙品質(zhì)和風(fēng)格特征的重要指標(biāo)[5]。因此，卷煙生產(chǎn)中的質(zhì)量波動必然影響到卷煙煙絲的香味物質(zhì)的變化，從而影響卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性。目前，主要依托感官評吸[6]和一些常規(guī)指標(biāo)來評價卷煙產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，評吸結(jié)果受評吸人員的主觀因素影響，缺乏客觀定量的評價方法。而化學(xué)指紋圖譜具有指紋特征提取、宏觀推斷分析等特點[7-9]。近年來，指紋圖譜在煙草領(lǐng)域的應(yīng)用研究取得突飛猛進(jìn)的進(jìn)展，這方面的報道也越來越多了，目前在煙草的質(zhì)量監(jiān)控[10-12]、質(zhì)量評價[13,14]、質(zhì)量一致性[15]等方面有很多的應(yīng)用。借鑒中藥色譜指紋圖譜的研究方法[16-20]，本文采用頂空-氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀(HS-GC/MS)全掃描模式檢測卷煙煙絲中揮發(fā)及半揮發(fā)性成分，建立化學(xué)指紋圖譜，基于主成分分析(PCA)的投影判別法考察不同生產(chǎn)點卷煙樣品與對照之間的整體差異程度；計算歐式距離的相似系數(shù)對多點加工卷煙產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量穩(wěn)定性評價；基于卷煙煙絲揮發(fā)性及半揮發(fā)性化學(xué)指標(biāo)的多元統(tǒng)計分析方法，建立了多點加工卷煙產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性定量評價方法，并分析了質(zhì)量波動來源。以期為多點加工卷煙產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 卷煙樣品 紅塔山(硬經(jīng)典100)品牌楚雄、玉溪、大理和海南共4個生產(chǎn)點卷煙。

1.1.2 儀器與試劑 Perkin Elmer CLARUS 600 GC-MS 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國 Perkin Elmer 公司)，Perkin Elmer TurboMatrix 40 Trap 頂空進(jìn)樣器(美國 Perkin Elmer 公司)，多功能粉碎機(jī)(浙江高鑫工貿(mào)有限公司)，BSA22 4S-CW 電子天平(德國賽多利斯)，Chemmind Chempattern 2017專業(yè)版軟件(北京科邁恩科技有限公司)。乙酸苯乙酯(內(nèi)標(biāo)，色譜純，北京百靈維科技有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 樣品前處理 采用旋風(fēng)磨將成品卷煙中煙絲粉碎至40～60目，準(zhǔn)確稱取0.7 g樣品(約1支常規(guī)規(guī)格卷煙煙絲質(zhì)量)放置于20 mL棕色頂空瓶中，加入0.1 μL乙酸苯乙酯內(nèi)標(biāo)，隨即旋緊瓶蓋密封待測。

1.2.2 儀器測試條件 靜態(tài)頂空條件：爐溫：110 ℃，取樣針溫度：140 ℃，傳輸線溫度：190 ℃，載氣：氦氣(99.99%)，20 Psi，保溫時間：40 min，進(jìn)樣時間：0.2 min，拔針時間：0.5 min，加壓時間：2 min，GC分析循環(huán)時間：50 min。進(jìn)樣模式：時間，操作模式：恒定。

氣相色譜/質(zhì)譜條件：進(jìn)樣口溫度：250 ℃，分流進(jìn)樣，載氣：氦氣(99.99%)，恒流流速1.0 mL/min，色譜柱：DB-WAX(30 m×0.25 mm id×0.25 μm df，Agilent公司，美國)，不分流進(jìn)樣，升溫程序：初始溫度40 ℃保持1 min，升溫速率5 ℃/min至220 ℃，保持3 min。電離方式：EI+，離子源溫度：230 ℃，傳輸線溫度：240 ℃，掃描范圍：33～400 amu，溶劑延遲：3.5 min。

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 采用 Chempattern 軟件(科邁恩科技有限公司)對紅塔山(硬經(jīng)典100)不同生產(chǎn)點卷煙樣品進(jìn)行主成分分析和歐式距離相似系數(shù)分析。采用SIMCA-P 11.5軟件分析化學(xué)含量分布情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 卷煙煙絲樣品中揮發(fā)性特征組分的定性定量結(jié)果

對檢測方法中使用的內(nèi)標(biāo)物及其體積進(jìn)行了優(yōu)化，得到的檢測方法條件如 1.2.1節(jié)所述，在優(yōu)化條件下對樣品進(jìn)行了HS-GC/MS 分析。紅塔山(硬經(jīng)典100)卷煙煙絲樣品檢測的總離子流圖(TIC)如圖1所示。可以看出，卷煙煙絲樣品中化學(xué)成分的分離效果較好。對4個生產(chǎn)點的樣品進(jìn)行了 HS-GC/MS分析，特征組分的定量數(shù)據(jù)如表1所示。

2.2 卷煙產(chǎn)品揮發(fā)性特征組分的質(zhì)量穩(wěn)定性分析

2.2.1 主成分分析結(jié)果 以紅塔山(經(jīng)典100)卷煙楚雄生產(chǎn)點作為對照，對比玉溪、大理和海南3個生產(chǎn)點紅塔山(經(jīng)典100)卷煙煙絲整體差異性，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Chemmind Chempattern 2017專業(yè)版軟件中，采用主成分分析方法對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，從相關(guān)陣出發(fā)，將數(shù)據(jù)投影在二維平面或三維空間內(nèi)，根據(jù)分類情況來判別兩者差異。可繪制出PCA得分圖(圖2～圖4)，由圖可知，3個生產(chǎn)點卷煙樣品與對照生產(chǎn)點進(jìn)行聚集，發(fā)現(xiàn)兩兩均可分類，說明3個生產(chǎn)點與對照之間在煙絲揮發(fā)及半揮發(fā)性成分方面存在明顯差異。這3組數(shù)據(jù)的兩個主成分累計方差解釋率均保持在90%以上(結(jié)果見表2)，說明兩個PCA得分分析的解釋能力較高，符合指紋圖譜的表征要求。

圖1 紅塔山(硬經(jīng)典100)卷煙樣品的TIC圖

表1 紅塔山(硬經(jīng)典100)卷煙樣品特征組分含量的頂空-氣質(zhì)檢測結(jié)果

續(xù)表1：

序號保留時間/min化合物名稱檢測平均值/(mg/kg)楚雄玉溪大理海南3118.5711,2-丙二醇-2-乙酸酯3.372.273.503.023218.662γ-丁內(nèi)酯1.061.191.411.233318.979苯乙醛2.162.162.322.233419.542糠醇8.759.129.527.843520.143氧化異佛爾酮0.370.300.330.273620.921苯酚1.391.461.561.263721.006茄酮3.823.823.833.403821.4692-甲基-4,5-二氫-1H-咪唑0.730.770.910.914022.973β-大馬酮0.540.470.510.484123.0953-甲基-1,2-環(huán)戊二酮0.090.080.100.084223.16草蒿腦0.220.210.220.164323.673香葉基丙酮0.560.590.770.514423.948煙堿29.0541.0851.0630.624524.164苯甲醇1.882.082.241.794624.869苯乙醇1.140.921.381.084725.082新植二烯61.6569.7871.4462.994826.0432-乙?；量?.783.123.212.744927.171泛解酸內(nèi)酯0.310.380.440.335028.074三乙酸甘油酯9.9617.858.8715.055130.326巨豆三烯酮A0.370.390.380.395230.636棕櫚酸甲酯0.230.290.210.195331.575水合麥芽酚4.606.486.893.945432.075巨豆三烯酮B0.190.210.230.21

表2 不同品牌不同生產(chǎn)點與對照比較的主成分累積方差解釋率

圖2 玉溪生產(chǎn)點主成分(PCA)分析

圖3 大理生產(chǎn)點主成分(PCA)分析

2.2.2 相似系數(shù)分析結(jié)果 評定個體間差異大小的方法有多種，包括歐氏距離、夾角余弦、馬氏距離等，其中歐式距離能夠有效區(qū)分不同生產(chǎn)點的卷煙樣品。

以楚雄生產(chǎn)點5次檢測數(shù)據(jù)點作為參考標(biāo)準(zhǔn)，采用歐式距離方法對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行相似度計算，再將其歸一化，最后轉(zhuǎn)化為相似系數(shù)[18,19]。其換算方法如下：Cij=1/(1+dij)。

上式中第i個樣本與第j個樣本間歸一化后的歐式距離記為dij，第i個樣本與第j個樣本間的歐式相似系數(shù)記為Cij。

由表3可知，相似系數(shù)算術(shù)平均值都大于0.80，說明4個生產(chǎn)點的紅塔山(硬經(jīng)典100)卷煙的質(zhì)量穩(wěn)定性在同一水平。

2.2.3 化學(xué)成分差異情況分析 針對煙絲中揮發(fā)及半揮發(fā)性成分檢測結(jié)果，把各樣品定量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，剔除所有樣品中未檢出的指標(biāo)數(shù)，將剩余的指標(biāo)代入分析，導(dǎo)入到SIMCA-P 11.5軟件中，采用PCA分析方法對具有差異的化學(xué)成分進(jìn)行分析，根據(jù)不同成分的含量差異分布圖得到分析結(jié)果見表4。

由表4可知，楚雄(對照)與玉溪生產(chǎn)點之間存在顯著的差異表現(xiàn)的化學(xué)成分有24個，與大理生產(chǎn)點之間有23個，而與海南生產(chǎn)點之間有6個。這與歐式距離的相似系數(shù)值結(jié)果一致。

表3 紅塔山(硬經(jīng)典100)卷煙多點生產(chǎn)均質(zhì)化評價相似系數(shù)評價結(jié)果

表4 紅塔山(硬經(jīng)典100)卷煙化學(xué)成分差異情況匯總

注：偏高相對于對照樣化學(xué)成分含量為高，偏低是相對于對照樣化學(xué)成分含量為低。

3 結(jié)論

本試驗得到了紅塔山(硬經(jīng)典100)卷煙煙絲中揮發(fā)及半揮發(fā)性成分的HS-GC/MS化學(xué)指紋圖譜，通過卷煙煙絲的揮發(fā)及半揮發(fā)性成分的主成分分析，可較好地對不同生產(chǎn)點的紅塔山(硬經(jīng)典100)卷煙產(chǎn)品進(jìn)行聚類區(qū)分、化學(xué)模式的識別，表明不同生產(chǎn)點的卷煙樣品具有不同的數(shù)據(jù)特征；通過歐式距離的相似系數(shù)的計算，可獲得4個生產(chǎn)點的差異均較小，產(chǎn)品質(zhì)量比較穩(wěn)定；根據(jù)不同成分的含量差異分布圖，可直觀地反映出卷煙產(chǎn)品葉組配方調(diào)整或香精香料添加的質(zhì)量波動情況。上述方法可對不同生產(chǎn)點的卷煙快速、簡潔地鑒別，為多點生產(chǎn)卷煙產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性提供全面、有效的評價方法。