烤烟型卷烟烟气主要化学成分与感官质量的关系

刘春奎 刘春玲 刘会杰 贾琳 李紫琳 赵文龙 刘强 徐如彦 张正杨 张峻松

摘要：【目的】探究烤煙型卷烟感官质量与烟气主要化学成分的关系，为烤烟型卷烟生产提供理论依据。【方法】以275份烤烟型卷烟烟气烟碱量、焦油量、一氧化碳量和感官质量得分为研究对象，进行相关分析、通径分析、回归分析、灰色关联分析和典型相关分析。【结果】烤烟型卷烟样品焦油量、一氧化碳量和烟气烟碱量的平均值分别为11.39、12.39和0.96 mg/支，变异系数分别为19.35%、20.02%和21.72%;感官质量指标中杂气的变异系数最大（10.76%），其余指标的变异系数均小于10.00%。卷烟5项感官质量指标均与烟气一氧化碳量呈极显著负相关（P<0.01，下同），与烟气烟碱量呈极显著正相关，杂气得分与焦油量呈显著负相关（P<0.05，下同）。通过通径分析，卷烟烟气烟碱量对各项感官质量指标的直接影响和间接影响均较大。通过回归分析，感官质量指标与3种烟气化学成分均有极显著多重线性回归关系。卷烟烟气主要化学成分与香气、谐调、刺激性和余味得分的灰色关联系数排序为焦油量>烟气烟碱量>一氧化碳量，与杂气得分的灰色关联系数表现为烟气烟碱量>焦油量>一氧化碳量。卷烟烟气主要化学成分与感官质量指标的3组典型变量均达显著水平。【结论】烤烟型卷烟烟气烟碱量对感官质量的直接影响较大，焦油量与感官质量指标中的香气、谐调、刺激性和余味关联度较大。在烤烟型卷烟生产中，应协调好烟气主要化学成分与卷烟感官质量的关系，在“降焦减害”的同时，采取措施保持卷烟感官质量的稳定性。

关键词：
烤烟型卷烟;感官质量;焦油量;一氧化碳量;烟气烟碱量;相关分析;灰色关联分析

Abstract：【Objective】The relationship between sensory quality and main chemical component of flue-cured cigarette was studied，in order to provide theoretical basis for the production of flue-cured cigarette. 【Method】The contents of smoke nicotine，tar，carbon monoxide，and sensory quality scores of 275 flue-cured cigarette standard samples were researched as the objects，the correlation analysis，regression analysis，path analysis and canonical correlation analysis were conducted. 【Result】The averages of tar，carbon monoxide and smoke nicotine content of flue-cured cigarette were 11.39，12.39 and 0.96 mg/cigarette，and the coefficients of variation were 19.35%，20.02% and 21.72%，respectively. The coefficient of variation of offensive odor in flue-cured cigarette sensory quality index was the highest（10.76%），whereas the coefficient of variation of other indicators were less than 10.00%. The five sensory indicators had extremely significant negative correlation with carbon monoxide content（P<0.01，the same below），which had extremely significant positive correlation with smoke nicotine content. The offensive odor had significant negative correlation with tar content（P<0.05，the same below）. The direct and indirect impact of smoke nicotine content on cigarette sensory indicators were great by the path analysis. There were extremely significant multiple linear regression relationships between sensory indicators and the three smoke chemical components by the regression analysis. The grey correlation order of main smoke chemical components and aroma，humorous，irritation，aftertaste were tar content>smoke nicotine content>carbon monoxide content，whereas the grey correlation order of main smoke chemical components and offensive odor were smoke nicotine content>tar content>carbon monoxide content. The three typical variables of the main smoke chemical components and sensory indexes of cigarette samples were statistically significant. 【Conclusion】The direct impact of smoke nicotine content on cigarette sensory quality of flue-cured cigarette is great，and tar content is closely related to cigarette aroma，humorous，irritation and aftertaste in sensory quality indicators. The relationship between main smoke chemical component and sensory quality should be coordinated in the production of flue-cured cigarette. Moreover，the measures should be taken to maintain stability of sensory quality，while reducing tar content and harm in cigarette production.

0 引言

【研究意义】卷烟烟气是一种复杂的混合物，其成分种类多，其中一氧化碳、烟气烟碱和焦油3种主要化学成分必须标识在烟盒上（Rodgman and Green，2003;刘春奎等，2019b），这3项烟气主要化学成分指标是我国烟草企业关注的重要问题之一（楚文娟等，2019）。卷烟是一种常见的烟草制品，烤烟型卷烟在我国烟草制品生产和消费中占据主导地位（程向红等，2018;赵赛月等，2019）。卷烟的评吸质量是备受烟草企业和消费者关注的问题（杨松等，2016;Wang et al.，2017），卷烟感官质量主要由卷烟烟气化学成分种类及其含量决定（余晶晶等，2019），因此，研究卷烟烟气化学成分与感官质量的关系具有重要意义。【前人研究进展】目前，国内已开展了卷烟烟气主要化学成分与单项感官质量指标的关系、单项烟气化学成分指标与卷烟感官质量的关系、烟气主要化学成分与卷烟感官质量的相关分析、卷烟产品质量和烟气化学成分适宜性评价等方面研究。于川芳等（2006）研究烟气主要化学成分与卷烟劲头的关系，结果表明，烟气烟碱量对卷烟劲头的影响较大。王明锋等（2010）研究烤烟型卷烟主流烟气中烟碱量对感官舒适性的影响，结果表明，卷烟劲头与烟气烟碱量呈显著正相关，卷烟感官舒适性与游离烟碱量呈显著负相关。石凤学等（2013）研究表明，卷烟刺激性、香气、余味及杂气得分与焦油量和烟气烟碱量均呈极显著正相关。吴成春等（2013）以卷烟光泽、香气、谐调、杂气、刺激性和余味等感官质量为研究对象，采用雷达图面积、周长和面积/周长综合评价卷烟的感官质量。张国建（2014）采用灰色关联分析烟丝化学成分与卷烟烟气化学成分的关系，发现烟丝总糖含量与焦油量的关联度最高，氯含量与焦油量的关联度最低。赖燕华等（2017）以卷烟烟气主要化学成分、烟丝常规化学指标和烟支物理参数为研究对象，采用相似度分析和主成分分析建立了评价卷烟产品质量稳定性的方法。刘春奎等（2019a）以卷烟烟气主要化学成分为研究对象，采用统计分析筛选烟气烟碱量、一氧化碳量和焦油量/烟气烟碱量3项烟气指标，建立了一种评价卷烟烟气主要化学成分适宜性的方法。赵赛月等（2019）研究低焦油卷烟烟气中挥发性成分与卷烟吸食品质的关系，结果表明，卷烟香气和谐调得分与烟气中β-大马酮和β-二氢大马酮含量呈显著正相关，卷烟杂气和刺激性得分与烟气中二氢猕猴桃内酯含量呈显著负相关。【本研究切入点】前人关于烤烟型卷烟品质方面的研究集中在卷烟产品质量稳定性评价、卷烟感官评价、卷烟风格特点、烟气烟碱量与卷烟感官舒适性的关系、卷烟烟气成分与卷烟感官品质的简单相关关系及烟气主要化学成分适宜性评价方法等方面，而应用多种统计方法深入分析烤烟型卷烟感官质量与烟气化学成分关系的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】以烤烟型卷烟感官质量和烟气主要化学成分为研究对象，分析二者的特点，以及烤烟型卷烟感官质量指标与烟气焦油量、一氧化碳量、烟气烟碱量的关系，探究烤烟型卷烟烟气主要化学成分对感官质量的影响，以期为烤烟型卷烟生产提供理论依据。

1 材料与方法

1. 1 样品数据

采集275份烤烟型卷烟标准样品烟气主要化学成分和感官质量数据（全国烟草标准化卷烟标样分技术委员会，2004—2018）进行统计分析。烤烟型卷烟标准样品来自上海烟草集团有限责任公司、云南中烟工业有限责任公司、湖南中烟工业有限责任公司、湖北中烟工业有限责任公司、川渝中烟工业有限责任公司、河南中烟工业有限责任公司、江苏中烟工业有限责任公司等13家卷烟企业。

1. 2 统计分析

使用DPS v14.50进行典型相关分析和灰色关联分析（唐启义，2010），采用SPSS 22.0进行回归分析和通径分析（杜家菊和陈志伟，2010;武松和潘发明，2014）。

2 结果与分析

2. 1 烤烟型卷烟烟气化学成分的数量特征

由表1可知，275份烤烟型卷烟样品焦油量的平均值为11.39 mg/支，变幅为4.20～15.70 mg/支，变异系数为19.35%;一氧化碳量均值为12.39 mg/支，变幅为5.10～19.20 mg/支，变异系数为20.02%;烟气烟碱量的平均值為0.96 mg/支，变幅为0.42～1.56 mg/支，变异系数为21.72%。从峰度系数来看，烤烟型卷烟烟气焦油量和一氧化碳量的峰度系数大于0，为尖峭峰;烟气烟碱量的峰度系数小于0，为平阔峰。从偏度系数来看，焦油量、一氧化碳量和烟气烟碱量的数据分布均为负偏峰。

根据烟草行业标准GB 5606.6—2005《卷烟 质量综合判定》，烟气一氧化碳量≤10 mg/支，其档次为低;烟气一氧化碳量>15 mg/支，其档次为高。由表2可知，焦油量>15.00 mg/支的卷烟样品占样品总量的1.82%，焦油量≤10.00 mg/支的卷烟样品占卷烟样品总量的18.54%;10.91%的卷烟样品烟气一氧化碳量相对较高，89.09%的卷烟样品烟气一氧化碳量处于中、低档次;94.18%的卷烟样品烟气烟碱量低于1.25 mg/支。

2. 2 烤烟型卷烟样品感官质量的统计分析结果

烤烟型卷烟样品感官质量得分的统计描述见表3。结果表明，275份烤烟型卷烟样品香气得分为22.00～30.50分，谐调得分为3.50～6.00分，杂气得分为7.00～11.50分，刺激性得分为13.00～19.00分，余味得分为16.00～23.00分。卷烟样品中仅有杂气的变异系数略高于10.00%，其余感官质量指标的变异系数均小于10.00%，变异相对较小。从峰度系数可看出，卷烟样品感官质量指标中，谐调、刺激性和余味的峰度系数大于0，为尖峭峰，香气和杂气的峰度系数小于0，为平阔峰，其中余味峰度系数的绝对值最大、且变异系数最小，数据分布较集中;从偏度系数来看，感官质量各指标均为负偏峰。

2. 3 烤烟型卷烟感官质量得分与烟气主要化学成分的相关分析结果

烟气烟碱、一氧化碳和焦油3种烟气成分对卷烟感官质量有重要影响。烤烟型卷烟感官质量得分与烟气主要化学成分之间的相关系数见表4。结果表明，卷烟5项感官质量指标得分均与烟气一氧化碳量呈极显著负相关（P<0.01，下同），与烟气烟碱量呈极显著正相关;杂气得分与焦油量呈显著负相关（P<0.05，下同）。

2. 4 烤烟型卷烟感官质量得分与烟气主要化学成分的通径分析结果

在研究烤烟型卷烟香气（y1）、谐调（y2）、杂气（y3）、刺激性（y4）、余味（y5）与焦油量（x1）、一氧化碳量（x2）、烟气烟碱量（x3）的逐步回归分析时，分别计算出焦油量、一氧化碳量、烟气烟碱量与感官质量的标准回归系数，即为卷烟烟气指标与感官质量的直接通径系数（表5）。从卷烟烟气指标与各项感官质量指标的直接通径系数可看出，3个自变量中烟气烟碱量与各项感官质量指标的直接通径系数均为正值、且绝对值最大，说明卷烟烟气烟碱量对各项感官质量指标的直接作用最大，而焦油量对卷烟香气、谐调、杂气和刺激性的直接作用最小。

采用相关统计方法计算间接通径系数，任一自变量（xi）对y的间接通径系数=简单相关系数（rij）×直接通径系数（Pjy）（杜家菊和陈志伟，2010），分析结果见表6和表7。焦油量（x1）通过一氧化碳量（x2）对卷烟香气（y1）的间接通径系数为：焦油量与一氧化碳量的简单相关系数乘以一氧化碳量与卷烟香气之间的直接通径系数，即r（x1-x2）×P（x2-y1）=0.765×（-0.483）= -0.369，说明焦油量通过一氧化碳量对卷烟香气产生一定负值的间接作用。焦油量（x1）通过烟气烟碱量（x3）对卷烟香气（y1）的间接通径系数为：r（x1-x3）×P（x3-y1）=0.822×0.933=0.767，说明焦油量通过烟气烟碱量对卷烟香气产生一定正值的间接作用。3个自变量与各项感官质量指标的间接通径系数合计一致表现为：︱x3间接通径系数合计︱>︱x1间接通径系数合计︱>︱x2间接通径系数合计︱，说明烟气烟碱量对各项感官质量指标的间接影响较大，但表现为负的影响。

2. 5 烤烟型卷烟感官质量得分与烟气化学成分的回归关系

对卷烟香气（y1）、谐调（y2）、杂气（y3）、刺激性（y4）和余味（y5）等感官质量得分与焦油量（x1）、一氧化碳量（x2）和烟气烟碱量（x3）进行曲线估计，分别构建线性、二次项、复合、增长、对数、立方、S、指数、Logistic、幂和逆模型等函数关系，从中选出P<0.05且R2最大者，得到烟气化学成分指标与感官质量指标的最优回归方程（表8）。结果表明，烟气焦油量与卷烟香气得分呈三次回归关系;烟气一氧化碳量与卷烟谐调得分呈二次回归关系，与卷烟香气、杂气、刺激性和余味得分均呈三次回归关系;烟气烟碱量与卷烟香气、谐调、杂气、刺激性和余味得分均呈三次回归关系。

为探究几种烟气化学成分与卷烟感官质量得分的关系，对卷烟感官质量指标与焦油量（x1）、一氧化碳量（x2）和烟气烟碱量（x3）进行逐步回归分析，得到焦油量、一氧化碳量、烟气烟碱量与感官质量指标得分的多重线性回归方程（表9）。结果表明，烤烟型卷烟5项感官质量指标分别与3种烟气主要化学成分有极显著回归关系。

2. 6 烤烟型卷烟感官质量得分与烟气主要化学成分的灰色关联分析结果

烤烟型卷烟感官质量得分与烟气化学成分的灰色关联分析见表10。结果表明，在卷烟烟气3种主要化学成分中，焦油量与余味、刺激性、谐调和香气得分的关联系数较大，一氧化碳量与余味、刺激性、谐调和香气得分的关联系数较小;烟气烟碱量与杂气得分的关联系数较大，而一氧化碳量与杂气得分的关联系数较小。

2. 7 烤烟型卷烟感官质量得分与烟气主要化学成分的典型相关分析结果

以烤烟型卷烟焦油量（x1）、一氧化碳量（x2）和烟气烟碱量（x3）为第1组变量，以烤烟型卷烟香气（y1）、谐调（y2）、杂气（y3）、刺激性（y4）和余味（y5）为第2组变量进行典型相关分析。分析所得的3组典型变量中，第Ⅰ组和第Ⅱ组典型变量均达极显著水平，具有统计学意义;第Ⅲ组典型变量的相关系数为0.1867，该组典型变量达显著水平（表11）。

根据典型变量得分与原始变量的相关系数（表12）可知，第Ⅰ组典型变量中卷烟烟气一氧化碳量与谐调和余味得分呈极显著负相关;第Ⅱ组典型变量中卷煙烟气一氧化碳量与杂气、刺激性和余味得分呈极显著负相关;第Ⅲ组典型变量中卷烟焦油量与谐调、杂气和刺激性得分呈显著正相关。

对3组典型变量进行典型冗余分析，从表13可看出，第Ⅰ典型变量U1可解释烟气主要化学成分18.26%的组内变异，并解释卷烟感官质量48.81%的组间变异;典型变量V1可解释卷烟感官质量88.57%的组内变异，并解释烟气主要化学成分10.06%的组间变异。第Ⅱ典型变量U2可解释烟气主要化学成分76.54%的组内变异，V2可解释烟气主要化学成分6.52%的组间变异。第Ⅲ典型变量U3可解释烟气主要化学成分5.21%的组内变异，V3可解释卷烟感官质量1.52%的组内变异。

3 讨论

烤烟型卷烟是以烤烟烟叶为主要原料，经加工而形成的一种烟草制品（闫克玉和赵铭钦，2008），其产量和销量占我国烟草制品总量的95%以上，占据主导地位（赵赛月等，2019）。本研究结果表明，我国烤烟型卷烟烟气焦油量超过15.00 mg/支的卷烟样品仅占样品总量的1.82%，而98.18%的卷烟样品为中、低焦油卷烟，说明近十年来我国中、低焦油卷烟已占据较大优势，可能与我国烟草行业长期紧紧围绕“降低卷烟危害性”这一主线和及时调控卷烟烟气焦油量有密切关系（中国科学技术协会和中国烟草学会，2010;谢剑平，2017）。有研究报道，近年来日本和英国卷烟焦油量低于10.00 mg/支（谢剑平，2017）。本研究中，我国烤烟型卷烟样品烟气焦油量平均为11.39 mg/支，高于英国和日本卷烟焦油量。另外，低焦油卷烟比例不到20.00%，降焦减害仍是卷烟生产中需要关注的问题。烤烟型卷烟样品烟气烟碱量的平均值为0.96 mg/支，略高于赵赛月等（2019）的研究结果（0.92 mg/支）。

已有研究表明，卷烟烟气烟碱量、焦油量与卷烟感官指标呈极显著正相关，一氧化碳量与卷烟感官指标呈极显著负相关（石凤学等，2013）。本研究结果表明，烤烟型卷烟5项感官质量指标均与烟气烟碱量呈极显著正相关，与一氧化碳量呈极显著负相关，而焦油量仅与卷烟杂气得分呈显著负相关，与石凤学等（2013）的研究结果略有不同。本研究以13家卷烟企业的多个卷烟品牌为研究对象，而石凤学等（2013）的研究对象为某烟草集团的4个卷烟品牌，可能由于不同卷烟企业生产的卷烟烟气化学成分、感官质量得分存在较大差异，因而在分析卷烟感官质量与烟气化学成分的关系时，所得出的结论存在一定差异。

灰色系统理论提出了关联分析目的是通过一定方法理清各种系统中各因素间的主要关系，把握矛盾的主要方面（唐启义，2010）。本研究结果表明，焦油量与卷烟谐调、香气、余味和刺激性得分的关联度较大，烟气烟碱量与杂气得分的关联度较大。已有研究表明，卷烟焦油量与烟丝总糖含量的灰色关联系数较大，烟气烟碱量与烟丝总烟碱的关联系数较大，烟气一氧化碳量与烟丝总氮的关联系数较大（张国建，2014）。典型相关分析是研究两组变量间相关关系的一种统计方法（贾琳等，2016），在自然科学和社会科学的研究实践中，两个变量集团之间的关系非常复杂，而运用典型相关分析方法可阐明两个变量集团之间的关系（唐启义，2010），能较全面地反映变量组间的内在联系。本研究也有两组变量，即卷烟烟气主要化学成分3项指标和卷烟感官质量5项指标，卷烟烟气主要化学成分与卷烟感官质量的典型相关分析结果显示，第Ⅰ组典型相关系数为0.7423，大于卷烟烟气主要化学成分与卷烟感官质量指标间任意一个简单相关系数的绝对值，表明典型相关分析效果优于简单相关分析（王建民等，2014）。

为探究2004—2018年烤烟型卷烟感官质量得分与烟气主要化学成分的关系，本研究采用简单相关分析、回归分析、通径分析、灰色关联分析和典型相关分析等多种统计方法对数据进行分析，各种统计方法研究的侧重点不同。进行简单相关分析主要通过计算卷烟烟气指标与各项卷烟感官质量指标的简单相关系数，分析卷烟烟气指标是否对卷烟感官指标有影响。回归分析旨在构建卷烟感官各项指标与单项卷烟烟气指标以及卷烟感官质量各项指标与3项烟气指标的关系模型。通径分析是研究自变量与因变量关系的一种统计方法，可研究自变量对因变量的直接影响和间接影响（杜家菊和陈志伟，2010）。通过灰色关联分析研究烟气焦油、一氧化碳和烟气烟碱量分别与各项卷烟感官指标的关联排序和关联程度。

4 结论

采用多种统计方法分析2004—2018年烤烟型卷烟样品烟气焦油、一氧化碳和烟气烟碱量与感官质量的关系，通过通径分析得出卷烟烟气烟碱量对各项感官质量指标的直接影响和间接影响均较大;卷烟感官质量与烟气主要化学成分之间存在极显著的多重线性回归关系和典型相关关系;卷烟烟气焦油量与卷烟香气、谐调、刺激性和余味的关联度较大，烟气烟碱量与卷烟杂气的关联度较大。在烤烟型卷烟生产中，应协调好烟气主要化学成分与卷烟感官质量的关系，在“降焦减害”的同时，采取其他措施保持卷烟感官质量的稳定性。

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（責任编辑 罗 丽）

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