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。

①、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。

②、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。

③、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：

①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。

②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

③中式卷烟代表品牌之间的风格差异与化学成分的相关性。

④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：

①、与中、日、美、欧不同地域香烟有效的化学成分信息。

②、54种中式香烟与评吸香韵相关的化学成分的组成。

③、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：

①中式烤烟往往自成一类，与其他香烟有较大区别

②“中南海”/“金鹿”/“金桥”/“都宝”常和欧美、日本烟相似

③以中国的南方、北方及欧、美、日本为地域难以分类，

④如果以厂商为分类目标，重度混合，无法分类

⑤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：

①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。

②只与一个子系统相关的香韵指标有7种

③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、β－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、1－戊烯－3－酮、巨豆三烯酮1、巨豆三烯