因子分析法评价单体香料在卷烟中的感官作用

耿宗泽，蒋忠荣，李东亮*，胡 军，霍现宽

1.四川中烟工业有限责任公司技术中心 卷烟减害降焦四川省重点实验室，成都市锦江区成龙大道一段56号 610066

2.中国烟草总公司郑州烟草研究院，郑州高新技术产业开发区枫杨街2号 450001

在卷烟中添加各种香料，不仅可以有效改善卷烟的香气和吸味，还可以赋予产品独特的风格特征［1］。一些国外烟草企业结合产品风格特征和烟用香料使用情况，推出了一系列具有鲜明风格特色的卷烟，如英式烤烟型的“555”、美式混合型的“Marlboro”等［2］。国内企业对卷烟调香技术的研究起步相对较晚，为达到香精香料可知可控和卷烟自主调香等目的，近年来国内卷烟企业及科研机构加大烟用香精香料技术研究力度，建立单体香料在卷烟中作用的评价方法，构建烟用香精香料数据库并完善相关子库［3-5］。但是由于缺乏相关数据，烟用香料在卷烟中的作用子数据库尚未建立，且其对不同品类风格卷烟的感官作用效果及机制还不明晰［6］。

单体香料在卷烟中的感官作用评价指标包括香气、杂气、刺激、细腻、柔和、残留等，采用科学合理的分析方法，探索这些指标的共性作用和特点，可以使香料配方人员在选择使用香料时更有针对性。利用因子分析法可以将多个变量综合为少数几个“因子”，进而找到具有本质意义的少量因子，这些因子能够归纳原来变量的特征［7］，该分析方法已在食品领域得到广泛应用［8-9］。在卷烟感官作用评价领域，伍文斌等［10］将22名消费者的感官评吸数据应用因子分析法进行分析，将原有的12个感官质量指标表达为4个有明确意义的新属性，并根据因子得分大小反映各牌号卷烟在该属性方面的特点；武德传等［11］对云南和湖南5个生态区的190份烤烟单料烟样品的评吸结果进行因子分析，同时将9个感官质量指标概括为4个主因子，并根据因子分析结果对各生态区烤烟单料烟的感官质量进行比较；Xiong等［12］亦采用因子分析方法对来自湖北、云南等地的再造烟叶原料样品的主要感官质量指标进行分析，获得4个主因子，并将因子分析结果作为依据对样本优劣进行排序。目前，利用因子分析法探究单体香料对卷烟感官作用的效果及规律方面则鲜见报道。因此，对100种单体香料在参比卷烟中的感官作用进行评价，并对评价结果进行因子分析，探究不同感官质量指标之间的内部联系，旨在根据相关因子得分筛选香料，为后续香料模块开发及配伍使用提供参考。

1 材料与方法

1.1 单体香料的筛选和收集

在充分考虑烟草与香料的结合、立足于香料公司和卷烟生产企业目前使用情况的基础上，选取了香荚兰提取物、枣子酊、乙酸异戊酯等100种单体香料进行研究，见表1。

表1 选取的100种单体香料Tab.1 Selected single flavors of 100 kinds

表1 （续）

1.2 参比卷烟的制作与评吸

从四川中烟工业有限责任公司烟叶原料库选取37个等级的烟叶，通过片烟感官质量评价方法［13］筛选出4种烟叶，并制作用于单体香料评价的参比卷烟，叶组配方信息见表2。经7名专业评委评吸，参比卷烟具有以下特征：有清甜香韵，香气质量适中，香气较单调，浓度和劲头中等，口腔略有尖刺，鼻腔有刺激，略带枯焦杂气和木质杂气，舌面稍有残留，余味稍有涩感。评委一致认为，参比卷烟适合用于单体香料的感官质量评价。

表2 参比卷烟叶组配方信息Tab.2 Formula information of reference cigarette leaf group

1.3 单体香料感官作用评价

在谢剑平等［5］建立的“单体香料在卷烟中作用评价方法”基础上，参考崔凯等［14］建立的感知标示量度卷烟感官评价赋值方法并作一定调整，评价步骤如下：①通过查阅资料、咨询专家、集体讨论、梯度评吸等方式，确定单体香料在参比卷烟中的用量；②将单体香料注射入参比卷烟中，密封平衡1 d左右；③采用集中评吸的方式，由7～9名专业评委进行感官评价；④将参比卷烟各指标设为0，根据评委对样品卷烟的评吸感受，对感官质量各个指标进行第一轮评价；⑤评价小组针对首次评价结果和讨论意见，对各个指标进行重新赋值。

1.4 数据统计分析

采用IBM SPSS Statistics 20软件对数据进行分析，参考文献［11，15-17］进行因子分析。

2 结果与讨论

2.1 描述性分析

采用感知标示量值标度法，对100种单体香料在参比卷烟的作用进行了评价，发现单体香料对卷烟的品质改善作用主要体现在香气质、香气量、杂气、浓度、刺激等感官评价指标得分的变化上。如图1所示，大部分单体香料可使香气质、香气量、细腻、柔和、透发性、浓度等指标得到改善，但对刺激、残留、杂气等指标改善较小。100种单体香料中，使参比卷烟香气量、香气质、细腻与柔和改善的香料分别有95、78、72和66种，而残留、刺激和杂气改善的香料分别有1、13和37种。

图1 单体香料感官指标变化情况统计Fig.1 Statistics of sensory indicators of single flavor

对100种单体香料各感官指标进行了描述统计，见表3。可以看出，香气量、香气质、细腻、柔和、浓度、透发性等指标的均值较大，说明所选单体香料中能够改善这些指标的单体香料较多，而残留、刺激、杂气等指标均值较小，说明能改善这些指标的单体香料较少。在卷烟调香过程中，寻找能够改善卷烟香气量、香气质、细腻、透发性等单体香料相对容易，但寻找能够改善残留、降低刺激、减小杂气的单体香料则相对困难。

表3 100种单体香料感官指标的描述统计①Tab.3 Descriptive statistics of sensory indicators of 100 single flavors

感官评价指标较多，不易找到单体香料感官评价结果的综合表征，为找准单体香料在感官质量表现方面的优势和个性差异，更好地指导香料在实际调香过程的应用，本研究中尝试利用因子分析法对感官评价结果进行了分析。

2.2 因子分析

2.2.1 KMO值与Bartlett球形检验

将感官评价指标进行Z-Score标准化，利用方差最大化旋转并进行因子分析，同时对100种单体香料评价指标得分进行适当性度量和Bartlett的球形检验。其中，KMO值为0.663，说明变量具有较高的相关度，预期降维效果较好；Bartlett球形检验统计量的显著性概率<0.001，为高度显著，适合进行因子分析。表4显示，对于由提取因子计算的共同度，除杂气的共同度低于0.6外，其余指标的共同度均大于0.6，说明提取因子可以较好地反映各感官指标原始变量的信息。

表4 100种单体香料评价得分的共同度Tab.4 Commonality of evaluation scores of 100 single flavors

2.2.2 确定因子及解释

因子个数的确定主要遵循两个原则：以累计贡献率来确定，当前k个主成分的累计贡献率达到某一特定值（一般大于70%），则保留前k个主成分；以特征值大小来确定，若主成分特征值≥1，则保留主成分，否则就去掉该主成分［17］。从表5可以看出，前3个因子的累计贡献率达到了70.250%，特征值大于1的只有3个，因此取3个因子。

表5 未旋转解释的总方差Tab.5 Total variance of unrotated interpretation

旋转后的因子载荷矩阵见表6。可以看出，因子1上载荷较大的变量为香气量、浓度和透发性，因子2上载荷较大的变量为细腻、柔和、香气质，因子3上载荷较大的变量为刺激、残留、杂气。可见，获得的主因子在意义上符合感官质量评价实践上的认知。香气量、浓度和透发性均与香气的释放程度有关，可将主因子1命名为香气程度因子；细腻、柔和和香气质都与香气的品质有关，可将主因子2命名为香气品质因子；刺激、残留和杂气则反映了评吸时感觉到的辛辣、不良气息、口腔颗粒感等不舒适感觉，可将主因子3命名为舒适程度因子。

表6 旋转后的因子载荷矩阵Tab.6 Factor load matrix after revolving

从表7可以看出，3个主因子对香料评价总分贡献率接近。以主因子1（香气程度）贡献率稍大，其次是主因子2（香气品质），最后是主因子3（舒适程度）。

表7 旋转后解释的总方差Tab.7 Total variance explained after revolving

2.2.3 因子得分及排序

利用旋转后因子的贡献率，结合各因子得分情况，计算出综合得分，综合得分=因子1贡献率×因子1得分+因子2贡献率×因子2得分+因子3贡献率×因子3得分。通过综合得分可以对单体香料的整体感官质量进行评价。综合得分越高，说明该单体香料在所选参比卷烟或与之叶组特点相近的卷烟中综合使用价值越高。100种单体香料的综合得分从高到低的排序情况见表8。可以看出，以香荚兰提取物、枣子酊、乙酸异戊酯等香料的综合得分较高，说明这些单体香料在卷烟中具有较好的使用价值。杨鹿佳［18］对“云烟”、“红塔山”等的加香评吸实验也证明，香荚兰提取物具有舒适的清甜豆香、粉香和膏香，可以增加云南烟叶的典型特征风味；枣子酊中主要香味成分为β-苯乙醇和异戊醇等，添加到卷烟中能起到良好的掩盖烟叶杂气、使烟香柔和、抑制刺激的作用［19-20］。另外，在得分靠前的单体香料中，枣子酊、乙酸异戊酯、乳香油等具有果香和甜香香韵，乙酸肉桂酯和玫瑰净油具有花香香韵，龙蒿油具有辛香香韵，均可以作为香精香料模块或配伍使用，对于各卷烟企业以香型为主的品类构建也具有一定的参考意义［21］。

表8 单体香料的因子得分和综合得分Tab.8 Factor scores and total scores of single flavors

表8 （续1）

表8 （续2）

以各因子得分排序，可以比较各个单体香料在某一方面的品质优势。如表9所示：香荚兰提取物、黑加仑净油等在主因子1得分较高，表明其在增加香气程度方面优势较大；2，3-丁二酮、3，5-二甲基-1，2-环戊二酮等在主因子2得分较高，表明其在提升香气品质方面有较大优势；枣子酊、龙蒿油等在主因子3得分较高，表明其在带来舒适程度方面有较大优势。咖啡提取物综合得分排名不高，但主因子1得分较高，在卷烟中可用于提高整体香气程度，相关文献也表明，添加了咖啡提取物的卷烟能够有效增加甜润感，丰富烟香，香气质较好［22-23］。在卷烟产品中应用时，可以将这些具有某一方面品质优势的单体香料添加入其他香精香料中配伍使用，有针对性地对卷烟某一方面的感官质量进行改善，从而达到修饰香精香料配方、使各方面品质均衡的目的。

表9 各因子得分排序Tab.9 Sorting of each factor

3 结论

①选取的100种单体香料中，能改善香气质、香气量、细腻、柔和、透发性、浓度等感官质量指标的单体香料种类较多，而能够改善刺激、残留、杂气等指标的单体香料较少。②因子分析法可以将9个感官评价指标表达为3个主因子，即香气程度因子、香气品质因子和舒适程度因子，获得的主因子能较好地归纳变量特征，且在意义上符合感官质量评价实践上的认知。③香荚兰提取物、枣子酊、乙酸异戊酯等香料的综合得分较高，这些单体香料在所选参比卷烟中综合使用价值较高；而香荚兰提取物、2，3-丁二酮和枣子酊则分别在香气程度、香气品质和舒适程度3个主因子中得分较高，在这3个方面表现出改善参比卷烟感官质量的个性优势。本研究结果可为卷烟香料配方设计时单体香料的选用提供参考。