吸煙與健康一直是煙草行業(yè)在前進(jìn)過程中所面臨的主要挑戰(zhàn)之一，為了降低吸煙的危害，煙草行業(yè)通常采用各種技術(shù)手段來(lái)降低煙氣中的焦油含量等，而這些減害技術(shù)也使煙草制品的香味大打折扣，因此需要通過補(bǔ)香和增香工藝來(lái)彌補(bǔ)損失的煙葉香氣或是改善香氣狀況。而補(bǔ)香和增香的重要前提是充分了解煙草中香氣成分的組成、性質(zhì)等。

與此同時(shí)，卷煙煙絲的填充情況也與氣味有關(guān)。如果碎葉填充過多，煙氣氣味會(huì)變強(qiáng)，有時(shí)會(huì)有刺激性的香味；如果碎葉填充松散，煙氣氣味就會(huì)變淡，有時(shí)甚至感覺不到香氣。

通過島津臺(tái)式X射線CT系統(tǒng)XSeeker 8000可以直觀地顯示切碎煙葉的纖維體積，并與GC-MS氣味篩查相結(jié)合，可以很好的分析卷煙碎葉的填充程度與氣味成分的關(guān)系。

NDI與GC-MS結(jié)合綜合分析卷煙香味

X射線CT系統(tǒng)的填充度分析：

通過下圖（填充度的CT分析過程圖）可了解從數(shù)據(jù)圖像上將煙葉（含卷紙）和空氣進(jìn)行分離的過程。

1. 通過CT攝影取得體積數(shù)據(jù)（1）

2. 通過閾值區(qū)分灰度值（2）

3. 為了便于劃分區(qū)域，將煙葉部框入圓柱體（Φ4.6mm×60mm）（3）。

4. 從一端每隔10mm建立一個(gè)間隔，共分為6個(gè)區(qū)域（4）。最后，通過計(jì)算各區(qū)域中的“煙葉”的像素?cái)?shù)來(lái)計(jì)算各區(qū)域（Φ4.6mm×10mm）中煙絲的體積%。

使用XSeeker 8000對(duì)各香煙樣品進(jìn)行掃描分析（如下圖1所示）后發(fā)現(xiàn)香煙2和4、香煙3和5具有相似的填充度，因此利用GC-MS僅對(duì)香煙1、2、3進(jìn)行分析。點(diǎn)燃香煙1、2和3，用氣密注射器以與燃燒頂端相等的間隔從香煙頂端收集煙氣，并使用火山圖將XSeeker 8000鑒定為具有高填充度的部分（香煙1 ：41-50mm、香煙2 ：1-10mm、香煙3：1-10mm）與2組中的其余部分進(jìn)行比較。在圖的左上角（綠色框），低纖維含量區(qū)域的化合物更豐富（下圖2）。

此外，采用主成分分析法（PCA）評(píng)估具有高纖維體積的煙頭1-10mm部分是否與香煙2的其它部分存在統(tǒng)計(jì)學(xué)上的差異。以大約60%的累積貢獻(xiàn)獲得了良好的結(jié)果。當(dāng)在每個(gè)化合物的方框圖中觀察高填充區(qū)域和低填充區(qū)域時(shí)，發(fā)現(xiàn)在高纖維體積區(qū)域檢測(cè)到高濃度的燒焦氣味化合物（例如2-環(huán)己烯-1-酮）（圖3）。此外當(dāng)以同樣的方式分析香煙3時(shí)，在煙頭部分1-10mm的高纖維體積區(qū)域檢測(cè)到十六醛（圖4）。十六醛是一種無(wú)氣味的化學(xué)物質(zhì)，當(dāng)人們聞的時(shí)候會(huì)改變情緒。

圖3  香煙2的纖維體積度與點(diǎn)燃后氣味化合物的強(qiáng)度之間的關(guān)系

圖4  香煙3的纖維體積度與氣味化合物的關(guān)系

用縱軸表示GC-MS測(cè)得的氣味化合物，橫軸表示X射線CT系統(tǒng)測(cè)得的纖維體積度，可以繪制每條香煙的熱圖，進(jìn)而對(duì)纖維體積和氣味化合物的關(guān)系進(jìn)行整體分析。下圖5中以香煙2為例，在具有高纖維體積的煙頭部分1-10mm區(qū)域檢測(cè)到許多高濃度的氣味化合物。預(yù)估這些化合物與纖維體積高度相關(guān)，因?yàn)樗鼈冊(cè)诰嚯x煙頭最遠(yuǎn)的填充量較低的51-60mm區(qū)域被檢測(cè)到的濃度很低。研究還發(fā)現(xiàn)，一些化合物僅在填充程度中等的11-50mm區(qū)域檢測(cè)到較高含量。

圖5  香煙2的填充度與氣味化合物的關(guān)系

利用熱圖，對(duì)每一支香煙進(jìn)行分析，并使用多組學(xué)分析方法包的映射功能，可以同時(shí)將多支香煙繪制為條形圖，如下圖6所示。相關(guān)性分析功能可以在幾秒鐘內(nèi)自動(dòng)對(duì)氣味化合物的相關(guān)性進(jìn)行顏色編碼（紅色表示高正相關(guān)性，藍(lán)色表示高負(fù)相關(guān)性，淺色表示無(wú)相關(guān)性）。紅色是香煙1，綠色是香煙2，藍(lán)色是香煙3。將纖維體積值（填充度）導(dǎo)入到分布圖中。因?yàn)樘畛涠群虶C-MS的峰面積值之間的分散度在絕對(duì)值上不同，所以在將每種化合物加入圖譜之前對(duì)填充度和峰面積值進(jìn)行歸一化。結(jié)果表明，乙酰香草酮具有很強(qiáng)的正相關(guān)性，而硬脂酸乙酯則具有很強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性。

圖6  香煙1~3的纖維體積與氣味成分的關(guān)系

總結(jié)

本研究使用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀GCMS-TQ8040 NX、臺(tái)式X射線CT系統(tǒng)XSeeker 8000，從多個(gè)角度評(píng)估了三種不同品牌卷煙碎煙葉和點(diǎn)燃卷煙煙氣的氣味成分，并通過主成分分析、層次聚類分析、火山圖分析和相關(guān)性分析來(lái)分析每個(gè)品牌的特征氣味化合物和填充度，為卷煙香味的綜合分析提供了思路。

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