卷煙香味風格特點分析

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本文作者：張燕1,2馬林1孔留艷1,2劉挺3白曉莉2徐濟倉4作者單位：1.鄭州輕工業學院食品與生物工程學院2.紅塔煙草集團有限責任公司技術中心3.中國海洋大學信息科學與工程學院4.云南煙草科學研究院

卷煙產品香氣風格特征是卷煙的特有風味，是一個卷煙品牌的特色和標識，是消費者選購卷煙的重要依據之一，是引導消費的前提。卷煙的香氣歷來是人們評價卷煙優劣的重要標準之一。影響卷煙產品風格的形成發展與完善成熟的主要因素有決策者的意志、設計者的愛好、區域性的選擇、原輔材料的局限、工藝裝備的制約等[1-3]。當前，我國主要的高端卷煙品牌在保證產品優質的基礎上都已經形成了鮮明的特色，分析不同卷煙香氣的風格特征，以期對卷煙生產企業增強新產品開發的方向性、目標性，凸顯、激活現有產品的風格特色等提供參考。

聚類分析是從給定的數據集中搜索數據對象之間所存在的有價值的數據分布模式，實現在同一聚類之間的樣本差異最小化，而在不同聚類樣本之間的差異最大化的一種挖掘技術[4]。目前，聚類分析已被廣泛應用于煙草種植[5-6]、蟲害分析[7]、煙葉常規化學指標分析[8-9]、卷煙煙絲揮發性成分分析[10-11]、卷煙市場研究[12]等各個領域。本研究根據算法的適用性情況，采用了EM聚類方法[13]。期望最大化聚類（EM），是基于模型的聚類方法，在概率模型中尋找參數最大似然估計或者最大后驗估計的算法，其中概率模型依賴于無法觀測的隱藏變量。

1材料與方法

1.1分析材料

選用國內9個主要代表性牌號的卷煙樣品，它們編號分別為A，B，C，D，E，F，G，H，Y。其中相同字母不同數字的樣品表示為同一牌號不同批次的卷煙樣品。

1.2卷煙感官質量評價方法

結合感官評吸[14]和香味輪廓評吸法[15]，按照感受香氣特征強弱進行賦分將香氣特征量化，紅塔集團技術中心評吸委員會從香氣風格對卷煙進行感官評價。

1.2.1評價方法

卷煙感官質量評價方法各項指標評判標準由表1給出。

1.2.2結果表示

數據統計處理

按式（1）計算單項平均得分，結果保留至兩位小數。感官質量得分以各單項平均得分之和表示，結果保留至兩位小數。

1.3EM聚類分析

聚類分析是指將物理或抽象對象的集合分組，成為由類似的對象組成的多個類的過程。期望最大化聚類（EM），是基于模型的聚類方法，在概率模型中尋找參數最大似然估計或者最大后驗估計的算法，其中概率模型依賴于無法觀測的隱藏變量。最大期望經常用在機器學習和計算機視覺的數據聚類領域。最大期望算法經過兩個步驟交替進行計算：

第一步是計算期望（E），利用對隱藏變量的現有估計值，計算其最大似然估計值。

第二步是最大化（M），最大化在E步上求得的最大似然值來計算參數的值。M步上找到的參數估計值被用于下一個E步計算中，這個過程不斷交替進行，使之滿足：（略）。

算法的目標是找出有隱性變量的概率模型的最大可能性解，它分為兩個過程E-step和M-step，E-step通過最初假設或上一步得出的模型參數得到后驗概率，M-step重新算出模型的參數，重復這個過程直到目標函數值收斂。EM算法與傳統的聚類分析算法（如k-means）相比，具有最多需要一次數據樣本集的掃描，工作時不受內存限制，能夠使用只進游標，優于抽樣方法等多個優點。

2結果與分析

2.1卷煙產品感官評吸數據樣本集

對9個品牌不同批次的卷煙樣品進行評吸，將評吸結果進行匯總，得到每一個樣品的最終評價結果。挑選其中的香氣特征評價數據組成分析數據樣本集。數據樣本集見表2。

2.2評吸數據的聚類分析

利用EM聚類分析算法，自動根據品牌香氣風格特征進行類別劃分。類別劃分結果如圖1所示。由圖1可以看出，同一品牌的卷煙樣品都很好地聚為一類，香氣風格特征相近的品牌劃分為一類。算法將全部品牌劃分為4類：黃鶴樓（軟）、芙蓉王（硬）、利群（硬）、白沙（精品）劃分為類別1；中華（軟）、雙喜(經典)劃分為類別2；蘇煙單獨劃分為類別3；玉溪(軟)、云煙(軟珍)劃分為類別4。算法自動計算各類別香氣風格特征指標項的中心值，代表了這一類品牌的總體香氣風格特征。各類別聚類中心見表3。由表3可以看出，類別1的品牌有顯著的烘烤香、焦香、甜香特征，聚類中心依次為2.32，2.24，2.3。類別2的品牌有顯著的甜香、烘烤香、果香特征，聚類中心依次為2.91，2.41，2.39。類別3的品牌有顯著的青滋香、烘烤香、焦香特征，聚類中心依次為2.6，2.43，2.41。類別4的品牌有顯著的清香特征，聚類中心為3.74。說明各類別品牌卷煙具有各自明顯的風格特征，不同類別的品牌香氣風格特征總體上差異較大。

結合數據分析結果與卷煙行業背景知識，進一步分析數據中所蘊含的規律與知識：

1)類別1較其他類別：有較顯著的焦香和烘烤香特征，其它香氣特征較為適中。煙葉的產區、類型、等級、數量對卷煙產品風格的形成發展與完善成熟有重要影響，這可能與卷煙生產所用煙葉的產地、加工工藝及選料等因素有關，

2)類別2較其他類別：有較為突出的甜香和果香特征，伴有適中的清香和膏香。某一地區的廣大消費群體對卷煙產品風格的偏愛是一種長期穩定的決定卷煙產品命運的選擇性偏愛，中華（軟）和雙喜（經典）主銷我國東南沿海地區，可能主要是為了迎合該地區嗜甜性口味。

3)類別3單獨一類，有顯著的青滋香和藥草香特征，伴有適中的辛香、烘烤香和甜香。

4)類別4較其他類別，有顯著的清香特征。云南是清香型煙葉的代表產區，原輔材料的局限可能是影響此類卷煙產品風格的形成發展與完善成熟的主要因素。

3結論

采用EM聚類方法研究國內主要代表性卷煙品牌的香氣風格特征，所得聚類分析結果較為客觀，同一品牌的卷煙樣品都很好地聚為一類，不同類別的品牌香氣風格特征總體上差異較大。類別1有顯著的焦香和烘烤香特征，類別2有顯著的甜香和果香特征，類別3有顯著的青滋香和藥草香特征，類別4有顯著的清香特征。以數字化方式客觀的解析不同香氣風格特征類別之間的差異，旨在為進一步探索形成不同類別卷煙的主特征因素，不斷豐富和發展卷煙產品的內在風格，為卷煙生產企業增強產品開發的針對性，提供參考。