CN109765336A - 一种烟草薄片感官评价和化学成分相关性分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种烟草薄片感官评价和化学成分相关性分析方法，涉及烟草感官评价技术领域，包括以下步骤：(1)根据每种化学成分在每口烟气中的百分含量，计算每种产品中各成分的百分含量对参照品的相对差异；(2)计算每种产品的感官评价得分对参照品的相对差异；(3)计算上述两者之间的余弦相似度，余弦相似度值越接近1，表示该成分对感官评价呈正影响，含量越高，感官评价得分越高；余弦相似度值越接近‑1，表示该成分对感官评价呈负影响，含量越高，感官评价得分则越低。该相关性分析方法简单、准确、实用性强，对烟草薄片原料、配方设计具有较大的指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及烟草感官评价技术领域，尤其是涉及一种烟草薄片感官评价和化学成分相关性分析方法。
背景技术
烟草薄片(tobacco sheet)又称重组烟叶，主要由烟末、碎片、烟梗和胶粘剂及其他添加剂等加工而成。将烟草薄片添加到卷烟中，不仅可以节约烟草原料、降低成本，还能减少焦油含量、提高卷烟品质，所以在烟草工业中被广泛使用。
感官评价是检验烟草以及烟草制品质量的重要手段，目前国内的《YC/T 498-2014再造烟叶感官评价方法》适用于再造烟叶的感官评价分析，可以根据感官评价指导烟草薄片原料以及配方的调整和优化。而研究烟草制品感官评价与产品中各成品的关系更有助于指导烟草产品设计，但是现有技术中对于烟草薄片感官评价与成分含量之间的关系未见相关研究。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种烟草薄片感官评价和化学成分相关性分析方法，该分析方法简单、准确、实用性强。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种烟草薄片感官评价和化学成分相关性分析方法，包括以下步骤：
(1)根据每种化学成分在每口烟气中的百分含量，计算每种产品中各成分的百分含量对参照品的相对差异；
(2)计算每种产品的感官评价得分对参照品的相对差异,计算这两者之间的余弦相似度；
(3)余弦相似度值越接近1，表示该成分对感官评价呈正影响，含量越高，感官评价得分越高；余弦相似度值越接近-1，表示该成分对感官评价呈负影响，含量越高，感官评价得分则越低。
进一步的，所述步骤(1)中的相对差异为综合相对差异。
进一步的，包括以下步骤：
(1)符号说明：
烟草薄片产品：选择若干种烟草薄片产品，用P0、P1、…、Pm表示，其中P0为参照品；
感官评价指标：香气、烟味、木质气、烧纸气、灼烧干燥、残留、刺激分别用S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7表示；
烟气化学成分指标：分别用C1、C2、…、Cn表示；
(2)评价方法：
Sji-产品Pi的感官评价Sj的得分,i＝0,1,···,m；j＝1,2,···,7；
Pki-产品Pi每口烟气中成分Ck的百分含量,i＝0,1,···,m；k＝1,2,···,n；
dki-产品Pi中成分Ck的百分含量对P0的相对差异,i＝0,1,···,m；k＝1,2,···,n；
-产品Pi的感官评价Sj的得分对P0的相对差异,i＝0,1,···,m；j＝1,2,···,7；
rkj-成分Ck的百分含量对P0的相对差异(dk1,dk2,dk3,dk4)与感官评价Sj的得分对P0的相对差异之间的余弦相似度，用来衡量成分含量和感官得分之间的相关性，k＝1,2,…,n；j＝1,2,…,7
其中
(3)结果统计：
rkj越接近1，表示该成分对感官评价呈正影响，含量越高，感官评价得分越高；rkj越接近-1，表示该成分对感官评价呈负影响，含量越高，感官评价得分则越低。
进一步的，所述rkj的计算公式中：
产品Pi中成分Ck的百分含量对参照品的相对差异：
产品Pi中成分Ck的百分含量与参照品的绝对差异：
Dki＝pki-pk0,(i＝1,…,m；k＝1,2,…,n)。
进一步的，所述相关性分析方法，包括以下步骤：
(1)评价符号说明：
烟草薄片产品：用P0、P1、…、Pm表示；
感官评价指标：香气、烟味、木质气、烧纸气、灼烧干燥、残留、刺激分别用S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7表示；
烟气化学成分指标：分别用C1、C2、…、Cn表示；
(2)评价方法：
Sji-产品Pi的感官评价Sj的得分,i＝0,1,···,m；j＝1,2,···,7；
Pki-产品Pi每口烟气中成分Ck的百分含量,i＝0,1,···,m；k＝1,2,···,n；
cki-产品Pi中成分Ck与其他成分的交叉影响，i＝0,1,···,m；k＝1,2,···,n；
χki-产品Pi中成分Ck的综合影响因子,χki＝pki+cki,(i＝0,1,…,m；k＝1,2,…,n)
-产品Pi中成分Ck的含量对P0的综合相对差异,i＝1,···,m；k＝1,2,···,n；
-成分含量的综合相对差异与感官得分的相对差异之间的余弦相似度，用来衡量成分含量和感官得分之间的相关性，k＝1,2,…,n；j＝1,2,…,7
具体计算公式为：
(3)结果统计：
rkj越接近1，表示该成分对感官评价呈正影响，含量越高，感官评价得分越高；rkj越接近-1，表示该成分对感官评价呈负影响，含量越高，感官评价得分则越低。
进一步的，所述rkj的计算公式中：
产品Pi中成分Ck对P0的综合相对差异
其中产品Pi中成分Ck与其他成分的交叉影响:
产品Pi中成分Ck对感官评价的影响
χki＝pki+cki,(i＝0,1,…,m；k＝1,2,…,n)。
进一步的，产品Pi的感官评价Sj的得分对P0的相对差异：
产品Pi的感官评价Sj的得分与P0的绝对差异：
产品Pi的每口烟气中成分Ck的百分含量：
产品Pi的每口烟气的总量为：
mi为每支产品Pi的抽吸口数，
NICi,WATi为每支产品Pi中的烟碱含量和水分(mg)，
为每支产品Pi中的一氧化碳的百分含量(％)，
COMki为每支产品Pi中成分Ck的含量(μg)。
本发明的有益效果是：
1、本发明公开一种烟草薄片感官评价和化学成分相关性分析方法，能够基于每种化学成分在每口烟气中的百分含量，确定出每种产品中各成分的百分含量对参照品的相对差异,同时计算出每种产品的感官评价得分对参照品的相对差异,用这两者之间的余弦相似度来衡量成分含量和感官得分之间的相关性,进而找出影响每项感官得分的较强的若干种化学成分，其中成分含量对感官得分的影响可以分为正影响和负影响,正影响表示成分含量越高，感官得分越高；负影响表示成分含量越高，感官得分则越低；该分析方法简单、准确、实用性强，对烟草薄片原料、配方设计具有较大的指导意义。
2、该分析方法在少量烟草薄片样本的条件下就可以确定出感官评价和烟气化学成分之间的相关性。传统的统计方法一般都对样本容量有要求，虽然进行多元统计分析时对样本容量的大小目前尚没有统一的结论，但有一点是形成共识的，即样本容量一定要大于原始变量的个数。在感官评价和化学成分之间的相关性分析中，样本容量即产品的数量，原始变量即烟气化学成分。在烟草薄片抽吸产生的烟气中，化学成分包括醛、酮、醇、酯、酚、环、烃、糖、有机酸等十余类几千种；但受到化学成分测定成本的限制，能够获取到的产品数据却很少，一般只有十余种甚至只有几种。在这种情况下，想用传统的统计方法来确定感官评价和烟气化学成分之间的相关性是非常困难的。而本发明只需要少量烟草薄片样本数据，可操作性强。
3、本申请在研究烟草薄片感官评价和化学成分相关性分析时，进一步的考虑烟气化学成分之间的相互影响，烟气化学成分对感官评价的影响不是孤立的，某一种成分对感官评价的影响会受到其他成分的影响。因此本申请在衡量某种成分在产品Pi中相对于参照品P0的差异时，不仅考虑了该种成分在产品中的百分比含量，还引入了该种成分与其他成分的交叉影响，进一步增强本申请分析方法的准确性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例1
一种烟草薄片感官评价和化学成分相关性分析方法：包括以下步骤：
(1)根据每种化学成分在每口烟气中的百分含量，计算每种产品中各成分的百分含量对参照品的相对差异；
(2)计算每种产品的感官评价得分对参照品的相对差异,计算这两者之间的余弦相似度；
(3)余弦相似度值越接近1，表示该成分对感官评价呈正影响，含量越高，感官评价得分越高；余弦相似度值越接近-1，表示该成分对感官评价呈负影响，含量越高，感官评价得分则越低。
其具体分析方法为：
(1)符号说明：
烟草薄片产品：选择若干种烟草薄片产品，用P0、P1、…、Pm表示，本实施例中产品为5中，其中P0的各项感官质量评价得分都最高，作为参照品，本实施例中的参照品P0为施伟策摩迪在中国市售产品(以下简称摩迪)，其他的P1、P2、P3、P4为市场上采购的四种烟草薄片样品；
感官评价指标：香气、烟味、木质气、烧纸气、灼烧干燥、残留、刺激分别用S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7表示；
烟气化学成分指标：分别用C1、C2、…、Cn表示；
(2)评价方法：
Sji-产品Pi的感官评价Sj的得分,i＝0,1,···,4；j＝1,2,···,7；
其中感官评价方法是参照YC/T498-201的评价方法，感官评价评分标准参见表1，产品P0-P4感官得分表参见表2。
表1感官质量各项目评分标准
表2感官得分表
Pki-产品Pi每口烟气中成分Ck的百分含量,i＝0,1,···,4；k＝1,2,···,n；
dki-产品Pi中成分Ck的百分含量对P0的相对差异,i＝0,1,···,4；k＝1,2,···,n；
-产品Pi的感官评价Sj的得分对P0的相对差异,i＝0,1,···,4；j＝1,2,···,7；
rkj-成分Ck的百分含量对P0的相对差异(dk1,dk2,dk3,dk4)与感官评价Sj的得分对P0的相对差异之间的余弦相似度，用来衡量成分含量和感官得分之间的相关性，k＝1,2,…,n；j＝1,2,…,7.
其中rkj的具体计算方法为：
1)各种产品的每口烟气的总量
烟草薄片的燃烧过程是一个非常复杂的物理和化学综合反应，产生的烟气是一种多项混合的气溶胶,其化学成分非常复杂，根据近年来的文献资料报道,被分离鉴定的物质已达5000多种。本发明通过裂解气相色谱法与近红外光谱技术等检测方法对烟草薄片燃吸产生的烟气中的化学成分进行分析，可以得到300余种成分在没口烟气中百分比含量。
烟碱(NIC)、水(H2O)数据是每支烟中的实际含量(单位：mg/支)，一氧化碳(CO)数据是每支烟中的百分含量(单位：％)，其他成分数据是每支烟中的实际含量(单位：ug/支)
mi为每支产品Pi的抽吸口数，
NICi,WATi为每支产品Pi中的烟碱含量和水分(单位：mg)，
PERi CO为每支产品Pi中的一氧化碳的百分含量(单位：％)，
COMki为每支产品Pi中成分Ck的含量(单位：ug)，
则产品Pi的每口烟气的总量(单位：ug)为：
2)每种产品的每口烟气中各成分的百分含量
所有的分析都是基于每种成分在每口烟气中的百分含量进行的，所以需要先换算出产品Pi的每口烟气中成分Ck的百分含量：
3)成分含量和感官得分之间的相关性
考虑到摩迪产品的各项感官评价得分都是最高，而且与另外四种产品的得分差异还比较悬殊，可以认为另外四种产品与摩迪产品的感官得分之间差异是由若干种烟气化学成分在四种产品P1,…,P4中的含量和摩迪产品之间的差异引起的。
差异一般可以分为绝对差异和相对差异；
以摩迪产品P0的感官得分和各成分含量为参照品,将另外四种产品P1,…,P4的感官得分和各成分含量与之相减，得到各项绝对差异：
产品Pi中成分Ck的百分含量与摩迪的绝对差异
Dki＝pki-pk0,(i＝1,…,4；k＝1,2,…,n).
产品Pi的感官评价Sj的得分与摩迪的绝对差异
绝对差异是根据百分含量计算所得,而不同成分的含量差别大，数量级从10-6到10-1不等，因此难以用绝对差异直接分析不同成分对感官得分的影响程度，所以需要进一步计算相对差异。
相对差异在计算上有多种处理方式，最常见的y对x的相对差异为由于摩迪产品P0中甲硫基丙醛(k＝242)的含量为0，为了避免分母出现0，我们这里取y对x的相对差异为
这样，可以得到各项相对差异：
产品Pi中成分Ck的百分含量对摩迪的相对差异
产品Pi的感官评价Sj的得分对摩迪的相对差异
4)成分含量和感官得分之间的相关性
为了得到影响产品感官评价得分的最主要的若干种成分，就要考虑成分含量和感官得分之间的相关性，如果某种成分含量的相对差异和某一项感官得分的相对差异之间具有极为相似的变化趋势，就可以认为这种成分对这项感官得分具有较强的影响，这样，判断成分含量和感官得分之间的相关性的强弱，就转化为成分含量差异和感官得分差异之间的相似性度量。
相似性度量，即综合评定两个事物之间相近程度的一种度量.相似性度量的给法种类繁多，一般可分为距离测度、相似测度、匹配测度等三类.距离测度包括欧氏距离、切比雪夫距离、闵可夫斯基距离等，相似测度包括余弦相似度、指数相似度、统计相关系数等，匹配测度包括简单匹配系数、Tanimoto测度、Rao测度等。其中余弦相似度衡量的是维度间取值方向的一致性，更能反映两者之间的变化趋势.所以，我们选择余弦相似度来度量成分含量的相对差异和感官得分的相对差异之间变化趋势的相似性。
取四种产品P1,…,P4中成分Ck的百分含量对摩迪的相对差异(dk1,dk2,dk3,dk4)与感官评价Sj的得分对摩迪的相对差异之间的余弦相似度rkj来衡量成分含量和感官得分之间的相关性，具体的计算公式为：
(3)结果统计：
rkj越接近1，表示该成分对感官评价呈正影响，含量越高，感官评价得分越高；rkj越接近-1，表示该成分对感官评价呈负影响，含量越高，感官评价得分则越低。
针对每项感官评价，提取含量差异与得分差异的余弦相似度由高到低排在前Np的成分，得到对该项感官评价具有较强正影响的Np种成分；提取含量差异与得分差异的余弦相似度由低到高排在前Nn的成分，就可以得到对该项感官评价具有较强负影响的Nn种成分，其中正影响表示成分含量越高，感官得分越高；负影响表示成分含量越高，感官得分则越低，本实施例提取对每项感官评价产生影响最大的10种成分，见表3。
表3对每项感官评价产生正、负影响最大的10种成分
实施例2
实施例2是在实施例1的基础上，考虑每种烟气化学成分对感官得分的影响不仅仅依赖于自身含量的多少，还可能受到该成分和其他成分之间的交叉作用影响，在考虑产品中某种成分的百分含量的同时,引入该成分含量和其他成分含量的交叉影响,将成分含量对参照品摩迪的相对差异改为该成分含量对参照品摩迪的综合相对差异。
具体的评价方法是：
(1)符号说明：
烟草薄片产品：选择若干种烟草薄片产品，用P0、P1、…、Pm表示，本实施例中产品为5中，其中P0的各项感官质量评价得分都最高，作为参照品，本实施例中的参照品P0为摩迪，其他的P1、P2、P3、P4为市场上采购的四种烟草薄片样品；
感官评价指标：香气、烟味、木质气、烧纸气、灼烧干燥、残留、刺激分别用S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7表示；
烟气化学成分指标：分别用C1、C2、…、Cn表示；
(2)评价方法：
Sji-产品Pi的感官评价Sj的得分,i＝0,1,···,4；j＝1,2,···,7；
Pki-产品Pi每口烟气中成分Ck的百分含量,i＝0,1,···,4；k＝1,2,···,n；
cki-产品Pi中成分Ck与其他成分的交叉影响，i＝0,1,…,4；k＝1,2,…,n.
χki-产品Pi中成分Ck的综合影响因子,χki＝pki+cki,(i＝0,1,…,4；k＝1,2,…,n).
-产品Pi中成分Ck的含量对摩迪的综合相对差异,i＝1,…,4；k＝1,2,…,n.
-成分含量的综合相对差异与感官得分的相对差异之间的余弦相似度，用来衡量成分含量和感官得分之间的相关性，k＝1,2,…,n；j＝1,2,…,7.
其中的具体计算方法为：
1)成分含量对摩迪的综合相对差异
产品Pi中成分Ck与其他成分的交叉影响用交叉乘积来描述：
产品Pi中成分Ck对感官评价的影响包含两部分,一部分由自身含量pki引起,另一部分由该成分与其他成分的交叉影响cki引起.考虑该成分的综合影响因子为
χki＝pki+cki,(i＝0,1,…,4；k＝1,2,…,n).
产品Pi中成分Ck对摩迪的综合相对差异
2)产品Pi的感官评价Sj的得分对摩迪的相对差异计算方法与实施例1相同：
3)成分含量和感官得分之间的相关性
用四种产品P1,…,P4中成分Ck对摩迪的综合相对差异与感官评价Sj的得分对摩迪的相对差异之间的余弦相似度来衡量成分含量和感官得分之间的相关性,具体的计算公式为：
(3)结果统计：
rkj越接近1，表示该成分对感官评价呈正影响，含量越高，感官评价得分越高；rkj越接近-1，表示该成分对感官评价呈负影响，含量越高，感官评价得分则越低。
针对每项感官评价，提取具有较强正影响的Np种成分和较强负影响的Nn种成分，具体数据见表4。
表4对每项感官评价产生正、负影响最大的10种成分
通过该分析方法，确定出对每项感官评价产生正、负影响最大的10种成分，从而在实际的生产中，可以通过增加对感官评价产生正影响的化学成分，减少对感官评价产生负影响的成分的方法，来提高产品的感官质量，更好的指导生产，优化原料和配方。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种烟草薄片感官评价和化学成分相关性分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)根据每种化学成分在每口烟气中的百分含量，计算每种产品中各成分的百分含量对参照品的相对差异；
(2)计算每种产品的感官评价得分对参照品的相对差异；
(3)计算上述两者之间的余弦相似度，余弦相似度值越接近1，表示该成分对感官评价呈正影响，含量越高，感官评价得分越高；余弦相似度值越接近-1，表示该成分对感官评价呈负影响，含量越高，感官评价得分则越低。
2.根据权利要求1所述的一种烟草薄片感官评价和化学成分相关性分析方法，其特征在于：所述步骤(1)中的相对差异为综合相对差异。
3.根据权利要求1所述的一种烟草薄片感官评价和化学成分相关性分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)符号说明：
烟草薄片产品：选择若干种烟草薄片产品，用P0、P1、…、Pm表示，其中P0为参照品；
感官评价指标：香气、烟味、木质气、烧纸气、灼烧干燥、残留、刺激分别用S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7表示；
烟气化学成分指标：分别用C1、C2、…、Cn表示；
(2)评价方法：
Sji-产品Pi的感官评价Sj的得分,i＝0,1,···,m；j＝1,2,···,7；
Pki-产品Pi每口烟气中成分Ck的百分含量,i＝0,1,···,m；k＝1,2,···,n；
dki-产品Pi中成分Ck的百分含量对P0的相对差异,i＝0,1,···,m；k＝1,2,···,n；
-产品Pi的感官评价Sj的得分对P0的相对差异,i＝0,1,···,m；j＝1,2,···,7；
rkj-成分Ck的百分含量对P0的相对差异(dk1,dk2,dk3,dk4)与感官评价Sj的得分对P0的相对差异之间的余弦相似度，用来衡量成分含量和感官得分之间的相关性，k＝1,2,…,n；j＝1,2,…,7
其中
(3)结果统计：
rkj越接近1，表示该成分对感官评价呈正影响，含量越高，感官评价得分越高；rkj越接近-1，表示该成分对感官评价呈负影响，含量越高，感官评价得分则越低。
4.根据权利要求3所述的一种烟草薄片感官评价和化学成分相关性分析方法，其特征在于：所述rkj的计算公式中：
产品Pi中成分Ck的百分含量对参照品的相对差异：
产品Pi中成分Ck的百分含量与参照品的绝对差异：
Dki＝pki-pk0,(i＝1,…,m；k＝1,2,…,n)。
5.根据权利要求1所述的一种烟草薄片感官评价和化学成分相关性分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)评价符号说明：
烟草薄片产品：用P0、P1、…、Pm表示；
感官评价指标：香气、烟味、木质气、烧纸气、灼烧干燥、残留、刺激分别用S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7表示；
烟气化学成分指标：分别用C1、C2、…、Cn表示；
(2)评价方法：
Sji-产品Pi的感官评价Sj的得分,i＝0,1,···,m；j＝1,2,···,7；
Pki-产品Pi每口烟气中成分Ck的百分含量,i＝0,1,···,m；k＝1,2,···,n；
cki-产品Pi中成分Ck与其他成分的交叉影响，i＝0,1,···,m；k＝1,2,···,n；
χki-产品Pi中成分Ck的综合影响因子,χki＝pki+cki,(i＝0,1,…,m；k＝1,2,…,n)
-产品Pi中成分Ck的含量对P0的综合相对差异,i＝1,…,m；k＝1,2,…,n；
-成分含量的综合相对差异与感官得分的相对差异之间的余弦相似度，用来衡量成分含量和感官得分之间的相关性，k＝1,2,…,n；j＝1,2,…,7；
具体计算公式为：
(3)结果统计：
rkj越接近1，表示该成分对感官评价呈正影响，含量越高，感官评价得分越高；rkj越接近-1，表示该成分对感官评价呈负影响，含量越高，感官评价得分则越低。
6.根据权利要求5所述的一种烟草薄片感官评价和化学成分相关性分析方法，其特征在于：所述rkj的计算公式中：
产品Pi中成分Ck对P0的综合相对差异
其中产品Pi中成分Ck与其他成分的交叉影响：
产品Pi中成分Ck对感官评价的影响
χki＝pki+cki,(i＝0,1,…,m；k＝1,2,…,n)。
7.根据权利要求3或5所述的一种烟草薄片感官评价和化学成分相关性分析方法，其特征在于：产品Pi的感官评价Sj的得分对P0的相对差异：
产品Pi的感官评价Sj的得分与P0的绝对差异：
产品Pi的每口烟气中成分Ck的百分含量：
产品Pi的每口烟气的总量为：
mi为每支产品Pi的抽吸口数，
NICi,WATi为每支产品Pi中的烟碱含量和水分(mg)，
为每支产品Pi中的一氧化碳的百分含量(％)，
COMki为每支产品Pi中成分Ck的含量(μg)。
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