不同圓周卷煙主流煙氣揮發(fā)物組釋放量的差異

張 華，廖惠云，錢建財(cái)，楊 松，張 媛，秦艷華，朱懷遠(yuǎn)*，聶 聰*

1.江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，南京市建鄴區(qū)興隆大街29號(hào) 210019

2.中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2 號(hào) 450001

隨著卷煙市場(chǎng)消費(fèi)需求的多元化，細(xì)支和中支卷煙逐漸成為煙草企業(yè)和消費(fèi)者關(guān)注的熱點(diǎn)［1-2］。已有研究［3］表明，相同煙絲在細(xì)支、中支和常規(guī)粗支卷煙下的感官特征存在顯著差異，這是由于細(xì)支、中支和常規(guī)粗支卷煙煙氣成分的生成、過濾及擴(kuò)散發(fā)生了根本性變化。因此，從多角度分析不同煙葉原料在不同圓周卷煙下煙氣成分釋放的差異，闡明不同圓周對(duì)卷煙揮發(fā)性組分釋放的影響規(guī)律，有助于提升卷煙產(chǎn)品設(shè)計(jì)。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)不同圓周對(duì)卷煙煙氣釋放的影響開展了相關(guān)研究，Irwin［4］、Egilmez［5］、Debardeleben等［6］、Yamamoto等［7-8］研究了煙支圓周對(duì)煙氣常規(guī)成分、部分揮發(fā)性成分以及煙氣氣溶膠粒徑的影響，葛暢等［9］、黃延俊等［10］、楊松等［3］、朱瑞芝等［11］、鄧其馨等［12］和李超等［13］分別研究了不同圓周對(duì)煙支煙氣常規(guī)成分和部分香味成分釋放的影響。這些研究更多是針對(duì)卷煙煙氣中常規(guī)成分，且分析指標(biāo)數(shù)量相對(duì)有限，統(tǒng)計(jì)手段亦較為單一，不足以全面反映圓周因素對(duì)卷煙揮發(fā)性成分釋放整體的影響情況。

近年來，代謝組和揮發(fā)物組等組學(xué)技術(shù)采用多元統(tǒng)計(jì)分析算法，在食品領(lǐng)域的成分差異分析［14-15］、品質(zhì)分級(jí)［16-18］和摻雜摻假檢測(cè)［19-20］等方面應(yīng)用廣泛，對(duì)于自變量遠(yuǎn)多于樣品數(shù)量的統(tǒng)計(jì)分析呈現(xiàn)明顯技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為不同圓周卷煙煙氣揮發(fā)物組差異性研究提供了技術(shù)借鑒。為此，本研究中以10個(gè)不同產(chǎn)區(qū)和部位單等級(jí)煙葉為對(duì)象，分別卷制常規(guī)粗支、中支和細(xì)支成品煙支，采用GC-MS法對(duì)不同圓周組卷煙主流煙氣中307個(gè)揮發(fā)物進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合組學(xué)手段采用的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，篩選差異化合物，系統(tǒng)對(duì)比分析圓周對(duì)卷煙煙氣揮發(fā)性成分釋放量的影響，旨在從分子水平剖析不同圓周煙支煙氣釋放特征的差異，為中支和細(xì)支卷煙產(chǎn)品開發(fā)及品質(zhì)提升提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

選用八大產(chǎn)區(qū)及不同部位煙葉為實(shí)驗(yàn)材料：福建三明（武夷丘陵生態(tài)區(qū)，清甜蜜甜香型，中部）、貴州遵義（黔桂山地生態(tài)區(qū)，蜜甜香型，中部）、重慶武?。ㄎ淞昵匕蜕鷳B(tài)區(qū)，醇甜香型，中部）、湖南郴州（南陵丘陵生態(tài)區(qū)，焦甜醇甜香型，中部）、福建三明（武夷丘陵生態(tài)區(qū)，清甜蜜甜香型，上部）、福建三明（武夷丘陵生態(tài)區(qū)，清甜蜜甜香型，下部）、云南玉溪（西南高原生態(tài)區(qū)，清甜香型，中部）、河南洛陽（黃淮平原生態(tài)區(qū)，焦甜焦香型，中部）、山東臨沂（沂蒙丘陵生態(tài)區(qū)，焦香蜜甜香型，中部）和吉林白城（東北平原生態(tài)區(qū)，木香蜜甜香型，中部）10個(gè)單等級(jí)煙葉，選取市場(chǎng)在售某品牌粗支、中支和細(xì)支卷煙的常用輔材參數(shù)，將上述煙葉樣品分別上線卷制成粗支、中支和細(xì)支卷煙（對(duì)應(yīng)編號(hào)分別為CZ、ZZ 和XZ，樣品卷制在江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司下屬卷煙廠完成，不加香加料）。

氘代苯標(biāo)準(zhǔn)品（≥99.5%，內(nèi)標(biāo)，德國(guó)Dr.Ehrenstorfer 公司）；乙酸苯乙酯標(biāo)準(zhǔn)品（≥99.5%，內(nèi)標(biāo)）、反-2-己烯酸標(biāo)準(zhǔn)品（≥99.5%，內(nèi)標(biāo)）、N，O-雙（三甲基硅烷基）三氟乙酰胺［N，O-Bis（trimethylsilyl）trifluoroacetamide，BSTFA，色譜純］（美國(guó)Aldrich 公司）；二氯甲烷、甲醇（色譜純，美國(guó)J&T Baker公司）。

7890B-5977A型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、DB-5MS彈性石英毛細(xì)管柱（60 m×0.25 mm×0.25 μ m）、DB-5MS彈性石英毛細(xì)管柱（60 m×0.25 mm×1.0 μm）、DB-624彈性石英毛細(xì)管柱（60 m×0.25 mm×1.4 μm）（美國(guó)Agilent 公司）；SM450 直線型吸煙機(jī)（英國(guó)Cerulean 公司）；有機(jī)相針式濾器（孔徑0.45 μm，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司）；劍橋?yàn)V片（直徑44 mm，德國(guó)Borgwaldt 公司）；CP224S 型電子天平（感量0.000 1 g，德國(guó)Sartorius公司）。

1.2 方法

1.2.1 卷煙煙氣常規(guī)成分釋放量的測(cè)定

按照GB/T 16447—2004 的要求，將不同圓周樣品卷煙在溫度（22±1）℃、相對(duì)濕度（60±3）%的環(huán)境中平衡48 h，然后按照（平均質(zhì)量±0.15）g和（平均吸阻±30）Pa的標(biāo)準(zhǔn)挑選測(cè)試樣品。參考標(biāo)準(zhǔn)方法［21-24］分別分析主流煙氣總粒相物、焦油、煙堿、水分和CO的釋放量，不同圓周卷煙實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值見表1。參照文獻(xiàn)［25-26］的方法分別進(jìn)行卷煙主流煙氣揮發(fā)性和半揮發(fā)性成分分析。

表1 不同圓周卷煙煙氣常規(guī)成分釋放量測(cè)試結(jié)果Tab.1 Releases of routine smoke components from cigarettes with different circumferences（mg·支-1）

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

使用質(zhì)譜儀器Agilent MassHunter 定量軟件處理采集的SIM 數(shù)據(jù)，利用編輯好的自動(dòng)積分方法，生成一個(gè)包含樣品信息、成分名稱和釋放量的樣品數(shù)據(jù)矩陣，采用半定量方法測(cè)定釋放量，以目標(biāo)物峰面積與內(nèi)標(biāo)峰面積的比值計(jì)。利用SIMCA-P 14.1 軟件對(duì)數(shù)據(jù)矩陣中心化和歸一化處理后進(jìn)行主成分分析（Principal components analysis，PCA）、正交偏最小二乘法判別分析（Orthogonal partial least-squares discrimination analysis，OPLS-DA）和變量重要性投影（Variable importance in the projection，VIP）值分析，并利用SPSS 26.0 軟件進(jìn)行方差分析，篩選出組間存在顯著性差異的化合物；采用Graphpad prism 7.0軟件繪制揮發(fā)物組釋放量分布圖；采用Bioladder（https://www.bioladder.cn）在線方式繪制火山圖；采用Origin 2022 軟件繪制箱線圖；采用Metaboanalyst（http://www.metaboanalyst.ca）和Omicshare（https://www.omicshare.com）在線方式分別繪制聚類熱圖和網(wǎng)絡(luò)相關(guān)性熱圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同圓周卷煙主流煙氣揮發(fā)物釋放量整體對(duì)比分析

利用GC-MS 工作站MassHunter 定性軟件解卷積功能對(duì)共流出峰進(jìn)行解析，并運(yùn)用NIST17 和FLAVOR2數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索（匹配度大于85%），同時(shí)結(jié)合保留指數(shù)對(duì)卷煙煙氣中揮發(fā)性化合物進(jìn)行定性分析。經(jīng)查證、確認(rèn)共鑒定出307個(gè)化合物，按官能團(tuán)分類主要包括烴類化合物8個(gè)、醇類16個(gè)、酚類25個(gè)、醚類4個(gè)、醛類27個(gè)、酮類66個(gè)、酸類44個(gè)、酯類26個(gè)、內(nèi)酯類22個(gè)、酸酐類2個(gè)、酰胺類9個(gè)（內(nèi)酰胺1 個(gè)和酰胺及酰亞胺8 個(gè)）、含硫化合物7 個(gè)，以及含氮雜環(huán)類化合物51個(gè)（吡啶類19個(gè)、吡咯類8個(gè)、吡嗪類16個(gè)、呋喃類3個(gè)、喹啉類1個(gè)、咪唑類2個(gè)和吲哚類2個(gè)），共20類揮發(fā)物組。不同圓周卷煙煙氣中揮發(fā)物釋放量統(tǒng)計(jì)結(jié)果和揮發(fā)物組釋放量整體分布情況分別如表2和圖1所示。

圖1 不同圓周卷煙煙氣中不同類揮發(fā)物組釋放量整體分布情況Fig.1 Overall distributions of different types of volatile components released in mainstream smoke of cigarettes with different circumferences

表2 不同圓周卷煙主流煙氣揮發(fā)物釋放量統(tǒng)計(jì)結(jié)果Tab.2 Statistical results of volatile components released in mainstream smoke of cigarettes with different circumferences

結(jié)合表2 和圖1 結(jié)果對(duì)不同圓周卷煙主流煙氣揮發(fā)物釋放量進(jìn)行整體對(duì)比分析。就官能團(tuán)分類而言，不同圓周卷煙煙氣中揮發(fā)性組分釋放量分布呈現(xiàn)出類似的趨勢(shì)，即醚類、酯類、酸酐類、內(nèi)酰胺類、酰胺及酰亞胺類、含硫化合物、吡咯類、呋喃類、咪唑類、吡嗪類、吲哚類和喹啉類化合物的釋放量整體較低；烴類、醇類、內(nèi)酯類和吡啶類化合物的釋放量處于中間水平；而酚類、醛類、酮類和酸類化合物的釋放量整體較高，其中，酸類化合物的釋放量最高，酚類、酮類和醛類化合物依次減小。進(jìn)一步分析每類化合物釋放量分布離散情況可知，烴類、酚類、醛類、酮類、酸類、酯類、酸酐類、內(nèi)酰胺類、酰胺及酰亞胺類、吡咯類、呋喃類、咪唑類、吡啶類和吲哚類等揮發(fā)物組，波動(dòng)趨勢(shì)由大到小依次為CZ、ZZ、XZ 樣品。田海英等［27］在研究圓周與酚類化合物釋放量的變化時(shí)也得到了類似規(guī)律；含硫化合物、吡嗪類和喹啉類等揮發(fā)物組，波動(dòng)趨勢(shì)由大到小依次為CZ≈ZZ、XZ樣品；醚類和內(nèi)酯類等揮發(fā)物組，波動(dòng)趨勢(shì)由大到小依次為CZ、ZZ≈XZ 樣品；醇類揮發(fā)物組，波動(dòng)趨勢(shì)由大到小依次為CZ、XZ、ZZ 樣品?？梢姡傮w上不同圓周卷煙揮發(fā)物組釋放量分布離散趨勢(shì)由大到小依次呈現(xiàn)為CZ、ZZ、XZ樣品的規(guī)律特征。

就圓周條件對(duì)不同類揮發(fā)物組釋放量影響情況而言，醇類、酚類、醚類、酯類、酸酐類、酰胺及酰亞胺類、咪唑類、吡啶類和吲哚類9 類揮發(fā)物組，CZ 與ZZ、XZ 樣品之間釋放量均具有明顯差異，但ZZ 和XZ 樣品之間差異不明顯；吡咯類和呋喃類化合物，CZ 與XZ 樣品煙氣釋放量差異明顯，但ZZ 與CZ 和XZ樣品煙氣釋放量均不具有明顯差異；醛類和吡嗪類化合物，CZ 和ZZ 樣品之間差異不顯著，但均與XZ 樣品之間具有顯著差異；而烴類、酮類、酸類、內(nèi)酯類、內(nèi)酰胺類、含硫化合物和喹啉類7類揮發(fā)物組，CZ、ZZ 和XZ 樣品兩兩之間煙氣釋放量均具有顯著性差異。由以上結(jié)果可知，不同圓周卷煙中，CZ 與XZ樣品之間煙氣揮發(fā)物組釋放量均存在顯著差異，而ZZ 樣品居中，總體上呈現(xiàn)與CZ 樣品間差異顯著大于與XZ樣品間的情況。

2.2 卷煙主流煙氣揮發(fā)物絕對(duì)釋放量差異分析

2.2.1 PCA和OPLS-DA分析

在對(duì)不同圓周卷煙主流煙氣中揮發(fā)物組釋放量整體差異分析基礎(chǔ)上，以CZ、ZZ和XZ 3組卷煙樣品中307 個(gè)組分為自變量，采用無監(jiān)督的PCA 進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2a所示。可知，在95%置信區(qū)間內(nèi)，PC1 和PC2 的貢獻(xiàn)率分別為64.1%和14.8%，兩者的總貢獻(xiàn)率為78.9%，表明PC1和PC2基本上可以反映不同圓周樣品間揮發(fā)性化合物釋放情況差異。在PCA 3 個(gè)區(qū)域中，ZZ 和XZ 樣品區(qū)域較為緊密地聚集在一起，CZ樣品區(qū)域表現(xiàn)出一定程度的分散?？傮w顯示粗支卷煙與細(xì)支卷煙能夠完全分開，而中支卷煙分布位居其中，但是有少部分樣品與細(xì)支卷煙混合在一起，沒能完全分開，這與上節(jié)中不同圓周卷煙按官能團(tuán)分類得到的分析結(jié)果差異一致。

圖2 不同圓周卷煙主流煙氣中揮發(fā)性成分的PCA和OPLS-DA得分圖Fig.2 PCA and OPLS-DA score plots of volatile components in mainstream smoke of cigarettes with different circumferences

為進(jìn)一步分析不同圓周卷煙間煙氣中的差異化合物，采用有監(jiān)督的OPLS-DA 方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。圖2b 至圖2d 是OPLS-DA 分析結(jié)果，經(jīng)過200次置換檢驗(yàn)，模型評(píng)價(jià)參數(shù)結(jié)果如表3所示。從圖2中可以看出，CZ、ZZ 和XZ 樣品之間分別兩兩比較，從橫坐標(biāo)方向看，不同圓周樣品之間分離均明顯，顯示能夠區(qū)分不同圓周卷煙樣品；從縱坐標(biāo)方向看，不論何種圓周卷煙，組內(nèi)樣品較為分散且均沒有簇?fù)砭奂?，能夠推測(cè)出由于配方煙絲內(nèi)在組分含量存在差異，進(jìn)而帶來煙氣揮發(fā)物成分釋放量各異。表3中結(jié)果顯示，3個(gè)模型的擬合參數(shù)R2X、R2Y和Q2總體上均趨近于1，且Q2在Y 軸的截距<0，說明模型不產(chǎn)生過擬合，表明模型有穩(wěn)健良好的解釋和預(yù)測(cè)能力。通過與主成分分析相比，CZ、XZ和ZZ樣品均呈現(xiàn)聚類分布，不同樣品間差異顯著，表明不同圓周卷煙之間可以通過OPLS-DA 方法進(jìn)行煙氣差異化合物分析。一般VIP值大于1.0且P值小于0.05的化合物被認(rèn)為是有助于分類區(qū)別的潛在差異化合物［28］，結(jié)果顯示，CZ vs ZZ、CZ vs XZ 和ZZ vs XZ 之間分別存在35個(gè)、12個(gè)和12個(gè)差異化合物，這些化合物可作為區(qū)分不同圓周卷煙煙氣釋放物差異的特征標(biāo)志物。

表3 不同圓周卷煙OPLS-DA模型評(píng)價(jià)參數(shù)和差異化合物數(shù)量Tab.3 Evaluation parameters and differential compound numbers of OPLS-DA models for cigarettes with different circumferences

2.2.2 差異化合物的分布

在初步篩選不同圓周樣品間差異化合物的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用火山圖形式，探討差異化合物在不同圓周樣品間的分布情況［29］。以化合物釋放量的倍率（Fold change，F(xiàn)C）對(duì)數(shù)為橫坐標(biāo)、P值對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)，當(dāng)化合物落在FC>1 且P<0.05 區(qū)域時(shí)，表示該化合物釋放量顯著增加，即顯示與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組中該化合物是上調(diào)的（以紅色圓點(diǎn)標(biāo)明）；當(dāng)化合物落在FC<1 且P<0.05 區(qū)域時(shí)，表示該化合物的釋放量顯著降低，即顯示與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組中該化合物的釋放量是下調(diào)的（以綠色圓點(diǎn)標(biāo)明）。

如圖3a所示，相比于CZ 卷煙，XZ 卷煙中有D10（丙二醇）、M21（己醛）、J3（2，5-二甲基呋喃）、P1（對(duì)傘花烴）、P4（2，6-二甲基-2，6-辛二烯）、Q23（2-己酮）、Q25（2-戊酮）、Q26（2-辛酮）、Q55（甲基異丁基酮）和T2（2，2，4-三甲基戊二醇異丁酯）等34 個(gè)化合物的釋放量下調(diào)，而只有N4（2-甲基己酸）1 個(gè)化合物的釋放量是上調(diào)的；如圖3b所示，相比于ZZ 卷煙，XZ 卷煙中有G3（4-硫代戊醛）、M6（3-甲基-4-羥基苯甲醛）、M21（己醛）、P4（2，6-二甲基-2，6-辛二烯）、P8（月桂烯）、Q23（2-己酮）、Q25（2-戊酮）、Q26（2-辛酮）、Q39（4-甲基-3-戊烯-2-酮）、Q55（甲基異丁基酮）、T10（肉豆蔻酸甲酯）和T26（棕櫚酸乙酯）12 個(gè)化合物的釋放量均呈現(xiàn)顯著降低的趨勢(shì)，不存在上調(diào)化合物；如圖3c所示，相比于CZ 卷煙，ZZ 卷煙中有D10（丙二醇）、J3（2，5-二甲基呋喃）、L3（3-丁叉苯酞）、M16（丁香醛）、M26（葉醛）、N34（辛酸）、P1（對(duì)傘花烴）、Q9（巨豆三烯酮3）和Q25（2-戊酮）9 個(gè)化合物的釋放量顯著下降，而N4（2-甲基己酸）、E9［3-（2-羥乙基）苯酚］和T26（棕櫚酸乙酯）3 個(gè)化合物的釋放量顯著增加。總體上看，隨著卷煙圓周降低，煙氣中呈現(xiàn)顯著下調(diào)趨勢(shì)的化合物數(shù)量增多，其中，D10（丙二醇）、J3（2，5-二甲基呋喃）、L3（3-丁叉苯酞）、M26（葉醛）、N34（辛酸）、P1（對(duì)傘花烴）和Q25（2-戊酮）7 個(gè)化合物在不同圓周樣品間呈現(xiàn)的變化趨勢(shì)一致。

圖3 不同圓周卷煙煙氣差異化合物火山圖Fig.3 Volcano plots of differential compounds in mainstream smoke of cigarettes with different circumferences

2.3 卷煙主流煙氣揮發(fā)性成分單位焦油釋放量差異分析

2.3.1 OPLS-DA分析

卷煙主流煙氣揮發(fā)性組分釋放量是由配方煙絲、煙支圓周、輔材及參數(shù)等多因素協(xié)同影響的［13，30］。為客觀比較不同圓周條件下卷煙主流煙氣揮發(fā)性成分釋放量，采用單位焦油釋放量形式進(jìn)一步比較圓周對(duì)卷煙煙氣揮發(fā)性成分釋放量的影響。以3組卷煙樣品中307種化合物的單位焦油釋放量為自變量，使用OPLS-DA 方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，圖4a 是OPLS-DA分析結(jié)果，其擬合參數(shù)為R2X=0.979、R2Y=0.979、Q2=0.867，可以看出3 組卷煙樣品能夠很好地被區(qū)分，表明該模型的穩(wěn)定性可靠，預(yù)測(cè)率較高。對(duì)OPLS-DA模型進(jìn)行置換檢驗(yàn)，置換次數(shù)n=200，模型的排列驗(yàn)證結(jié)果如圖4b所示?？梢钥闯?，左側(cè)所有的點(diǎn)均低于最右側(cè)兩個(gè)點(diǎn)，同時(shí)模型驗(yàn)證結(jié)果參數(shù)R2截距為0.773、Q2截距為-1.32，表明該模型較為可靠，不存在過擬合現(xiàn)象。因此，采用該模型進(jìn)行差異化合物篩選。結(jié)合變量重要性投影（VIP＞1.0），初步篩選出45個(gè)差異化合物（圖4c，VIP＞1.0為紅色），并通過方差檢驗(yàn)（P＜0.05）對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，最終篩選出29 個(gè)差異化合物，其單位焦油釋放量在CZ、ZZ 和XZ 3組圓周卷煙煙氣中差異顯著。

圖4 不同圓周卷煙煙氣揮發(fā)性化合物單位焦油釋放量OPLS-DA分析結(jié)果Fig.4 OPLS-DA plots of volatile components per unit tar in mainstream smoke of cigarettes with different circumferences

2.3.2 聚類熱圖分析

為了更加直觀地分析不同圓周條件下煙氣化合物的差異，對(duì)已鑒定出的29個(gè)差異化合物進(jìn)一步進(jìn)行聚類熱圖分析，結(jié)果見圖5。可知，樣品在不同圓周條件下的聚類效果較好，差異化合物大致可分為3組：第1 組是A11（3-羥基吡啶）、D10（丙二醇）、D11（丙三醇）、E4（2，4-二甲基苯酚）、E7（2-甲基苯酚）、M19（反-2-癸烯醛）、N11（γ-戊酮酸）、N12（苯甲酸）、N26（糠酸）、Q9（巨豆三烯酮3）、Q17（2，3-戊二酮）和P6（檸檬烯）12 個(gè)化合物；第2 組是D13（糠醇）、L5［2（5H）-呋喃酮］、M10（5-甲基糠醛）、M23（糠醛）、N15（丙酮酸）、Q1（丙酮醇）和Q51（二羥基丙酮）7個(gè)化合物；第3組是E21（鄰苯二酚）、E25（4-羥基苯乙烯）、N29（肉豆蔻酸）、N35（亞麻酸）、N36（亞油酸）、N41（硬脂酸）、N42（油酸）、N44（棕櫚酸）、Q11（2-羥基-2-環(huán)戊烯-1-酮）和Q54（甲基環(huán)戊烯醇酮）10 個(gè)化合物。這表明所鑒定出的差異化合物可用于反映不同圓周卷煙之間單位焦油釋放量的差異。結(jié)合聚類熱圖中化合物聚合情況，第2組和第3組化合物先聚合為一個(gè)大類，由此推出相比于CZ卷煙，ZZ 和XZ 樣品之間卷煙單位焦油釋放量存在較小的差異。為量化這些差異化合物在不同圓周卷煙中的分布情況，以箱線圖形式對(duì)其進(jìn)行比較分析。如圖6所示，第1 組化合物的總釋放量在CZ 樣本中最豐富，其隨著圓周的減小呈現(xiàn)出先降低后升高的變化趨勢(shì)，而第2組和第3組兩組化合物的總釋放量隨著圓周減小呈現(xiàn)逐步升高的趨勢(shì)，均在XZ樣品中最豐富?？梢姡唤M化合物在不同圓周樣品間存在顯著差異，主要原因可能是圓周的變化影響了抽吸卷煙時(shí)的氣流流速和煙絲的燃燒狀態(tài)，導(dǎo)致煙氣中成分的生成、過濾及擴(kuò)散發(fā)生了根本性變化［31］。一般說來，消費(fèi)者吸食卷煙時(shí)，煙氣感官的物質(zhì)基礎(chǔ)取決于煙氣中的揮發(fā)物、半揮發(fā)物組的綜合效應(yīng)，因此，同一配方煙絲在不同圓周卷煙中的感官效應(yīng)存在差異，特別是香氣質(zhì)和香氣量等指標(biāo)，與3種圓周條件下煙氣揮發(fā)物差異指標(biāo)相關(guān)性密切。后續(xù)研究可針對(duì)性確認(rèn)差異指標(biāo)與感官質(zhì)量的相關(guān)性，為卷煙葉組的調(diào)配優(yōu)化提供技術(shù)支撐。

圖5 不同圓周卷煙煙氣揮發(fā)性差異化合物的聚類熱圖Fig.5 Cluster heat map of differential volatile components in mainstream smoke of cigarettes with different circumferences

圖6 不同圓周卷煙煙氣差異組群化合物單位焦油釋放量的箱線圖Fig.6 Box plots of differential compounds per unit tar among 3 groups in mainstream smoke of cigarettes with different circumferences

2.3.3 焦油與單位焦油釋放量差異化合物相關(guān)性分析

采用網(wǎng)絡(luò)相關(guān)性分析法進(jìn)一步探索焦油與單位焦油釋放量差異化合物之間的相互關(guān)系，該方法具有直接分析兩類變量相關(guān)性的優(yōu)點(diǎn)［32］。圖7的結(jié)果可分為兩個(gè)部分，左邊是網(wǎng)絡(luò)相關(guān)圖，右邊是相關(guān)性熱圖。多變量?jī)?nèi)部（差異化合物）之間的相關(guān)性通過紅綠熱圖展示，顏色越紅代表正相關(guān)性越大，顏色越綠代表負(fù)相關(guān)性越大，正方形方塊越大表示差異化合物之間的相關(guān)性越強(qiáng)。根據(jù)圖7中色塊聚集情況可明顯看出，上述第1 組、第2 組和第3 組中差異化合物在各自組內(nèi)大都存在不同程度的正相關(guān)關(guān)系，第1組分別與第2組、第3組之間大都存在一定程度的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而第2組與第3組之間大都存在一定程度的正相關(guān)關(guān)系。與上述聚類熱圖中差異化合物的聚集情況呈現(xiàn)一致的變化趨勢(shì)。

圖7 焦油釋放量與不同圓周卷煙煙氣差異化合物單位焦油釋放量的網(wǎng)絡(luò)相關(guān)性熱圖Fig.7 Heat map of network correlations between tar levels and differential compounds per unit of tar in mainstream smoke of cigarettes with different circumferences

通過連線將差異化合物與焦油因素進(jìn)行逐一關(guān)聯(lián)。線條顏色越紅代表正相關(guān)性越強(qiáng)，線條顏色越綠代表負(fù)相關(guān)性越強(qiáng)，同時(shí)線條越粗表明P值越小，說明相關(guān)性越顯著。從圖7 中還可知，焦油（Tar）釋放量與D10（丙二醇）、N26（糠酸）、P6（檸檬烯）和Q17（2，3-戊二酮）4 個(gè)化合物正相關(guān)，且相關(guān)性顯著；與D13（糠醇）、E21（鄰苯二酚）、E25（4-羥基苯乙烯）、L5［2（5H）-呋喃酮］、N15（丙酮酸）、N29（肉豆蔻酸）、N35（亞麻酸）、N36（亞油酸）、N41（硬脂酸）、N42（油酸）、N44（棕櫚酸）、Q1（丙酮醇）、Q11（2-羥基-2-環(huán)戊烯-1-酮）、Q51（二羥基丙酮）和Q54（甲基環(huán)戊烯醇酮）15個(gè)差異化合物負(fù)相關(guān)，且相關(guān)性顯著。總體上看，與焦油釋放量正相關(guān)的化合物大多位于第1組，而呈負(fù)相關(guān)性的化合物大多位于第2組和第3 組，這與前述顯著差異化合物在不同圓周組間含量變化趨勢(shì)成對(duì)應(yīng)關(guān)系，即意味著相比于焦油釋放量高的CZ 卷煙，ZZ 和XZ 卷煙煙氣中第1 組組分的釋放量整體偏低，而第2組和第3組組分的釋放量整體偏高。

3 結(jié)論

（1）20 類揮發(fā)物組釋放量及分散程度由大到小的順序總體上依次為粗支（CZ）、中支（ZZ）、細(xì)支（XZ）樣品，CZ與XZ之間均呈現(xiàn)顯著差異，ZZ位居中間且與CZ之間存在顯著差異的數(shù)量多于與XZ之間。

（2）就揮發(fā)物釋放量而言，OPLS-DA 對(duì)不同圓周卷煙樣品區(qū)分效果較好。結(jié)合VIP和FC標(biāo)準(zhǔn)，CZ與XZ、ZZ與XZ和CZ與ZZ分別篩選出上調(diào)/下調(diào)差異化合物為1/34、0/12和3/9個(gè)。

（3）基于揮發(fā)物單位焦油釋放量構(gòu)建的OPLS-DA 模型顯著可靠，并篩選出29 個(gè)差異化合物，在不同圓周樣品間呈現(xiàn)聚集分布，且其釋放量具有顯著差異。差異化合物釋放量之間的相關(guān)性及其與焦油的相關(guān)性總體一致，且與差異化合物在不同圓周卷煙樣品間煙氣揮發(fā)物釋放量的變化趨勢(shì)成一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可為掌控不同圓周卷煙煙氣釋放規(guī)律，進(jìn)而研發(fā)低焦油、高香氣卷煙產(chǎn)品提供理論支撐。