中国烟草总公司
科技重点项目实施进展报告
数据计算结果阶段性汇报
一、项目运转概况
1、程序变动
数据处理工作所需要的程序在今年3月份基本的框架和算法程序已经完成，自香烟各类测试数据逐步完成，进入到实质的计算阶段后，根据程序实际运转过程中遇到的问题，包括结果阅读的方便性、对结果可靠度的考虑。为此，在原来的基础上，继续对程序进行了如下的修改，并经过多套实测数据的测试。
①、样本、变量信息汇总：在样本管理和计算结果保留的样本和因子信息更完整，使结果更容易阅读。
②、增加了变量投影，直观显示出每个因子对最终投影结果的影响，使变量的选择更加直观化。
③、为了增加计算结果的可信度，计算结果全部采用交叉验证的方式预报，以验证模型的有效性。
2、目前拥有的数据测试集
2010年3月后，前期安排的93种香烟中各种理化指标测试工作及其对应的专家评吸结果逐完成，形成了比较完整的三套数据系列：
1、54种中式卷烟完整的化学、物理测量与对应的评吸质量指标、风格口味、香气风格。
2、经过试验补充，将检测的香烟的品种数增加到了80种，其中包括欧、美、日式香烟。形成了一套包括中国、美式、欧、日式香烟的教完整的物化测量数据和评吸结果的数据。
3、93种香烟理化测量数据与香烟类型之间的关系(部分香烟的评吸数据尚未完成)。
3、原定数据处理的目标
在以上3组数据的支持下，数据处理工作围绕前期制定的如下目标展开：
① 中式、美式、日式卷烟不同类型之间的风格差异与化学成分的相关性。
② 不同地域国产卷烟之间的风格特征差异与化学成分的相关性。失败
③ 中式卷烟代表品牌之间的风格差异与化学成分的相关性。
④ 表征方法探索与数学模型建立
4、已取得的成果
通过实例数据的分析计算，目前已经取得了一些初步的成果，形成了一些初步的结论。包括：
①、与中、日、美、欧不同地域香烟有效的化学成分信息。
②、54种中式香烟与评吸香韵相关的化学成分的组成。 ③、80种香烟(含国内外香烟)的评吸香韵、香型、口味与化学成分的关系分析
除了上述教明确的结论外，也尝试了“不同地域国产卷烟之间的风格特征差异与化学成分的相关性”，我们把烟草厂商分为北方、南方、欧、美、日等地域，计算结果失败。这或许是分类指标设置的不合理，也可能是各卷烟商所使用的烟草有很多互相重叠的成分。
二、计算结果
1、与中、日、美、欧不同地域香烟分类有效的化学成分信息的提取
针对每组测量数据，以地域为分类目标(中式烤、中式混合、欧、美、日五类)，以PCA和PLS为计算手段，得到的计算结果汇总如下(每个子系统前的数字代表有效样本数)：
量测子系统 计算结果预判
84顶空_类型 经自标度后，样品在一个维度上基本可以分开
93Amadori化合物 未经自标度，中式烤烟独成一类，每类样品聚集度高
93阴离子 无论是否自标度，中式烤烟能与其他类别分开
93阳离子 分类效果显著
93氨基酸 经自标度后PLS有分类趋势，中式烤烟独成一类
93糖 分类有一定趋势
93多酚 分类较好，主要分类贡献来自第一主成分
93中性致香 经自标度后PLS分类最好，中式烤烟有分类趋势
93生物碱 除了极个别样本，PLS/PCA均分类良好
93有机酸 经自标度的PLS分类结果最好，每个类别都能分开
93烟草常规 未经自标度化一维可分，自标度后二维可分
84烟气常规 分类情况不佳，部分香烟重做后分类结果没有改善
93硅烷化 未经自标度的PCA/PLS分类结果均较良好
93色素 无论是否采用数据预处理，分类结果都不好
93西柏烷类 分类结果不明显
95物性数据 结果离散，自标度化后有一定改善，但仍不能分类
以上各子系统在进行分析时，有一些共同的特征，主要表现为：
①中式烤烟往往自成一类，与其他香烟有较大区别
②“中南海”/“金鹿”/“金桥”/“都宝”常和欧美、日本烟相似
③以中国的南方、北方及欧、美、日本为地域难以分类，
④如果以厂商为分类目标，重度混合，无法分类
⑤美国烟样本过少
以中式烤烟、混合烟、欧、美、日为分类目标，在对以上每个子系统的研究过程中，通过对变量贡献投影图、样本得分投影图的对照分析，配合PLS回归系数，确定对目标有重要响应的因子，从各个子系统中，最终选择得到13个重要的因子，如下表：
Mg(mg/g) Ca(mg/g) 天门冬酰胺 谷氨酸
组氨酸 NORNICOTINE 草酸(mg/g) 丙二酸(mg/g)
柠檬酸(mg/g) 蛋白质% 挥发碱 3-甲基吡啶
2,3-二甲基吡嗪
以这13个变量建立PLS-DA判别模型，得到的最终投影图如下：
类标 1.0 中式烤烟; 2.0 中式混合; 3.0 欧; 4.0 美; 5.0 日
用这13个变量，采用10份交叉验证的准确率为：94.6%。如下图：
2、54种中式香烟与评吸香韵相关的化学成分组成的分析。
54种中式卷烟数据，目前重点工作围绕着评吸中的香韵与化学成分组合的关系，在对所有的子系统进行分析后，对每个子测量系统的整体计算结果统计如下：
①有13个香韵评吸指标找不到对应的相关子系统，即没有能够与这些评吸指标形成关联的子系统。
②只与一个子系统相关的香韵指标有7种
③与多个子系统相关的香韵指标包括：
吸果香、 吸可可香、 吸甜香
嗅果香、 嗅可可香、 嗅清香、嗅甜香
统计如下：
对每个子系统计算的结果，整理每个子系统可能与各种指标之间的关系，得到如下结果：
顶空香气与评吸指标 氨基酸与评吸指标 多酚与评吸指标 烟草常规vs香韵 中性致香vs香韵 生物碱vs香韵 粒相香味成分 有机酸vs香韵 硅烷化
嗅果香 嗅果香 嗅果香 嗅果香 嗅果香 嗅果香
嗅辛香
嗅可可香 嗅可可香 嗅可可香 嗅可可香 嗅可可香 嗅可可香 嗅可可香 嗅可可香 嗅可可香
吸甜香 吸甜香
吸木香
吸辛香
嗅清香 嗅清香
嗅烘焙香
嗅甜香 嗅甜香
吸果香 吸果香 吸果香 吸果香 吸果香 吸果香
吸清香
嗅花香
嗅膏香
吸可可香 吸可可香 吸可可香 吸可可香 吸可可香 吸可可香 吸可可香 吸可可香 吸可可香
通过数据处理及结果分析，得到的香韵评吸指标与之相关的成分整理如下：
香韵指标 影响因子 专家指标
仅受一个子测量体系影响的评吸香韵指标 吸木香 己醛、β－二氢大马酮、三醋酸甘油酯、二氢猕猴桃内酯、异戊酸异戊酯丁香酚、乙基香兰素、香兰素 无
吸清香 绿原酸、莨菪灵、莨菪亭 己醛、2－己烯醛、长叶烯(树苔浸膏）
吸辛香 2，6－二甲基吡啶、丙酸、芳樟醇 、尼可他因、异戊酸异戊酯、大茴香醛、丁香酚、乙基香兰素 1－戊烯－3－酮、巨豆三烯酮1、巨豆三烯酮2、巨豆三烯酮3、大茴香醛、丁香酚、吡嗪
嗅膏香 香叶基丙酮、β-紫罗兰酮、二氢猕猴桃内酯 无
嗅烘焙香 2，6－二甲基吡啶、芳樟醇、茶香酮、苯甲醇、苯乙醇、β－紫罗兰酮、泛酰内酯、三醋酸甘油酯、甲基乙基马来酰亚胺、尼可他因、二氢猕猴桃内酯、 异戊酸异戊酯、薄荷醇、枫内酯、吡嗪、乙基香兰素、香兰素 糠醛、糠醇、枫内酯、2，6－二甲基吡嗪
嗅花香 pH值、总植物碱、挥发酸(%,以乙酸计）、挥发碱（%,以氨计） 无
嗅辛香 异戊醇、芳樟醇、枫内酯、大茴香醛、丁香酚、吡嗪 1－戊烯－3－酮、巨豆三烯酮1、巨豆三烯酮2、巨豆三烯酮3、大茴香醛、丁香酚、吡嗪
以下为多个子系统都有影响的评吸指标
吸果香 天门冬氨酸、天门冬酰胺、赖氨酸、绿原酸、莨菪灵、总氮（%） 己醛、异戊醇、6－甲基－5－庚烯－2－酮、二氢猕猴桃内酯、异戊酸异戊酯
吸可可香 天门冬氨酸、天门冬酰胺、总氮（%）、β-damascenone（β-大马酮）、柠檬酸(mg/g)、NORNICOTINE、MYOSMIN、2,3DIPYRIDINE 无
吸甜香 己醛、2－己烯醛、2－羟基－3－丁酮、丁香酚、吡嗪、2，6－二甲基吡嗪、乙酰丙酸(mg/g) 2－羟基－3－丁酮、1－羟基－2－丙酮、γ－丁内酯、吡嗪、乙基香兰素、香兰素
嗅果香 二氢猕猴桃内酯，Megastigmatrienone（巨豆三烯酮），亚油酸(mg/g)，枫内酯，citric acid （柠檬酸），丙酸，phosphric acid (磷酸)，gernylacetone（香叶基丙酮），长叶烯，2，6－二甲基吡嗪，蛋白质，glycerol (甘油)，4-O-咖啡基奎尼酸，糠醇 己醛、异戊醇、6－甲基－5－庚烯－2－酮、二氢猕猴桃内酯、异戊酸异戊酯
嗅可可香 尼古丁、香兰素、天门冬氨酸、天门冬酰胺、柠檬酸(mg/g)、NORNICOTINE、MYOSMIN 无
嗅清香 2－己烯醛、2，6－二甲基吡啶、糠醇、茄酮、β－二氢大马酮、三醋酸甘油酯、二氢猕猴桃内酯、丁香酚、丙二醇、香兰素、绿原酸 己醛、2－己烯醛、长叶烯(树苔浸膏）
嗅甜香 半胱氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、乙酰丙酸(mg/g)、2－羟基－3－丁酮、1－羟基－2－丙酮、γ亚油酸(mg/g) －丁内酯、吡嗪、乙基香兰素、香兰素
结论：所有的子系统都参与评吸香韵的数据处理后，结果发现，反而不如仅仅顶空数据参与分析时，与专家的意见一致。
专家致香成分表
辛 1－戊烯－3－酮、巨豆三烯酮1、巨豆三烯酮2、巨豆三烯酮3、大茴香醛、丁香酚、吡嗪
清 己醛、2－己烯醛、长叶烯(树苔浸膏）
果 己醛、异戊醇、6－甲基－5－庚烯－2－酮、二氢猕猴桃内酯、异戊酸异戊酯
甜 2－羟基－3－丁酮、1－羟基－2－丙酮、γ－丁内酯、吡嗪、乙基香兰素、香兰素
酸 乙酸，
烘焙 糠醛、糠醇、枫内酯、2，6－二甲基吡嗪
凉 薄荷醇
3、54种中式香烟与评吸香韵相关的化学成分的组成(仅使用顶空数据分析)。
香韵指标 影响因子 专家指标
嗅辛香 大茴香酚、丁香酚、枫内酯、芳樟醇、异戊醇 1－戊烯－3－酮、巨豆三烯酮1、巨豆三烯酮2、巨豆三烯酮3、大茴香醛、丁香酚、吡嗪
嗅可可香 2－己烯醛、糠醛、尼古丁、巨豆三烯酮2、乙基香兰素、2，6－二甲基吡嗪、香兰素 无
吸甜香 己醛、2－己烯醛、2－羟基－3－丁酮、糠醛、γ－丁内酯、茶香酮、苯甲醇、异戊酸异戊酯、丁香酚、吡嗪、2，6－二甲基吡嗪、香兰素 2－羟基－3－丁酮、1－羟基－2－丙酮、γ－丁内酯、吡嗪、乙基香兰素、香兰素
吸木香 己醛、β－二氢大马酮、三醋酸甘油酯、二氢猕猴桃内酯、异戊酸异戊酯、丁香酚、香兰素、乙基香兰素 无
吸辛香 2,6-二甲基吡啶、丙酸、芳樟醇、尼可他因、异戊酸异戊酯、大茴香醛、丁香酚、乙基香兰素 1－戊烯－3－酮、巨豆三烯酮1、巨豆三烯酮2、巨豆三烯酮3、大茴香醛、丁香酚、吡嗪
嗅清香 己醛、2－己烯醛、2,6-二甲基吡啶、6－甲基－5－庚烯－2－酮、糠醛、乙酸、糠醇、茄酮、β－二氢大马酮、β－大马酮、新植二烯、三醋酸甘油酯 己醛、2－己烯醛、长叶烯(树苔浸膏）
嗅果香 己醛、丙酸、糠醇、β－二氢大马酮、β－紫罗兰酮氧化物、三醋酸甘油酯、二氢猕猴桃内酯、异戊酸异戊酯、长叶烯、枫内酯、丁香酚、吡嗪、2，6－二甲基吡嗪 己醛、异戊醇、6－甲基－5－庚烯－2－酮、二氢猕猴桃内酯、异戊酸异戊酯