本文作者：张燕1,2马林1孔留艳1,2刘挺3白晓莉2徐济仓4作者单位：1.郑州轻工业学院食品与生物工程学院2.红塔烟草集团有限责任公司技术中心3.中国海洋大学信息科学与工程学院4.云南烟草科学研究院

卷烟产品香气风格特征是卷烟的特有风味，是一个卷烟品牌的特色和标识，是消费者选购卷烟的重要依据之一，是引导消费的前提。卷烟的香气历来是人们评价卷烟优劣的重要标准之一。影响卷烟产品风格的形成发展与完善成熟的主要因素有决策者的意志、设计者的爱好、区域性的选择、原辅材料的局限、工艺装备的制约等[1-3]。当前，我国主要的高端卷烟品牌在保证产品优质的基础上都已经形成了鲜明的特色，分析不同卷烟香气的风格特征，以期对卷烟生产企业增强新产品开发的方向性、目标性，凸显、激活现有产品的风格特色等提供参考。

聚类分析是从给定的数据集中搜索数据对象之间所存在的有价值的数据分布模式，实现在同一聚类之间的样本差异最小化，而在不同聚类样本之间的差异最大化的一种挖掘技术[4]。目前，聚类分析已被广泛应用于烟草种植[5-6]、虫害分析[7]、烟叶常规化学指标分析[8-9]、卷烟烟丝挥发性成分分析[10-11]、卷烟市场研究[12]等各个领域。本研究根据算法的适用性情况，采用了EM聚类方法[13]。期望最大化聚类（EM），是基于模型的聚类方法，在概率模型中寻找参数最大似然估计或者最大后验估计的算法，其中概率模型依赖于无法观测的隐藏变量。

1材料与方法

1.1分析材料

选用国内9个主要代表性牌号的卷烟样品，它们编号分别为A，B，C，D，E，F，G，H，Y。其中相同字母不同数字的样品表示为同一牌号不同批次的卷烟样品。

1.2卷烟感官质量评价方法

结合感官评吸[14]和香味轮廓评吸法[15]，按照感受香气特征强弱进行赋分将香气特征量化，红塔集团技术中心评吸委员会从香气风格对卷烟进行感官评价。

1.2.1评价方法

卷烟感官质量评价方法各项指标评判标准由表1给出。

1.2.2结果表示

数据统计处理

按式（1）计算单项平均得分，结果保留至两位小数。感官质量得分以各单项平均得分之和表示，结果保留至两位小数。

1.3EM聚类分析

聚类分析是指将物理或抽象对象的集合分组，成为由类似的对象组成的多个类的过程。期望最大化聚类（EM），是基于模型的聚类方法，在概率模型中寻找参数最大似然估计或者最大后验估计的算法，其中概率模型依赖于无法观测的隐藏变量。最大期望经常用在机器学习和计算机视觉的数据聚类领域。最大期望算法经过两个步骤交替进行计算：

第一步是计算期望（E），利用对隐藏变量的现有估计值，计算其最大似然估计值。

第二步是最大化（M），最大化在E步上求得的最大似然值来计算参数的值。M步上找到的参数估计值被用于下一个E步计算中，这个过程不断交替进行，使之满足：（略）。

算法的目标是找出有隐性变量的概率模型的最大可能性解，它分为两个过程E-step和M-step，E-step通过最初假设或上一步得出的模型参数得到后验概率，M-step重新算出模型的参数，重复这个过程直到目标函数值收敛。EM算法与传统的聚类分析算法（如k-means）相比，具有最多需要一次数据样本集的扫描，工作时不受内存限制，能够使用只进游标，优于抽样方法等多个优点。

2结果与分析

2.1卷烟产品感官评吸数据样本集

对9个品牌不同批次的卷烟样品进行评吸，将评吸结果进行汇总，得到每一个样品的最终评价结果。挑选其中的香气特征评价数据组成分析数据样本集。数据样本集见表2。

2.2评吸数据的聚类分析

利用EM聚类分析算法，自动根据品牌香气风格特征进行类别划分。类别划分结果如图1所示。由图1可以看出，同一品牌的卷烟样品都很好地聚为一类，香气风格特征相近的品牌划分为一类。算法将全部品牌划分为4类：黄鹤楼（软）、芙蓉王（硬）、利群（硬）、白沙（精品）划分为类别1；中华（软）、双喜(经典)划分为类别2；苏烟单独划分为类别3；玉溪(软)、云烟(软珍)划分为类别4。算法自动计算各类别香气风格特征指标项的中心值，代表了这一类品牌的总体香气风格特征。各类别聚类中心见表3。由表3可以看出，类别1的品牌有显著的烘烤香、焦香、甜香特征，聚类中心依次为2.32，2.24，2.3。类别2的品牌有显著的甜香、烘烤香、果香特征，聚类中心依次为2.91，2.41，2.39。类别3的品牌有显著的青滋香、烘烤香、焦香特征，聚类中心依次为2.6，2.43，2.41。类别4的品牌有显著的清香特征，聚类中心为3.74。说明各类别品牌卷烟具有各自明显的风格特征，不同类别的品牌香气风格特征总体上差异较大。

结合数据分析结果与卷烟行业背景知识，进一步分析数据中所蕴含的规律与知识：

1)类别1较其他类别：有较显著的焦香和烘烤香特征，其它香气特征较为适中。烟叶的产区、类型、等级、数量对卷烟产品风格的形成发展与完善成熟有重要影响，这可能与卷烟生产所用烟叶的产地、加工工艺及选料等因素有关，

2)类别2较其他类别：有较为突出的甜香和果香特征，伴有适中的清香和膏香。某一地区的广大消费群体对卷烟产品风格的偏爱是一种长期稳定的决定卷烟产品命运的选择性偏爱，中华（软）和双喜（经典）主销我国东南沿海地区，可能主要是为了迎合该地区嗜甜性口味。

3)类别3单独一类，有显著的青滋香和药草香特征，伴有适中的辛香、烘烤香和甜香。

4)类别4较其他类别，有显著的清香特征。云南是清香型烟叶的代表产区，原辅材料的局限可能是影响此类卷烟产品风格的形成发展与完善成熟的主要因素。

3结论

采用EM聚类方法研究国内主要代表性卷烟品牌的香气风格特征，所得聚类分析结果较为客观，同一品牌的卷烟样品都很好地聚为一类，不同类别的品牌香气风格特征总体上差异较大。类别1有显著的焦香和烘烤香特征，类别2有显著的甜香和果香特征，类别3有显著的青滋香和药草香特征，类别4有显著的清香特征。以数字化方式客观的解析不同香气风格特征类别之间的差异，旨在为进一步探索形成不同类别卷烟的主特征因素，不断丰富和发展卷烟产品的内在风格，为卷烟生产企业增强产品开发的针对性，提供参考。