回歸分析在提高糖香料均勻性中的應用

徐風倉　董軍　馮書強　董志剛　牟效偉　潘洪軍

摘 要：為探索解決煙用糖香料的均勻性問題，提出一種新的反映糖香料均勻性的概念（均勻度）和檢測計量方法，用回歸分析的方法對糖香料均勻性的影響因素進行了分析，獲得了影響糖香料均勻性各因素的回歸模型，并對回歸模型的有效性進行了測量驗證。結果表明：（1）糖香料半成品的熬制時間、熬制溫度和成品的配制攪拌時間對糖香料的均勻性有顯著影響；（2）采用回歸模型分析得出提高糖香料均勻度的最佳條件。該種檢測計量方法及分析方法均可擴展到卷煙加工的其他相關工藝過程的研究中，具有很強的可推廣性。

關鍵詞：均勻度 糖香料 回歸分析 數學模型 熬制時間 攪拌時間

中圖分類號：TS4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（c）-0014-05

煙草糖香料是卷煙生產中必不可少的物質，通過加香加料可改善葉組配方存在的刺激性、雜氣、余味不干凈等缺陷，解決降焦所帶來的煙氣變淡、香氣缺乏等問題，加香還可賦予卷煙特殊的香味風格，因此，加香加料技術是提高卷煙質量的關鍵技術[1]。而其均勻性直接影響著榶香料的質量，關系到卷煙產品的品質。目前關于糖香料均勻性研究報道較少[2-3]，為了直觀反映糖香料的均勻性，提出了均勻度的概念，并對其影響因子糖香料配制過程中半成品熬制時間、熬制溫度，成品配制攪拌時間等因素進行了研究。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

（1）材料。①ZHT（半成品（由固體原料熬煮成的配制原料），青島卷煙廠調制）；②GCF（半成品，青島卷煙廠調制）；③ HDMCX（成品糖料，青島卷煙廠調制）。

（2）儀器。天平密度計（規格0.600～

2.000，上海華辰醫用儀表有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 均勻度的概念

糖香料成品均勻度定義：同種類、同牌別成品料液，在一定溫度下（糖料及半成品30～40 ℃，香料25～35 ℃，），料液最小料液密度值與最大料液密度值的比值就是該料液的均勻度①，即：

P=ρ1/ρ2×100%

其中：P：糖香料成品均勻度（%）；

ρ1：同種類（或同牌別）料液最小料液密度（g/cm3）；

ρ2：同種類（或同牌別）料液最大料液密度（g/cm3）。

1.2.2 均勻度的測定方法

在料液配制過程中，由于料液中存在的顆粒物質，在靜置后會發生沉淀現象。因此，料液密度自上而下逐漸增大，即：料液的最大密度位于罐底，最小密度位于罐口。由此，我們對每一罐料液的最底端和最頂端分別取樣，用密度計進行測定，得出同種類、同牌別料液的最大密度和最小密度。

2 結果與分析

結合糖香料配制工藝過程[4]，對主要工藝過程的關鍵指標—糖香料半成品的熬制時間、熬制溫度和成品的配制攪拌時間，對糖香料的均勻性的影響進行分析。

2.1 半成品熬制時間與熬制溫度的確定

以ZHT半成品的熬制為例進行試驗設計，考察影響ZHT半成品料液均勻性的顯著因子及水平，各因子的水平確定依據如表1所示。

根據測試方案，由于因子相對較少，我們采用全因子試驗設計，同時取2個中心點，測試結果如表2所示。

對以上數據進行全因子試驗分析， DOE全因子分析結論匯總如圖1所示。

從ANOVA表可以看出，模型的總效果主效應項不顯著，其中2因子交互作用項最不顯著，去除2因子交互作用項后，再次進行分析如圖2所示。

從ANOVA表中可以看出，總效果顯著，模型有效，彎曲項P值為0.141，失擬項P值為0.480，本模型主效應及各因子均顯著，無彎曲無失擬，模型總體擬合效果較好，殘差診斷也很正常，最終獲得了對于原始數據的回歸方程：

Y=0.964374+0.0003323×熬制溫度+ 0.00001698×熬制時間。

對試驗數據進行均勻度主效應分析如圖4所示。

從主效應圖可以看出，在一定的范圍內，半成品的均勻度會隨著熬制溫度與熬制時間的增長而增大，基本上呈一種線性正比例關系。當前的熬制溫度為80 ℃，熬制時間為90 min，考慮到熬制溫度對當前料液管路器件耐受性及均勻度的影響，最終選定85 ℃為最佳熬制溫度；考慮到熬制時間對配制進度及均勻度的影響，最終選定150 min為最佳熬制時間。此時，ZHT半成品的最終理論均勻度為：

0.964374+0.0003323×85+0.00001698×150=99.5167%

按以上熬制溫度與熬制時間對ZHT半成品熬制過程進行測試，測試數據如表3所示。

從以上測試數據可以看出，ZHT半成品的均勻度平均在99.53%，在回歸方程的預測區間之內，說明回歸方程有效；同時在設定溫度85 ℃、時間150 mim下，均勻度達到了99.5%以上。

同樣方法，找到GCF半成品熬制溫度與時間的回歸方程，找到了它的最佳熬制溫度為60 ℃、時間120 min，并進行了確認，均勻度達到了99.5%以上。

2.2 成品攪拌時間的確定

選用HDMCX糖料為測試對象，分別按配制攪拌時間0 min、10 min、20 min、30 min、40 min進行均勻度測試，測試結果如表4所示。

我們對以上數據進行一次回歸分析，以建立相應的計算模型，具體分析如圖8所示。

從以上分析及圖形可以看出，成品料均勻度與配制攪拌時間的回歸模型顯著，但殘差圖（圖9）及殘差與自變量圖（圖10）卻呈明顯的彎曲狀，所以我們對數據進行三次擬合回歸分析如圖11～圖14所示。

從ANOVA分析表可以看出，回歸項P值為0.000，說明模型顯著，同樣線性項、二次項、三次項P值均為0.000，也說明各參數項顯著。現獲得回歸方程為：endprint

均勻度（%）=0.8566+0.01119×t（min） -0.000307×t（min）2+0.000003×t（min）3

其中：t為配制攪拌時間。

對該方程求配制攪拌時間（m）的偏導，可獲得，當配制攪拌時間t（min）=51.167 min時，糖香料成品均勻度達到最大值102.7%，由于糖香料成品均勻度最大是100%，要獲得糖香料成品均勻度最優值，配制攪拌時間（min）最少為33.88 min。

從擬合圖可以看出，當該配制攪拌時間為33.88分鐘時， 糖香料成品均勻度95%的預測區間在（99.19%，100%）范圍內。因為成品配制攪拌時間長對均勻度增加有利的，為便于控制與操作，我們將該攪拌時間要求為40 min。

在攪拌時間為40 min下，對各牌別的成品料均勻度進行測試，測試數據如下所示。

從表5可以看出，糖香料成品均勻度均值為99.78%，并且所有數據均在預測區間范圍內，回歸方程有效，同時也達到了對策糖香料成品均勻度在99.5%以上。

3 結論與討論

為了更明確的表示糖香料的均勻性，提出均勻度的概念：同種類、同牌別成品料液，在一定溫度下（糖料及半成品30～40 ℃，香料25～35 ℃，），料液最小料液密度值與最大料液密度值的比值；這一概念也可擴展應用到其他物料均勻性的判定。

利用回歸分析方法，找到了糖香料配制過程的最佳條件，即ZHF半成品安排在熬制溫度85 ℃、熬制時間150 min，GCF熬制溫度60 ℃、熬制時間120 min，成品攪拌時間40 min。同時，這種研究方法也可擴展到其他煙草工藝的研究中。

參考文獻

[1] 黃嘉礽.卷煙工藝[M].2版.北京出版社，2000.

[2] 王文領，馬宇平，趙志偉，等.評價卷煙加香均勻性的方法[J].煙草科技， 2003（9）：13-15.

[3] 廖惠云，張映，熊曉敏，等.基于標志物含量的變化表征卷煙制絲加香均勻性[J].煙草科技，2011（10）：5-11.

[4] 劉慶偉.卷煙廠糖、香料廚房系統簡介[J].中國科技信息，2011（10）：193-195.

注釋

①單體料與半成品料的均勻度：是指同品種料液相同條件下的均勻度，計算同下。endprint