基于均勻試驗設計的常規化學成分與摻配比例相關性研究

劉帥東 徐磊 潘廣樂 王宗英 王永紅 趙龍

摘 要：在葉絲重量不變的前提下，本文采用均勻試驗設計法，對梗絲摻配比例和再造煙葉摻配比例進行試驗設計，再將摻配比例與試驗樣品的常規化學成分進行二元線性回歸分析。結果表明，梗絲摻配比例與煙堿含量、鉀氯比存在極顯著的負相關性，與氯含量、糖堿比存在極顯著正的正相關性;總糖和還原糖含量差值與梗絲摻配比例和再造煙葉摻配比例有極顯著的相關性，可將總糖和還原糖含量差值作為特征指標建立摻配比例驗證模型。

關鍵詞：卷煙;均勻試驗設計;化學成分;摻配比例

Abstract： Under the premise of constant tobacco leavesweight， a uniform experimental design method was used to design the blending ratio of tobacco stem and reconstituted tobacco leaves， and the binary linear regression analysis was performed on the blending ratio and the conventional chemical composition of the samples in this paper. The results showed that the blending ratio of tobacco stem had extremely significant negative correlation with nicotine content and potassium-to-chlorine ratio， and had extremely significant positive correlation with chlorine content and total sugar-to-nicotine ratio; the value of total sugar contentminus reducing sugar content had a very significant correlation with the blending ratio of tobacco stem and the blending ratio of reconstituted tobacco leaves， the value of total sugar content minus reducing sugar content could be used as a characteristic index to establish a blending ratio verification model.

Keywords： cigarettes;uniform experimental design;chemical composition;blending ratio

卷煙中煙梗和再造煙葉常作為摻配物用于降低卷煙煙堿和焦油含量，同時還可有效降低卷煙成本。在卷煙生產過程中，煙梗和再造煙葉加工成絲后均勻地加入葉絲中。煙草物料的混合效果越好，卷煙成品的物理和感官質量的穩定性越好。但煙梗和再造煙葉在感官質量方面表現出木質氣稍重、余味殘留、刺激性稍大等缺點，因此，常將煙梗和再造煙葉以一定比例添加于中、低檔卷煙產品中，在保證卷煙產品感官質量協調的同時達到減害降焦的目的。

煙草常規化學成分（還原糖、總糖、煙堿、氯、鉀、總氮）是表征煙草質量的常規檢測項目[1]，有研究表明，煙草常規化學成分對煙草感官質量、卷煙主流煙氣指標等有較大的影響[2-3]。煙葉、煙梗、再造煙葉的常規化學成分存在差異，可以利用混合物中某組分性質差異評價混合均勻度[4]。均勻試驗設計是方開泰自主開發的一種試驗設計方法，可以滿足多因素多水平而試驗次數又少的試驗要求[5]，而在多因素多水平條件下，正交試驗設計試驗次數較多，因此本文采用均勻試驗設計方法。

本文采用均勻試驗設計，通過常規化學成分與梗絲、再造煙葉的摻配比例的二元回歸分析，確定一個與摻配比例顯著相關的常規化學成分特征性指標，用于建立摻配比例評價模型，借此對卷煙工藝參數、卷煙設備進行調整和優化，最終達到提高卷煙產品物理和感官質量穩定性的目的。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

供試樣品為陜西中煙工業有限責任公司某牌號卷煙配方葉組（純葉絲）、某品牌梗絲、再造煙葉（廣東金科再造煙葉有限公司）。

連續流動分析儀（法國AMS-Alliance，Alliance-Futurall），電子天平（梅特勒-托利多，感量：0.001 g）。

1.2 試驗方法

1.2.1 煙絲處理。將再造煙葉切絲，固定葉絲重量（15 kg），將梗絲摻配比例和再造煙葉摻配比例作為雙因素，各取10個水平，如表1所示。

1.2.2 常規化學成分檢測。摻配均勻后，每個樣品取樣100 g，按照《煙草及煙草制品 水溶性糖的測定 連續流動法》（YC/T 159—2002）方法[6]測定還原糖和總糖的含量，按照《煙草及煙草制品 總植物堿的測定 連續流動法》（YC/T 160—2002）方法[7]測定煙堿含量，按照《煙草及煙草制品 總氮的測定 連續流動法》（YC/T 161—2002）方法[8]測定總氮含量，按照《煙草及煙草制品 氯的測定 連續流動法》（YC/T 162—2011）方法[9]測定氯含量，按照《煙草及煙草制品 鉀的測定 連續流動法》（YC/T 217—2007）方法[10]測定鉀含量。每個樣品重復檢測5次。

1.2.3 數據分析。使用Excel 2016軟件對常規化學成分檢測結果與梗絲摻配比例、再造煙葉摻配比例進行二元回歸分析。

2 結果與討論

2.1 常規化學成分檢測結果與二元回歸分析

梗絲摻配比例和再造煙葉摻配比例之間不存在相互影響作用，因此對樣品的常規化學成分檢測結果（見表3）與煙絲摻配比例進行二元線性回歸分析，結果如表4所示。

2.2 分析與討論

由表4可以看出，鉀含量和總氮含量與梗絲比例和再造煙葉比例的擬合度較差（R2分別為0.155、0.246）。原因可能是與葉絲相比，梗絲、再造煙葉中的鉀含量和總氮含量差異較小（見表3）。所以，鉀含量和總氮含量不能作為摻配比例的特征性指標。

還原糖含量、總糖含量與梗絲比例和再造煙葉比例的擬合度稍差（R2分別為0.536、0.508），而且F值均大于0.05，表明梗絲比例和再造煙葉比例與還原糖含量、總糖含量的線性相關性不顯著。因此，還原糖含量、總糖含量不能作為摻配比例的特征性指標。

煙堿含量、氯含量與梗絲比例和再造煙葉比例的擬合度較好（R2分別為0.933.0.886），而且F值遠小于0.01，說明梗絲比例和再造煙葉比例與煙堿含量、氯含量存在極顯著的線性相關性。但再造煙葉比例的P值均大于0.05，梗絲比例的P值均遠小于0.01，說明再造煙葉比例與煙堿含量和氯含量的線性相關性不顯著，梗絲比例與煙堿含量存在極顯著的負相關性，與氯含量存在極顯著的征相關性。這可能是因為與葉絲相比，梗絲中煙堿含量較低而氯含量較高，與葉絲差異較大。因此，煙堿含量和氯含量不能作為摻配比例的特征性指標。

從常規化學成分與梗絲比例和再造煙葉比例回歸分析結果來看，簡單的一維指標均不能直接作為特征指標，分析常規化學成分與梗絲比例和再造煙葉比例的相關性，與文獻[11]研究相符。為此，參考文獻[12]的做法，對常規化學成分的檢測結果進行處理（見表5）。然后對煙絲化學成分指標的派生值與摻配比例進行二元回歸分析，結果如表6所示。

結果顯示，糖氮比與梗絲比例和再造煙葉比例的擬合度稍差（R2=0.505），F值大于0.05，表明梗絲比例和再造煙葉比例與糖氮比的線性相關性不顯著。因此，糖氮比不能作為摻配比例的特征性指標。

鉀氯比、糖堿比與梗絲比例和再造煙葉比例的擬合度稍好（R2分別為0.781、0.877），而且F值遠小于0.05，說明梗絲比例和再造煙葉比例與鉀氯比、糖堿比存在顯著的線性相關性。但再造煙葉比例的P值均大于0.05，梗絲比例的P值均遠小于0.01，說明再造煙葉比例與鉀氯比、糖堿比的線性相關性不顯著，而梗絲比例與鉀氯比存在極顯著的負相關性，與糖堿比存在極顯著的正相關性。這可能是因為與葉絲相比，梗絲的鉀氯比較低而糖堿比較高，與葉絲差異較大，而再造煙葉的鉀氯比和糖堿比與葉絲差異相對較小。因此，鉀氯比和糖堿比不能作為摻配比例的特征性指標。

總糖和還原糖含量差值與梗絲比例和再造煙葉比例的回歸方程擬合度較好（R2=0.927），F值遠小于0.01，說明梗絲比例和再造煙葉比例與總糖和還原糖含量差值存在極顯著的線性關系，梗絲比例和再造煙葉比例的P值均小于0.01，說明梗絲比例與總糖和還原糖含量的差值存在極顯著的正相關性，再造煙葉比例與總糖和還原糖含量的差值存在極顯著的負相關性。因此，總糖和還原糖含量的差值可以作為摻配比例的特征性指標。

3 結論

梗絲摻配比例與煙堿含量、鉀氯比存在極顯著的負相關性，與氯含量、糖堿比存在極顯著正的征相關性。當葉絲重量不變時，總糖和還原糖含量的差值可以作為梗絲和再造煙葉摻配比例的特征性指標，并以此建立梗絲和再造煙葉摻配比例的驗證模型。

參考文獻：

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[6]國家煙草專賣局.煙草及煙草制品 水溶性糖的測定 連續流動法：YC/T 159—2002[S].北京：中國標準出版社，2002.

[7]國家煙草專賣局.煙草及煙草制品 總植物堿的測定 連續流動法：YC/T 160—2002[S].北京：中國標準出版社，2002.

[8]國家煙草專賣局.煙草及煙草制品 總氮的測定 連續流動法：YC/T 161—2002[S].北京：中國標準出版社，2002.

[9]國家煙草專賣局.煙草及煙草制品 氯的測定 連續流動法：YC/T 162—2011[S].北京：中國標準出版社，2011.

[10]國家煙草專賣局.煙草及煙草制品 鉀的測定 連續流動法：YC/T 217—2007[S].北京：中國標準出版社，2007.

[11]嚴志景，丁乃紅，張超，等.煙草混合均勻度衡量指標的構建[J].云南農業大學學報（自然科學），2013（6）：825-833.

[12]丁偉，閆洪喜，陸揚，等.摻配比例對煙絲主要化學成分含量及指標值的相關性研究[C]//中國煙草學會工業專業委員會煙草工藝學術研討會.2010.