利用近紅外光譜技術快速檢測配方煙絲摻配均勻性的探討

吳寧 張士光 張小宏

【摘 ?要】隨著科學技術的不斷發展，對于煙絲摻配均勻性的方法不斷改進，以此來保證香煙的質量，在利用紅外光譜技術進行檢測時，能夠對煙絲的主要成分進行全面的分析，同時構建出其主要化學成分的相關含量。通過化學成分的含量和衍生指標進行統計，得到其對應的統計量F得分。利用F得分可以對香煙的煙絲摻配質量進行劃分，可以直觀的顯示出煙絲摻配是否均勻。本文將針對這一技術進行分析，并對相關概念和操作方法進行分析，實現對煙絲摻配均勻性的快速檢驗。

【關鍵詞】近紅外光譜;煙絲摻配檢測;均勻性;成分分析

隨著卷煙產品的不斷發展，人們對于產品的質量和精細程度有了越來越高的要求，這就需要廠商進行更加精細、更加勻質的加工。煙絲是卷煙產品質量的關鍵，從煙絲的生產加工到煙絲的配比，最后在到煙絲的摻配都要經過嚴格的把關和篩選，只有如此，才能夠生產出真正高質量的香煙?，F階段，各大煙草生產商都有著自己的煙絲摻配比例與配方，并且很多煙草生產上對于煙絲摻配均勻性沒有嚴格的界定標準。隨著相關技術的不斷發展，廠商對于煙絲摻配均勻性的重視程度越來越高，以此來提升卷煙的整體質量。

1、煙絲摻配均勻性的檢驗方法

為了更好的對煙絲摻配均勻性進行檢驗，有很多相關的專家提出了可行的方法，物理方法和化學方法均有涉及，例如，通過檢驗化學成分的特性值來確定均勻性、外加追蹤物質來顯示均勻性、以煙支密度來顯示煙絲均勻性、煙氣指標的穩定性來表示煙絲的均勻性等等。這些方法都在一定程度上展現出了煙絲摻配的均勻性指標，從不同的角度來分析，這些方法各有優劣。但是利用某些化學成分、物理指標或者煙氣指標來表示煙絲摻配均勻性的方法就很難真實反映客觀事實，很難用于實際操作。近年來，近紅外光譜技術得到了很大的發展，并且在煙絲摻配均勻性的檢驗上有著很大的優勢，能夠為卷煙的生產提供很好的技術指導。

2、材料與檢驗方法

采用近紅外光譜法對煙絲摻配均勻性進行檢驗，首先需要對選定的樣品進行處理，在完成對樣品的處理之后，將樣品利用近紅外光譜儀進行檢測，最后對檢測的結果進行全面的分析，綜合各項指標來判斷煙絲的摻配是否均勻。在對樣品進行處理時，首先要進行分組處理，將煙絲在四十攝氏度的環境下進行烘干四小時，冷卻之后將梗絲與葉絲按照不同的比例進行摻配，完成上述工作后將其進行粉碎并裝入密封袋中保存備用。

在檢驗過程中，需要將樣品的粉末進行壓實，隨后將其放入到設備中進行處理，最后利用積分球漫反射系統進行近紅外光譜數據的采集，對于同一組實驗樣本而言，需要對其進行多次的光譜采集，以此來保證光譜的可用性，最后將平均光譜進行記錄作為最終數據。

在進行數據分析時，首先需要構建出F統計量，這一統計量可以利用主成分分析構建來得到，以此來反映化學成分的綜合信息。在進行分析時，需要進行多重分析，以此來找出F得分與煙絲摻配比例的差異。最后選取具有代表性的并且信息量最為豐富的一組作為煙絲摻配均勻性的化學特性值，完成對于煙絲均勻性的檢驗工作。

3、結果分析

3.1煙絲組分主化學成分分析

對于配方煙絲而言，其化學成分和衍生的化學成分有著一定的關聯性，當KMO值在0.638然而Bartlett的球形度檢驗值卻小于0.001時，采用主成分分析來作為依據構建出的顯示化學成分綜合信息的統計量更加合適，能夠更好的將化學成分的綜合相關信息反映出來。在進行具體的分析時，第一主成分的表征為總植物堿、總糖、還原糖、氯等指標，同時還包含其他的物質比值關系，例如糖堿比、鉀氯比等比例關系。通過對這些物質的相關性系數進行分析可以發現，有些物質的相關性系數為正數，而部分物質或物質比例關系的相關性系數為負。例如總植物堿、鉀氯比具有負數的相關性系數，與煙絲的摻配均勻性呈負相關，而對于其他的物質和物質比例而言則是正相關。對于第二主成分進行分析可以發現，其主要表征物質為鉀和總糖含量，并且有著非負的比例系數，與煙絲摻配的均勻性有著正相關性。

在完成對主成分的分析之后，就需要對主成分的方差貢獻率進行劃歸，將其貢獻率劃歸為一之后就可以得到這兩種主成分的權重。想要得到主成分的得分系數矩陣，就需要對主成分進行標準化處理得到，然后利用權重和得分系數矩陣來實現對化學成分的綜合反映，也就得到了統計變量F的具體表達式。

3.2煙絲摻配均勻性化學特性值

通過對化學成分指標值與不同煙絲組分間的LSD進行統計可以發現，如果減少煙絲中梗絲的比例，就會導致最終的植物堿總含量和鉀氯比指標逐漸增大，但是對于其他的鉀、氯、總糖等指標值而言，隨著梗絲比例的減小指標值也不斷減小。在計算出F得分統計量的絕對值曲線之后可以發現，是一個先下降后上升的反拋物線。在對各種化學組分的F得分進行分析時可以發現，改變煙絲的配比，氯含量的均值有著明顯的變化，與此同時鉀含量有著最小的均值變化。最終可以確定，氯與統計量F得分、植物堿總量、糖堿比、總糖等指標都可以作為檢驗煙絲摻配均勻性的指標，對于煙絲摻配均勻性的化學特性值而言，綜合變量F得分更能夠將這一特性表示出來。

結語：

在經過一系列的檢驗與分析之后，可以發現F得分更能夠表現出煙絲摻配均勻性的特性值，而近紅外光譜技術也能夠對煙絲摻配均勻性做出快速檢測，促進了卷煙的均質化生產，進而實現更優質生產調控。

參考文獻：

[1]高曉華，易斌，溫亞東，等. 葉組片煙切絲長度控制對卷煙加工質量特性的影響[J]. 云南農業大學學報（自然科學，2019，34（6）：1007-1011.

[2]朱建新，韓明，吳雪芹，等. 葉片分選再切制絲工藝及裝備研發與應用[Z]. 河南中煙工業有限責任公司安陽卷煙廠. 2019.

[3]劉建. 高溫高塵含量煙氣輪機可調式靜葉組件[Z]. 成都發動機（集團）有限公司. 2014.

[4]李冉，魏敏，陳義坤，等. 生物化學綜合技術提升重組煙葉品質的開發應用[Z]. 湖北中煙工業有限責任公司. 2017.