基于包裝紙熒光亮度的真假卷煙鑒別

李海燕 楊兵 馬慧宇 肖燕 張珂 李鄲 蔡潔云 陳丹

摘要 [目的]探討一種科學的鑒別卷煙真假的方法。[方法]采用藍光漫反射因數D65亮度測定法對其CIE白度（D65/10°）和D65熒光亮度進行測定，利用K-means算法對樣本進行聚類。[結果]紅塔山（軟經典）、玉溪（軟）、云煙（軟珍品）真假鑒別準確率分別為100%、89.47%、88.24%，假負率（FNR）為0，出具假煙結論誤判風險為0。[結論]該方法可以科學快速準確地鑒別出包裝紙原紙不符合產品標準的假煙樣品，為煙草專賣打假提供另一種科學客觀的方法。

關鍵詞 卷煙;真假鑒別;包裝紙;白度;熒光亮度;聚類分析

中圖分類號 TS 452? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2021）18-0180-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.18.044

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Identification of Genuine and Fake Cigarettes Based on the Fluorescence Brightness of Packaging Paper

LI Hai-yan，YANG Bing，MA Hui-yu et al

（Yunnan Province Supervision and Inspection Station of Tobacco Quality，Kunming，Yunnan 650106）

Abstract [Objective] To explore a scientific method to identify the cigarette authenticity. [Method] The CIE whiteness （D65/10°） and D65 fluorescence brightness were measured by the blue diffuse reflectance factor D65 brightness measurement method， and the K-means algorithm was used to cluster the samples.[Result] The accuracy of brand “HTS”， “YUXI” and “YUNYAN” reached 100%，89.47% and 88.24% respectively，false negative rate（FNR） was 0. [Conclusion]This method can scientifically， quickly and accurately identify fake cigarette samples whose packaging paper base paper does not meet the product standard， and provides another scientific and objective method for tobacco monopoly anti-counterfeiting.

Key words Cigarette;Authenticity identification;Packaging paper;Whiteness;Fluorescence brightness;Cluster analysis

卷煙真假鑒別主要通過感官[1-2]，對鑒別樣品外觀特征逐一對比分析，得出真假結論，因此具有很強的主觀性。儀器鑒別法主要包括氣相色譜-質譜聯用技術（GC-MS）[3]、電子鼻[4]和近紅外光譜法[5]等對卷煙煙絲和煙支[6]鑒別，隨著假煙仿真度提高，研究者也在探索鑒別卷煙包裝材料真偽方法，通過紅外光譜檢測煙用材料特征部位真假差異[7];利用計算機視覺對煙標掃描圖像建模分類并判定真假[8]。

包裝紙在造紙過程中加入一種近乎無色的熒光化合物，被熒光增白劑處理過的紙纖維在光照射下，將不可見的紫外光轉變為可見光，抵消紙纖維中的黃色或灰白色，顯著提高紙張白度[9]。自熒光增白劑投入市場以來，許多研究顯示熒光增白劑對人體有害[10-12]，因此歐盟在2002年對所有紙制品要求不得檢出熒光增白劑[13]，我國2016年國標也要求食品接觸用紙熒光性物質檢測為陰性[14]，近些年，監督檢測機構均會對食品用紙制品中熒光增白劑進行監控[15-17]。煙草包裝材料的熒光成分分析研究鮮有報道，因此，筆者研究真假卷煙包裝紙熒光檢測結果，采用聚類算法建立一種卷煙真假鑒別方法，旨在為卷煙真假鑒別提供另一種科學準確的方法。

1 材料與方法

1.1 供試材料

分別采集全國2018—2020年紅塔山（軟經典）、玉溪（軟）、云煙（軟珍品）真假卷煙樣品，真品根據印刷廠家不同分批，假煙包裝紙按照查獲源頭及包裝紙印刷特征分批。紅塔山（軟經典）、玉溪（軟）、云煙（軟珍品）依次分為12、9、7個批次真品，11、10、10個批次假包裝紙。

1.2 儀器及方法

Elrepho SF 450白度儀。具體分析按照GB/T 7974—2013[18]的方法進行，分析位置為包裝紙未印刷面、避開水印、塵埃和明顯紙病部位，分析條件為CIE標準照明體D65/10°（室外光），紫外截止濾光鏡主波長為（457.0±0.5）nm、半波寬44 nm。分析項目包括CIE白度（W 10）和D65熒光亮度（F）。

1.3 數據分析

對數據進行歸一化處理，使結果值映射到0～1，轉換函數如公式（1）;采用SPSS 25.0軟件對試驗數據進行統計分析。

x*=x i-x minx max-x min（1）

2 結果與分析

2.1 紅塔山（軟經典）真假包裝紙白度、熒光亮度分析

2.1.1 CIE白度（W 10）。從表1可以看出，紅塔山（軟經典）真品采集印刷廠家編號為1#、2#、4#、8#、21#、24#、28#、31#、33#、44#、70#、73#共12個批次樣品，包裝紙白度在78.32%～80.65%，歸一化值在0～0.253 5%;假煙11個批次，除6#批次包裝紙白度為80.16%、歸一化值為0.200 2%外，其他批次包裝紙白度在81.61%～87.51%，歸一化值為0.358 0%～1.000 0%。

2.1.2 D65熒光亮度（F）。從表1可以看出，紅塔山（軟經典）12個批次真品包裝紙熒光亮度在0.07%～0.19%，歸一化值在0～0.012 6%;假煙11個批次，包裝紙熒光亮度在6.92%～9.63%，歸一化值為0.716 5%～1.000 0%。

2.1.3 紅塔山（軟經典）白度-熒光亮度聚類分析。對紅塔山（軟經典）12個批次真品及11個批次假煙包裝紙白度歸一化值和熒光亮度歸一化值繪制散點圖及歐氏距離聚類分析圖，結果見圖1和圖2。從圖1～2可以看出，紅塔山（軟經典）真假可以100%準確分類，真品卷煙包裝紙熒光亮度明顯低于假煙，由于假煙包裝紙中加入了熒光增白成分，因此假煙包裝紙的白度高于真品卷煙，因此消費者眼中紙張明顯偏白的卷煙包裝紙包裝的卷煙反而是假煙。

2.2 玉溪（軟）真假包裝紙白度、熒光亮度分析

2.2.1 CIE白度（W 10）。從表2可以看出，玉溪（軟）真品采集印刷廠家編號為1#、2#、4#、8#、21#、24#、28#、33#、44#共9個批次，包裝紙白度在76.54%～79.89%，歸一化值在0.143 5%～0.447 8%;假煙10個批次，包裝紙白度在74.96%～85.97%，歸一化值為0～1.000 0%。

2.2.2 D65熒光亮度（F）。從表2可以看出，玉溪（軟）9個批次真品包裝紙熒光亮度在0.05%～0.19%，歸一化值在0～0.017 8%;假煙10個批次，包裝紙熒光亮度在0.09%～7.93%，歸一化值為0.005 1%～1.000 0%。J2-1、J2-2、J2-3、J2-4、J2-5、J2-8這6個批次的假煙樣品，包裝紙熒光亮度在0.09%～0.15%，歸一化值為0.005 1%～0.012 7%，不能從熒光亮度直接分辨真假。

2.2.3 玉溪（軟）白度-熒光亮度聚類分析。對玉溪（軟）9個批次真品及10個批次假煙包裝紙白度歸一化值和熒光亮度歸一化值繪制散點圖及歐氏距離聚類分析圖，結果見圖3和圖4。從圖3～4可以看出，玉溪（軟）真假不可以按照熒光亮度100%準確分類。玉溪（軟）劃分為3個類群：Ⅰ類包括所有真品包裝紙及J2-3、J2-8;Ⅱ類包括J2-1、J2-2、J2-4、J2-5這4個假煙，包裝紙熒光亮度與真品一致，但白度明顯低于真品;Ⅲ類包括J2-6、J2-7、J2-9、J2-10這4個假煙，包裝紙熒光亮度明顯高于真品卷煙，該類假煙包裝紙中加入了熒光增白成分，因此該白度值明顯高于真品卷煙，外觀可看出明顯偏白。玉溪（軟）19個批次，出現2個假包裝紙誤判為真，準確率為89.47%，假正率（FPR=被預測為真的假樣本結果數/假樣本實際數）為22.22%，假負率（FNR=被預測為假的真樣本結果數/真樣本實際數）為0。可見該方法出具真品結論存在22.22%的誤判風險，出具假煙結論誤判風險為0。

2.3 云煙（軟珍品）真假包裝紙白度、熒光亮度分析

2.3.1 CIE白度（W 10）。從表3可以看出，云煙（軟珍品）真品采集印刷廠家編號為YNQT、HBJSX、JJCY、SCJS、KMCY、YXCY、WJCY共7個批次，包裝紙白度值在76.52%～79.18%，歸一化值在0.277 2%～0.437 2%;假煙10個批次，包裝紙白度在71.91%～88.54%，歸一化值為0～1.000 0%。

2.3.2 D65熒光亮度（F）。從表3可以看出，云煙（軟珍品）7個批次真品包裝紙熒光亮度在0.11%～0.27%，歸一化值在0.001 2%～0.019 6%;假煙10個批次，包裝紙熒光亮度在0.10%～8.78%，歸一化值為0～1.000 0%。J3-1、J3-2、J3-6、J3-8這4個批次的假煙樣品，包裝紙熒光亮度在0.10%～0.20%，歸一化值為0～0.011 5%，不能從熒光亮度直接分辨真假。

2.3.3 云煙（軟珍品）白度-熒光亮度聚類分析。對云煙（軟珍品）7個批次真品及10個批次假煙包裝紙白度歸一化值和熒光亮度歸一化值繪制散點圖及歐氏距離聚類分析圖，結果見圖5和圖6。從圖5～6可以看出，云煙（軟珍品）真假不可以按照熒光亮度100%準確分類。云煙（軟珍品）劃分為3個類群：Ⅰ類包括所有真品包裝紙及J3-2、J3-6;Ⅱ類包括J3-1、J3-8這2個假煙，包裝紙熒光亮度與真品一致，但白度明顯低于真品;Ⅲ類包括J3-3、J3-4、J3-5、J3-7、J3-9、J3-10這6個假煙，包裝紙熒光亮度明顯高于真品，該類假煙包裝紙中加入了熒光增白成分，白度明顯高于真品，這類樣品外觀可看出明顯偏白。云煙（軟珍品）17個批次，出現2個誤判，準確率為88.24%，FPR為28.57%，FNR為0?？梢娫摲椒ǔ鼍哒嫫方Y論存在28.57%的誤判風險，出具假煙結論誤判風險為0。

3 結論與討論

該研究結果表明，通過對CIE白度（W 10）、D65熒光亮度（F）歐氏距離聚類分析，紅塔山（軟經典）、玉溪（軟）、云煙（軟珍品）真假鑒別準確率分別為100%、89.47%、88.24%。且玉溪（軟）、云煙（軟珍品）假負率（FNR）為0，即預測為假錯判風險為0，因此該方法可以作為判假的有效方法。

由于卷煙包裝紙作為食品接觸材料，真品卷煙紙均不添加熒光增白劑，假煙包裝紙即為迎合人們對紙質材料外觀白度需求，又追求低成本，因此多采用雙三嗪基二苯乙烯型熒光增白劑顯著提高紙張白度。目前不使用熒光增白劑的國內造紙廠家采用的漂白方法主要是含氯漂白劑漂白，許多纖維等有機成分被降解、溶出，致使紙漿的得率和強度會不同程度降低，且漂白過程復雜，造成漂白提升白度的造紙成本大大提高[19]。因此未添加熒光增白劑的假煙包裝紙中多數樣品白度低于真品。

卷煙煙標屬于注冊商標，印刷企業未經允許私自印刷注冊商標屬于違法行為，非法小印刷廠不了解國家標準，以節約成本、利益最大化為主要目的，因此假煙包裝紙大量使用含有熒光增白劑的包裝紙，或使用漂白效果不佳偏紙漿纖維黃色的包裝紙。

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