利用近红外光谱技术快速检测配方烟丝掺配均匀性的探讨

吴宁 张士光 张小宏

【摘  要】随着科学技术的不断发展，对于烟丝掺配均匀性的方法不断改进，以此来保证香烟的质量，在利用红外光谱技术进行检测时，能够对烟丝的主要成分进行全面的分析，同时构建出其主要化学成分的相关含量。通过化学成分的含量和衍生指标进行统计，得到其对应的统计量F得分。利用F得分可以对香烟的烟丝掺配质量进行划分，可以直观的显示出烟丝掺配是否均匀。本文将针对这一技术进行分析，并对相关概念和操作方法进行分析，实现对烟丝掺配均匀性的快速检验。

【关键词】近红外光谱;烟丝掺配检测;均匀性;成分分析

随着卷烟产品的不断发展，人们对于产品的质量和精细程度有了越来越高的要求，这就需要厂商进行更加精细、更加匀质的加工。烟丝是卷烟产品质量的关键，从烟丝的生产加工到烟丝的配比，最后在到烟丝的掺配都要经过严格的把关和筛选，只有如此，才能够生产出真正高质量的香烟。现阶段，各大烟草生产商都有着自己的烟丝掺配比例与配方，并且很多烟草生产上对于烟丝掺配均匀性没有严格的界定标准。随着相关技术的不断发展，厂商对于烟丝掺配均匀性的重视程度越来越高，以此来提升卷烟的整体质量。

1、烟丝掺配均匀性的检验方法

为了更好的对烟丝掺配均匀性进行检验，有很多相关的专家提出了可行的方法，物理方法和化学方法均有涉及，例如，通过检验化学成分的特性值来确定均匀性、外加追踪物质来显示均匀性、以烟支密度来显示烟丝均匀性、烟气指标的稳定性来表示烟丝的均匀性等等。这些方法都在一定程度上展现出了烟丝掺配的均匀性指标，从不同的角度来分析，这些方法各有优劣。但是利用某些化学成分、物理指标或者烟气指标来表示烟丝掺配均匀性的方法就很难真实反映客观事实，很难用于实际操作。近年来，近红外光谱技术得到了很大的发展，并且在烟丝掺配均匀性的检验上有着很大的优势，能够为卷烟的生产提供很好的技术指导。

2、材料与检验方法

采用近红外光谱法对烟丝掺配均匀性进行检验，首先需要对选定的样品进行处理，在完成对样品的处理之后，将样品利用近红外光谱仪进行检测，最后对检测的结果进行全面的分析，综合各项指标来判断烟丝的掺配是否均匀。在对样品进行处理时，首先要进行分组处理，将烟丝在四十摄氏度的环境下进行烘干四小时，冷却之后将梗丝与叶丝按照不同的比例进行掺配，完成上述工作后将其进行粉碎并装入密封袋中保存备用。

在检验过程中，需要将样品的粉末进行压实，随后将其放入到设备中进行处理，最后利用积分球漫反射系统进行近红外光谱数据的采集，对于同一组实验样本而言，需要对其进行多次的光谱采集，以此来保证光谱的可用性，最后将平均光谱进行记录作为最终数据。

在进行数据分析时，首先需要构建出F统计量，这一统计量可以利用主成分分析构建来得到，以此来反映化学成分的综合信息。在进行分析时，需要进行多重分析，以此来找出F得分与烟丝掺配比例的差异。最后选取具有代表性的并且信息量最为丰富的一组作为烟丝掺配均匀性的化学特性值，完成对于烟丝均匀性的检验工作。

3、结果分析

3.1烟丝组分主化学成分分析

对于配方烟丝而言，其化学成分和衍生的化学成分有着一定的关联性，当KMO值在0.638然而Bartlett的球形度检验值却小于0.001时，采用主成分分析来作为依据构建出的显示化学成分综合信息的统计量更加合适，能够更好的将化学成分的综合相关信息反映出来。在进行具体的分析时，第一主成分的表征为总植物碱、总糖、还原糖、氯等指标，同时还包含其他的物质比值关系，例如糖碱比、钾氯比等比例关系。通过对这些物质的相关性系数进行分析可以发现，有些物质的相关性系数为正数，而部分物质或物质比例关系的相关性系数为负。例如总植物碱、钾氯比具有负数的相关性系数，与烟丝的掺配均匀性呈负相关，而对于其他的物质和物质比例而言则是正相关。对于第二主成分进行分析可以发现，其主要表征物质为钾和总糖含量，并且有着非负的比例系数，与烟丝掺配的均匀性有着正相关性。

在完成对主成分的分析之后，就需要对主成分的方差贡献率进行划归，将其贡献率划归为一之后就可以得到这两种主成分的权重。想要得到主成分的得分系数矩阵，就需要对主成分进行标准化处理得到，然后利用权重和得分系数矩阵来实现对化学成分的综合反映，也就得到了统计变量F的具体表达式。

3.2烟丝掺配均匀性化学特性值

通过对化学成分指标值与不同烟丝组分间的LSD进行统计可以发现，如果减少烟丝中梗丝的比例，就会导致最终的植物碱总含量和钾氯比指标逐渐增大，但是对于其他的钾、氯、总糖等指标值而言，随着梗丝比例的减小指标值也不断减小。在计算出F得分统计量的绝对值曲线之后可以发现，是一个先下降后上升的反抛物线。在对各种化学组分的F得分进行分析时可以发现，改变烟丝的配比，氯含量的均值有着明显的变化，与此同时钾含量有着最小的均值变化。最终可以确定，氯与统计量F得分、植物碱总量、糖碱比、总糖等指标都可以作为检验烟丝掺配均匀性的指标，对于烟丝掺配均匀性的化学特性值而言，综合变量F得分更能够将这一特性表示出来。

结语：

在经过一系列的检验与分析之后，可以发现F得分更能够表现出烟丝掺配均匀性的特性值，而近红外光谱技术也能够对烟丝掺配均匀性做出快速检测，促进了卷烟的均质化生产，进而实现更优质生产调控。

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