烟叶均质化控制过程中在线近红外光谱仪的应用探究

赵一君 章荣燕 文斌 曹腾 李睿 郭清 吴昊

摘要：打叶复烤在烟草行业的发展过程中承担着承上启下的关键角色，但传统的复烤粗放型加工管理模式已经无法满足卷烟工业企业对产品提出的均质稳定质量要求。有效提高烟叶的质量稳定性成为当下复烤环节攻关重点之一，本为主要介绍近红外光谱仪在烟叶均质化控制过程中使用流程和控制的精准度进行验证。实验的结果表明，近红外光谱仪检测的精准度能够满足烟叶均质化控制的要求，具有较强的运用价值，为企业的高质量发展起着积极推动作用。

关键词：烟叶均质化控制过程;近红外光谱仪;检测技术

一、近红外光谱技术简介

近红外光谱技术（NIR）是90年代发展最为迅速，受到人们的广泛关注的一项分析技术[1]。近红外光谱主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的，记录的主要是含氢基团 C-H、O-H、N-H、S-H、P-H 等振动的倍频和合频吸收。不同基团（如甲基、亚甲基、苯环等）或同一基团在不同化学环境中的近红外吸收波长与强度都有明显差别。所以近红外光谱具有丰富的结构和组成信息，非常适合用于碳氢有机物质的组成性質测量。

近红外光谱技术主要分为两大类：透射光谱法和反射光谱法。近红外光谱仪器从分光系统可分为固定波长滤光片、光栅色散、快速傅立叶变换、声光可调滤光器和阵列检测五种类型[2]。

二、烟叶均质化控制工艺

现阶段我们采用的打叶复烤均质化加工工艺相比之前的传统的打叶复烤均质化加工工艺主要区别在于对对单等级烟叶配比控制方法。传统的打叶复烤均质化加工工艺配比方法忽视单等级烟叶内部质量差异，重点关注不同产地、等级烟叶之间物理配比是否均匀，对单等级烟叶（无论是配打还是单等级加工）内部质量差异没有采取配比方法进行控制;而均质化加工工艺配比方法重点关注单等级烟叶内部质量均匀性，通过各种方法降低单等级烟叶内部质量差异，在此基础上结合配方打叶工艺配比方法提升不同产地、等级烟叶之间物理配比均匀性，从而实现烟叶复烤加工内在质量均质化控制。

影响烟叶均质化的因素有以下几点：烟叶原料、配方、打叶复烤工艺以及复烤过程中烟叶混合均匀度等。复烤之后的烟叶成品不仅要体现出功能性特征，还要保有良好的产品一致性和稳定性[3]。

三、近红外光谱仪在烟叶均质化控制过程中的应用

按照现行采用的打叶复烤均质化加工工艺结合近红外光谱仪应用，烟叶均质化控制流程主要为：对选后烟叶进行抽样检测，构建近红外光谱仪模型，对构建的模型进行验证，根据不同部位检测各等级检测数据在各区间分布存在差异。通过检验原烟化学成分均匀性，对原烟化学成分进行逐包扫描，再经信息系统对测量数据以不同粒度进行实时采集、记录、传输、分析，最终确立化学成分烟碱含量检测数据为核心的配方构建基础。

近红外光谱仪中烟叶均质化控制流程：将选取的样品进行离线检测，构建近红外光谱仪模型，对构建的模型进行精准度验证，根据选择有的原烟检测化学值划分区间，将划分的区间对应半成品库再进行近红外光谱仪检测，检测完毕之后统计各个区间的检测数据，结合检测数据以及铺叶台工位分布将分布出铺叶把方案，将成品检测进行验证，最终计算出CV%值。

将近红外光谱仪对着需要检测的烟叶进行扫描，获得直扫光谱，对扫描出的光斑范围进行标记封袋，封袋上尽量标记每一项检测样品的烟叶上、中、下三个部位以及含盖的大小值，后将这个封袋好的样品带回实验室再次进行近红外光谱仪6点扫描，建立内部预测模型。对于检测的样品随机进行30-50个进行检测，对检测结果进行检验，对比误差，验证模式可进行2-3批。

针对原烟化学成分实验室抽样检测数据均匀性及分布区间分析，每组选取4个抽样点进行检测，统计检测结果，根据不同部位的烟叶烟碱含量测量不同区间的统计结果，测试等级烟叶通过自动收储系统在线近红外化学检测仪进行在线检测。每个测试区间的结果应做好相应的标记，并且进行相应的隔离，避免后期统计或者出库时出现纰漏。

根据不同的划分区间来源不同的烟叶应该分别进行总量统计，按照统计数量，结合每个班的加工量设计备料方案和铺叶摆把方案，这个环节十分重要。首先需要对铺叶均质化控制，要求铺叶工必须按照规定厚度、规定重量进行铺叶，来保证铺叶均匀性，提高切断率，从而保障后段加工的工艺控制的均匀性，稳定生产配方质量，要求提高铺叶配方的精确性达到均质化要求，其次需要对打叶均质化控制和叶片复烤均质化控制，严格按照要求做好记录。

打叶复烤成品检测可利用近红外光谱仪对成品按照一定的顺序进行检测，以获得烟碱CV值，将得出的数据进行汇总分析，通过分析结果判定烟叶均质化是否达到相关规定的要求，对于CV值超出规定值片烟根据结果进行重新分散配搭。

结果分析：通过红外光谱对烟叶均质化的检测结果，分析得出检测烟叶样品中，烟包内部均匀性尚可，各层代表性相差不大，表层代表性可以满足实际使用要求，差异不明显，表层烟叶可以代表总体烟叶水平。打叶复烤均质化加工工艺能够实现均质化控制。

结束语：

打叶复烤企业是烟草行业的发展过程中必不可少的一部分。随着时代的不断发展，烟草行业也得到了迅猛的发展，在这样的背景之下，烟草行业对于烟叶打叶复烤生产和加工工艺提出了更为严格的要求，近红外光谱仪检测的精准度能够满足烟叶均质化控制的要求，能够精准的测量烟叶质量的均匀性，不受人为因素的影响，对于提高配方打叶化学成分的均质化控制过程，是一种简单实用的检测方法，具有较强的运用价值，为烟草企业提供便捷。

参考文献

[1]叶浩，高维常，胡伟，等.手持式近红外光谱仪在烟叶均质化控制过程中的应用[J].安徽农学通报，2019，v.25;No. 367（09）： 115-117.

[2]汤朝起，刘颖，束茹欣，等.应用在线近红外光谱分析复烤前后原烟及片烟的质量特性[J].光谱学与光谱分析，2014，000（012）： 3273-3276.

[3]王献友，孟昭文，李屹，等.关于烟叶配方打叶均质化控制的应用研究[J].科技视界，2018.

资金来源：中国烟草总公司贵州省公司科技项目“原烟智能化收储与精细化投料关键技术研究与应用”（合同号：201929）