CN103234936A - 一种准确表征卷烟叶丝干燥工序物料加工强度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种准确表征卷烟叶丝干燥工序物料加工强度的方法。分别采集干燥前后的烟丝，平衡后进行光谱扫描，光谱数据再经多元散射校正、二阶偏导+Norris导数滤波后进行主成分分析，分别建立未干燥烟丝与不同干燥加工梯度烟丝的类模型，最后通过计算得到各干燥加工梯度烟丝到未干燥烟丝类模型马氏距离的类间平均值，即可对加工强度进行判别。实现了对叶丝干燥强度的定性、定量表达，有利于客观地指导制丝线叶丝干燥工序参数调整和控制，改变了现有加工强度判别易受主观性影响的程度，能更好地对卷烟内在品质变化做出较为客观的判断。操作方法简单易行，技术效果显著。
Description
技术领域
本发明属于卷烟生产技术领域，具体涉及一种在卷烟叶丝干燥工序处理过程中，准确表征物料加工强度内在品质变化的方法。
背景技术
2003版《卷烟工艺规范》对卷烟生产过程提出了由“结果控制到过程控制”新的控制理念，中式卷烟特色工艺技术的发展也对卷烟制丝线关键工序工艺参数的优化控制提出了新的要求。国内各烟草企业及科研院所围绕着这一要求对工艺技术进行了一系列的分析和研究，并在此过程中提出叶丝干燥工序加工强度的概念。但目前这一概念仅停留在通过加工参数搭配结合感官质量变化进行模糊描述上，尚未能对加工强度的内在品质变化表现形式进行具体、客观的定性、定量表达，致使烟草企业在实际生产过程中，无法科学、客观地指导制丝线叶丝干燥工序参数调整和控制，不利于特色工艺技术研究的深入，使增强加工工艺对产品质量贡献率，提高产品质量，突出产品个性化的作用受到一定的限制。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种客观、简便的方法，运用近红外定性分析技术对卷烟制丝中的叶丝干燥工序加工强度进行表征，以指导制丝线关键工序参数调整和控制，提高卷烟加工的技术水平，突出卷烟产品的香气风格与口味特征。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
除非另有说明，本发明所采用的百分数均为重量百分数。
一种准确表征卷烟叶丝干燥工序物料加工强度的方法，包括以下步骤：
（1）采样及制样：采集干燥前的烟丝，将烟丝在温度20～30℃条件下干燥到含水率为11%～13%作为对照样，同时分别取不同干燥加工梯度的烟丝作为试验样；将所采集的对照样和试验样分别制成粉末，置于温度22℃,相对湿度60%RH环境下平衡48小时后待检测；所述的烟丝为单料烟或模块烟；
（2）光谱扫描：使用近红外光谱仪对各待测样品分别进行近红外光谱扫描，每个样品的近红外光谱扫描范围：1400～2300nm，分辨率：4～8cm-1，扫描次数：30～80次；
（3）光谱预处理：光谱扫描所获得的光谱数据再经多元散射校正、二阶偏导+Norris导数滤波后得到各待测样品的预处理光谱数据；
（4）光谱数据建模：应用主成分—马氏距离方法对预处理光谱数据进行分析，分别建立对照样与不同干燥加工梯度试验样的类模型；
（5）加工强度的判别：经计算得到各干燥加工梯度试验样到对照样类模型马氏距离的类间平均值，当马氏距离的类间平均值在0.5000～1.5999，定义为弱加工强度；当马氏距离的类间平均值在1.6000～1.9999，定义为中等加工强度；当马氏距离的类间平均值在2.0000～5.0000，定义为强加工强度。
相对于现有叶丝干燥强度评价技术，本发明具有如下优点：
1、对叶丝干燥工序加工强度烟丝内在品质变化进行了具体的定性、定量表达，有利于客观地指导制丝线叶丝干燥工序参数调整和控制。
2、突破了叶丝干燥工序加工强度受加工参数高与高、低与低搭配描述的限制，可以验证不同加工参数搭配对卷烟内在品质的影响变化趋势。
3、降低了叶丝干燥工序加工强度的感官描述受主观性影响的程度，能更好地对卷烟内在品质变化做出较为客观的判断。
4、本发明操作方法简单易行，技术效果显著，可以利用叶丝原料自身的潜质，提升其内在品质。
附图说明
图1实施例1原始近红外光谱图；
图2实施例1处理后近红外光谱图；
图3-1实施例1工序前样品与加工梯度1试验样品类模型分布图；
图3-2实施例1工序前样品与加工梯度2试验样品类模型分布图；
图3-3实施例1工序前样品与加工梯度3试验样品类模型分布图；
图4实施例2原始近红外光谱图；
图5实施例2处理后近红外光谱图；
图6-1实施例2工序前样品与加工梯度1试验样品类模型分布图；
图6-2实施例2工序前样品与加工梯度2试验样品类模型分布图；
图6-3实施例2工序前样品与加工梯度3试验样品类模型分布图；
图7实施例3原始近红外光谱图；
图8实施例3处理后近红外光谱图；
图9-1实施例3工序前样品与加工梯度1试验样品类模型分布图；
图9-2实施例3工序前样品与加工梯度2试验样品类模型分布图；
图9-3实施例3工序前样品与加工梯度3试验样品类模型分布图；
图9-4实施例3工序前样品与加工梯度4试验样品类模型分布图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地详细说明，但实施例和附图并不是对本发明技术方案的限定。
除非另有说明，所涉及的专业术语均参照国家烟草专卖局编写的2003版《卷烟工艺规范》。
实施例1
（1）选取2009年B2F单料烟作为分析对象，在叶丝干燥工序加工前进行松散回潮和切丝预处理，使切丝后烟丝含水率在20～23%。采集工序前样品作为对照样，采用环境温度28℃加热的方法，将原料干燥到12.5～12.6%。同时按表1所列的加工参数梯度组合进行试验，并在工序后分别取加工梯度1、加工梯度2、加工梯度3的样品作为试验样。再将所采集的对照样和试验样磨成粉状，在恒温恒湿箱（环境温湿度为22℃,60%RH）中平衡48小时待检测。
表1实施例1加工条件设定
| 来料烟丝含水率（%） | 筒壁温度（℃） | 热风温度（℃） | |
| 加工梯度1 | 20 | 130 | 100 |
| 加工梯度2 | 21.6 | 155 | 120 |
| 加工梯度3 | 22.4 | 180 | 100 |
（2）选择在线近红外光谱仪分别对对照样、加工梯度1试验样、加工梯度2试验样、加工梯度3试验样进行近红外光谱扫描。每个样品近红外光谱扫描范围：1400～2300nm，分辨率：8cm-1，扫描次数：30次。所得原始近红外光谱图如图1所示。
（3）对扫描所获得的光谱数据经多元散射校正、二阶偏导+Norris导数滤波得到处理后的光谱数据，形成对照样、加工梯度1试验样、加工梯度2试验样、加工梯度3试验样四组光谱。处理后的近红外光谱图如图2所示。
（4）应用主成分分析一马氏距离方法分别建立工序前样品与加工梯度1试验样品、工序前样品与加工梯度2试验样品、工序前样品与加工梯度3试验样品的类模型。类模型的分布图如图3-1～3-3所示。
（5）由类模型分别得到加工梯度1试验样品类模型、加工梯度2试验样品类模型、加工梯度3试验样品类模型到工序前类模型的马氏距离，结果如表2所示。并分别计算出加工梯度1试验样品、加工梯度2试验样品、加工梯度3试验样品到工序前类模型马氏距离的类间平均值。结果如表3所示，从表3中可以看出，加工梯度1类模型到工序前类模型马氏距离的类间平均值在0.5000～1.5999范围内，可判定加工梯度1属于弱加工强度；加工梯度2类模型到工序前类模型马氏距离的类间平均值在1.6000～1.9999范围内，可判定加工梯度2属于中等加工强度；加工梯度3类模型到工序前类模型马氏距离的类间平均值在2.0000～5.0000范围内，可判定加工梯度3属于强加工强度。
表2实施例1马氏距离计算结果
| 加工梯度1到工序前类间距离 | 加工梯度2到工序前类间距离 | 加工梯度3到工序前类间距离 |
| 0.8528 | 1.2973 | 2.3496 |
| 1.1175 | 1.8945 | 2.6614 |
| 0.7615 | 1.341 | 2.3092 |
| 0.6472 | 1.3204 | 2.6334 |
| 1.0041 | 1.8649 | 2.1433 |
| 1.032 | 1.7342 | 3.1832 |
| 0.7871 | 1.4555 | 2.3945 |
| 0.8593 | 1.9303 | 2.7246 |
| 0.7827 | 1.6126 | 2.7113 |
| 0.831 | 1.5719 | 2.3252 |
| 1.0551 | 1.2973 | 2.8647 |
| 0.8241 | 1.8945 | 2.3888 |
| 1.0962 | 1.341 | 2.4348 |
| 1.3657 | 1.3204 | 2.6711 |
| 1.083 | 1.8649 | 2.034 |
| 1.0805 | 1.7342 | 2.554 |
| 1.4212 | 1.4555 | 2.2932 |
| 1.1028 | 1.9303 | 2.8306 |
| 1.0786 | 1.6126 | 2.695 |
| 1.4861 | 1.5719 | 2.7026 |
| 0.8528 | 1.7617 | 2.3496 |
| 0.8745 | 2.019 | 2.6614 |
| 0.8957 | 1.5082 | 2.3092 |
| 0.8634 | 1.7356 | 2.6334 |
| 1.0874 | 1.9157 | 2.1433 |
| 0.9877 | 1.9995 | 3.1832 |
| 0.8829 | 1.9145 | 2.3945 |
| 0.7895 | 1.7616 | 2.7246 |
| 0.8565 | 1.8288 | 2.7113 |
| 1.1964 | 1.8816 | 2.3252 |
表3实施例1马氏距离类间平均值
| 马氏距离类间平均值 | |
| 加工梯度1到工序前 | 0.9897 |
| 加工梯度2到工序前 | 1.6790 |
| 加工梯度3到工序前 | 2.5445 |
不同加工梯度感官质量评吸结果如表4，表中可以看出，经过加工梯度1～梯度2的加工处理，香气质、杂气、细腻程度、干净程度等方面持续改善，到梯度3其感官质量向差的方向发展，刺激性、干燥感、干净程度等方面有所下降。
表4实施例1不同加工梯度感官质量变化
注：表中分值为以对照样相比，在各个项目中优于对照样的打正值，劣于对照样的打负值。
实施例2
（1）选取2010年C4F单料烟作为分析对象，按表5所列的加工参数梯度组合进行试验，其它内容同实施例1。
表5实施例2加工条件设定
| 来料烟丝含水率（%） | 筒壁温度（℃） | 热风温度（℃） | |
| 加工梯度1 | 19.8 | 120 | 90 |
| 加工梯度2 | 21.4 | 145 | 100 |
| 加工梯度3 | 22.2 | 155 | 90 |
（2）选择在线近红外光谱仪分别对对照样、加工梯度1试验样、加工梯度2试验样、加工梯度3试验样进行近红外光谱扫描。每个样品近红外光谱扫描范围：1400～2300nm，分辨率：8cm-1，扫描次数：40次，其它内容同实施例1。所得原始近红外光谱图如图4所示。
（3）内容同实施例1，处理后的近红外光谱图如图5所示。
（4）内容同实施例1，类模型的分布图如图6-1～6-3所示。
（5）分别计算出加工梯度1试验样品、加工梯度2试验样品、加工梯度3试验样品到工序前类模型马氏距离的类间平均值。结果如表6所示，从表6中可以看出，加工梯度1类模型到工序前类模型马氏距离的类间平均值在0.5000～1.5999范围内，可判定加工梯度1属于弱加工强度；加工梯度2类模型到工序前类模型马氏距离的类间平均值在2.0000～5.0000范围内，可判定加工梯度2属于强加工强度；加工梯度3类模型到工序前类模型马氏距离的类间平均值在2.0000～5.0000范围内，可判定加工梯度3属于强加工强度。
表6实施例2马氏距离类间平均值
| 马氏距离类间平均值 | |
| 加工梯度1到工序前 | 1.2684 |
| 加工梯度2到工序前 | 2.1191 |
| 加工梯度3到工序前 | 2.8218 |
不同加工梯度感官质量评吸结果如表7，从表中可以看出，经过加工梯度1的加工处理，香气质、杂气、细腻程度、干净程度等方面有所改善；梯度2、梯度3感官质量较为接近，刺激性、干燥感、干净程度等方面有所下降。
表7实施例2不同加工梯度感官质量变化
注：表中分值为以对照样相比，在各个项目中优于对照样的打正值，劣于对照样的打负值。
实施例3
（1）选取高档烟模块作为分析对象，在叶丝干燥工序加工前进行松散回潮和切丝预处理，使切丝后烟丝含水率在19.5～21.0%。采集工序前样品作为对照样，采用环境温度25℃加热的方法，将原料干燥到12.3～12.5%。同时按表8所列的加工参数梯度组合进行试验，并在工序后分别取加工梯度1、加工梯度2、加工梯度3、加工梯度4的样品作为试验样。再将所采集的对照样和试验样切成丝状，在恒温恒湿箱（环境温湿度为22℃,60%RH）中平衡48小时待检测。
表8实施例3加工条件设定
| 来料烟丝含水率（%） | 筒壁温度（℃） | 热风温度（℃） | |
| 加工梯度1 | 19.8 | 120 | 110 |
| 加工梯度2 | 20.5 | 140 | 100 |
| 加工梯度3 | 20.6 | 130 | 120 |
| 加工梯度4 | 21.0 | 140 | 110 |
（2）选择手持式近红外光谱仪分别对对照样、加工梯度1试验样、加工梯度2试验样、加工梯度3、梯度4试验样进行近红外光谱扫描。每个样品近红外光谱扫描范围：1400～2300nm，分辨率：4cm-1，扫描次数：50次。所得原始近红外光谱图如图7所示。
（3）对扫描所获得的光谱数据经多元散射校正、二阶偏导+Norris导数滤波得到处理后的光谱数据，形成对照样、加工梯度1试验样、加工梯度2试验样、加工梯度3、加工梯度4试验样五组光谱。处理后的近红外光谱图如图8所示。
（4）应用主成分分析一马氏距离法分别建立工序前样品与加工梯度1试验样品、工序前样品与加工梯度2试验样品、工序前样品与加工梯度3试验样品、工序前样品与加工梯度4试验样品的类模型。类模型的分布图如图9-1～9-4所示。
（5）分别计算出加工梯度1试验样品、加工梯度2试验样品、加工梯度3试验样品、加工梯度4试验样品到工序前类模型马氏距离的类间平均值。结果如表9所示，从表9中可以看出，加工梯度1类模型到工序前类模型马氏距离的类间平均值在1.6000～1.999范围内，可判定加工梯度1属于中等加工强度；加工梯度2类模型到工序前类模型马氏距离的类间平均值在1.6000～1.9999范围内，可判定加工梯度2属于中等加工强度；加工梯度3类模型到工序前类模型马氏距离的类间平均值在2.0000～5.0000范围内，可判定加工梯度3属于强加工强度；加工梯度4类模型到工序前类模型马氏距离的类间平均值在2.0000～5.0000范围内，可判定加工梯度4属于强加工强度。
表9实施例3马氏距离类间平均值
| 马氏距离类间平均值 | |
| 加工梯度1到工序前 | 1.6143 |
| 加工梯度2到工序前 | 1.8225 |
| 加工梯度3到工序前 | 2.8562 |
| 加工梯度4到工序前 | 3.2379 |
不同加工梯度感官质量评吸结果如表10，表中可以看出，经过加工梯度1、加工梯度2感官质量较为接近，香气质、香气量、杂气、浓度、干净程度有所改善；经过加工梯度3、加工梯度4感官质量较为接近，香气量、浓度有所改善，而杂气、细腻程度、刺激性、干净程度有所下降。
表10实施例3不同加工梯度感官质量变化
注：表中分值为以对照样相比，在各个项目中优于对照样的打正值，劣于对照样的打负值。
Claims (1)
1.一种准确表征卷烟叶丝干燥工序物料加工强度的方法，包括以下步骤：
（1）采样及制样：采集干燥前的烟丝，将烟丝在温度20～30℃条件下干燥到含水率为11%～13%作为对照样，同时分别取不同干燥加工梯度的烟丝作为试验样；将所采集的对照样和试验样分别制成粉末，置于温度22℃,相对湿度60%RH环境下平衡48小时后待检测；所述的烟丝为单料烟或模块烟；
（2）光谱扫描：使用近红外光谱仪对各待测样品分别进行近红外光谱扫描，每个样品的近红外光谱扫描范围：1400～2300nm，分辨率：4～8cm-1，扫描次数：30～80次；
（3）光谱预处理：光谱扫描所获得的光谱数据再经多元散射校正、二阶偏导+Norris导数滤波后得到各待测样品的预处理光谱数据；
（4）光谱数据建模：应用主成分—马氏距离方法对预处理光谱数据进行分析，分别建立对照样与不同干燥加工梯度试验样的类模型；
（5）加工强度的判别：经计算得到各干燥加工梯度试验样到对照样类模型马氏距离的类间平均值，当马氏距离的类间平均值在0.5000～1.5999，定义为弱加工强度；当马氏距离的类间平均值在1.6000～1.9999，定义为中等加工强度；当马氏距离的类间平均值在2.0000～5.0000，定义为强加工强度。
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