手持式近红外光谱仪在烟叶均质化控制过程中的应用
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摘 要：打叶复烤是卷烟工业生产不可或缺的环节之一，通过配方打叶将成品片烟的化学成分控制在一定范围内，确保打叶复烤后烟叶产品的质量均匀性。该文系统介绍了手持式近红外光谱仪在烟叶打叶复烤中的使用流程，并对手持式近红外光谱仪烟叶均质化控制精度进行了验证，结果表明，其检测精度能完全满足烟叶均质化控制的要求，具有较强的实际应用价值。
关键词：烟叶;复烤加工;均质化;手持式近红外光谱仪
中图分类号 S572 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2019）09-0109-3
产品质量的均匀性是指不同批次产品或同一批次产品质量的一致性程度[1]。烟叶打叶复烤加工是对原料的加工处理，其目的是将烘烤后的烟片进行长期贮存，同时也将极大地改善烟叶质量。均匀性是烟叶质量控制的重要因素之一，在打葉复烤过程中备受关注[2-4]。肖明礼等[5]认为，对铺叶台管理进行优化和贮叶柜的有效利用，可对打叶复烤配方打叶片烟产品的稳定性起到积极作用。就目前而言，复烤企业通过对人工选叶、铺叶摆把、贮叶等关键工序的严格把控，以提高烟叶中化学成分的均匀性。而对于打叶复烤过程中烟叶化学成分均质化的检测，主要是通过抽样室内化验进行的。本文系统介绍了打叶复烤烟叶质量均质化控制技术，研究了手持式近红外光谱仪快速检测在烟叶均质化调控中的应用效果，旨在为复烤企业及卷烟工业企业在该种模式下的配方打叶均质化控制提供参考。
1 烟叶均质化控制目标
烟叶内在化学成分是烟叶外观质量和感官质量的物质基础和客观表现，是评价烤烟品质的主要指标。依据烟叶打叶复烤工艺规程YC/T 146-2010[6]和打叶烟叶质量检验YC/T 147-2010[7]的规定，将烟碱波动程度作为评价烟叶均质化的方法。根据中烟办[2016]127号文规定，将贮叶配叶后烟叶产品烟碱变异系数值小于5%、糖碱比变异系数值小于8%作为烟叶原料复烤加工均质化控制的目标。
2 手持式近红外光谱仪在烟叶均质化控制过程中的应用
按照烟叶打叶复烤工序，结合手持式近红外光谱仪应用，烟叶均质化控制流程为：通过对工业企业在某地复烤厂加工的品牌配方模块烟叶的选后原料，进行取样离线检测，构建手持式近红外光谱仪模型，并通过对模型的验证，依据手持式近红外光谱仪的检测值及划分的区间有序指导入半成品库（选后原烟半成品库），最后把各个等级按照工业企业的配方等级比例投料调控，实现成品片烟内在化学成分变异系数的降低，达到烟叶均质化控制目标。烟叶均质化过程控制的具体流程见图1。
2.1 手持式近红外光谱仪模型的构建及精度验证 将手持式近红外光谱仪对着筐栏内烟叶进行扫描，获得直扫光谱。获取每条手持式近红外光谱仪光斑范围内的烟叶样品并封袋贴标签，所取样本尽量含盖烟叶上、中、下3个部位，即：含盖大值、中间值、小值。将所获得的样品带回实验室进行手持式近红外光谱仪6点扫描，并同步进行实验室近红外或流动检测，建立内部预测模型。随机取30～50个样本进行手持式近红外光谱检测，并给出相应的检测结果。将随机取的30～50个样本进行实验室近红外或流动检测，对比手持式近红外光谱仪与实验室近红外或流动检测值的误差，进行手持式近红外光谱仪精度验证。一般同样模式验证2～3批。
2.2 选后原烟区间划分及等级入库 按照工业企业模块配方需求，在选叶车间过磅处，运用手持式近红外光谱仪对不同来源地的每个烟框进行4个点烟框化学成分检测，给出烟框内烟叶的平均烟碱含量值。根据化学值，将不同等级的原烟按照化学值划分不同的区间，随即进行等级入库（由特定的软件完成）。如对于某地的C2F等级6500担烟叶，根据工业企业模块配方要求，在挑选的时候分成4个区间A1、A2、A3和A4，在选叶车间过磅处通过手持式近红外光谱仪进行烟碱含量检测，然后按照A1、A2、A3和A4各自的化学值区间完成入库。且每个区间有相应的标识，并进行物理隔离，避免后续统计或出库时出错。
2.3 区间数量统计，备料铺叶方案确定及加工过程控制 根据划分区间，对不同来源地的入库烟叶每个区间的数量和所有区间的总量进行统计。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。加工过程控制是实现打叶均质化最为重要的一环。首先是铺叶均质化控制，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。其次是打叶均质化控制和叶片复烤均质化控制，以某一复烤厂为例，当段操作需分别对照表1和表2按要求每30min检查控制1次并做好记录，在投料前清理机内残留物料。
2.4 打叶复烤成品检测 利用近红外光谱仪，对当班成品按一定顺序进行成品片烟检测，获得成品片烟的烟碱CV值，然后数据汇总分析，进行CV值现场配方的有效控制。通过分析结果判断配打后的产品质量是否稳定和达到均质化要求，将CV值超出规定值片烟根据结果进行重新分散配搭。
3 手持式近红外光谱仪烟叶均质化控制精度验证
采取手持式近红外光谱仪检测不同麻包烟叶烟碱含量值，同时抽取同批烟叶样品进行离线检测，验证手持式近红外光谱仪检测结果的准确性。从两者趋势图来看（图2），手持式近红外光谱仪检测值与实验室离线检测值几乎一致。
从不同批次的烟叶验证结果来看（表3），第1批的240个样绝对误差0.25，相关系数0.66;第2批的80个样绝对误差0.25，相关系数0.73;第3批的80个样绝对误差0.35，相关系数0.74。3个验证批次得到的绝对误差均≤0.35，相关性均>0.65。因此，验证光谱的方式与在分选车间现场扫描的方式一致，手持式近红外光谱仪直接用于分选车间现场扫描的数据准确性（精度）完全满足均质化控制要求。
4 结语
打叶复烤是卷烟工业生产中必不可少的环节之一。当前，在烟草行业大品牌快速发展的形势下，卷烟工业企业对烟叶打叶复烤的生产加工工艺和片烟质量提出了更高的要求。烟叶内在化学成分是考核烟叶质量好坏的重要指标，杜文等[8]认为利用化学成分评价烟叶质量均匀性是一种简便实用的方法。继而，打叶复烤过程配方打叶化学成分的均质化工艺技术应运而生。手持式近红外光谱仪检测设备的运用，在满足检测需求的同时，将大大提高配方打叶化学成分的均质化控制过程，在一定程度上弥补了人为因素造成的配方质量波动，确保了在线加工质量的均质一致性。
参考文献
[1]尹旭，徐其敏，陈清.打叶复烤均匀性加工技术研究进展[J].安徽农业科学，2013，41（16）：7307-7309.
[2]闫克玉，赵铭钦，储国海，等.烟草原料学[M].北京：科学出版社，2008：95-101.
[3]王宏铝，王筑临，许小双，等.基于在线烟碱预测模型的烟叶复烤均质化加工[J].烟草科技，2015，48（6）：73-77.
[4]杜阅光，崔登科，程小东，等.声光可调近红外光谱技术用于打叶复烤片烟化学成分均质化生产控制[J].红外技术，2012，34（10）：614-618.
[5]肖明礼，陈越立，尹智华，等.烟叶配方打叶均匀性的研究[J].现代食品科技，2011，27（6）：684-686.
[6]吴洪田，李晓红，毕继华，等.烟叶打叶复烤工艺规程：YC/T 146-2010[S].北京：中国标准出版社，2011.
[7]吴洪田，李晓红，崔焰，等.打叶烟叶质量检验：YC/T 147-2010[S].北京：中国标准出版社，2011.
[8]杜文，谭新良，易建华，等.用烟叶化学成分进行烟叶质量评价[J].中国烟草学报，2007，13（3）：25-31.
（责编：张宏民）
作者简介：叶浩（1977—），男，贵州湄潭人，物流师、助理农艺师，从事烟草栽培、复烤加工工艺及烟叶质量评价研究工作。 *通讯作者
收稿日期：2019-03-30
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