手持式近紅外光譜儀在煙葉均質(zhì)化控制過(guò)程中的應(yīng)用

葉浩 高維常 胡偉 郭濤 曾靜 張長(zhǎng)華

摘? 要：打葉復(fù)烤是卷煙工業(yè)生產(chǎn)不可或缺的環(huán)節(jié)之一，通過(guò)配方打葉將成品片煙的化學(xué)成分控制在一定范圍內(nèi)，確保打葉復(fù)烤后煙葉產(chǎn)品的質(zhì)量均勻性。該文系統(tǒng)介紹了手持式近紅外光譜儀在煙葉打葉復(fù)烤中的使用流程，并對(duì)手持式近紅外光譜儀煙葉均質(zhì)化控制精度進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，其檢測(cè)精度能完全滿足煙葉均質(zhì)化控制的要求，具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：煙葉;復(fù)烤加工;均質(zhì)化;手持式近紅外光譜儀

中圖分類號(hào) S572? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? ?文章編號(hào) 1007-7731（2019）09-0109-3

產(chǎn)品質(zhì)量的均勻性是指不同批次產(chǎn)品或同一批次產(chǎn)品質(zhì)量的一致性程度[1]。煙葉打葉復(fù)烤加工是對(duì)原料的加工處理，其目的是將烘烤后的煙片進(jìn)行長(zhǎng)期貯存，同時(shí)也將極大地改善煙葉質(zhì)量。均勻性是煙葉質(zhì)量控制的重要因素之一，在打葉復(fù)烤過(guò)程中備受關(guān)注[2-4]。肖明禮等[5]認(rèn)為，對(duì)鋪葉臺(tái)管理進(jìn)行優(yōu)化和貯葉柜的有效利用，可對(duì)打葉復(fù)烤配方打葉片煙產(chǎn)品的穩(wěn)定性起到積極作用。就目前而言，復(fù)烤企業(yè)通過(guò)對(duì)人工選葉、鋪葉擺把、貯葉等關(guān)鍵工序的嚴(yán)格把控，以提高煙葉中化學(xué)成分的均勻性。而對(duì)于打葉復(fù)烤過(guò)程中煙葉化學(xué)成分均質(zhì)化的檢測(cè)，主要是通過(guò)抽樣室內(nèi)化驗(yàn)進(jìn)行的。本文系統(tǒng)介紹了打葉復(fù)烤煙葉質(zhì)量均質(zhì)化控制技術(shù)，研究了手持式近紅外光譜儀快速檢測(cè)在煙葉均質(zhì)化調(diào)控中的應(yīng)用效果，旨在為復(fù)烤企業(yè)及卷煙工業(yè)企業(yè)在該種模式下的配方打葉均質(zhì)化控制提供參考。

1 煙葉均質(zhì)化控制目標(biāo)

煙葉內(nèi)在化學(xué)成分是煙葉外觀質(zhì)量和感官質(zhì)量的物質(zhì)基礎(chǔ)和客觀表現(xiàn)，是評(píng)價(jià)烤煙品質(zhì)的主要指標(biāo)。依據(jù)煙葉打葉復(fù)烤工藝規(guī)程YC/T 146-2010[6]和打葉煙葉質(zhì)量檢驗(yàn)YC/T 147-2010[7]的規(guī)定，將煙堿波動(dòng)程度作為評(píng)價(jià)煙葉均質(zhì)化的方法。根據(jù)中煙辦[2016]127號(hào)文規(guī)定，將貯葉配葉后煙葉產(chǎn)品煙堿變異系數(shù)值小于5%、糖堿比變異系數(shù)值小于8%作為煙葉原料復(fù)烤加工均質(zhì)化控制的目標(biāo)。

2 手持式近紅外光譜儀在煙葉均質(zhì)化控制過(guò)程中的應(yīng)用

按照煙葉打葉復(fù)烤工序，結(jié)合手持式近紅外光譜儀應(yīng)用，煙葉均質(zhì)化控制流程為：通過(guò)對(duì)工業(yè)企業(yè)在某地復(fù)烤廠加工的品牌配方模塊煙葉的選后原料，進(jìn)行取樣離線檢測(cè)，構(gòu)建手持式近紅外光譜儀模型，并通過(guò)對(duì)模型的驗(yàn)證，依據(jù)手持式近紅外光譜儀的檢測(cè)值及劃分的區(qū)間有序指導(dǎo)入半成品庫(kù)（選后原煙半成品庫(kù)），最后把各個(gè)等級(jí)按照工業(yè)企業(yè)的配方等級(jí)比例投料調(diào)控，實(shí)現(xiàn)成品片煙內(nèi)在化學(xué)成分變異系數(shù)的降低，達(dá)到煙葉均質(zhì)化控制目標(biāo)。煙葉均質(zhì)化過(guò)程控制的具體流程見(jiàn)圖1。

2.1 手持式近紅外光譜儀模型的構(gòu)建及精度驗(yàn)證 將手持式近紅外光譜儀對(duì)著筐欄內(nèi)煙葉進(jìn)行掃描，獲得直掃光譜。獲取每條手持式近紅外光譜儀光斑范圍內(nèi)的煙葉樣品并封袋貼標(biāo)簽，所取樣本盡量含蓋煙葉上、中、下3個(gè)部位，即：含蓋大值、中間值、小值。將所獲得的樣品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行手持式近紅外光譜儀6點(diǎn)掃描，并同步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室近紅外或流動(dòng)檢測(cè)，建立內(nèi)部預(yù)測(cè)模型。隨機(jī)取30～50個(gè)樣本進(jìn)行手持式近紅外光譜檢測(cè)，并給出相應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果。將隨機(jī)取的30～50個(gè)樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室近紅外或流動(dòng)檢測(cè)，對(duì)比手持式近紅外光譜儀與實(shí)驗(yàn)室近紅外或流動(dòng)檢測(cè)值的誤差，進(jìn)行手持式近紅外光譜儀精度驗(yàn)證。一般同樣模式驗(yàn)證2～3批。

2.2 選后原煙區(qū)間劃分及等級(jí)入庫(kù) 按照工業(yè)企業(yè)模塊配方需求，在選葉車間過(guò)磅處，運(yùn)用手持式近紅外光譜儀對(duì)不同來(lái)源地的每個(gè)煙框進(jìn)行4個(gè)點(diǎn)煙框化學(xué)成分檢測(cè)，給出煙框內(nèi)煙葉的平均煙堿含量值。根據(jù)化學(xué)值，將不同等級(jí)的原煙按照化學(xué)值劃分不同的區(qū)間，隨即進(jìn)行等級(jí)入庫(kù)（由特定的軟件完成）。如對(duì)于某地的C2F等級(jí)6500擔(dān)煙葉，根據(jù)工業(yè)企業(yè)模塊配方要求，在挑選的時(shí)候分成4個(gè)區(qū)間A1、A2、A3和A4，在選葉車間過(guò)磅處通過(guò)手持式近紅外光譜儀進(jìn)行煙堿含量檢測(cè)，然后按照A1、A2、A3和A4各自的化學(xué)值區(qū)間完成入庫(kù)。且每個(gè)區(qū)間有相應(yīng)的標(biāo)識(shí)，并進(jìn)行物理隔離，避免后續(xù)統(tǒng)計(jì)或出庫(kù)時(shí)出錯(cuò)。

2.3 區(qū)間數(shù)量統(tǒng)計(jì)，備料鋪葉方案確定及加工過(guò)程控制 根據(jù)劃分區(qū)間，對(duì)不同來(lái)源地的入庫(kù)煙葉每個(gè)區(qū)間的數(shù)量和所有區(qū)間的總量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。按照統(tǒng)計(jì)數(shù)量，結(jié)合每個(gè)班的加工量設(shè)計(jì)備料方案和鋪葉擺把方案。加工過(guò)程控制是實(shí)現(xiàn)打葉均質(zhì)化最為重要的一環(huán)。首先是鋪葉均質(zhì)化控制，要求鋪葉工必須按照規(guī)定厚度、規(guī)定重量進(jìn)行鋪葉，來(lái)保證鋪葉均勻性，提高切斷率，從而保障后段加工的工藝控制的均勻性，穩(wěn)定生產(chǎn)配方質(zhì)量，要求提高鋪葉配方的精確性達(dá)到均質(zhì)化要求。其次是打葉均質(zhì)化控制和葉片復(fù)烤均質(zhì)化控制，以某一復(fù)烤廠為例，當(dāng)段操作需分別對(duì)照表1和表2按要求每30min檢查控制1次并做好記錄，在投料前清理機(jī)內(nèi)殘留物料。

2.4 打葉復(fù)烤成品檢測(cè) 利用近紅外光譜儀，對(duì)當(dāng)班成品按一定順序進(jìn)行成品片煙檢測(cè)，獲得成品片煙的煙堿CV值，然后數(shù)據(jù)匯總分析，進(jìn)行CV值現(xiàn)場(chǎng)配方的有效控制。通過(guò)分析結(jié)果判斷配打后的產(chǎn)品質(zhì)量是否穩(wěn)定和達(dá)到均質(zhì)化要求，將CV值超出規(guī)定值片煙根據(jù)結(jié)果進(jìn)行重新分散配搭。

3 手持式近紅外光譜儀煙葉均質(zhì)化控制精度驗(yàn)證

采取手持式近紅外光譜儀檢測(cè)不同麻包煙葉煙堿含量值，同時(shí)抽取同批煙葉樣品進(jìn)行離線檢測(cè)，驗(yàn)證手持式近紅外光譜儀檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。從兩者趨勢(shì)圖來(lái)看（圖2），手持式近紅外光譜儀檢測(cè)值與實(shí)驗(yàn)室離線檢測(cè)值幾乎一致。

從不同批次的煙葉驗(yàn)證結(jié)果來(lái)看（表3），第1批的240個(gè)樣絕對(duì)誤差0.25，相關(guān)系數(shù)0.66;第2批的80個(gè)樣絕對(duì)誤差0.25，相關(guān)系數(shù)0.73;第3批的80個(gè)樣絕對(duì)誤差0.35，相關(guān)系數(shù)0.74。3個(gè)驗(yàn)證批次得到的絕對(duì)誤差均≤0.35，相關(guān)性均>0.65。因此，驗(yàn)證光譜的方式與在分選車間現(xiàn)場(chǎng)掃描的方式一致，手持式近紅外光譜儀直接用于分選車間現(xiàn)場(chǎng)掃描的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性（精度）完全滿足均質(zhì)化控制要求。

4 結(jié)語(yǔ)

打葉復(fù)烤是卷煙工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的環(huán)節(jié)之一。當(dāng)前，在煙草行業(yè)大品牌快速發(fā)展的形勢(shì)下，卷煙工業(yè)企業(yè)對(duì)煙葉打葉復(fù)烤的生產(chǎn)加工工藝和片煙質(zhì)量提出了更高的要求。煙葉內(nèi)在化學(xué)成分是考核煙葉質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)，杜文等[8]認(rèn)為利用化學(xué)成分評(píng)價(jià)煙葉質(zhì)量均勻性是一種簡(jiǎn)便實(shí)用的方法。繼而，打葉復(fù)烤過(guò)程配方打葉化學(xué)成分的均質(zhì)化工藝技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。手持式近紅外光譜儀檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)用，在滿足檢測(cè)需求的同時(shí)，將大大提高配方打葉化學(xué)成分的均質(zhì)化控制過(guò)程，在一定程度上彌補(bǔ)了人為因素造成的配方質(zhì)量波動(dòng)，確保了在線加工質(zhì)量的均質(zhì)一致性。

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（責(zé)編：張宏民）

作者簡(jiǎn)介：葉浩（1977—），男，貴州湄潭人，物流師、助理農(nóng)藝師，從事煙草栽培、復(fù)烤加工工藝及煙葉質(zhì)量評(píng)價(jià)研究工作。? *通訊作者

收稿日期：2019-03-30