煙葉均質(zhì)化控制過程中在線近紅外光譜儀的應(yīng)用探究

趙一君 章榮燕 文斌 曹騰 李睿 郭清 吳昊

摘要：打葉復(fù)烤在煙草行業(yè)的發(fā)展過程中承擔(dān)著承上啟下的關(guān)鍵角色，但傳統(tǒng)的復(fù)烤粗放型加工管理模式已經(jīng)無法滿足卷煙工業(yè)企業(yè)對產(chǎn)品提出的均質(zhì)穩(wěn)定質(zhì)量要求。有效提高煙葉的質(zhì)量穩(wěn)定性成為當(dāng)下復(fù)烤環(huán)節(jié)攻關(guān)重點之一，本為主要介紹近紅外光譜儀在煙葉均質(zhì)化控制過程中使用流程和控制的精準(zhǔn)度進(jìn)行驗證。實驗的結(jié)果表明，近紅外光譜儀檢測的精準(zhǔn)度能夠滿足煙葉均質(zhì)化控制的要求，具有較強的運用價值，為企業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展起著積極推動作用。

關(guān)鍵詞：煙葉均質(zhì)化控制過程;近紅外光譜儀;檢測技術(shù)

一、近紅外光譜技術(shù)簡介

近紅外光譜技術(shù)（NIR）是90年代發(fā)展最為迅速，受到人們的廣泛關(guān)注的一項分析技術(shù)[1]。近紅外光譜主要是由于分子振動的非諧振性使分子振動從基態(tài)向高能級躍遷時產(chǎn)生的，記錄的主要是含氫基團(tuán) C-H、O-H、N-H、S-H、P-H 等振動的倍頻和合頻吸收。不同基團(tuán)（如甲基、亞甲基、苯環(huán)等）或同一基團(tuán)在不同化學(xué)環(huán)境中的近紅外吸收波長與強度都有明顯差別。所以近紅外光譜具有豐富的結(jié)構(gòu)和組成信息，非常適合用于碳?xì)溆袡C(jī)物質(zhì)的組成性質(zhì)測量。

近紅外光譜技術(shù)主要分為兩大類：透射光譜法和反射光譜法。近紅外光譜儀器從分光系統(tǒng)可分為固定波長濾光片、光柵色散、快速傅立葉變換、聲光可調(diào)濾光器和陣列檢測五種類型[2]。

二、煙葉均質(zhì)化控制工藝

現(xiàn)階段我們采用的打葉復(fù)烤均質(zhì)化加工工藝相比之前的傳統(tǒng)的打葉復(fù)烤均質(zhì)化加工工藝主要區(qū)別在于對對單等級煙葉配比控制方法。傳統(tǒng)的打葉復(fù)烤均質(zhì)化加工工藝配比方法忽視單等級煙葉內(nèi)部質(zhì)量差異，重點關(guān)注不同產(chǎn)地、等級煙葉之間物理配比是否均勻，對單等級煙葉（無論是配打還是單等級加工）內(nèi)部質(zhì)量差異沒有采取配比方法進(jìn)行控制;而均質(zhì)化加工工藝配比方法重點關(guān)注單等級煙葉內(nèi)部質(zhì)量均勻性，通過各種方法降低單等級煙葉內(nèi)部質(zhì)量差異，在此基礎(chǔ)上結(jié)合配方打葉工藝配比方法提升不同產(chǎn)地、等級煙葉之間物理配比均勻性，從而實現(xiàn)煙葉復(fù)烤加工內(nèi)在質(zhì)量均質(zhì)化控制。

影響煙葉均質(zhì)化的因素有以下幾點：煙葉原料、配方、打葉復(fù)烤工藝以及復(fù)烤過程中煙葉混合均勻度等。復(fù)烤之后的煙葉成品不僅要體現(xiàn)出功能性特征，還要保有良好的產(chǎn)品一致性和穩(wěn)定性[3]。

三、近紅外光譜儀在煙葉均質(zhì)化控制過程中的應(yīng)用

按照現(xiàn)行采用的打葉復(fù)烤均質(zhì)化加工工藝結(jié)合近紅外光譜儀應(yīng)用，煙葉均質(zhì)化控制流程主要為：對選后煙葉進(jìn)行抽樣檢測，構(gòu)建近紅外光譜儀模型，對構(gòu)建的模型進(jìn)行驗證，根據(jù)不同部位檢測各等級檢測數(shù)據(jù)在各區(qū)間分布存在差異。通過檢驗原煙化學(xué)成分均勻性，對原煙化學(xué)成分進(jìn)行逐包掃描，再經(jīng)信息系統(tǒng)對測量數(shù)據(jù)以不同粒度進(jìn)行實時采集、記錄、傳輸、分析，最終確立化學(xué)成分煙堿含量檢測數(shù)據(jù)為核心的配方構(gòu)建基礎(chǔ)。

近紅外光譜儀中煙葉均質(zhì)化控制流程：將選取的樣品進(jìn)行離線檢測，構(gòu)建近紅外光譜儀模型，對構(gòu)建的模型進(jìn)行精準(zhǔn)度驗證，根據(jù)選擇有的原煙檢測化學(xué)值劃分區(qū)間，將劃分的區(qū)間對應(yīng)半成品庫再進(jìn)行近紅外光譜儀檢測，檢測完畢之后統(tǒng)計各個區(qū)間的檢測數(shù)據(jù)，結(jié)合檢測數(shù)據(jù)以及鋪葉臺工位分布將分布出鋪葉把方案，將成品檢測進(jìn)行驗證，最終計算出CV%值。

將近紅外光譜儀對著需要檢測的煙葉進(jìn)行掃描，獲得直掃光譜，對掃描出的光斑范圍進(jìn)行標(biāo)記封袋，封袋上盡量標(biāo)記每一項檢測樣品的煙葉上、中、下三個部位以及含蓋的大小值，后將這個封袋好的樣品帶回實驗室再次進(jìn)行近紅外光譜儀6點掃描，建立內(nèi)部預(yù)測模型。對于檢測的樣品隨機(jī)進(jìn)行30-50個進(jìn)行檢測，對檢測結(jié)果進(jìn)行檢驗，對比誤差，驗證模式可進(jìn)行2-3批。

針對原煙化學(xué)成分實驗室抽樣檢測數(shù)據(jù)均勻性及分布區(qū)間分析，每組選取4個抽樣點進(jìn)行檢測，統(tǒng)計檢測結(jié)果，根據(jù)不同部位的煙葉煙堿含量測量不同區(qū)間的統(tǒng)計結(jié)果，測試等級煙葉通過自動收儲系統(tǒng)在線近紅外化學(xué)檢測儀進(jìn)行在線檢測。每個測試區(qū)間的結(jié)果應(yīng)做好相應(yīng)的標(biāo)記，并且進(jìn)行相應(yīng)的隔離，避免后期統(tǒng)計或者出庫時出現(xiàn)紕漏。

根據(jù)不同的劃分區(qū)間來源不同的煙葉應(yīng)該分別進(jìn)行總量統(tǒng)計，按照統(tǒng)計數(shù)量，結(jié)合每個班的加工量設(shè)計備料方案和鋪葉擺把方案，這個環(huán)節(jié)十分重要。首先需要對鋪葉均質(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，其次需要對打葉均質(zhì)化控制和葉片復(fù)烤均質(zhì)化控制，嚴(yán)格按照要求做好記錄。

打葉復(fù)烤成品檢測可利用近紅外光譜儀對成品按照一定的順序進(jìn)行檢測，以獲得煙堿CV值，將得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，通過分析結(jié)果判定煙葉均質(zhì)化是否達(dá)到相關(guān)規(guī)定的要求，對于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。

結(jié)果分析：通過紅外光譜對煙葉均質(zhì)化的檢測結(jié)果，分析得出檢測煙葉樣品中，煙包內(nèi)部均勻性尚可，各層代表性相差不大，表層代表性可以滿足實際使用要求，差異不明顯，表層煙葉可以代表總體煙葉水平。打葉復(fù)烤均質(zhì)化加工工藝能夠?qū)崿F(xiàn)均質(zhì)化控制。

結(jié)束語：

打葉復(fù)烤企業(yè)是煙草行業(yè)的發(fā)展過程中必不可少的一部分。隨著時代的不斷發(fā)展，煙草行業(yè)也得到了迅猛的發(fā)展，在這樣的背景之下，煙草行業(yè)對于煙葉打葉復(fù)烤生產(chǎn)和加工工藝提出了更為嚴(yán)格的要求，近紅外光譜儀檢測的精準(zhǔn)度能夠滿足煙葉均質(zhì)化控制的要求，能夠精準(zhǔn)的測量煙葉質(zhì)量的均勻性，不受人為因素的影響，對于提高配方打葉化學(xué)成分的均質(zhì)化控制過程，是一種簡單實用的檢測方法，具有較強的運用價值，為煙草企業(yè)提供便捷。

參考文獻(xiàn)

[1]葉浩，高維常，胡偉，等.手持式近紅外光譜儀在煙葉均質(zhì)化控制過程中的應(yīng)用[J].安徽農(nóng)學(xué)通報，2019，v.25;No. 367（09）： 115-117.

[2]湯朝起，劉穎，束茹欣，等.應(yīng)用在線近紅外光譜分析復(fù)烤前后原煙及片煙的質(zhì)量特性[J].光譜學(xué)與光譜分析，2014，000（012）： 3273-3276.

[3]王獻(xiàn)友，孟昭文，李屹，等.關(guān)于煙葉配方打葉均質(zhì)化控制的應(yīng)用研究[J].科技視界，2018.

資金來源：中國煙草總公司貴州省公司科技項目“原煙智能化收儲與精細(xì)化投料關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”（合同號：201929）