基于煙葉近紅外光譜生物外觀特性表征的研究

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1、基于煙葉近紅外光譜生物外觀特性表征的研究李瑞東黃文勇尚關(guān)蘭李克強(qiáng)招云芳孫莉盧瑾云南煙葉復(fù)烤有限責(zé)任公司技術(shù)中心瀘西復(fù)烤廠摘要：以提高打葉復(fù)烤過(guò)程屮成品片煙品質(zhì)均勻性為實(shí)驗(yàn)口的，近紅外光譜表征煙葉生物外觀特性為研究對(duì)象，通過(guò)在線近紅外光譜儀采集原煙光譜，采用光譜定性來(lái)調(diào)控原煙質(zhì)并導(dǎo)入庫(kù)和出庫(kù)，結(jié)果表明:采用光譜定性來(lái)調(diào)控得到的成品煙堿變異系數(shù)2.2964%,采用煙堿含量來(lái)調(diào)控得到的成品煙堿變異系數(shù)為2.6953%,及通過(guò)光譜定性調(diào)控要好于只用煙堿含量來(lái)調(diào)控，該結(jié)果對(duì)打葉復(fù)烤前原煙調(diào)控具有重要的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：在線近紅外;煙葉;表征;牛物特性;引言煙葉的質(zhì)量包含煙葉的物理狀態(tài)和化學(xué)物質(zhì)

2、含量的多少，煙葉的物理狀態(tài)包括顏色、厚薄和紋理，化學(xué)物質(zhì)有煙堿、總糖、述原糖等。隨著工業(yè)企業(yè)對(duì)卷煙產(chǎn)品品質(zhì)控制要求日益加大，對(duì)打葉復(fù)烤企業(yè)提供質(zhì)量均勻一致的片煙產(chǎn)品需求變得日益迫切［1］。近紅外光譜(NTR)分析技術(shù)以其簡(jiǎn)單、快速、無(wú)損和多指標(biāo)同時(shí)分析的特點(diǎn)，在石油、煙草、屮藥、糧油等領(lǐng)域得到迅速推廣和應(yīng)用宜。近紅外光譜分析是通過(guò)光譜儀對(duì)樣品掃描獲取樣品光譜，光與樣品相互作用并將樣品信息加載到光譜，近紅外光譜對(duì)含氫基團(tuán)C-H、N-H、0-H、S-H的倍頻和主頻振動(dòng)的吸收，具有極強(qiáng)的穿透能力宜。煙葉是一種片狀固體，其形成的吸收光譜是基于近紅外的漫反射原理。煙葉中的大多數(shù)有機(jī)化合物如煙堿

3、、蛋白質(zhì)、總糖、還原糖、淀粉、纖維素、蛋口質(zhì)、水分等都含有含氫基團(tuán)I1L均在光譜不同譜段屮有所體現(xiàn)，所以通過(guò)對(duì)煙葉近紅外光譜分析可以測(cè)定這些成分的含量以及判定煙葉質(zhì)量。1材料與方法1.1材料與設(shè)備表1是試驗(yàn)所用煙葉的具體產(chǎn)地、等級(jí)和加工數(shù)量。表1煙葉產(chǎn)地、等級(jí)及加工數(shù)量下載原表產(chǎn)地原煙等級(jí)數(shù)量/扌E云南昭通C1F9000云南昭通C2F31000云南紅河C1F6000云南紅河C2F24000云南楚雄C1F8000云南楚雄C2F38000云南楚雄C1L2000云南楚雄C2L2000云南臨滄C1F7000云南臨滄C2F28000合計(jì)：155000在線近紅外光譜儀:Armor711在線近紅外

4、光譜儀（CeirlZeiss公司，德國(guó)），波長(zhǎng)范圍:894~2207nm,波長(zhǎng)準(zhǔn)確性0.5nm,波長(zhǎng)重復(fù)性0.05nm,釆集的點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)。在線近紅外光譜儀用來(lái)在線檢測(cè)樣品煙堿的實(shí)時(shí)值［5］。實(shí)驗(yàn)室近紅外光譜儀:AntarisUFT-NIR型實(shí)驗(yàn)室近紅外光譜儀（賽默飛世爾科技，美國(guó)），以儀器內(nèi)部空氣為背景，測(cè)量范圍4OOO^lOOOOcm,采樣點(diǎn)數(shù)為1557點(diǎn)，每張光譜掃描次數(shù)32次，分辨率為8cm,儀器使用InGaAs檢測(cè)器。1.2軟件在線近紅外光譜采集軟件為CarlZeiss公司自帶的procXplorer軟件。實(shí)騎室近紅外釆集為T(mén)hermoFisherScientific公司

5、自帶軟件RESULT,數(shù)據(jù)處理軟件為MTALABR2012a（Mathworks,USA）。在線化學(xué)成分分析軟件為CZ_online3.1（上海創(chuàng)和億電子科技發(fā)展有限公司，上海）。1.3試驗(yàn)方法運(yùn)用在線近紅外光譜儀實(shí)時(shí)采集原煙近紅外光譜，并運(yùn)用在線化學(xué)成分分析軟件中光譜定性（煙堿定量）分析功能給出每框原煙定性值，試驗(yàn)分2部分，前半部分用定量及煙堿含量來(lái)指導(dǎo)入半成品庫(kù)，后半部分為光譜定性來(lái)指導(dǎo)入半成品庫(kù)。再運(yùn)用在線化學(xué)成分分析軟件給出每框原煙的具體庫(kù)位通道，指導(dǎo)入半成品庫(kù)。根據(jù)豎進(jìn)橫出（或者橫進(jìn)豎出）的規(guī)則，將半成品出庫(kù)打葉。對(duì)于成品片煙釆用每間隔25箱進(jìn)行抽樣，利用實(shí)驗(yàn)室近紅外光譜來(lái)

6、預(yù)測(cè)其化學(xué)成分。2結(jié)果與分析2.1半成品經(jīng)過(guò)在線近紅外檢測(cè)的原煙，根據(jù)在線化學(xué)成分分析軟件指導(dǎo)入緩存庫(kù)（半成品庫(kù)）后稱(chēng)為半成品，打葉的時(shí)候，這些半成品按照豎進(jìn)橫岀，或者橫進(jìn)豎岀的方式出半成品庫(kù)，然后進(jìn)行翻箱喂料到儲(chǔ)柜，加工過(guò)程中各儲(chǔ)柜內(nèi)的煙葉化學(xué)成分均值越接近，說(shuō)明控制的越好，后面成品的化學(xué)成分變異系數(shù)也會(huì)相應(yīng)的減小。表2是分別是用煙堿來(lái)控制和光譜控制指導(dǎo)入半成品庫(kù)，出庫(kù)時(shí)進(jìn)儲(chǔ)葉柜的煙堿統(tǒng)計(jì)值，有表2中可以看出，運(yùn)用光譜控制方式得到的標(biāo)準(zhǔn)偏差和變界系數(shù)都要小于煙堿控制方式的，這說(shuō)明，光譜控制方式在半成品加工中要好于煙堿控制。表22種方式控制的齊儲(chǔ)柜之間的統(tǒng)計(jì)結(jié)果以煙堿為例下載原表控制

7、方式均值/%標(biāo)準(zhǔn)偏差變異系數(shù)/煙堿定量2.29970.13075.68光譜定性2.31500.12165.25圖1是2種控制方式得到的各儲(chǔ)葉柜煙堿均值，從圖中也可以看出，光譜定量的煙堿均值波動(dòng)性要小于光譜定性的煙堿均值。0111050100150儲(chǔ)葉柜加工序號(hào)圖12種控制方式各儲(chǔ)柜之間的煙堿均值下載原圖2.2成品片煙成品片煙以每25箱取樣進(jìn)行抽樣檢測(cè)，檢測(cè)方式是實(shí)驗(yàn)室近紅外，檢測(cè)指標(biāo)有:煙堿、總糖、還原糖、總氮、氯、鉀、PH。表3是2種控制方式得到的成品片