專利名稱：：利用近紅外光譜檢測造紙法再造煙葉提取液與煙膏物化指標的方法
技術領域：
：本發明涉及一種煙草輔料物化指標的檢測方法，具體涉及一種造紙法再造煙葉提取液及煙膏常規物化指標的檢測方法。
背景技術：
：造紙法再造煙葉又稱為造紙法煙草薄片，是以煙梗、煙沫、低次煙葉為原料，經過浸取濃縮、打漿抄造、涂布干燥等步驟，綜合利用萃取、分離、造紙、重組技術生產的接近甚至優于天然煙葉的煙草高科技產品。造紙法生產的煙草薄片具有密度小、填充值高、柔韌性和耐加工性好、成絲率高、燃燒性能好、焦油釋放量低以及產品可塑性強等特點。造紙法煙草薄片技術的利用，不僅能夠使低次煙葉和煙梗、煙沫得到有效回收利用，發展循環經濟，同時有助于科學調整巻煙配方結構，促進巻煙產品結構向低焦油，高品質方向發展。目前國內的造紙法煙草薄片廠家生產工藝基本上是兩步法，即將原料用水浸泡后，將可溶物與不溶物萃取分離，不溶物一般會與木漿纖維混合打漿，采用抄紙機制得片基，而可溶物萃取液經過濃縮調配制得涂布液，并將其涂于片基之上，經過干燥、分切制成煙草薄片。再造煙葉產品質量在很大程度上取決于生產工藝控制能力和在線檢測控制精度。造紙法再造煙葉制造過程中所用的提取液與煙膏作為重要的過程中間品，其質量對最終制得的煙草薄片成品品質具有特別突出的影響。因此，目前在造紙法再造煙葉行業，對提取液和煙膏常規指標的檢測已經成為質量監控的重點和難點。提取液一般分為煙葉提取液和煙梗提取液。煙膏是提取液濃縮得到的半成品，煙膏通常包括葉膏、梗膏以及由葉膏與梗膏按一定比例調配成的涂布液。目前檢測提取液和煙膏常規指標，如水溶性糖、還原糖、煙堿、總氮、鉀、氯、硝酸根、蛋白質、淀粉、相對密度、酸值、揮發性成分總量、折光指數等，是采用連續流動分析儀法或經典分析方法進行測定。這些方法存在分析時間長，耗費試劑，操作復雜，分析結果嚴重滯后等缺陷，無法對生產過程進行實時質量分析判斷，也不能及時有效地指導調整生產工藝及配方，影響了薄片生產的連續性、薄片產品的均勻性和質量穩定性。
發明內容本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種快速準確的檢測造紙法再造煙葉提取液和煙膏物化指標的方法。本發明的目的通過以下技術方案予以實現。利用近紅外光譜檢測造紙法再造煙葉提取液和煙膏物化指標的方法，包括以下步驟①收集準備一批提取液或煙膏樣品；②利用標準方法對所收集的樣品逐個進行物化指標的測定，得到定量參考數據；③再用光譜掃描設備掃描采集每個樣品的光譜；④對采集到的原始光譜進行光譜預處理，消除噪音和基線漂移的影響；⑤將步驟④得到的光譜數據與步驟②標準方法得到的各項物化指標參考數據進行一一對應，采用偏最小二乘法及交互校驗建立定量模型；⑥剔除光譜和化學值的異常值，建立更為準確的定量模型，保存在計算機中；⑦進行定量模型的準確性和重現性檢驗；⑧用光譜掃描設備掃描采集待測再造煙葉提取液和煙膏樣品的近紅外光譜數據，調用保存于計算機中的定量模型分析，得到待測再造煙葉提取液和煙膏樣品的物化成分含本發明所述提取液樣品包括煙葉提取液或煙梗提取液。所述煙膏樣品包括葉膏或梗膏或由葉膏與梗膏調配得到的涂布液。本發明所述標準方法是指中國煙草行業推薦性標準YC/T16.3-2003《再造煙葉第三部分造紙法》，YC/T159-2002《煙草及煙草制品水溶性糖的測定連續流動法》，YC/T166-2003《煙草和煙草制品總蛋白質含量的測定》，YC/T283-2009《煙草及煙草制品淀粉的測定酶水解_離子色譜法》，YC/T145.2-1998《煙用香精相對密度的測定》，YC/T145.3-1998《煙用香精折光指數的測定》，YC/T145.3-1998《煙用香精揮發性成分總量通用測定方法》，YC/T145.3-1998《煙用香精酸值的測定》規定的方法。本發明用光譜掃描設備掃描采集樣品的光譜數據是采用透射方式。所述對光譜進行的預處理，是指對光譜進行平滑和一階或二階求導預處理。近紅外光譜分析技術的優越性主要表現在以下方面a.分析速度快光譜的測量過程一般可在12min內完成，通過建立的定量模型可迅速測定出樣品的化學成分或性質。b.分析效率高通過一次光譜的測量和已建立的多個定量模型，可同時對樣品的多種成分和性質進行測定。c.屬非破壞性分析技術近紅外光譜測量過程中不損傷樣品，從外觀到內部都不會對樣品產生影響。d.分析成本低、無污染在樣品分析過程中不消耗樣品本身，不使用任何化學試劑，分析成本大幅度降低，且對環境不造成任何污染，屬于"綠色分析"技術。e.樣品一般不需預處理，操作方便由于近紅外光較強的穿透能力和散射效應，根據樣品物態和透光能力的強弱可選用透射和漫反射測譜方式，通過相應的載樣器件可以直接測量液體、固體、半固體和膠狀類等不同物態的樣品。f.測試重現性好由于光譜測量的穩定性，測試結果較少受人為因素的影B向，與標準或參考方法相比，近紅外光譜一般顯示出更好的重現性。g.便于實現在線分析由于近紅外光譜在光纖中良好的傳輸特性，通過光纖可以使分析儀器遠離采樣現場，特別適于生產過程惡劣及危險環境下的樣品分析，實現在線分析和遠程監控。此外，由于再造煙葉提取液和煙膏常規物化指標含量一般均大于0.1%，能滿足近紅外光譜分析技術的測試靈敏度要求。本發明采用近紅外光譜技術對造紙法煙草薄片生產過程中的提取液和膏體進行快速無損檢測，可以保障順暢的生產工藝過程，有助于確定最佳工藝，提高原料利用率，提高分析效率，節約成本。對于穩定控制造紙法再造煙葉物化成分，穩定造紙法再造煙葉過程質量控制，發揮造紙法再造煙葉穩定巻煙產品質量和塑造巻煙風格具有十分明顯的有益效果。本發明有效解決了現有技術檢測所需時間長、試劑消耗量大、檢測反饋滯后等不足。本發明不需要樣品的預處理，檢測速度快，不消耗試劑，無污染，綠色環保，準確度高。具體實施例方式下面通過實施例對本發明作進一步的詳細說明，但它們不是對本發明的限定。實施例1利用近紅外光譜檢測造紙法再造煙葉梗膏物化指標的方法，步驟如下①收集準備100-800個不同產品系列的梗膏樣品，作為建立模型用樣品。②利用YC/T16.3-2003《再造煙葉第三部分造紙法》試驗方法中主流煙氣與化學指標檢測方法對收集到的每一個梗膏樣品開展水溶性糖、還原糖、煙堿、鉀、氯含量測定，得到常規物化成分含量參考數據。③用光譜掃描設備，利用近紅外光譜技術采用透射的方式對上述梗膏樣品逐個進行光譜掃描，采集得到每個樣品的光譜即原始吸收光譜圖。④對每個樣品的光譜逐個進行平滑和一階求導處理，消除噪音和基線漂移的影響；⑤將步驟④得到的所有樣品的光譜數據與步驟②標準方法得到的各項物化指標參考數據進行一一對應，應用偏最小二乘法把光譜數據與其對應的物化指標測定數據進行統計擬合，建立得到水溶性糖、還原糖、煙堿、氯、鉀指標的定量模型并存入計算機。模型中煙堿、總糖、還原糖、鉀、氯的相關系數分別為0.9469、0.8998、0.9300、0.9388、0.9507，可見光譜數據與梗膏樣品的物化指標之間具有顯著的線性關系，說明梗膏樣品的近紅外光譜包含有與物化指標密切相關的信息，用近紅外光譜來做物化指標的檢測分析是完全可行的。在建立定量模型時，分別采用光譜影響值(Leverage)和化學值誤差(residual)這兩個參數剔除光譜和化學值的異常值，建立更為準確的定量模型，保存在計算機中。為了確保后續物化指標檢測分析的準確性和可靠性，本實施例還對所建立的定量模型進行了如下驗證另外采集10個梗膏待測樣品(也稱外部盲樣)，利用建立好的定量模型進行盲測，檢測結果見表2。從表2看，所建立的定量模型適應性很好。煙堿、水溶性糖、還原糖的平均相對偏差分別為1.63%、1.34%和1.90%，鉀和氯的平均絕對偏差為0.077和O.007。由此進一步驗證了利用近紅外光譜檢測梗膏中的常規指標煙堿、水溶性糖、還原糖、鉀、氯含量的可行性。表2定量模型對10個外部樣品的檢測結果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從表3定量模型檢測值和標準方法檢測值的偏差可看出，近紅外光譜檢測方法對再造煙葉梗膏樣品常規物化成分含量的檢測準確性高。實施例2利用近紅外光譜檢測造紙法再造煙葉葉膏物化指標的方法，方法步驟與實施例1相同，但所收集準備作為建立模型用樣品為100-800個葉膏樣品。所建立的葉膏定量模型相關參數見表4。葉膏定量模型建立后，另外采集了IO個葉膏待測樣品進行盲測，葉膏定量模型的相關參數和外部盲測結果見表4。表4葉膏定量模型相關參數和檢測結果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由表4可看出，各成分含量模型的線性關系較明顯，煙堿、水溶性糖、還原糖、鉀、氯模型的相關性分別為0.8559、0.8272、0.9005、0.8169和0.8513，可見葉膏的性質參數與近紅外光譜數據間有較高的相關性，從模型的檢測精度來看，模型的適應性非常好。煙堿、水溶性糖、還原糖、鉀、氯的檢測平均相對偏差分別為2.01%、1.71%、1.75%，1.78%和1.41%，可見近紅外光譜對葉膏中的煙堿、水溶性糖、還原糖、鉀、氯含量檢測是可行的。實施例3利用近紅外光譜檢測造紙法再造煙葉涂布液物化指標的方法，方法步驟如下①收集準備100-800個涂布液樣品，作為建立模型用樣品。②利用YC/T16.3-2003《再造煙葉第三部分造紙法》試驗方法中主流煙氣與化學指標檢測方法對收集到的每一個涂布液樣品開展水溶性糖、煙堿、鉀、氯指標檢測；還原糖指標的檢測參照中國煙草行業標準YC/T159-2002《煙草及煙草制品水溶性糖的測定連續流動法》；相對密度的測定參照YC/T145.2-1998《煙用香精相對密度的測定》；折光指數的測定參照YC/T145.3-1998《煙用香精折光指數的測定》;揮發性成分總量的測定參照YC/T145.3-1998《煙用香精揮發性成分總量通用測定方法》。通過以上檢測得到常規物化指標參考數據。③用光譜掃描設備，利用近紅外光譜技術采用透射的方式對上述涂布液樣品逐個進行光譜掃描，采集得到每個樣品的光譜即原始吸收光譜圖。④對每個樣品的原始光譜逐個進行平滑和二階求導處理，消除噪音和基線漂移的影響。⑤將步驟④得到的所有樣品的光譜數據與步驟②標準方法得到的各項物化指標參考數據進行一一對應，應用偏最小二乘法把光譜數據與其對應的物化指標測定數據進行統計擬合，建立得到水溶性糖、還原糖、煙堿、氯、鉀、相對密度、揮發性成份總量、折光指數的定量模型。在建立定量模型時，分別采用光譜影響值(Leverage)和化學值誤差(residual)這兩個參數剔除光譜和化學值的異常值，建立更為準確的定量模型，保存在計算機中。為了確保后續物化指標檢測分析的準確性和可靠性。涂布液定量模型建立后，另外采集了IO個涂布液待測樣品進行盲測。涂布液定量模型的相關參數和外部盲測結果見表5。表5涂布液定量模型相關參數和外部盲測結果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由表5可看出，各成分含量模型的線性關系明顯，煙堿、水溶性糖、還原糖、鉀、氯、相對密度、揮發性成份、折光系數的模型相關性分別為0.9571、0.9170、0.8406、0.9317、0.9482、0.8237、0.8601、0.8379。可見涂布液的性質參數與近紅外光譜數據間有較高的相關性，從模型的檢測精度來看，模型的適應性非常好。煙堿、水溶性糖、還原糖、鉀、氯、相對密度、揮發性成份總量、折光指數的檢測平均相對偏差分別為2.02%、1.49%、2.34%，2.45%、1.35%、2.84%、1.29%、2.38%，可見近紅外光譜對涂布液煙堿、水溶性糖、還原糖、鉀、氯、相對密度、揮發性成份總量、折光指數檢測是可行的。⑥用光譜掃描設備掃描采集待測3個涂布液樣品的近紅外光譜數據，調用保存于計算機中的定量模型分析，分別得到待測再造煙葉涂布液樣品的物化成分含量，如表6所示。從表6定量模型檢測值和標準方法檢測值的偏差可看出，近紅外光譜檢測方法對再造煙葉涂布液樣品常規物化成分含量的檢測準確性高。表6待測涂布液樣品物化成分含量表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>利用近紅外光譜檢測造紙法再造煙葉煙葉提取液物化指標的方法，方法步驟與實施例1相同，但所收集準備作為建立模型用樣品為100-800個煙葉提取液樣品。所建立的煙葉提取液定量模型相關參數見表7。煙葉提取液定量模型建立后，另外采集了IO個煙葉提取液待測樣品進行盲測，煙葉提取液定量模型的相關參數和外部盲測結果見表7。表7煙葉提取液定量模型相關參數和檢測結果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由表7可看出，各成分含量模型的線性關系明顯，煙堿、水溶性糖、還原糖、鉀、氯的模型相關性分別為0.9254、0.9043、0.8987、0.9046、0.9166。可見葉片提取液的性質參數與近紅外光譜數據間有較高的相關性，從模型的預領U精度來看，模型的適應性非常好。煙堿、水溶性糖、還原糖、鉀、氯的預測平均相對偏差分別為1.78%、2.35%、2.78%、3.12%、2.64%，可見近紅外光譜對葉提取液中的煙堿、水溶性糖、還原糖、鉀、氯含量檢測是可行的。實施例5利用近紅外光譜檢測造紙法再造煙葉煙梗提取液物化指標的方法，方法步驟與實施例1相同，但所收集準備作為建立模型用樣品為100-800個煙梗提取液樣品。所建立的煙梗提取液定量模型相關參數見表8。煙梗提取液定量模型建立后，另外采集了IO個煙梗提取液待測樣品進行盲測，煙梗提取液定量模型的相關參數和外部盲測結果見表8。表8煙梗提取液定量模型相關參數和檢測結果<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>由表8可看出，各成分含量模型的線性關系明顯，煙堿、水溶性糖、還原糖、鉀、氯模型相關性分別為O.8763、0.9026、0.8873、0.8574、0.8605。可見煙梗提取液的性質參數與近紅外光譜數據間有較高的相關性，從模型的檢測精度來看，模型的適應性非常好。煙堿、總糖、還原糖、鉀、氯的檢測平均相對偏差分別為2.47%、3.35%、2.69%、3.02%、2.29%。可見近紅外光譜對煙梗提取液中的煙堿、水溶性糖、還原糖、鉀、氯含量檢測是可行的。本發明各個步驟的各類樣品均可在生產造紙法再造煙葉的企業中取得，對樣品的成分、制造工藝等沒有特殊要求。權利要求利用近紅外光譜檢測造紙法再造煙葉提取液和煙膏物化指標的方法，其特征在于，包括以下步驟①收集準備一批提取液或煙膏樣品；②利用標準方法對所收集的樣品逐個進行物化指標的測定，得到定量參考數據；③再用光譜掃描設備掃描采集每個樣品的光譜；④對采集到的原始光譜進行光譜預處理，消除噪音和基線漂移的影響；⑤將步驟④得到的光譜數據與步驟②標準方法得到的各項物化指標參考數據進行一一對應，采用偏最小二乘法及交互校驗建立定量模型；⑥剔除光譜和化學值的異常值，建立更為準確的定量模型，保存在計算機中；⑦進行定量模型的準確性和重現性檢驗；⑧用光譜掃描設備掃描采集待測再造煙葉提取液和煙膏樣品的近紅外光譜數據，調用保存于計算機中的定量模型分析，得到待測再造煙葉提取液和煙膏樣品的物化成分含量。2.根據權利要求1所述的利用近紅外光譜檢測造紙法再造煙葉提取液和煙膏物化指標的方法，其特征在于，所述提取液樣品包括煙葉提取液或煙梗提取液。3.根據權利要求1所述的利用近紅外光譜檢測造紙法再造煙葉提取液和煙膏物化指標的方法，其特征在于，所述煙膏樣品包括葉膏或梗膏或由葉膏與梗膏調配得到的涂布液。4.根據權利要求1所述的利用近紅外光譜檢測造紙法再造煙葉提取液和煙膏物化指標的方法，其特征在于，步驟②所述標準方法是指中國煙草行業推薦性標準YC/T16.3-2003《再造煙葉第三部分造紙法》，YC/T159-2002《煙草及煙草制品水溶性糖的測定連續流動法》，YC/T166-2003《煙草和煙草制品總蛋白質含量的測定》，YC/T283-2009《煙草及煙草制品淀粉的測定酶水解_離子色譜法》，YC/T145.2-1998《煙用香精相對密度的測定》，YC/T145.3-1998《煙用香精折光指數的測定》，YC/T145.3-1998《煙用香精揮發性成分總量通用測定方法》，YC/T145.3-1998《煙用香精酸值的測定》規定的方法。5.根據權利要求1所述的利用近紅外光譜檢測造紙法再造煙葉提取液和煙膏物化指標的方法，其特征在于，用光譜掃描設備掃描采集樣品的光譜數據是采用透射方式。6.根據權利要求1所述的利用近紅外光譜檢測造紙法再造煙葉提取液和煙膏物化指標的方法，其特征在于，所述對光譜進行的預處理，是指對光譜進行平滑和一階或二階求導預處理。7.根據權利要求1所述的利用近紅外光譜檢測造紙法再造煙葉提取液和煙膏物化指標的方法，其特征在于，分別采用光譜影響值(Leverage)和化學值誤差(residual)這兩個參數剔除光譜和化學值的異常值。全文摘要利用近紅外光譜檢測造紙法再造煙葉提取液和煙膏物化指標的方法，是利用標準方法對所收集的樣品逐個進行物化指標的測定，得到定量參考數據；再掃描采集每個樣品的光譜并進行光譜預處理，消除噪音和基線漂移的影響；然后將光譜數據與標準方法得到的各項物化指標參考數據進行一一對應，采用偏最小二乘法及交互校驗建立定量模型，經準確性和重現性檢驗后保存于計算機中。需檢測待測再造煙葉提取液和煙膏樣品的物化成分含量時，掃描采集待測樣品的近紅外光譜數據，調用定量模型分析即可檢測出造紙法再造煙葉提取液和煙膏的物化指標。本方法檢測快速準確，不損傷分析樣品，分析成本低，無污染。文檔編號G01N21/35GK101710072SQ20091021831公開日2010年5月19日申請日期2009年12月10日優先權日2009年12月10日發明者余紅濤,劉維涓,衛青,張云龍,王保興,矣曉音申請人:云南昆船瑞升科技有限公司;云南瑞升煙草技術(集團)有限公司