SPC烟叶复烤加工过程在烟碱含量测定中的应用

张志成

摘要：为提高对复烤烟叶过程的控制力度，云南麒麟复烤厂选取影响烟叶内在质量主要化学成分的烟碱指标进行多次抽样检测，尝试使用统计过程能力分析方法（简称SPC）及控制图，选取原产地为曲靖沾益的CC03打叶烟叶成品烟碱含量作为分析指标。借助Minitab分析软件，得到主要影响烟叶质量的烟碱含量的分布直方图、烟碱含量箱线图以及过程能力控制图。结果表明，麒麟复烤厂2016烤季加工的成品烟叶中烟碱含量的过程能力指数偏低，在CC03烟叶复烤的过程中烟碱含量的控制为一般水平，经查阅资料得出复烤过程中原料的配比、復烤的温度湿度控制、润叶方式等工序对复烤过程中烟碱的含量变化的影响尤为重要，麒麟复烤厂在对复烤温湿度的控制和润叶方式的选择等环节应该做出调整以提高烟碱含量的控制。

Abstract： In order to improve the control of the process of re-roasting tobacco， the main chemical composition of tobacco leaves was selected to carry out multiple sampling tests. The statistical process capability analysis method （SPC） and control chart were used， the CC03 tobacco leaves of origin for QuJing was analyzed. With the help of Minitab analysis software， the distribution histogram of nicotine content， the nicotine content box chart and the process capacity control map， which mainly affected the quality of tobacco leaves， were obtained. The results showed that the process capacity index of nicotine content in finished tobacco leaves was low， and the control of nicotine content in CC03 tobacco was the general level. It is very important to obtain the effect of the ratio of raw materials， the temperature and humidity control of re-baking， the way of running leaves and so on. The influence of the change of nicotine content in the process of re-baking is very important. Humidity control and the choice of leaves and other aspects of the link should be adjusted to improve the control of nicotine content in the Kirin re-drying factory.

关键词：SPC；烟碱含量；Minitab；过程控制；质量控制

Key words： SPC；nicotine content；Minitab；process control；quality control

中图分类号：S572 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）03-0156-04

0 引言

在烟草行业中，烟叶的复烤是成品烟生产的前提条件，这一过程对烟叶本身的质量至关重要，烟叶内在的化学成分是影响烟叶外观和感官质量的基础，构成了评价烟叶的主要指标。烟叶复烤更多的是追求成品烟叶中化学成分的可控性和稳定性。实际上，同一个地区的同一个品种烟叶，其内在化学成分都是存在着差异的。烟叶的内在化学指标中，烟碱的含量是影响烟叶质量的主要指标，而烟叶中烟碱的含量与其成熟度、色泽、色均匀度和光滑度等呈正相关关系[1]。新版的打叶复烤规范新增了烟碱波动的评价，要求烟碱的变异系数在5%左右[2]。从化学成分角度评价烟叶的稳定性，烟碱表示出内在化学成分之间的差异，可作为复烤过程中配方打叶内在化学成分均质性的评价指标。麒麟复烤厂新建了实验室，通过近红外光谱等检测技术加强各成分之间的均匀性控制能力，通过分析成品烟叶中烟碱的含量，对提高复烤过程中化学成分的稳定性，向复烤均质化目标靠近提供了数据支撑，对均质化生产模式的构建奠定基础。

统计过程控制（Statistical Process Control，简称SPC），SPC在质量管理中的角度，又可以称为统计质量控制（SQC），其主要的宗旨就是对产品进行检测，判断产品是否符合国家或企业的质量指标。20世纪20年代，第一张SPC控制图的形成标志着各种改善控制过程的开展[3]。SPC在国内烟草行业中的运用还处于起步阶段，张敏等[3]人用SPC技术研究了在卷烟制丝过程中的质量管理；时艳霞[4]通过实例验证了SPC在烟草行业中的运用对提高烟草加工企业的竞争力是可行的；祝陵[5]将SPC运用于卷烟六西格玛质量检测系统的研究中。随着全面质量管理的快速开展，在降低成本下提高产品质量要求严格控制产品生产的全过程，并找出瓶颈工序，达到全面质量管理的目标。麒麟复烤厂近年来在烟叶复烤过程中开展SPC，反馈生产过程信息，整合企业的资源，实现质量数据的科学分析，推进技术的提升和产品质量的提高。endprint

阅读文献[6-8]发现，在关于成品烟叶质量稳定的研究中，主要局限于烟叶的物理特性，而基于烟叶化学成分的研究较少，所采用的方法也大多是一般的回归分析和相关分析。本文将统计过程控制的方法，运用于麒麟复烤厂的成品烟叶烟碱含量控制中。

1 SPC概述

1.1 统计过程控制的概念

统计过程控制，简称SPC，是一种将统计学的方法用到过程控制中的工具。目的在于对生产出的产品进行分析评价，反馈结果，并及时发现影响的因素，采取措施消除其影响，使生产过程维持在受随机因素影響的受控状态，以达到质量控制的目的[9，10]。

SPC一般上说从两个方面来进行，一是利用控制图分析过程的稳定性；二是计算过程能力指数分析稳定的过程能力满足标准的程度，从而评价过程质量[9，10]。

1.2 控制图[11]

控制图是SPC技术的主要工具。控制图由直角坐标系中上控制限（UCL）、下控制限（LCL）和中心限（CL），以及选取的样本统计量数值的描点所组成。

为了衡量过程能力，定义过程能力指数，过程能力一般由CP、CPE、CPU和CPK来描述过程特性。

2 案例分析

参与分析的数据样本选择了麒麟复烤厂2016年近红外光谱仪对烟叶成品的烟碱含量的分析，产品源产地为曲靖沾益，品种标号为CC03-2016。

采用Minitab为统计分析工具，包含丰富的统计数据信息，可以进行数据的分析处理和图形的分析对比。Minitab的优势在于具有很强大的图形处理优势，结果简单明了，因此被广泛用于统计过程控制。

2.1 分析过程

①用Minitab画带拟合的直方图，判断分析的数据是否符合正态分布。图1为烟碱含量分布状况图。

从图1中的分布直方图中表明，样本烟碱含量数据基本符合正态分布。最大值和最小值、标准差、方差、峰度和偏度体现了样本数据离散趋势，从烟碱含量的分布图来看，最大值与最小值的差距为0.32，表明同一地区，同一品种的烟碱含量之间有差异；方差和标准差与数据的离散程度呈正比，图1看出烟碱含量的方差和标准差值都比较小，表明所选取的样本数据离散程度小，数据趋于稳定；偏度指分布不对称的方向和程度，偏度系数>0，分布为右偏，偏度系数<0，分布为左偏，越接近于0，数据分布越接近于正态分布，峰度指分布图形的尖峭程度，峰度系数>0为高峰度，<0为低峰度。图1中偏度系数和峰度系数都比较接近于0，所选取的样本数据接近于正态分布（2.0856，0.07532），也说明生产过程受随机波动的干扰，生产过程没有系统性的波动。

2.2 进行异常值的检验

用Minitab绘制烟碱含量的箱线图，找出异常的数据，并剔除，绘出剔出异常值后的箱线图，如图2所示。

2.3 过程能力分析

图3为烟碱含量的Process Capability Sixpack。从图3中，可以发现过程分布平均值位于目标的右侧，整个分布都在上下限内，均在受控范围之内，分析中，过程能力指数越大，过程的控制能力越强，Xbar-R图上，点在控制界限之间随机分布，表明过程是稳定的。将R图上的点与Xbar上的点进行比较可发现并没有相关关系，表明过程稳定。趋势图上的点随机分布，无趋势或偏移，也表明过程的稳定性，CPK的值为0.94<1.33，说明有需要改善的过程。（图3）

2.4 烟碱含量受控水平低的原因分析

查阅资料发现，麒麟复烤厂2016烤季加工的烟叶原产地来自云南省6个市11个地区22个品种，不同的原产地烟叶所含的烟碱量不同，同一地区的同一品种烟叶的烟碱量不同，究其原因，[12]烟碱的含量首先与烟叶的品种优劣有直接的关系。其次，在烟草种植过程中，施肥情况、栽培密度、光照气象条件等因素都将不同程度地影响烟叶的内在质量，对烟碱含量构成重要影响。因此产地不同的原烟所含的烟碱差异是显著的。大量的研究发现，复烤过程中内在化学成分的控制，能大幅度提高产品的质量的均匀性和稳定性[13]。

在复烤过程中，依据原烟烟碱的分布调整加工，生产中加强各环节的组合运用，稳定烟碱含量，提升烟叶的均值性，原料质量合理的配比是影响复烤产品烟碱含量的主要因素[2]；欧清华等人[14]提出复烤过程中通过真空回潮后烟碱的含量有所降低，各化学成分的协调性提高，评吸舒适度提高了。张晓兵等人[15]经过反复的实验，证明了复烤过程中施加添加剂如一些天然香料、增香剂和一些生物制剂等能使烟碱的含量降低，使糖碱比、氮碱比升高，进而提高烟叶的内在品质；烟叶的含水率和温度是影响化学成分含量变化的主要因素，烟叶的复烤是在高温高湿的环境中进行的，在这个过程中烟叶的内在化学成分会发生一定的变化，从而引起了烟叶品质的变化[16]；不同的润叶方式对红大B1F和云烟87XZF的研究中表明，汽水混合润叶方式的温度和水分都比蒸汽润叶的高，所以用汽水混合润叶方式烟碱含量的下降程度都比蒸汽润叶的大[16]。

3 结论与展望

借助于Minitab软件对麒麟复烤厂成品烟叶烟碱含量的分析，结果表明现阶段其生产过程工艺能力基本满足生产需求，但还需要进一步提高。分析大量的研究可知主要从各成分的协调性和烟叶的水分两个角度控制烟碱的含量，原料的配比和回潮工艺从协调性方面控制烟碱含量，复烤温度湿度的控制和不同的润叶方式从控制烟叶的水分的角度来控制烟碱的含量。

目前，麒麟复烤厂采用的是通过原料的配比来实现烟碱含量的控制，在今后的生产中，回潮工艺、温湿度的控制和不同的润叶方式的选择是需要进行研究的课题。烟叶复烤加工企业可通过借鉴麒麟复烤厂对曲靖沾益成品烟中烟碱含量过程能力分析方法，对其他主要原烟产地成品烟的烟碱含量进行了定期的数据检测与存档，并利用SPC方法对成品烟叶的过程能力指数进行定期监测，复烤工序对成烟质量的影响研究中不同类型、产地、产地、品种的烟叶的工艺参数及信息库的建立，为对原料特性的复烤加工参数模型提供数据支撑，从而提高烟叶均质化加工水平。endprint

参考文献：

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