基于相似性原理的烟丝结构分布稳定性评价

张 雯，唐 军，刘 静，袁仕信，周 冰，高 辉，杨 勇*

(1.云南同创检测技术股份有限公司，云南 昆明 650106；2.云南中烟工业有限责任公司，云南 昆明 650231；3.云南省烟草烟叶公司，云南 昆明 650218)

烟丝结构是指不同长度(尺寸)烟丝重量所占的比例，是影响卷烟质量的重要因素之一[1]。大量研究表明，烟丝结构对烟丝填充值、卷接质量、卷烟物理指标、烟支密度、端部落丝量、焦油释放量等指标均有不同程度的影响[2-10]。在卷烟加工过程中，将梗丝、膨胀叶丝、再造烟丝及回收烟丝按照产品配方的设计要求，准确、均匀地掺配到干燥叶丝中，并经过加香形成成品烟丝[11]。成品烟丝经过风力送丝系统并经过卷烟机平整器削减，最后进入卷制机组进行卷制，在此过程中，不同时间点的烟丝结构稳定性势必会对卷烟综合品质的稳定性产生较大影响。烟丝结构分布稳定性作为卷烟加工过程中的一个重要质量指标，其科学有效的表征方法却未见报道。

本文基于相似性原理[12]，利用每个烟丝样品7种不同尺寸烟丝重量比例与该批次对应尺寸烟丝重量比例平均值的比值，计算每个样品烟丝结构的稳定性系数，并通过计算若干个样品烟丝结构稳定性系数的平均值来表征该批次成品烟丝及跑条烟丝结构的稳定性，为烟丝结构分布稳定性的评价提供了一种科学有效的表征方法，对进一步提高卷烟精细化加工水平具有重要意义。

1 材料与方法

1.1试验材料

昆明卷烟厂“云烟”某三类规格卷烟成品烟丝和跑条烟丝。

1.2 试验方法

1.2.1 成品烟丝和跑条烟丝的取样 成品烟丝取样：在成品烟丝风力送丝入口每间隔30 s取成品烟丝样品约1000 g，每个批次共取样30次，按取样顺序做好标识待检。每个星期取一个批次，共取成品烟丝样品3个批次。

跑条烟丝取样：在对应批次的成品烟丝经过风送系统到达卷烟机后，每间隔30 s取跑条烟丝样品约1000 g，每个批次共取样30次，按取样顺序做好标识待检，共取跑条烟丝样品3个批次。

1.2.2 烟丝结构的测定 参照文献[13]中的方法利用AS 400旋转筛分仪(德国Retsch公司，筛网孔径依次为4.75、4.00、2.50、2.00、1.60、1.00 mm)；对烟丝结构进行测定，即每份约1000 g成品烟丝及跑条烟丝样品均分3次进行筛分，筛分条件为：筛分量约330 g，筛网旋转速度220 r/min，每间隔1 min变换一次旋转方向，筛分时间10 min。每份样品筛分3次并计算算术平均值，得到该样品的烟丝结构数据。

1.2.3 数据分析 采用Excel 2010软件进行相关数据分析和作图。

2 结果与分析

2.1 单个尺寸烟丝比例表征烟丝结构分布稳定性

第1个批次30个成品烟丝样品的烟丝结构检测结果见表1。按照传统的表征方法，通过不同尺寸烟丝重量比例的离散程度可以在一定程度上评价烟丝结构的分布稳定性。离散程度越小，表明烟丝结构的稳定性越高；离散程度越大，表明其稳定性越低。不同尺寸烟丝重量比例的离散程度可以用变异系数(CV)来表征。由表1可以看出，30个成品烟丝样品不同尺寸(S1～S7)烟丝重量比例的变异系数分别为9.39%、9.29%、15.01%、21.45%、11.43%、11.86%和19.86%，表明不同尺寸烟丝重量比例的变异系数位于9.29%～21.45%。但采用不同尺寸的烟丝比例对烟丝结构分布稳定性进行表征时，会得出差异较大的结论。因此，需要一种综合的表征方法对烟丝结构的整体分布稳定性进行评价。

2.2 基于相似性原理的烟丝结构分布稳定性表征方法

两个变量(数值)之间的相似性程度可以用其比值来表征，比值越接近1，表明两个变量(数值)之间的相似性越高；比值越偏离1，两个变量(数值)之间的相似性越低。

基于相似性原理的烟丝结构分布稳定性综合表征方法的具体思路：首先根据若干个样品烟丝结构的检测结果，计算7个尺寸烟丝的重量比例(Ni(1～7))，针对每个尺寸求出平均值(M1～7)，M1～7代表该批次烟丝不同尺寸烟丝比例的整体情况；然后将每个样品(N1(1～7)，N2(1～7)，…，Ni(1～7))7个尺寸的烟丝比例分别除以对应尺寸烟丝比例的平均值M1～7，得到相似系数(Ri(1～7))，每个相似系数代表该样品某一尺寸烟丝比例与该批次烟丝某一尺寸烟丝比例的相似性或差异程度，比值越接近1，表明该样品某一尺寸的烟丝比例与整批烟丝该尺寸烟丝比例的相似度越高，反之，相似度越低。进一步对每个样品7个尺寸烟丝的相似系数进行统计分析，得出每个样品的变异系数(CVi)，并引入稳定性系数(SCi)，其中SCi=1-CVi，用于表征每个样品的烟丝结构与整个批次烟丝结构的相似性或差异程度。同时，以该批次若干样品的稳定性系数平均值(SC)来表征该批次烟丝结构的分布稳定性。

上述思路的实现过程和某批次烟丝结构变异系数及稳定性系数的计算过程如表2所示。

表1 成品烟丝不同尺寸烟丝比例检测结果

注:S1～S7表示不同尺寸范围烟丝重量的比例，其中，S1>4.75 mm、4 mm

表2 某批次样品烟丝结构稳定性系数计算过程

注:“烟丝重量比例”为样品Ni不同尺寸烟丝重量的比例；“总体平均值”为若干个样品不同尺寸烟丝重量比例的平均值；“相似系数”为样品Ni不同尺寸烟丝比例与对应尺寸烟丝比例平均值的比值；“相似系数平均值”为Ni样品7个相似系数的平均值；“相似系数标准偏差”为Ni样品7个相似系数的标准偏差；变异系数(CVi)=相似系数标准偏差÷相似系数平均值×100%；稳定性系数(SCi)=1-变异系数(CVi)，“综合稳定性系数”为若干样品稳定性系数的平均值。下同。

2.3 成品烟丝结构稳定性

依据上述研究思路，并结合表4某批次样品Ni烟丝结构变异系数和稳定性系数的计算过程，得到第一批次成品烟丝样品1～30的烟丝结构变异系数和稳定性系数，如表3所示。

从表3中30个样品的烟丝结构变异系数或稳定性系数可以看出每个样品的烟丝结构与该批次整体烟丝结构的相似性程度或差异程度，30个样品的变异系数位于5.30%～22.22%，稳定性系数位于77.78%～94.70%。此外，由表3中30个样品烟丝结构稳定性系数的平均值可以得出该批次的烟丝结构稳定性系数为85.33%。

表3 第1批次成品烟丝结构稳定性系数计算结果

根据上述计算过程，分别得到第2批次和第3批次30个成品烟丝样品的烟丝结构数据及综合稳定性系数(表4)。可以看出，3个批次成品烟丝样品的烟丝结构(不同尺寸烟丝重量比例)较为接近，t检验结果表明，3个批次同一尺寸烟丝比例的差异性均未达到显著性水平，表明批次间的成品烟丝结构差异性较小，同时也说明了AS 400旋转筛分仪筛分烟丝结构的重现性及稳定性较好。3个批次成品烟丝结构的变化范围分别为77.78%～94.70%、81.80%～95.33%和71.97%～93.41%，综合稳定性系数分别为85.33%、88.04%和86.10%。

2.4 跑条烟丝结构分布稳定性

根据2.2部分烟丝结构分布稳定性的表征方法，得到3个批次跑条烟丝样品的烟丝结构数据及稳定性系数(表5)。可以看出，3个批次跑条烟丝样品的烟丝结构(不同尺寸烟丝重量比例)也较为接近，同时t检验结果表明，3个批次同一尺寸烟丝比例的差异性均未达到显著性水平，表明批次间的跑条烟丝结构差异性较小，同时也验证了AS 400旋转筛分仪筛分烟丝结构的重现性及稳定性较好。3个批次跑条烟丝结构变化范围分别为86.40%～96.54%、84.82%～94.69%和83.78%～97.14%，综合稳定性系数分别为91.49%、90.18%和90.42%。

2.5 成品烟丝及跑条烟丝结构分布稳定性比较

从表4和表5中3个批次成品烟丝及跑条烟丝结构的稳定性系数及其变化范围可知，风送后并经过卷烟机平整器削减的跑条烟丝，其烟丝结构的稳定性明显高于风送前的成品烟丝。图1为3个批次成品烟丝及跑条烟丝结构稳定性的趋势图，从图1可以直观地看出，跑条烟丝结构的分布稳定性总体高于成品烟丝，跑条烟丝结构的稳定性系数总体在90%上下波动，而成品烟丝结构的稳定性系数总体在85%上下波动。

表4 3个批次成品烟丝结构及综合稳定性系数

表5 3个批次跑条烟丝结构及综合稳定性系数

图1 成品烟丝及跑条烟丝结构分布稳定性趋势图

3 结论

(1)为科学评价成品烟丝及跑条烟丝结构的稳定性水平，建立了一种基于相似性原理的烟丝结构分布稳定性的综合表征方法。即利用每个样品7种尺寸的烟丝比例与对应尺寸比例平均值的比值计算每个样品烟丝结构的稳定性系数来表征该样品与该批次烟丝结构的相似性或差异程度。通过计算若干个烟丝样品稳定性系数的平均值，即可表征该批次成品烟丝或跑条烟丝结构的整体分布稳定性。

(2)通过上述方法，便于生产厂对同一规格卷烟不同批次或不同时间段的烟丝结构分布稳定性进行综合评价。本文通过计算得出了“云烟”某规格卷烟3个批次风送前成品烟丝结构的稳定性系数为85.33%～88.04%，对应3个批次跑条烟丝结构的稳定性系数为90.18%～91.49%，跑条烟丝结构的整体分布稳定性水平高于风送前的成品烟丝。该表征方法对烟丝结构分布稳定性质量指标的评价具有借鉴作用，对进一步提高卷烟精细化加工水平具有重要意义。