依托近红外光技术的原烟烟碱配比模型探究

章荣燕 李睿 赵一君 文斌 曹腾 郭清 吴昊

摘要：打叶复烤原烟收储环节的烟碱值准确采集对实现配方均质化加工极其重要，目前主流技术是通过近红外检测进行烟碱值的初步获取。本文主要利用近红外技术（验室傅立叶变换近红外光谱仪）建立原烟烟碱的配比模型，对样品进行光谱扫描，分析检测烟叶上、中部位的烟碱值，对于实验室检测数据，得到同等级烟叶通过自动收储系统在线检测得到的烟碱含量数据差异更加显著的结果。

关键词：近红外光技术;原烟烟碱;配比模型

一、近红外光谱技术简述

近红外区主要划分为近红外短波（780～1100nm）和近红外长波（1100～2526nm）两个区域。近红外光谱主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的，记录的主要是含氢基团 C-H、O-H、N-H、S-H、P-H 等振动的倍频和合频吸收[1]。不同基团（如甲基、亚甲基、苯环等）或同一基团在不同化学环境中的近红外吸收波长与强度都有明显差别。所以近红外光谱具有丰富的结构和组成信息，非常适合用于碳氢有机物质的组成性质测量。

目前，近红外光谱技术已经成为我国的一项新型质量检测与产地追踪技术，与传统分析技术相比，近红外光谱技术具备容易获得的可见区光谱信号，同时拥有红外区丰富的分析信息量，具有检测速度快、精准度高、不受化学污染、方便实现在线监控的特点，检测时只需要对被检测样品进行一次近红外光谱技术就能同时完成多项指标的检测，是当前检测技术的首选[2]。

二、不同部位烟碱含量分析

不同部位的烟叶烟碱含量在线检测数据不同区间分布统计结果，中部烟叶测试等级烟碱含量在 2.0%-2.5%区间分布占比最大，平均占比为 31.39%，其余数据以此区间为中心呈近似正态分布，与实验室抽检数据分布情况较为一致，且数据量远远高于实验室抽检方法，分布统计可进一步细化分区;上部烟叶烟碱含量在 3.0%-3.5%区间分布占比最大，平均占比 28%，其余数据以此区间为中心呈近似正态分布。各等级检测数据在各区间分布存在差异，但总体上未出现大量数据向单个区域集中的情况，自动收储系统在线近红外化学检测数据与实验室 1%比例抽检数据从均匀性、分布上一致性趋势显著，且数据完整性较好，无数据烟框占比低于 5%，故通过自动收储系统在线检测设备对原烟进行逐包检测并以框为粒度进行数据采集分析，从而实现对单等级原烟以烟碱含量数据为核心进行数字化配比具备条件[4]。系统检测数据以及实验对照数据具体数据如下：

三、以烟碱值为核心的原烟均质化配比方法

（一）双框配比方法。根据单框烟叶烟碱检测数据和总体烟碱检测数据平均值，采用两烟框之间进行搭配投料，其两框的烟碱均值接近于批次总体平均烟碱值。对于入库前的烟叶根据烟碱值分别划分为高、中、低三个等级，在仓库中分别划出货拉进行搭配出库，形成出库投料单元。

（二）动态均值配比方法。在未知原料烟碱值大致分布区间时根据备料区烟叶烟碱值及当前框烟碱值进行动态调整搭配，提前划分为几个货区，每个货区的第一行为初始化货位，按照顺序依次入库，以检测出的第一行的烟碱值作为整个货区的烟碱均值，各区的烟碱均值保持一致，按照相应的比例搭配出库。

（三）多参数权重配比方法。将烟叶在线近红外检测的 6 项常规化学成分属性按非平等关系设置不同层级权重系數，然后通过各个层级权重系数、数据检测结果变异系数计算得出针对单等级烟叶配比均匀性的综合评价参数，检测的变异系数计算得出综合评价参数，逐级计算直到满足要求[3]。

（四）原烟均质化在烟碱配比中的作用：不同部位烟叶烟碱含量检测数据在不同区间分布统计结果显示，现阶段烟叶的均质化主要以原烟化学成分均匀性体现，系统数据与实验数据之间存在的差异不明显，呈现正态分布。通过红外光对其进行扫描，再进行系统的采集、记录、传输、分析得出最终的结论，为相应技术构建基础。

结束语：通过用近红外光技术分析检测烟叶上、中、部位的烟碱值，可以得出烟碱值检测数据的差异较小，总体呈正态分布的趋势。

参考文献：

[1]杨双艳、周瑾、沈彦文、杨紫刚、费宇、张四伟. 基于近红外光谱技术的电子烟油烟碱含量快速检测研究[J]. 分析测试学报， 2020， v.39（11）：114-118.

[2]杨凯， 刘鹏， 王维妙，等. 原烟在线近红外光谱模型转移研究[J]. 中国烟草学报， 2012（06）：27-31.

[3]汤朝起， 刘颖， 束茹欣，等. 应用在线近红外光谱分析复烤前后原烟及片烟的质量特性[J]. 光谱学与光谱分析， 2014， 000（012）：3273-3276.

[4]赵雪岑， 丁香乾， 张磊. 基于近红外光谱技术的成品卷烟定量分析[J]. 现代电子技术， 2012（16）：101-103.

资金来源：中国烟草总公司贵州省公司科技项目“原烟智能化收储与精细化投料关键技术研究与应用”（合同号：201929）