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近红外光谱技术在进口烟叶替代中的研究及应用
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  • 公布年份:
    2017
  • 中图分类:
    TS452
  • 关键词:
  • 成果简介:
    课题来源与背景:随着烟草行业产品结构的调整, 卷烟工业企业对优质主料烟特别是进口烟叶的需求量不断增加, 但近年来进口烟叶如津巴布韦、赞比亚等地的烟叶产量与质量不断下降,无法满足中国卷烟工业对优质烟叶的需求,供给与需求之间的矛盾日益突出,替代进口烟叶尤其是津巴布韦烟叶已经成为中国卷烟工业企业的重要课题。该研究应用近红外光谱信息具有对不同产地的烟叶特征风格进行识别的独特技术,以广西中烟用量较大的津巴布韦烟叶为目标,以国内优质烟叶作为可选资源,利用近红外光谱仪对烟叶进行光谱扫描,采用主成分分析法对捕捉到的与目标烟叶风格特征相似的特征光谱进行抽提,根据主成分空间下的马氏距离建立定性模型,应用模型进行相似度匹配分析,选出匹配度高的烟叶,模拟目标烟叶进行配伍,通过专家感官评吸,筛选出与目标烟叶香气风格一致的模块应用于卷烟配方中,应用于“真龙”卷烟产品生产中,实现目标烟叶的替代。通过研究使行业对进口烟叶的替代从农业种植转向工业应用,减少工业企业对进口烟叶的使用,缓解供需矛盾,降低对进口烟叶的依赖,逐步解决进口烟叶替代工作。技术原理及性能指标:近红外分析技术原理:近红外,简称 NIR,谱区是介于可见光(VIS)和中红外(MIR)谱区之间的电磁波,是人们认识最早的非可见光区域。根据美国实验和材料协会(ASTM) 的规定,其波长范围为 780~2526mn。分子在NIR区的吸收主要由C-H、0-H、N-H 和 C=0 等基团的合频吸收与倍频吸收组成,烟草作为天然植物,含有大量的CH、OH、NH 和C = O 等官能团,近红外光谱信息可以识别不同产地的烟叶,可以在烟草近红外光谱信息中捕捉到与地区风格特征具有紧密关系的数据信息,用于描述不同烟叶的风格特征,实现烟叶风格特征的客观描述和识别,因此可以应用近红外光谱技术对烟叶风格特征进行分析。项目建立了两种分析方法:建立了近红外光谱烟叶相似性分析模型;建立了近红外光谱卷烟叶组配伍性判定方法; 技术的创造性与先进性:首次利用近红外光谱技术,建立烟叶风格相似性模型并应用于进口烟叶替代分析中,与传统的通过农业生产技术、加工工艺和不同生态区致香成分的分析方式相比,该方法对样品无破坏性、对环境无污染,具有简便、快捷、环保的优点。首次采用主成分分析法提取近红外捕捉到的与目标烟叶风格相似的特征光谱,建立近红外光谱卷烟叶组配伍性判定方法,提高校正模型的预测能力和稳健性。采用小波变换、多元散射校正、标准正态变量变换等光谱预处理方法,可有效消除烟叶样品因分布不均匀、颗粒大小不一致、表面散射以及光程变化等对近红外漫反射光谱的影响,实现光谱去噪平滑、光谱数据压缩和化学信息的高效提取,提高目标光谱分辨率和方法灵敏度。技术的成熟程度,适用范围和安全性:近红外光谱技术可以实现精准、快速地从样品中筛选出与目标烟叶风格相似烟叶进行替代,该技术绿色环保,结合化学计量学建立分析模型,客观、理性、快捷。该技术除用于本企业内部进行替代分析外,还可以进一步应用国产紧缺烟叶资源的替代分析,同时也适用于行业外其他枝叶类样品的替代分析。该技术绿色、环保,对环境无污染。应用情况及存在的问题:该项目建立的近红外模型已经成功应用到广西中烟津巴布韦进口烟叶的替代分析中,项目中应用模型369个国内优质烟叶进行分析筛选,所建模型对烟叶风格相似性识别度高,但仅应用于使用津巴布韦烟叶的6个卷烟牌号中,有待于进一步拓宽应用领域,下一步将项目成果扩展应用到广西中烟所有使用进口烟叶的卷烟牌号中。
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