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[硕士论文] 曾祥云
软件工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:传统的烟叶分级由人工凭借经验,用眼观、手摸等方式进行。受不同地区不同分级人员的经验,年龄和文化程度等因素影响,很容易出现分级准确率低和主观性强的情况,分类结果很难和国家烟叶分级标准匹配,因此急需研发相关的机器分级系统解决目前的问题。经过多年的努力,很多学者通过提取有效特征加机器学习的方法设计类似系统,但还是不能很好的解决分类准确性难题。
  借鉴深度学习技术在图像处理领域的飞速发展,本文设计一个基于深度学习技术的烟叶分级系统,它能够准确的检测出异常烟叶和分辨出正组烟。本文以现场采集到的烟叶图像为基础,研究了基于深度学习技术的异常烟检测和正组烟分级模型。运用软件工程方法,设计和实现了整个烟叶分级系统。主要贡献如下:
  1)研究了基于Faster R-CNN模型的异常烟检测模型,提出了一种线性集成Faster R-CNN网络不同模型的方法,称为深度学习自助集成法(Bootstrap Ensemble Method for Deep Learning,BEDL)。通过选取不同阶段输出的训练好的模型文件,把模型进行线性集成。通过有放回的采样测试集样本,生成大量的小测试集,对各个单一模型进行准确率测试,最后以集成模型准确率最高误差最低为目标函数,求解集成模型的参数。这种改进增加了特征的多样性,使得不同模型特征之间互补,提高了模型的泛化能力和准确率。用在ImageNet下训练好的VGG16网络初始化模型的参数,使得用较小的训练成本达到较好的训练效果,网络更容易收敛。
  2)研究和分析了AlexNet模型的基本原理和相关理论,发现AlexNet模型在分类时,只能输入同样大小图片。而在烟叶分级系统中,把烟叶图片全部归一化到统一大小会丢失很多重要的特征,如长宽比,尺寸,烟叶尾端尖细度等。为了解决此问题,本文提出了全卷积AlexNet网络(Fully Convolutional AlexNet,FC-AlexNet),它可以输入任意尺寸图片,有效的保存烟叶的重要特征。通过把AlexNet模型最后的全连接层改为卷积层,用4096个1*1的卷积核在不同尺寸的特征图进行卷积,得到不同尺寸的特征图。把最后一层的特征图分解为多个1*1*4096的特征向量,使得不同尺寸的输入图片都可以得到同样大小的特征。取多个特征向量分类概率均值的最大值为模型最终输出类别。用卷积层替代全连接层,减少了模型的参数,增加了模型的学习能力,提高了烟叶分级的准确性。
  3)设计了一种烟叶正反面特征对比法的烟叶正反面识别算法。通过双摄像头同时采集同一片烟叶图像的正反面,分别把正反面图片由RGB颜色空间转化到LAB颜色空间,取分解后的B空间图片,对其灰度值进行归一化处理,分别求取正反面的灰度均值,方差和原图的对比度作为区分的特征,再分别比较正反面烟叶这三个特征值的大小,运用投票法即可准确识别正反面。该方法不仅速度快,而且正确率高,满足系统的要求。
  4)运用软件工程方法,在Windows操作系统下,以C++为核心开发语言,运用Visual Stdio2013集成开发环境和MFC开发框架,运用模块化和松耦合的设计思路,实现图像采集模块,实现数据库,用户界面,异常烟检测模块和正组烟分级模块等主要模块的集成,使得系统可以正常工作。最后系统顺利通过功能测试和集成测试,验证了该系统的满足实际生产要求。
[硕士论文] 朱贝贝
食品科学 郑州烟草研究院;中国烟草总公司郑州烟草研究院 2017(学位年度)
摘要:烟碱是烟草中奖励习惯性抽吸的主要成分。反复暴露于烟碱可以导致蛋白质表达水平的改变,这种改变不仅参与调节单个神经元和相关神经回路,还可能影响成瘾相关的异常行为。因此,识别烟碱诱导和参与烟碱依赖形成相关的蛋白质是理解烟碱成瘾潜在分子机制的关键。蛋白质组学技术可以获得烟碱诱导过程中整体蛋白质组的动态变化,后续生物信息学分析如基因本体注释(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路注释,对于获得烟碱诱导蛋白质的作用靶点、生物过程和相关通路具有重要意义。本研究分别从细胞水平和动物水平研究了烟碱诱导人神经元细胞和大鼠海马体蛋白质的差异表达。主要研究内容包括以下两个部分:
  一、在体外研究中,人神经母瘤细胞(SH-SY5Y)作为烟碱诱导相关蛋白质表达的细胞系,在烟碱暴露浓度为1 mM下,基于同位素标记相对和绝对定量(iTRAQ)蛋白质组学技术结合纳升液相色谱四极杆飞行时间串联质谱(nano-LC-Q-TOF)初步鉴定了烟碱诱导神经元蛋白质的差异表达,并对差异蛋白质进行生物信息学分析。结果共鉴定筛选出132种差异表达的蛋白质,其中蛋白酶体、真核翻译起始因子、氨酰-tRNA合成酶、核糖体蛋白和 ALDH18A1位于蛋白质互作网络的中心,特别是参与丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联生物过程和蛋白酶体信号通路的蛋白酶体蛋白,可能在烟碱诱导神经元蛋白质的表达中发挥重要作用。
  二、在体内研究中,在烟碱给药剂量为0.2 mg/kg/d的条件下建立烟碱诱导大鼠条件性位置偏爱(CPP)模型,在此模型的基础上,基于iTRAQ蛋白组学技术结合nano-LC-Q-TOF分析了烟碱诱导 CPP大鼠海马体中蛋白质的差异表达。结果共鉴定筛选出127种差异表达的蛋白质,其中117种显著下调,10种显著上调。并使用反转录酶-聚合酶链锁反应(RT-PCR)对7种差异蛋白质在基因表达水平上进行验证。生物信息学分析的结果表明差异表达的蛋白质主要参与钙介导的信号调节、神经递质传导、γ-氨基丁酸(GABA)能突触和长期突触增强效应等生物过程,表明烟碱可能作用于nAChR,从而直接或间接调节钙介导的信号通路和神经递质的转运与释放,引起神经兴奋性,最终通过调节神经可塑性导致长期突触增强效应。
[硕士论文] 董洪旭
食品科学 郑州烟草研究院;中国烟草总公司郑州烟草研究院 2017(学位年度)
摘要:本文以我国中、上部相同等级烟叶为材料,分析了不同烤烟产区烟叶游离氨基酸的差异;以相同产地不同品质烟叶为材料,探究了游离氨基酸与烟叶外观、感官品质及香型风格的关系;结合栽培、烘烤试验,分析了采收成熟度及烘烤工艺对烤烟烟叶游离氨基酸含量及组成的影响。得到的主要结论如下:
  (1)我国烤烟中部烟叶游离氨基酸总量低于上部烟叶。在检测出的21种氨基酸中,含量及比例最高的均为脯氨酸,天门冬酰胺次之,其余游离氨基酸含量及比例较低。
  (2)我国烤烟游离氨基酸含量呈现明显的区域差异:河南烟叶游离氨基酸含量显著较高,云南、四川和陕西烟叶相对中等,贵州、东三省、湖南和福建烟叶相对较低;黄淮和西南种植区显著较高,长江中上游种植区相对中等,东南种植区显著较低。
  (3)烟叶外观品质与游离氨基酸含量及组成比例存在一定关联。一定范围内,随着烟叶颜色的加深,酸性、芳香族和脂肪族氨基酸比例降低,游离氨基酸/还原糖降低,亚氨基酸比例升高;随着烟叶油润感变差、色度变弱,芳香族氨基酸比例以及酸性、碱性、脂肪族氨基酸含量和比例升高,游离氨基酸/还原糖升高,亚氨基酸比例降低。
  (4)叶感官品质与游离氨基酸含量及组成比例存在一定关联,在本研究范围内:同一产地烟叶的游离氨基酸总量及天门冬氨酸、天门冬酰胺、谷氨酸、酪氨酸、赖氨酸、组氨酸等多数组分的含量越低,游离氨基酸/还原糖越低,烟叶香气质量越好,口感越舒适,感官品质越好,工业可用性越强;脯氨酸比例越高,其他氨基酸比例越低,烟叶感官品质越好。
  (5)游离氨基酸含量及组成比例与烤烟烟叶香型存在一定的关联,分析发现:三类香型产区烟叶氨基酸含量和组成差异明显;运用逐步判别分析法,建立了游离氨基酸与烟叶香型的关系模型,外部样品验证综合准确率81.3%。
  (6)采收成熟度、烘烤工艺影响烤烟烟叶游离氨基酸含量及组成比例,结果表明:过熟采收,烤后烟叶的游离氨基酸总量较低,脯氨酸比例较高;调制过程中,通过调节变黄期温湿度,可调控烟叶游离氨基酸含量及组成,高温和低湿变黄可降低烟叶游离氨基酸含量,其中湿度的改变对游离氨基酸含量的影响更大,高温烘烤还能够提升烟叶脯氨酸比例;烘烤过程中,烟叶游离氨基酸总量在变黄期快速升高,变黄后期至定色中期上升速度减慢,进入定色后期以后总量逐渐降低。
[硕士论文] 魏登辉
烟草科学与工程 河南农业大学 2017(学位年度)
摘要:为了改善烟梗的品质,采用羧酸和亚铁离子螯合的方法研究Fe-CA仿酶,并通过正交试验优化Fe-CA仿酶的合成工艺,并将合成的Fe-CA仿酶对梗丝进行木质素降解,然后将降解后的梗丝进行感官评吸评价。结果表明,最佳合成方案条件是Fe2+与柠檬酸的配比为1∶1(摩尔比),温度是60℃,时间是40min,pH为6.0,此时合成率82.1%;通过用单因素试验和响应面法试验对Fe-CA仿酶处理梗丝工艺条件进行优化,结果当处理温度38℃,处理时间31min,仿酶用量2.6%,为仿酶降解梗丝木质素的最佳工艺条件,木质素理论降解率为53.69%,实测值为53.03%,梗丝木质素降解效果较好。对Fe-CA仿酶处理前后梗丝进行电镜扫描,结果经Fe-CA仿酶处理后的梗丝表面比未处理的梗丝表面变得更加齐整光滑,毛突减少,说明梗丝经Fe-CA仿酶处理后木质素降解较好;对经Fe-CA仿酶处理后的梗丝进行感官评吸评价,结果香气质和香气量得到了改善,木质杂气减少,刺激性降低,品质得到提升。
  为减少梗丝中的木质素含量,改善梗丝品质,提高其在卷烟中的应用,对漆酶降解梗丝木质素的4个影响因素(处理温度、处理时间、漆酶用量和漆酶溶液pH)进行单因素试验和响应面法工艺优化,对处理前后的梗丝进行电镜扫描,并将其制成单料烟进行感官评价。结果表明:①优化工艺条件为处理温度45.0℃,处理时间3.0h,漆酶用量20.0U/g,漆酶溶液pH6.0,木质素理论降解率56.68%,实测值55.05%。②漆酶处理后的梗丝表面更加光滑,毛突减少。③与对照相比,试验卷烟的香气质、香气量提高,余味改善,杂气、刺激性、浓度降低,而劲头、燃烧性及灰色无明显变化。因此,采用该方法得到的漆酶降解梗丝木质素工艺条件是可靠的,可为梗丝在卷烟产业中的应用提供方法参考。
[硕士论文] 刘天亮
电子与通信工程 北京交通大学 2017(学位年度)
摘要:按照国家烟叶质量分级分组标准,烟叶可以划分为正组烟和副组烟。在烟制品生产过程中,副组烟是不符合生产要求的烟叶,在处理过程中将副组烟分离出来具有一定的必要性。目前烟叶质量分组主要依靠人工的感官和经验,主观性强,效率低,不适应烟叶自动化生产。基于计算机视觉的烟叶自动分组方法具有快速、高效的特点,是解决效率低下等问题的主流研究技术,在业界得到认可和重视。此外,模糊聚类的思想可以解决烟叶描述不清晰的问题,因此,将模糊聚类的方法应用于烟叶分组之中具有重要意义。
  本文针对烟叶分组过程中主观性强、准确率和效率低等问题,利用计算机视觉的技术对烟叶图像进行获取并处理,通过模糊聚类的方法对烟叶进行有效的分组。具体工作内容包括:
  第一,改进了烟叶的处理和特征提取过程。通过对比不同的颜色模型,结合烟叶的特性,选取了Lab颜色模型,并在b通道中设定阈值对烟叶图像进行分割处理。采用小波变换的算法对烟叶直方图进行处理获取小波系数,采用灰度共生矩阵的方法提取出惯性、能量、熵和相关性等纹理参数并求出均值与标准差,为烟叶分组实验提供了特征数据。
  第二,提出了一种新的烟叶分组思路,将烟叶分为正面烟和反面烟,分别进行烟叶的质量分组过程。从烟叶的正面和反面进行对比分析,用灰度直方图的方法总结比较,得出烟叶正反面的特征信息均具有一定的差异性。
  第三,设计了基于模糊思想的分类器。选取合适的隶属度函数和模糊量清晰方法,对模糊矩阵和聚类中心进行了推导与分析。分别将不同批次的正组烟和副组烟放入分类器中进行模糊分组实验。
  通过验证得出结论,基于计算机视觉的烟叶模糊分组方法行之有效,模糊规则可以避免人为因素对烟叶分组的干扰,依据模糊思想建立的分类器能自动完成烟叶分组实验,并且准确率较高。烟叶的正面和反面信息作为新的研究思路,可以进一步提升烟叶分组的正确率。
[硕士论文] 赵金宝
化学工程 北京化工大学 2017(学位年度)
摘要:随着经济的发展,食品安全问题越发显得日益严重,茶叶是我国进出口贸易中重要的出口经济作物之一,被世界人民所喜爱。欧盟和日本一直以来对进口商品有很高的要求。近些年来对茶叶中的农残限量提出了更高的标准。我国出口的茶叶常常农药残留超标,严重制约了我国茶叶产业的良性发展。烟草是一种兼具药用价值及危害性的草本植物,作为经济作物在我国广泛种植,在其生长过程中病、虫害频繁发生,人们常施用各种农药以保证其生产质量,保证农产品的增收。使用农药势必会污染烟草,同时不可避免的会给吸食者的健康埋下隐患。
  液质联用(LC-MS/MS)作为一种成熟的技术,目前在农残的定性定量分析检测上发挥着重要作用。QuEChERS前处理方法以简单、快速、高效著称,经多年验证其适合农残检测的前处理过程。本文结合了QuEChERS前处理方法与液质联用技术。对茶叶和烟草这两部分中的农药残留进行定量检测。
  本文的第一部分采用液质联用技术(LC-MS/MS)建立了能够快速、准确对茶叶中氯噻啉残留量进行定量的检测方法,改进了QuEChERS前处理方法,大大减少了吸附剂的用量,缩短了检测时间。本文建立了氯噻啉标准曲线。其在1~300ng·g-1范围内线性关系良好,回归方程为y=2147x+1836,R2=0.9996。实验结果表明对茶叶中不同添加浓度氯噻啉(低浓度100ng·g-1、中等浓度500ng·g-1、高浓度3000ng·g-1)的回收率在94.04%~100.20%之间,精密度(RSD)在1.00%~1.70%之间。说明建立的方法回收率较高,精密度良好,灵敏度高,检出限(LOD)3.22×10-1ng·g-1,定量限(LOQ)1.09ng·g-1,远远低于GB2763-2014中规定的最大残留限量3.0mg·kg-1。本方法稳定好,重复性好,特点是简单,快速,高效。适合于实际茶叶样品中氯噻啉的检测。
  本文第二部分使用QuEChERS前处理方法来对烟草样品进行前处理,利用同位素内标法对6种农药(多菌灵、啶虫脒、吡虫啉、甲霜灵、三唑醇、三唑醇)进行准确定量。过程中设计了较为合理的梯度洗脱条件(低流速,高比例水相),将6种农药完全分离开,对彼此的检测互不干扰,同时优化了质谱检测条件(离子源电压,碰撞能等),提高了目标化合物在质谱的响应值。最后实验结果表明本次检测定量结果准确可靠,RSD值为1.48~3.79%,精密度高。
[硕士论文] 葛畅
食品科学 郑州烟草研究院;中国烟草总公司郑州烟草研究院 2017(学位年度)
摘要:为全面了解细支卷烟主流烟气致香成分的释放特征,以叶组相同的细支和常规卷烟为研究对象,在ISO和HCI抽吸模式下分析测试了卷烟常规烟气指标及粒相物中的致香成分。主要研究内容包括以下五个部分:
  一、主流烟气粒相物致香成分分析方法的研究。共鉴定出104种致香成分,其中中性成分52种、酸性成分25种、碱性成分27种。对方法进行评价,结果表明,满足分析要求。
  二、ISO抽吸模式下,细支和常规卷烟主流烟气常规指标及致香成分的差异。结果表明:细支卷烟主流烟气TPM、烟碱、焦油、水分、CO均少于常规卷烟;单支卷烟计,细支卷烟致香成分的总释放量为常规卷烟的一半左右,其中各成分总体上均小于常规卷烟;单位焦油计,细支卷烟致香成分的释放量与常规卷烟相比,总释放量相近,其中大多数成分的差异不明显,而部分呋喃类、酚类和长链脂肪酸类化合物的释放量较高,柠檬烯和环戊烯-1-酮类化合物的释放量较低。
  三、HCI抽吸模式下,细支和常规卷烟主流烟气常规指标及致香成分的差异。结果表明:与上一章 ISO模式下细支和常规卷烟的差异相比较,对于常规成分和单支卷烟致香成分的释放量而言,HCI模式下细支和常规卷烟更加接近;对于单位焦油致香成分的释放量而言,细支卷烟部分低沸点、小分子酮类的释放量较高,柠檬烯和部分长链脂肪酸类化合物的释放量较低。
  四、不同抽吸模式对常规卷烟主流烟气常规指标及致香成分的影响。结果表明:HCI模式下,常规卷烟主流烟气TPM、水分、烟碱、焦油、CO均大于ISO模式,其中主流烟气水分显著大于ISO模式;单支卷烟计,HCI模式下常规卷烟致香成分的总释放量约为ISO模式的两倍,其中各成分总体上均大于ISO模式;单位焦油计,与ISO模式相比,HCI模式下致香成分的总释放量略小于ISO模式,但各成分 HCI/ISO的比值差异很大,而部分含氮单杂环化合物和长链脂肪酸释放量较高,部分含碳碳双键的化合物、含氮稠杂环化合物和中短链脂肪酸释放量较低。
  五、不同抽吸模式对细支卷烟主流烟气常规指标及致香成分的影响。结果表明:与上一章不同抽吸模式对常规卷烟的影响相比较,对于常规成分和单支卷烟致香成分的释放量而言,细支卷烟在不同抽吸模式下差异更大;对于单位焦油致香成分的释放量而言,与ISO模式相比,HCI模式下部分小分子醛酮类和含氮单杂环化合物释放量较高,部分酚类、生物碱、含氮稠杂环化合物和大部分酸类释放量较低。
[硕士论文] 刘显军
食品科学 郑州烟草研究院;中国烟草总公司郑州烟草研究院 2017(学位年度)
摘要:全烟气暴露下的体外毒理学研究,对卷烟烟气危害性评价及其毒性作用机制研究具有重要意义。本文结合微流控技术,在芯片上构建气液界面,模拟人体肺部细胞暴露在烟气环境中的实际状态,实现了芯片上烟气细胞毒性及氧化应激作用的原位高通量检测。主要研究内容如下所示:
  一、微流控凝胶气液界面烟气暴露芯片的构建
  研究构建了一种“三明治结构”气液界面细胞培养和烟气暴露芯片,上层为烟气暴露层,中间层为凝胶细胞培养阵列层,下层为液体管道层。
  上层芯片采用激光雕刻技术制得芯片模板,再由聚二甲基硅氧烷(PDMS)倒模而成。该层利用气体的自由扩散形成气体梯度,CO2和溴百里酚蓝酸碱指示剂表征结果证实上层芯片的不同通道中可形成良好的气体梯度,线性方程为:y=32.85x-30.55,R2=0.9936。
  中间层芯片首先使用激光雕刻机雕刻聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)板得到孔阵列芯片,然后使用凝胶进行细胞装载。由于具有较好的机械稳定性和渗透性,凝胶可以为细胞生长提供稳定的生长环境,凝胶和溶液之间的快速交换,保证了细胞生长所需要的营养和细胞代谢废物的及时排出。使用该凝胶气液界面芯片,连续培养细胞48 h,通过AO-EB荧光染色发现细胞存活率在95%以上,证实该芯片可用于细胞的长期培养。
  下层芯片利用光刻技术制得芯片模板,再由聚二甲基硅氧烷(PDMS)倒模而成。基于芯片的“圣诞树结构”管道,液体相互扩散混合可形成液体梯度,超纯水和红色液体进行的梯度表征结果证实下层芯片不同通道中可形成良好的液体梯度,线性方程为:y=34.02x-36.43,R2=0.9929。
  二、芯片上烟气暴露与细胞毒性检测
  利用构建的微流控凝胶气液界面烟气暴露芯片,以肺腺癌细胞A549为模型,开展了不同气、液梯度条件下的细胞毒性研究。研究结果表明:1)细胞存活率随烟气流速和暴露时间的增加而降低;在流速为20 mL/min,暴露时间为20 min的条件下,细胞存活率在芯片的不同通道中呈梯度变化,由95%降到65%,即细胞存活率与烟气呈剂量-效应关系;2)细胞存活率随下层 H2O2暴露浓度和暴露时间的增加而降低;在H2O2浓度为50 mM,刺激时间为2 h的条件下,细胞存活率在芯片的不同通道中呈梯度变化,由95%降到70%,即细胞存活率与H2O2呈剂量-效应关系。该研究结果进一步证实了构建的气液界面细胞培养和烟气暴露芯片可实现气、液双梯度。
  三、芯片上烟气暴露与细胞氧化应激作用
  利用构建的微流控凝胶气液界面烟气暴露芯片,以肺腺癌细胞A549为模型,开展了卷烟烟气暴露下细胞ROS的变化研究。研究结果表明:1)在烟气暴露下,细胞ROS明显增加;2)在烟气流速为4 mL/min,暴露时间为20 min的条件下,中间层芯片的不同通道中细胞ROS呈梯度变化,虽然此时细胞存活率在95%以上,但是细胞已经开始发生损伤。
[硕士论文] 蔡佳校
食品科学 郑州烟草研究院;中国烟草总公司郑州烟草研究院 2017(学位年度)
摘要:炭加热型卷烟供热体的燃烧及供热性能直接决定了加热非燃烧状态下烟草原料化学组分释放量,因此炭供热体所用材料及成型后炭供热体的燃烧特性对炭加热型卷烟的感官质量有着重要的影响,是该类卷烟产品研究的重点。本文以炭加热型卷烟用供热体为研究目标,主要研究内容包括以下几个方面:
  以烟草秸秆为生物质碳源,系统地研究了不同水热温度和反应时间对烟杆水热炭表观形貌、化学组成、燃烧特性及燃烧动力学的影响。结果表明:经过水热反应后烟杆的表观形貌遭到严重破坏,碳元素含量提高到46.5-65.2%,而氢和氧元素含量则分别降低至5.2-5.8%和16.2-42.1%;烟杆水热炭具有较低的挥发分含量(42.4-75.7%),而固定碳含量(15.6-48.8%)和高位热值(18.7-27.2 MJ·kg-1)均较高;烟杆水热炭和烟杆本身的BET比表面积和孔容积均较小,燃烧过程中的失重率、燃烧温度区间和燃烧特征温度具有显著差异;烟杆水热炭在第二、三个燃烧温度区间的活化能分别介于43.7-74.8kJ/mol和46.7-85.8kJ/mol之间,而对于烟杆本身,分别只有46.1 kJ/mol和41.5 kJ/mol。以上结果说明水热反应可以显著提高烟杆作为燃料炭的潜在应用价值,有助于为下一步炭供热体的选材提供参考。
  选用纤维素和烟梗作为碳源,分别在350℃、550℃、750℃和950℃下热解制备得到热解炭,通过组成和燃烧特性分析考察了热解炭的燃烧特性。结果表明:随着热解温度的提高,纤维素热解炭中碳元素、固定碳含量和高位热值显著升高,氢、氧元素和挥发分含量则明显下降,燃烧特性曲线逐渐往高温区移动,着火温度和燃尽温度升高,燃烧失重及放热区间变窄;对于烟梗热解炭,随着热解温度的提高,碳元素和固定碳含量升高,但较纤维素热解炭的碳元素和固定碳含量低;将上述几种纤维素热解炭进行相应比例混合,能够得到具有低引燃性、高放热量、放热区间宽且燃烧过程较稳定的混合炭材料;不同热解温度得到的烟梗热解炭燃烧特性曲线无明显规律,燃烧区间较集中,不适合通过上述物理掺混的方法对混合炭材料燃烧性能进行调控。
  建立并设计开发了一套实验室用小型炭供热体成型工艺体系和一套可燃材料热性能检测装置,提供了一种测定炭加热型卷烟供热体引燃温度、燃尽温度和燃烧持续时间的方法,弥补了目前对炭供热体燃烧特征温度检测的空白。
  选用木炭和竹炭、淀粉水热炭(HTC-S)和烟杆水热炭(HTC-TS)分别作为热解炭和水热炭材料代表,研究了原料组成和成型结构对炭供热体燃烧性能的影响。结果表明:两种热解炭材料的碳元素含量、固定碳含量、高位热值和着火温度均显著高于所用水热炭材料,而氢、氧元素含量与水热炭材料相比较低。用竹炭和木炭制备得到的供热体着火温度显著高于HTC-S和HTC-TS制备得到的供热体,且由可燃材料热性能检测装置得到的炭供热体着火温度均高于热重分析仪所测得的单组分炭材料,燃尽温度、燃烧持续时间和燃烧最高温度的变化趋势一致,从高到低依次均为木炭供热体、竹炭供热体、淀粉水热炭供热体和烟杆水热炭供热体;不同成型结构供热体燃烧特性差异主要表现为:随着供热体底面积增大,着火温度逐渐下降,随着供热体体积增大,燃烧持续时间逐渐延长,燃尽温度和燃烧最高温度在供热体体积相差较大时有显著差异。
[硕士论文] 崔晓梦
食品科学 郑州烟草研究院;中国烟草总公司郑州烟草研究院 2017(学位年度)
摘要:深入了解卷烟的燃烧状态和烟丝的受热状况是研究主流烟气成分释放的关键。为了探究烟丝结构对不同圆周卷烟燃烧状态的影响,本文建立了卷烟燃烧状态的综合表征方法,分别以叶组配方相同的三种圆周卷烟和不同烟丝结构的两种圆周的卷烟为研究对象,在相同的抽吸条件下表征对比分析的上述卷烟样品的燃烧状态。主要研究内容包括以下三个部分:
  (1)建立了卷烟燃烧状态的综合表征方法。综合表征指标主要包括卷烟燃烧锥气固相温度分布、压力及气流分布、燃烧速率、燃烧锥区域分布特征。其中①瞬时燃烧速率表征方法的建立是基于卷烟温度检测技术,即以燃烧锥特征温度T0.5的移动表征卷烟瞬时燃烧速率,同时将燃烧温度和燃烧速率关联起来,能够准确地获得卷烟在燃吸过程中烟丝实时参与燃烧反应的量;②根据卷烟燃烧锥气相温度分布特征、传热特点,将燃烧锥划分为烟灰区、烟灰与燃烧过渡区、燃烧区和热解区,构建了卷烟燃烧锥区域划分的约束条件。基于matlab程序语言开发了“卷烟瞬时燃烧速率计算软件”和“卷烟燃烧锥区域划分软件”,通过对测量到的气相温度分布数据进行批处理,可以获得卷烟瞬时燃烧速率和卷烟燃烧锥各区域的体积变化情况。
  (2)表征并对比分析了圆周对卷烟燃烧状态的影响,结合燃烧状态深入分析了三种圆周卷烟主流烟气成分释放差异。结果表明:①抽吸过程中燃烧锥表面固相最高温随随圆周的减小而增大;燃烧锥体积随圆周的减小而减小,内部气相最高温、特征温度则随圆周的减小而增大;燃烧线附近轴心位置处的温度和升温速率随圆周的减小而增大;②卷烟瞬时速率与抽吸曲线有较强的相关性,瞬时线性燃烧速率(LBR)与圆周呈负相关,瞬时质量燃烧速率(MBR)则与圆周呈正相关。对瞬时线性燃烧速率和瞬时质量燃烧速率积分计算可求得燃吸过程中三种圆周卷烟燃烧线向前推进的距离和单口耗丝量,燃烧线推进距离随圆周的减小而增大,单口耗丝量随圆周的减小而减小。③圆周对卷烟主流烟气成分释放量影响显著。常规烟气成分、7种Hoffman成分、大部分醛类成分(甲醛除外)释放量均随圆周的减小而减小;三种圆周卷烟主流烟气中大部分成分单口释放量差异显著;根据单口耗丝量可以得到单位质量烟丝主流烟气成分释放量,单位质量烟丝主流烟气大部分成分释放量随圆周的减小而增大。
  (3)分别研究了切丝宽度、烟丝长度分布、烟丝填充密度对两种圆周(17mm和24mm)卷烟燃烧状态的影响。结果表明:①烟丝结构对卷烟燃烧锥表面固相最高温影响显著,减小烟丝宽度会导致燃烧锥表面固相最高温升高,烟丝特征尺寸对不同圆周卷烟燃烧锥表面固相温度影响不同;②烟丝结构对卷烟燃烧速率影响显著。增大填充密度和烟丝宽度会导致卷烟燃烧缓慢,燃烧速率较小;烟丝特征尺寸对两种圆周卷烟燃烧速率影响不同。
[硕士论文] 韩李锋
食品科学 郑州烟草研究院;中国烟草总公司郑州烟草研究院 2017(学位年度)
摘要:为探讨烟草材料干燥过程中内部湿分的赋存状态及迁移情况,本文采用低场核磁LF–NMR手段检测并获取新鲜烟叶及3种烟草在制品的自旋–自旋弛豫时间 T2反演谱,分析了不同烟草材料中湿分赋存状态及影响因素。为进一步探讨干燥过程中不同烟草材料内部水分赋存状态的变化情况,分别对新鲜烟叶及3种烟草在制品进行 T2反演谱、MRI成像及失重曲线检测,对比分析不同烟草材料在干燥过程中水分状态的变化规律。同时,研究建立了烟草材料对流干燥传热传质模型,可描述对流干燥过程中水分在烟草材料中的扩散行为。
  通过试验研究和模型分析,课题主要得出如下结论:
  (1)对比分析了新鲜烟叶及叶丝、梗丝、再造烟叶3种烟草在制品的T2反演谱特征峰,通过特征峰弛豫时间、幅值分析了不同烟草材料中水分赋存状态。新鲜烟叶T2反演谱呈现弛豫时间在3.511 ms、75.646 ms的两个弛豫峰,分别对应于内部赋存的半结合水和结合水。在10%~35%含水率范围内,烟草在制品的T2反演谱图通常呈现2~4个质子信号峰,其中弛豫时间在0.01~10 ms范围T21主峰反映了烟草中水分的氢质子弛豫信号强度,弛豫时间在1~100 ms范围的T22、T23、T24峰反映了烟草油分物质中的氢质子弛豫信号强度。
  (2)通过对比分析不同含水率条件及天然/再造两种烟草材料 T2反演谱特征峰,探讨了含水率、微观结构对烟草在制品内部湿分赋存状态的影响。随着烟草材料含水率的增大,叶丝、梗丝、再造烟叶丝的T21峰弛豫时间逐渐增大,烟草材料中迁移性较强的水分比例增大。T21弛豫峰面积与不同烟草材料含水率均存在显著的线性相关,该 T2反演信号可用于烟草材料含水率的定量分析。与再造烟叶相比,天然烟草材料中30μm以上细胞尺度上的孔隙被破坏后,水分弛豫时间明显减小,表明天然烟草材料中水分赋存状态受其微观多孔结构影响明显。
  (3)采用在线T2反演谱分析、MRI成像考察了新鲜烟叶烘烤过程中水分赋存状态的变化,并探讨了水分状态与干燥过程水分扩散的相关性。新鲜烟叶50~90℃烘烤过程中,内部湿分 T2反演谱特征峰的弛豫时间逐渐减小,即水分活动性逐渐降低。湿基含水率低于73~77%时,对应的弛豫时间降低明显。在相同含水率条件下,片烟干燥温度较高时,其内部湿分的活动性也较强。片烟干燥过程中随含水率的降低,内部水分的活动性逐渐减弱,导致其后续干燥过程中水分的扩散蒸发速率逐渐降低。
  (4)采用在线T2反演谱分析考察了叶丝、梗丝、再造烟叶丝干燥过程中水分赋存状态的变化,并探讨了反演谱特征峰变化与干燥过程水分扩散的相关性。三种在制品干燥过程中,T2反演谱中湿分特征峰的幅值逐渐降低,其中叶丝干燥过程中弛豫时间降低幅度更大,这表明叶丝干燥过程中其内部水分结合状态的变化更为显著。与新鲜烟叶烘烤过程类似,三种烟草在制品干燥过程中,湿分特征峰弛豫时间与干燥速率的变化一致,即均随干燥速率的降低而减小。
  (5)采用 COMSOL多物理场模拟软件,建立了烟草材料干燥传热传质模型,用于描述烟草在制品干燥过程内部湿分扩散特征。该干燥传热传质模型采用了连续介质流假设,并考虑了烟草材料的孔隙率特征及弹塑性收缩行为。干燥模型可较好地反映干燥热风温度及物料尺寸等因素对干燥过程的影响。
[硕士论文] 李琛
食品科学 郑州烟草研究院;中国烟草总公司郑州烟草研究院 2017(学位年度)
摘要:烟草特有亚硝胺(Tobacco-Specific Nitrosamines,TSNAs)是仅存于烟草及烟气中的一类有害物质,是烟草调制过程中由烟草生物碱通过亚硝化作用形成的氮亚硝胺类化合物,主要包括4-(甲基亚硝胺基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)、N-亚硝基降烟碱(NNN)、N-亚硝基假木贼碱(NAB)和N-亚硝基新烟草碱(NAT)。其中致癌性最强的是NNK和NNN,被国际癌症组织(IARC)列为Ⅰ类人体致癌物,研究表明NNK和NNN与肺癌、胰腺癌、食道癌等癌症的发生有关。TSNAs需要细胞色素P450酶(Cytochrome P450,CYP450)的介导生成与DNA反应的中间体,形成DNA加合物,从而引发突变和癌症。通过化学药物抑制或诱导使一种或几种P450酶亚型的活性发生改变,进而测定NNK和NNN代谢的变化,可间接反应特定P450酶亚型在NNK和NNN代谢中的作用。研究内容主要包括以下三个部分:
  一、选用5-甲氧基补骨脂素(5-Methoxypsoralen,5-MOP)为CYP2A5酶抑制剂,吡唑为CYP2A5酶诱导剂,对小鼠体内CYP2A5酶活性进行调节,建立了 CYP2A5酶抑制和诱导两种酶活调节小鼠模型。并以香豆素为探针底物,建立了测定小鼠血液中香豆素及其代谢物的超高效液相色谱-高分辨质谱(UPLC-HRMS)法,通过测定7-羟基香豆素的生成量评估5-MOP和吡唑对小鼠CYP2A5酶活性的影响。该方法准确性好,分析效率高,测定结果与通过试剂盒检测肝微粒体中CYP2A5活性的结果相一致,5-MOP有效抑制了CYP2A5的香豆素7-羟基化,而吡唑起到了明显诱导作用。
  二、通过UPLC-HRMS方法,对NNK在正常小鼠、5-MOP处置小鼠和吡唑处置小鼠的血液、肝脏和肺组织中的代谢特征进行研究,通过对比NNK各主要代谢产物在三种不同模型小鼠之间的差异,推测出 CYP2A5酶可能参与调控NNK的α-亚甲基羟基化代谢途径。同样采用高分辨质谱法,对三种小鼠体内NNN及其主要代谢物定量分析,通过对比NNN及其主要代谢物在三种小鼠体内的代谢差异,推测出CYP2A5酶可能参与调控NNN的2-羟基化代谢途径。
  三、建立了一种定量分析C57BL/6小鼠组织中DNA甲基化加合物6-氧-甲基鸟嘌呤(6-O-MeG)的超高效液相色谱-高分辨质谱方法,并分别对NNK染毒后生理盐水对照组、吡唑处理组和5-MOP处理组小鼠肝脏和肺中6-O-MeG的含量进行了测定。6-O-MeG在0.05~10.00 ng/mL内线性良好(R2=0.9998),检出限0.011 ng/mL,回收率92.1%~102.2%,日内和日间精密度分别为1.10%~4.34%和1.89%~6.58%。给药4 h后,吡唑处理组小鼠肝脏和肺中6-O-MeG的含量分别为对照组的2.09和1.87倍,5-MOP处理组则分别为对照组的0.32和0.67倍,表明小鼠体内的CYP2A5在NNK的代谢活化过程中起到重要作用。
[硕士论文] 于新颖
机械设计及理论 延边大学 2017(学位年度)
摘要:在包装机械中,常采用间歇机构,以实现工序的衔接。随着烟草机械向高速化、多功能化和轻量化的不断发展,对间歇运动的分度精度、运动稳定性、高速冲击等提出了越来越高的要求。传统的槽轮装置由于接触冲击作用会使卷烟生产加工过程中出现搓伤和褶皱等现象,影响了设备的有效作业率,增大了加工的废品率。而齿轮齿条式分度凸轮机构由于结构简单,传动平稳、振动噪声低等优点。本文受齿轮齿条式分度凸轮机构的启发,依据YB45包装机烟支传送系统的要求,建立了YB45包装机烟支传送系统改进机构的虚拟样机,对机构的动力学和运动学特性进行了仿真分析,主要完成以下工作:
  (1)建立共轭凸轮廓线方程:利用Matlab绘制了廓线轮廓,将轮廓数据导入CATIA建立了YB45包装机烟支传送系统的虚拟样机。基于建立的虚拟样机分析了齿轮齿条式分度机构的压力角和曲率半径,研究了结构参数与基本参数对压力角的影响规律。
  (2)分析机构的动力学特性:通过分析得到改进后的YB45包装机烟支传送系统的固有频率和各阶振型,并对其进行了结构优化。
  (3)分析机构的运动学特性:通过设置各部件之间的约束,对输入轴转速为400r/min的YB45包装机烟支传送系统进行运动学仿真,得到输出轴的间歇运动规律,通过仿真分析验证了凸轮廓线设计的准确性。
[硕士论文] 张二强
食品科学 郑州烟草研究院;中国烟草总公司郑州烟草研究院 2017(学位年度)
摘要:在烟草行业,烟草物料的流态化加工广泛存在于打叶去梗、气流干燥、烟丝膨胀、松散冷却、风选除杂、气力送丝等操作单元,而烟丝作为细长丝状颗粒的代表,其本身的运动特性较球型颗粒复杂。在两相或多相流的流态化过程中,细长的柔性丝状颗粒又极大地增加两相流动的复杂性,由于连续流体与颗粒相互作用、颗粒与颗粒相互影响,该类颗粒流态化特性涉及材料力学、流体力学、流变学、多刚体系统、湍流理论等多个方面。目前,对该类烟丝颗粒流态化加工中的气固流动特性研究还不完善,同时工业流态化加工中也存在烟丝团聚、造碎、干燥质量不均匀等问题。因此,开展烟丝流态化加工过程中流动特性研究,对于烟草流态化加工工艺的优化调控、提高烟草在制品加工质量稳定性具有重要意义。
  近年来以计算流体力学为基础的气固两相流模拟取得了较大的进步,但对于以烟丝为代表的细长柔性丝状颗粒多是基于球型颗粒的假设,与烟丝的真实形态相差甚远,很难较为真实的展现出烟丝的流动特性。因此本文对烟丝物理属性及运动特性进行了详细的分析,构建出了柔性丝状颗粒模型,将其与开源的流体力学软件OpenFOAM耦合,实现CPU-GPU并行模拟计算程序。同时用其对柔性丝状颗粒的流化特性进行了数值模拟与实验验证。此外,针对工业级气流干燥器干燥过程中的水分不均一、烟丝结团等问题,采用开源的流体力学软件与固相颗粒的高性能大规模超级计算相结合,对烟草加工过程中的工业级流态化气流干燥设备进行了全三维的数值模拟,并对干燥器进出料结构进行了优化设计。本课题得到以下结论:
  (1)针对烟丝颗粒运动特性,构建了柔性丝状颗粒模型,将其与开源的流体力学软件OpenFOAM耦合,实现CPU-GPU并行模拟计算程序。用其对柔性丝状颗粒在流化床中运动特性进行全三维的数值模拟,展现了柔性丝状颗粒流化过程中的扰动、缠绕、团聚等运动特性,发现并揭示了流化过程中柔性丝状颗粒的一些分布规律。模拟结果与实验的结果相符合。从而证明了构建的柔性丝状颗粒模型的可行性,以及在对细长柔性丝状颗粒气固两相流模拟的适用性和可靠性。
  (2)通过CPU-GPU并行计算程序,模拟研究了烟丝在不同操作气速、加料速率条件下流化过程中的运动特征。模拟结果发现柔性丝状颗粒在流化状态下明显的存在取向分布,柔性丝状颗粒的中心与纵轴线夹角在10°~25°之间明显占优,这说明在流态化下柔性丝状颗粒更倾向于竖直的状态,进而达到稳定平衡。这一结果与实验符合很好。
  (3)针对工业级烟草CTD气流干燥器,利用超算集群平台结合OpenFOAM软件,对气流干燥器中的气相流场分布特征、颗粒在干燥塔内的空间分布以及颗粒停留时间分布进行全三维的数值模拟。结果表明:不带导流板的CTD干燥设备在主体干燥区域内存在颗粒分布不均匀,出口偏料行为。带导流结构可以很好改善颗粒在干燥主体区域内的径向分布,同时带导流板的结构颗粒停留时间也更为均一。
  (4)通过数值模拟分析,研究工业 CTD气流干燥器中导流板结构对气固流动结构的影响。利用超算集群平台结合开源的流体力学数值模拟软件对工业级CTD气流干燥器进料口内添加不同弧形导流板结构进行全三维的数值模拟,结果表明:所设定的A、B、C、D四种导流板结构中,不同的导流板都能改善对颗粒在主干燥区域的径向分布,对颗粒分布均匀性改善效果为D;C;B;A;O,对颗粒停留时间均一性改善效果为D;C;B;A;O。
  (5)针对卷烟厂工业 CTD气流干燥器目前存在的出料口偏料问题,模拟优化了干燥器出料口结构。通过将工业CTD气流干燥器出料口偏料侧壁修改为以最速曲线为基础的曲面结构,对此曲面结构的干燥器进行了气固全三维的数值模拟,结果表明:以最速曲线为基础的曲面结构可以较好的将出料口偏料侧的烟丝进行导流,烟丝在出料口趋于中间均匀分布。
[硕士论文] 朱浩
食品科学 郑州烟草研究院;中国烟草总公司郑州烟草研究院 2017(学位年度)
摘要:本论文以烟熏香韵为分离分析导向,系统研究了卷烟主流烟气烟熏香关键成分,建立了烟气粒相物烟熏香成分定量分析方法,考察了烟熏香成分在不同类型卷烟中的分布特征和贡献度差异,研究了加热非燃烧卷烟烟熏香成分的释放特征,探索了温度对加热非燃烧卷烟烟熏香成分释放的影响,考察了不同品牌电子烟液中烟熏香成分的分布情况。主要内容如下:
  1.对14种品牌的卷烟主流烟气粒相物进行了系统的感官导向分离和烟熏香流份定性分析,鉴定出26种烟熏香成分;建立感官评价团队评价了各烟熏香成分的香气特征,并测定了各烟熏香成分在乙醇和三乙酸甘油酯中的嗅觉阈值;建立了同时测定主流烟气粒相物中26种烟熏香成分含量的定量分析方法。
  2.针对卷烟产品,考察了26种烟熏香成分在中式卷烟(常规卷烟、低焦油卷烟和细支卷烟)、美式混合型卷烟和英式烤烟型卷烟共计20种卷烟产品主流烟气粒相物中的分布特征;利用香气活性值(OAV)推测了各烟熏香成分对品牌卷烟烟熏香韵的贡献度。
  3.针对新型烟草制品,对比了参比卷烟烟丝在点燃和加热状态下,烟气粒相物中烟熏香成分的分布差异;对比了传统卷烟和三种口味风格 MARLBORO IQOS加热非燃烧卷烟烟气中烟熏香成分的分布差异,考察了加热温度对于加热非燃烧卷烟烟草薄片材料烟熏香成分释放的影响;考察了5个品牌14种口味风格的电子烟液中的烟熏香成分分布特征。分析了新型烟草制品模拟卷烟烟熏香特征的可能性。
  通过研究,完善了对卷烟烟气烟熏香物质基础构成的认识,细化了对各烟熏香成分在嗅觉特征和不同介质中嗅觉阈值的研究,系统考察了不同风格和不同类型卷烟产品主流烟气粒相物中烟熏香成分的分布特征,考察了新型烟草制品中烟熏香成分的释放特征。研究成果有助于深化对卷烟烟气烟熏香韵物质基础构成的理解,提升调控卷烟产品和新型烟草制品烟熏香韵的能力,研究结论对于卷烟产品和新型烟草制品的研发均具有较强的应用价值。
[硕士论文] 刘雷雨
食品科学 郑州烟草研究院;中国烟草总公司郑州烟草研究院 2017(学位年度)
摘要:美拉德反应十分复杂,反应初始阶段糖和氨基酸发生加成反应,产物经Amadori重排,生成相对稳定的Amadori化合物,为初步了解烟草中美拉德反应,本文开展了以下工作:
  一、基于10种Amadori化合物标准品,建立了一种能够同时定量烟草中10种Amadori化合物的LC-MS/MS分析方法,该方法前处理简单,基质效应低、可重复性强、灵敏度高。对该方法进行方法学验证,10种 Amadori化合物线性关系良好,相关系数在0.9977~0.9999之间。检测限和定量限分别为1.354~2.532 ng/mL和4.516~8.444 ng/mL。回收率为84.9%~120.3%,日内精密度在1.33%~5.40%之间。
  二、基于无标样12种 Amadori化合物,通过模型反应体系合成,利用LC-Q-TOF-MS对模型反应体系中Amadori化合物进行精确分子量及二级碎片离子进行准确定性。得到定性及定量离子对后,建立能够同时检测22种 Amadori化合物的LC-MS/MS分析方法,避免了Amadori化合物复杂的提纯过程。定量时,根据不同烟草类型,选择保留时间相近、峰面积近似的Amadori化合物标准曲线对无标样Amadori化合物进行近似定量,在一定程度上能反映实际近似值,对研究烟草中Amadori化合物具有指导意义。
  三、采用建立的22种Amadori化合物分析方法对不同类型烟草、不同香型烤烟中Amadori化合物含量进行检测,初步分析了不同类型烟草、不同香型烤烟中Amadori化合物含量差异,结合烟草中葡萄糖和氨基酸含量检测结果,初步解释了造成Amadori化合物含量差异的原因。
  四、采用建立的22种Amadori化合物分析方法对烤烟烟梗与烟叶及其制丝后 Amadori化合物含量差异进行研究,初步探讨了烟梗与烟叶 Amadori化合物含量差异,以及制丝工艺对Amadori化合物的影响。
[硕士论文] 宋坤林
农业电气化与自动化 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,由人为活动造成的重金属污染使植物体内积累过量的重金属元素,重金属超标的水果、蔬菜、粮食等农产品会对人体健康造成危害。烟草是我国重要经济作物之一,重金属污染不仅影响香烟品质,而且对吸烟者的健康产生严重的危害。因此,烟草中重金属元素检测对香烟品质管理及吸烟者身体健康有着重要意义。
  本论文以重金属(铜Cu和镉Cd)胁迫下的烟草为研究对象,研究烟草重金属污染程度判别及重金属元素定量检测的方法和模型,具体研究内容和结果如下:
  (1)研究了烟草鲜叶Cu污染程度LIBS判别方法。在土培条件下,采摘不同程度Cu污染下的烟草叶片并收集其LIBS光谱信号。对全谱LIBS数据进行主成分分析,基于PC1、PC2、PC3的载荷值选取对应于C、Fe、Mg、Ca、Fe、S、N、O等元素的18条谱线作为特征变量。利用所选特征变量建立线性判别分析(LDA)和支持向量机(SVM)分类模型。在LDA模型中,建模集与预测集的识别正确率分别为85%和72%;在SVM模型中,建模集与预测集的分类正确率分别为97%和82%。结果表明,基于LIBS技术结合化学计量学方法判别新鲜烟草叶片Cu污染程度是可行的,能获得满意的判断结果。
  (2)研究基于响应面法的烟草重金属定量分析LIBS仪器参数优化方法。利用BBD响应面法针对LIBS检测烟草重金属含量的三个仪器因素:①激光脉冲能量,②探测器相对于激光脉冲的延时时间,③探测器门宽(积分时间),设计了实验方案,确定了最佳的三因素组合。a.在烟草叶样本Cu含量检测的参数优化实验中,以Cu I:324.75 nm谱线的信背比(Cu I:324.75 nm谱线强度与325.67 nm~326.73 nm范围光谱平均值之比)作为目标函数,以最大化目标函数为目标分析实验结果,最终确定基于LIBS技术的烟草Cu定量分析的参数优化组合为:激光能量为109 mJ,延时时间为5.19μs,积分时间为14.66μs。在此条件下得到的最大信背比为20.8857。b.在烟草根样本Cd定量分析的参数优化实验中,以Cd I:361.05 nm谱线的信背比(Cd I:361.05 nm谱线强度与359.15 nm~360.45 nm范围光谱平均值之比)作为目标函数,以使目标函数最大化为目的分析实验结果,确定基于LIBS技术的烟草Cd定量分析的参数优化组合为:激光能量为115.34 mJ,延时时间为4.41μs,积分时间为6.48μs。此参数组合下最大信背比为11.7614。
  (3)研究建立了烟草重金属元素LIBS快速定量检测方法和模型。①在基于LIBS烟草叶样本Cu含量分析中,选择对应Cu I的324.75nm和327.4 nm谱线作为关键变量。利用上述关键变量分别建立基于单变量的一元线性回归模型和基于双变量的MLR模型。此外,利用320nm~330nm范围LIBS光谱数据建立PLS模型。基于Cu I324.75 nm谱线的一元线性回归模型中,建模集决定系数Rc2为0.96,预测集决定系数Rp2为0.94;基于Cu I327.4 nm谱线的一元线性回归模型中,Rc2为0.96,Rp2为0.91;基于Cu I的324.75nm和327.4nm谱线的MLR模型中,Rc2为0.96,Rp2为0.92;基于320nm~330nm范围光谱的PLS模型中,Rc2为0.95,Rp2为0.90。②在基于LIBS烟草根样本Cd含量分析中,选择对应Cd I的346.62nm和361.05nm谱线作为关键变量。利用上述关键变量分别建立基于单变量的一元线性回归模型和基于双变量的MLR模型。此外,利用340nm~365nm范围LIBS光谱数据建立PLS模型。基于Cd I346.62 nm谱线的一元线性回归模型中,Rc2为0.96,Rp2为0.90;基于Cd I361.05nm谱线的一元线性回归模型中,Rc2为0.96,Rp2为0.92;基于Cd I346.62 nm和361.05 nm谱线的MLR模型中,Rc2为0.97,Rp2为0.92;基于340 nm~365 nm范围光谱的PLS模型中,Rc2为0.98,Rp2为0.94。
  结果表明,基于LIBS技术的烟草重金属定量分析可行,基于单变量的建模结果与基于多变量的建模结果相近,为后续便携式LIBS植物重金属检测仪器的开发提供了理论条件。
[硕士论文] 何凯琳
电路与系统 湖南师范大学 2017(学位年度)
摘要:烟叶原料近红外光谱属于高维数据,具有重叠、非线性等特点,而且有些光谱区域的样品信息表现较弱,不能明显的显示样本的有效成分信息。在对光谱进行定性分析时,若采用全谱建模,则必然会带进一些噪音和干扰,从而影响模型提取光谱信息特征。因此,为解决这些问题,本文提出了对原始光谱进行有效筛选和降维优化处理的方法。本文以烟叶原料近红外光谱为中心,主要研究内容如下:
  1、从烟叶原料近红外光谱特征分析和空间变换入手,本文着重探讨了烟叶原料近红外光谱波长变量筛选、特征提取等内容,并介绍了深度学习的基本思想和实现过程,并对自编码网络、稀疏自编码网络和卷积神经网络的结构及算法推导进行针对性分析,为本文后续研究提供了理论支撑。
  2、通过对烟叶原料近红外光谱的分析可知,若对全光谱的几千个特征变量进行建模,计算量大,且易形成过拟合。本文提出利用竞争性自适应重加权算法CARS对烟叶原料近红外光谱的特征波长进行提取,结合偏最小二乘算法,并建立多个烟叶烟碱的校正模型,通过和不进行波段选择以及用无信息变量消除法进行波段选择建立模型进行对比。研究表明,通过CARS法建立的模型,仅用32个波长点就能反映全波段256个特征变量的全部信息,同时只需提取3个主成分,而全波段需要12个,大幅度减少了模型计算复杂性,相比之下,CARS方法建立的模型对外部的验证能力较强,平均相对误差较小,减少了不必要的噪声,以及各个波长点之间的多元共线性,提高了模型的精度,与PLS结合后建立的模型预测能力更强,稳健性更好,验证了CARS方法在烟叶原料近红外光谱特征波长优选中的可行性和抗干扰能力。
  3、不同于以往的特征提取降维方法,本文提出利用深度学习算法对烟叶原料近红外光谱进行特征提取,构建了一种稀疏自动编码网络和卷积神经网络融合的SAECNN特征提取算法。通过SAE预训练网络,优化CNN结构和内部参数,并与PCA算法和ISOMAP算法进行特征提取的可视化对比分析。研究表明,构建的SAECNN方法在三个烟叶产地识别中达到的最高正确率和平均正确率分别为95.47%和95.13%,明显高于PCA算法的94.87%和94.22%,ISOMAP算法的94.28%和94.04%,验证了SAECNN方法应用于烟叶原料近红外光谱特征提取上的可行性和有效性,同时,也为近红外光谱分析提供了一种新的途径。
  4、最后,总结本文所做工作,并指出不足和待改进的地方,探讨下一步的工作方向。
[硕士论文] 杨滢
分析化学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:烟草纤维素是烟草细胞壁的主要成分,是烟叶中最为丰富的碳水化合物,其在烟叶中的含量一般在11%左右,是构成烟叶细胞组织和骨架的基本物质。纤维素热解后会产生较多低级醛类,对烟草的感官品质有不利影响。因此,了解烟草纤维素结构信息和燃烧热解特性对烟草感官品质的评价以及烟草行业开展减害降焦工作有重要意义。目前,运用行业标准法提取出的烟草纤维素仍含有大量的木质素和半纤维素,结构分析方法存在准确度不够高的问题,而且有关烟草纤维素燃烧热解特性与其结构间关系的研究尚未见相关报道。因此,研究烟草纤维素的结构及其燃烧热解特性,可以从微观角度为烟草纤维素燃烧热解特性研究提供可靠的理论依据,从而进一步揭示烟草纤维素结构对烟草总体品质的影响。
  本论文对烟草纤维素进行了更深入提纯,建立了一种更为准确的结构表征方法,并用所建立的方法对不同烟草样品进行了结构分析。在此基础上,利用热分析技术研究烟草纤维素的热解过程和热解产物,探讨了不同结构烟草纤维素的燃烧热解特性。在充分利用有关文献的基础上,本文进行了以下工作:
  第一、在采用酸洗洗涤法提取烟草纤维素的基础上,本文对酸洗纤维素进行除木质素、除半纤维素处理,得到本实验中高纯度的烟草纤维素样品。采用交叉极化/魔角旋转13C核磁共振波谱法(CP/MAS13C NMR)分析烟草纤维素样品的结构,结合波谱去卷积技术分别对其NMR波谱的C1区(δ102~108 ppm)和C4区(δ80~92 ppm)进行拟合,通过计算得出烟草样品纤维素晶体结晶度、晶型分布及比例和原纤聚集态尺寸等结构信息,并结合X射线衍射(XRD)技术所测结果作参照。结果显示,烟草纤维素结晶度在50%左右,晶型以Iβ为主要晶体形式,通过C4区吸收峰混合模型拟合得到烟草纤维素基原纤尺寸在3.0-6.0nm之间,基原纤聚集束的尺寸在6-13 nm。该方法准确性高,可用于烟草样品中纤维素结晶结构参数的快速分析。
  第二、提取烤烟、香料烟、白肋烟、烟梗样品中的纤维素,并表征它们的结晶结构。采用微燃烧量热仪对烟草纤维素样品的相关燃烧性能参数进行分析,利用热重分析仪比较研究这四种烟草纤维素样品在100%氮气氛和10%氧气浓度下的热解过程,首次探讨了烟草纤维素结构与其燃烧热解特性间的关联。通过分析发现:由于香料烟纤维素在次晶纤维的含量、可及基原纤表面以及基元纤尺寸均明显高于其它三种烟草纤维素,使得其具有较差的易燃性,并且在热解初期热稳定性最差,但在主要热解阶段热稳定性最好。
  第三、采用热解-气质联用仪分析了烤烟、香料烟、白肋烟、烟梗纤维素样品的热解产物,并用自制的离线热解联用装置比较了它们热解产生羰基化合物的变化规律,并首次探讨了烟草纤维素结构与其热解产物间的关联。研究发现:四种烟草纤维素样品的热解产物都主要是醛、酮、呋喃和脱水糖类,以及少量的醇类、酯类和芳香类化合物,差异主要在热解产物的含量上;羰基化合物的总释放量和每种羰基化合物释放量随温度升高均呈上升趋势,但对香料烟纤维素来说,由于基原纤聚集束尺寸最小,导致其碳基化合物释放量随温度的增幅明显低于其它三种烟草纤维素。
  本文充分研究了烟草纤维素的结构特征和燃烧热解特性旨在为进一步研究结构对烟草纤维素燃烧热解机制的影响奠定坚实的基础。
[硕士论文] 樊文举
食品科学 西北农林科技大学 2017(学位年度)
摘要:烟草(Nicotiana tabacum L.)作为人们日常生活中特殊的嗜好性产品,其品质优劣直接影响着人体健康。本研究以秦岭烟区主栽品种YN99烟叶为试验材料,通过对烤前鲜烟叶喷施一定量的酶溶液(中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、风味蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、糖化酶和α-淀粉酶),研究不同酶处理对烤后烟叶常规化学指标、香气品质、感官质量、颜色、表面微观形态和燃烧性质的影响,以期为烤烟烟叶提质增效提供科学依据。主要研究结果如下:
  (1)酶处理可以有效提升烟叶中的糖含量,降低总植物碱、总氮和淀粉含量。考虑到实际生产中酶的经济实用性,酶浓度为50 U/g时对烟叶中糖含量的提升最佳,经酶处理的烟叶中总植物碱含量远低于对照烟叶,糖碱比普遍偏高,总氮含量和钾含量普遍处于较低的水平,氯含量相对比较适宜(风味蛋白酶除外),综合钾含量、氯含量和钾氯比,得到50 U/g中性蛋白酶处理的烟叶这三个指标最为适宜,果胶酶处理的烟叶中淀粉含量最低,降解效果最好,其次降解效果好的依次是纤维素酶和中性蛋白酶。灰色关联度分析结果表明,经酶浓度为50 U/g、120U/g和160 U/g果胶酶、50 U/g中性蛋白酶及120 U/g糖化酶处理的烟叶整体化学品质最优,协调性最好。
  (2)不同酶处理的烟样中共检测出63种挥发性香气物质,按香气物质化学结构可分为醇类(9种)、酸类(2种)、酮类(16种)、醛类(8种)、酯类(5种)、烷烃类(19种)、烯烃类(3种)和氮杂环类(1种),其中以烯烃类(主要为新植二烯)、醇类、酮类和烷烃类为主,构成了烟叶的主体香气。从不同酶处理烟叶的香气总量排序和主成分析得分来看,经120U/g和160U/g果胶酶处理的烟叶整体香气质量最佳。系统聚类分析把42个不同酶处理烟样分成了4种类别,其结果与主成分排名顺序基本一致,经同一种酶处理的烟叶香气风格比较类似。相关性分析结果表明,总氮、总植物碱和淀粉对烟叶香气物质影响最大,通过协调烟叶中化学成分含量可改善其香气质量。
  (3)所有处理的烤烟烟叶中间香型风格为稍显著至尚显著,香韵以正甜香、干草香为主,兼有清甜香、焦甜香、青香、木香、焦香和辛香,香气状态为悬浮,烟气浓度、劲头、香气质和香气量多为中等偏上,香气透发性好,并伴有少量的杂气,烟气特性和口感特性之间存在一定的差异。其中,经120 U/g和160 U/g果胶酶处理烟叶香型、香气状态、香气质、香气量及烟气特征得分均较高,烟叶中正甜香、清甜香和焦香最为突出,烟气浓度较大,劲头适中,透发性好,且刺激性和余味得分相对适中,干燥感得分最低,在所有处理烟样中整体感官质量最好,而经50 U/g和75U/g中性蛋白酶及25 U/g风味蛋白酶处理的烟叶整体感官质量则较差。
  (4)不同酶处理对烤后烟叶色泽、表面形态和热解特性产生了一定的影响。以木瓜蛋白酶处理的烟叶明亮度、色泽饱和度和强度较好。适当提高烤烟烟叶中糖含量和钾含量,降低淀粉含量,可有效提升烤烟烟叶的外观质量。烟叶正面表皮细胞都出现不同程度的疏松变形,背面表皮细胞出现褶皱。然而,不同酶的作用机制有所不同,中性蛋白酶和纤维素酶主要作用于表皮细胞间隙,使细胞分离,而其他酶则使表皮细胞间隙变小,表面变得疏松光滑,以糖化酶和α-淀粉酶处理的烟叶正面和背面变化最为明显。烟叶热解过程整体上分为4个明显的热失重阶段。第Ⅱ和第Ⅲ阶段烟样热失重率最高,对烟叶挥发性香气物质贡献最大,其中,经果胶酶处理的烟叶在这两个阶段的热失重率最高,最终样品质量残余率最低。
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