葉片結構與煙絲結構的相關關系

江雪彬，胡開利，吳雪芹，朱建新，韓 明，楊永杰，李 曉，姚二民

(1.湖北中煙武漢卷煙廠，湖北武漢 430051；2.鄭州輕工業(yè)學院食品與生物工程學院，河南鄭州 450000；3.河南中煙工業(yè)有限責任公司安陽卷煙廠，河南安陽 455006)

葉片片型和結構決定煙絲結構，煙絲結構是影響卷煙質量的重要因素之一[1-2]。打葉復烤過程中，控制合理的葉片片型、結構是保障卷煙質量穩(wěn)定性的前提，明確葉片結構與葉絲結構的關系是打葉復烤后片煙結構優(yōu)化的關鍵[3]。近年來，國內外學者對葉片結構與葉絲結構的關系開展了大量研究。羅登山等通過綜述葉片結構對卷煙質量影響的研究進展指出，影響葉片結構的主要因素為煙葉原料的物理特性、加工工藝和加工設備等，同時不同尺寸葉片的比例變化會對煙絲結構產生影響，并隨之影響卷煙的卷制質量[3]。劉志平等對葉片大小與葉絲尺寸關系進行探討發(fā)現(xiàn)，>12.7 mm的葉片對>3.2 mm的葉絲有顯著影響，≤12.7 mm的葉片對 ≤1.4 mm 的葉絲有顯著影響[4]。Jakob Stephen利用響應面設計法對葉片結構和煙絲結構的關系進行分析，結果表明，3目(5.9 mm)以上的煙絲主要來源于3/2英寸(38.1 mm)或3/4英寸(19.05 mm)以上的葉片；6目(3.3 mm)和10目(2.0 mm)以上的煙絲主要來源于3/8英寸(9.53 mm)以上的葉片；14目(1.4 mm)以上的煙絲來源于3/8英寸篩上和篩下的葉片；20目(0.85 mm)以上、28目(0.59 mm)以上的煙絲主要來源于3/8英寸之下的葉片[5]。雷諾公司的研究結果表明，3目(5.9 mm)以上的煙絲主要來自3/2英寸以上的葉片，6目以上的葉絲主要來自3/4英寸以上的葉片。目前，關于此方面多為對葉片結構與煙絲結構關系的定性研究，由于研究者們所采用的葉片結構和煙絲結構的篩分方法及尺寸區(qū)間的劃分不同，因此對葉片結構與煙絲結構的關系并沒有較為一致的結論[6]。本試驗采用簡單相關分析、因子分析、回歸分析等方法研究卷煙葉片結構各指標與煙絲結構各指標間的相關關系，建立數(shù)學模型，這些模型能夠較好地預測不同結構葉片切后對應煙絲的尺寸分布，為制定在線葉片結構檢測標準及在打葉復烤上優(yōu)化葉片結構以獲得良好的卷煙物理指標提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

某牌號卷煙原料煙片、卷煙煙絲，由河南中煙工業(yè)有限責任公司提供。

JDX-A01型葉片再切生產線(開封市金建煙草機械有限責任公司)；TQ-2型葉片振動分選篩(鄭州煙草研究院)；YQ-2型煙絲振動分選篩(鄭州煙草研究院)；PL3001-S Mettler電子天平(感量0.1 g，瑞士Mettle公司)；BINDER恒溫恒濕箱(香港路易企業(yè)有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 煙絲取樣 取正常生產時，制絲線進料流量分別為 6 500、5 000、3 500 kg/h時，經JDX-A型葉片再切生產線處理的葉片以及不經該設備處理的正常葉片，作為葉片試驗樣品，共44組，貼好標簽待用；對生產線上的各組葉片樣品進行切絲，分別取切后所對應的煙絲作為試驗樣品，共44組，貼好標簽待用。取樣均在機臺運行穩(wěn)定的狀態(tài)下進行，在 JDX-A01 型截短機出口處取葉片樣品，每組取樣3次，每次隨機取樣4 000 g，所取樣品混合均勻后，采用四分法將其縮減至1 000 g。煙絲樣品取樣點為烘絲后，具體取樣方法參照葉片取樣。若取樣與檢測時間間隔過長，則將樣品放入恒溫恒濕室貯存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 煙絲檢測 將待測樣品平衡48 h后，進行葉片結構及煙絲結構測試，檢測方法均參照國標規(guī)定GB/T 21137—2007《煙葉 片煙大小的測定》、YC/T 146—2001《煙葉 打葉復烤 工藝規(guī)范》等執(zhí)行[7-8]。

葉片結構指標的檢測利用葉片振動分選篩對煙片樣品進行篩分，檢測煙片的大片率(>25.40 mm葉片率)、中片率(>12.70～25.40 mm葉片率)、小片率(>6.35～12.70 mm葉片率)、碎片率(2.36～6.35 mm葉片率)。煙絲結構指標的檢測利用煙絲振動分選篩對煙絲樣品進行篩分，檢測長絲(>3.35 mm)、中絲(>2.50～3.35 mm)、短絲(1.00～2.50 mm)以及碎絲(<1.00 mm)在煙絲中所占的比例。

2 結果與分析

2.1 葉片結構與煙絲結構的簡單相關性分析

對各組試驗樣品的葉片結構及制絲后對應的煙絲結構各指標進行測試，用SPSS軟件對各項指標的檢測結果進行簡單相關性分析[9]，得到葉片結構各指標與制絲后對應煙絲結構各指標間的相關系數(shù)矩陣(表1)。

表1 葉片結構與煙絲結構的簡單相關性

注：“*”表示顯著相關，“**”表示極顯著相關。

分析結果(表1)表明，葉片結構各指標與煙絲結構各指標呈現(xiàn)出不同相關性(正負相關)。長絲率與葉片結構各指標間均存在極顯著的相關關系，具體表現(xiàn)為長絲率與大片率呈現(xiàn)極顯著的正相關關系，與中片率、小片率、碎片率呈極顯著負相關關系。中絲率僅與中片率呈顯著的正相關關系，與其他各項葉片結構指標間的相關性均不顯著，因此若要提高中絲率，必須相應提高中片率。短絲率與葉片結構各指標間均存在極顯著的相關關系，具體表現(xiàn)為短絲率與大片率呈極顯著負相關關系，與中片率、小片率、碎片率呈極顯著正相關關系。整絲率與大片率呈極顯著正相關關系，與中片率、小片率、碎片率呈極顯著負相關關系，因此要提高整絲率，應盡量增加大片率。碎絲率與大片率呈現(xiàn)顯著負相關關系，即制絲后碎絲率隨著原料煙片大片率的增加而降低，碎絲率與中片率呈極顯著正相關關系。

綜上所述，煙絲結構各指標與葉片結構具有不同程度的相關性，即葉片結構直接影響切后的煙絲結構。大片率的增加有助于提高整絲率，降低碎絲率，但同時也會導致長絲率增加，中絲率降低。中片率和小片率的增加均會導致切后碎絲率增加。中絲率與中片率呈顯著的正相關關系。

2.2 葉片結構與煙絲結構關系模型的建立

用SPSS軟件對檢測所得的葉片結構各指標進行簡單相關性分析得到葉片結構各指標間的相關系數(shù)矩陣，結果見表2。

表2 葉片結構各指標間的簡單相關性

由表2可以看出，葉片結構各指標間均具有較強的相關性。若直接用其表征煙絲結構，存在共線性問題，無法消除各變量之間的相關性影響。為解決上述問題，應對葉片結構各指標進行因子分析提取主成分，構建一個能夠客觀反映葉片結構的綜合指標，以期為葉片結構對煙絲結構影響的研究及主成分分析法主成分的合理分組提供依據(jù)。

根據(jù)葉片結構各指標間的相關系數(shù)矩陣，采用主成分分析法，運用SPSS軟件對葉片結構各指標進行因子分析，提取主成分，提取因子的方差貢獻率見表3。由于第1個主成分的累積貢獻率已達到81.295%，故提出1個因子變量，作為綜合因子變量，表4為經方差極大法旋轉的因子載荷矩陣，因子主要表征葉片結構，除與大片率指標呈負相關外，與其他各指標均為正相關關系。

表3 提取因子的方差貢獻率

表4 因子載荷矩陣

由于表3、表4得出的因子載荷矩陣的載荷系數(shù)并不能直接用于表征綜合因子變量，需要將所得因子載荷系數(shù)進行數(shù)據(jù)變換。將葉片結構各指標的方差貢獻率歸一化[各指標因子載荷系數(shù)除以提取因子的方差貢獻率中主成分特征值(3.252)的平方根]得到轉換后各指標的權重系數(shù)依次為：-0.546、0.464、0.531、0.452，進而得到表征葉片結構綜合因子x的表達式：

x=-0.546x1+0.464x2+0.531x3+0.452x4。

式中：x1表示大片率；x2表示中片率；x3表示小片率；x4表示碎片率。

將綜合因子變量x設為自變量，將各項煙絲結構指標設為因變量y(y1、y2、y3、y4、y5分別表示長絲率、中絲率、短絲率、碎絲率、整絲率)，用SPSS軟件進行多元回歸分析。根據(jù)逐步回歸原理，采用SPSS統(tǒng)計軟件對葉片結構指標x與各項煙絲指標y1、y2、y3、y4、y5依次進行逐步回歸分析，得到多元回歸方程及顯著性檢驗結果見表5、表6。

表5 綜合因子變量與煙絲結構各指標間的多元回歸分析結果

注：“—”表示此項無數(shù)據(jù)。

表6 綜合因子變量與煙絲結構各指標間的顯著性檢驗結果

回歸分析結果(表5、表6)表明，葉片結構與長絲率、短絲率、整絲率均存在極顯著的相關關系，與碎絲率呈顯著相關關系，而中絲率指標與綜合因子變量間的相關關系不顯著，故模型構建失敗，這可能是由于中絲率指標受多種因素影響，因此不適合用該葉片結構構建的模型來預測。按照R2排序，各項煙絲結構指標與葉片結構之間的關系密切程度由強到弱的順序依次為短絲率、整絲率、長絲率、碎絲率、中絲率，即煙片的葉片結構對切絲后煙絲的短絲率、整絲率的影響較大[10]。

根據(jù)煙絲結構各指標與綜合因子變量x的擬合所得方程，將構建的綜合因子變量x=-0.546x1+0.464x2+0.531x3+0.452x4代回方程，得到煙絲結構各指標與葉片結構各指標間的關系模型如下：

y1=0.172x1-0.146x2-0.300x3-0.256x4+61.063；

y3=-0.115x1+0.098x2+0.112x3+0.095x4+13.700；

y4=-0.010x1+0.009x2+0.010x3+0.009x4+1.460；

y5=0.135x1-0.115x2-0.131x3-0.112x4+84.893。

2.3 模型驗證

將檢測所得的各項葉片結構數(shù)據(jù)帶入所建模型可得到對應煙絲結構的各項數(shù)據(jù)，將計算值與實測值進行比較，結果見圖1至圖4?？梢钥闯觯媚Ｐ退蟪龅臒熃z結構各指標計算值與實測值吻合程度較好，R2分別為長絲率 0.923，短絲率0.973，碎絲率0.958，整絲率0.967，表明利用所建立的模型能夠較好地預測不同結構葉片切后煙絲的尺寸分布。

上述模型建立了葉片結構與煙絲結構的定量關系，對進一步研究煙絲的合理性生產和利用具有至關重要的作用。利用葉片結構與煙絲結構的關系模型來預測制絲后對應煙絲的尺寸分布可為在線葉片結構檢測標準的制定提供依據(jù)。監(jiān)測葉片結構的波動情況對保證成絲到卷包過程中煙絲結構所涉及物理指標的合格具有重要意義，可根據(jù)一定尺寸范圍的煙絲含量選擇增減相應大小葉片比例，為打葉復烤優(yōu)化葉片結構提供依據(jù)[12-14]。

3 結論與討論

煙絲結構的各指標與葉片結構具有不同程度的相關性，葉片結構直接影響切后的煙絲結構。大片率的增加有助于提高整絲率、降低碎絲率，但同時也會導致長絲率增加、中絲率降低。中片率和小片率的增加，均會導致切后碎絲率增加，中絲率與中片率呈顯著的正相關關系。

建立葉片結構各指標與煙絲結構各指標之間的關系模型，且用所建立模型求出的煙絲結構各指標計算值與實測值吻合程度較好，其R2分別為長絲率0.923，短絲率0.973，碎絲率0.958，整絲率0.967，能夠較好地預測不同結構葉片切后葉絲的尺寸分布。

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