基于相似性原理的煙絲結(jié)構(gòu)分布穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

張 雯，唐 軍，劉 靜，袁仕信，周 冰，高 輝，楊 勇*

(1.云南同創(chuàng)檢測(cè)技術(shù)股份有限公司，云南 昆明 650106；2.云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，云南 昆明 650231；3.云南省煙草煙葉公司，云南 昆明 650218)

煙絲結(jié)構(gòu)是指不同長(zhǎng)度(尺寸)煙絲重量所占的比例，是影響卷煙質(zhì)量的重要因素之一[1]。大量研究表明，煙絲結(jié)構(gòu)對(duì)煙絲填充值、卷接質(zhì)量、卷煙物理指標(biāo)、煙支密度、端部落絲量、焦油釋放量等指標(biāo)均有不同程度的影響[2-10]。在卷煙加工過(guò)程中，將梗絲、膨脹葉絲、再造煙絲及回收煙絲按照產(chǎn)品配方的設(shè)計(jì)要求，準(zhǔn)確、均勻地?fù)脚涞礁稍锶~絲中，并經(jīng)過(guò)加香形成成品煙絲[11]。成品煙絲經(jīng)過(guò)風(fēng)力送絲系統(tǒng)并經(jīng)過(guò)卷煙機(jī)平整器削減，最后進(jìn)入卷制機(jī)組進(jìn)行卷制，在此過(guò)程中，不同時(shí)間點(diǎn)的煙絲結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性勢(shì)必會(huì)對(duì)卷煙綜合品質(zhì)的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。煙絲結(jié)構(gòu)分布穩(wěn)定性作為卷煙加工過(guò)程中的一個(gè)重要質(zhì)量指標(biāo)，其科學(xué)有效的表征方法卻未見(jiàn)報(bào)道。

本文基于相似性原理[12]，利用每個(gè)煙絲樣品7種不同尺寸煙絲重量比例與該批次對(duì)應(yīng)尺寸煙絲重量比例平均值的比值，計(jì)算每個(gè)樣品煙絲結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性系數(shù)，并通過(guò)計(jì)算若干個(gè)樣品煙絲結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性系數(shù)的平均值來(lái)表征該批次成品煙絲及跑條煙絲結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為煙絲結(jié)構(gòu)分布穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)提供了一種科學(xué)有效的表征方法，對(duì)進(jìn)一步提高卷煙精細(xì)化加工水平具有重要意義。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

昆明卷煙廠“云煙”某三類(lèi)規(guī)格卷煙成品煙絲和跑條煙絲。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 成品煙絲和跑條煙絲的取樣 成品煙絲取樣：在成品煙絲風(fēng)力送絲入口每間隔30 s取成品煙絲樣品約1000 g，每個(gè)批次共取樣30次，按取樣順序做好標(biāo)識(shí)待檢。每個(gè)星期取一個(gè)批次，共取成品煙絲樣品3個(gè)批次。

跑條煙絲取樣：在對(duì)應(yīng)批次的成品煙絲經(jīng)過(guò)風(fēng)送系統(tǒng)到達(dá)卷煙機(jī)后，每間隔30 s取跑條煙絲樣品約1000 g，每個(gè)批次共取樣30次，按取樣順序做好標(biāo)識(shí)待檢，共取跑條煙絲樣品3個(gè)批次。

1.2.2 煙絲結(jié)構(gòu)的測(cè)定 參照文獻(xiàn)[13]中的方法利用AS 400旋轉(zhuǎn)篩分儀(德國(guó)Retsch公司，篩網(wǎng)孔徑依次為4.75、4.00、2.50、2.00、1.60、1.00 mm)；對(duì)煙絲結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)定，即每份約1000 g成品煙絲及跑條煙絲樣品均分3次進(jìn)行篩分，篩分條件為：篩分量約330 g，篩網(wǎng)旋轉(zhuǎn)速度220 r/min，每間隔1 min變換一次旋轉(zhuǎn)方向，篩分時(shí)間10 min。每份樣品篩分3次并計(jì)算算術(shù)平均值，得到該樣品的煙絲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 采用Excel 2010軟件進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單個(gè)尺寸煙絲比例表征煙絲結(jié)構(gòu)分布穩(wěn)定性

第1個(gè)批次30個(gè)成品煙絲樣品的煙絲結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。按照傳統(tǒng)的表征方法，通過(guò)不同尺寸煙絲重量比例的離散程度可以在一定程度上評(píng)價(jià)煙絲結(jié)構(gòu)的分布穩(wěn)定性。離散程度越小，表明煙絲結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越高；離散程度越大，表明其穩(wěn)定性越低。不同尺寸煙絲重量比例的離散程度可以用變異系數(shù)(CV)來(lái)表征。由表1可以看出，30個(gè)成品煙絲樣品不同尺寸(S1～S7)煙絲重量比例的變異系數(shù)分別為9.39%、9.29%、15.01%、21.45%、11.43%、11.86%和19.86%，表明不同尺寸煙絲重量比例的變異系數(shù)位于9.29%～21.45%。但采用不同尺寸的煙絲比例對(duì)煙絲結(jié)構(gòu)分布穩(wěn)定性進(jìn)行表征時(shí)，會(huì)得出差異較大的結(jié)論。因此，需要一種綜合的表征方法對(duì)煙絲結(jié)構(gòu)的整體分布穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2 基于相似性原理的煙絲結(jié)構(gòu)分布穩(wěn)定性表征方法

兩個(gè)變量(數(shù)值)之間的相似性程度可以用其比值來(lái)表征，比值越接近1，表明兩個(gè)變量(數(shù)值)之間的相似性越高；比值越偏離1，兩個(gè)變量(數(shù)值)之間的相似性越低。

基于相似性原理的煙絲結(jié)構(gòu)分布穩(wěn)定性綜合表征方法的具體思路：首先根據(jù)若干個(gè)樣品煙絲結(jié)構(gòu)的檢測(cè)結(jié)果，計(jì)算7個(gè)尺寸煙絲的重量比例(Ni(1～7))，針對(duì)每個(gè)尺寸求出平均值(M1～7)，M1～7代表該批次煙絲不同尺寸煙絲比例的整體情況；然后將每個(gè)樣品(N1(1～7)，N2(1～7)，…，Ni(1～7))7個(gè)尺寸的煙絲比例分別除以對(duì)應(yīng)尺寸煙絲比例的平均值M1～7，得到相似系數(shù)(Ri(1～7))，每個(gè)相似系數(shù)代表該樣品某一尺寸煙絲比例與該批次煙絲某一尺寸煙絲比例的相似性或差異程度，比值越接近1，表明該樣品某一尺寸的煙絲比例與整批煙絲該尺寸煙絲比例的相似度越高，反之，相似度越低。進(jìn)一步對(duì)每個(gè)樣品7個(gè)尺寸煙絲的相似系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出每個(gè)樣品的變異系數(shù)(CVi)，并引入穩(wěn)定性系數(shù)(SCi)，其中SCi=1-CVi，用于表征每個(gè)樣品的煙絲結(jié)構(gòu)與整個(gè)批次煙絲結(jié)構(gòu)的相似性或差異程度。同時(shí)，以該批次若干樣品的穩(wěn)定性系數(shù)平均值(SC)來(lái)表征該批次煙絲結(jié)構(gòu)的分布穩(wěn)定性。

上述思路的實(shí)現(xiàn)過(guò)程和某批次煙絲結(jié)構(gòu)變異系數(shù)及穩(wěn)定性系數(shù)的計(jì)算過(guò)程如表2所示。

表1 成品煙絲不同尺寸煙絲比例檢測(cè)結(jié)果

注:S1～S7表示不同尺寸范圍煙絲重量的比例，其中，S1>4.75 mm、4 mm

表2 某批次樣品煙絲結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算過(guò)程

注:“煙絲重量比例”為樣品Ni不同尺寸煙絲重量的比例；“總體平均值”為若干個(gè)樣品不同尺寸煙絲重量比例的平均值；“相似系數(shù)”為樣品Ni不同尺寸煙絲比例與對(duì)應(yīng)尺寸煙絲比例平均值的比值；“相似系數(shù)平均值”為Ni樣品7個(gè)相似系數(shù)的平均值；“相似系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差”為Ni樣品7個(gè)相似系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差；變異系數(shù)(CVi)=相似系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差÷相似系數(shù)平均值×100%；穩(wěn)定性系數(shù)(SCi)=1-變異系數(shù)(CVi)，“綜合穩(wěn)定性系數(shù)”為若干樣品穩(wěn)定性系數(shù)的平均值。下同。

2.3 成品煙絲結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

依據(jù)上述研究思路，并結(jié)合表4某批次樣品Ni煙絲結(jié)構(gòu)變異系數(shù)和穩(wěn)定性系數(shù)的計(jì)算過(guò)程，得到第一批次成品煙絲樣品1～30的煙絲結(jié)構(gòu)變異系數(shù)和穩(wěn)定性系數(shù)，如表3所示。

從表3中30個(gè)樣品的煙絲結(jié)構(gòu)變異系數(shù)或穩(wěn)定性系數(shù)可以看出每個(gè)樣品的煙絲結(jié)構(gòu)與該批次整體煙絲結(jié)構(gòu)的相似性程度或差異程度，30個(gè)樣品的變異系數(shù)位于5.30%～22.22%，穩(wěn)定性系數(shù)位于77.78%～94.70%。此外，由表3中30個(gè)樣品煙絲結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性系數(shù)的平均值可以得出該批次的煙絲結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性系數(shù)為85.33%。

表3 第1批次成品煙絲結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算結(jié)果

根據(jù)上述計(jì)算過(guò)程，分別得到第2批次和第3批次30個(gè)成品煙絲樣品的煙絲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)及綜合穩(wěn)定性系數(shù)(表4)?？梢钥闯觯?個(gè)批次成品煙絲樣品的煙絲結(jié)構(gòu)(不同尺寸煙絲重量比例)較為接近，t檢驗(yàn)結(jié)果表明，3個(gè)批次同一尺寸煙絲比例的差異性均未達(dá)到顯著性水平，表明批次間的成品煙絲結(jié)構(gòu)差異性較小，同時(shí)也說(shuō)明了AS 400旋轉(zhuǎn)篩分儀篩分煙絲結(jié)構(gòu)的重現(xiàn)性及穩(wěn)定性較好。3個(gè)批次成品煙絲結(jié)構(gòu)的變化范圍分別為77.78%～94.70%、81.80%～95.33%和71.97%～93.41%，綜合穩(wěn)定性系數(shù)分別為85.33%、88.04%和86.10%。

2.4 跑條煙絲結(jié)構(gòu)分布穩(wěn)定性

根據(jù)2.2部分煙絲結(jié)構(gòu)分布穩(wěn)定性的表征方法，得到3個(gè)批次跑條煙絲樣品的煙絲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)及穩(wěn)定性系數(shù)(表5)。可以看出，3個(gè)批次跑條煙絲樣品的煙絲結(jié)構(gòu)(不同尺寸煙絲重量比例)也較為接近，同時(shí)t檢驗(yàn)結(jié)果表明，3個(gè)批次同一尺寸煙絲比例的差異性均未達(dá)到顯著性水平，表明批次間的跑條煙絲結(jié)構(gòu)差異性較小，同時(shí)也驗(yàn)證了AS 400旋轉(zhuǎn)篩分儀篩分煙絲結(jié)構(gòu)的重現(xiàn)性及穩(wěn)定性較好。3個(gè)批次跑條煙絲結(jié)構(gòu)變化范圍分別為86.40%～96.54%、84.82%～94.69%和83.78%～97.14%，綜合穩(wěn)定性系數(shù)分別為91.49%、90.18%和90.42%。

2.5 成品煙絲及跑條煙絲結(jié)構(gòu)分布穩(wěn)定性比較

從表4和表5中3個(gè)批次成品煙絲及跑條煙絲結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性系數(shù)及其變化范圍可知，風(fēng)送后并經(jīng)過(guò)卷煙機(jī)平整器削減的跑條煙絲，其煙絲結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性明顯高于風(fēng)送前的成品煙絲。圖1為3個(gè)批次成品煙絲及跑條煙絲結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的趨勢(shì)圖，從圖1可以直觀地看出，跑條煙絲結(jié)構(gòu)的分布穩(wěn)定性總體高于成品煙絲，跑條煙絲結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性系數(shù)總體在90%上下波動(dòng)，而成品煙絲結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性系數(shù)總體在85%上下波動(dòng)。

表4 3個(gè)批次成品煙絲結(jié)構(gòu)及綜合穩(wěn)定性系數(shù)

表5 3個(gè)批次跑條煙絲結(jié)構(gòu)及綜合穩(wěn)定性系數(shù)

圖1 成品煙絲及跑條煙絲結(jié)構(gòu)分布穩(wěn)定性趨勢(shì)圖

3 結(jié)論

(1)為科學(xué)評(píng)價(jià)成品煙絲及跑條煙絲結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性水平，建立了一種基于相似性原理的煙絲結(jié)構(gòu)分布穩(wěn)定性的綜合表征方法。即利用每個(gè)樣品7種尺寸的煙絲比例與對(duì)應(yīng)尺寸比例平均值的比值計(jì)算每個(gè)樣品煙絲結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性系數(shù)來(lái)表征該樣品與該批次煙絲結(jié)構(gòu)的相似性或差異程度。通過(guò)計(jì)算若干個(gè)煙絲樣品穩(wěn)定性系數(shù)的平均值，即可表征該批次成品煙絲或跑條煙絲結(jié)構(gòu)的整體分布穩(wěn)定性。

(2)通過(guò)上述方法，便于生產(chǎn)廠對(duì)同一規(guī)格卷煙不同批次或不同時(shí)間段的煙絲結(jié)構(gòu)分布穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。本文通過(guò)計(jì)算得出了“云煙”某規(guī)格卷煙3個(gè)批次風(fēng)送前成品煙絲結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性系數(shù)為85.33%～88.04%，對(duì)應(yīng)3個(gè)批次跑條煙絲結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性系數(shù)為90.18%～91.49%，跑條煙絲結(jié)構(gòu)的整體分布穩(wěn)定性水平高于風(fēng)送前的成品煙絲。該表征方法對(duì)煙絲結(jié)構(gòu)分布穩(wěn)定性質(zhì)量指標(biāo)的評(píng)價(jià)具有借鑒作用，對(duì)進(jìn)一步提高卷煙精細(xì)化加工水平具有重要意義。