基于均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)的常規(guī)化學(xué)成分與摻配比例相關(guān)性研究

劉帥東 徐磊 潘廣樂(lè) 王宗英 王永紅 趙龍

摘 要：在葉絲重量不變的前提下，本文采用均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)法，對(duì)梗絲摻配比例和再造煙葉摻配比例進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，再將摻配比例與試驗(yàn)樣品的常規(guī)化學(xué)成分進(jìn)行二元線性回歸分析。結(jié)果表明，梗絲摻配比例與煙堿含量、鉀氯比存在極顯著的負(fù)相關(guān)性，與氯含量、糖堿比存在極顯著正的正相關(guān)性;總糖和還原糖含量差值與梗絲摻配比例和再造煙葉摻配比例有極顯著的相關(guān)性，可將總糖和還原糖含量差值作為特征指標(biāo)建立摻配比例驗(yàn)證模型。

關(guān)鍵詞：卷煙;均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì);化學(xué)成分;摻配比例

Abstract： Under the premise of constant tobacco leavesweight， a uniform experimental design method was used to design the blending ratio of tobacco stem and reconstituted tobacco leaves， and the binary linear regression analysis was performed on the blending ratio and the conventional chemical composition of the samples in this paper. The results showed that the blending ratio of tobacco stem had extremely significant negative correlation with nicotine content and potassium-to-chlorine ratio， and had extremely significant positive correlation with chlorine content and total sugar-to-nicotine ratio; the value of total sugar contentminus reducing sugar content had a very significant correlation with the blending ratio of tobacco stem and the blending ratio of reconstituted tobacco leaves， the value of total sugar content minus reducing sugar content could be used as a characteristic index to establish a blending ratio verification model.

Keywords： cigarettes;uniform experimental design;chemical composition;blending ratio

卷煙中煙梗和再造煙葉常作為摻配物用于降低卷煙煙堿和焦油含量，同時(shí)還可有效降低卷煙成本。在卷煙生產(chǎn)過(guò)程中，煙梗和再造煙葉加工成絲后均勻地加入葉絲中。煙草物料的混合效果越好，卷煙成品的物理和感官質(zhì)量的穩(wěn)定性越好。但煙梗和再造煙葉在感官質(zhì)量方面表現(xiàn)出木質(zhì)氣稍重、余味殘留、刺激性稍大等缺點(diǎn)，因此，常將煙梗和再造煙葉以一定比例添加于中、低檔卷煙產(chǎn)品中，在保證卷煙產(chǎn)品感官質(zhì)量協(xié)調(diào)的同時(shí)達(dá)到減害降焦的目的。

煙草常規(guī)化學(xué)成分（還原糖、總糖、煙堿、氯、鉀、總氮）是表征煙草質(zhì)量的常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目[1]，有研究表明，煙草常規(guī)化學(xué)成分對(duì)煙草感官質(zhì)量、卷煙主流煙氣指標(biāo)等有較大的影響[2-3]。煙葉、煙梗、再造煙葉的常規(guī)化學(xué)成分存在差異，可以利用混合物中某組分性質(zhì)差異評(píng)價(jià)混合均勻度[4]。均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)是方開(kāi)泰自主開(kāi)發(fā)的一種試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，可以滿足多因素多水平而試驗(yàn)次數(shù)又少的試驗(yàn)要求[5]，而在多因素多水平條件下，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)次數(shù)較多，因此本文采用均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。

本文采用均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過(guò)常規(guī)化學(xué)成分與梗絲、再造煙葉的摻配比例的二元回歸分析，確定一個(gè)與摻配比例顯著相關(guān)的常規(guī)化學(xué)成分特征性指標(biāo)，用于建立摻配比例評(píng)價(jià)模型，借此對(duì)卷煙工藝參數(shù)、卷煙設(shè)備進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，最終達(dá)到提高卷煙產(chǎn)品物理和感官質(zhì)量穩(wěn)定性的目的。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

供試樣品為陜西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司某牌號(hào)卷煙配方葉組（純?nèi)~絲）、某品牌梗絲、再造煙葉（廣東金科再造煙葉有限公司）。

連續(xù)流動(dòng)分析儀（法國(guó)AMS-Alliance，Alliance-Futurall），電子天平（梅特勒-托利多，感量：0.001 g）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 煙絲處理。將再造煙葉切絲，固定葉絲重量（15 kg），將梗絲摻配比例和再造煙葉摻配比例作為雙因素，各取10個(gè)水平，如表1所示。

1.2.2 常規(guī)化學(xué)成分檢測(cè)。摻配均勻后，每個(gè)樣品取樣100 g，按照《煙草及煙草制品 水溶性糖的測(cè)定 連續(xù)流動(dòng)法》（YC/T 159—2002）方法[6]測(cè)定還原糖和總糖的含量，按照《煙草及煙草制品 總植物堿的測(cè)定 連續(xù)流動(dòng)法》（YC/T 160—2002）方法[7]測(cè)定煙堿含量，按照《煙草及煙草制品 總氮的測(cè)定 連續(xù)流動(dòng)法》（YC/T 161—2002）方法[8]測(cè)定總氮含量，按照《煙草及煙草制品 氯的測(cè)定 連續(xù)流動(dòng)法》（YC/T 162—2011）方法[9]測(cè)定氯含量，按照《煙草及煙草制品 鉀的測(cè)定 連續(xù)流動(dòng)法》（YC/T 217—2007）方法[10]測(cè)定鉀含量。每個(gè)樣品重復(fù)檢測(cè)5次。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析。使用Excel 2016軟件對(duì)常規(guī)化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果與梗絲摻配比例、再造煙葉摻配比例進(jìn)行二元回歸分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 常規(guī)化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果與二元回歸分析

梗絲摻配比例和再造煙葉摻配比例之間不存在相互影響作用，因此對(duì)樣品的常規(guī)化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果（見(jiàn)表3）與煙絲摻配比例進(jìn)行二元線性回歸分析，結(jié)果如表4所示。

2.2 分析與討論

由表4可以看出，鉀含量和總氮含量與梗絲比例和再造煙葉比例的擬合度較差（R2分別為0.155、0.246）。原因可能是與葉絲相比，梗絲、再造煙葉中的鉀含量和總氮含量差異較?。ㄒ?jiàn)表3）。所以，鉀含量和總氮含量不能作為摻配比例的特征性指標(biāo)。

還原糖含量、總糖含量與梗絲比例和再造煙葉比例的擬合度稍差（R2分別為0.536、0.508），而且F值均大于0.05，表明梗絲比例和再造煙葉比例與還原糖含量、總糖含量的線性相關(guān)性不顯著。因此，還原糖含量、總糖含量不能作為摻配比例的特征性指標(biāo)。

煙堿含量、氯含量與梗絲比例和再造煙葉比例的擬合度較好（R2分別為0.933.0.886），而且F值遠(yuǎn)小于0.01，說(shuō)明梗絲比例和再造煙葉比例與煙堿含量、氯含量存在極顯著的線性相關(guān)性。但再造煙葉比例的P值均大于0.05，梗絲比例的P值均遠(yuǎn)小于0.01，說(shuō)明再造煙葉比例與煙堿含量和氯含量的線性相關(guān)性不顯著，梗絲比例與煙堿含量存在極顯著的負(fù)相關(guān)性，與氯含量存在極顯著的征相關(guān)性。這可能是因?yàn)榕c葉絲相比，梗絲中煙堿含量較低而氯含量較高，與葉絲差異較大。因此，煙堿含量和氯含量不能作為摻配比例的特征性指標(biāo)。

從常規(guī)化學(xué)成分與梗絲比例和再造煙葉比例回歸分析結(jié)果來(lái)看，簡(jiǎn)單的一維指標(biāo)均不能直接作為特征指標(biāo)，分析常規(guī)化學(xué)成分與梗絲比例和再造煙葉比例的相關(guān)性，與文獻(xiàn)[11]研究相符。為此，參考文獻(xiàn)[12]的做法，對(duì)常規(guī)化學(xué)成分的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行處理（見(jiàn)表5）。然后對(duì)煙絲化學(xué)成分指標(biāo)的派生值與摻配比例進(jìn)行二元回歸分析，結(jié)果如表6所示。

結(jié)果顯示，糖氮比與梗絲比例和再造煙葉比例的擬合度稍差（R2=0.505），F(xiàn)值大于0.05，表明梗絲比例和再造煙葉比例與糖氮比的線性相關(guān)性不顯著。因此，糖氮比不能作為摻配比例的特征性指標(biāo)。

鉀氯比、糖堿比與梗絲比例和再造煙葉比例的擬合度稍好（R2分別為0.781、0.877），而且F值遠(yuǎn)小于0.05，說(shuō)明梗絲比例和再造煙葉比例與鉀氯比、糖堿比存在顯著的線性相關(guān)性。但再造煙葉比例的P值均大于0.05，梗絲比例的P值均遠(yuǎn)小于0.01，說(shuō)明再造煙葉比例與鉀氯比、糖堿比的線性相關(guān)性不顯著，而梗絲比例與鉀氯比存在極顯著的負(fù)相關(guān)性，與糖堿比存在極顯著的正相關(guān)性。這可能是因?yàn)榕c葉絲相比，梗絲的鉀氯比較低而糖堿比較高，與葉絲差異較大，而再造煙葉的鉀氯比和糖堿比與葉絲差異相對(duì)較小。因此，鉀氯比和糖堿比不能作為摻配比例的特征性指標(biāo)。

總糖和還原糖含量差值與梗絲比例和再造煙葉比例的回歸方程擬合度較好（R2=0.927），F(xiàn)值遠(yuǎn)小于0.01，說(shuō)明梗絲比例和再造煙葉比例與總糖和還原糖含量差值存在極顯著的線性關(guān)系，梗絲比例和再造煙葉比例的P值均小于0.01，說(shuō)明梗絲比例與總糖和還原糖含量的差值存在極顯著的正相關(guān)性，再造煙葉比例與總糖和還原糖含量的差值存在極顯著的負(fù)相關(guān)性。因此，總糖和還原糖含量的差值可以作為摻配比例的特征性指標(biāo)。

3 結(jié)論

梗絲摻配比例與煙堿含量、鉀氯比存在極顯著的負(fù)相關(guān)性，與氯含量、糖堿比存在極顯著正的征相關(guān)性。當(dāng)葉絲重量不變時(shí)，總糖和還原糖含量的差值可以作為梗絲和再造煙葉摻配比例的特征性指標(biāo)，并以此建立梗絲和再造煙葉摻配比例的驗(yàn)證模型。

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