近红外光谱分析在烟叶品质评价及复烤中的研究与应用

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将近红外光谱分析与烟草多组分在线同时测定相结合是烟草复烤行业的发展趋势,其优势在于能同时在线对烟草复烤过程进行品质监控并有效提高烤后片烟质量。探讨烟叶化学成分的变化规律对于改进加工工艺、改善烟叶品质及为卷烟生产提供优质原料具有十分重要的意义。特别是将近红外光谱分析法用于烟叶复烤过程中多种化学成分的在线同时分析,指导和调控实际生产,既能充分发挥近红外光谱法方便、快捷、无损的检测优势,又能将评价烟叶质量好坏的环节提前到复烤阶段,为卷烟厂提供更优质的烟叶,这对烟草行业的技术改造和烟叶质量控制具有重要的实际意义,也是烟草行业创新和发展的重要方向之一。   1、考察了烟叶的颗粒度(3.25mm~5.03mm、1.98mm~3.25mm、1.12mm~1.98mm、小于1.12mm)、装样密度(疏松、正常、紧密)、样品温度(10℃、20℃、30℃、40℃、50℃)和样品湿度(含水率分别为14.97%、16.42%、17.45%、18.70%和19.98%)对近红外光谱测定稳定性的影响。结果显示烟叶颗粒度对钾和氯的测定稳定性影响较大,且随颗粒度不断增大,总氮测定值逐渐稳定,其余五种常规化学成分,即总糖、烟碱、氯、钾、总氮,近红外测定值的稳定性总体上有降低趋势;装样疏密度改变时,钾的测定最不稳定,其次是氯;当样品温度升高时,还原糖、总氮、烟碱和总糖的近红外测定值有下降的趋势,其中还原糖下降幅度最明显,其次是总糖,而钾的测定值随样品温度升高显著增大;湿度增大时,烟叶吸光度增加明显,近红外测定稳定性降低。总体上,烟样颗粒大小控制在1.12-1.98mm,装样紧密,温度在20-30℃,使用含水率较低的烟叶样品,近红外光谱分析结果稳定性较好。   2、用近红外光谱法对2006年湘西主产烟区烟叶进行了常规化学成分分析,并对两大主产区烟叶品质进行比较,结果表明不同产地、不同等级的烟叶常规化学成分含量存在很大的差异。通过与优质烟叶和云南烟叶的对比分析发现:湘西两大主产烟区烟叶的总糖含量较优质烟叶稍偏高,烟碱、氯、总氮含量适宜,钾含量普遍偏低;常规化学成分含量均低于云南烟叶,协调性不如云南烟叶。对2007年湘西烟叶常规化学成分的聚类分析与综合评价表明:龙山烟区的下部烟品质最好,其次为吉首下部烟;从聚类分析来看,龙山、怀化和吉首的中部烟可归为一类,龙山、吉首与怀化上部烟可归为一类,龙山下部烟与永顺中部烟可归为一类。   3、用烘箱模拟在线烘烤工段,用近红外光谱分析研究了离线烘烤后烟叶常规化学成分的含量及其均匀性变化。设定在不同的时间和温度下烘烤烟样,并测定烘烤前后烟样的常规化学成分,对测定的数据进行综合分析与评价。结果表明:综合考虑烤后烟叶的常规化学成分含量及其变异系数得到低温(70℃-85℃)慢烤(10min-12min)有利于提高烟叶常规化学成分均匀性。   4、用近红外光谱对烟样回潮条件下的常规化学成分含量进行测定,研究了正交优化法优化离线回潮条件对烟样化学成分均匀性的影响。用恒温恒湿箱中的增湿功能模拟在线回潮工段,设计了三因子三水平的正交表,以回潮后常规化学成分近红外测定值的平均变异系数为考察指标进行综合分析。结果表明最佳回潮条件为温度80℃,时间2min,湿度90%R.H.。   5、根据离线小试的初步结论和实际生产参数调整的可行性,以近红外光谱及时测定实际生产过程中烟叶常规化学成分数据为基础,对在线生产工艺参数进行了优化设计,以期指导实际生产过程,并对工艺参数进行合理调控,提高烟叶综合品质。按照实际生产条件,设置了烘烤第三区温度、冷却区温度、回潮区温度和主变频率的不同水平,进行单因子实验。在复烤机入口和出口取样,每5min取一次,每种条件下平行取样十次。对样品的测定和分析表明:当烘烤区温度为85℃时,有利于各常规化学成分分布更均匀;冷却温度下降时,各常规化学成分大都有不同程度的减少,分布均匀性变化不一致;在85℃回潮后,烟叶中还原糖、钾、总氮、烟碱和总糖分布均匀性较好;还原糖和总糖的分布均匀性随频率升高而提高,总氮和烟碱的分布均匀性随频率增加先下降后升高,而钾和氯的分布均匀性则先升后降。
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