CN103674875B - 一种基于紫外光谱的烟叶发酵适宜度识别方法 - Google Patents
一种基于紫外光谱的烟叶发酵适宜度识别方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于光谱分析技术领域，公开了一种基于紫外光谱的烟叶发酵适宜度识别方法。本发明制备不同地区不同等级适度发酵烟叶样品以及待测烟叶样品供试液；采集不同地区不同等级适度发酵烟叶样品的紫外光谱，建立适度发酵烟叶的紫外光谱图库；采集待测烟叶样品的紫外光谱，与紫外光谱图库中对应的同产区同等级烟叶的光谱图进行对比，判别待测烟叶的发酵适宜度。本发明科学合理地采用石油醚、氯仿、无水乙醇、水4种不同溶剂提取烟叶不同极性成分，根据烟叶发酵程度的不同引起的紫外光谱差异，能够整体、宏观地对烟叶的发酵程度作出准确判别，建立了量化判别烟叶发酵度识别方法并做了科学验证，具有较好的稳健性，科学可行。
Description
技术领域
本发明属于光谱分析技术领域，涉及一种烟叶发酵适宜度的识别方法，更具体地，涉及一种基于紫外光谱的烟叶发酵适宜度识别方法。
背景技术
卷烟工业将经过打叶、复烤而未经发酵的干烟叶称为新烟。新烟不适宜吸食，更不宜直接用来进行卷烟工业生产，还必须进行发酵处理。在此过程中，烟叶的青杂气和刺激性将大大减少，香味显露，吃味醇和，颜色均匀并加深。但随着储存时间的不断延长，烟叶质量又会朝变坏的方向发展，烟叶色泽过暗，弹性不足，香气缺少。因此，需要对烟叶的发酵程度进行控制，确定不同地区不同等级烟叶的适宜发酵度。
对于烤烟发酵度的控制指标或评价方法，目前尚处在研究阶段。汤朝起等以S值作为特征指标，研究S值的变化规律与烟叶发酵质量的关系，经过评吸，认为当S值达到5.1左右时，烟叶质量最好。郁建平等研究认为烟叶的品质与烟叶的颜色密切相关，可作为烟叶发酵质量的评价指标，颜色用吸光度表示，A在0.40～0.55时，烟叶质量最好，A大于0.55或A小于0.40时，烟叶质量较差。黄乐平等人以云南烟叶为样品，进行碘值法判断烟叶醇化程度的研究，研究结果认为：当滴定值小于1时，表明烟叶样品为未开始发酵或正在发酵，当滴定值大于1小于5时，表明烟叶样品已经发酵完全，当滴定值大于5时，表明烟叶发酵过度。
上述有关烟叶发酵度的研究中，仅对烟叶发酵过程中某一类化学成分或某项指标进行分析来评价烟叶的发酵度与烟叶质量的关系，如吸光度值仅从颜色变化（外观）方面来评价烟叶的发酵度与烟叶质量的关系；碘值法仅能通过烟叶中的还原性物质（部分化学成分）多少评价烟叶的发酵度与烟叶质量的关系，这些方法用于烟叶发酵度的判定明显存在一定的局限性。因为烟叶化学成分复杂，其包括羰基化合物、氨基酸及其衍生物、蛋白质及其含氮化合物、生物碱和其他含氮杂环化合物、酶、有机酸、酚类化合物、色素、矿物质等，烟叶质量（包括外观质量和抽吸品质）优质，是烟叶所含化学成分的综合外在和内在体现，所以仅从颜色变化（主要是色素类成分）或氧化能力强弱（还原性物质多少）来评价烟叶的发酵度与烟叶质量的关系是不全面的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有烟叶发酵度识别技术的不足，提供一种基于紫外光谱的烟叶发酵适宜度识别方法，能够基于不同发酵度烟叶的紫外光谱差异，快速、便捷、整体宏观地评价烟叶发酵适宜度。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
提供一种基于紫外光谱的烟叶发酵度识别方法，包括以下步骤：
S1.制备不同地区不同等级适度发酵烟叶样品以及待测烟叶样品供试液；
S2.采集不同地区不同等级适度发酵烟叶样品的紫外光谱，建立适度发酵烟叶的紫外光谱图库；
S3.采集待测烟叶样品的紫外光谱，与紫外光谱图库中对应的同产区同等级烟叶的光谱图进行对比，判别待测烟叶的发酵适宜度。
烟叶经过相当时间的储存过程后，在颜色、香气、吃味等方面都发生了显著的变化，经过储存的烟叶品质的变化称之为自然醇化。S1或S2所述的适度发酵烟叶，为自然醇化过程中感官评吸打分最高时的烟叶。
S1所述烟叶样品供试液的制备方法为是采用石油醚、氯仿、无水乙醇、水4种不同溶剂提取烟叶不同极性成分制备得到供试液；
优选地，S1是称取干燥至恒重的烟叶0.1g，依次以25ml石油醚、25ml氯仿、50ml无水乙醇、50ml水回流提取1h，过滤得到石油醚提取液、氯仿提取液、水提取液、无水乙醇提取液，将石油醚提取液、氯仿提取液、水提取液分别用相应溶剂稀释2倍，将无水乙醇提取液用无水乙醇稀释20倍。
S2是在190nm～400nm波长范围内建立紫外光谱图库。
优选地，S2所述烟叶样品紫外光谱采集方法为，将制备的烟叶样品供试液置1cm石英比色皿中，以相应溶剂为空白对照，采用紫外分光光度计在190nm～400nm波长范围内扫描，记录不同地区不同等级适度发酵烟叶的不同溶剂部位紫外光谱图，建立适度发酵烟叶的紫外光谱图库。
S3所述对比主要基于紫外光谱形状特征、光谱匹配因子、特征谱峰峰面积的比对。
优选地，S3所述的待测烟叶样品发酵适宜度判别方法为，将待测烟叶样品的紫外光谱，与紫外光谱图库中对应的同产区同等级烟叶的光谱图进行紫外光谱形状特征、光谱匹配因子、特征谱峰峰面积比对，三者均相近时，判别待测烟叶发酵度为适宜。
所述紫外光谱形状特征比对为：将待测烟叶样品的紫外光谱，与紫外光谱图库中对应的光谱图进行峰数、峰位、峰形的相似性比对，二者越相近，待测烟叶发酵度越适宜。
所述紫外光谱匹配因子比对为，按下式计算：
其中，值x与y分别是第一和第二光谱中测量的吸光度（波长相同）；n是数据点个数，Σ是数据的加和，匹配因子大于990时表示光谱相似，越接近1000待测烟叶发酵度越适宜。
特征谱峰峰面积比对为：计算烟叶样品紫外光谱图中石油醚部位295nm～208nm、氯仿部位325nm～235nm、乙醇部位290nm～198nm、水部位340nm～270nm波长段的总峰面积，比对待测样品与紫外光谱图库中对应光谱图总峰面积，4个溶剂部位的峰面积均与光谱图库中对应产区对应等级烟叶的紫外光谱峰面积越相近，待测烟叶发酵度越适宜。
本发明方法可以很好地应用于检测和/或确定烟叶适宜的发酵时间和方法方面。
本发明的有益效果：
本发明基于长期大量的实验研究和分析总结，对于混合物体系，紫外光谱的峰形、峰位、峰面积代表着体系中所含各种成分分子和相应基团的谱峰的叠加，混合物各种成分和含量的变化将直接导致紫外光谱图的变化，本发明科学合理地采用石油醚、氯仿、无水乙醇、水4种不同溶剂提取烟叶不同极性成分，根据烟叶发酵程度的不同引起的紫外光谱差异，能够整体、宏观地对烟叶的发酵程度作出准确判别，建立了量化判别烟叶发酵度识别方法并做了科学验证，以本发明识别方法识别烟叶发酵度的准确率检验结果是99%以上。基于紫外光谱的烟叶发酵度识别方法具有较好的稳定性和重现性，科学可行。
本发明采用的方法和所用仪器较为通用，操作方法简便、快速，分析方法简单，易于推广。
附图说明
图1为贵州X2F（醇化13个月）建立的紫外光谱共有模式图库，
a.水部位；b.乙醇部位；c.石油醚部位；d.氯仿部位。
图2为贵州C3F（醇化23个月）建立的紫外光谱共有模式图库，
a.水部位；b.乙醇部位；c.石油醚部位；d.氯仿部位。
图3为湖南B2F（醇化26个月）建立的紫外光谱共有模式图库，
a.水部位；b.乙醇部位；c.石油醚部位；d.氯仿部位。
图4为文山B2F（醇化25个月）建立的紫外光谱共有模式图库，
a.水部位；b.乙醇部位；c.石油醚部位；d.氯仿部位。
图5未知发酵度贵州X2F与适度发酵贵州X2F紫外光谱共有模式图对比，
（a1.未知发酵度贵州X2F水部位；a2.适度发酵贵州X2F水部位；b1.未知发酵度贵州X2F乙醇部位；b2.适度发酵贵州X2F乙醇部位；c1.未知发酵度贵州X2F石油醚部位；c2.适度发酵贵州X2F石油醚部位；d1未知发酵度贵州X2F氯仿部位；d2适度发酵贵州X2F氯仿部位）。
图6未知发酵度贵州C3F与适度发酵贵州C3F紫外光谱共有模式图对比，
（a1.未知发酵度贵州C3F水部位；a2.适度发酵贵州C3F水部位；b1.未知发酵度贵州C3F乙醇部位；b2.适度发酵贵州C3F乙醇部位；c1.未知发酵度贵州C3F石油醚部位；c2.适度发酵贵州C3F石油醚部位；d1未知发酵度贵州C3F氯仿部位；d2适度发酵贵州C3F氯仿部位）。
图7未知发酵度湖南B2F与适度发酵湖南B2F紫外光谱共有模式图对比，
（a1.未知发酵度湖南B2F水部位；a2.适度发酵湖南B2F水部位；b1.未知发酵度湖南B2F乙醇部位；b2.适度发酵湖南B2F乙醇部位；c1.未知发酵度湖南B2F石油醚部位；c2.适度发酵湖南B2F石油醚部位；d1未知发酵度湖南B2F氯仿部位；d2适度发酵湖南B2F氯仿部位）。
图8未知发酵度文山B2F与适度发酵文山B2F紫外光谱共有模式图对比，
（a1.未知发酵度文山B2F水部位；a2.适度发酵文山B2F水部位；b1.未知发酵度文山B2F乙醇部位；b2.适度发酵文山B2F乙醇部位；c1.未知发酵度文山B2F石油醚部位；c2.适度发酵文山B2F石油醚部位；d1未知发酵度文山B2F氯仿部位；d2适度发酵文山B2F氯仿部位）。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步说明本发明，除非特别说明，本发明实施例采用的试剂原料为常规市购的试剂原料，除非特别说明，采用的方法设备为本领域常规的方法和设备。
实施例1适度发酵烟叶紫外光谱图库的建立
适度发酵烟叶为自然醇化过程中感官评吸打分最高时的烟叶。建立光谱图库的烟叶样品及感官评吸结果见表1所示（感官评吸打分采用10分制）。
由表1可知，贵州X2F醇化13个月、贵州C3F醇化23个月、湖南B2F醇化26个月、文山B2F醇化25个月时感官评吸打分最高，所以选取醇化13个月的贵州X2F、醇化23个月的贵州C3F、醇化26个月的湖南B2F、醇化25个月的文山B2F作为建立适度发酵烟叶紫外光谱图库的标准样。本实施例采用的烟叶是从烟厂正在使用的烟叶样品中选出，为最适宜在卷烟配方中使用的烟叶。烟叶样品仅为说明本发明思想使用，并不因此将本发明限定于所述烟叶样品。
供试液的制备：精密称取干燥至恒重的烟叶各0.1g，依次以25ml石油醚、25ml氯仿、50ml无水乙醇、50ml水回流提取1h，过滤得到石油醚提取液、氯仿提取液、水提取液、无水乙醇提取液，将石油醚提取液、氯仿提取液、水提取液分别用相应溶剂稀释2倍，将无水乙醇提取液用无水乙醇稀释20倍。
紫外光谱采集及处理：将供试液置于1cm石英比色皿中，以相应溶剂为空白对照，采用紫外分光光度计在190nm～400nm波长范围内扫描，共扫描10次，记录不同地区不同等级适度发酵烟叶的不同溶剂部位紫外光谱图，采用平均法生成紫外光谱共有模式，建立适度发酵烟叶的紫外光谱图库。共有模式光谱图见附图1～附图4。
表1不同醇化时间烟叶感官评吸结果
实施例2贵州X2F发酵适宜度的判别
供试液的制备：精密称取干燥至恒重的贵州X2F烟叶0.1g，依次以25ml石油醚、25ml氯仿、50ml无水乙醇、50ml水回流提取1h，过滤得到石油醚提取液、氯仿提取液、水提取液、无水乙醇提取液，将石油醚提取液、氯仿提取液、水提取液分别用相应溶剂稀释2倍，将无水乙醇提取液用无水乙醇稀释20倍。
紫外光谱采集及处理：将供试液置1cm石英比色皿中，以相应溶剂为空白对照，采用紫外分光光度计在190nm～400nm波长范围内扫描，记录不同溶剂部位紫外光谱图。
发酵适宜度的判别：将采集的烟叶样品的紫外光谱，与实施例1建立的紫外光谱图库中的贵州X2F适度发酵烟叶共有模式光谱图进行紫外光谱形状特征、光谱匹配因子，以及石油醚部位295nm～208nm、氯仿部位325nm～235nm、乙醇部位290nm～198nm、水部位340nm～270nm波长段的总峰面积比对，三者均相近时，判别待测烟叶发酵度为适宜。
比对方法如下：
所述紫外光谱形状特征比对为：将待测烟叶样品的紫外光谱，与紫外光谱图库中对应的光谱图进行峰数、峰位、峰形的相似性比对，二者越相近，待测烟叶发酵度越适宜。
所述紫外光谱匹配因子比对为，按下式计算：
其中，值x与y分别是第一和第二光谱中测量的吸光度（波长相同）；n是数据点个数，Σ是数据的加和，匹配因子大于990时表示光谱相似，越接近1000待测烟叶发酵度越适宜。
特征谱峰峰面积比对为：计算烟叶样品紫外光谱图中石油醚部位295nm～208nm、氯仿部位325nm～235nm、乙醇部位290nm～198nm、水部位340nm～270nm波长段的总峰面积，比对待测样品与紫外光谱图库中对应光谱图总峰面积，4个溶剂部位的峰面积均与光谱图库中对应产区对应等级烟叶的紫外光谱峰面积越相近，待测烟叶发酵度越适宜。
比对结果见表2，表3和表4，谱图对比见附图5。
表2紫外光谱形状特征比较
备注：A268.6=0.707表示在268.6nm波长处有一吸收峰，吸光度为0.707，以下同。
表3特征谱峰峰面积比较
表4光谱匹配因子比较
由附图5和表2、表3、表4可知，待判别样品与紫外光谱库中贵州X2F适度发酵的共有模式光谱图形状相似，4个溶剂部位的峰数和峰位基本相同，各溶剂部位的总面积在适度发酵总峰面积的80%～120%范围内，光谱匹配因子基本在0.990以上，所以待判别样品发酵度为适宜。
实施例3贵州C3F发酵适宜度的判别
供试液的制备：精密称取干燥至恒重的贵州C3F烟叶0.1g，依次以25ml石油醚、25ml氯仿、50ml无水乙醇、50ml水回流提取1h，过滤得到石油醚提取液、氯仿提取液、水提取液、无水乙醇提取液，将石油醚提取液、氯仿提取液、水提取液分别用相应溶剂稀释2倍，将无水乙醇提取液用无水乙醇稀释20倍。
紫外光谱采集及处理：将供试液置1cm石英比色皿中，以相应溶剂为空白对照，采用紫外分光光度计在190nm～400nm波长范围内扫描，记录不同溶剂部位紫外光谱图。
发酵适宜度的判别：将采集的烟叶样品的紫外光谱，与实施例1建立的紫外光谱图库中的贵州C3F适度发酵烟叶共有模式光谱图进行紫外光谱形状特征、光谱匹配因子，以及石油醚部位295nm～208nm、氯仿部位325nm～235nm、乙醇部位290nm～198nm、水部位340nm～270nm波长段的总峰面积比对，比对方法同实施例2。结果见表5，表6和表7，谱图对比见附图6。
表5紫外光谱形状特征比较
表6特征谱峰峰面积比较
表7光谱匹配因子比较
由图6和表5、表6、表7可知，待判别样品与紫外光谱库中贵州C3F适度发酵的共有模式光谱图形状相差较大，4个溶剂部位的峰数和峰位不完全相同，各溶剂部位的总面积不在适度发酵总峰面积的80%～120%范围内，光谱匹配因子均在0.990以下，所以待判别样品发酵度为不适宜。
实施例4湖南B2F发酵度的判别
供试液的制备：精密称取干燥至恒重的湖南B2F烟叶0.1g，依次以25ml石油醚、25ml氯仿、50ml无水乙醇、50ml水回流提取1h，过滤得到石油醚提取液、氯仿提取液、水提取液、无水乙醇提取液，将石油醚提取液、氯仿提取液、水提取液分别用相应溶剂稀释2倍，将无水乙醇提取液用无水乙醇稀释20倍。
紫外光谱采集及处理：将供试液置1cm石英比色皿中，以相应溶剂为空白对照，采用紫外分光光度计在190nm～400nm波长范围内扫描，记录不同溶剂部位紫外光谱图。
发酵适宜度的判别：将采集的烟叶样品的紫外光谱，与实施例1建立的紫外光谱图库中的湖南B2F适度发酵烟叶共有模式光谱图进行紫外光谱形状特征、光谱匹配因子，以及石油醚部位295nm～208nm、氯仿部位325nm～235nm、乙醇部位290nm～198nm、水部位340nm～270nm波长段的总峰面积比对，比对方法同实施例2。结果见表8，表9和表10，谱图对比见附图7。
表8紫外光谱形状特征比较
表9特征谱峰峰面积比较
表10光谱匹配因子比较
由图7和表8、表9、表10可知，待判别样品与紫外光谱库中湖南B2F适度发酵的共有模式光谱图形状相差较大，4个溶剂部位的峰数和峰位不相同，各溶剂部位的总面积不在适度发酵总峰面积的80%～120%范围内，石油醚部位、氯仿部位光谱匹配因子在0.990以下，所以待判别样品发酵度为不适宜。
实施例5文山B2F发酵度的判别
供试液的制备：精密称取干燥至恒重的文山B2F烟叶0.1g，依次以25ml石油醚、25ml氯仿、50ml无水乙醇、50ml水回流提取1h，过滤得到石油醚提取液、氯仿提取液、水提取液、无水乙醇提取液，将石油醚提取液、氯仿提取液、水提取液分别用相应溶剂稀释2倍，将无水乙醇提取液用无水乙醇稀释20倍。
紫外光谱采集及处理：将供试液置1cm石英比色皿中，以相应溶剂为空白对照，采用紫外分光光度计在190nm～400nm波长范围内扫描，记录不同溶剂部位紫外光谱图。
发酵适宜度的判别：将采集的烟叶样品的紫外光谱，与实施例1建立的紫外光谱图库中的文山B2F适度发酵烟叶共有模式光谱图进行紫外光谱形状特征、光谱匹配因子，以及石油醚部位295nm～208nm、氯仿部位325nm～235nm、乙醇部位290nm～198nm、水部位340nm～270nm波长段的总峰面积比对，比对方法同实施例2。结果见表11，表12和表13，谱图对比见附图8。
表11紫外光谱形状特征比较
表12特征谱峰峰面积比较
表13光谱匹配因子比较
由图8和表11、表12、表13可知，待判别样品与紫外光谱库中文山B2F适度发酵的共有模式光谱图形状相差较大，4个溶剂部位的峰数和峰位不相同，各溶剂部位的总面积不在适度发酵总峰面积的80%～120%范围内，光谱匹配因子均在0.990以下，所以待判别样品发酵度为不适宜。
实施例6
随机选取待判别样品，分别采用感官评吸方法和采用本发明方法对其发酵度是否适宜进行判别，结果如表14，表14中，感官评吸结果为10个评吸专家对随机样品的评吸结果。
表14应用模型对感官评吸值的预测效果
实验结果证明，本发明方法能够整体、宏观地对烟叶的醇化质量作出评价，具有较好的稳定性，重现性，科学准确。以上为本发明大量验证实施例中典型实施例说明，其他实施例不能在此一一赘述。多次的实验总结表明，以本发明识别方法识别烟叶发酵度的准确率检验结果是99%以上。基于紫外光谱的烟叶发酵度识别方法具有较好的稳定性，科学可行。
Claims (9)
1.一种基于紫外光谱的烟叶发酵度识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.制备不同地区不同等级适度发酵烟叶样品以及待测烟叶样品供试液；
S2.采集不同地区不同等级适度发酵烟叶样品的紫外光谱，建立适度发酵烟叶的紫外光谱图库；
S3.采集待测烟叶样品的紫外光谱，与紫外光谱图库中对应的同产区同等级烟叶的光谱图进行对比，判别待测烟叶的发酵适宜度；
S1或S2所述的适度发酵烟叶，为自然醇化过程中感官评吸打分最高时的烟叶。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1所述烟叶样品供试液的制备方法为，称取干燥至恒重的烟叶0.1g，依次以25ml石油醚、25ml氯仿、50ml无水乙醇、50ml水回流提取1h，过滤得到石油醚提取液、氯仿提取液、水提取液、无水乙醇提取液，将石油醚提取液、氯仿提取液、水提取液分别用相应溶剂稀释2倍，将无水乙醇提取液用无水乙醇稀释20倍。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2所述烟叶样品紫外光谱采集方法为，采用紫外分光光度计，将制备的烟叶样品供试液在190nm～400nm波长范围内扫描，记录不同地区不同等级适度发酵烟叶的不同溶剂部位紫外光谱图，以相应溶剂为空白对照，建立适度发酵烟叶的紫外光谱图库。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S3所述烟叶发酵适宜度判别方法为，将待测烟叶样品的紫外光谱与紫外光谱图库中对应的同产区同等级烟叶的光谱图进行紫外光谱形状特征、光谱匹配因子、特征谱峰峰面积比对，三者均相近时，判别待测烟叶发酵度为适宜。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述紫外光谱形状特征比对为，将待测烟叶样品的紫外光谱，与紫外光谱图库中对应的光谱图进行峰数、峰位、峰强度、峰形的相似性比对，二者越相近，待测烟叶发酵度越适宜。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述光谱匹配因子按下式计算：
其中，值x与y分别是第一和第二光谱中相同波长喜爱测量的吸光度；n是数据点个数，Σ是数据的加和，匹配因子大于990时表示光谱相似，越接近1000
待测烟叶发酵度越适宜。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述特征谱峰峰面积比对为，计算烟叶样品紫外光谱图中石油醚部位295nm～208nm、氯仿部位325nm～235nm、乙醇部位290nm～198nm、水部位340nm～270nm波长段的总峰面积，比对待测样品与紫外光谱图库中对应光谱图总峰面积，4个溶剂部位的峰面积均与光谱图库中对应产区对应等级烟叶的紫外光谱峰面积越近时，待测烟叶发酵度越适宜。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，石油醚、氯仿、乙醇、和水部位的峰面积为适度发酵烟叶峰面积的80%～120%判别发酵度为适宜，低于80%或高于120%判别发酵度为不适宜。
9.权利要求1～8所述方法在检测和/或确定烟叶适宜的发酵时间和方法方面的应用。
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