CN103983721B - 一种基于多指标特征物质赋权测定卷烟制丝加料均匀性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多指标特征物质赋权测定卷烟制丝加料均匀性的方法，包括如下步骤：A、多指标特征物质的筛选；B、试样的制备；C：特征物质的检测分析；D：特征物质权重的确定；E：加料均匀性的计算。本发明为量化卷烟制丝加料工序中料液施加均匀性提供了一种完整、客观、科学的方法，此方法对加料设备及加工工艺的改进，以及卷烟产品质量及其稳定性的提升都有非常重要的意义。

Description

一种基于多指标特征物质赋权测定卷烟制丝加料均匀性的方法

技术领域

本发明属于卷烟制丝加料工序中加料精度和均匀性的测定方法技术领域，具体涉及一种基于多指标特征物质赋权测定卷烟制丝加料均匀性的方法，可以准确量化卷烟制丝加料的均匀性，确定卷烟加料精度。

背景技术

制丝加料是卷烟生产过程中的重要工序，其任务是将料液按生产、配方的要求均匀、准确地施加到在制品（烟片、梗丝等）上以达到调味、增香、保润、防霉、助燃等目的，料液施加均匀以否直接影响到卷烟产品感官质量、物质质量的一致性，进而影响卷烟产品的感官质量和企业的经济效益。因此，建立卷烟制丝加料工序料液施加均匀性的测定方法，客观测定加料后在制品中料液含量的均匀程度，对于设备及工艺的改进，乃至卷烟产品质量的稳定性及提升都有非常重要的意义。

综合文献调研，可以发现近年来，行业内外在加料工序均匀性量化研究方面有一些文献报道，其中大部分都以1，2-丙二醇作为标记物。例如，发明专利申请CN101718758A公开了一种测定卷烟加料工序料液施加均匀性的方法，该专利以料液中1，2-丙二醇为标记物，利用加料后烟片中1，2-丙二醇的含量来代表烟片中料液含量的分布情况，通过检测、计算和统计分析确定加料的均匀程度。该方法通过检测所取样品(20～40g)中的1，2-丙二醇含量，计算n(n＞30)个样品1，2-丙二醇含量的相对标准偏差，以相对标准偏差来表征均匀性。但是，客观地讲，该专利在检测丙二醇含量的时候，采用的样品制样方法是烘箱法，即在40℃条件下干燥后研磨成烟末，所得的结果有所损失，与样品含量的真实值有很大的偏差，不能非常完善地量化加料工序的均匀性。另外，发明专利申请CN103105449A公开了一种基于特征香味物质测定卷烟制丝加料均匀性的方法，该方法采用一种特征香味物质作为标记物来测定加料的均匀性，不能全面反应料液整个复杂的组分情况，进而对均匀性的测定带来一定的缺陷。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于多指标特征物质赋权测定卷烟制丝加料均匀性的方法，以多指标特征组分为考察对象，以特征组分对卷烟的品质贡献度为权重，采用加权平均的方法计算料液在制丝加料过程中的有效分布情况，量化卷烟制丝加料的均匀性。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于多指标特征物质赋权测定卷烟制丝加料均匀性的方法，包括以下步骤：

（1）多指标特征物质的选取：选择PP、EM、MT、SE四种物质为特征物质，其中PP代表丙二醇，EM代表乙基麦芽酚，MT代表薄荷醇，SE代表浸膏中关键的乙酯；

（2）试样的制备：待制丝加料工序设备运行平稳后，从工序出口处定时连续随机抽取多个样品，然后将取得的样品放入切丝机进样口，进行切丝，切好后的样品立即装入塑料袋中，摇混，获得待测试样；

（3）特征物质的检测分析：配制标准溶液，建立标准工作曲线；处理样品并对多种特征物质的定量分析，计算出样品中各特征物质的变异系数；

（4）特征物质权重的确定：根据各特征物质对香精料液持留情况影响因素分析结果，确定各特征物质指标的最终排序为SE＞EM＞PP＞BH；依据各特征物质间的相对重要程度，给出各特征物质指标间的重要性比值为R₂=W₁/W₂=1.2，R₃=W₂/W₃=1.4，R₄=W₃/W₄=1.6；根据重要性比值，计算各特征物质的权重系数分别为W₁=0.1328，W₂=0.2125，W₃=0.2976，W₄=0.3571；

（5）加料均匀性的计算：按照下式计算得到制丝加料均匀性：

$\mathrm{CU}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[(1-{\mathrm{RSD}}_i)\×W_i]\×100\%$

式中，CU为加料均匀性，RSD_i为样本中各特征物质检测结果的变异系数，n为取样个数，Wi为各特征物质的权重。

步骤（3）中，检测方法具体过程为：

（1）以丙酸苯乙酯为内标，用乙醇作溶剂，制备内标溶液；

（2）分别准确称取定量特征物质标准品，用乙醇作溶剂，经逐级稀释配置成混合标准溶液，然后分别加入定量内标溶液配置成标准工作溶液；

（3）准确称取待测试样，放入50mL的离心管中，准确加入内标溶液和乙醇萃取溶剂，于160r/min条件下，振荡萃取30min，完毕后将萃取液过0.45μm有机相滤膜，得进样液；

（4）对系列标准工作溶液进行GC/MS仪器分析，以各特征物质浓度与内标浓度之比为横坐标，以色谱图中各特征物质峰面积与内标峰面积之比为纵坐标，进行线性回归分析，得标准工作曲线；

（5）将进样液进行GC/MS仪器分析，测得的样品溶液中各特征物质与内标的色谱峰面积比，代入工作曲线，求得样品中各特征物质的含量；

（6）根据样品中各特征物质的含量，对其进行统计分析，得到各特征物质的变异系数，即RSD_i。

所获得标准曲线如下：

PP的标准曲线：Y=0.02517X-2.432，R²=0.9990；

BH的标准曲线：Y=0.2579X-3.371，R²=0.9957；

EM的标准曲线：Y=0.1023X-0.04271，R²=0.9989；

SE的标准曲线：Y=0.5177X-0.05504，R²=0.9998。

GC/MS分析，仪器条件为：进样口温度，260℃；程序升温，初始温度70℃，保持1min，以5℃/min速率升至220℃，保持5min；载气，氦气，恒流模式，流速为1.0mL/min；进样方式，分流进样，分流比为10:1；进样量，1μL；传输线温度为260℃，离子源温度为230℃，四极杆温度为150℃；电离方式，电子轰击源；电离能量，70eV；溶剂延迟，10min；测定方式：选择离子监测方式扫描，其中，PP、BH、EM、SE和内标的特征离子依次为61、123、140、192和104。

5、根据权利要求1或2所述的基于多指标特征物质赋权测定卷烟制丝加料均匀性的方法，其特征在于：所述的变异系数为别为：PP的RSD为6.27%、BH的RSD为7.08%、EM的RSD为6.67%、SE的RSD为7.55%。

该方法是甄选出多种合适的特征香味物质，以此作为特征物质，然后以特征物质为表征对象，采取溶剂萃取的前处理方法对样品进行前处理，通过GC/MS仪器分析对加料后样品中的特征物质进行统计分析，进而对卷烟加料的均匀性进行测定

有益效果：与现有技术相比，本发明的基于多指标特征物质赋权测定卷烟制丝加料均匀性的方法，选择料液中的多种特定香味物质组分作为特征组分，从微观的角度直接、全面地量化了卷烟加料均匀效果，避免了宏观上通过加料比例整体反映加料精度带来的不确定性，也避免了采用单一的特征物质反应加料精度的不足；从设备硬件方面说来，成果的应用推广只需要相应的分离分析仪器以及相关的技术方法（GC/MS以及相应的前处理设备），没有复杂的工艺，具有很好的实用性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1特征组分的选择

取未加料烟片2等份，1份作为空白样品，另1份按正常加料量加料。将两份样品分别进行溶剂萃取后作GC/MS仪器分析。经图谱鉴定发现，经过加料后，烟片样品中增加了一些挥发性、半挥发性化合物。结合未加料样品的分析结果，加料后烟片新增加了中PP、BH、EM、SE等四种物质（其中PP代表丙二醇，EM代表乙基麦芽酚，MT代表薄荷醇，SE代表浸膏中关键的乙酯）。经定性鉴定，确认是料液中的特征香味成分，其成分性质如下表1所示，该四种物质的性质完全符合特征物质的要求。特征物质必须符合以下要求：（1）是所添加料液中含有的物质，符合国家关于烟草添加剂许可使用的相关规定，且该物质对卷烟产品香气品质起到一定的正面作用；（2）是制丝加料工序前在制品中本身不含有的物质。或者即使含有，但与料液中该物质的含量相比，工序加工前在制品中该物质的含量很少，并容易被提取出来被定性定量分析；（3）理化性质应稳定，需含有不同挥发性的物质，即既有容易挥发性，也有难挥发的，也有一般易挥发的；（4）反应料液中不同香源料的来源，即既有单一的溶剂，单一的特征香料，也有多组分的香料代表物；并且功能面的含盖必须全面，即既有溶剂，也有常用的增香、调味剂，还有卷烟品牌特用的香原料。为此，选择PP、EM、MT、SE等四种物质为特征物质。

表1特征物质基本信息情况

物质名称	挥发性	组分来源	作用
				PP	不易挥发	单一添加	溶剂、保润
BH	极易挥发	单一添加	增香、调味剂
				EM	一般易挥发	单一添加	增香、调味剂
SE	一般易挥发	多组分来源	浸膏特有组分，有利香味成分

实施例2特征物质的检测分析

（1）内标溶液：准确称取0.2g丙酸苯乙酯，用乙醇作溶剂，定容到100mL的容量瓶中，摇匀，得内标储备溶液。准确移取1mL内标储备溶液，用乙醇作溶剂，定容到100mL的容量瓶中，摇匀，得内标溶液。

（2）标准工作溶液：各准确称取10.0g PP、0.075g BH、1.0g EM和0.025gSE，用乙醇作溶剂，定容到100mL的容量瓶中，摇匀，得一级标准储备溶液。准确移取1mL一级标准储备溶液，用乙醇作溶剂，定容到10mL的容量瓶中，摇匀，得二级标准储备溶液。分别准确移取10μL、20μL、80μL、200μL、400μL和1mL的二级标准储备溶液，再各加50μL内标溶液，用乙醇作溶剂，定容到10mL的容量瓶中，摇匀，得系列标准工作溶液。其中，各物质的浓度如下表2所示。

表2系列标准工作溶液（μg/mL）

级别	PP	BH	EM	SE	内标
						1	10	0.075	1.0	0.025	0.1
2	20	0.15	2.0	0.05	0.1
						3	80	0.6	8.0	0.2	0.1
4	200	1.5	20	0.5	0.1
						5	400	3.0	40	1.0	0.1
6	1000	7.5	100	2.5	0.1

（3）试样的制备：待制丝加料工序设备运行平稳后，从工序出口处每隔1min左右连续随机抽取30个样品，每个样品取样20g左右。然后将取得的样品按照切丝法进行制样，即启动实验室用切丝机，将样品放入切丝机进样口，进行切丝（切丝宽度为0.9～1.0mm）。切好后的样品立即装入塑料袋中，充分摇动，混匀，此即为待测试样。

（4）样品前处理：准确称取0.5g的待测试样，将其放入于50mL的离心管中，准确加入50μL内标溶液和10mL乙醇萃取溶剂，于160r/min条件下，振荡萃取30min，完毕后将萃取液过0.45μm有机相滤膜，得进样液。

（5）GC/MS仪器分析：对上述系列标准工作溶液进行GC/MS分析，其中仪器条件为：进样口温度，260℃；程序升温，初始温度70℃，保持1min，以5℃/min速率升至220℃，保持5min；载气，氦气（纯度≥99.999%），恒流模式，流速为1.0mL/min；进样方式，分流进样，分流比为10:1；进样量，1μL；传输线温度为260℃，离子源温度为230℃，四极杆温度为150℃；电离方式，电子轰击源（EI）；电离能量，70eV；溶剂延迟，10min；测定方式：选择离子监测方式（SIM）扫描，其中PP、BH、EM、SE和内标的特征离子依次为61、123、140、192和104。

（6）特征物质分析方法的建立：以目标物浓度与内标浓度之比为横坐标，以色谱图中目标物峰面积与内标峰面积之比为纵坐标，进行线性回归分析，得回归方程及其相关参数。

表3方法的线性情况和检出限

（7）样品中特征物质的分析：对上述进样液进行GC/MS分析，仪器条件同上，得到样品中各特征指标分析结果如下表4所示。

表4各标志物含量的检测结果

实施例3特征物质权重的确定

（1）确定测定指标：料液持留率测定指标即为所筛选的4个关键标记物，即PP、BH、EM、SE四种物质。

（2）确定序关系：根据香精料液持留情况影响因素，可知影响料液持留率的四个因素为：温度、湿度、真空度、烟叶性质。结合生产工序实际情况，由于温湿度与烟叶共同影响料液的持留率，真空度基本不存在影响，因此综合分析不同温湿度、不同烟叶部位（再造烟叶）对料液持留率的交互影响，同时考虑到不同烟叶部位（再造烟叶）用量比例，确定最终排序：SE＞EM＞PP＞BH。

（3）相对重要程度的比较判断：根据序关系赋权法，确定4个指标间的重要性比值：

R₂=W^* ₁/W^* ₂=1.2，R₃=W^* ₂/W^* ₃=1.4，R₄=W^* ₃/W^* ₄=1.6。

（4）权重系数W_k的计算：根据下式计算权重系数：

W₄ ^*＝(1+R₂×R₃×R₄+R₃×R₄+R₄)^-1

其中，R₂R₃R₄=2.688，R₃R₄=2.24，R₄=1.6，R₂R₃R₄＋R₃R₄＋R₄=6.528；

所以：W^* ₄=（1＋6.528）^－1=0.1328；

W^* ₃=W^* ₄R₄=0.1328×1.6=0.2125；

W^* ₂=W^* ₃R₃=0.2125×1.4=0.2976；

W^* ₁=W^* ₂R₂=0.2976×1.2=0.3571；

根据4个指标的排序情况SE＞EM＞PP＞BH，故测定指标PP、BH、EM、SE的权重系数W₁、W₂、W₃和W₄分别为：W₁=W^* ₃=0.2125，W₂=W^* ₄=0.1328，W₃=W^* ₂=0.2976，W₄=W^* ₁=0.3571。

实施例4：加料均匀性的计算

根据实施例2和实施例3得到的结果，按照下式计算得到制丝加料均匀性：

$\mathrm{CU}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[(1-{\mathrm{RSD}}_i)\×W_i]\×100\%$

上式中，CU为加料均匀性，RSD_i为样本中各特征物质检测结果的变异系数，n为取样个数，W_i为各特征物质的权重。

具体计算过程为：CU=[（1-6.27%）×0.2125+（1-7.08%）×0.1328+（1-6.67%）×0.2976+（1-7.55%）×0.3571]×100%=93.05%。

Claims (5)

1.一种基于多指标特征物质赋权测定卷烟制丝加料均匀性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)多指标特征物质的选取：选择PP、EM、MT、SE四种物质为特征物质，其中PP代表丙二醇，EM代表乙基麦芽酚，MT代表薄荷醇，SE代表浸膏中关键的乙酯；

(2)试样的制备：待制丝加料工序设备运行平稳后，从工序出口处定时连续随机抽取多个样品，然后将取得的样品放入切丝机进样口，进行切丝，切好后的样品立即装入塑料袋中，摇混，获得待测试样；

(3)特征物质的检测分析：配制标准溶液，建立标准工作曲线；处理样品并对多种特征物质定量分析，计算出样品中各特征物质检测结果的变异系数；

(4)特征物质权重的确定：根据各特征物质对香精料液持留情况影响因素分析结果，确定各特征物质指标的最终排序为SE＞EM＞PP＞MT；依据各特征物质间的相对重要程度，给出各特征物质指标间的重要性比值为R₂＝W^* ₁/W^* ₂＝1.2，R₃＝W^* ₂/W^* ₃＝1.4，R₄＝W^* ₃/W^* ₄＝1.6；根据重要性比值，计算各特征物质的权重系数分别为W₁＝W^* ₃＝0.2125，W₂＝W^* ₄＝0.1328，W₃＝W^* ₂＝0.2976，W₄＝W^* ₁＝0.3571；其中，PP的权重系数为W₁、MT的权重系数为W₂、EM的权重系数为W₃、SE的权重系数为W₄；

(5)加料均匀性的计算：按照下式计算得到制丝加料均匀性：

CU＝[(1-RSD₁)×W₁+(1-RSD₂)×W₂+(1-RSD₃)×W₃+(1-RSD₄)×W₄]×100％

式中，CU为加料均匀性，RSD₁为样本中PP检测结果的变异系数，RSD₂为样本中MT检测结果的变异系数，RSD₃为样本中EM检测结果的变异系数，RSD₄为样本中SE检测结果的变异系数。

2.根据权利要求1所述的基于多指标特征物质赋权测定卷烟制丝加料均匀性的方法，其特征在于：步骤(3)中，检测方法具体过程为：

(1)以丙酸苯乙酯为内标，用乙醇作溶剂，制备内标溶液；

(2)分别准确称取定量特征物质标准品，用乙醇作溶剂，经逐级稀释配制成混合标准溶液，然后分别加入定量内标溶液配置成标准工作溶液；

(3)准确称取待测试样，放入50mL的离心管中，准确加入内标溶液和乙醇萃取溶剂，于160r/min条件下，振荡萃取30min，完毕后将萃取液过0.45μm有机相滤膜，得进样液；

(4)对系列标准工作溶液进行GC/MS仪器分析，以各特征物质浓度与内标浓度之比为横坐标，以色谱图中各特征物质峰面积与内标峰面积之比为纵坐标，进行线性回归分析，得标准工作曲线；

(5)将进样液进行GC/MS仪器分析，测得的样品溶液中各特征物质与内标的色谱峰面积比，代入工作曲线，求得样品中各特征物质的含量；

(6)根据样品中各特征物质的含量，对其进行统计分析，得到各特征物质检测结果的变异系数。

3.根据权利要求1或2所述的基于多指标特征物质赋权测定卷烟制丝加料均匀性的方法，其特征在于：所获得标准曲线如下：

PP的标准曲线：Y＝0.02517X-2.432，R²＝0.9990；

MT的标准曲线：Y＝0.2579X-3.371，R²＝0.9957；

EM的标准曲线：Y＝0.1023X-0.04271，R²＝0.9989；

SE的标准曲线：Y＝0.5177X-0.05504，R²＝0.9998。

4.根据权利要求2所述的基于多指标特征物质赋权测定卷烟制丝加料均匀性的方法，其特征在于：GC/MS分析，仪器条件为：进样口温度，260℃；程序升温，初始温度70℃，保持1min，以5℃/min速率升至220℃，保持5min；载气，氦气，恒流模式，流速为1.0mL/min；进样方式，分流进样，分流比为10:1；进样量，1μL；传输线温度为260℃，离子源温度为230℃，四极杆温度为150℃；电离方式，电子轰击源；电离能量，70eV；溶剂延迟，10min；测定方式：选择离子监测方式扫描，其中，PP、MT、EM、SE和内标的特征离子依次为61、123、140、192和104。

5.根据权利要求1或2所述的基于多指标特征物质赋权测定卷烟制丝加料均匀性的方法，其特征在于：所述的变异系数分别为：PP的RSD为6.27％、MT的RSD为7.08％、EM的RSD为6.67％、SE的RSD为7.55％。