CN107860868B - 烟草匹配方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种匹配烟草的方法，包括以下步骤：提供被匹配烟草和多个供匹配烟草的热失重分析数据；使所述供匹配烟草与所述被匹配烟草做比较，所述比较包括，通过计算供匹配烟草的热失重分析数据中的数值与被匹配烟草的热失重分析数据中的相应数值的吻合度，来计算供匹配烟草与被匹配烟草的相似程度；以及根据匹配标准，识别至少一个与被匹配烟草相匹配的供匹配烟草；同时可根据计算预测出替换前后卷烟的差异度，保证替换后卷烟的质量稳定性。上述匹配烟草的方法具有更高的效率和匹配准确度。

Description

烟草匹配方法和系统
技术领域
本发明涉及烟草领域，具体涉及一种烟草匹配方法和系统。
背景技术
卷烟在生产制造过程中，由于供匹配烟草的要求，需要对卷烟配方中的烟草进行替换，而这种替换必须首先满足卷烟的感官质量稳定。
发明人已知相关技术依赖于配方员对卷烟配方中的烟草进行替换。配方员根据他的经验从多个待匹配烟草中选取与被匹配烟草最接近的烟草品种。这种方法要求配方员对不同地区、等级、部位的烟草的单料烟的感官特征足够熟悉。即便如此，仍需要配方员根据经验从库存上百种烟草中制定几种烟草替换的方案，然后根据方案卷制成烟，再进行感官评吸，选取出最优的替换方案。
发明内容
发明人发现采用配方员人工匹配和替换烟草的方法主观性较强，特别依赖于配方员的经验判断，对替换后卷烟的质量稳定性缺乏量化数据。
本发明提供一种匹配烟草的方法，包括以下步骤：
提供被匹配烟草和多个供匹配烟草的热失重分析数据；
使所述供匹配烟草与所述被匹配烟草做比较，所述比较包括，通过计算供匹配烟草的热失重分析数据中的数值与被匹配烟草的热失重分析数据中的相应数值的吻合度，来计算供匹配烟草与被匹配烟草的相似程度；以及
根据匹配标准，从多个供匹配烟草中识别出至少一个与被匹配烟草相匹配的目标烟草。
图1示出了上述步骤的流程图。
在一个实施方案中，提供一个被匹配烟草。
在一个实施方案中，提供多个被匹配烟草。
在一个实施方案中，所述热失重分析数据中的数值为微分热失重值对时间的导数dm/dt。
在一个实施方案中，所述相应数值为同一温度对应的微分热失重值对时间的导数dm/dt。例如供匹配烟草与被匹配烟草在同一温度对应的微分热失重值对时间的倒数dm/dt。
在一个实施方案中，所述供匹配烟草的热失重分析数据中的数值与被匹配烟草的热分析数据的相应数值的吻合度的计算步骤包括：通过进行计算以下数学公式来确定吻合度的度量
Figure BDA0001456318590000021
式中N表示从热失重分析数据中选取数值的个数；i表示第i个数值；
Figure BDA0001456318590000022
是被匹配烟草的微分热失重值对时间的导数；
Figure BDA0001456318590000023
是供匹配烟草的微分热失重值对时间的导数。
在一个实施方案中，
Figure BDA0001456318590000024
是多个被匹配烟草按比例加权的dm/dt的叠加值。
在一个实施方案中，
Figure BDA0001456318590000025
是多个供匹配烟草按比例加权的dm/dt的叠加值。
在一个实施方案中，识别标准为选取NRMSE值小于预设阈值的烟草，或者选取多个供匹配烟草中NRMSE值较小的烟草。
在一个实施方案中，按以下方法获得烟草的热失重分析数据：
将烟草样品加热升温，并监测样品失重值随时间变化的数据。
在一个实施方案中，获得烟草的热失重分析数据的方法包括：将烟草样品在非氧化气氛下升温。
在一个实施方案中，获得烟草的热失重分析数据的方法中，将烟草样品加热升温的升温速率均为1-20℃/min，例如10～15℃/min。
在一个实施方案中，获得烟草的热失重分析数据的方法中，载气为氮气。
在一个实施方案中，获得烟草的热失重分析数据的方法中，载气的流量是10～200mL/min，例如80～120mL/min。
本发明又一方面提供一种匹配烟草的系统，包括：
存储模块，用于储存被匹配烟草和多个供匹配烟草的热失重分析数据；
比较模块，用于从存储模块中读出所述热失重分析数据，并比较储存被匹配烟草和多个供匹配烟草的热失重分析数据；
所述比较模块包括计算模块，用于计算共匹配烟草的热失重分析数据中的数值与被匹配烟草的热失重分析数据的相应数值的吻合度；和
识别模块，以及用于识别至少一个与被匹配烟草相匹配的供匹配烟草。
在一个实施方案中，所述热失重分析数据是烟草样品在热失重分析测试中的微分热失重值m或微分热失重值对时间的导数dm/dt。
在一个实施方案中，计算模块计算以下数学公式来确定吻合度的度量
Figure BDA0001456318590000031
式中N表示从热失重分析数据中选取数值的个数；i表示第i个数值；
Figure BDA0001456318590000032
是被匹配烟草的微分热失重值对时间的导数；
Figure BDA0001456318590000033
是供匹配烟草的微分热失重值对时间的导数。
在一个实施方案中，识别模块的识别标准为选取NRMSE值小于预设阈值的烟草，或者选取多个供匹配烟草中NRMSE值较小的烟草。
在一个实施方案中，匹配烟草的系统，还包括，
热失重分析模块，用于将烟草样品加热升温，并监测样品失重对时间的导数dm/dt随温度T变化的数据，并将数据输入到所述存储模块。
在一个实施方案中，匹配烟草的系统用于实施匹配烟草的方法。
在一个实施方案中，烟草为烟草、烟丝或烟末。
本公开主要通过热失重分析的方法，获得待匹配烟草和供匹配烟草的微分热失重数据，通过计算供匹配烟草的热失重分析数据中的数值与被匹配烟草的热失重分析数据中的相应数值的吻合度，来计算供匹配烟草与被匹配烟草的相似程度，
通过本公开的方法进行烟草替换保证卷烟配方稳定性，可以大大提高配方员的工作效率，减少实验成本。
本公开的有益效果
本公开具有以下一项或多项有益效果：
1)效率较高；
2)成本较低；
3)准确度较高；
4)客观性较强；
5)匹配的烟草相似度高；
6)匹配后烟草热重分析曲线相似度高；
7)匹配后烟草化学成分相似度高；
8)匹配后烟草香气成分相似度高；
9)匹配后卷烟感官评析相似度高；
10)提供了判断烟草匹配程度的量化指标，为卷烟替换工作提供了量化指引和参考。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明仅用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本公开烟草匹配方法的流程图。
图2为替换前后预测的烟草微分热失重曲线对比图；
图3为替换前后实验的烟草微分热失重曲线对比图
图4为对比例1替换前后烟草香味成分谱图；
图5为实施例1替换前后烟草香味成分谱图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明的具体实施方式是为了便于对本发明的构思、所解决的技术问题、构成技术方案的技术特征和带来的技术效果有更进一步的说明。需要说明的是，对于这些实施方式的说明并不构成对本发明的限定。此外，下面所述的本发明的实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在以下例子中，匹配烟草的问题确定如下：从某一牌号的卷烟全配方的30种烟叶中选取9种需要同时替换的烟叶，然后从供匹配烟叶库(含120种烟叶)中筛选出9个与被匹配烟叶相匹配的目标烟叶。为了加大配方难度，限定供匹配烟叶须与被匹配烟叶来自不同的县级。
图1为本公开烟草匹配方法的流程图，实施例1按图1的流程进行了卷烟替换实验。
实施例1
实施例1通过本公开的方法选择需要替换的烟叶。
(一)提供被匹配烟叶和多个供匹配烟叶的热失重分析数据。
收集120个不同国家，不同产地，不同部位的单等级片烟，将以上烟叶研磨成粉，过80-100目筛，密封待用。
热失重分析实验：称取适量烟粉进行热重分析(TGA)，将样品在氮气气氛下升温至100℃，保持恒温30min，继续升温至600℃，升温速率均为10℃/min，载气的流量是100mL/min。通过TGA(热失重分析)软件记录数据，做出微分热失重(TG)曲线，失重曲线是程序控温下样品失重值m和温度T之间的变化关系。将微分热失重(TG)曲线的微分热失重值m对时间t求导，得到dm/dt与温度T之间的变化关系，即为微分热失重(DTG)曲线。利用微分失重(DTG)曲线的数据可进一步进行以下匹配度的计算。
(二)使所述供匹配烟叶与所述被匹配烟叶做比较
比较包括，通过计算供匹配烟叶的热失重分析数据中的数值与被匹配烟叶的热失重分析数据的相应数值的吻合度，来计算供匹配烟叶与被匹配烟叶的相似程度。
具体地，比较同一温度T下，供匹配烟叶的dm/dt与被匹配烟叶的dm/dt的吻合度(相似度)。
供匹配烟叶的热失重分析数据中的数值与被匹配烟叶的热分析数据的相应数值的吻合度的计算步骤包括：通过进行计算以下数学公式来确定吻合度的度量。
Figure BDA0001456318590000061
NRMSE(％)越接近0，则表明被匹配烟叶与供匹配烟叶的DTG曲线数据点之间的平均偏差越小且离散程度越小，其供匹配烟叶的热解特征越于被匹配烟叶的热解特征接近。
本实施例中，式中N表示在373K-873K区间TGA记录点个数；i表示第i个点的数据；t表示时间；m表示在t时刻样品的质量百分比；
Figure BDA0001456318590000062
是被匹配烟叶的微分热失重值；
Figure BDA0001456318590000063
是供匹配烟叶的的微分热失重值，i值相同的
Figure BDA0001456318590000064
和
Figure BDA0001456318590000065
是同一温度下对应的微分热失重值。
(三)根据匹配标准，识别至少一个与被匹配烟叶相匹配的供匹配烟叶。
计算每个供匹配烟叶与被匹配烟叶的NRMSE，选取NRMSE最小的供匹配烟叶作为与被匹配烟叶相匹配的的目标烟叶。
对比例
配方员根据经验和感官评析测试，从120个不同国家，不同产地，不同部位的单等级片烟中筛选与被匹配烟叶相匹配的目标烟叶。
分析与检测
1、对比例1和实施例1的匹配后获得的替换烟叶如表1所示。分别计算每个替换烟叶与相应的被匹配烟叶之间的NRMSE，结果见表1。从表1可以看出，实施例1所选择的替换烟叶与被匹配烟叶的NRMSE(％)均小于对比例1的响应值。
表1
Figure BDA0001456318590000071
2、微分热失重曲线的预测值
发明人发现不同烟叶在混合后，其热解燃烧特性不会发生相互影响。根据多个单等级烟叶的微分热失重曲线按其在卷烟配方的实际比例加权后进行叠加计算，能够获得卷烟全配方的微分热失重曲线微分热失重曲线。具体地，加权叠加计算方法如下：
Figure BDA0001456318590000081
Figure BDA0001456318590000082
式中n表示烟叶在卷烟配方中的质量比，j表示替换烟叶的个数。
根据实施例1和对比例1的替换方案，将原卷烟配方中的被匹配烟叶用同比例的目标烟叶替换，获得替换后的卷烟全配方。按以上叠加计算方法计算替换前、后卷烟全配方的微分热失重曲线预测值，结果见图2。根据式I计算替换前、后卷烟的微分热失重曲线预测值的NRMSE，对比例1为3.64％和实施例1为2.20％。这说明实施例1的替换后卷烟与替换前卷烟相似度更高。
通过计算替换前后卷烟全配方的叠加微分热重曲线，比较替换前后曲线的NRMSE，能够根据两条曲线的NRMSE，预先评估替换后烟叶全配方与替换前烟叶全配方的相似程度，NRMSE值越小，说明两条曲线吻合度越好，说明替换前后的烟叶越接近。
3、微分热失重曲线的实验值
按对比例1与实施例1替换方案，将原卷烟配方中的被匹配烟叶用同比例的目标烟叶替换，获得替换后的卷烟全配方。按替换前、后卷烟全配方配置混合烟末，并对混合烟末分别进行热失重分析，绘制实际微分热失重曲线，结果见图3。再根据式I计算替换前、后卷烟的实际微分热失重曲线的NRMSE。对比例1为4.38％，实施例1为3.44％。这说明实施例1的替换后卷烟与替换前卷烟相似度更高。
4、常规化学成分分析
按对比例1与实施例1替换方案，将原卷烟配方中的被匹配烟叶用同比例的目标烟叶替换，获得替换后的卷烟全配方。按替换前、后卷烟全配方的全配方配置混合烟末，按照标准JJF(烟草)4.1-4.5-2010，采用连续流动分析仪检测，对替换前后卷烟全配方的混合烟末进行常规化学成分分析，结果见表2。
表2
Figure BDA0001456318590000091
由表2可知，实施例1替换的卷烟的常规化学成分与替换前的卷烟更为接近，尤其在糖碱比方面，替换前的烟叶的糖碱比为10.30，对比例1替换方案的糖碱比为11.17，实施例1替换方案的糖碱比为10.81。
4、香味成分分析
按对比例1与实施例1替换方案，将原卷烟配方中的被匹配烟叶用同比例的目标烟叶替换，获得替换后的卷烟全配方。按替换前、后卷烟全配方配置混合烟末，将混合烟末分别置于(22±1)℃、相对湿度(60±2)％条件下平衡48h，粉碎后过60目筛。称取25g烟末于1000mL的单口烧瓶中，加入3g NaCl和350mL超纯水，将1000mL烧瓶连到同时蒸馏萃取装置的蒸馏端，用可控温电热套加热，同时蒸馏萃取装置接收端为装有40ml CH2Cl2的圆底烧瓶，同时蒸馏萃取过程中维持接收端为60℃水浴。同时蒸馏萃取2.5h后，取出CH2Cl2萃取液，加入适量无水硫酸钠干燥过夜后，加入内标(乙酸苯乙酯、萘、正十七烷)，采用氮吹浓缩仪浓缩至1mL，载入色谱瓶中，供GC-MS分析。
GC-MS条件：
Agilent 7890B-5977A型GC-MS联用仪，进样量1μL；载气He 1.0ml/min，分流比10：l；色谱柱HP-INNOWAX(19091N-136,260℃，60m×0.25mm×0.25μm)，升温程序：初始60℃(2min，2℃/min)，至180℃(2min，5℃/min)，至230℃(40min)；传输线温度280℃；离子源温度230℃；四极杆温度150℃；TIC全扫描，扫描范围35-450amu。
将按对比例1方案所得替换后的烟草与替换前的烟草进行香味成分分析，并计算二者谱线的NRMSE值为72％，结果见图4。将按实施例1方案所得替换后的烟草与替换前的烟草进行烟叶香味成分分析，并计算二者谱线的NRMSE值为34％，结果见图5。对比图4和5可知，相较于对比例1，实施例1替换方案的烟草香味成分谱图与替换前的香味成分谱图更为接近，尤其是在70～85min出现的香味成分与替换前的卷烟谱图最为接近。
5、感官评吸
根据文献“申玉军,邓国栋,陈良元等，一种烟草感官评价分析方法的建立及应用[J],烟草科技，2011，5：15-18.”所述的方法，计算替换后的烟叶与替换前的烟叶的感官偏离程度的指标D值，D值越大表示感官特性偏离越大，D值越小表示感官特性偏离越小。
Figure BDA0001456318590000101
式中，D-判定测试样品对照样品在感官特性方面偏离程度的指标；Ri0对照样品第i个指标的评价分值；Rij第i个评析人员对测试样品第i个指标的评价分值；Qi第i个评价指标的权重；m-评价指标的总数；n-评吸人员总数。
按照实施例1和对比例1的替换方案，将原卷烟配方中的被匹配烟叶用同比例的目标烟叶替换，获得替换后的卷烟全配方，根据卷烟全配方制备卷烟，并进行感官抽吸实验，以及进行感官特性偏离的分析，结果见表3。从分析结果可以看出，相较于对比例1的方案，实施例1替换后的卷烟所有指标都与替换前的卷烟更为接近，且最终的D值为2.97，而对比例1替换的卷烟的D值为4.08。
表3替换前后卷烟的感官评吸D值
Figure BDA0001456318590000102
Figure BDA0001456318590000111
从以上的实验结果进行综合分析，说明实施例1的方法可以有效的进行烟叶替换，并保证替换后卷烟样品的稳定性。
以上结合的实施例对于本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质精神的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、等效替换和变型仍落入在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种匹配烟草的方法，包括以下步骤：
提供多个被匹配烟草；
提供被匹配烟草和多个供匹配烟草的热失重分析数据；
使所述供匹配烟草与所述被匹配烟草做比较，所述比较包括，通过计算供匹配烟草的热失重分析数据中的数值与被匹配烟草的热失重分析数据中的相应数值的吻合度，来计算供匹配烟草与被匹配烟草的相似程度，所述热失重分析数据中的数值为微分热失重值对时间的导数dm/dt，所述相应数值为同一温度对应的微分热失重值对时间的导数dm/dt；以及
根据匹配标准，从多个供匹配烟草中识别出至少一个与被匹配烟草相匹配的目标烟草；
所述供匹配烟草的热失重分析数据中的数值与被匹配烟草的热分析数据的相应数值的吻合度的计算步骤包括：通过进行计算以下数学公式来确定吻合度的度量
Figure FDA0002564171180000011
式中N表示从热失重分析数据中选取数值的个数；i表示第i个数值；
Figure FDA0002564171180000012
是多个被匹配烟草按其在烟草配方中的实际质量比例加权的dm/dt的叠加值；
Figure FDA0002564171180000013
是多个供匹配烟草按其在烟草配方中的实际质量比例加权的dm/dt的叠加值；
识别标准为选取NRMSE值小于预设阈值的烟草，或者选取多个供匹配烟草中NRMSE值较小的烟草。
2.根据权利要求1所述的方法，按以下方法获得烟草的热失重分析数据：
将烟草样品加热升温，并监测样品失重值随时间变化的数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于以下一项或多项：
将烟草样品在非氧化气氛下升温；
升温速率均为1-20℃/min；
载气的流量是10～200mL/min。
4.一种匹配烟草的系统，包括：
存储模块，用于储存被匹配烟草和多个供匹配烟草的热失重分析数据；
比较模块，用于从存储模块中读出所述热失重分析数据，并比较储存被匹配烟草和多个供匹配烟草的热失重分析数据，所述热失重分析数据是烟草样品在热失重分析测试中的微分热失重值对时间的导数dm/dt；
所述比较模块包括计算模块，用于计算共匹配烟草的热失重分析数据中的数值与被匹配烟草的热失重分析数据的相应数值的吻合度；和
识别模块，以及用于识别至少一个与被匹配烟草相匹配的供匹配烟草；
计算模块计算以下数学公式来确定吻合度的度量
Figure FDA0002564171180000021
式中N表示从热失重分析数据中选取数值的个数；i表示第i个数值；
Figure FDA0002564171180000022
是多个被匹配烟草按其在烟草配方中的实际质量比例加权的dm/dt的叠加值；
Figure FDA0002564171180000031
是多个供匹配烟草按其在烟草配方中的实际质量比例加权的dm/dt的叠加值；
识别标准为选取NRMSE值小于预设阈值的烟草，或者选取多个供匹配烟草中NRMSE值较小的烟草。
5.根据权利要求4所述的系统，还包括，
热失重分析模块，用于将烟草样品加热升温，并监测样品失重对时间的导数dm/dt随温度T变化的数据，并将数据输入到所述存储模块。
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