CN111596010A - 一种烟草工业可用性的量化评价和分类方法 - Google Patents

一种烟草工业可用性的量化评价和分类方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种对烟草工业可用性的量化评价和分类方法，该方法包括：(1)采集烟草样品的化学成分含量，并计算烟草样品的化学成分标准化指数P标准化；(2)采集烟草样品的感官质量评分，并计算烟草样品的感官质量标准化指数Q标准化；(3)根据以下公式计算烟草样品的工业可用性指数F，并根据F评价烟草的工业可用性和烟叶质量档次分类。

Description

一种烟草工业可用性的量化评价和分类方法
技术领域
本发明涉及烟草领域，具体涉及一种对烟草工业可用性的量化评价和分类方法。
背景技术
片烟是初烤烟叶经复烤加工后的烟叶，是卷烟工业的基础原料。片烟质量评价是烟叶原料领域的一项日常的工作，是科学做出烟叶管理和使用决策的重要依据。目前片烟的需求目标、质量评价、使用分类和决策的依据多以人为感官评吸为主，制定使用决策多涉及经验性的决策，客观的化学检测数据的应用较少，导致片烟评价和使用分类往往存在需求目标不明确、工业可用性难量化、决策依据不全面等难题。而且，在近年来配方打叶的趋势下，增加了片烟质量评价的难度和质量的不确定性。同时，烟叶化学成分与内在质量之间关系紧密，但如何量化不同片烟等级之间工业可用性的差异，是片烟化学成分数据服务于质量管理决策的关键。
发明内容
面对现有技术中片烟评价和使用分类往往存在需求目标不明确、工业可用性难量化、决策依据不全面等问题，本发明提供了一种基于质量目标的片烟工业可用性指数的评价和质量分类方法，该方法能够结合主观和客观的质量指标准确地量化片烟等级质量，有利于片烟质量评价结果服务于片烟质量决策，使片烟使用更符合烟叶需求目标。解决了单独按照感官质量评价片烟工业可用性的主观局限性，提高了片烟工业可用性评价和使用决策的客观性和科学性。
在一些方面，提供一种对烟草工业可用性的量化评价方法，包括：
(1)采集烟草样品的化学成分含量，并计算烟草样品的化学成分标准化指数P标准化；
(2)采集烟草样品的感官质量评分，并计算烟草样品的感官质量标准化指数Q标准化；
(3)根据以下公式计算烟草样品的工业可用性指数F，并根据F评价烟草的工业可用性；
F＝θ·P标准化+(1-θ)·Q标准化，0＜θ＜1
步骤(3)中，
Figure BDA0002502989280000021
n为烟草中待检测化学成分的个数，ρi为第i个化学成分的标准化权重系数，f(x)i为第i个化学成分的隶属函数；
其中，所述待检测化学成分包括总糖、还原糖、总植物碱、氯、总氮、糖碱比、氮碱比、钾氯比和钾；
其中，所述总糖、还原糖、总植物碱、氯、总氮、糖碱比和氮碱比的隶属度函数为：
Figure BDA0002502989280000022
其中，所述钾氯比和钾的隶属度函数为：
Figure BDA0002502989280000023
其中，x1、x2、x3和x4分别表示烟草各化学成分指标的下临界值、适宜值下限、适宜值上限和上临界值，x1＜x2＜x3＜x4；
步骤(3)中，
Figure BDA0002502989280000024
m为烟草中待评价感官项目的个数，σj为第j个感官质量评分项目的标准化权重系数，qj为第j个感官质量评分项目的打分。
在一些实施方案中，所述感官质量评分项目包括：香气质、香气量、透发性、杂气、细腻程度、柔和程度、圆润感、刺激性、干燥感和余味。
在一些实施方案中，化学成分中总氮、烟碱、总糖、还原糖、钾、氯、氮碱比、糖碱比、钾氯比的标准化权重系数ρi分别为0.106、0.389、0.047、0.196、0.012、0.013、0.149、0.071、0.015。
在一些实施方案中，质量评分项目中香气质、香气量、透发性、杂气、细腻程度、柔和程度、圆润感、刺激性、干燥感、余味的标准化权重系数σj分别为0.16、0.12、0.04、0.08、0.12、0.09、0.09、0.09、0.09、0.12。
在一些实施方案中，0≤P标准化≤1。
在一些实施方案中，0≤Q标准化≤1。
在一些实施方案中，θ＝0.7～0.8，例如0.75。
在一些实施方案中，x2＝μ-Zα/2σ，x3＝μ+Zα/2σ；
其中，μ、Zα/2和σ通过以下方法获得，提供一批符合质量目标的烟草样本的集合，检测其中的目标化学成分含量，该目标化学成分含量的平均值为μ，标准偏差为σ，其整体数据的平均值的100×(1-α)％置信区间为(μ-Zα/2σ，μ+Zα/2σ)，其中α为非置信水平在正态分布内的覆盖面积，Zα/2为对应的标准分数。
在一些实施方案中，所述烟草样品为片烟。
在一些方面，提供一种烟草筛选方法，包括以下步骤：
(1)根据上述任一项所述方法采集多个烟草样品的工业可用性指数F；
(2)提供工业可用性指数F目标范围；
(3)从多个样品中筛选符合工业可用性指数F目标范围的烟草样品。
在一些方面，提供一种烟草分类方法，包括以下步骤：
(1)采集多个烟草样品的工业可用性指数F；
(2)设置分类数和目标类。
(3)根据工业可用性指数F、分类数和质量目标预期值对多个烟草样品进行分类；
(4)根据分类结果，设置不同质量档次烟叶工业可用性指数F值分布范围。
在一些实施方案中，步骤(2)中，所述分类是指按如下标准将烟草样品分为四类：
第一类0.82≤F<1.00；
第二类0.75≤F<0.82；
第三类0.70≤F<0.75；
第四类F<0.70。
在一些实施方案中，对烟草工业可用性的量化评价方法包括建立质量评价体系。
在一些实施方案中，建立质量评价体系包括感官质量评分和化学成分检测。感官质量分别为香气质、香气量、透发性、杂气、细腻程度、柔和程度、圆润感、刺激性、干燥感和余味，化学成分指标分别为总氮、烟碱、总糖、还原糖、钾、氯、氮碱比、糖碱比、钾氯比，并制定各指标的标准化权重系数。
在一些实施方案中，对烟草进行分类的方法包括制定使用分类需求。该步骤包括将各等级烟草(例如片烟)拟分为N类，质量档次由高到低依次分为A类、B类、C类……N类，将A类烟草(例如片烟)作为质量目标需求类别。
在一些实施方案中，建立质量评价体系包括积累和处理烟草(例如片烟)历史质量数据，筛选符合质量目标的烟草(例如片烟)等级质量数据，设置符合质量目标的烟草(例如片烟)化学成分适宜值范围。
在一些实施方案中，所述积累和处理烟草(例如片烟)历史质量数据，为收集与待评价烟草(例如片烟)等级属性相近(例如同一产区)的烟草(例如片烟)等级质量数据，并对烟草(例如片烟)等级质量数据进行统计分析，明确已有烟草(例如片烟)等级各质量指标的分布范围，明确各指标最小值(x1)，最大值(x4)。
在一些实施方案中，所述筛选符合目标质量需求的烟草(例如片烟)质量数据，为筛选出符合质量目标的烟草(例如片烟)等级(A类等级)质量数据，明确符合目标需求各质量指标的适宜分布范围，明确各指标适宜范围内最小值(x2)，最大值(x3)。
在一些实施方案中，所述设置符合目标需求的化学成分适宜值范围，以置信区间为适宜值范围计算方法。
在一些实施方案中，设积累的符合质量目标的烟草(例如片烟)质量数据为样本U，其质量指标的平均值为μ，标准偏差为σ，则其整体数据的平均值的100×(1-α)％置信区间为(μ-Zα/2σ，μ+Zα/2σ)，其中α为非置信水平在正态分布内的覆盖面积，Zα/2即为对应的标准分数。令x2＝μ-Zα/2σ，x3＝μ+Zα/2σ则目标需求的烟草(例如片烟)化学成分适宜范围为区间(x2，x3)。
在一些实施方案中，对烟草工业可用性的量化评价方法包括建立质量数据标准化换算方法。
在一些实施方案中，化学成分标准化方法如下：采用模糊集合隶属函数方法，根据历史质量数据和化学成分适宜值范围建立隶属函数。
根据各指标特征运用模糊数学理论选建立隶属函数，将化学成分数值转化到(0，1)范围内，并对参评指标赋予权重，计算化学成分工业可用性指数。参照模糊集合定义，设定历史数据为集合X，若待评价烟草(例如片烟)样品化学成分指标检测值是超出X范围的子集，视为该检测值不属于模糊集合的元素，隶属函数分值为0。化学成分指标检测值在需求目标适宜范围内的，隶属函数分值为1。根据历史质量数据和符合质量目标化学成分适宜值范围设置拐点。x1、x2、x3和x4分别表示各参评指标的下临界值、适宜值下限、适宜值上限和上临界值。
总糖、还原糖、总植物碱、氯、总氮、糖碱比和氮碱比的隶属度函数类型均为中间梯形分布：
Figure BDA0002502989280000061
钾氯比和钾的隶属度函数类型为升半梯形分布：
Figure BDA0002502989280000062
在一些实施方案中，感官质量标准化方法如下：采用小数定标标准化法将感官质量标准化为(0，1)的范围内。
在一些实施方案中，烟草(例如片烟)工业可用性指数计算方法如下：
烟草(例如片烟)工业可用性指数(F)＝感官质量标准化得分×0.75+化学成分工业可用性指数×0.25。
在一些实施方案中，对烟草工业可用性的量化评价方法包括采集待评价烟草(例如片烟)的感官质量和化学成分数据，计算烟草(例如片烟)工业可用性指数。
在一些实施方案中，对烟草分类的方法包括建立基于目标质量数据的聚类方法，对不同等级烟叶按质量档次分类。
在一些实施方案中，所述建立基于目标质量数据的聚类方法：以工业可用性指数为聚类指标，设置质量目标需求的工业可用性指数预期值，将预期值与待评价样品进行聚类分析。根据需求目标明确聚类分类数，进行聚类分析。并设置不同质量档次烟叶的工业可用性指数分布范围。
在一些实施方案中，所述对不同等级烟叶按质量档次分类。根据聚类分析结果，将工业可用性指数预期值所在类别设为A类，按工业可用性指数将烟叶质量由高到低分为N类，分别为A类、B类、C类、D类……N类。并设置各类别烟草(例如片烟)的工业可用性指数适宜范围，最终确定各待评价等级的分类结果。
在一些实施方案中，对烟草工业可用性的量化评价方法包括：积累和筛选符合质量目标需求的烟草(例如片烟)质量数据，设置符合质量目标需求的化学成分适宜值范围。
在一些实施方案中，对烟草工业可用性的量化评价方法包括：基于烟草(例如片烟)质量需求目标和历史质量数据，明确已有烟草(例如片烟)等级各质量指标的分布范围，计算符合目标需求各质量指标的适宜分布范围，建立烟草(例如片烟)质量数据标准化的隶属函数。
在一些实施方案中，对烟草工业可用性的量化评价方法包括：基于质量目标和质量分类需求，收集和处理烟草(例如片烟)历史质量数据，对烟草(例如片烟)的感官质量和化学成分标准化处理，精确地量化不同烟草(例如片烟)等级工业可用性指数。
在一些实施方案中，对烟草分类方法包括：明确质量指标的需求预期值，根据聚类分析结果设置不同质量档次烟草(例如片烟)工业可用性指数范围，进行不同烟草(例如片烟)等级的质量分类。
有益效果
本发明的有益效果是基于质量目标建立烟叶工业可用性量化方法，对不同等级烟草进行质量量化和聚类，促进质量评价数据服务于烟叶管理决策，使质量评价结果和烟草管理更符合烟叶质量目标需求，有利于提高烟草利用效率。
该工业可用性量化方法充分考虑了化学成分因素和感官因素，能够全面反映烟草的性质，在实际生产中具有较强的实用性。
附图说明
图1为一个对烟草工业可用性的量化评价方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用传感器或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
本发明基于质量目标的烟草(例如片烟)工业可用性的量化评价与量化分类方法，包括收集和处理历史质量数据，基于历史质量数据明确烟草(例如片烟)质量目标，构建符合质量目标需求的化学成分隶属函数等步骤，以量化烟草(例如片烟)的化学成分工业可用性。同时，结合烟草(例如片烟)感官质量得分，计算烟草(例如片烟)工业可用性指数，服务于烟草(例如片烟)质量分类和管理决策。
在一个实施方案中，对烟草工业可用性的量化评价方法如图1所示，包括：
S01采集烟草样品的化学成分含量，并计算烟草样品的化学成分标准化指数P标准化；
S02采集烟草样品的感官质量评分，并计算烟草样品的感官质量标准化指数Q标准化；
S03根据以下公式计算烟草样品的工业可用性指数F，并根据F评价烟草的工业可用性；
F＝θ·P标准化+(1-θ)·Q标准化，0＜θ＜1
在以下实施例中，根据片烟实际需求，实例中拟将片烟使用分为四类，质量档次由高到低分别为A类(目标需求)、B类、C类和D类。
感官质量指数计算方法：选择香气质、香气量、杂气、余味、刺激性、柔和程度、细腻程度、圆润感、干燥感9项指标作为烟叶感官质量评价指标，计算感官质量得分。
化学成分指数计算方法：选择烟叶总氮、烟碱、总糖、还原糖、钾、氯、糖碱比值、氮碱比值、钾氯比共9项常规化学成分指标。明确化学成分指标标准化权重系数并计算化学成分工业可用性。
收集片烟历史质量数据，筛选符合目标需求片烟等级质量数据，进而明确各化学成分指标适宜范围。根据各指标的最小值和最大值，设置隶属函数拐点的下临界值和上临界值。已收集2016-2018片烟样品450个，历史数据统计表如表1所示。
根据质量目标和片烟实际使用情况，筛选了符合质量目标的样品11个。根据置信区间计算符合质量目标的适宜值范围，设置隶属函数拐点的适宜值下限和适宜值上限。符合需求目标的片烟质量统计表如表2所示。
表1片烟化学成分历史数据统计表
Figure BDA0002502989280000091
Figure BDA0002502989280000101
建立化学成分隶属函数：基于表1和表2，选择各化学成分指标隶属度函数类型和各指标临界值，如表3所示。x1、x2、x3和x4分别表示各参评指标的下临界值、适宜值设置下限、适宜值设置上限和上临界值。
总糖、还原糖、总植物碱、氯、总氮、糖碱比和氮碱比的隶属度函数为：
Figure BDA0002502989280000111
钾氯比和钾的隶属度函数为：
Figure BDA0002502989280000112
表3片烟化学成分各指标的隶属类型与拐点
Figure BDA0002502989280000113
采集待评价片烟的质量数据。以清香型产区14个片烟等级为待评价对象，检测烟叶化学成分。化学成分数据由表4所示。根据已建立的化学成分隶属函数，计算各化学成分的隶属f(x)，并根据以下公式计算化学成分指数的标准化值P标准化，
Figure BDA0002502989280000121
式中，n为烟草中待检测化学成分的个数，ρi为第i个化学成分的标准化权重系数，f(x)i为第i个化学成分的隶属函数；化学成分中总氮、烟碱、总糖、还原糖、钾、氯、氮碱比、糖碱比、钾氯比的标准化权重系数ρi分别为0.106、0.389、0.047、0.196、0.012、0.013、0.149、0.071、0.015，结果如表5所示。
采集烟草样品的感官质量评分，采用小数定标标准化法将感官质量标准化为(0，1)的范围内，具体地，
Figure BDA0002502989280000122
m为烟草中待评价感官项目的个数，σj为第j个感官质量评分项目的标准化权重系数，质量评分项目中香气质、香气量、透发性、杂气、细腻程度、柔和程度、圆润感、刺激性、干燥感、余味的标准化权重系数σj分别为0.16、0.12、0.04、0.08、0.12、0.09、0.09、0.09、0.09、0.12，qj为第j个感官质量评分项目的打分，结果如表6所示。
Figure BDA0002502989280000131
Figure BDA0002502989280000141
Figure BDA0002502989280000151
计算片烟的工业可用性指数，并对不同等级片烟聚类分析，制定片烟质量分类。其中，A0代表符合质量目标需求的预期值，A1～A14为待评价片烟样品的编号。
基于需求目标进行聚类分析，设置烟叶质量目标预期值，将预期值(A0)和待评价样品工业可用性指数一同聚类分析，得到各等级分类。
根据片烟质量评价实际情况，设置工业可用性指数的质量目标预期值为0.85，使用统计分析软件对不同片烟等级工业可用性指数进行聚类分析，片烟工业可用性和聚类分类结果由表7所示，按质量档次分类结果如表8所示。
根据工业可用性指数和聚类分析结果，可精确量化不同片烟等级之间工业可用性差异，支撑片烟按质量档次进行分类，结合实际需要可制定片烟实际使用计划。
表7不同片烟等级的工业可用性和聚类分类结果
Figure BDA0002502989280000161
Figure BDA0002502989280000171
注：表中的实际使用计划为片烟使用时拟应用于不同价类的卷烟配方中。
表8基于聚类分析的片烟质量档次分类统计表
Figure BDA0002502989280000172
本专利使用的方法得出的按质量档次分类结果与实际使用计划具有较高符合性，A类质量档次的片烟主要用于一类配方；B类质量档次的片烟主要用于二类、三类配方；C类质量档次的片烟主要用于三类配方；D类质量档次的片烟主要用于三类、四类配方。
尽管本发明的具体实施方式已经得到详细的描述，但本领域技术人员将理解：根据已经公开的所有教导，可以对细节进行各种修改变动，并且这些改变均在本发明的保护范围之内。本发明的全部范围由所附权利要求及其任何等同物给出。

Claims (10)

1.一种对烟草工业可用性的量化评价方法，包括：
(1)采集烟草样品的化学成分含量，并计算烟草样品的化学成分标准化指数P标准化；
(2)采集烟草样品的感官质量评分，并计算烟草样品的感官质量标准化指数Q标准化；
(3)根据以下公式计算烟草样品的工业可用性指数F，并根据F评价烟草的工业可用性；
F＝θ·P标准化+(1-θ)·Q标准化，0＜θ＜1；
步骤(3)中，
Figure FDA0002502989270000011
n为烟草中待检测化学成分的个数，ρi为第i个化学成分的标准化权重系数，f(x)i为第i个化学成分的隶属函数；
其中，所述待检测化学成分包括总糖、还原糖、总植物碱、氯、总氮、糖碱比、氮碱比、钾氯比和钾；
其中，所述总糖、还原糖、总植物碱、氯、总氮、糖碱比和氮碱比的隶属度函数为：
Figure FDA0002502989270000012
其中，所述钾氯比和钾的隶属度函数为：
Figure FDA0002502989270000013
其中，x1、x2、x3和x4分别表示烟草各化学成分指标的下临界值、适宜值下限、适宜值上限和上临界值，x1＜x2＜x3＜x4；
步骤(3)中，
Figure FDA0002502989270000014
m为烟草中待评价感官项目的个数，σj为第j个感官质量评分项目的标准化权重系数，qj为第j个感官质量评分项目的打分。
2.根据权利要求1所述方法，所述感官质量评分项目包括：香气质、香气量、透发性、杂气、细腻程度、柔和程度、圆润感、刺激性、干燥感和余味。
3.根据权利要求1所述方法，其中，θ＝0.7～0.8。
4.根据权利要求1所述方法，其中，θ＝0.75。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于以下一项或多项：
-其中，0≤P标准化≤1。
-其中，0≤Q标准化≤1。
6.根据权利要求1所述方法，其中，x2＝μ-Zα/2σ，x3＝μ+Zα/2σ；
其中，μ、Zα/2和σ通过以下方法获得，提供一批符合质量目标的烟草样本的集合，检测其中的目标化学成分含量，该目标化学成分含量的平均值为μ，标准偏差为σ，其整体数据的平均值的100×(1-α)％置信区间为(μ-Zα/2σ，μ+Zα/2σ)，其中α为非置信水平在正态分布内的覆盖面积，Zα/2为对应的标准分数。
7.根据权利要求1所述方法，所述烟草样品为片烟。
8.一种烟草筛选方法，包括以下步骤：
(1)根据权利要求1～7任一项所述方法采集多个烟草样品的工业可用性指数F；
(2)提供工业可用性指数F目标范围；
(3)从多个样品中筛选符合工业可用性指数F目标范围的烟草样品。
9.一种烟草分类方法，包括以下步骤：
(1)采集多个烟草样品的工业可用性指数F；
(2)设置分类数和目标类。
(3)根据工业可用性指数F、分类数和质量目标预期值对多个烟草样品进行分类；
(4)根据分类结果，设置不同质量档次烟叶工业可用性指数F值分布范围。
其中，所述工业可用性指数F根据权利要求1～7任一项所述方法获得。
10.根据权利要求9所述筛选方法，步骤(2)中，所述分类是指按如下标准将烟草样品分为四类：
第一类0.82≤F<1.00；
第二类0.75≤F<0.82；
第三类0.70≤F<0.75；
第四类F<0.70。
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