江雪彬，胡開利，吳雪芹，朱建新，韓 明，楊永杰，李 曉，姚二民

(1.湖北中煙武漢卷煙廠，湖北武漢 430051；2.鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南鄭州 450000；3.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司安陽卷煙廠，河南安陽 455006)

葉片片型和結(jié)構(gòu)決定煙絲結(jié)構(gòu)，煙絲結(jié)構(gòu)是影響卷煙質(zhì)量的重要因素之一[1-2]。打葉復(fù)烤過程中，控制合理的葉片片型、結(jié)構(gòu)是保障卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性的前提，明確葉片結(jié)構(gòu)與葉絲結(jié)構(gòu)的關(guān)系是打葉復(fù)烤后片煙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的關(guān)鍵[3]。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)葉片結(jié)構(gòu)與葉絲結(jié)構(gòu)的關(guān)系開展了大量研究。羅登山等通過綜述葉片結(jié)構(gòu)對(duì)卷煙質(zhì)量影響的研究進(jìn)展指出，影響葉片結(jié)構(gòu)的主要因素為煙葉原料的物理特性、加工工藝和加工設(shè)備等，同時(shí)不同尺寸葉片的比例變化會(huì)對(duì)煙絲結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，并隨之影響卷煙的卷制質(zhì)量[3]。劉志平等對(duì)葉片大小與葉絲尺寸關(guān)系進(jìn)行探討發(fā)現(xiàn)，>12.7 mm的葉片對(duì)>3.2 mm的葉絲有顯著影響，≤12.7 mm的葉片對(duì) ≤1.4 mm 的葉絲有顯著影響[4]。Jakob Stephen利用響應(yīng)面設(shè)計(jì)法對(duì)葉片結(jié)構(gòu)和煙絲結(jié)構(gòu)的關(guān)系進(jìn)行分析，結(jié)果表明，3目(5.9 mm)以上的煙絲主要來源于3/2英寸(38.1 mm)或3/4英寸(19.05 mm)以上的葉片；6目(3.3 mm)和10目(2.0 mm)以上的煙絲主要來源于3/8英寸(9.53 mm)以上的葉片；14目(1.4 mm)以上的煙絲來源于3/8英寸篩上和篩下的葉片；20目(0.85 mm)以上、28目(0.59 mm)以上的煙絲主要來源于3/8英寸之下的葉片[5]。雷諾公司的研究結(jié)果表明，3目(5.9 mm)以上的煙絲主要來自3/2英寸以上的葉片，6目以上的葉絲主要來自3/4英寸以上的葉片。目前，關(guān)于此方面多為對(duì)葉片結(jié)構(gòu)與煙絲結(jié)構(gòu)關(guān)系的定性研究，由于研究者們所采用的葉片結(jié)構(gòu)和煙絲結(jié)構(gòu)的篩分方法及尺寸區(qū)間的劃分不同，因此對(duì)葉片結(jié)構(gòu)與煙絲結(jié)構(gòu)的關(guān)系并沒有較為一致的結(jié)論[6]。本試驗(yàn)采用簡單相關(guān)分析、因子分析、回歸分析等方法研究卷煙葉片結(jié)構(gòu)各指標(biāo)與煙絲結(jié)構(gòu)各指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型，這些模型能夠較好地預(yù)測(cè)不同結(jié)構(gòu)葉片切后對(duì)應(yīng)煙絲的尺寸分布，為制定在線葉片結(jié)構(gòu)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及在打葉復(fù)烤上優(yōu)化葉片結(jié)構(gòu)以獲得良好的卷煙物理指標(biāo)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

某牌號(hào)卷煙原料煙片、卷煙煙絲，由河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司提供。

JDX-A01型葉片再切生產(chǎn)線(開封市金建煙草機(jī)械有限責(zé)任公司)；TQ-2型葉片振動(dòng)分選篩(鄭州煙草研究院)；YQ-2型煙絲振動(dòng)分選篩(鄭州煙草研究院)；PL3001-S Mettler電子天平(感量0.1 g，瑞士Mettle公司)；BINDER恒溫恒濕箱(香港路易企業(yè)有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 煙絲取樣 取正常生產(chǎn)時(shí)，制絲線進(jìn)料流量分別為 6 500、5 000、3 500 kg/h時(shí)，經(jīng)JDX-A型葉片再切生產(chǎn)線處理的葉片以及不經(jīng)該設(shè)備處理的正常葉片，作為葉片試驗(yàn)樣品，共44組，貼好標(biāo)簽待用；對(duì)生產(chǎn)線上的各組葉片樣品進(jìn)行切絲，分別取切后所對(duì)應(yīng)的煙絲作為試驗(yàn)樣品，共44組，貼好標(biāo)簽待用。取樣均在機(jī)臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定的狀態(tài)下進(jìn)行，在 JDX-A01 型截短機(jī)出口處取葉片樣品，每組取樣3次，每次隨機(jī)取樣4 000 g，所取樣品混合均勻后，采用四分法將其縮減至1 000 g。煙絲樣品取樣點(diǎn)為烘絲后，具體取樣方法參照葉片取樣。若取樣與檢測(cè)時(shí)間間隔過長，則將樣品放入恒溫恒濕室貯存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 煙絲檢測(cè) 將待測(cè)樣品平衡48 h后，進(jìn)行葉片結(jié)構(gòu)及煙絲結(jié)構(gòu)測(cè)試，檢測(cè)方法均參照國標(biāo)規(guī)定GB/T 21137—2007《煙葉 片煙大小的測(cè)定》、YC/T 146—2001《煙葉 打葉復(fù)烤 工藝規(guī)范》等執(zhí)行[7-8]。

葉片結(jié)構(gòu)指標(biāo)的檢測(cè)利用葉片振動(dòng)分選篩對(duì)煙片樣品進(jìn)行篩分，檢測(cè)煙片的大片率(>25.40 mm葉片率)、中片率(>12.70～25.40 mm葉片率)、小片率(>6.35～12.70 mm葉片率)、碎片率(2.36～6.35 mm葉片率)。煙絲結(jié)構(gòu)指標(biāo)的檢測(cè)利用煙絲振動(dòng)分選篩對(duì)煙絲樣品進(jìn)行篩分，檢測(cè)長絲(>3.35 mm)、中絲(>2.50～3.35 mm)、短絲(1.00～2.50 mm)以及碎絲(<1.00 mm)在煙絲中所占的比例。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片結(jié)構(gòu)與煙絲結(jié)構(gòu)的簡單相關(guān)性分析

對(duì)各組試驗(yàn)樣品的葉片結(jié)構(gòu)及制絲后對(duì)應(yīng)的煙絲結(jié)構(gòu)各指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，用SPSS軟件對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行簡單相關(guān)性分析[9]，得到葉片結(jié)構(gòu)各指標(biāo)與制絲后對(duì)應(yīng)煙絲結(jié)構(gòu)各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)矩陣(表1)。

表1 葉片結(jié)構(gòu)與煙絲結(jié)構(gòu)的簡單相關(guān)性

注：“*”表示顯著相關(guān)，“**”表示極顯著相關(guān)。

分析結(jié)果(表1)表明，葉片結(jié)構(gòu)各指標(biāo)與煙絲結(jié)構(gòu)各指標(biāo)呈現(xiàn)出不同相關(guān)性(正負(fù)相關(guān))。長絲率與葉片結(jié)構(gòu)各指標(biāo)間均存在極顯著的相關(guān)關(guān)系，具體表現(xiàn)為長絲率與大片率呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)關(guān)系，與中片率、小片率、碎片率呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。中絲率僅與中片率呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，與其他各項(xiàng)葉片結(jié)構(gòu)指標(biāo)間的相關(guān)性均不顯著，因此若要提高中絲率，必須相應(yīng)提高中片率。短絲率與葉片結(jié)構(gòu)各指標(biāo)間均存在極顯著的相關(guān)關(guān)系，具體表現(xiàn)為短絲率與大片率呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與中片率、小片率、碎片率呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。整絲率與大片率呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與中片率、小片率、碎片率呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此要提高整絲率，應(yīng)盡量增加大片率。碎絲率與大片率呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，即制絲后碎絲率隨著原料煙片大片率的增加而降低，碎絲率與中片率呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。

綜上所述，煙絲結(jié)構(gòu)各指標(biāo)與葉片結(jié)構(gòu)具有不同程度的相關(guān)性，即葉片結(jié)構(gòu)直接影響切后的煙絲結(jié)構(gòu)。大片率的增加有助于提高整絲率，降低碎絲率，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致長絲率增加，中絲率降低。中片率和小片率的增加均會(huì)導(dǎo)致切后碎絲率增加。中絲率與中片率呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。

2.2 葉片結(jié)構(gòu)與煙絲結(jié)構(gòu)關(guān)系模型的建立

用SPSS軟件對(duì)檢測(cè)所得的葉片結(jié)構(gòu)各指標(biāo)進(jìn)行簡單相關(guān)性分析得到葉片結(jié)構(gòu)各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)矩陣，結(jié)果見表2。

表2 葉片結(jié)構(gòu)各指標(biāo)間的簡單相關(guān)性

由表2可以看出，葉片結(jié)構(gòu)各指標(biāo)間均具有較強(qiáng)的相關(guān)性。若直接用其表征煙絲結(jié)構(gòu)，存在共線性問題，無法消除各變量之間的相關(guān)性影響。為解決上述問題，應(yīng)對(duì)葉片結(jié)構(gòu)各指標(biāo)進(jìn)行因子分析提取主成分，構(gòu)建一個(gè)能夠客觀反映葉片結(jié)構(gòu)的綜合指標(biāo)，以期為葉片結(jié)構(gòu)對(duì)煙絲結(jié)構(gòu)影響的研究及主成分分析法主成分的合理分組提供依據(jù)。

根據(jù)葉片結(jié)構(gòu)各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)矩陣，采用主成分分析法，運(yùn)用SPSS軟件對(duì)葉片結(jié)構(gòu)各指標(biāo)進(jìn)行因子分析，提取主成分，提取因子的方差貢獻(xiàn)率見表3。由于第1個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率已達(dá)到81.295%，故提出1個(gè)因子變量，作為綜合因子變量，表4為經(jīng)方差極大法旋轉(zhuǎn)的因子載荷矩陣，因子主要表征葉片結(jié)構(gòu)，除與大片率指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)外，與其他各指標(biāo)均為正相關(guān)關(guān)系。

表3 提取因子的方差貢獻(xiàn)率

表4 因子載荷矩陣

由于表3、表4得出的因子載荷矩陣的載荷系數(shù)并不能直接用于表征綜合因子變量，需要將所得因子載荷系數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)變換。將葉片結(jié)構(gòu)各指標(biāo)的方差貢獻(xiàn)率歸一化[各指標(biāo)因子載荷系數(shù)除以提取因子的方差貢獻(xiàn)率中主成分特征值(3.252)的平方根]得到轉(zhuǎn)換后各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)依次為：-0.546、0.464、0.531、0.452，進(jìn)而得到表征葉片結(jié)構(gòu)綜合因子x的表達(dá)式：

x=-0.546x1+0.464x2+0.531x3+0.452x4。

式中：x1表示大片率；x2表示中片率；x3表示小片率；x4表示碎片率。

將綜合因子變量x設(shè)為自變量，將各項(xiàng)煙絲結(jié)構(gòu)指標(biāo)設(shè)為因變量y(y1、y2、y3、y4、y5分別表示長絲率、中絲率、短絲率、碎絲率、整絲率)，用SPSS軟件進(jìn)行多元回歸分析。根據(jù)逐步回歸原理，采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)葉片結(jié)構(gòu)指標(biāo)x與各項(xiàng)煙絲指標(biāo)y1、y2、y3、y4、y5依次進(jìn)行逐步回歸分析，得到多元回歸方程及顯著性檢驗(yàn)結(jié)果見表5、表6。

表5 綜合因子變量與煙絲結(jié)構(gòu)各指標(biāo)間的多元回歸分析結(jié)果

注：“—”表示此項(xiàng)無數(shù)據(jù)。

表6 綜合因子變量與煙絲結(jié)構(gòu)各指標(biāo)間的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果

回歸分析結(jié)果(表5、表6)表明，葉片結(jié)構(gòu)與長絲率、短絲率、整絲率均存在極顯著的相關(guān)關(guān)系，與碎絲率呈顯著相關(guān)關(guān)系，而中絲率指標(biāo)與綜合因子變量間的相關(guān)關(guān)系不顯著，故模型構(gòu)建失敗，這可能是由于中絲率指標(biāo)受多種因素影響，因此不適合用該葉片結(jié)構(gòu)構(gòu)建的模型來預(yù)測(cè)。按照R2排序，各項(xiàng)煙絲結(jié)構(gòu)指標(biāo)與葉片結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系密切程度由強(qiáng)到弱的順序依次為短絲率、整絲率、長絲率、碎絲率、中絲率，即煙片的葉片結(jié)構(gòu)對(duì)切絲后煙絲的短絲率、整絲率的影響較大[10]。

根據(jù)煙絲結(jié)構(gòu)各指標(biāo)與綜合因子變量x的擬合所得方程，將構(gòu)建的綜合因子變量x=-0.546x1+0.464x2+0.531x3+0.452x4代回方程，得到煙絲結(jié)構(gòu)各指標(biāo)與葉片結(jié)構(gòu)各指標(biāo)間的關(guān)系模型如下：

y1=0.172x1-0.146x2-0.300x3-0.256x4+61.063；

y3=-0.115x1+0.098x2+0.112x3+0.095x4+13.700；

y4=-0.010x1+0.009x2+0.010x3+0.009x4+1.460；

y5=0.135x1-0.115x2-0.131x3-0.112x4+84.893。

2.3 模型驗(yàn)證

將檢測(cè)所得的各項(xiàng)葉片結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)帶入所建模型可得到對(duì)應(yīng)煙絲結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，將計(jì)算值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，結(jié)果見圖1至圖4?？梢钥闯?，用模型所求出的煙絲結(jié)構(gòu)各指標(biāo)計(jì)算值與實(shí)測(cè)值吻合程度較好，R2分別為長絲率 0.923，短絲率0.973，碎絲率0.958，整絲率0.967，表明利用所建立的模型能夠較好地預(yù)測(cè)不同結(jié)構(gòu)葉片切后煙絲的尺寸分布。

上述模型建立了葉片結(jié)構(gòu)與煙絲結(jié)構(gòu)的定量關(guān)系，對(duì)進(jìn)一步研究煙絲的合理性生產(chǎn)和利用具有至關(guān)重要的作用。利用葉片結(jié)構(gòu)與煙絲結(jié)構(gòu)的關(guān)系模型來預(yù)測(cè)制絲后對(duì)應(yīng)煙絲的尺寸分布可為在線葉片結(jié)構(gòu)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供依據(jù)。監(jiān)測(cè)葉片結(jié)構(gòu)的波動(dòng)情況對(duì)保證成絲到卷包過程中煙絲結(jié)構(gòu)所涉及物理指標(biāo)的合格具有重要意義，可根據(jù)一定尺寸范圍的煙絲含量選擇增減相應(yīng)大小葉片比例，為打葉復(fù)烤優(yōu)化葉片結(jié)構(gòu)提供依據(jù)[12-14]。

3 結(jié)論與討論

煙絲結(jié)構(gòu)的各指標(biāo)與葉片結(jié)構(gòu)具有不同程度的相關(guān)性，葉片結(jié)構(gòu)直接影響切后的煙絲結(jié)構(gòu)。大片率的增加有助于提高整絲率、降低碎絲率，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致長絲率增加、中絲率降低。中片率和小片率的增加，均會(huì)導(dǎo)致切后碎絲率增加，中絲率與中片率呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。

建立葉片結(jié)構(gòu)各指標(biāo)與煙絲結(jié)構(gòu)各指標(biāo)之間的關(guān)系模型，且用所建立模型求出的煙絲結(jié)構(gòu)各指標(biāo)計(jì)算值與實(shí)測(cè)值吻合程度較好，其R2分別為長絲率0.923，短絲率0.973，碎絲率0.958，整絲率0.967，能夠較好地預(yù)測(cè)不同結(jié)構(gòu)葉片切后葉絲的尺寸分布。

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