王澤理，劉彥嶺

（1. 甘肅煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730050；2. 鄭州輕工業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450002）

煙葉原料是卷煙工業(yè)的重要原料，其品質(zhì)的高低，直接影響卷煙的品質(zhì)[1-2]。隨著2006 年1 月8 日《煙草控制框架公約》在我國正式生效，煙草行業(yè)面臨“吸煙與健康問題”的壓力進(jìn)一步加強(qiáng)，煙葉原料的安全性及危害性也日益凸顯。Xie Jianping 等人[3]經(jīng)過研究確定了表征卷煙危害性的7 個定性有害成分指標(biāo)，即CO，HCN，NNK，NH3，苯并[a]芘，苯酚，巴豆醛，并給出了危害性指數(shù)的計算方法。因此，煙葉原料的主要化學(xué)成分及危害性指數(shù)會直接影響卷煙工業(yè)可用性和卷煙產(chǎn)品的安全性[4-5]。為了深入全面地研究公司煙葉原料的綜合適用性，更準(zhǔn)確地判定煙葉原料是否滿足工業(yè)品牌卷煙的生產(chǎn)要求，將危害性指數(shù)、主要化學(xué)成分和煙葉內(nèi)在質(zhì)量等指標(biāo)納入評價方法，建立起工業(yè)品牌煙葉原料適用性綜合指數(shù)模型，并對其應(yīng)用效果進(jìn)行驗證，從而為煙葉采購工作提供強(qiáng)有力的技術(shù)指導(dǎo)，以期為煙葉的種植、栽培，為卷煙工業(yè)的調(diào)配提供依據(jù)，從源頭降低卷煙的危害性，在滿足消費(fèi)者的同時減少吸煙對人體的危害具有深遠(yuǎn)的意義。

1 樣品的設(shè)計與制備

以公司在用的主要產(chǎn)區(qū)煙葉原料為研究對象，選取云南、貴州、四川、福建、湖南、陜西、甘肅、河南和黑龍江等9 個省份17 個產(chǎn)地具有代表性的煙葉原料。

單料煙樣品制作參數(shù)在相同規(guī)格煙用材料、工藝加工參數(shù)及卷制工藝參數(shù)下卷制成煙支：煙支長度為84.0 mm，濾嘴長度為20.0 mm，圓周為24.5 mm，質(zhì)量為0.88 g /支，卷煙紙透氣度40CU，克質(zhì)量為27 g/m3，煙支硬度為67 g/支，無濾嘴通風(fēng)，濾棒吸阻為3 300 Pa。

2 指標(biāo)與測定方法

卷煙主流煙氣焦油、煙堿、CO、HCN、NNK、NH3、苯并[a]芘、苯酚、巴豆醛的釋放量及煙葉原料的常規(guī)化學(xué)成分測定方法為：①GB/T 19609—2004卷煙 用常規(guī)分析用吸煙機(jī)測定總粒相物和焦油[6]；②GB/T 23355—2009 卷煙 總粒相物中煙堿的測定方法氣相色譜法[7]；③YC/T 157—2001 卷煙 總粒相物中水分的測定方法 氣相色譜法[8]；④GB/T 23356—2009卷煙煙氣氣相中一氧化碳的測定 非散射紅外法[9]；⑤YC/T 253—2008 卷煙主流煙氣中氰化氫的測定連續(xù)流動法[10]；⑥GB/T 23228—2008 卷煙 主流煙氣總粒相物中煙草特有N - 亞硝胺的測定氣相色譜—熱能分析聯(lián)用法[11]；⑦GB/T 21130—2007 卷煙 煙氣總粒相物中苯并[a]芘的測定[12]；⑧YC/T 255—2008 卷煙主流煙氣中主要酚類化合物的測定 高效液相色譜法[13]；⑨YC/T 254—2008 卷煙主流煙氣中主要羰基化合物的測定 高效液相色譜法[14]；⑩NH3：采用加拿大衛(wèi)生部方法（離子色譜法）[15]。

單料煙危害性指數(shù)計算公式為：

式中：A——CO 釋放量，mg/支；

B——NNK 釋放量，ng/支；

C——苯并[a]芘釋放量，ng/支；

D——巴豆醛釋放量，μg/支；

E——苯酚釋放量，μg/支；

F——NH3釋放量，μg/支；

G——HCN 釋放量，μg/支。

煙葉原料的常規(guī)化學(xué)成分測定方法采用連續(xù)流動分析法，并計算出派生值。

3 模型的建立及優(yōu)選

采用逐步回歸和剔除的方法建立因素與指標(biāo)間的多因素模型和模型數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)測模型的基本參數(shù)確定幾個可靠的預(yù)測模型，并進(jìn)行交叉驗證，依據(jù)交叉驗證標(biāo)準(zhǔn)差（RMSECV） 篩選出最優(yōu)預(yù)測模型，最后采用外部驗證樣品對預(yù)測模型的預(yù)測能力進(jìn)行驗證，外部驗證樣品數(shù)為20 組；操作環(huán)境為SPSS 13.0 和DPS 7.05 這2 個數(shù)據(jù)處理軟件。

3.1 建立模型的參數(shù)及預(yù)測指標(biāo)

根據(jù)公司卷煙的風(fēng)格特征，確定建模參數(shù)共分為三大類，分別為代表綿香風(fēng)格的煙葉化學(xué)成分總氮（X1）、總糖（X2）、總糖/總氮（X3）；代表危害性的指標(biāo)危害性指數(shù)（X4）；代表煙葉內(nèi)在品質(zhì)的指標(biāo)內(nèi)在質(zhì)量得分（X5） （依據(jù)單料煙9 分制打分）。預(yù)測指標(biāo)為煙葉質(zhì)量總體評價得分（Y） （依據(jù)公司建立的煙葉質(zhì)量評價體系計算結(jié)果）。

3.2 建模數(shù)據(jù)

共選出公司各大產(chǎn)區(qū)的不同等級的煙葉數(shù)據(jù)53 組。

建?；A(chǔ)數(shù)據(jù)見表1。

表1 建?；A(chǔ)數(shù)據(jù)

3.3 預(yù)測模型的建立

分別采用線性逐步回歸法和非線性逐步回歸法兩種類型的數(shù)學(xué)模型，對模型各參數(shù)的檢驗是在95%置信水平下的P 檢驗，只有各項指標(biāo)的P 檢驗通過后才能確定該模型的合理性。通過交叉驗證法計算出交叉驗證標(biāo)準(zhǔn)差（RMSECV），通過交叉驗證標(biāo)準(zhǔn)差（RMSECV） 評價模型的預(yù)測能力，一般情況下RMSECV 越小，模型預(yù)測能力越好。

采用逐步回歸法分別建立了線性預(yù)測模型、二次多項式預(yù)測模型、多因子及互作用項預(yù)測模型和多因子及平方項預(yù)測模型，采用逐步剔除法建立了多因素預(yù)測模型。

預(yù)測模型及各因素參數(shù)見表2。

由各模型中各因素系數(shù)的顯著水平及各模型方差分析的顯著水平，證明方程通過檢驗，并且D-W值在范圍之內(nèi)，說明方程有統(tǒng)計學(xué)意義。由模型的決定系數(shù)R2可知，以上模型都有一定的預(yù)測精度。

3.4 模型的優(yōu)選

通過綜合分析共選出5 個不同的預(yù)測模型。

各模型預(yù)測參數(shù)見表3。

根據(jù)預(yù)測模型的R2越大，RMSECV 越小的原則，選出模型3 為最優(yōu)模型。

表2 預(yù)測模型及各因素參數(shù)

表3 各模型預(yù)測參數(shù)

模型3 標(biāo)準(zhǔn)化殘差正態(tài)直方圖見圖1，模型3 標(biāo)準(zhǔn)化殘差正態(tài)P-P 圖見圖2，模型3 預(yù)測值與標(biāo)準(zhǔn)值得散點圖見圖3。

圖1 模型3 標(biāo)準(zhǔn)化殘差正態(tài)直方圖

由散點圖3 可知，模型預(yù)測值與標(biāo)準(zhǔn)值之間呈現(xiàn)顯著的線性相關(guān)，決定系數(shù)R2為0.906 1。

3.5 模型預(yù)測能力的外部驗證

隨機(jī)選出20 組除建模外的其他不同地區(qū)、不同等級的煙葉樣品進(jìn)行對模型的外部驗證。

外部驗證樣品數(shù)據(jù)結(jié)果見表4。

以驗證樣品的預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)差（RMSEP） 和平均預(yù)測相對偏差來考查模型的預(yù)測能力，驗證樣品的預(yù)測結(jié)果。

圖2 模型3 標(biāo)準(zhǔn)化殘差正態(tài)P-P 圖

圖3 模型3 預(yù)測值與標(biāo)準(zhǔn)值得散點圖

模型3 預(yù)測結(jié)果見表5，模型3 外部驗證預(yù)測值與標(biāo)準(zhǔn)值的相關(guān)性見圖4。

結(jié)果表明，外部驗證模型的預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)差RMSEP為0.73，平均預(yù)測相對偏差為7.3%，決定系數(shù)為0.913 8，表明模型預(yù)測值與標(biāo)準(zhǔn)值之間都呈現(xiàn)顯著的線性相關(guān)；可知模型的預(yù)測結(jié)果與實際值較為一致，并且平均預(yù)測相對偏差都低于10%。

表4 外部驗證樣品數(shù)據(jù)結(jié)果

表5 模型3 預(yù)測結(jié)果

圖4 模型3 外部驗證預(yù)測值與標(biāo)準(zhǔn)值的相關(guān)性

3.6 確定煙葉原料適用性綜合指數(shù)模型

綜合以上分析，根據(jù)模型3 的內(nèi)部交叉驗證和外部驗證的結(jié)果，模型3 的綜合指標(biāo)最佳，選擇模型3 作為最優(yōu)模型。模型及模型參數(shù)如下：

式中：Y——煙葉適用性綜合指數(shù)得分，分；

X1——煙葉總氮含量；

X2——煙葉總糖含量；

X3——煙葉總糖/總氮；

X4——煙葉煙氣危害性指數(shù)；

X5——煙葉內(nèi)在品質(zhì)得分。

3.7 煙葉原料工業(yè)綜合適用性評價方法

產(chǎn)區(qū)煙葉原料適用性指數(shù)Y≥75 為優(yōu)質(zhì)主料煙，75＞Y≥65 為主料煙，65＞Y≥60 為輔料煙，60＞Y≥50 為填充料煙，50＞Y 為無實用價值煙葉，提出警報，建議停止采購。

4 結(jié)論

篩選出了最優(yōu)模型，模型的預(yù)測精度較準(zhǔn)、實用性較強(qiáng)，并對模型進(jìn)行了外部驗證，預(yù)測精度較好。通過模型的預(yù)測，給出了煙葉檔次的劃分范圍。利用模型對各產(chǎn)區(qū)煙葉原料適用性進(jìn)行評價，調(diào)整部分產(chǎn)地?zé)熑~采購計劃，加大國內(nèi)部分產(chǎn)地?zé)熑~采購量，減少或停止部分產(chǎn)地?zé)熑~采購置，否定部分地區(qū)煙葉，為優(yōu)化煙葉原料資源配置，實現(xiàn)工業(yè)煙葉原料調(diào)撥的合理布局、穩(wěn)定優(yōu)化煙葉質(zhì)量提供決策支持，為凸顯和鞏固卷煙品牌風(fēng)格特色奠定良好的基礎(chǔ)，量化產(chǎn)區(qū)煙葉質(zhì)量能否進(jìn)入工業(yè)卷煙品牌配方，為煙葉采購工作提供技術(shù)指導(dǎo)和方向。