專利名稱：一種初烤煙葉主流煙氣中氫氰酸釋放量的預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種初烤煙葉主流煙氣中氫氰酸釋放量的預(yù)測(cè)方法，屬于煙草技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氫氰酸是卷煙主流煙氣中的重要有害物質(zhì)，被列為評(píng)價(jià)卷煙安全性的7種卷煙煙氣有害成分之一，在這7種有害成分中，其含量較高，且毒性最大。目前我國已經(jīng)建立了卷煙主流煙氣中氫氰酸測(cè)定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但是通常測(cè)定煙氣中氫氰酸的含量需要對(duì)樣品進(jìn)行卷制、吸煙機(jī)抽吸捕集及捕集物進(jìn)樣前處理等較為煩瑣的步驟。相對(duì)而言，煙草中的一些常量化學(xué)成分的測(cè)定步驟就較為簡便。而煙氣中的氫氰酸主要是煙草中的蛋白質(zhì)、氨基酸、硝酸鹽和含氮化合物在燃吸過程中的氧化分解產(chǎn)物，煙草中鉀、氯等物質(zhì)的含量影響煙 草的燃燒性，這些煙草化學(xué)成分的變化最終會(huì)對(duì)煙氣成分含量造成影響。由此可知，在煙草化學(xué)成分通過燃燒轉(zhuǎn)換為煙氣成分的過程中經(jīng)歷了一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和物質(zhì)分解、生成過程，這一切過程都屬于一個(gè)復(fù)雜的非線性變化體系。但是從大量文獻(xiàn)及相關(guān)資料來看，對(duì)于這種復(fù)雜變化體系間的關(guān)系研究還較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種初烤煙葉主流煙氣中氫氰酸釋放量的預(yù)測(cè)方法。對(duì)初烤煙葉的幾項(xiàng)化學(xué)成分(由本方法確定)進(jìn)行測(cè)定后，通過本方法預(yù)測(cè)其煙氣中的氫氰酸釋放量，以便于卷煙配方人員及時(shí)了解該原料的氫氰酸釋放量水平，并在后期的選料和葉組配方設(shè)計(jì)中有效應(yīng)用，從而達(dá)到選料降低氫氰酸釋放量的一種減害措施?，F(xiàn)代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性統(tǒng)計(jì)性數(shù)據(jù)建模工具，常用來對(duì)輸入和輸出間復(fù)雜的關(guān)系進(jìn)行建模，網(wǎng)絡(luò)自身通常都是對(duì)自然界某種算法或者函數(shù)的逼近。通過利用大量樣本所構(gòu)建的煙草化學(xué)成分與煙氣氫氰酸釋放量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)待測(cè)樣品煙氣氫氰酸釋放量水平進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而避免了進(jìn)行煙氣檢測(cè)過程中的一些設(shè)備要求和煩瑣處理步驟。本發(fā)明提出的初烤煙葉主流煙氣中氫氰酸釋放量的預(yù)測(cè)方法具體內(nèi)容如下一、預(yù)測(cè)方法的建立(I)建模樣品來源2009年的187個(gè)初烤煙葉樣品，覆蓋全國47個(gè)產(chǎn)地，9個(gè)品種，上、中、下3個(gè)煙葉部位。(2)建模樣品前處理將待測(cè)初烤煙葉進(jìn)行樣品前處理通過人工撕片、剔梗、切絲三個(gè)步驟。處理好的煙片(絲)馬上封口、貼上標(biāo)簽，統(tǒng)一存放，不混淆。不同煙樣回潮和切絲前后都對(duì)設(shè)備進(jìn)行認(rèn)真地清潔，以保證煙樣間不錯(cuò)串。所收集的初烤煙葉原料統(tǒng)一加工，統(tǒng)一編碼，單一原料分別切絲并卷制成單料煙支(為盡量消除卷煙輔料對(duì)研究的干擾，選擇統(tǒng)一透氣度為60CU、克重28g/m2的同批次卷煙紙，將煙葉樣品卷制成無濾嘴卷煙，并以煙支重量指標(biāo)挑選煙支)，不加香加料，挑選后的煙支貯藏在溫度(18±1)°C;濕度(50±10)%的環(huán)境中，分析前取出按煙氣國標(biāo)方法平衡48小時(shí)備用。(3)建模樣品化學(xué)成分和煙氣氫氰酸釋放量測(cè)定由于某些煙草化學(xué)成分是生成煙氣成分的前體化合物(如碳水化合物、含氮化合物、有機(jī)酸、酚類等)，其含量對(duì)煙氣成分的含量影響較大，因此選取25種初烤煙葉化學(xué)成分(總糖、還原糖、氯、鉀、總氮、煙堿、揮發(fā)堿、水分、蛋白質(zhì)、揮發(fā)酸、纖維素、綠原酸、莨菪亭、蕓香苷、總多酚、草酸、丙二酸、丁二酸、蘋果酸、檸檬酸、棕櫚酸、亞油酸、油酸、亞麻酸、硬脂酸)作為所要研究的指標(biāo)。通過YC/T159-2002連續(xù)流動(dòng)法測(cè)定水溶性糖；通過YC/T161-2002連續(xù)流動(dòng)法測(cè)定總氮；通過YC/T217-2007連續(xù)流動(dòng)法測(cè)定鉀；通過YC/T162-2002連續(xù)流動(dòng)法測(cè)定氯；通過GB/T 23225-2008光度法測(cè)定煙堿；YC/T 35-1996返滴定法測(cè)定揮發(fā)堿；YC/T 31—1996烘箱法測(cè)定水分；YC/T 166—2003克達(dá)爾法測(cè)定蛋白質(zhì)；YC/T 202-2006高效液相色譜法測(cè)定多酚化合物(綠原酸、莨菪亭、蕓香苷、總多 酚)；采用水蒸氣蒸餾返滴定法測(cè)定測(cè)定揮發(fā)酸；煙草中粗纖維的測(cè)定的方法測(cè)定纖維素；微波輔助衍生化-氣相色譜法測(cè)定非揮發(fā)性有機(jī)酸(草酸、丙二酸、丁二酸、蘋果酸、檸檬酸、棕櫚酸、亞油酸、油酸、亞麻酸、硬脂酸)，測(cè)定出的煙草化學(xué)成分單位換算為％。YC/T253-2008連續(xù)流動(dòng)法測(cè)定煙氣氫氰酸釋放量，測(cè)定出的煙氣氫氰酸釋放量換算為每克煙絲的煙氣氫氰酸釋放量為μ g/g。(4)建模變量和異常樣品篩選變量篩選一方面可以簡化模型，另一方面是把對(duì)煙氣成分影響較小的變量剔除，使模型的預(yù)測(cè)能力更強(qiáng)、穩(wěn)健性更好。本研究變量選擇的原則是通過遺傳算法進(jìn)行變量篩選，并根據(jù)以往的機(jī)理研究結(jié)果最大程度的保留產(chǎn)生煙氣成分的前體化合物變量，最終確定合理的建模變量組成為6個(gè)化學(xué)成分(煙絲水分、氯、丙二酸、揮發(fā)酸、鉀、總氮)。異常樣品是遠(yuǎn)離模型整體的樣品，對(duì)模型的回歸分析影響明顯，首先通過濃度殘差分析剔出，然后在建模過程中重復(fù)運(yùn)算，再次剔除，直到獲得最佳預(yù)測(cè)效果，最終確定的進(jìn)入建模的樣本有133個(gè)。(5)建模參數(shù)優(yōu)化和模型內(nèi)部性能評(píng)價(jià)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方式建模利用重復(fù)抽樣方法對(duì)權(quán)衰減系數(shù)和隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇，最終參數(shù)確定為表I。采用所構(gòu)建的預(yù)測(cè)模型的決定系數(shù)(R2)和預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)偏差(SEC)(見式I)評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)模型內(nèi)部性能，決定系數(shù)(R2)越大，預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)偏差(SEC)越小，則模型越好，詳見表2。表I模型參數(shù)、權(quán)重?cái)?shù)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
權(quán)利要求
1.一種初烤煙葉主流煙氣中氫氰酸釋放量的預(yù)測(cè)方法，其特征在于包含以下步驟 1)將待測(cè)初烤煙葉通過人工撕片、剔梗、切絲三個(gè)步驟進(jìn)行樣品前處理； 2)對(duì)待測(cè)樣品6項(xiàng)煙草化學(xué)成分進(jìn)行檢測(cè)，所述的6項(xiàng)煙草化學(xué)成分是水分、氯、丙二酸、揮發(fā)酸、鉀、總氮； 3)將待測(cè)樣品6項(xiàng)煙草化學(xué)成分測(cè)定結(jié)果結(jié)合模型各輸入層系數(shù)計(jì)算隱含層11個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)值； 4)將計(jì)算所得隱含層11個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)值轉(zhuǎn)換為隱含層11個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸出值； 5)將計(jì)算所得隱含層11個(gè)節(jié)點(diǎn)輸出值結(jié)合模型輸出層系數(shù)計(jì)算得到煙氣氫氰酸的釋放量預(yù)測(cè)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種初烤煙葉化學(xué)成分對(duì)其煙氣中氫氰酸釋放量的預(yù)測(cè)方法，其特征在于所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)為6-11-1，即6個(gè)輸入層節(jié)點(diǎn)，11個(gè)隱含層節(jié)點(diǎn)，I個(gè)輸出層節(jié)點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種初烤煙葉化學(xué)成分對(duì)其煙氣中氫氰酸釋放量的預(yù)測(cè)方法，其特征在于所述的各輸入層系數(shù)從節(jié)點(diǎn)I至節(jié)點(diǎn)7依次為水分2.5756,0. 7275、-O. 2754,29. 5456、-44. 7235、-11. 2198、-8. 4481,19. 727、-3. 2588、10. 5596、-2. 2457 ;氯0. 3366,0. 0103,0. 414、-10. 9478、-105. 7468、-I. 0845、-O. 3786、-28. 167、-O. 1136,1. 0457、-O. 1884 ;丙二酸0. 8932,0. 0402,1. 3749,18. 5412、-166. 8647、-3.0746、-2. 6682、-61. 8149、-O. 81,3. 4644、-O. 9058 ;揮發(fā)酸-0. 0882、-O. 2902、-I. 2616、3. 7315,82. 0941、-O. 098、-O. 1807、-185. 2634,0. 017,0. 1407、-O. 2442 ；鉀1. 0408、I. 1968、-O.4195、16.2813、110.0328、-3.7461、-2. 4667、-16.3466、-I. 5474、3. 9008、-O. 85 ；總氮0. 8396、-I. 4048,0. 3135,8. 6165,386. 2798、-2. 8818、-2. 179、120. 3814、-O. 8374,2. 9891、-O. 5108 ;輸入層偏置系數(shù)0. 417、-I. 1804、-O. 3875,6. 7376、-112. 5589,-1. 7001,-1. 5397,-82. 5354,-0. 4714,1. 6482,-0. 2331，其中輸入層偏置值為 I。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種初烤煙葉化學(xué)成分對(duì)其煙氣中氫氰酸釋放量的預(yù)測(cè)方法，其特征在于所述的輸出層系數(shù)為隱含層節(jié)點(diǎn)I :18. 1284 ;隱含層節(jié)點(diǎn)2 18. 1161 ；隱含層節(jié)點(diǎn)3 155. 9901 ;隱含層節(jié)點(diǎn)4 :10. 6649 ;隱含層節(jié)點(diǎn)5 :-19. 352 ;隱含層節(jié)點(diǎn)6 ，14. 2358 ;隱含層節(jié)點(diǎn)7 13. 6368 ;隱含層節(jié)點(diǎn)8 :22. 3295 ;隱含層節(jié)點(diǎn)9 :-0. 223 ;隱含層節(jié)點(diǎn)10 :6. 9351 ;隱含層節(jié)點(diǎn)11 :0. 5182 ;輸出層偏置系數(shù)18. 7159，其中輸出層偏置值為Io
全文摘要
本發(fā)明涉及一種初烤煙葉主流煙氣中氫氰酸釋放量的預(yù)測(cè)方法。該方法是將待測(cè)初烤煙葉通過人工撕片、剔梗、切絲的樣品前處理；對(duì)待測(cè)樣品6項(xiàng)化學(xué)成分(水分、氯、丙二酸、揮發(fā)酸、鉀、總氮)進(jìn)行檢測(cè)；將6項(xiàng)化學(xué)成分測(cè)定結(jié)果結(jié)合模型各輸入層系數(shù)計(jì)算隱含層11個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)值；將隱含層11個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)值轉(zhuǎn)換為隱含層11個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸出值；將隱含層11個(gè)節(jié)點(diǎn)輸出值結(jié)合模型輸出層系數(shù)計(jì)算得到煙氣氫氰酸的釋放量預(yù)測(cè)值。該方法對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行6項(xiàng)煙草化學(xué)成分常量檢測(cè)，即可通過模型預(yù)測(cè)其煙氣中氫氰酸含量，能夠由初烤煙葉原料對(duì)未來形成的卷煙成品中可能的氫氰酸累積含量進(jìn)行有效預(yù)判，從而指導(dǎo)生產(chǎn)過程中的原料選擇。
文檔編號(hào)G01N33/00GK102879530SQ20121038414
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月11日
發(fā)明者張濤, 許 永, 劉巍, 楊帥, 王嵐, 胡守毅, 馬燕, 孫桂芬, 曹紅云 申請(qǐng)人:云南煙草科學(xué)研究院