近紅外漫反射光譜技術(shù)測(cè)定造紙法再造煙葉蛋白質(zhì)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于造紙法再造煙葉領(lǐng)域，具體涉及近紅外漫反射光譜技術(shù)測(cè)定造紙法再 造煙葉蛋白質(zhì)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 造紙法再造煙葉是卷煙生產(chǎn)中的重要原料，在煙絲中添加適量的再造煙葉，不僅 能改善卷煙的物理性能和化學(xué)成分，提高卷煙的吸食安全性，還能充分利用煙草資源，降低 成本。目前造紙法再造煙葉存在刺激性大、木質(zhì)氣重等問題，影響其在卷煙產(chǎn)品中的添加量 和使用效果。蛋白質(zhì)是再造煙葉的重要組成部分，其對(duì)于煙葉的吸味品質(zhì)有不利的影響，燃 吸時(shí)煙葉中的蛋白質(zhì)會(huì)使煙氣苦味增加并有燒羽毛的氣味，因此準(zhǔn)確、迅速測(cè)定煙草中的 蛋白質(zhì)含量對(duì)評(píng)價(jià)再造煙葉質(zhì)量有著重要意義。
[0003] 目前，再造煙葉中蛋白質(zhì)含量的測(cè)定主要是克達(dá)爾法或改良的凱氏定氮法，該些 方法操作繁瑣、費(fèi)時(shí)。近年來，國內(nèi)煙草檢測(cè)部口引進(jìn)了煙草化學(xué)自動(dòng)分析儀，采用連續(xù)流 動(dòng)分析方法測(cè)定煙草總氮，雖然簡化了操作，但存在通過測(cè)定樣品總氮換算蛋白質(zhì)含量時(shí) 不能消除可溶性氮的影響問題，而先進(jìn)的蛋白質(zhì)測(cè)定儀價(jià)格昂貴且需?？诘脑噭?，目前尚 難普及。鑒于此，有必要開發(fā)一種新的快速的測(cè)定蛋白質(zhì)含量方法，為分析評(píng)價(jià)再造煙葉的 蛋白質(zhì)含量提供一定的參考。
[0004] 近紅外光照射到物質(zhì)后，會(huì)發(fā)生吸收、透射、全反射、漫反射等幾種相互作用形式。 近紅外光譜的采集方式主要有H種；透射式、漫反射式和透漫射式。
[0005] 對(duì)于光通透性較好的液體樣品，近紅外光可W穿透整個(gè)樣品，多采用透射方式進(jìn) 行光譜掃描，所測(cè)得數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確。近紅外光不能完全穿透造紙法再造煙葉，故采用漫反射 方式進(jìn)行光譜掃描。近紅外漫反射光進(jìn)入樣品內(nèi)部后，發(fā)生無數(shù)次反射、折射、衍射、吸收 后，返回入射面的光，該種分析光負(fù)載了樣品的結(jié)構(gòu)和組成信息，是一項(xiàng)快速、對(duì)環(huán)境友好 的檢測(cè)技術(shù)，目前應(yīng)用近紅外漫反射光譜分析技術(shù)測(cè)定煙草常規(guī)化學(xué)成分、風(fēng)格、均勻性等 方面已有報(bào)道，但用于造紙法再造煙葉蛋白質(zhì)含量測(cè)定的方法未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種簡單、易行、快速測(cè)定再造煙葉蛋白質(zhì)的方法。本發(fā) 明采用近紅外光譜無損檢測(cè)技術(shù)不僅提高分析效率，節(jié)約成本，對(duì)于準(zhǔn)確測(cè)定再造煙葉蛋 白質(zhì)，提高檢測(cè)效率，客觀反應(yīng)產(chǎn)品質(zhì)量，具有明顯實(shí)用性。對(duì)于穩(wěn)定控制造紙法再造煙葉 產(chǎn)品內(nèi)在品質(zhì)，發(fā)揮造紙法再造煙葉穩(wěn)定卷煙產(chǎn)品質(zhì)量和塑造卷煙風(fēng)格具有明顯的有益效 果。
[0007] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下： 近紅外漫反射光譜技術(shù)測(cè)定造紙法再造煙葉蛋白質(zhì)的方法，包括如下步驟： 步驟（1)，樣品的的收集：收集準(zhǔn)備一批具有代表性的造紙法再造煙葉產(chǎn)品； 步驟（2)，測(cè)定樣品參考值；利用標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)步驟（1)收集的造紙法再造煙葉產(chǎn)品逐個(gè) 進(jìn)行蛋白質(zhì)的測(cè)定，得到樣品參考值； 步驟（3)，采集原始光譜：采用近紅外光譜漫反射的方式對(duì)步驟（1)收集的造紙法 再造煙葉產(chǎn)品逐個(gè)進(jìn)行光譜掃描，得到原始光譜；所述的光譜采集條件為：掃描范圍： 4000cm-i?lOOOOcm-i;分辨率；8cm-i;掃描次數(shù)不低于72次； 步驟（4)，校正樣品集和驗(yàn)證樣品集的選擇；在步驟（3)所得原始光譜中采用標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29858-2013的方法選出校正樣品集和驗(yàn)證樣品集； 步驟（5)，光譜預(yù)處理；對(duì)步驟（4)校正樣品集和驗(yàn)證樣品集中的光譜進(jìn)行預(yù)處理，消 除噪聲和基線漂移的影響； 步驟（6)，建立PLS模型；將步驟（5)處理后的校正樣品集與步驟（2)所得樣品參考 值進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，應(yīng)用偏最小二乘法把光譜數(shù)據(jù)與其對(duì)應(yīng)的蛋白質(zhì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，建 立定量模型，過程中進(jìn)行檢測(cè)及剔除異常值，對(duì)剔除異常值剩余的光譜數(shù)值，再次與所得樣 品參考值進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，應(yīng)用偏最小二乘法把光譜數(shù)據(jù)與其對(duì)應(yīng)的蛋白質(zhì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行擬 合，建立得到蛋白質(zhì)指標(biāo)的定量模型； 步驟（7)，模型驗(yàn)證：利用步驟（5)處理后的驗(yàn)證樣品集對(duì)步驟（6)所建立的蛋白質(zhì)指 標(biāo)的定量模型進(jìn)行外部預(yù)測(cè)。
[0008] 所述步驟（2)的樣品參考值測(cè)定是利用標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)所收集的樣品逐個(gè)進(jìn)行蛋白質(zhì) 的測(cè)定，得到參考值。所述標(biāo)準(zhǔn)方法是煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 166-2003《煙草和煙草制品總 蛋白質(zhì)含量的測(cè)定》； 進(jìn)一步，所述步驟（3)的原始光譜是通過下列方法獲得的；取步驟（1)收集到的造紙 法再造煙葉產(chǎn)品，每個(gè)產(chǎn)品粉碎成粉末并混合均勻后，放入樣品杯中，輕壓平整，樣品厚度 > 10mm，利用近紅外光譜技術(shù)采用漫反射的方式進(jìn)行掃描并采集光譜，依次對(duì)每個(gè)再造煙 葉產(chǎn)品采用相同的方法進(jìn)行掃描并采集光譜，得到每個(gè)產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的原始光譜。
[0009] 進(jìn)一步，優(yōu)選的是步驟（3)中每個(gè)再造煙葉產(chǎn)品的原始光譜是通過3次平行實(shí)驗(yàn) 得到的光譜進(jìn)行平均得到的。
[0010] 進(jìn)一步，優(yōu)選的是步驟（5)所述預(yù)處理是指對(duì)原始光譜進(jìn)行矢量歸一化、二階導(dǎo)數(shù) 和Norris Derivative濾波預(yù)處理。
[0011] 進(jìn)一步，優(yōu)選的是Norris Derivative濾波為Norris (3, 5)，即對(duì)原始光譜進(jìn)行 SNV+二階+Norris(3,5)預(yù)處理。
[0012] 上述技術(shù)方案中所述步驟（6)中檢測(cè)及剔除異常值是采用檢測(cè)杠桿值的方法，具 體通過下列步驟： 按下列公式計(jì)算樣品杠桿值：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 近紅外漫反射光譜技術(shù)測(cè)定造紙法再造煙葉蛋白質(zhì)的方法，其特征在于，包括如下 步驟： 步驟（1)，樣品的的收集：收集準(zhǔn)備一批具有代表性的造紙法再造煙葉產(chǎn)品； 步驟（2)，測(cè)定樣品參考值；利用標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)步驟（1)收集的造紙法再造煙葉產(chǎn)品逐個(gè) 進(jìn)行蛋白質(zhì)的測(cè)定，得到樣品參考值； 步驟（3)，采集原始光譜：采用近紅外光譜漫反射的方式對(duì)步驟（1)收集的造紙法 再造煙葉產(chǎn)品逐個(gè)進(jìn)行光譜掃描，得到原始光譜；所述的光譜采集條件為：掃描范圍： 4000cm-i?lOOOOcm-i;分辨率；8cm-i;掃描次數(shù)不低于72次； 步驟（4)，校正樣品集和驗(yàn)證樣品集的選擇；在步驟（3)所得原始光譜中采用標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29858-2013的方法選出校正樣品集和驗(yàn)證樣品集； 步驟（5)，光譜預(yù)處理；對(duì)步驟（4)校正樣品集和驗(yàn)證樣品集中的光譜進(jìn)行預(yù)處理，消 除噪聲和基線漂移的影響； 步驟（6)，建立PLS模型；將步驟（5)處理后的校正樣品集與步驟（2)所得樣品參考 值進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，應(yīng)用偏最小二乘法把光譜數(shù)據(jù)與其對(duì)應(yīng)的蛋白質(zhì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，建 立定量模型，過程中進(jìn)行檢測(cè)及剔除異常值，對(duì)剔除異常值剩余的光譜數(shù)值，再次與所得樣 品參考值進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，應(yīng)用偏最小二乘法把光譜數(shù)據(jù)與其對(duì)應(yīng)的蛋白質(zhì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行擬 合，建立得到蛋白質(zhì)指標(biāo)的定量模型； 步驟（7)，模型驗(yàn)證：利用步驟（5)處理后的驗(yàn)證樣品集對(duì)步驟（6)所建立的蛋白質(zhì)指 標(biāo)的定量模型進(jìn)行外部預(yù)測(cè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近紅外漫反射光譜技術(shù)測(cè)定造紙法再造煙葉蛋白質(zhì)的方法， 其特征在于，所述步驟（3)的原始光譜是通過下列方法獲得的；取步驟（1)收集到的造紙 法再造煙葉產(chǎn)品，每個(gè)產(chǎn)品粉碎成粉末并混合均勻后，放入樣品杯中，輕壓平整，樣品厚度 > 10mm，利用近紅外光譜技術(shù)采用漫反射的方式進(jìn)行掃描并采集光譜，依次對(duì)每個(gè)再造煙 葉產(chǎn)品采用相同的方法進(jìn)行掃描并采集光譜，得到每個(gè)產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的原始光譜。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的近紅外漫反射光譜技術(shù)測(cè)定造紙法再造煙葉蛋白質(zhì)的方法， 其特征在于，步驟（3)中每個(gè)再造煙葉產(chǎn)品的原始光譜是通過3次平行實(shí)驗(yàn)得到的光譜進(jìn) 行平均得到的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近紅外漫反射光譜技術(shù)測(cè)定造紙法再造煙葉蛋白質(zhì)的方 法，其特征在于，步驟（5)所述預(yù)處理是指對(duì)原始光譜進(jìn)行矢量歸一化、二階導(dǎo)數(shù)和Norris Derivative濾波預(yù)處理。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近紅外漫反射光譜技術(shù)測(cè)定造紙法再造煙葉蛋白質(zhì)的方法， 其特征在于，Norris Derivative 濾波為 Norris (3,5)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近紅外漫反射光譜技術(shù)測(cè)定造紙法再造煙葉蛋白質(zhì)的方法， 其特征在于，所述步驟（6)中檢測(cè)及剔除異常值是采用檢測(cè)杠桿值的方法，具體通過下列步 驟： 按下列公式計(jì)算樣品杠桿值：
其中，巧為樣品杠桿值，與為樣品i的因子向量，尸勸建模集的因子得分矩陣，f[為與
的轉(zhuǎn)置； 當(dāng)樣品杠桿值大于3k/n，其中k為主成分?jǐn)?shù)，n為樣品個(gè)數(shù)，其光譜對(duì)回歸具有顯著的 影響，應(yīng)剔除。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近紅外漫反射光譜技術(shù)測(cè)定造紙法再造煙葉蛋白質(zhì)的方法， 其特征在于；所述步驟（7)的模型驗(yàn)證是采用t檢驗(yàn)方法確定驗(yàn)證樣品集輸入步驟（6)的定 量模型所得的預(yù)測(cè)值與相應(yīng)的步驟（2)測(cè)得的樣品參考值是否有統(tǒng)計(jì)意義上的偏差；即， 將步驟（6)所建立的蛋白質(zhì)指標(biāo)的定量模型的預(yù)測(cè)值與步驟（2)的樣品參考值t值與自由 度cU的臨界值t(a，dv-i)進(jìn)行比較，取顯著水平a=0.〇 5,當(dāng)I t I <t(a，dv-i),概率P〉〇.〇5時(shí)， 說明兩種方法的檢測(cè)結(jié)果不存在顯著性差異，模型驗(yàn)證成功，該模型可用于測(cè)定造紙法再 造煙葉的蛋白質(zhì)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及近紅外漫反射光譜技術(shù)測(cè)定造紙法再造煙葉蛋白質(zhì)含量的方法，屬于造紙法再造煙葉技術(shù)領(lǐng)域。該方法主要通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：（1）樣品的收集；（2）測(cè)定樣品參考值；（3）采集原始光譜；（4）校正樣品集和驗(yàn)證樣品集的選擇；（5）光譜預(yù)處理；（6）建立PLS模型；（7）模型驗(yàn)證。通過近紅外技術(shù)建立了測(cè)定再造煙葉產(chǎn)品的蛋白質(zhì)含量的PLS模型，具有檢測(cè)速度快、精確度高、重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)開展卷煙產(chǎn)品降焦減害，提高抽吸品質(zhì)等研究具有重要的輔助作用。
【IPC分類】G01N21-359, G01N21-3563
【公開號(hào)】CN104596976
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510047338
【發(fā)明人】段如敏, 吳麗君, 王保興, 白曉莉, 向海英, 劉晶, 王家俊, 周桂園, 劉恩芬
【申請(qǐng)人】云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日