一種利用近紅外光譜快速檢測煙草淀粉含量的建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是涉及一種利用近紅外光譜快速檢測煙草淀粉含量的建模方法，屬于煙草 淀粉快速檢測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，近紅外光譜儀器制造技術(shù)的逐步完善，促使近紅外光譜 分析技術(shù)備受各國科學(xué)家青睞。因其具有簡便、快速、低成本、無污染以及非破壞性和多組 分同時測定等優(yōu)點(diǎn)，近年來在煙草常規(guī)成分的分析中發(fā)揮著越來越廣泛的作用。
[0003] 由于煙草中的煙堿、總糖、總氮、淀粉等物質(zhì)都包含了C-H、0-H、N-H和C=0等基 團(tuán)，而這些基團(tuán)振動頻率與倍頻吸收在近紅外區(qū)，信息量非常豐富且比較穩(wěn)定，所以近紅外 技術(shù)是分析這些化學(xué)成分的一種理想分析技術(shù)，同時也被煙草行業(yè)作為快速測定的重要手 段。
[0004] 煙葉品質(zhì)與煙葉中的化學(xué)成分密切相關(guān)，用化學(xué)成分評價煙葉的質(zhì)量具有客觀 性。以化學(xué)方法檢測煙葉中的化學(xué)成分存在過程繁瑣，速度慢，且會造成環(huán)境污染的問題。 隨著近紅外光譜分析技術(shù)的發(fā)展，正是解決了這些問題。因此，近紅外光譜技術(shù)代替常規(guī)的 化學(xué)檢測方法，來用于對煙葉質(zhì)量的評價是將來的一個發(fā)展趨勢。
[0005] 淀粉一般是兩種多糖：直鏈淀粉(糖淀粉)和支鏈淀粉(膠淀粉）的聚合物。各種植 物體中兩種聚合物所占的比例不同，煙草中直鏈淀粉占23%，支鏈淀粉占77%。作為以積累 淀粉為主的粉葉類植物，其新鮮煙葉中淀粉的含量高達(dá)40%。當(dāng)煙葉中淀粉含量較多時，一 方面會影響燃燒速度和燃燒的完全性，另一方面會產(chǎn)生糊焦氣味，從而會影響到煙葉內(nèi)在 質(zhì)量。煙葉經(jīng)過烘烤調(diào)制后，其淀粉、糊精等多糖類物質(zhì)經(jīng)酶解反應(yīng)降解為單糖和低聚糖 等。煙葉調(diào)制越好，對于淀粉轉(zhuǎn)化成單糖和低聚糖就越完全，因而可以用淀粉轉(zhuǎn)化完全與否 作為煙葉調(diào)制好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一。
[0006]目前在煙草行業(yè)中已有一些建立淀粉近紅外定量分析模型的方法的報道，但都存 在一些問題。如2006年邱軍等建立的煙草淀粉定量分析模型模型，其決定系數(shù)（R2)只有 0. 9714,且驗(yàn)證集樣品只有40個；2006年蔣錦鋒等和2009年付秋娟等建立的煙草淀粉近 紅外定量分析模型其校正集樣品分別是700個和384個，其化學(xué)檢測工作量很大，且決定系 數(shù)（R2)只達(dá)到0. 97 ;2009年張朝平等建立的煙草淀粉近紅外定量分析模型其校正集也有 173個，決定系數(shù)（R2)只達(dá)到0. 93,驗(yàn)證集樣品數(shù)只有14個；2013年吳麗君等建立的煙草 淀粉近紅外定量分析模型校正集有133個，決定系數(shù)（R2)只達(dá)到0. 898,驗(yàn)證集樣品也只有 66個；最新的額2014年蔡峰等建立的煙草淀粉近紅外定量分析模型其校正集達(dá)106個，但 是決定系數(shù)（R2)只達(dá)到0. 91，驗(yàn)證集樣品只有39個；由上述數(shù)據(jù)看以看出，現(xiàn)有煙草淀粉 近紅外定量分析模型存在的校正集樣品數(shù)多，但是決定系數(shù)（R2)值達(dá)不到很高的問題，不 能很好的作為煙草淀粉近紅外定量分析模型推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種建?；瘜W(xué)數(shù)據(jù)更精準(zhǔn)，建模工作量低、模型 精密度更高、驗(yàn)證集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的煙草淀粉近紅外定量分析模型的建立方法，可以克服現(xiàn)有 技術(shù)的不足。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：煙草淀粉近紅外定量分析模型的建立方法包括以下步驟： a、在環(huán)境溫度< 35 °C，濕度< 70%的條件下，將處理好的煙葉粉末放置在近紅外分析儀上 進(jìn)行透射，采集每個樣品的近紅外漫反射光譜，利用主成分分析的馬氏距離法剔除異常樣 品； b、利用改進(jìn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（YC/T216-2013)對篩選后的煙葉樣品進(jìn)行淀粉含量的定量分 析，其改進(jìn)步驟為：將原來的連續(xù)流動法中萃取液收集的操作步驟改為濾液濾渣一起轉(zhuǎn)移 到100mL容量瓶中，沖洗砂芯2次漏斗，定容搖勻，過0. 45Mm的濾膜； c、利用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法選擇部分煙葉樣品（40%-50%)的近紅外光譜和定量分析數(shù)據(jù) 作為建模的校正集，并建立三種以上的煙草淀粉近紅外定量分析模型； d、 對三種以上的煙草淀粉近紅外定量分析模型進(jìn)行比較分析，最終選出煙草淀粉近紅 外定量分析模型； e、 將c步驟中未建模的煙葉樣品作為預(yù)測集，利用煙草淀粉近紅外定量分析模型對預(yù) 測值與實(shí)際檢測值進(jìn)行比對分析和模型評價。
[0009] 上述的煙草淀粉近紅外定量分析模型的建立方法中將檢測方法YC/T216-2013煙 草及煙草制品淀粉的測定連續(xù)流動法中的萃取液收集的操作步驟改為濾液濾渣一起轉(zhuǎn)移 到100mL容量瓶中，沖洗砂芯2次漏斗，定容搖勻，過0. 45Mm的濾膜。
[0010] 前述的煙草淀粉近紅外定量分析模型的建立方法中所述的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法為隨 機(jī)法、含量梯度法、主成分分析、聚類分析、主成分聚類分析、KS(Kennard-stone)算法以及 SPXY(SamplesetPartitioningbasedonjointX_Ydistance)算法。
[0011] 前述的利用近紅外光譜快速檢測煙草淀粉含量的建模方法是，所建煙草淀粉近紅 外定量分析模型的決定系數(shù)（R2)為〇. 996、交互驗(yàn)證均方根誤差（RMSECV)為0.560、預(yù)測 均方根誤差（RMSEP)為0. 876、適用范圍在1. 18%~15. 89%。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明首先將采集到的煙葉樣品全部放置在近紅外分析儀上進(jìn) 行透射，采集每個樣品近紅外漫反射光譜，并利用主成分分析的馬氏距離法將光譜中的異 常光譜剔除，減少化學(xué)檢測的樣品數(shù)量和建模工作量，增加建模精準(zhǔn)度；其次為獲得準(zhǔn)確 的煙草淀粉定量分析數(shù)據(jù)，優(yōu)化了現(xiàn)行煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（YC/T216-2013 )的檢測步驟有效改 進(jìn)了的煙草淀粉含量的定量分析結(jié)果，保障了煙葉淀粉近紅外定量分析模型的準(zhǔn)確性和可 靠性。
[0013] 本發(fā)明提出可一種新的建模方式，在建模過程中取少量煙葉樣品化學(xué)檢測基礎(chǔ)數(shù) 據(jù)進(jìn)行建模，并采用不同的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法分別選取不同的煙草淀粉近紅外模型校正集樣 品建立了不同的煙草淀粉近紅外定量分