徐風(fēng)倉(cāng)　董軍　馮書(shū)強(qiáng)　董志剛　牟效偉　潘洪軍

摘 要：為探索解決煙用糖香料的均勻性問(wèn)題，提出一種新的反映糖香料均勻性的概念（均勻度）和檢測(cè)計(jì)量方法，用回歸分析的方法對(duì)糖香料均勻性的影響因素進(jìn)行了分析，獲得了影響糖香料均勻性各因素的回歸模型，并對(duì)回歸模型的有效性進(jìn)行了測(cè)量驗(yàn)證。結(jié)果表明：（1）糖香料半成品的熬制時(shí)間、熬制溫度和成品的配制攪拌時(shí)間對(duì)糖香料的均勻性有顯著影響；（2）采用回歸模型分析得出提高糖香料均勻度的最佳條件。該種檢測(cè)計(jì)量方法及分析方法均可擴(kuò)展到卷煙加工的其他相關(guān)工藝過(guò)程的研究中，具有很強(qiáng)的可推廣性。

關(guān)鍵詞：均勻度 糖香料 回歸分析 數(shù)學(xué)模型 熬制時(shí)間 攪拌時(shí)間

中圖分類(lèi)號(hào)：TS4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）01（c）-0014-05

煙草糖香料是卷煙生產(chǎn)中必不可少的物質(zhì)，通過(guò)加香加料可改善葉組配方存在的刺激性、雜氣、余味不干凈等缺陷，解決降焦所帶來(lái)的煙氣變淡、香氣缺乏等問(wèn)題，加香還可賦予卷煙特殊的香味風(fēng)格，因此，加香加料技術(shù)是提高卷煙質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)[1]。而其均勻性直接影響著榶香料的質(zhì)量，關(guān)系到卷煙產(chǎn)品的品質(zhì)。目前關(guān)于糖香料均勻性研究報(bào)道較少[2-3]，為了直觀反映糖香料的均勻性，提出了均勻度的概念，并對(duì)其影響因子糖香料配制過(guò)程中半成品熬制時(shí)間、熬制溫度，成品配制攪拌時(shí)間等因素進(jìn)行了研究。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

（1）材料。①ZHT（半成品（由固體原料熬煮成的配制原料），青島卷煙廠調(diào)制）；②GCF（半成品，青島卷煙廠調(diào)制）；③ HDMCX（成品糖料，青島卷煙廠調(diào)制）。

（2）儀器。天平密度計(jì)（規(guī)格0.600～

2.000，上海華辰醫(yī)用儀表有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 均勻度的概念

糖香料成品均勻度定義：同種類(lèi)、同牌別成品料液，在一定溫度下（糖料及半成品30～40 ℃，香料25～35 ℃，），料液最小料液密度值與最大料液密度值的比值就是該料液的均勻度①，即：

P=ρ1/ρ2×100%

其中：P：糖香料成品均勻度（%）；

ρ1：同種類(lèi)（或同牌別）料液最小料液密度（g/cm3）；

ρ2：同種類(lèi)（或同牌別）料液最大料液密度（g/cm3）。

1.2.2 均勻度的測(cè)定方法

在料液配制過(guò)程中，由于料液中存在的顆粒物質(zhì)，在靜置后會(huì)發(fā)生沉淀現(xiàn)象。因此，料液密度自上而下逐漸增大，即：料液的最大密度位于罐底，最小密度位于罐口。由此，我們對(duì)每一罐料液的最底端和最頂端分別取樣，用密度計(jì)進(jìn)行測(cè)定，得出同種類(lèi)、同牌別料液的最大密度和最小密度。

2 結(jié)果與分析

結(jié)合糖香料配制工藝過(guò)程[4]，對(duì)主要工藝過(guò)程的關(guān)鍵指標(biāo)—糖香料半成品的熬制時(shí)間、熬制溫度和成品的配制攪拌時(shí)間，對(duì)糖香料的均勻性的影響進(jìn)行分析。

2.1 半成品熬制時(shí)間與熬制溫度的確定

以ZHT半成品的熬制為例進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，考察影響ZHT半成品料液均勻性的顯著因子及水平，各因子的水平確定依據(jù)如表1所示。

根據(jù)測(cè)試方案，由于因子相對(duì)較少，我們采用全因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)，同時(shí)取2個(gè)中心點(diǎn)，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行全因子試驗(yàn)分析， DOE全因子分析結(jié)論匯總?cè)鐖D1所示。

從ANOVA表可以看出，模型的總效果主效應(yīng)項(xiàng)不顯著，其中2因子交互作用項(xiàng)最不顯著，去除2因子交互作用項(xiàng)后，再次進(jìn)行分析如圖2所示。

從ANOVA表中可以看出，總效果顯著，模型有效，彎曲項(xiàng)P值為0.141，失擬項(xiàng)P值為0.480，本模型主效應(yīng)及各因子均顯著，無(wú)彎曲無(wú)失擬，模型總體擬合效果較好，殘差診斷也很正常，最終獲得了對(duì)于原始數(shù)據(jù)的回歸方程：

Y=0.964374+0.0003323×熬制溫度+ 0.00001698×熬制時(shí)間。

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行均勻度主效應(yīng)分析如圖4所示。

從主效應(yīng)圖可以看出，在一定的范圍內(nèi)，半成品的均勻度會(huì)隨著熬制溫度與熬制時(shí)間的增長(zhǎng)而增大，基本上呈一種線性正比例關(guān)系。當(dāng)前的熬制溫度為80 ℃，熬制時(shí)間為90 min，考慮到熬制溫度對(duì)當(dāng)前料液管路器件耐受性及均勻度的影響，最終選定85 ℃為最佳熬制溫度；考慮到熬制時(shí)間對(duì)配制進(jìn)度及均勻度的影響，最終選定150 min為最佳熬制時(shí)間。此時(shí)，ZHT半成品的最終理論均勻度為：

0.964374+0.0003323×85+0.00001698×150=99.5167%

按以上熬制溫度與熬制時(shí)間對(duì)ZHT半成品熬制過(guò)程進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如表3所示。

從以上測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，ZHT半成品的均勻度平均在99.53%，在回歸方程的預(yù)測(cè)區(qū)間之內(nèi)，說(shuō)明回歸方程有效；同時(shí)在設(shè)定溫度85 ℃、時(shí)間150 mim下，均勻度達(dá)到了99.5%以上。

同樣方法，找到GCF半成品熬制溫度與時(shí)間的回歸方程，找到了它的最佳熬制溫度為60 ℃、時(shí)間120 min，并進(jìn)行了確認(rèn)，均勻度達(dá)到了99.5%以上。

2.2 成品攪拌時(shí)間的確定

選用HDMCX糖料為測(cè)試對(duì)象，分別按配制攪拌時(shí)間0 min、10 min、20 min、30 min、40 min進(jìn)行均勻度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表4所示。

我們對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行一次回歸分析，以建立相應(yīng)的計(jì)算模型，具體分析如圖8所示。

從以上分析及圖形可以看出，成品料均勻度與配制攪拌時(shí)間的回歸模型顯著，但殘差圖（圖9）及殘差與自變量圖（圖10）卻呈明顯的彎曲狀，所以我們對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行三次擬合回歸分析如圖11～圖14所示。

從ANOVA分析表可以看出，回歸項(xiàng)P值為0.000，說(shuō)明模型顯著，同樣線性項(xiàng)、二次項(xiàng)、三次項(xiàng)P值均為0.000，也說(shuō)明各參數(shù)項(xiàng)顯著?，F(xiàn)獲得回歸方程為：endprint

均勻度（%）=0.8566+0.01119×t（min） -0.000307×t（min）2+0.000003×t（min）3

其中：t為配制攪拌時(shí)間。

對(duì)該方程求配制攪拌時(shí)間（m）的偏導(dǎo)，可獲得，當(dāng)配制攪拌時(shí)間t（min）=51.167 min時(shí)，糖香料成品均勻度達(dá)到最大值102.7%，由于糖香料成品均勻度最大是100%，要獲得糖香料成品均勻度最優(yōu)值，配制攪拌時(shí)間（min）最少為33.88 min。

從擬合圖可以看出，當(dāng)該配制攪拌時(shí)間為33.88分鐘時(shí)， 糖香料成品均勻度95%的預(yù)測(cè)區(qū)間在（99.19%，100%）范圍內(nèi)。因?yàn)槌善放渲茢嚢钑r(shí)間長(zhǎng)對(duì)均勻度增加有利的，為便于控制與操作，我們將該攪拌時(shí)間要求為40 min。

在攪拌時(shí)間為40 min下，對(duì)各牌別的成品料均勻度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如下所示。

從表5可以看出，糖香料成品均勻度均值為99.78%，并且所有數(shù)據(jù)均在預(yù)測(cè)區(qū)間范圍內(nèi)，回歸方程有效，同時(shí)也達(dá)到了對(duì)策糖香料成品均勻度在99.5%以上。

3 結(jié)論與討論

為了更明確的表示糖香料的均勻性，提出均勻度的概念：同種類(lèi)、同牌別成品料液，在一定溫度下（糖料及半成品30～40 ℃，香料25～35 ℃，），料液最小料液密度值與最大料液密度值的比值；這一概念也可擴(kuò)展應(yīng)用到其他物料均勻性的判定。

利用回歸分析方法，找到了糖香料配制過(guò)程的最佳條件，即ZHF半成品安排在熬制溫度85 ℃、熬制時(shí)間150 min，GCF熬制溫度60 ℃、熬制時(shí)間120 min，成品攪拌時(shí)間40 min。同時(shí)，這種研究方法也可擴(kuò)展到其他煙草工藝的研究中。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃嘉礽.卷煙工藝[M].2版.北京出版社，2000.

[2] 王文領(lǐng)，馬宇平，趙志偉，等.評(píng)價(jià)卷煙加香均勻性的方法[J].煙草科技， 2003（9）：13-15.

[3] 廖惠云，張映，熊曉敏，等.基于標(biāo)志物含量的變化表征卷煙制絲加香均勻性[J].煙草科技，2011（10）：5-11.

[4] 劉慶偉.卷煙廠糖、香料廚房系統(tǒng)簡(jiǎn)介[J].中國(guó)科技信息，2011（10）：193-195.

注釋

①單體料與半成品料的均勻度：是指同品種料液相同條件下的均勻度，計(jì)算同下。endprint