[发明专利]利用近红外光谱技术进行卷烟叶组配方计算机辅助设计的方法

说明书

技术领域

本发明涉及卷烟配方，具体说是一种利用近红外光谱技术进行卷烟叶组配方计算机辅助设计的方法。

背景技术

烟叶是一种复杂天然产物，已知的化学成分就多达三千多种。随着分析技术的不断发展，新发现的成分还在逐年增加。而且烟叶作为一种农作物，它的化学成分也会因品种、产地、年份、生长部位等因素而发生变化。在存放期间，烟叶中化学成分还会随着保存环境以及烟叶中所含酶的作用发生改变。

目前，卷烟产品叶组的配方开发和维护主要是依赖有经验的配方师根据烟叶的自然属性(如产区、部位、等级和年份)和主要化学成份(糖、氮、碱)等因素，结合自己的感官评吸来进行的。烟叶的自然属性中的等级判定有一定的主观因素，并且同一自然属性的烟叶由于存放环境的不同也会导致感官质量的不同。配方师的感官质量评价结果的主观因素也较多，同一配方师对同一烟叶的评价结果也有赖于配方师生理和心理的稳定，由于烟叶品种繁多，配方师要逐个对库存烟叶进行评吸对身体伤害较大并且耗时很多，配方师对烟叶的评吸与烟叶的使用间的存放有一个时间段，这个时间段中烟叶的化学成分可能会出现较大变化。相对而言，烟叶的化学成分是比较客观的，但是根据传统的检测方法对烟叶的主要的化学成分进行检测费时费力，对多数化学成分进行检测就更难以实施。所以，传统的卷烟叶组的配方模式对配方师的要求很高，耗时费力，具有较大的主观性，准确性较差。

而目前企业的发展和市场的开拓，速度是很关键的，并且目前卷烟行业和消费者对卷烟质量的稳定要求较高，这就需要一个高效准确的卷烟叶组的配方模式。

研究表明，烟叶的近红外光谱数据和烟叶的化学成分之间有着密切的联系，利用烟叶的近红外光谱数据目前已经能准确检测烟叶中多种化学成分如总糖，总氮，总碱，挥发酸，挥发碱，淀粉，钾，氯等。计算机辅助设计(CAD)技术日趋成熟，在各个行业中得到了广泛的应用，极大地提高了效率。

因此，基于近红外光谱数据进行计算机辅助卷烟叶组配方设计是可行的。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够快速准确地得到目标卷烟叶组的拟合配方，利用近红外光谱技术进行卷烟叶组的计算机辅助配方的设计方法。

所述利用近红外光谱技术进行卷烟叶组配方计算机辅助设计的方法包含以下步骤：

①、通过近红外光谱仪扫描得到原料烟叶的近红外漫反射光谱，获取库存烟叶的近红外光谱数据，并输入各烟叶的相关信息，建立数据库；

②、对烟叶的近红外光谱数据进行主成分分析；

③、以遗传算法作为算法模型进行配方拟合运算，利用评价函数的调整，得到多个拟合配方。

所述遗传算法的参数为：染色体定义为所选原料烟叶的比例序列，以实际所用的原料烟叶数目为其维数，种群的交叉率设定为0.2～0.3，变异率设定为0.05，收敛的代数设定为10000±20％代。

所述评价函数，是种群中个体的近红外光谱主成分数据与拟合对象的近红外光谱主成分数据差值的平方，所述拟合配方的主要成分和目标卷烟的主要成分是指烟叶中的总碱、总糖、总氮在烟叶中的比例。

所述主成分分析，使用了Matlab软件用于对原料烟叶近红外光谱进行主成分分析处理，主成分分析的参数为：主成分数为8～28，主成分信息量90％～95％，使用中心化处理。

所述近红外光谱的预处理包括：使用多点平滑，在一阶导数后再用多点平滑的处理方法。

在进行配方模拟之前，可以根据需要对烟叶产区、等级、部位、年份、价格和使用比例进行限制；在模拟结束后可以根据成本控制和化学成分控制的需要对模拟结果进行筛选。

本发明的有益效果是：

(1)与传统的卷烟叶组配方维护和开发程序相比，大大的提高了卷烟产品开发和维护的效率，极大地减少了卷烟配方师的工作强度。传统的配方维护和开发是：配方师需要对库存烟叶逐个评吸进行感官质量评价，而库存烟叶由于产地部位年份和等级的不同，所以通常有几百个左右不同的烟叶，要对这么多地烟叶进行感官质量评价不仅要消耗配方师大量的时间，同时也对配方师的身体造成了一定影响，传统的配方过程需要有经验的配方师数个工作日才能完成。而利用该项目进行配方，仅需要几分钟就可以获得数个有效的配方，配方师只需要对计算机给出配方进行试制和评价，极大地减少了配方师在抽烟方面的工作量，有利于保护配方师的身体健康和提高工作效率。

(2)提高了卷烟配方维护的准确性通过该项目进行的拟合配方与原配方在感官质量特别是在化学成分上具有较好的一致性。而传统的卷烟叶组配方维护程序通过感官评价和经验较难实现这点；