回歸分析在提高糖香料均勻性中的應用

徐風倉　董軍　馮書強　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題，提出一種新的反映糖香料均勻性的概念（均勻度）和檢測計量方法，用回歸分析的方法對糖香料均勻性的影響因素進行了分析，獲得了影響糖香料均勻性各因素的回歸模型，并對回歸模型的有效性進行了測量驗證。結(jié)果表明：（1）糖香料半成品的熬制時間、熬制溫度和成品的配制攪拌時間對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。該種檢測計量方法及分析方法均可擴展到卷煙加工的其他相關(guān)工藝過程的研究中，具有很強的可推廣性。

關(guān)鍵詞：均勻度 糖香料 回歸分析 數(shù)學模型 熬制時間 攪拌時間

中圖分類號：TS4 文獻標識碼：A 文章編號：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，解決降焦所帶來的煙氣變淡、香氣缺乏等問題，加香還可賦予卷煙特殊的香味風格，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，并對其影響因子糖香料配制過程中半成品熬制時間、熬制溫度，成品配制攪拌時間等因素進行了研究。

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（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、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（或同牌別）料液最小料液密度（g/cm3）；

ρ2：同種類（或同牌別）料液最大料液密度（g/cm3）。

1.2.2 均勻度的測定方法

在料液配制過程中，由于料液中存在的顆粒物質(zhì)，在靜置后會發(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，我們對每一罐料液的最底端和最頂端分別取樣，用密度計進行測定，得出同種類、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程[4]，對主要工藝過程的關(guān)鍵指標—糖香料半成品的熬制時間、熬制溫度和成品的配制攪拌時間，對糖香料的均勻性的影響進行分析。

2.1 半成品熬制時間與熬制溫度的確定

以ZHT半成品的熬制為例進行試驗設計，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)測試方案，由于因子相對較少，我們采用全因子試驗設計，同時取2個中心點，測試結(jié)果如表2所示。

對以上數(shù)據(jù)進行全因子試驗分析， 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項不顯著，其中2因子交互作用項最不顯著，去除2因子交互作用項后，再次進行分析如圖2所示。

從ANOVA表中可以看出，總效果顯著，模型有效，彎曲項P值為0.141，失擬項P值為0.480，本模型主效應及各因子均顯著，無彎曲無失擬，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×熬制時間。

對試驗數(shù)據(jù)進行均勻度主效應分析如圖4所示。

從主效應圖可以看出，在一定的范圍內(nèi)，半成品的均勻度會隨著熬制溫度與熬制時間的增長而增大，基本上呈一種線性正比例關(guān)系。當前的熬制溫度為80 ℃，熬制時間為90 min，考慮到熬制溫度對當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；考慮到熬制時間對配制進度及均勻度的影響，最終選定150 min為最佳熬制時間。此時，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間對ZHT半成品熬制過程進行測試，測試數(shù)據(jù)如表3所示。

從以上測試數(shù)據(jù)可以看出，ZHT半成品的均勻度平均在99.53%，在回歸方程的預測區(qū)間之內(nèi)，說明回歸方程有效；同時在設定溫度85 ℃、時間150 mim下，均勻度達到了99.5%以上。

同樣方法，找到GCF半成品熬制溫度與時間的回歸方程，找到了它的最佳熬制溫度為60 ℃、時間120 min，并進行了確認，均勻度達到了99.5%以上。

2.2 成品攪拌時間的確定

選用HDMCX糖料為測試對象，分別按配制攪拌時間0 min、10 min、20 min、30 min、40 min進行均勻度測試，測試結(jié)果如表4所示。

我們對以上數(shù)據(jù)進行一次回歸分析，以建立相應的計算模型，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，所以我們對數(shù)據(jù)進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P值為0.000，說明模型顯著，同樣線性項、二次項、三次項P值均為0.000，也說明各參數(shù)項顯著。現(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為配制攪拌時間。

對該方程求配制攪拌時間（m）的偏導，可獲得，當配制攪拌時間t（min）=51.167 min時，糖香料成品均勻度達到最大值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，配制攪拌時間（min）最少為33.88 min。

從擬合圖可以看出，當該配制攪拌時間為33.88分鐘時， 糖香料成品均勻度95%的預測區(qū)間在（99.19%，100%）范圍內(nèi)。因為成品配制攪拌時間長對均勻度增加有利的，為便于控制與操作，我們將該攪拌時間要求為40 min。

在攪拌時間為40 min下，對各牌別的成品料均勻度進行測試，測試數(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)均在預測區(qū)間范圍內(nèi)，回歸方程有效，同時也達到了對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、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；這一概念也可擴展應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程的最佳條件，即ZHF半成品安排在熬制溫度85 ℃、熬制時間150 min，GCF熬制溫度60 ℃、熬制時間120 min，成品攪拌時間40 min。同時，這種研究方法也可擴展到其他煙草工藝的研究中。

參考文獻

[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.評價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)簡介[J].中國科技信息，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，計算同下。endprint