一种利用近红外光谱快速检测烟草淀粉含量的建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明是涉及一种利用近红外光谱快速检测烟草淀粉含量的建模方法，属于烟草 淀粉快速检测技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着计算机技术的发展，近红外光谱仪器制造技术的逐步完善，促使近红外光谱 分析技术备受各国科学家青睐。因其具有简便、快速、低成本、无污染以及非破坏性和多组 分同时测定等优点，近年来在烟草常规成分的分析中发挥着越来越广泛的作用。
[0003] 由于烟草中的烟碱、总糖、总氮、淀粉等物质都包含了C-H、0-H、N-H和C=0等基 团，而这些基团振动频率与倍频吸收在近红外区，信息量非常丰富且比较稳定，所以近红外 技术是分析这些化学成分的一种理想分析技术，同时也被烟草行业作为快速测定的重要手 段。
[0004] 烟叶品质与烟叶中的化学成分密切相关，用化学成分评价烟叶的质量具有客观 性。以化学方法检测烟叶中的化学成分存在过程繁琐，速度慢，且会造成环境污染的问题。 随着近红外光谱分析技术的发展，正是解决了这些问题。因此，近红外光谱技术代替常规的 化学检测方法，来用于对烟叶质量的评价是将来的一个发展趋势。
[0005] 淀粉一般是两种多糖：直链淀粉(糖淀粉)和支链淀粉(胶淀粉）的聚合物。各种植 物体中两种聚合物所占的比例不同，烟草中直链淀粉占23%，支链淀粉占77%。作为以积累 淀粉为主的粉叶类植物，其新鲜烟叶中淀粉的含量高达40%。当烟叶中淀粉含量较多时，一 方面会影响燃烧速度和燃烧的完全性，另一方面会产生糊焦气味，从而会影响到烟叶内在 质量。烟叶经过烘烤调制后，其淀粉、糊精等多糖类物质经酶解反应降解为单糖和低聚糖 等。烟叶调制越好，对于淀粉转化成单糖和低聚糖就越完全，因而可以用淀粉转化完全与否 作为烟叶调制好坏的标准之一。
[0006]目前在烟草行业中已有一些建立淀粉近红外定量分析模型的方法的报道，但都存 在一些问题。如2006年邱军等建立的烟草淀粉定量分析模型模型，其决定系数（R2)只有 0. 9714,且验证集样品只有40个；2006年蒋锦锋等和2009年付秋娟等建立的烟草淀粉近 红外定量分析模型其校正集样品分别是700个和384个，其化学检测工作量很大，且决定系 数（R2)只达到0. 97 ;2009年张朝平等建立的烟草淀粉近红外定量分析模型其校正集也有 173个，决定系数（R2)只达到0. 93,验证集样品数只有14个；2013年吴丽君等建立的烟草 淀粉近红外定量分析模型校正集有133个，决定系数（R2)只达到0. 898,验证集样品也只有 66个；最新的额2014年蔡峰等建立的烟草淀粉近红外定量分析模型其校正集达106个，但 是决定系数（R2)只达到0. 91，验证集样品只有39个；由上述数据看以看出，现有烟草淀粉 近红外定量分析模型存在的校正集样品数多，但是决定系数（R2)值达不到很高的问题，不 能很好的作为烟草淀粉近红外定量分析模型推广使用。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题是提供一种建模化学数据更精准，建模工作量低、模型 精密度更高、验证集数据准确的烟草淀粉近红外定量分析模型的建立方法，可以克服现有 技术的不足。
[0008] 本发明的技术方案是：烟草淀粉近红外定量分析模型的建立方法包括以下步骤： a、在环境温度< 35 °C，湿度< 70%的条件下，将处理好的烟叶粉末放置在近红外分析仪上 进行透射，采集每个样品的近红外漫反射光谱，利用主成分分析的马氏距离法剔除异常样 品； b、利用改进的行业标准（YC/T216-2013)对筛选后的烟叶样品进行淀粉含量的定量分 析，其改进步骤为：将原来的连续流动法中萃取液收集的操作步骤改为滤液滤渣一起转移 到100mL容量瓶中，冲洗砂芯2次漏斗，定容摇匀，过0. 45Mm的滤膜； c、利用化学计量学方法选择部分烟叶样品（40%-50%)的近红外光谱和定量分析数据 作为建模的校正集，并建立三种以上的烟草淀粉近红外定量分析模型； d、 对三种以上的烟草淀粉近红外定量分析模型进行比较分析，最终选出烟草淀粉近红 外定量分析模型； e、 将c步骤中未建模的烟叶样品作为预测集，利用烟草淀粉近红外定量分析模型对预 测值与实际检测值进行比对分析和模型评价。
[0009] 上述的烟草淀粉近红外定量分析模型的建立方法中将检测方法YC/T216-2013烟 草及烟草制品淀粉的测定连续流动法中的萃取液收集的操作步骤改为滤液滤渣一起转移 到100mL容量瓶中，冲洗砂芯2次漏斗，定容摇匀，过0. 45Mm的滤膜。
[0010] 前述的烟草淀粉近红外定量分析模型的建立方法中所述的化学计量学方法为随 机法、含量梯度法、主成分分析、聚类分析、主成分聚类分析、KS(Kennard-stone)算法以及 SPXY(SamplesetPartitioningbasedonjointX_Ydistance)算法。
[0011] 前述的利用近红外光谱快速检测烟草淀粉含量的建模方法是，所建烟草淀粉近红 外定量分析模型的决定系数（R2)为〇. 996、交互验证均方根误差（RMSECV)为0.560、预测 均方根误差（RMSEP)为0. 876、适用范围在1. 18%~15. 89%。
[0012] 与现有技术比较，本发明首先将采集到的烟叶样品全部放置在近红外分析仪上进 行透射，采集每个样品近红外漫反射光谱，并利用主成分分析的马氏距离法将光谱中的异 常光谱剔除，减少化学检测的样品数量和建模工作量，增加建模精准度；其次为获得准确 的烟草淀粉定量分析数据，优化了现行烟草行业标准（YC/T216-2013 )的检测步骤有效改 进了的烟草淀粉含量的定量分析结果，保障了烟叶淀粉近红外定量分析模型的准确性和可 靠性。
[0013] 本发明提出可一种新的建模方式，在建模过程中取少量烟叶样品化学检测基础数 据进行建模，并采用不同的化学计量学方法分别选取不同的烟草淀粉近红外模型校正集样 品建立了不同的烟草淀粉近红外定量分