一种基于关键化学指标相似的烟叶配方确定方法与流程

本发明涉及一种基于关键化学指标相似的烟叶配方确定方法，具体地，是利用与感官质量强相关的关键化学指标结合数理统计方法进行配方模拟设计的烟叶配方确定方法，属于烟叶配方设计领域。

背景技术：

1、随着全国卷烟品牌的持续发展，对卷烟烟叶原料的成本及保障水平提出了更高要求，但优质烟叶资源有限，工业企业对中部烟叶需求高于上部及下部烟叶，但中部优质烟叶实际产出不高，约为30％。此外，烟叶品质主要受生态环境、品种及生产措施的影响，又以生态环境影响最大，不同产区烟叶品质表现不同，其中国内工业企业对于品质优异的产区烟叶需求旺盛。受以上因素的影响，且在“大品牌、大市场”发展战略的背景下，烟叶的供需矛盾进一步凸显，不利于烟草行业的持续发展。

2、烟叶配方是将各类产区、等级、质量风格的烟叶进行合理搭配，使之达到卷烟产品需要的质量状态，后续进行打叶复烤加工处理形成满足卷烟工业使用的片烟。烟叶配方在原料紧缺的情况下，通过各类烟叶的配伍设计能够提高烟叶的使用价值，成为了众多工业企业选择的烟叶提质使用技术措施。此外烟叶配方能够根据当年度烟叶质量进行调整，实现年度间品质尽量一致，起到维护产品原料品质稳定的作用。

3、目前，片烟配方设计由主要依靠配方师经验到结合化学成分、感官质量及烟气质量等指标的分析进行设计，也有考虑配方规模的设计方法，如公开号为cn111671123a的中国专利申请公开了这样一种打叶复烤配方设计方法，该方法是先构建配方功效定位模型；确定适用性评价权重，并建立待分配原料分配方法，再通过功效定位模型预测待分配原料的类别，并通过适用性评价权重计算待分配原料的适用性分值和适用性指数，根据分配原则对待分配原料进行配方设计。该方法采用常规化学成分及感官质量作为运算信息，主观因素影响较大。如公开号为cn111543668a的中国专利申请公开了这样一种打叶复烤配方设计方法，利用偏最小二乘方法建立近红外光谱与内在质量间的关联模型，将六项化学指标、近红外预测部位指数和香型指数合并为烟叶内在质量表征指数，采用相似性算法，从拟替代烟叶集合中选出n个最相近烟叶，利用线性规划求解，得到与原配方最接近的各等级烟叶组合及其比例。但是使用线性规划方法，未充分考虑配方规模数量问题，实际设计配方可能脱离配方实际运行，此外，配方过程中需要不同年度对模型维护、更新，其预测精准度有待提高，且只选择质量最相似，难以满足模块规模的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决烟叶配方设计主观性强且仅注重目标质量指标相似而忽视配方实际产出数量的问题，提供了一种利用与感官质量指标相关的关键化学指标确定烟叶配方的方法。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于关键化学指标相似的烟叶配方确定方法，包括：

4、确定与感官质量相关的关键化学指标；

5、获取上一年度烟叶配方各组成科目的关键化学指标值和数量以及当年度备选烟叶的关键化学指标值和库存数量，将上一年度烟叶配方作为目标配方；

6、对备选烟叶和目标配方烟叶的各关键化学指标值进行归一化处理，得到归一化的各烟叶样本指标数据；

7、通过将各烟叶样本的产区和等级与目标配方进行比对，将归一化的各烟叶样本指标数据分为目标样本、目标样本的均值样本、必选样本和待选样本；其中，所述必选样本为备选烟叶中与目标配方科目相同的样本；

8、针对每个目标样本，从待选样本中选取与其最相近的若干个样本；将选出的所有样本集合，得到替代样本；所述替代样本与必选样本构成总样本；

9、基于必选样本库存数量与目标配方相同科目数量对比情况，设定必选样本的使用量条件；并根据替代样本的库存数量，设定替代样本的使用量条件；

10、以总样本中待选烟叶的归一化指标值与均值样本归一化指标值的差异最小化为目标函数，以必选样本和替代样本的使用量条件为约束条件构建优化模型，对优化模型进行求解，得到与目标配方最接近的各等级烟叶组合及其比例。

11、进一步地，所述关键化学指标根据以下方法确定：

12、采集各类烟叶样品，将每类烟叶样品切丝、混匀，取部分粉碎过筛，进行化学成分测定，获得化学指标，剩余部分卷制成卷烟进行感官质量评价，获得感官质量指标；

13、将获得的各类烟叶的化学指标与感官质量指标进行简单相关性分析，选择与不少于设定比例的感官质量指标相关性系数达到显著性差异的化学指标作为初级关键指标；

14、将每类烟叶的感官质量指标加和得到评吸总分；根据评吸总分，将所有烟叶分为可用、可拓展、不可用3类；

15、对3类烟叶的初级关键指标进行方差分析，将方差分析达到显著差异的作为二级关键指标；

16、对3类烟叶方差分析达到显著性差异的二级关键指标的95％置信区间进行比较，选择3类烟叶指标区间重叠较少且指标类间有明显界限的作为三级关键指标；

17、对三级关键指标进行因子分析，确定出关键化学指标。

18、进一步地，所述对三级关键指标进行因子分析，确定出关键化学指标，包括：

19、对三级关键指标进行因子分析，以旋转后累积方差解释率＞90％的因子作为代表因子；

20、通过各项三级关键指标对代表因子的载荷系数分析，确定各代表因子主要反映的具体指标，将确定出的具体指标作为关键化学指标。

21、进一步地，所述关键化学指标包括：烟碱、总糖、还原糖、糖碱比、总氮、淀粉、灰分、莨菪亭和棕榈酸甲酯。

22、进一步地，所述针对每个目标样本，从待选样本中选取与其最相近的若干个样本，包括：

23、计算每个目标样本与所有待选样本的相似度值，选取其中相似度值最小的前n个待选样本。

24、进一步地，目标样本与待选样本的相似度值根据以下方法计算：

25、假定目标样本第i个烟叶的归一化指标值为hi＝[hi1 hi2...hik]，待选样本第j个烟叶的归一化指标值为li＝[lj1 lj2...ljk]，则目标样本第i个烟叶与待选样本第j个烟叶的相似度sij根据以下公式计算：

26、

27、其中，k为归一化指标值的数量，ljk为待选样本第j个烟叶的第k个归一化指标值，hik为目标样本第i个烟叶的第k个归一化指标值。

28、进一步地，所述目标函数为：

29、

30、其中，q为总样本中待选烟叶的归一化指标值与均值样本归一化指标值的差异；k为归一化指标值的数量；rk为均值样本的第k个归一化指标值；cp为第p个烟叶的比例系数，p＝1,2,...,m+q，m+q为总样本数，m为替代样本数，q为必选样本数，cp≥0，zp为待求解的第p个烟叶的配方用量，ypk为第p个烟叶的第k个归一化指标值。

31、进一步地，所述基于必选样本库存数量与目标配方相同科目数量对比情况，设定必选样本的使用量条件，包括：

32、将必选样本中某一烟叶的库存数量与目标配方相同科目数量进行比对，必选样本中某一科目数量≤目标配方对应科目数量的烟叶，要求使用全部库存，必选样本中某一科目数量≥目标配方对应科目数量的烟叶，使用量可调节。

33、进一步地，替代样本要求使用量占总样本数量的比重不低于1％且小于库存数量。

34、进一步地，所述可用、可拓展、不可用，具体为：可用为评吸总分≥60分、可拓展为30分＜评吸总分＜60分、不可用为评吸总分≤30分。

35、相比于现有技术，本发明具有以下有益技术效果：

36、(1)采用与感官质量相关的客观化学指标进行配方设计，能够解决配方主观性强的问题，实现了客观指标与主观评价的兼顾，具有实用性；

37、(2)利用客观数据能够稳定监控年度间烟叶质量的变化情况，满足配方运行实际，尊重年度间烟叶采购连续性，提高了配方设计的工作效率，能够通过管控关键质量指标的一致性实现片烟模块质量的年度稳定性。