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1、(10)申请公布号 CN 102726828 A (43)申请公布日 2012.10.17 CN 102726828 A *CN102726828A* (21)申请号 201210214736.X (22)申请日 2012.06.27 A24B 15/22(2006.01) A24C 5/60(2006.01) (71)申请人 广州华大生物科技有限公司 地址 510530 广东省广州市经济开发区开泰 大道伴河东路 (72)发明人 邹伟权 辜英杰 万利秀 邝瑜 彭乃卫 (54) 发明名称 一种基于数学模型指导的烟草及其制品的辐 照控制方法 (57) 摘要 本发明公开了一种基于数学模型指导的烟草 。
2、及其制品的辐照控制方法， 包括以下步骤 ： 确 定辐照产品相关参数 ： 初始污染菌 N0、 生产后辐 照前的时间间隔 T、 最高耐受剂量 Dmax、 产品综合 D10、 微生物繁殖滞后时间 T0、 微生物在指数增长期 的增值系数 ； 确定微生物生长的数学模型以 及 T0、 ； 确定卷烟制品霉菌 D10； 建立产品最 低辐照灭菌剂量、 产品最大堆积厚度的数学模型 ； 计算出待辐照产品需投入辐照时间点的最低灭 菌剂量和产品最大堆积厚度。该方法可在辐照剂 量 10kGy 的情况下， 达到对大包装箱装烟草及 其制品的防霉杀菌效果， 提高了生产效率， 节约生 产成本。 (51)Int.Cl. 权利要求书。
3、 2 页 说明书 6 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 1 页 1/2 页 2 1. 一种基于数学模型指导的烟草及其制品的辐照控制方法， 其特征在于 ： 包括以下步 骤 ： (1) 确定辐照产品相关参数 (2) 确定微生物繁殖滞后时间 T0、 微生物在指数增长期的比生长速率 (3) 确定卷烟制品霉菌 D10值 (4) 建立产品最低辐照灭菌剂量 Dmin、 产品最大堆积厚度 Xmax的数学模型 (5) 通过计算可获得 ： 产品达到灭菌保证水平的最低辐照剂量 Dmin和产品最大堆积厚 度 Xmax； 其中， 所述。
4、的步骤(1)中需要确定的参数有产品生产结束时初始污染菌N0、 要求辐照灭 菌后产品中霉菌数 N、 产品生产后投入辐照前的时间间隔 T、 产品最高耐受剂量 Dmax； 所述的步骤(2)确定微生物繁殖滞后时间T0、 微生物在指数增长期的比生长速率的 方法如下 ： i) 监测卷烟成品生产后不同存放时间 T 下的的霉菌数量 NT； ii) 建立微生物生长的数学模型 ： NT N0(T T0) 其中 ： NT： 未辐照产品生产后存放时间为 T 时的微生物数量 ； N0： 未辐照产品生产结束时的初始微生物数量 ； ： 微生物在指数增长期的比生长速率 ； T ： 未辐照产品生产后存放时间 ； T0： 未辐照。
5、产品生产后微生物繁殖滞后时间 ； 所述的步骤(3)中的卷烟制品霉菌D10值是指卷烟制品霉菌中指示菌的D10值， 通常选 择抗辐射能力最强的菌类作为指示菌 ； D10 值确定的方法模型和步骤如下 ： 其中， N0 ： 未辐照产品生产结束时的初始微生物数量 ； Dx ： 辐照量， 取值 0-10kGy ； Nx ： 同批样品(N0相同)经不同辐照量Dx辐照后的微生物数量对产品进行小批量剂量 测试 ： i) 取样， 均分成三份以上， 分别加以不同的辐照量 Dx， 取值 0-10kGy ； ii) 对上述辐照后的样品进行微生物测试， 测得 Nx， 将 Dx 对作图， 斜率为 D10 值 ； 所述的步骤。
6、 (4) 中建立的数学模型有以下几种 ： 当 T T0时， 当 T T0时， 权 利 要 求 书 CN 102726828 A 2 2/2 页 3 其中， Dmin： 产品达到灭菌保证水平的最低辐照剂量 ； D10 ： 样品中指示菌的 D10 值 ； N0： 未辐照产品生产结束时的初始微生物数量 ； N ： 辐照灭菌后产品中微生物数量 ； Dmax： 产品最高耐受剂量 ； ： 微生物在指数增长期的增值系数 ； NT： 未辐照产品生产后存放时间为 T 时的微生物数量 ； T ： 未辐照产品生产后投入辐照前的时间间隔 ； T0： 未辐照产品生产后微生物繁殖滞后时间 ； Xmax： 产品最大辐照剂量。
7、不大于 10kGy 时产品的最大堆积厚度 ； ： 钴 -60 射线的质量衰减系数。 2. 如权利要求 1 所述的一种基于数学模型指导的烟草及其制品的辐照控制方法， 其特 征在于 ： 所述的烟草及其制品包括烟草、 烟卷、 盒装烟、 条状烟、 箱装烟 ； 所述箱装烟是生产 后便于储存、 运输的用大包装纸箱包装的香烟成品。 3. 如权利要求 1 所述的一种基于数学模型指导的烟草及其制品的辐照控制方法， 其特 征在于 ： D10的取值范围是 3.0 5.0。 4. 如权利要求 1 所述的一种基于数学模型指导的烟草及其制品的辐照控制方法， 其特 征在于 ： 的取值范围是 0.8 1.6。 5. 如权利要。
8、求 1 所述的一种基于数学模型指导的烟草及其制品的辐照控制方法， 其特 征在于 ： T0的取值范围是 3.0 5.0。 6. 如权利要求 1 所述的一种基于数学模型指导的烟草及其制品的辐照控制方法， 其特 征在于 ： Dmin的取值范围是 3.0 8.0kGy。 7. 如权利要求 1 所述的一种基于数学模型指导的烟草及其制品的辐照控制方法， 其特 征在于 ： T 的取值为 0-10 天。 权 利 要 求 书 CN 102726828 A 3 1/6 页 4 一种基于数学模型指导的烟草及其制品的辐照控制方法 技术领域 0001 本发明属于烟草领域， 涉及一种基于数学模型指导的烟草及其制品的辐照控。
9、制防 霉杀菌方法， 尤其是一种烟草及其制品的绿色高效防霉杀菌方法。 背景技术 0002 由于不少卷烟含水量 12以上， 加之包装密封差， 卷烟成品在贮藏及加工销售过 程存在诸多问题， 主要表现在害虫、 霉菌， 危害造成巨大损失。 特别在广东霉雨季节， 更易长 虫、 发霉。 0003 烟草辐照技术既能防虫、 防霉变， 减少烟草虫害霉变损失， 又能加速烟草醇化， 改 善烟草品质， 缩短烟草贮存期， 减少贮存损失， 降低仓库管理费用。 与其它杀菌方法相比， 其 应用前景极其广阔。 0004 公开号为 CN 101233954A 中国专利申请公开了对卷烟成品进行电磁辐照的后处 理方法， 采用电磁波产生。
10、的 X 射线对卷烟成品进行处理， 一次性处理量有限， 不适宜箱装卷 烟成品的大批量、 快速处理。 0005 公开号为 CN 101632490A 中国专利申请公开了一种烟草及其制品的绿色防霉方 法， 采用电子加速器产生的电子束对卷烟及其成品进行处理。 由于电子束的穿透能力较弱， 对于大包装运输的箱装卷烟成品， 其辐照的剂量较大， 箱内中部卷烟成品难以达到杀菌防 霉的预期效果， 该方法仅适用于条包、 盒包或散支卷烟的杀菌防霉。 0006 公开号为CN 1486643A中国专利申请公开了一种降低卷烟烟气中苯并a芘含量 的处理方法， 采用射线辐照处理香烟， 主要用于降低卷烟烟气中苯并a芘含量， 该方。
11、法 虽然可以同时达到杀菌防霉的效果， 但其辐照剂量高达 40kGy， 由于我国 辐照食品卫生管 理办法 规定辐照食品的剂量不得超过 10kGy， 该方法辐照处理卷烟成品难以得到政府部门 的认可。 0007 目前， 国内外对采用钴 -60 射线对卷烟及其制品进行辐照杀菌防霉处理进行大 量的研究， 均集中于杀菌防霉辐照剂量的小样试验研究， 其辐照灭菌剂量是根据产品的初 始污染菌、 产品微生物的 D10， 按照数学模型 (I) 确认产品的辐照灭菌剂量 ： 0008 0009 式中 ： D 为达到灭菌保证水平所需剂量 (kGy)， N0、 N 分别为辐照灭菌前样品中初始 污染菌数及灭菌后产品中污染菌的。
12、存活数， D10为样品中霉菌的 D10值。 0010 该方法的对于箱装卷烟成品的辐照杀菌防霉存在如下问题 ： (1) 由于卷烟的水 分较高， 未辐照卷烟的微生物数量随着存放时间增加而增加， 根据数学模型 (I) 可能难以 达到杀菌防霉效果， 需要对产品进行重复辐照， 造成巨大的经济损失。(2) 未考虑产品密 度、 装载模式 ( 尤其是堆积厚度 ) 对辐照剂量不均匀性的影响， 如果剂量过低， 可能会造成 箱内局部香烟不能达到灭菌效果 ； 如果剂量过高， 可能使箱内外部香烟超过国家规定标准 (10kGy)。 说 明 书 CN 102726828 A 4 2/6 页 5 发明内容 0011 本发明专。
13、利的目的在于克服现有技术的不足， 建立未辐照烟草及其制品的微生物 时间繁殖曲线， 确认卷烟成品的微生物繁殖系数 。而后根据卷烟成品出厂检验的霉菌数 量 N0、 产品霉菌的 D10、 产品生产后投入辐照的时间间隔 T 等因素， 导入微生物繁殖系数 ， 建立卷烟成品的辐照剂量数学模型， 根据辐照剂量数学模型确认产品辐照杀菌防霉的最低 剂量。然后， 根据产品辐照的最低剂量要求和国家规定最高剂量 (10kGy)， 确认产品的装载 模式 ( 尤其是堆积厚度 )， 制定辐照工艺， 确保产品辐照的工艺剂量在达到灭菌保证水平的 最低辐照剂量和 10kGy 的范围内。本发明专利确保了烟草及其制品辐照杀菌防霉的效。
14、果和 产品的安全性， 满足快速辐照灭菌的要求， 同时， 降低了对人为经验的要求。 0012 本发明的目的是提供一种基于数学模型指导的烟草及其制品的辐照控制的防霉 杀菌方法， 具体步骤如下 ： 0013 (1) 确定辐照产品相关参数 ； 0014 (2) 确定微生物繁殖滞后时间 T0、 微生物在指数增长期的比生长速率 ； 0015 (3) 确定卷烟制品霉菌 D10； 0016 (4) 建立产品达到灭菌保证水平的最低辐照剂量 Dmin、 产品最大堆积厚度 Xmax的数 学模型 ； 0017 (5) 通过计算可获得 ： 产品达到灭菌保证水平的最低辐照剂量 Dmin和产品最大堆 积厚度 Xmax。 0。
15、018 其中， 所述的步骤(1)中需要确定的参数有产品生产结束时初始污染菌N0、 要求辐 照灭菌后产品中霉菌数 N、 产品生产后投入辐照的时间间隔 T、 产品最高耐受剂量 Dmax， 根据 国家规定标准， 定为 10kGy。 0019 所述的步骤 (2) 确定微生物繁殖滞后时间 T0、 微生物在指数增长期的比生长速率 的方法如下 ： 0020 i) 监测卷烟成品生产后存放不同时间间隔的霉菌数量 ； 0021 ii) 建立微生物生长的数学模型 ： 0022 NT N0(T T0) 0023 0024 其中 ： NT： 未辐照产品生产后存放时间为 T 时的微生物数量 ； 0025 N0： 未辐照产。
16、品生产结束时的初始微生物数量 ； 0026 ： 微生物在指数增长期的增值系数 ； 0027 T ： 未辐照产品生产后投入辐照前的时间间隔 ； 0028 T0： 未辐照产品生产后微生物繁殖滞后时间 ； 0029 iii) 将 lnNT-T 作图， 一元线性回归分析， 可得到 和 T0。 0030 所述的步骤 (3) 中的卷烟制品霉菌 D10值指卷烟制品霉菌中指示菌的 D10值， 通常 选择抗辐射能力最强的菌类作为指示菌 ； D10值确定的方法模型和步骤如下 ： 0031 0032 其中， N0： 未辐照产品生产结束时的初始微生物数量 ； 说 明 书 CN 102726828 A 5 3/6 页 。
17、6 0033 Dx： 辐照量， 取值 0-10kGy ； 0034 Nx： 同批样品 (N0相同 ) 经不同辐照量 Dx辐照后的微生物数量对产品进行小批量 剂量测试 ： 0035 i) 取样， 均分成三份以上， 分别加以不同的辐照量 Dx， 取值 0-10kGy ； 0036 ii) 对上述辐照后的样品进行微生物测试， 测得 Nx， 将 Dx对作图， 斜率为 D10； 0037 所述的步骤 (4) 中建立的数学模型有以下几种 ： 0038 当 T T0时， 0039 0040 0041 当 T T0时， 0042 0043 0044 其中 ： Dmin： 产品达到灭菌保证水平的最低辐照剂量 ；。
18、 0045 D10： 样品中指示菌的 D10值， 通常选择抗辐射能力最强的菌类作为指示菌 ； 0046 N0： 未辐照产品生产结束时的初始微生物数量 ； 0047 N ： 辐照灭菌后产品中微生物数量 ； 0048 ： 微生物在指数增长期的增值系数 ； 0049 NT： 未辐照产品生产后存放时间为 T 时的微生物数量 ； 0050 T ： 未辐照产品生产后投入辐照前的时间间隔 ； 0051 T0： 未辐照产品生产后微生物繁殖滞后时间 ； 0052 Xmax： 产品最大辐照剂量不大于 10kGy 时产品的最大堆积厚度 0053 ： 钴 -60 射线的质量衰减系数 0054 所述的产品是指烟草及其制。
19、品 ； 所述的烟草及其制品包括烟草、 烟卷、 盒装烟、 条 状烟、 箱装烟 ； 所述箱装卷烟成品特指生产后便于储存、 运输的用大包装纸箱包装的香烟成 品。 0055 所述各参数优选取值范围为 ： D10为 3.0 5.0 ； 为 0.8 1.6 ； T0为 3.0 5.0 ； 为常数 0.0168。 0056 所述的 Dmin取值优选 3.0 8.0kGy。 0057 与现有技术相比， 本发明具有如下技术优势 ： 0058 1. 利用数学模型， 综合考虑了烟草及其制品出厂检验的初始霉菌数、 产品投入辐 照时间间隔、 产品微生物的繁殖常数以及产品杀菌后的效果， 准确制定卷烟成品的最低辐 照剂量避。
20、免产品二次辐照的风险， 提高了产品辐照质量， 降低了生产成本。 0059 2. 为确保烟草及其制品的最大允许辐照剂量不大于 10kGy， 根据产品的堆积密度 说 明 书 CN 102726828 A 6 4/6 页 7 和包装规格， 确定卷烟成品辐照的堆积厚度和装载模式， 制定科学合理的辐照工艺， 确保烟 草及其制品按国家法律规定条件辐照， 保障了辐照卷烟成品的安全性。 0060 4. 通过专用的数学模型精确计算出各目标参数， 可以克服原生产过程中， 全靠操 作人员凭经验估算目标参数的生产缺陷， 达到个生产过程简单易控， 产品质量明确， 大大提 高了提高工作效率和产品质量。 0061 5. 采。
21、用钴 -60 动态辐照装置对箱装烟草及其制品进行精确辐照， 一次辐照处理量 大， 辐照处理时间短， 满足箱装烟草及其制品快速辐照杀菌防霉的需要。 附图说明 0062 为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案， 下面将对本发明或现有技术 描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本发明的 一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这 些附图获得其他的附图。 0063 图 1 烟草及其制品的霉菌时间繁殖曲线图 0064 图 2 菌落总数的自然对数值 - 时间关系一元线性回归分析曲线图 0065 图 3 辐照剂量 - 菌落。
22、总数的对数值关系一元线性回归分析曲线图 具体实施方式 0066 下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完 整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例， 都属于本发明保护的范围。 0067 实施例 1 0068 一批待处理产品， 要求辐照灭菌后产品中霉菌数小于等于 20cfu/g， N 20cfu/g。 按照本发明提供的技术方案， 具体操作步骤如下 ： 0069 (1) 确定辐照产品相关参数 ： 0070 产品生产结束时初始霉菌数。
23、 N0： 450cfu/g ； 0071 未辐照产品生产后投入辐照前的时间间隔 T ： 5 天 ； 0072 产品最高耐受剂量 Dmax， 依据国家规定为 10kGy ； 0073 产品的包装规格 ： 453030cm ； 0074 单箱产品的重量 ： 10kg/ 箱 ； 0075 产品的堆积密度 ： 0.25g/cm3； 0076 (2) 确定微生物繁殖滞后时间 T0、 微生物在指数增长期的比生长速率 0077 监测含水量为 12的卷烟成品生产后存放不同时间间隔的霉菌数量， 建立卷烟产 品的霉菌时间繁殖模型曲线， 如图 1 所示。由图 1 可知大约 5 天之前微生物生长缓慢， 在 5 天后生。
24、长迅速。 根据霉菌时间繁殖模型(II)， 将lnNT对T(T5)作图， 一元线性回归分析， 得图 2。由图 2 可得出以下参数 ： 0078 微生物在指数增长期的增值系数 ： 1.1 ； 0079 未辐照产品生产后微生物繁殖滞后时间 T0： 4d。 说 明 书 CN 102726828 A 7 5/6 页 8 0080 (3) 确定卷烟制品霉菌 D10， 步骤如下 ： 0081 i) 对产品进行小批量剂量测试， 一个样品， 均分五份， 分别施以辐射剂量 0kGy、 2.0kGy、 4.0kGy、 6.0kGy、 8.0kGy 进行辐照 ； 0082 ii) 对上述辐照后的样品进行微生物测试， 。
25、测得 Nx， 得到霉菌总数与辐照剂量的关 系如下表 ： 0083 0084 以 Dx为横坐标， Nx的对数值为纵坐标， 得到关系曲线， 如图 3 所示。 0085 iii) 根据图 3， 得出卷烟制品中霉菌的 D10值为 4.5kGy。 0086 (4) 建立产品最低辐照灭菌剂量 Dmin、 产品最大堆积厚度 Xmax的数学模型由上述步 骤可知， T 5， T0 4， T T0， 此时， 按照本发明提供的数学模型 ： 0087 0088 0089 由上述步骤可知， 其中 0090 1.1 ； 0091 D10 4.5kGy ； 0092 T 5d ； 0093 T0 4d ； 0094 N0 。
26、450cfu/g ； 0095 N 20cfu/g 0096 ： 钴 -60 射线的质量衰减系数取值同类产品的经验值 0.0168 0097 Dmin： 投入辐照时间点产品的最低灭菌剂量 ； 0098 Xmax： 产品最大辐照剂量不大于 10kGy 时产品的最大堆积厚度。 0099 (5) 通过计算可获得 ： 0100 产品达到灭菌保证水平的最低辐照剂量 Dmin为 6.7kGy ； 0101 产品最高剂量不超过 10kGy 时的最大堆积厚度 Xmax为 48cm。 0102 试验例 1 0103 将烟草、 烟卷、 盒装烟、 条状烟、 箱装烟五类产品， 其中所述箱装烟是生产后便于储 存、 运输。
27、的用大包装纸箱包装的香烟成品， 每类产品随机取样五个， 均定 N 20cfu/g， 按本 发明实施例 1 进行辐射， 用测定 N0的方法测定辐射后的微生物数量 n， 试验数据见下表 ： 0104 说 明 书 CN 102726828 A 8 6/6 页 9 0105 ( 注， 以上各 N0与 n 的单位均为 cfu/g) 0106 以上试验表明， n 都小于 20cfu/g， 达到预期效果。 0107 值得注意的是， 本发明描述的是 T T0一种情形， 对于本领域的技术人员来说， 当 T T0或 T T0时， 根据本发明公开的一种基于数学模型指导的烟草及其制品的辐照控制 的防霉杀菌方法进行实施， 最终确定辐照产品的实际辐照加工剂量对于本领域的技术人员 来说是显而易见的。 0108 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明， 不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说， 在 不脱离本发明构思的前提下， 还可以做出若干简单推演或替换， 都应当视为属于本发明的 保护范围。本发明未详尽描述的技术内容应当被认定为现有技术。 说 明 书 CN 102726828 A 9 1/1 页 10 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 102726828 A 10 。