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摘要 [目的]探讨一种科学的鉴别卷烟真假的方法。[方法]采用蓝光漫反射因数D65亮度测定法对其CIE白度（D65/10°）和D65荧光亮度进行测定，利用K-means算法对样本进行聚类。[结果]红塔山（软经典）、玉溪（软）、云烟（软珍品）真假鉴别准确率分别为100%、89.47%、88.24%，假负率（FNR）为0，出具假烟结论误判风险为0。[结论]该方法可以科学快速准确地鉴别出包装纸原纸不符合产品标准的假烟樣品，为烟草专卖打假提供另一种科学客观的方法。
关键词 卷烟;真假鉴别;包装纸;白度;荧光亮度;聚类分析
中图分类号 TS 452 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2021）18-0180-04
doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.18.044
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
Identification of Genuine and Fake Cigarettes Based on the Fluorescence Brightness of Packaging Paper
LI Hai-yan，YANG Bing，MA Hui-yu et al
（Yunnan Province Supervision and Inspection Station of Tobacco Quality，Kunming，Yunnan 650106）
Abstract [Objective] To explore a scientific method to identify the cigarette authenticity. [Method] The CIE whiteness （D65/10°） and D65 fluorescence brightness were measured by the blue diffuse reflectance factor D65 brightness measurement method， and the K-means algorithm was used to cluster the samples.[Result] The accuracy of brand “HTS”， “YUXI” and “YUNYAN” reached 100%，89.47% and 88.24% respectively，false negative rate（FNR） was 0. [Conclusion]This method can scientifically， quickly and accurately identify fake cigarette samples whose packaging paper base paper does not meet the product standard， and provides another scientific and objective method for tobacco monopoly anti-counterfeiting.
Key words Cigarette;Authenticity identification;Packaging paper;Whiteness;Fluorescence brightness;Cluster analysis
卷烟真假鉴别主要通过感官[1-2]，对鉴别样品外观特征逐一对比分析，得出真假结论，因此具有很强的主观性。仪器鉴别法主要包括气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）[3]、电子鼻[4]和近红外光谱法[5]等对卷烟烟丝和烟支[6]鉴别，随着假烟仿真度提高，研究者也在探索鉴别卷烟包装材料真伪方法，通过红外光谱检测烟用材料特征部位真假差异[7];利用计算机视觉对烟标扫描图像建模分类并判定真假[8]。
包装纸在造纸过程中加入一种近乎无色的荧光化合物，被荧光增白剂处理过的纸纤维在光照射下，将不可见的紫外光转变为可见光，抵消纸纤维中的黄色或灰白色，显著提高纸张白度[9]。自荧光增白剂投入市场以来，许多研究显示荧光增白剂对人体有害[10-12]，因此欧盟在2002年对所有纸制品要求不得检出荧光增白剂[13]，我国2016年国标也要求食品接触用纸荧光性物质检测为阴性[14]，近些年，监督检测机构均会对食品用纸制品中荧光增白剂进行监控[15-17]。烟草包装材料的荧光成分分析研究鲜有报道，因此，笔者研究真假卷烟包装纸荧光检测结果，采用聚类算法建立一种卷烟真假鉴别方法，旨在为卷烟真假鉴别提供另一种科学准确的方法。
1 材料与方法
1.1 供试材料
分别采集全国2018—2020年红塔山（软经典）、玉溪（软）、云烟（软珍品）真假卷烟样品，真品根据印刷厂家不同分批，假烟包装纸按照查获源头及包装纸印刷特征分批。红塔山（软经典）、玉溪（软）、云烟（软珍品）依次分为12、9、7个批次真品，11、10、10个批次假包装纸。
1.2 仪器及方法
Elrepho SF 450白度仪。具体分析按照GB/T 7974—2013[18]的方法进行，分析位置为包装纸未印刷面、避开水印、尘埃和明显纸病部位，分析条件为CIE标准照明体D65/10°（室外光），紫外截止滤光镜主波长为（457.0±0.5）nm、半波宽44 nm。分析项目包括CIE白度（W 10）和D65荧光亮度（F）。
1.3 数据分析
对数据进行归一化处理，使结果值映射到0～1，转换函数如公式（1）;采用SPSS 25.0软件对试验数据进行统计分析。
x*=x i-x minx max-x min（1） 2 结果与分析
2.1 红塔山（软经典）真假包装纸白度、荧光亮度分析
2.1.1 CIE白度（W 10）。从表1可以看出，红塔山（软经典）真品采集印刷厂家编号为1#、2#、4#、8#、21#、24#、28#、31#、33#、44#、70#、73#共12个批次样品，包装纸白度在78.32%～80.65%，归一化值在0～0.253 5%;假烟11个批次，除6#批次包装纸白度为80.16%、归一化值为0.200 2%外，其他批次包装纸白度在81.61%～87.51%，归一化值为0.358 0%～1.000 0%。
2.1.2 D65荧光亮度（F）。从表1可以看出，红塔山（软经典）12个批次真品包装纸荧光亮度在0.07%～0.19%，归一化值在0～0.012 6%;假烟11个批次，包装纸荧光亮度在6.92%～9.63%，归一化值为0.716 5%～1.000 0%。
2.1.3 红塔山（软经典）白度-荧光亮度聚类分析。对红塔山（软经典）12个批次真品及11个批次假烟包装纸白度归一化值和荧光亮度归一化值绘制散点图及欧氏距离聚类分析图，结果见图1和图2。从图1～2可以看出，红塔山（软经典）真假可以100%准确分类，真品卷烟包装纸荧光亮度明显低于假烟，由于假烟包装纸中加入了荧光增白成分，因此假烟包装纸的白度高于真品卷烟，因此消费者眼中纸张明显偏白的卷烟包装纸包装的卷煙反而是假烟。
2.2 玉溪（软）真假包装纸白度、荧光亮度分析
2.2.1 CIE白度（W 10）。从表2可以看出，玉溪（软）真品采集印刷厂家编号为1#、2#、4#、8#、21#、24#、28#、33#、44#共9个批次，包装纸白度在76.54%～79.89%，归一化值在0.143 5%～0.447 8%;假烟10个批次，包装纸白度在74.96%～85.97%，归一化值为0～1.000 0%。
2.2.2 D65荧光亮度（F）。从表2可以看出，玉溪（软）9个批次真品包装纸荧光亮度在0.05%～0.19%，归一化值在0～0.017 8%;假烟10个批次，包装纸荧光亮度在0.09%～7.93%，归一化值为0.005 1%～1.000 0%。J2-1、J2-2、J2-3、J2-4、J2-5、J2-8这6个批次的假烟样品，包装纸荧光亮度在0.09%～0.15%，归一化值为0.005 1%～0.012 7%，不能从荧光亮度直接分辨真假。
2.2.3 玉溪（软）白度-荧光亮度聚类分析。对玉溪（软）9个批次真品及10个批次假烟包装纸白度归一化值和荧光亮度归一化值绘制散点图及欧氏距离聚类分析图，结果见图3和图4。从图3～4可以看出，玉溪（软）真假不可以按照荧光亮度100%准确分类。玉溪（软）划分为3个类群：Ⅰ类包括所有真品包装纸及J2-3、J2-8;Ⅱ类包括J2-1、J2-2、J2-4、J2-5这4个假烟，包装纸荧光亮度与真品一致，但白度明显低于真品;Ⅲ类包括J2-6、J2-7、J2-9、J2-10这4个假烟，包装纸荧光亮度明显高于真品卷烟，该类假烟包装纸中加入了荧光增白成分，因此该白度值明显高于真品卷烟，外观可看出明显偏白。玉溪（软）19个批次，出现2个假包装纸误判为真，准确率为89.47%，假正率（FPR=被预测为真的假样本结果数/假样本实际数）为22.22%，假负率（FNR=被预测为假的真样本结果数/真样本实际数）为0。可见该方法出具真品结论存在22.22%的误判风险，出具假烟结论误判风险为0。
2.3 云烟（软珍品）真假包装纸白度、荧光亮度分析
2.3.1 CIE白度（W 10）。从表3可以看出，云烟（软珍品）真品采集印刷厂家编号为YNQT、HBJSX、JJCY、SCJS、KMCY、YXCY、WJCY共7个批次，包装纸白度值在76.52%～79.18%，归一化值在0.277 2%～0.437 2%;假烟10个批次，包装纸白度在71.91%～88.54%，归一化值为0～1.000 0%。
2.3.2 D65荧光亮度（F）。从表3可以看出，云烟（软珍品）7个批次真品包装纸荧光亮度在0.11%～0.27%，归一化值在0.001 2%～0.019 6%;假烟10个批次，包装纸荧光亮度在0.10%～8.78%，归一化值为0～1.000 0%。J3-1、J3-2、J3-6、J3-8这4个批次的假烟样品，包装纸荧光亮度在0.10%～0.20%，归一化值为0～0.011 5%，不能从荧光亮度直接分辨真假。
2.3.3 云烟（软珍品）白度-荧光亮度聚类分析。对云烟（软珍品）7个批次真品及10个批次假烟包装纸白度归一化值和荧光亮度归一化值绘制散点图及欧氏距离聚类分析图，结果见图5和图6。从图5～6可以看出，云烟（软珍品）真假不可以按照荧光亮度100%准确分类。云烟（软珍品）划分为3个类群：Ⅰ类包括所有真品包装纸及J3-2、J3-6;Ⅱ类包括J3-1、J3-8这2个假烟，包装纸荧光亮度与真品一致，但白度明显低于真品;Ⅲ类包括J3-3、J3-4、J3-5、J3-7、J3-9、J3-10这6个假烟，包装纸荧光亮度明显高于真品，该类假烟包装纸中加入了荧光增白成分，白度明显高于真品，这类样品外观可看出明显偏白。云烟（软珍品）17个批次，出现2个误判，准确率为88.24%，FPR为28.57%，FNR为0。可见该方法出具真品结论存在28.57%的误判风险，出具假烟结论误判风险为0。
3 结论与讨论
该研究结果表明，通过对CIE白度（W 10）、D65荧光亮度（F）欧氏距离聚类分析，红塔山（软经典）、玉溪（软）、云烟（软珍品）真假鉴别准确率分别为100%、89.47%、88.24%。且玉溪（软）、云烟（软珍品）假负率（FNR）为0，即预测为假错判风险为0，因此该方法可以作为判假的有效方法。 由于卷烟包装纸作为食品接触材料，真品卷烟纸均不添加荧光增白剂，假烟包装纸即为迎合人们对纸质材料外观白度需求，又追求低成本，因此多采用双三嗪基二苯乙烯型荧光增白剂显著提高纸张白度。目前不使用荧光增白剂的国内造纸厂家采用的漂白方法主要是含氯漂白剂漂白，许多纤维等有机成分被降解、溶出，致使纸浆的得率和强度会不同程度降低，且漂白过程复杂，造成漂白提升白度的造纸成本大大提高[19]。因此未添加荧光增白剂的假烟包装纸中多数样品白度低于真品。
卷烟烟标属于注册商标，印刷企业未经允许私自印刷注册商标属于违法行为，非法小印刷厂不了解国家标准，以节约成本、利益最大化为主要目的，因此假烟包装纸大量使用含有荧光增白剂的包装纸，或使用漂白效果不佳偏纸浆纤维黄色的包装纸。
参考文献
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[11] GILLBERG B O，AMAN J.Petite mutants induced in yeast by optical brighteners[J].Mutat Res，1971，13（2）：149-154.
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[13] Council of Europe Committee of Ministers Resolution AP.1 on paper and board materials and articles intended to come into contact with foodstuffs[S].Council of Europe Committee of Ministers Resolution AP，2002.
[14] 中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.食品安全国家标准 食品接触用纸和纸板材料及制品：GB 4806.8—2016[S].北京：中国标准出版社，2017.
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[17] 程龙凤，童磊，幸艺芳，等.渝东北地区纸质食品包装材料中熒光增白剂含量调查[J].现代预防医学，2019，46（10）：1769-1771.
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[19] 李健，孙庆贺，何兴波.食品用纸包装中荧光增白剂的危害和来源浅析[J].中国包装工业，2013（2）：5-6.
关键词 卷烟;真假鉴别;包装纸;白度;荧光亮度;聚类分析
中图分类号 TS 452 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2021）18-0180-04
doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.18.044
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
Identification of Genuine and Fake Cigarettes Based on the Fluorescence Brightness of Packaging Paper
LI Hai-yan，YANG Bing，MA Hui-yu et al
（Yunnan Province Supervision and Inspection Station of Tobacco Quality，Kunming，Yunnan 650106）
Abstract [Objective] To explore a scientific method to identify the cigarette authenticity. [Method] The CIE whiteness （D65/10°） and D65 fluorescence brightness were measured by the blue diffuse reflectance factor D65 brightness measurement method， and the K-means algorithm was used to cluster the samples.[Result] The accuracy of brand “HTS”， “YUXI” and “YUNYAN” reached 100%，89.47% and 88.24% respectively，false negative rate（FNR） was 0. [Conclusion]This method can scientifically， quickly and accurately identify fake cigarette samples whose packaging paper base paper does not meet the product standard， and provides another scientific and objective method for tobacco monopoly anti-counterfeiting.
Key words Cigarette;Authenticity identification;Packaging paper;Whiteness;Fluorescence brightness;Cluster analysis
卷烟真假鉴别主要通过感官[1-2]，对鉴别样品外观特征逐一对比分析，得出真假结论，因此具有很强的主观性。仪器鉴别法主要包括气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）[3]、电子鼻[4]和近红外光谱法[5]等对卷烟烟丝和烟支[6]鉴别，随着假烟仿真度提高，研究者也在探索鉴别卷烟包装材料真伪方法，通过红外光谱检测烟用材料特征部位真假差异[7];利用计算机视觉对烟标扫描图像建模分类并判定真假[8]。
包装纸在造纸过程中加入一种近乎无色的荧光化合物，被荧光增白剂处理过的纸纤维在光照射下，将不可见的紫外光转变为可见光，抵消纸纤维中的黄色或灰白色，显著提高纸张白度[9]。自荧光增白剂投入市场以来，许多研究显示荧光增白剂对人体有害[10-12]，因此欧盟在2002年对所有纸制品要求不得检出荧光增白剂[13]，我国2016年国标也要求食品接触用纸荧光性物质检测为阴性[14]，近些年，监督检测机构均会对食品用纸制品中荧光增白剂进行监控[15-17]。烟草包装材料的荧光成分分析研究鲜有报道，因此，笔者研究真假卷烟包装纸荧光检测结果，采用聚类算法建立一种卷烟真假鉴别方法，旨在为卷烟真假鉴别提供另一种科学准确的方法。
1 材料与方法
1.1 供试材料
分别采集全国2018—2020年红塔山（软经典）、玉溪（软）、云烟（软珍品）真假卷烟样品，真品根据印刷厂家不同分批，假烟包装纸按照查获源头及包装纸印刷特征分批。红塔山（软经典）、玉溪（软）、云烟（软珍品）依次分为12、9、7个批次真品，11、10、10个批次假包装纸。
1.2 仪器及方法
Elrepho SF 450白度仪。具体分析按照GB/T 7974—2013[18]的方法进行，分析位置为包装纸未印刷面、避开水印、尘埃和明显纸病部位，分析条件为CIE标准照明体D65/10°（室外光），紫外截止滤光镜主波长为（457.0±0.5）nm、半波宽44 nm。分析项目包括CIE白度（W 10）和D65荧光亮度（F）。
1.3 数据分析
对数据进行归一化处理，使结果值映射到0～1，转换函数如公式（1）;采用SPSS 25.0软件对试验数据进行统计分析。
x*=x i-x minx max-x min（1） 2 结果与分析
2.1 红塔山（软经典）真假包装纸白度、荧光亮度分析
2.1.1 CIE白度（W 10）。从表1可以看出，红塔山（软经典）真品采集印刷厂家编号为1#、2#、4#、8#、21#、24#、28#、31#、33#、44#、70#、73#共12个批次样品，包装纸白度在78.32%～80.65%，归一化值在0～0.253 5%;假烟11个批次，除6#批次包装纸白度为80.16%、归一化值为0.200 2%外，其他批次包装纸白度在81.61%～87.51%，归一化值为0.358 0%～1.000 0%。
2.1.2 D65荧光亮度（F）。从表1可以看出，红塔山（软经典）12个批次真品包装纸荧光亮度在0.07%～0.19%，归一化值在0～0.012 6%;假烟11个批次，包装纸荧光亮度在6.92%～9.63%，归一化值为0.716 5%～1.000 0%。
2.1.3 红塔山（软经典）白度-荧光亮度聚类分析。对红塔山（软经典）12个批次真品及11个批次假烟包装纸白度归一化值和荧光亮度归一化值绘制散点图及欧氏距离聚类分析图，结果见图1和图2。从图1～2可以看出，红塔山（软经典）真假可以100%准确分类，真品卷烟包装纸荧光亮度明显低于假烟，由于假烟包装纸中加入了荧光增白成分，因此假烟包装纸的白度高于真品卷烟，因此消费者眼中纸张明显偏白的卷烟包装纸包装的卷煙反而是假烟。
2.2 玉溪（软）真假包装纸白度、荧光亮度分析
2.2.1 CIE白度（W 10）。从表2可以看出，玉溪（软）真品采集印刷厂家编号为1#、2#、4#、8#、21#、24#、28#、33#、44#共9个批次，包装纸白度在76.54%～79.89%，归一化值在0.143 5%～0.447 8%;假烟10个批次，包装纸白度在74.96%～85.97%，归一化值为0～1.000 0%。
2.2.2 D65荧光亮度（F）。从表2可以看出，玉溪（软）9个批次真品包装纸荧光亮度在0.05%～0.19%，归一化值在0～0.017 8%;假烟10个批次，包装纸荧光亮度在0.09%～7.93%，归一化值为0.005 1%～1.000 0%。J2-1、J2-2、J2-3、J2-4、J2-5、J2-8这6个批次的假烟样品，包装纸荧光亮度在0.09%～0.15%，归一化值为0.005 1%～0.012 7%，不能从荧光亮度直接分辨真假。
2.2.3 玉溪（软）白度-荧光亮度聚类分析。对玉溪（软）9个批次真品及10个批次假烟包装纸白度归一化值和荧光亮度归一化值绘制散点图及欧氏距离聚类分析图，结果见图3和图4。从图3～4可以看出，玉溪（软）真假不可以按照荧光亮度100%准确分类。玉溪（软）划分为3个类群：Ⅰ类包括所有真品包装纸及J2-3、J2-8;Ⅱ类包括J2-1、J2-2、J2-4、J2-5这4个假烟，包装纸荧光亮度与真品一致，但白度明显低于真品;Ⅲ类包括J2-6、J2-7、J2-9、J2-10这4个假烟，包装纸荧光亮度明显高于真品卷烟，该类假烟包装纸中加入了荧光增白成分，因此该白度值明显高于真品卷烟，外观可看出明显偏白。玉溪（软）19个批次，出现2个假包装纸误判为真，准确率为89.47%，假正率（FPR=被预测为真的假样本结果数/假样本实际数）为22.22%，假负率（FNR=被预测为假的真样本结果数/真样本实际数）为0。可见该方法出具真品结论存在22.22%的误判风险，出具假烟结论误判风险为0。
2.3 云烟（软珍品）真假包装纸白度、荧光亮度分析
2.3.1 CIE白度（W 10）。从表3可以看出，云烟（软珍品）真品采集印刷厂家编号为YNQT、HBJSX、JJCY、SCJS、KMCY、YXCY、WJCY共7个批次，包装纸白度值在76.52%～79.18%，归一化值在0.277 2%～0.437 2%;假烟10个批次，包装纸白度在71.91%～88.54%，归一化值为0～1.000 0%。
2.3.2 D65荧光亮度（F）。从表3可以看出，云烟（软珍品）7个批次真品包装纸荧光亮度在0.11%～0.27%，归一化值在0.001 2%～0.019 6%;假烟10个批次，包装纸荧光亮度在0.10%～8.78%，归一化值为0～1.000 0%。J3-1、J3-2、J3-6、J3-8这4个批次的假烟样品，包装纸荧光亮度在0.10%～0.20%，归一化值为0～0.011 5%，不能从荧光亮度直接分辨真假。
2.3.3 云烟（软珍品）白度-荧光亮度聚类分析。对云烟（软珍品）7个批次真品及10个批次假烟包装纸白度归一化值和荧光亮度归一化值绘制散点图及欧氏距离聚类分析图，结果见图5和图6。从图5～6可以看出，云烟（软珍品）真假不可以按照荧光亮度100%准确分类。云烟（软珍品）划分为3个类群：Ⅰ类包括所有真品包装纸及J3-2、J3-6;Ⅱ类包括J3-1、J3-8这2个假烟，包装纸荧光亮度与真品一致，但白度明显低于真品;Ⅲ类包括J3-3、J3-4、J3-5、J3-7、J3-9、J3-10这6个假烟，包装纸荧光亮度明显高于真品，该类假烟包装纸中加入了荧光增白成分，白度明显高于真品，这类样品外观可看出明显偏白。云烟（软珍品）17个批次，出现2个误判，准确率为88.24%，FPR为28.57%，FNR为0。可见该方法出具真品结论存在28.57%的误判风险，出具假烟结论误判风险为0。
3 结论与讨论
该研究结果表明，通过对CIE白度（W 10）、D65荧光亮度（F）欧氏距离聚类分析，红塔山（软经典）、玉溪（软）、云烟（软珍品）真假鉴别准确率分别为100%、89.47%、88.24%。且玉溪（软）、云烟（软珍品）假负率（FNR）为0，即预测为假错判风险为0，因此该方法可以作为判假的有效方法。 由于卷烟包装纸作为食品接触材料，真品卷烟纸均不添加荧光增白剂，假烟包装纸即为迎合人们对纸质材料外观白度需求，又追求低成本，因此多采用双三嗪基二苯乙烯型荧光增白剂显著提高纸张白度。目前不使用荧光增白剂的国内造纸厂家采用的漂白方法主要是含氯漂白剂漂白，许多纤维等有机成分被降解、溶出，致使纸浆的得率和强度会不同程度降低，且漂白过程复杂，造成漂白提升白度的造纸成本大大提高[19]。因此未添加荧光增白剂的假烟包装纸中多数样品白度低于真品。
卷烟烟标属于注册商标，印刷企业未经允许私自印刷注册商标属于违法行为，非法小印刷厂不了解国家标准，以节约成本、利益最大化为主要目的，因此假烟包装纸大量使用含有荧光增白剂的包装纸，或使用漂白效果不佳偏纸浆纤维黄色的包装纸。
参考文献
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