CN104820052A - 一种快速预警烟草及烟草制品霉变的方法 - Google Patents

一种快速预警烟草及烟草制品霉变的方法 Download PDF

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陈欢
韩书磊
付亚宁
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Abstract

一种快速预警烟草及烟草制品霉变的方法,属于烟草及烟草制品霉变快速预警技术领域,通过顶空固相微萃取进样,气相色谱/质谱外标法快速定性定量测定烟草霉变生成的特征挥发性有机化合物1-辛烯-3-醇,在肉眼尚不能识别烟草发生霉变的初期,预警烟草霉变,防止烟草霉变造成的损失。与烟草行业现有的使用气相色谱或液相色谱串联质谱法测定麦角甾醇测定烟草霉变的方法比较,本发明方法在样品前处理中不需要有机溶剂萃取,环境友好,直接将烟草或烟草制品放入顶空瓶中,设定适当平衡温度,快速方便,灵敏度高。

Description

一种快速预警烟草及烟草制品霉变的方法
技术领域
 本发明属于烟草及烟草制品霉变快速预警技术领域,具体涉及一种快速预警烟草及烟草制品霉变的方法。
背景技术
霉变对卷烟产品质量和安全性产生严重影响,烟草及烟草制品在醇化储存、加工运输中,若环境温湿度条件适宜,细菌或真菌微生物会大量生长,使烟草及烟草制品发生霉变,产生霉味、异味。随着霉变程度加重,使烟草及烟草制品品质降低直至失去使用价值,霉菌产物的致癌毒性还会危害消费者健康。烟草霉菌常见的菌株类型有黑曲霉Aspergillus niger (AN)华丽曲霉Aspergillus ornatus (AO)产黄青霉Pencillium chrysogenum (PC)匍枝根霉Rhizopus stolonifer(RS)等。
2004年,菲莫公司的N. K. Meruva采用闭路溶出气相色谱/飞行时间质谱法(CLSA-GC/TOF-MS),测定了几种常见烟草霉菌菌株在代谢过程产生的微生物挥发性有机化合物(MVOCs),主要包括1-辛烯-3-醇、2-辛烯-1-醇、2-甲基-1-丁醇、3-甲基-1-丁醇、1-辛烯和2 -戊酮等,且1-辛烯-3-醇、1-辛烯是大多菌株都可产生的MVOCs种类。因此,这些MVOCs可用做烟草霉变的特征标志物。
1-辛烯-3-醇别名蘑菇醇,分子式为C8H16O,分子量为128.21,为无色至黄色液体,不溶于水,溶于乙醇等有机熔剂,沸点84-85 °C/25 mmHg(lit.),相对密度0.83 g/mL(25 °C(lit.)),折光指数为1.437(n20/D(lit.) )。
1-辛烯-3-醇天然存在于番茄、蘑菇、葡萄、香蕉、甜瓜、草莓等植物中。具有蘑菇香、青香、蔬菜香以及油腻的气息。用于调配蘑菇、西红柿、土豆、牛奶、坚果等食用香精。建议用量为在最终加香食品中浓度约为0.2~6mg/kg。1-辛烯-3-醇的FEMA编号为2805,FDA编号为172.515,CoE编号为72,中国GB 2760-1996批准其为允许使用的食品香料。
现有的烟草霉变监测方法,有微生物学检验,如霉菌计数方法,需要5天实验周期;化学方法,如气相色谱质谱法测定霉变烟草中麦角甾醇,该方法需要对样品进行衍生化前处理;高效液相色谱-串联质谱法测定霉变烟草中麦角甾醇,该方法需要对烟草样品研磨萃取,且对仪器条件有相对较高要求,而且麦角甾醇更宜应用在烟草霉变较明显情况下,不能起到很好烟草霉变的预警作用。因此,需要开发较为快速简便的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速预警烟草及烟草制品霉变的方法。
基于上述目的,本发明采取了如下技术方案:
一种快速预警烟草及烟草制品霉变的方法,包括如下步骤:
第一步,烟草或烟草制品霉变 :称取0.1~0.3g烟草或烟草制品碎片,放入20mL顶空瓶中,制备系列样品,首先,对这些样品进行挥发性有机化合物分析,作为未霉变对照样品;然后将这些样品不加盖,放在恒温恒湿箱中让其霉变;
第二步,定性识别烟草或烟草制品霉变挥发性标志物:(1)每天抽样或者在前期隔一天抽样、10天以后每天抽样,使用顶空-固相微萃取-气相色谱/质谱法分析上述实验中的样品,在EI源电子能量70eV下得到全扫描模式标准谱图,扫描范围35~350amu;(2)测试柱空白、样品瓶空白,比较步骤(1)所得到的谱图,对出现差异的色谱峰进行NIST谱库检索;(3)通过上述谱图筛查,定性识别出烟草或烟草制品中霉变挥发性有机化合物中的1-辛烯-3-醇,并得到1-辛烯-3-醇的保留时间;(4)保留指数辅助定性。
进一步地,还包括第三步,1-辛烯-3-醇的定量:(1)标准工作曲线的绘制,称取0.1~0.3g未发生霉变的烟叶碎片或烟丝,加入1-辛烯-3-醇标准溶液,配制系列标准溶液,使用顶空-固相微萃取-气相色谱/质谱法分检测上述标准溶液,相色谱/质谱选择SIM扫描方式,选择离子m/z为57、43,以浓度为横坐标、响应强度为纵坐标,绘制标准工作曲线,依据工作曲线和1-辛烯-3-醇的响应强度进行定量。
较好地,所述第一步中恒温恒湿箱的温度为35℃,相对湿度为85%。
具体地,所述第一步中保留指数辅助定性的具体步骤为:将C5-C12正构烷烃混标甲醇溶液在相同条件下,测定其保留时间,通过计算公式计算出1-辛烯-3-醇的保留指数,与文献报道参考值比较,辅助表征1-辛烯-3-醇定性的准确性。
所述定量时,顶空固相微萃取的条件为:样品加热温度80℃,预热3min,萃取时间5min,解吸7min,进样后在250 ℃烤针10min;气相色谱-质谱条件为:毛细管色谱柱:DB-5MS(30 m ×0.25 mm × 0.25 μm)、 DB-VRX(40 m ×0.18 mm ×1.00 μm);载气为高纯氦气,恒流流速为1.5 mL/min;进样口温度为230℃,分流比为20:1;程序升温初温40℃,保持3min,以6.0℃/min升至230℃,保持0.5min;离子源温度为230℃,传输线温度为250℃。
本发明建立了一种新的快速预警烟草及烟草制品霉变的方法,以及定性或/和定量测定烟草霉变微生物挥发性特征有机化合物1-辛烯-3-醇的HS-SPME-GC/MS方法,与现有其他技术相比,有以下优点:
本发明方法可通过定性监测烟草微生物挥发性有机化合物,如1-辛烯-3-醇,快速预警烟草及烟草霉变的发生;
本发明方法直接称取少量的烟草或烟草制品放入顶空瓶密封即可分析,操作很方便,不需要进行研磨粉碎等前处理,与其他方法相比可更好地保持样品本身形态特征,不会产生像其他方法前处理过程对目标物造成的损失,提高分析的灵敏度,并大大降低了烟草霉变试验所需耗费的时间;
本发明使用固相微萃取SPME自动进样针,对挥发性有机化合物有较好的吸附富集,SPME技术不需要对目标物完全萃取、更不需要有机溶剂萃取进样,在严格控制操作条件,如萃取时间和温度、解吸时间和温度,保持顶空瓶内基质体积一致或接近,比如在称取烟草或烟草制品的样品时保持称重质量接近。
附图说明
图1是实施例1中在第0、13、15、16天定性检测1-辛烯3-醇的色谱峰;
图2是实施例1中C5-C12正构烷烃混标甲醇溶液与定性检测1-辛烯3-醇相同实验条件下的保留时间;
图3是实施例1绘制的1-辛烯3-醇标准工作曲线。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步地详细描述,但本明发明的保护范围并不局限于此。
试剂和设备
恒温恒湿箱(BINDER,德国),20mL螺纹口顶空瓶(CNW,德国),自动进样器CTC Combi PAL(CTC,瑞士),自动固相微萃取萃取纤维进样针,三种类型固定相的萃取纤维头(Supelco,美国),100μm的PDMS、65μm的PDMS/DVB以及50/30μm的DVB/CAR/PDMS, DB-5MS毛细管色谱柱(30 m × 0.25 mm ×0.25 μm, 安捷伦,美国),DB-VRX(40 m × 0.18 mm × 1.00 μm,安捷伦,美国),2mg/mL的C5-C12正构烷烃混标甲醇溶液(Sigma,美国),气相色谱-质谱联用仪型号是:布鲁克-道尔顿公司的Bruker Daltonics 456 SCION SQTM GC-MS,分析天平。
实施例1
一种快速预警烟草及烟草制品霉变的方法,包括下述步骤:
第一步,烟草霉变
1、称取0.1~0.3g烟草碎片,放入20mL顶空瓶中,共制备多个样品。对这些样品进行挥发性有机化合物分析,作为未霉变烟草对照样。然后不加盖,放在恒温恒湿箱中促使未霉变烟草产生霉变,恒温恒湿箱中温度为35℃,相对湿度为85%。
2、在第5、7、9、11、12、13、14、15、16、17天,抽样,分别将样品从恒温恒湿箱中取出,加盖,分析样品中的挥发性有机化合物。
3、在实验的第13天,烟草表面观察不到霉变现象,样品进行仪器分析可定性检测到1-辛烯-3-醇。
4、在实验的第15天可观察到烟草表面有黄绿色菌丝,在第16、17天,霉变现象更明显,有白色斑点产生。
第二步,识别烟草霉变挥发性标志物
1、使用顶空-固相微萃取-气相色谱/质谱法(HS-SPME-GC/MS)分析上述实验中的样品,在EI源电子能量70eV下得到全扫描模式标准谱图,扫描范围35~350amu。
2、测试柱空白、样品瓶空白,比较第0(未霉变样品)、5、7、9、11、12、13、14、15、16天所得到的谱图,对出现差异的色谱峰进行NIST谱库检索。
3、通过上述谱图筛查,定性识别出该实验中烟草霉变挥发性有机化合物1-辛烯-3-醇,见图1,第0天指未霉变样品,相同保留时间处未出现色谱峰,第13、15、16天谱图出现1-辛烯-3-醇色谱峰,保留时间t=20.2±0.1min。
4、保留指数辅助定性
将C5-C12正构烷烃混标甲醇溶液在相同条件下,程序升温测定其保留时间,见图2,tC9=20.478min,tC10=23.640min,通过下面计算公式,计算出1-辛烯-3-醇的保留指数I=978,与文献报道参考值(表1)一致,辅助表征了1-辛烯-3-醇定性的准确性。
表1 文献报道的1-辛烯-3-醇的保留指数参考值
第三步,烟草霉变挥发性标志物1-辛烯-3-醇的定量
1.    样品
称取0.1~0.3g烟叶碎片或烟丝,放入20 mL顶空瓶中,加盖密封。
2.    标准工作曲线
称取0.1~0.3g未发生霉变的烟叶碎片或烟丝作为空白基质,加入1-辛烯-3-醇标准溶液,制备包括空白共五个浓度水平(分别为0、3.0、6.0、9.0、12.0μg/g)的标准工作曲线,见图3。
3.    固相微萃取条件:
自动萃取纤维首次使用时需要进行老化,条件如下:
固定相PDMS,250℃老化30min;
固定相PDMS/DVB,250℃老化30min;
固定相DVB/CAR/PDMS,270℃老化60min;
样品加热温度80 ℃,预热3min,萃取时间5min,解吸7min,进样后在250 ℃烤针10min。
4.    气相色谱-质谱条件:
毛细管色谱柱:DB-5MS(30 m x 0.25 mm x 0.25 μm)、 DB-VRX(40 m x 0.18 mm x 1.00 μm);
载气:氦气(纯度≥99.999%),恒流流速:1.5 mL/min;
进样口温度:230℃,分流比20:1;
程序升温:初温40℃,保持3min,以6.0℃/min升至230℃,保持0.5min;
离子源温度:230℃,传输线温度:250℃;
SIM扫描方式,选择离子为m/z  57, 43,见表2。
表2 1-辛烯-3-醇的SIM表
 
5. 将C5-C12正构烷烃混标甲醇溶液,稀释浓度至0.1mg/mL,在相同条件程序升温下进样分析,图2。
6. 本发明方法的检出限及重复性
1)标准曲线范围、检出限及定量限:
平行测定所配制的最低浓度标准溶液,分别以测试结果标准偏差的3倍和10倍作为其检出限和定量限,见表3,由表3可知,本方法灵敏度高。
表3  1-辛烯-3-醇的检出限及定量限
2)重复性和回收率
与样品制备一样,称取约0.1~0.3g烟叶碎片或烟丝,放入20 mL顶空瓶中,加入高、低两种水平的1-辛烯-3-醇标准溶液,加盖密封,每个添加水平重复测量5次。使用的是未霉变烟叶,因此原始水平记为0,回收率计算结果见表4。1-辛烯-3-醇的加标回收率在92.3%~93.8%之间,表明方法的准确性良好,相对标准偏差平均值为9.8%,表明方法具有较好的重现性。
表4  1-辛烯-3-醇的回收率

Claims (5)

1.一种快速预警烟草及烟草制品霉变的方法,其特征在于,包括如下步骤:
第一步,烟草或烟草制品霉变 :称取0.1~0.3g烟草或烟草制品碎片,放入20mL顶空瓶中,制备系列样品,首先,对这些样品进行挥发性有机化合物分析,作为未霉变对照样品;然后将这些样品不加盖,放在恒温恒湿箱中让其霉变;
第二步,定性识别烟草或烟草制品霉变挥发性标志物:(1)每天抽样或者在前期隔一天抽样、10天以后每天抽样,使用顶空-固相微萃取-气相色谱/质谱法分析上述实验中的样品,在EI源电子能量70eV下得到全扫描模式标准谱图,扫描范围35~350amu;(2)测试柱空白、样品瓶空白,比较步骤(1)所得到的谱图,对出现差异的色谱峰进行NIST谱库检索;(3)通过上述谱图筛查,定性识别出烟草或烟草制品中霉变挥发性有机化合物中的1-辛烯-3-醇,并得到1-辛烯-3-醇的保留时间;(4)保留指数辅助定性。
2. 根据权利要求1所述的快速预警烟草及烟草制品霉变的方法,其特征在于,还包括第三步,1-辛烯-3-醇的定量:(1)标准工作曲线的绘制,称取0.1~0.3g未发生霉变的烟叶碎片或烟丝,加入1-辛烯-3-醇标准溶液,配制系列标准溶液,使用顶空-固相微萃取-气相色谱/质谱法分检测上述标准溶液,相色谱/质谱选择SIM扫描方式,选择离子m/z为57、43,以浓度为横坐标、响应强度为纵坐标,绘制标准工作曲线,依据工作曲线和1-辛烯-3-醇的响应强度进行定量。
3. 根据权利要求1所述的快速预警烟草及烟草制品霉变的方法,其特征在于,所述第一步中恒温恒湿箱的温度为35℃,相对湿度为85%。
4. 根据权利要求1所述的快速预警烟草及烟草制品霉变的方法,其特征在于,所述第二步中保留指数辅助定性的具体步骤为:将C5-C12正构烷烃混标甲醇溶液在相同条件下,测定其保留时间,通过计算公式计算出1-辛烯-3-醇的保留指数,与文献报道参考值比较,辅助表征1-辛烯-3-醇定性的准确性。
5. 根据权利要求1或2所述的快速预警烟草及烟草制品霉变的方法,其特征在于,所述顶空固相微萃取的条件为:样品加热温度80℃,预热3min,萃取时间5min,解吸7min,进样后在250 ℃烤针10min;气相色谱-质谱条件为:毛细管色谱柱:DB-5MS 30 m ×0.25 mm× 0.25 μm、 DB-VRX 40 m ×0.18 mm × 1.00 μm;载气为高纯氦气,恒流流速为1.5 mL/min;进样口温度为230℃,分流比为20:1;程序升温:初温40℃,保持3min,以6.0℃/min升至230℃,保持0.5min;离子源温度为230℃,传输线温度为250℃。
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