CN104931613A - 一种烟叶中挥发性成分的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟叶中挥发性成分的检测方法，包括以下步骤：(1)将烟叶与水混合，得到混合液；(2)将固相微萃取装置悬于混合液上方，进行顶空固相微萃取，得到萃取液；在顶空固相微萃取的过程中，对混合液进行微波处理，微波功率为500～700W；(3)对萃取液进行气相色谱和质谱联用分析，得到烟叶中挥发性成分的检测结果。本发明烟叶中挥发性成分的检测方法，利用微波辅助的顶空固相微萃取技术分析不同产地烟叶中的挥发性化学成分，快速、高效、灵敏度高，且分析检测结果全面。

Description

一种烟叶中挥发性成分的检测方法

技术领域

本发明涉及烟叶分析检测领域，具体涉及一种烟叶中挥发性成分的检测方法。

背景技术

烟草的香味是多种具有特定香味特征的香气成分共同作用的结果，不同烟草类型的品种，或相同烟草类型的品种在不同的生态环境和栽培条件下，其香气成分的组成、含量和比例都不尽相同，因此表现出不同的香气类型。通过定性定量分析，不但可以了解香气成分对卷烟产品风格的影响，也可为卷烟配方设计人员和调香技术人员提供技术依据和参考信息。

目前在国内外有关烟叶挥发性香气成分的前处理及检测方法较多，较为常见的前处理有水蒸气蒸馏法、同时蒸馏萃取法、超声提取法、微波提取法、加速溶剂萃取法等，这些前处理技术有的花费时间较长，效率较差，如水蒸气蒸馏法、同时蒸馏萃取法；有的需要使用较多的有机溶剂，如超声提取法、微波提取法、加速溶剂萃取法，容易造成环境污染。

在现有的烟叶前处理过程中难以保证烟叶原有的风格特征，容易造成部分挥发性成分的损失或分解变化，因此，发展烟叶挥发性成分的快速分析、绿色环保技术是很有必要的。

近年来，因微波辅助萃取技术(MAE)具有加热均匀、选择性好、萃取效率高、不破坏被测物质、消耗溶剂少及无污染等特点，在固体样品的预处理中得到广泛的应用。

顶空固相微萃取技术(HS-SPME)集样品采集、萃取、浓缩、进样和分析于一体，操作简便，准确度高，特别适合于水相基体中有机物的萃取分离。在顶空固相微萃取中，萃取过程可以分为两个步骤：(1)被分析组分从液相扩散到气相；(2)被分析组分由气相转移到萃取固定相中，步骤(2)的萃取速度总体上远大于步骤(1)，因此，挥发性组分比半挥发性组分的萃取速度快得多，对于挥发性组分而言，在相同的样品混匀条件下，顶空萃取的平衡时间远小于直接萃取的平衡时间。

目前，HS-SPME已被广泛应用于萃取各种样品中的极性或非极性、挥发或半挥发有机化合物。将MAE的高效和HS-SPME的富集作用联合起来，不仅可以提高分析的速度和灵敏度，而且还可以避免使用有机溶剂带来的污染。

将MAE-HS-SPME用于烟叶中挥发性成分的检测，目前国内外尚未见到文献报道。

发明内容

本发明提供了一种烟叶中挥发性成分的检测方法，利用微波辅助的顶空固相微萃取技术分析不同产地烟叶中的挥发性化学成分，快速、高效、灵敏度高，且分析检测结果全面。

一种烟叶中挥发性成分的检测方法，包括以下步骤：

(1)将烟叶与水混合，得到混合液。

利用水作为吸收微波能量的介质，优选地，将烟叶与水混合后，在室温下静置至少6小时，得到混合液。

烟叶在水中浸泡一定时间有利于烟叶中可溶物的溶出，同时，水中的溶解物能够帮助能量扩散，使混合液能够更好地吸收微波能量。为了增加烟叶中挥发性成分的扩散速度，将烟叶切成烟丝或者烟末后，与水混合。

顶空固相微萃取所需的样品量很少，优选地，混合液中，烟叶与水的用量比为1～1.5g：100mL。在该烟叶与水的用量比范围内，既可以保证烟叶中的挥发性物质在微波条件下快速扩散至气相中，也能够使挥发性物质的获取量满足气相色谱-质谱分析的需要。

(2)将固相微萃取装置悬于混合液上方，进行顶空固相微萃取，得到萃取液；

在顶空固相微萃取的过程中，对混合液进行微波处理，微波功率为500～700W。

微波功率的高低直接影响吸附的效果，功率过低，吸附达到平衡所需时间很长，且吸附的挥发性成分的含量以及种类都较少；功率过高，吸附和解吸的速度都会增加，虽然能够缩短吸附时间，但是由于平衡蒸汽压的增加，分子热运动加快，降低了吸附平衡系数，导致吸附量减小，优选地，微波功率为550～650W。最优选，微波功率为600W。

在进行顶空固相微萃取的过程中，不同的萃取时间，会导致烟叶中挥发性成分在气相色谱分析下的峰面积不同，而色谱的峰面积可以反映被分析物的含量，优选地，顶空固相微萃取的萃取时间为8～12min。

在该萃取时间下，能够引进更多的分析物，获得更全面的挥发性成分的分析结果，进一步优选，顶空固相微萃取的萃取时间为10min。

萃取头上的固相涂层的性质对于分析灵敏度影响很大，固相涂层的性质依据被分析物的性质确定，选择具有合适极性的萃取头能够获取更多种类的挥发性组分检测结果，优选地，固相微萃取装置采用DVB/CAR/PDMS萃取头(二乙烯苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷萃取头)。DVB/CAR/PDMS萃取头对C₃～C₂₀的的有机化合物都具有很好的吸附作用。

萃取头上固相涂层的厚度归于萃取/解吸过程中被分析物的选择性、萃取时间、样品容量、解吸时间，以及被分析物的贮存均有影响，本发明中采用50μm/30μm的DVB/CAR/PDMS萃取头。

(3)对萃取液进行气相色谱和质谱联用分析，得到烟叶中挥发性成分的检测结果。

进行气相色谱和质谱联用分析时，气相色谱的条件如下：

30m×0.25mm×0.25μm的RTX-5石英毛细管柱；进样口温度：250℃；解吸5min；载气：纯度为99.999％的氦气；载气流速：0.8mL/min；进样方式：不分流进样；气相色谱程序升温过程如下：

初始柱温箱温度为40±5℃，在该温度(即40±5℃)下恒温4～6min；

然后以5±2℃/min的速度升温至90±10℃，在该温度(即90±10℃)下恒温1～2min；

最后以3±1℃/min的速度升温至250±10℃，在该温度(即250±10℃)下恒温4～6min。

气相色谱程序升温过程对于获得的挥发性成分的检测结果有重要影响，色谱柱的温度依据设定的程序变化，使低沸点组分和高沸点组分都能够在色谱柱中有适宜的保留、色谱峰分布均匀且峰形对称。

进行气相色谱和质谱联用分析时，质谱条件如下：

离子源：电子轰击式离子源(EI源)；电子能量：70eV；离子阱温度：180±5℃；歧管温度：50±5℃；传输线温度：250±10℃。质量扫描范围为45～550m/z，扫描速度是3scan/s，溶剂延迟5min。

本发明利用化学工作站NIST和WILEY质谱库串联检索，采用保留指数和参考文献辅助质谱检索定性，确认烟叶中挥发性成分，用于测定保留指数的正构烷烃系列标准样品为C₈～C₄₀。利用化学工作站数据处理系统，按峰面积归一化法进行计算，求出烟叶中各挥发性成分的相对百分含量。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明首次采用微波辅助顶空固相微萃取技术结合气相色谱-质谱联用法对烟叶中挥发性成分进行提取与分析，样品前处理简单快速，避免了繁琐的预处理过程，无需有机溶剂，环保安全，且样品用量少。

(2)本发明具有高效和浓缩富集的优势，灵敏度高，特别适合于烟叶中一些痕量挥发性成分的萃取分离，有助于对烟叶中挥发性成分进行全面的分析。

附图说明

图1为进行本发明所述的微波辅助顶空固相微萃取的装置示意图；

图2为总峰面积与萃取时间的关系图；

图3为湖南的烟叶挥发性成分的总离子流图；

图4为贵州的烟叶挥发性成分的总离子流图；

图5为云南的烟叶挥发性成分的总离子流图；

图6为津巴布韦的烟叶挥发性成分的总离子流图；

图7为对比例得到的烟叶挥发性成分的总离子图；

图8为MAE-HS-SPME和HS-SPME两种方法得到不同类别化合物的百分含量。

具体实施方式

如图1所示，进行本发明所述的微波辅助顶空固相微萃取的装置包括：微波反应器6，位于微波反应器中的烧瓶4，与烧瓶4相连接的温度传感器3、冷凝装置1以及固相微萃取装置2，烟叶5置于烧瓶4中。

实施例1

称取0.5g烟丝样品(产地湖南)于锥形瓶中，加入20mL蒸馏水，塞上玻璃塞，放置过夜，将放置过夜的样品连同溶液转移至三口烧瓶中，用蒸馏水清洗锥形瓶，将清洗液一并转入三口烧瓶并用蒸馏水将溶液补至40mL。

将萃取纤维头装入萃取手柄中，组成手动SPME进样器，插入温度为250℃的气化室，老化30min钟后缩回纤维头，拔出进样器。

设定微波功率600W，萃取时间10min，采用50μm/30μm DVB/CAR/PDMS纤维涂层，将固相微萃取头插入自制的隔膜(隔膜起到密封作用，防止气相挥发物扩散至空气中)中在样品上方进行吸附。

萃取完成后，将固相微萃取针插入GC进样口，250℃下解析5min，进行GC-MS分析。

色谱条件：RTX-5石英毛细管柱(30m×0.25mm×0.25μm)，购自RestekCorporation，美国；进样口温度：250℃，解吸5min；程序升温：初始柱温箱温度为40℃，保持3min，以5℃/min升至90℃，保持1min，然后再以3℃/min升至250℃，保持5min；载气：氦气(纯度99.999％)；载气流速：0.8mL/min；进样方式：不分流进样。

质谱条件：离子源：电子轰击离子源(EI源)；电子能量：70eV；离子阱温度：180℃；歧管温度：50℃；传输线温度：250℃；质量扫描范围为45～550m/z，扫描速度是3scans/s，溶剂延迟5min。

利用化学工作站NIST和WILEY质谱库串联检索，采用保留指数和参考文献辅助质谱检索定性，确认烟叶中挥发性成分，用于测定保留指数的正构烷烃系列标准样品为C₈～C₄₀。

利用化学工作站数据处理系统，按峰面积归一化法进行计算，求出烟叶中各挥发性成分的相对百分含量。

实施例2～4

与实施例1的区别仅在于：萃取时间不同，实施例2～4的萃取时间依次为6min，8min以及12min，实施例1～4的色谱总峰面积如图2所示，萃取时间大于10min后，总峰面积有下降趋势，这是由于在较短的时间内，低挥发性组分已经被提取，萃取时间过长，电磁辐射使得组分稳定性降低，造成热稳定性差的组分分解。

实施例5～7

与实施例1的区别仅在于：烟叶样品的产地不同。

实施例1、5、6、7所得的总离子流图分别如图3、图4、图5、图6所示，由图中可以看出，不同产地的烟叶挥发性成分出峰位置大致类似，但是峰含量差异较大。

通过化学工作站NIST和WILEY质谱库串联检索，采用保留指数和参考文献辅助质谱检索定性，湖南、贵州、云南和津巴布韦分别定性出24、28、27和24种挥发性成分，具体结果分别见表1、表2、表3、表4。

表1

表2

表3

表4

由表1、表2、表3、表4可以看出，烟叶中挥发性成分主要包括酯类、酮类、醇类、酸类、杂环、烷烃类六大类化合物，其中以酯类和酮类为主。四个产地中含量高的挥发性成分主要有新植二烯、亚油酸甲酯、亚麻酸甲酯、棕榈酸甲酯、尼古丁、巨豆三烯酮B、巨豆三烯酮D等一些烟草重要致香成分。

综合以上，可以看出微波辅助顶空固相微萃取技术与气相色谱质谱联用技术相结合可以简单快速有效地分析烟叶中的挥发性香气成分。

对比例

采用传统顶空固相微萃取装置对烟叶样品进行提取，具体操作如下：

准确称取0.10g干燥烟叶样品(产地贵州)于顶空瓶中，将固相微萃取针插入顶空瓶中，顶空瓶放置于加热装置上，在90℃下吸附30min。萃取完成后，将固相微萃取针插入GC进样口，在不分流模式，250℃下解吸5min，进行GC-MS分析，固相微萃取针、GC-MS条件以及分析方法同实施例1。

对比图4和图7，同一产地的烟叶采用微波辅助顶空固相微萃取方法(MAE-HS-SPME)以及传统的固相微萃取方法(HS-SPME)，得到的挥发性成分存在显著差异，由从图4和图7中可以看出，微波辅助顶空固相微萃取方法得到的总离子流图无论从峰强度还是个数都明显优于传统的固相微萃取方法。

MAE-HS-SPME和HS-SPME两种方法共有组分有11种，分别为尼古丁、茄酮、紫罗兰酮、巨豆三烯酮A、巨豆三烯酮B、巨豆三烯酮C、巨豆三烯酮D、新植二烯金合欢基丙酮、棕榈酸甲酯、邻苯二甲酸二丁酯、亚麻酸甲酯。如图8所示，除了烃类和醇类化合物相差不大，酮类、酯类、杂环类这三类化合物差异特别明显。MAE-HS-SPME有利于低挥发性成分的提取。

此外，和HS-SPME技术相比，MAE-HS-SPME提取速度快，HS-SPME的过程需要30min，而MAE-HS-SPME只需要10min，且能得到更高的提取率。MAE-HS-SPME将微波提取、顶空萃取结合成一个步骤，烟叶中的挥发性成分通过微波能量激发被迅速提取出来，与此同时，挥发性成分被固相微萃取头迅速吸附和富集。

综上所述，采用MAE-HS-SPME技术定性分析烟叶中挥发性化合物成分，具有简便、快速、高效率的优点，有助于烟叶挥发性成分的全面分析。

Claims (8)

1.一种烟叶中挥发性成分的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将烟叶与水混合，得到混合液；

(2)将固相微萃取装置悬于混合液上方，进行顶空固相微萃取，得到萃取液；

在顶空固相微萃取的过程中，对混合液进行微波处理，微波功率为500～700W；

(3)对萃取液进行气相色谱和质谱联用分析，得到烟叶中挥发性成分的检测结果。

2.如权利要求1所述的烟叶中挥发性成分的检测方法，其特征在于，将烟叶与水混合后，在室温下静置至少6小时，得到混合液。

3.如权利要求1所述的烟叶中挥发性成分的检测方法，其特征在于，混合液中，烟叶与水的用量比为1～1.5g：100mL。

4.如权利要求1所述的烟叶中挥发性成分的检测方法，其特征在于，微波功率为550～650W。

5.如权利要求1所述的烟叶中挥发性成分的检测方法，其特征在于，顶空固相微萃取的萃取时间为8～12min。

6.如权利要求1所述的烟叶中挥发性成分的检测方法，其特征在于，进行气相色谱和质谱联用分析时，气相色谱程序升温过程如下：

初始柱温箱温度为40±5℃，在该温度下恒温4～6min；

然后以5±2℃/min的速度升温至90±10℃，在该温度下恒温1～2min；

最后以3±1℃/min的速度升温至250±10℃，在该温度下恒温4～6min。

7.如权利要求1所述的烟叶中挥发性成分的检测方法，其特征在于，进行气相色谱和质谱联用分析时，质谱条件如下：

离子源：电子轰击式离子源；电子能量：70eV；离子阱温度：180±5℃；歧管温度：50±5℃；传输线温度：250±10℃。

8.如权利要求1所述的烟叶中挥发性成分的检测方法，其特征在于，固相微萃取装置采用DVB/CAR/PDMS萃取头。