CN107389815A - 一种检测烟草料液中乳酸和丁酸的方法及料液脱水装置 - Google Patents
一种检测烟草料液中乳酸和丁酸的方法及料液脱水装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种检测烟草料液中乳酸和丁酸的方法及料液脱水装置。用筛板将固相萃取柱的柱腔体分隔成三格填料腔，分别填充聚丙烯酸高吸水树脂，无水硫酸钠和变色硅胶。烟草料液样品先用固相萃取柱脱水，脱水后的样品用硫酸甲醇甲酯化，生成的乳酸甲酯和丁酸甲酯用二氯甲烷萃取，然后用气相色谱‑质谱测定乳酸和丁酸含量。本发明的固相萃取柱结构简单，填料装填方便，可反复使用，节省费用，降低成本。检测方法操作简单，测定结果准确，通过乳酸和丁酸的含量变化可以判断烟草料液变质情况，为烟草料液的变质风险预警提供了可靠的新方法。
Description
技术领域
本发明属于分析化学技术领域，具体是涉及一种准确测定烟草料液中乳酸和丁酸含量的方法。同时，本发明还涉及一种能够对烟草料液进行快速有效脱水的装置。
背景技术
烟草料液是卷烟企业生产过程中一种重要的辅料，是构成卷烟品牌风格的重要因素，能起到改善卷烟产品烟气质量、改进卷烟产品品质的作用。烟草料液品质的一致性与卷烟产品的品质和稳定性休戚相关。影响烟草料液品质的原因很多，微生物污染是其中重要且主要的影响因素，这主要是由于料液具有高水分、高糖的基质特点，是微生物发酵的“天然温床”。微生物污染普遍存在于食品的生产加工及储运过程中，已经成为食源性疾病发生的主要原因，是食品的首要安全风险，引起了世界各国的关注。
微生物代谢组学是近年来新兴的研究方法，旨在以定性和定量限定条件下的特定生物样品中的所有代谢组分为目标，集中阐释代谢反映的全部信息，可以为发现标志物，探究代谢机理提供新的方法和思路。烟草料液微生物代谢过程中，会有各种有机酸产生，其中乳酸、丁酸是其中重要的产物，尤其是丁酸，由于其具有特征性臭味，可以作为烟草料液品质改变的指标性物质。因此对烟草料液中的乳酸、丁酸做有效检测，可以及时掌握烟草料液的变质情况，对监控烟草料液的品质具有重要的现实意义。
目前，乳酸和丁酸的检测主要集中在高效液相色谱法、离子色谱法、毛细管电泳和气相色谱法等，其中气相色谱法最为常用。由于有机酸挥发性弱，需将酸类物质进行酯化衍生处理后，以降低其极性和沸点，以改善分离效果和灵敏度。但是大部分烟草料液的含水率较高会影响甲酯化的效果，从而导致甲酯化反应不完全，影响检测结果。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种准确测定烟草料液中乳酸和丁酸含量的方法，为烟草料液品质控制提供技术支持。
本发明的目的还在于提供一种与上述方法配合使用的、能够对烟草料液进行快速有效脱水的装置，以促进后续检测时烟草料液样品中的乳酸和丁酸能够进行充分的甲酯化反应。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现。
除非另有说明，本发明所采用的百分数均为重量百分数。
一种准确测定烟草料液中乳酸和丁酸含量的方法，包括以下步骤：
(1)取烟草料液样品2～5g，用0.8～2倍的甲醇稀释，稀释液以10～30mL/min的流速通过固相萃取柱脱除水分；过柱完成后用样品体积1～3倍量的甲醇洗脱固相萃取柱；合并过柱后的烟草料液样品和甲醇洗脱液，加入占合并液体积5～8％的浓硫酸，于70℃水浴下密封甲酯化反应25～50min；
(2)取1.0mL甲酯化反应后的溶液置于液‐液萃取装置中，加入1.0mL二氯甲烷，充分振荡后再加入1.0mL水振荡2～4min，静置20～40min；然后向下推动液‐液萃取装置的活塞杆，使萃取物在毛细管口处分层，弃上层液，下层萃取液用0.45μm有机滤膜过滤后进行气相色谱‐质谱检测；
(3)气相色谱‐质谱检测条件：色谱柱为Agilent DB‐624毛细管色谱柱，规格60m×0.32mm×1.8μm；柱流速：1.0mL/min；进样口温度：230℃；载气：氮气，纯度≥99.999％；程序升温：初始温度80℃保持2min，以5℃/min到200℃，以15℃/min到230℃，保持10min；进样量：1.0μL，进样模式：分流进样，分流比：10:1；质谱条件为：电离方式：EI；电子能量：70eV；离子源温度：230℃；扫描方式:选择离子扫描，乳酸甲酯：定量离子45，定性离子61；丁酸甲酯：定量离子74，定性离子87；
(4)采用峰面积法进行定量，通过样品中乳酸甲酯和丁酸甲酯的峰面积与标准工作曲线对比，即可确定烟草料液样品中的乳酸和丁酸含量。
根据样品中乳酸和丁酸的含量与标准品中乳酸和丁酸含量的差值，就可以判断烟草料液样品是否存在变质风险。
一种有效脱除烟草料液水分的固相萃取柱，包括柱腔体(1)和柱帽(2)，其特征在于：在所述的柱腔体(1)内设置四块筛板(3)，将柱腔体(1)分隔成三格填料腔，分别填充不同的填料，由上到下依次为：聚丙烯酸高吸水树脂(6)，无水硫酸钠(5)和变色硅胶(4)。
所述的柱腔体(1)和位于其两端的柱帽(2)通过螺纹连接并压紧柱腔体中的填料。
所述的聚丙烯酸高吸水树脂(6)、无水硫酸钠(5)、变色硅胶(4)填料在柱腔体(1)中所占的体积分别为2/5、2/5和1/5。
所述的柱腔体(1)的内径优选为2～3cm，长度为4～6cm。
所述的固相萃取柱优选由聚全氟乙丙烯共聚物FEP材料制成。
该固相萃取柱的工作原理是：上层的聚丙烯酸高吸水树脂为有机强脱水剂，先脱去样品中的大量水分；中间层的无水硫酸钠可和样品中的残留水分反应，生成含结晶水的硫酸钠，进一步脱除残留的水分；下层的变色硅胶颗粒，通过颜色变化可显示样品中的水分是否脱除完全。经固相萃取柱处理后的烟草料液样品中的水分除去率可达99.5％，避免了后续有机酸气相色谱质谱分析时甲酯化过程中水分的干扰。脱水后的样品后续甲酯化反应非常完全，乳酸和丁酸的检测结果更加准确、可靠。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：
1、本发明采用气相色谱‐质谱方法检测烟草料液中乳酸和丁酸的含量，和现有方法相比，除和标样进行保留时间对比外，还可通过谱库检索进一步确认目标化合物，能获得更准确的定性结果。而且通过质谱选择离子采集，使方法的选择性大大提高，可有效的避免杂质峰的干扰，获得更准确的定量分析结果。
2、本发明的固相萃取柱采用三种不同的填料，通过特定的顺序装填，一次过柱就可高效脱除烟草料液样品中的水分，脱水率可达99.5％，避免了有机酸气相色谱分析甲酯化过程中水分的干扰。充分脱水后的烟草料液样品后续甲酯化反应非常完全，乳酸和丁酸的检测结果更加准确、可靠。
3、本发明的固相萃取柱结构简单，填料装填方便，柱腔体和柱帽通过螺纹连接，用过后可拆开重新装填使用，节省费用，降低成本；固相萃取柱优选由聚全氟乙丙烯共聚物(FEP)材料制成，具有很好的耐热性、耐药品和耐溶剂性，还具有出色的阻渗性，可有效防止固相萃取柱在使用过程中有杂质溶出或老化，提高了产品安全性和检测的稳定性。
附图说明
图1为本发明固相萃取柱的结构示意图；
其中，1‐柱腔体；2‐柱帽；3‐筛板；4‐变色硅胶；5‐无水硫酸钠；6‐聚丙烯酸高吸水树脂。
图2为丁酸、乳酸标准溶液总离子流图；
图3为丁酸、乳酸标准溶液选择离子色谱图(a‐丁酸，b‐乳酸)。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但附图和实施例并不是对本发明技术方案的限定，所有基于本发明教导所作出的变化或等同替换均匀属于本发明的保护范围。
装置实施例1
一种有效脱除烟草料液水分的固相萃取柱，包括柱腔体和柱帽，在柱腔体内设置四块筛板，相邻的两块筛板之间形成独立的空间将柱腔体分隔成三格相对独立的填料腔，每一个填料腔中分别填充不同的填料，由上到下依次为：聚丙烯酸高吸水树脂，无水硫酸钠和变色硅胶。聚丙烯酸高吸水树脂、无水硫酸钠、变色硅胶填料在柱腔体中所占的体积近似为2/5、2/5和1/5。柱腔体的两端口带螺纹，柱帽为带对应螺纹的旋盖，二者通过螺纹连接并压紧柱腔体中的填料。第一层的聚丙烯酸高吸水树脂，为有机强脱水剂，能脱去样品中的大量水分，第二层的无水硫酸钠为常用的脱水剂，可和残留水分反应生成含结晶水的硫酸钠，进一步脱除残留的水分；第三层的变色硅胶颗粒，通过颜色变化可指示样品中的水分是否脱除完全(如果变色硅胶由深蓝色变为粉红色，则样品中水分的含量超过了固相萃取柱的负荷，需减少过柱样品量；如果变色硅胶不变色，则脱水完全)。该固相萃取柱的柱腔体的内径为2.5cm，长度为4.5cm，由FEP(聚全氟乙丙烯共聚物)材料制成。
方法实施例1
所测定烟草料液为卷烟糖料，取料液2.5g，用4.0mL的甲醇稀释，稀释液以12mL/min的流速通过实施例1所述的固相萃取柱，过完柱后再用6.0mL的甲醇洗脱固相萃取柱；合并过柱后的烟草料液样品和甲醇洗脱液于玻璃瓶中。在合并液中加入0.8mL的浓硫酸，于70℃水浴下密封酯化反应30min。取1.0mL甲酯化后的溶液置于液‐液萃取装置中，加入1.0mL二氯甲烷，充分振荡后，再加入1.0mL水振荡2～4min，静置20～40min。然后把液‐液萃取装置的活塞杆向下推，在毛细管口处分层，然后吸出(或倒出)上层液，下层(二氯甲烷层)用0.45μm有机滤膜过滤，萃取液用气相色谱‐质谱法测定。
气相色谱‐质谱检测条件：色谱柱为Agilent DB‐624毛细管色谱柱，规格60m×0.32mm×1.8μm；柱流速：1.0mL/min；进样口温度：230℃；载气：氮气，纯度≥99.999％；程序升温：初始温度80℃保持2min，以5℃/min到200℃，以15℃/min到230℃，保持10min；进样量：1.0μL，进样模式：分流进样，分流比：10:1；质谱条件为：电离方式：EI；电子能量：70eV；离子源温度：230℃；扫描方式:选择离子扫描，乳酸甲酯：定量离子45，定性离子61；丁酸甲酯：定量离子74，定性离子87；
通过实际样品中乳酸和丁酸峰面积和标准工作曲线对比，计算乳酸和丁酸含量。
测定结果表明：该样品中乳酸的含量为182.5μg/g，丁酸的含量为6.87μg/g；而相同工艺新制备的糖料对照样中的乳酸的含量为24.6μg/g，丁酸的含量为2.87μg/g；样品中的乳酸和丁酸含量发生了明显变化，样品已发生腐败变质。
方法实施例2
所测定样品为卷烟里料，取料液4.0g，用6.0mL的甲醇稀释，稀释液以15mL/min的流速通过实施例1所述的固相萃取柱，过完柱后再用12mL的甲醇洗脱固相萃取柱；合并过柱后的烟草料液样品和甲醇洗脱液于玻璃瓶中。在合并液中加入1.6mL的浓硫酸，于70℃水浴下密封酯化反应35min。取1.0mL甲酯化后的溶液至液‐液萃取装置中，加入1.0mL二氯甲烷，充分振荡后，再加入1.0mL水振荡2～4min，静置20～40min。然后把液‐液萃取装置的活塞杆向下推，在毛细管口处分层，然后吸出(或倒出)上层液，下层(二氯甲烷层)用0.45μm有机滤膜过滤，萃取液用气相色谱‐质谱法测定。
通过实际样品中乳酸和丁酸峰面积和标准工作曲线对比，计算乳酸和丁酸含量。
测定结果表明：该样品中乳酸的含量为25.6μg/g，丁酸的含量为3.18μg/g；而相同工艺新制备的里料对照样中的乳酸的含量为22.7μg/g，丁酸的含量为3.26μg/g；样品中的乳酸和丁酸含量未发生明显变化，样品未发生变质。
方法实施例3
所测定样品为刺梨提取物，取料液4.0g，用6.0mL的甲醇稀释，稀释液以15mL/min的流速通过实施例1所述的固相萃取柱，过完柱后再用4mL的甲醇洗脱固相萃取柱；合并过柱后的烟草料液样品和甲醇洗脱液于玻璃瓶中。在合并液中加入1.6mL的浓硫酸，于70℃水浴下密封酯化反应35min。取1.0mL甲酯化后的溶液至液‐液萃取装置中，加入1.0mL二氯甲烷，充分振荡后，再加入1.0mL水振荡2～4min，静置20～40min。然后把液‐液萃取装置的活塞杆向下推，在毛细管口处分层，然后吸出(或倒出)上层液，下层(二氯甲烷层)用0.45μm有机滤膜过滤，萃取液用气相色谱‐质谱法测定。
通过实际样品中乳酸和丁酸峰面积和标准工作曲线对比，计算乳酸和丁酸含量。
测定结果表明：该样品中乳酸的含量为47.2μg/g，丁酸的含量为6.87μg/g；而相同工艺新制备的刺梨提取物对照样中的乳酸的含量为31.8μg/g，丁酸的含量为4.15μg/g；样品中的乳酸和丁酸含量已经发生明显变化，样品已经变质。
本发明利用优化的色谱条件，分别对所配制的系列浓度的混合标准溶液(浓度范围0.1～50mg/L)按上述方法进行甲酯化和萃取，经气相色谱测定，丁酸，乳酸标准溶液总离子流图见图‐2，选择离子色谱图见图‐3。以目标物质的色谱峰面积y对其质量浓度x(mg/L)进行线性回归，结果见表‐1。从表1中可以看出，目标检测物质在0.1～50mg/L范围内线性关系良好，相关系数基本大于0.99，丁酸检出限为0.01mg/L，乳酸检出限为0.04mg/L。
表1 乳酸、丁酸线性回归方程、相关系数和检测限
*y‐峰面积；x目标物质浓度mg/L
在所要考察的样品中添加1、5和10mg/L的标准溶液，每个添加水平平行测定5次，进行加标回收率和精密度的测定，所得到的平均加标回收率结果和相对标准偏差(RSD)结果详见表2。
表2 丁酸、乳酸的加标回收率和精密度(n＝5)
选取20个香精香料样品(其中1#到10#样品为5种烟用香料储放前后对比取样样品；11#到20#样品为同一样品不同储放天内跟踪取样样品)作为考察样品，采用本发明的方法进行测定，如果检测浓度超过线性范围，利用二氯甲烷稀释到合适浓度进样，结果汇总见表3。
表3.20个烟用香料样品储放天数与丁酸、乳酸含量变化汇总表
Tab.3 The summary of the amounts of n‐butanoic acid and lactic acidin 20 real samples
注:√未变质，×已变质
从表3中可以发现丁酸，乳酸作为烟用香料中微生物的代谢产物，是与香料的变质情况休戚相关的，当丁酸或者乳酸含量发生急剧变化的时候正是烟用香料变质发生的“关键点”，因此对于烟用香料中的丁酸、乳酸进行监测，可以实时监控烟用香料的变化情况，也可以用于判别烟用香料的变质情况，可以准确的把握变质的时间点，杜绝了单靠人工嗅闻或者微生物判定的延时性，不仅可以将烟用香料变质判定大大提前，还可以有效预防烟用香料变质加剧，尽早进行事前预警防控，减少由于烟用香料变质而造成的经济损失。
Claims (6)
1.一种准确测定烟草料液中乳酸和丁酸含量的方法，包括以下步骤：
(1)取烟草料液样品2～5g，用0.8～2倍的甲醇稀释，稀释液以10～30mL/min的流速通过固相萃取柱脱除水分；过柱完成后用样品体积1～3倍量的甲醇洗脱固相萃取柱；合并过柱后的烟草料液样品和甲醇洗脱液，加入占合并液体积5～8％的浓硫酸，于70℃水浴下密封甲酯化反应25～50min；
(2)取1.0mL甲酯化反应后的溶液置于液‐液萃取装置中，加入1.0mL二氯甲烷，充分振荡后再加入1.0mL水振荡2～4min，静置20～40min；然后向下推动液‐液萃取装置的活塞杆，使萃取物在毛细管口处分层，弃上层液，下层萃取液用0.45μm有机滤膜过滤后进行气相色谱‐质谱检测；
(3)气相色谱‐质谱检测条件：色谱柱为Agilent DB‐624毛细管色谱柱，规格60m×0.32mm×1.8μm；柱流速：1.0mL/min；进样口温度：230℃；载气：氮气，纯度≥99.999％；程序升温：初始温度80℃保持2min，以5℃/min到200℃，以15℃/min到230℃，保持10min；进样量：1.0μL，进样模式：分流进样，分流比：10:1；质谱条件为：电离方式：EI；电子能量：70eV；离子源温度：230℃；扫描方式:选择离子扫描，乳酸甲酯：定量离子45，定性离子61；丁酸甲酯：定量离子74，定性离子87；
(4)采用峰面积法进行定量，通过样品中乳酸甲酯和丁酸甲酯的峰面积与标准工作曲线对比，即可确定烟草料液样品中的乳酸和丁酸含量。
2.一种有效脱除烟草料液水分的固相萃取柱，包括柱腔体(1)和柱帽(2)，其特征在于：在所述的柱腔体(1)内设置四块筛板(3)，将柱腔体(1)分隔成三格填料腔，分别填充不同的填料，由上到下依次为：聚丙烯酸高吸水树脂(6)，无水硫酸钠(5)和变色硅胶(4)。
3.根据权利要求2所述的有效脱除烟草料液水分的固相萃取柱，其特征在于：所述的柱腔体(1)和位于其两端的柱帽(2)通过螺纹连接并压紧柱腔体中的填料。
4.根据权利要求2所述的有效脱除烟草料液水分的固相萃取柱，其特征在于：所述的聚丙烯酸高吸水树脂(6)、无水硫酸钠(5)、变色硅胶(4)填料在柱腔体(1)中所占的体积分别为2/5、2/5和1/5。
5.根据权利要求2所述的有效脱除烟草料液水分的固相萃取柱，其特征在于：所述的柱腔体(1)的内径优选为2～3cm，长度为4～6cm。
6.根据权利要求2所述的有效脱除烟草料液水分的固相萃取柱，其特征在于：所述的固相萃取柱优选由聚全氟乙丙烯共聚物FEP材料制成。
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