CN111537662B - 一种同时测定烟草及烟草制品中纤维素、半纤维素和木质素的检测方法 - Google Patents

一种同时测定烟草及烟草制品中纤维素、半纤维素和木质素的检测方法 Download PDF

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Abstract

一种同时测定烟草及烟草制品中纤维素、半纤维素和木质素的检测方法，包括：（1）将烟草及烟草制品粉碎后混匀，称取质量m烟末样品于漏斗中；（2）对烟末样品酸洗，得到第一滤渣；（3）向第一滤渣加入乙醇‑饱和NaCl溶液除杂，烘干后得到烘干样品；（4）向烘干样品中加入H2SO4溶液后水解；稀释H2SO4溶液后，精修水解得水解液；（5）取水解液过滤得上清液和第二滤渣，第二滤渣洗涤至中性，烘干称重得到质量为m1的第一残渣；将第一残渣灰化处理，得到质量为m2的第二残渣；将上清液用滤膜过滤后用离子色谱仪对滤液检测。本发明前处理简单、样品分析时间短、测定结果准确，适合于批量且同时测定烟草及烟草制品中纤维素、半纤维素和木质素含量的检测。

Description

一种同时测定烟草及烟草制品中纤维素、半纤维素和木质素 的检测方法
技术领域
本发明属于烟草和化学技术领域，具体涉及一种同时测定烟草及烟草制品中纤维素、半纤维素和木质素的检测方法。
背景技术
纤维素、半纤维素和木质素是烟草细胞壁的主要成分，其约占烤烟烟叶内干物质总量的20%、占烟梗干物质量40%以上。由于纤维素、半纤维素和木质素热裂解时会产生较多低级醛类，形成烟气木质气，增加卷烟燃吸刺激性，降低烟草燃吸品质，从而影响卷烟烟气的感官特性，另外还影响烟叶的物理特性和烟叶耐加工性能。此外，烟草薄片是重要的降焦减害卷烟填充料，其生产过程使用大量的烟梗或烟末提取物，提取物中纤维素半纤维素含量直接影响烟草薄片品质。因此，测定纤维素、半纤维素和木质素成为烟叶品质和烟草提取物的重要评价指标之一。
卷烟评吸认为烟气木质气重，往往没有科学判断指标，可以借助纤维素、半纤维素和木质素的分析测定，为卷烟评吸提供判定依据，也可为卷烟产品设计提供技术支撑。同时，纤维素、半纤维素和木质素是烟草中常量化学成分指标，准确测定这些成分的含量，也可以为近红外预测模型的建立提供基础数据，为烟叶品质的快速评价提供技术依据。
目前，烟草中纤维素、半纤维素的测定方法主要是重量法，该方法基于Van Soest方法的测定原理，采用酸、碱与样品依次共煮后用有机溶剂处理，再采用烘干称重的方式进行测定，此种方法操作繁琐，费力费时，因操作人员的技术差异带来的误差也较大。
纤维素、半纤维素和木质素等细胞壁物质不仅影响烟叶的加工性能和内在品质，同时，这些成分受热裂解时，还释放低级醛类、酚类、苯并芘等有害成分。李巧灵等的研究结果显示，烟草热失重质量损失与苯酚的释放量存在着较好的线性相关关系，苯酚的生成来自于烟草组分中的半纤维素、纤维素和木质素的热解，其中木质素的贡献最大，随着3种物质在热解过程质量损失的增加，苯酚的释放量也增加。
因此，无论是卷烟的感官质量还是从烟草制品的安全性评价等角度出发，准确测定烟草中的纤维素、半纤维素和木质素的含量都具有重要现实意义。申请号为CN201410520615.7的文件利用乙酸、硝酸混合液破坏纤维素外层包裹，再用硫酸和重铬酸钾在加热状态下将纤维素水解，过量的重铬酸钾用硫代硫酸钠滴定，并以碘化钾和淀粉溶液为指示剂，计算出重铬酸钾的量，进而换算成纤维素含量，该法采用试剂种类较多且检测方法复杂，并且无法同时检测半纤维素、木质素的含量，具有局限性。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种同时测定烟草及烟草制品中纤维素、半纤维素和木质素的检测方法，该方法前处理简单、样品分析时间短、测定结果准确，适合于批量且同时测定烟草及烟草制品中纤维素、半纤维素和木质素含量的检测。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种同时测定烟草及烟草制品中纤维素、半纤维素和木质素的检测方法，包括以下步骤：
（1）将烟草及烟草制品粉碎后混匀，称取质量m烟末样品于漏斗中；
（2）对所述烟末样品用5~50mL 5%醋酸水溶液酸洗，超声处理后去除滤液，滤渣洗涤至中性，得到第一滤渣；
（3）向承载所述第一滤渣的所述漏斗中加入10～40mL 80%乙醇-饱和NaCl溶液，超声处理后去除滤液，滤渣洗涤至中性，烘干后得到烘干样品；
（4）向承载所述烘干样品的所述漏斗中加入2～10mL 72%的H2SO4溶液，在20～50℃下超声水解0.5～2h；继续向所述漏斗中加入10~40mL蒸馏水用于稀释H2SO4溶液，在90~110℃下水解0.5~2h，得水解液；
（5）取水解液过滤得上清液和第二滤渣，将所述第二滤渣洗涤至中性，然后烘干称重，得到质量为m1的第一残渣；继续将所述第一残渣灰化处理，得到质量为m2的第二残渣；将所述上清液用滤膜过滤后采用离子色谱仪对所述滤液进行木糖、葡萄糖、阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖的含量检测。
作为本发明的进一步优选，离子色谱条件分析条件包括：色谱柱：DionexCarbopacPA20（3mm×150 mm）；保护柱：DionexCarbopac PA20（3mm×30 mm）；流动相：流动相A：水、流动相B： 250mmol/LNaOH；流动相A：流动相B=99：1或流动相A：流动相B=20：80；进样量：25μL。
作为本发明的进一步优选，离子色谱条件分析条件还包括：
数据采集频率：1.00Hz；金工作电极，pH/Ag/AgCl参比电极，脉冲安培检测方式，四电位波形如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
作为本发明的进一步优选，纤维素、半纤维素含量计算为：
纤维素：
Figure 27303DEST_PATH_IMAGE002
半纤维素：
Figure 953671DEST_PATH_IMAGE003
（C葡萄糖、C阿拉伯糖、C木糖、C半乳糖、C甘露糖为离子色谱检测出的含量，0.9、0.88为转化系数，V为硫酸酸解时溶液体积）。
作为本发明的进一步优选，木质素含量计算为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
作为本发明的进一步优选，所述漏斗为具塞G3砂芯漏斗。
作为本发明的进一步优选，步骤（5）采用的滤膜为水相，规格包括0.22µm和0.45µm中的一种。
作为本发明的进一步优选，所述步骤（2）中超声萃取的条件为：温度28~32℃、时间25~35min；进一步优选为：温度30℃、时间30min。
作为本发明的进一步优选，所述步骤（3）中超声萃取的条件为：温度78~82℃、时间25~35min；进一步优选为：温度80℃、时间30min。
作为本发明的进一步优选，所述步骤（4）中稀释后的H2SO4溶液浓度为15.4%（w/w）。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明采用的检测方法简便易操作，过程中所用溶剂少，且测定结果准确；与现有的检测方法相比，方便的加标回收率高、重复性好。
本发明采用的检测方法检测用时短，且可以同时测定纤维素、半纤维素、木质素的含量，适用于烟草及烟草制品中纤维素、半纤维素、木质素的快速、批量测定。
附图说明
附图1为本发明离子色谱测定单糖标准溶液色谱图。
附图2为本发明离子色谱测定烟草样品中纤维素和半纤维素水解成单糖后的色谱图。
具体实施方式
一、材料准备
1.仪器：离子色谱仪（ThermoDionex ICS-5000）、KQ-500DE超声波发生器（昆山市超声仪器有限公司）、电子天平（METTLER TOLEDO公司，感量0.1 mg）、DHG-9240A烘箱（上海一恒科学仪器有限公司）、马弗炉（上海索谱仪器有限公司）、Sigma 3-18K离心机（德国Sigma公司）、SHZ-D（III）循环水式真空泵（巩义市英峪予华仪器厂）、KQB-30型玻璃仪器气流烘干器（上海予申仪器有限公司）、G3砂芯漏斗、0.45µm水相滤膜、pH试纸、实验室常用玻璃仪器等。
2.试剂：无水葡萄糖（国药集团化学试剂有限公司，AR）、木糖（国药集团化学试剂有限公司，BR）、阿拉伯糖（国药集团化学试剂有限公司，AR）、半乳糖（BR，南京化学试剂股份有限公司）、甘露糖（AR，上海阿拉丁生化科技股份有限公司）、冰乙酸（国药集团化学试剂有限公司，AR）、98%硫酸（南京化学试剂有限公司，AR）。
3.试剂及溶液配制
5%冰乙酸溶液：量取48mL冰乙酸，用蒸馏水稀释定容至1000mL。
72%H2SO4溶液：665mL98% H2SO4加入300mL蒸馏水中。冷却至室温后，转移至1000mL容量瓶中，补加蒸馏水定容至1000mL。
葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖混合标准储备液：准确称取0.1g（精确至0.0001g）葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖样品至100mL容量瓶中，用蒸馏水溶解并定容至100mL。
葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖混合标准溶液：从葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖混合标准储备液中依次移取0.1mL、0.2mL、0.5mL、1mL和2mL分别放入100mL容量瓶中，用蒸馏水稀释定容至100mL，得到浓度分别为1，2，5，10，20mg/L的1～5级混合标准溶液。
4.离子色谱条件
色谱柱：DionexCarbopac PA20（3mm×150 mm）；保护柱：DionexCarbopac PA20（3mm×30 mm）；柱温：30℃；进样量：25μL；流动相：水和250mmol/L NaOH，具体梯度见表1。数据采集频率：1.00Hz；金工作电极，pH/Ag/AgCl参比电极，脉冲安培检测方式，四电位波形见表2。
表1.流动相及梯度洗脱条件
Figure 830360DEST_PATH_IMAGE005
表2.四位波形Ag/AgCl参比电极
Figure 918402DEST_PATH_IMAGE001
5.计算公式
纤维素：
Figure 719523DEST_PATH_IMAGE002
半纤维素：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
（C葡萄糖、C阿拉伯糖、C木糖、C半乳糖、C甘露糖为离子色谱检测出的含量，0.9、0.88为转化系数，V为硫酸酸解时溶液体积）。
木质素：
Figure 715161DEST_PATH_IMAGE004
（m为烟末样品称样量；m1为样品水解完成后第一残渣的质量；m2为第二残渣的质量）。
二、方法回收率测定
制备实施例1~4，方法如下：
（1）依次称取0.5、0.7、0.8和1.0g 40目烟末样品，分别置于四个G3砂芯漏斗中。按照称样顺序，依次称取纤维素33、90、131和100mg，半纤维素9、20、50和50mg，木质素17、48、72和72mg，分别加入所称烟末样品中。
（2）样品除杂：在G3砂芯漏斗中各加入30mL5%醋酸溶液，超声萃取30min后去除滤液，滤渣用蒸馏水洗涤至pH值呈中性；向含有滤渣的漏斗中各加入25mL80%乙醇-饱和NaCl溶液，85℃的条件下超声30min，去除滤液，滤渣用蒸馏水洗涤至pH值呈中性。
（3）纤维素和半纤维素的测定：将漏斗连同滤渣置于烘箱中120℃烘干后，按照称样量的顺序分别向漏斗中加入5、7、8和10mL72%的H2SO4溶液，30℃超声水解1h；继续向漏斗中加入29.6、41.44、47.36和59.2mL蒸馏水，将硫酸溶液稀释至15.4%(w/w)，混合均匀后置于100℃水浴锅中水解1.5h，待溶液冷却至室温后，取上清液过滤膜后采用离子色谱仪检测其中葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖的含量。
（4）木质素的测定：剩余溶液过滤后，滤渣用蒸馏水洗至中性，将残渣于105℃烘箱中烘干2h后，称重，质量记作m1，然后置于马弗炉中灰化处理3h，完全冷却再次称重，质量记作m2。
（5）结果：按照公式分别计算纤维素、半纤维素和木质素含量并计算方法的回收率，结果如表3～表5所示：
表3.烟末样品中纤维素含量检测方法的回收率
Figure 649619DEST_PATH_IMAGE008
表4.烟末样品中半纤维素含量检测方法的回收率
Figure 174141DEST_PATH_IMAGE009
表5.烟末样品中木质素含量检测方法的回收率
Figure DEST_PATH_IMAGE010
从表3~5结果可知，本发明所建立的对烟草及烟草制品中纤维素、半纤维素和木质素的检测方法，回收率均在97%以上，说明本方法的准确性较高。
三、方法重复性测定
制备实施例5~10，具体步骤如下：
（1）依次称取六份0.5g 40目烟末样品，分别置于六个G3砂芯漏斗中。
（2）样品除杂：在G3砂芯漏斗中各加入30mL5%醋酸溶液，超声萃取30min后去除滤液，滤渣用蒸馏水洗涤至pH值呈中性；向含有滤渣的漏斗中各加入25mL80%乙醇-饱和NaCl溶液，85℃的条件下超声30min，去除滤液，滤渣用蒸馏水洗涤至pH值呈中性。
（3）纤维素和半纤维素的测定：将漏斗连同滤渣置于烘箱中120℃烘干后，向漏斗中加入5mL72%的H2SO4溶液，30℃超声水解1h；继续向漏斗中加入29.6mL蒸馏水，将硫酸溶液稀释至15.4%(w/w)，混合均匀后置于100℃水浴锅中水解1.5h，待溶液冷却至室温后，取上清液过滤膜后采用离子色谱仪检测其中葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖的含量。
（4）木质素的测定：剩余溶液过滤后，滤渣用蒸馏水洗至中性，将残渣于105℃烘箱中烘干2h后，称重，质量记作m1，然后置于马弗炉中灰化处理3h，完全冷却再次称重，质量记作m2。
（5）结果：按照公式分别计算纤维素、半纤维素和木质素含量并计算方法的重复性，结果如表6所示：
表6.烟末样品中纤维素、半纤维素和木质素含量检测方法的重复性
Figure 459629DEST_PATH_IMAGE011
四、不同烟叶部位含量测定
制备实施例11~13，具体步骤如下：
（1）样品除杂：分别称取40目上部、中部和下部烟末样品各0.5g，置于G3砂芯漏斗中，加入30mL5%醋酸溶液，超声萃取30min后去除滤液，滤渣用蒸馏水洗涤至pH值呈中性；向含有滤渣的漏斗中加入25mL80%乙醇-饱和NaCl溶液，85℃的条件下超声30min，去除滤液，滤渣用蒸馏水洗涤至pH值呈中性。
（2）纤维素和半纤维素的测定：将漏斗连同滤渣置于烘箱中120℃烘干后，向漏斗中加入5mL72%的H2SO4溶液，30℃超声水解1h；继续向漏斗中加入29.6mL蒸馏水，将硫酸溶液稀释至15.4%(w/w)，混合均匀后置于100℃水浴锅中水解1.5h，待溶液冷却至室温后，取上清液过滤膜后采用离子色谱仪检测其中葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖的含量。
（3）木质素的测定：剩余溶液过滤后，滤渣用蒸馏水洗至中性，将残渣于105℃烘箱中烘干2h后，称重，质量记作m1，然后置于马弗炉中灰化处理3h，完全冷却再次称重，质量记作m2。
（4）结果：按照公式分别计算纤维素、半纤维素和木质素含量，结果如表7所示：
表7. 不同部位烟叶中纤维素、半纤维素和木质素百分含量
Figure DEST_PATH_IMAGE012
注：样品对应烟叶部位情况为A-B2F、B-C3F、C-X2F。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种同时测定烟草及烟草制品中纤维素、半纤维素和木质素的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将烟草及烟草制品粉碎后混匀，称取质量m烟末样品于漏斗中；
（2）对所述烟末样品用5~50mL 5%醋酸水溶液酸洗，在温度28~32℃下超声萃取25~35min后去除滤液，滤渣洗涤至中性，得到第一滤渣；
（3）向承载所述第一滤渣的所述漏斗中加入10～40mL 80%乙醇-饱和NaCl溶液，在温度78~82℃下超声萃取25~35min后去除滤液，滤渣洗涤至中性，烘干后得到烘干样品；
（4）向承载所述烘干样品的所述漏斗中加入2～10mL 72%的H2SO4溶液，在20～50℃下超声水解0.5～2h；继续向所述漏斗中加入10~40mL蒸馏水用于稀释H2SO4溶液，在90~110℃下水解0.5~2h，得水解液；
（5）取水解液过滤得上清液和第二滤渣，将所述第二滤渣洗涤至中性，然后烘干称重，得到质量为m1的第一残渣；继续将所述第一残渣灰化处理，得到质量为m2的第二残渣；将所述上清液用滤膜过滤后采用离子色谱仪对滤液进行木糖、葡萄糖、阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖的含量检测；
（6）根据公式分别计算得到纤维素、半纤维素以及木质素的含量。
2.根据权利要求1所述的一种同时测定烟草及烟草制品中纤维素、半纤维素和木质素的检测方法，其特征在于，所述离子色谱分析条件包括：
色谱柱：DionexCarbopac PA20 3mm×150 mm；
保护柱：DionexCarbopac PA20 3mm×30 mm；
梯度流动相：流动相A：水、流动相B： 250mmol/LNaOH；
流动相A：流动相B=99：1或流动相A：流动相B=20：80；
进样量：25μL。
3.根据权利要求2所述的一种同时测定烟草及烟草制品中纤维素、半纤维素和木质素的检测方法，其特征在于，所述离子色谱分析条件还包括：
数据采集频率：1.00Hz；
金工作电极，pH/Ag/AgCl参比电极，脉冲安培检测方式，四电位波形如下：
Figure 787228DEST_PATH_IMAGE001
。
4.根据权利要求1所述的一种同时测定烟草及烟草制品中纤维素、半纤维素和木质素的检测方法，其特征在于，所述纤维素、半纤维素含量计算公式包括：
纤维素：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
半纤维素：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，C葡萄糖、C阿拉伯糖、C木糖、C半乳糖、C甘露糖为离子色谱检测出的含量，0.9、0.88为转化系数，V为硫酸酸解时溶液体积。
5.根据权利要求1所述的一种同时测定烟草及烟草制品中纤维素、半纤维素和木质素的检测方法，其特征在于，所述木质素含量计算公式包括：
Figure 831932DEST_PATH_IMAGE005
。
6.根据权利要求1所述的一种同时测定烟草及烟草制品中纤维素、半纤维素和木质素的检测方法，其特征在于，所述漏斗为具塞G3砂芯漏斗。
7.根据权利要求1所述的一种同时测定烟草及烟草制品中纤维素、半纤维素和木质素的检测方法，其特征在于，所述步骤（5）采用的滤膜为水相，规格包括0.22µm和0.45µm中的一种。
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