气流吹扫微注射器萃取-气相色谱/质谱快速分析烟叶中致香成分

2016-10-16崔龙吉金玉善李东浩邹依霖

分析科学学报 2016年1期

崔龙吉，金玉善，王娟，李东浩，邹依霖*

(1.长白山生物资源与功能分子教育部重点实验室(延边大学)，吉林延吉 133002;2.吉林烟草工业有限责任公司，吉林延吉 133000)

近年来对烟叶中致香成分带来的烟叶内在质量问题引起广泛关注[1 - 3]，目前为止烟草香气质量及香型的评价，大都采用感官检验的方法，但是评吸人员的评吸结果受主观因素影响很大，得到的数据往往是模糊的，没有统一的标准。而烟叶质量往往取决于烟叶中化学物质的相对含量，感官评价让人难以信服，因此，烟草企业急需一种标准的快速检测烟叶质量的分析方法。所以研究烟草中致香成分，对于卷烟调香和新产品开发具有非常重要的意义[4]。

目前的致香成分的研究多采用索氏提取[5]、超声萃取[6]、水蒸汽蒸馏法[7]，同时蒸馏萃取[8]和微波辅助萃取[9]等。然而这些方法存在溶剂耗量大，萃取时间长，操作复杂等缺点。为实现不同挥发性和半挥发性物质的快速分离富集,本实验室将传统微萃取技术的封闭体系设计为半开放体系，开发了气流吹扫微注射器萃取(GP-MSE)技术[10]。

为研究烟叶的风格特征特性，本文利用GP-MSE技术，结合气相色谱/质谱(GC/MS),建立稳定、有效检测烟草致香成分的分析方法，对不同产地具有代表性的烟叶样品以及同产地烟叶不同品种进行分析，为烟草品质评价提供依据。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

GC-MS-QP2010plus气相色谱/质谱联用仪(日本，岛津公司)；100 μL微型注射器(美国，HAMIL TON公司)；FW-100高速万能粉碎机(天津泰斯特仪器有限公司)；AS20500AH型超声波清洗器(天津AU-TO-SCIENCE)；VirTis型冷冻干燥机(造鑫企业有限公司)；气流吹扫微注射器萃取仪。

正己烷、二氯甲烷、丙酮均为色谱级，购自于Caledon公司。纯度99.999%的氮气和氦气购于大连大特气体有限公司。实验用水为三次蒸馏水。

1.2 样品采集与预处理

烟叶冷冻干燥后，用FW-100高速万能粉碎机粉碎，装在棕色样品瓶中，于-4 ℃贮存备用。

1.3 烟叶萃取方法

(1)水蒸汽蒸馏萃取：准确称取5 g烟叶样品放入到1 000 mL的水蒸汽发生装置中，向蒸馏装置和水蒸汽发生装置中分别加入二分之一和三分之一体积的三次蒸馏水，打开冷凝水，开始加热。当第一滴蒸馏液进入接收管内萃取溶剂中开始计时，烟叶中致香成分慢慢通过水蒸汽分离出来，萃取时间为3.5 h。萃取结束冷却后，萃取得到的致香成分收集在萃取溶剂正己烷层中。用滴管吸取出目标物，加入适量的无水Na2SO4除水，定容至10 mL，从中取出100 mL，定容至1 mL，取2 μL用于GC/MS分析。(2) 超声萃取[6]:准确称取1 g烟叶样品放入到20 mL的小瓶中，向小瓶中加10 mL正己烷超声萃取 15 min后，静止12 h,过滤，并定容至10 mL，从中取出500 mL，定容至1 mL，取2 μL用于GC/MS分析。(3) GP-MSE步骤：准确称取5 mg烟叶样品，放入样品管中，将样品管放入样品池中，用隔垫将样品池口密封，将100 μL微注射器顺着冷凝器的支持架和密封垫插入样品池中，至刚好穿过密封垫下部为止，在注射器中加入10 μL的萃取液，打开氮气，气流速率为2.0 mL/min，吹扫5 s后开始萃取，设置萃取时间为4 min，样品池的加热温度为250 ℃，萃取相的温度为-4 ℃。萃取完成后，定容至100 μL，取2 μL用于进GC/MS分析。

1.4 仪器分析条件

1.4.1色谱条件色谱柱：DB-5 MS毛细石英柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);载气:氦气，流速：0.98 mL/min;进样口温度:280 ℃，程序升温由45 ℃开始，保持3 min，以5 ℃ /min的速率升至250 ℃，保持4 min，再以9 ℃ /min的速率升至280 ℃，保持14 min；进样量:2 μL;不分流进样。

1.4.2质谱条件离子源温度200 ℃；接口温度280 ℃；离子化模式EI；电子能量：70 eV。

2 结果与讨论

2.1 GP-MSE条件的优化

实验对GP-MSE条件进行了优化，分别测试了萃取溶剂(正己烷、二氯甲烷、丙酮)，萃取温度(200 ℃、250 ℃、270 ℃)，萃取时间(3 min、4 min、5 min)。结果表明，二氯甲烷和丙酮萃取到的尼古丁含量过高，掩盖其他色谱峰，不利于致香成分的分析，而正己烷在不影响其他致香成分的前提下，有效消除了尼古丁的干扰。因此，确定最佳GP-MSE条件为用正己烷，250 ℃、4 min。

2.2 不同萃取方法对比

不同方法萃取烟叶中致香成分的比较见表1。图1为利用水蒸汽蒸馏、超声萃取和GP-MSE得到的吉林延边烟叶中致香成分的GC/MS总离子流色谱图。由图可知，利用GP-MSE得到的致香成分的个数明显多于水蒸汽蒸馏和超声萃取。烷烃类化合物只在超声萃取和GP-MSE方法中检出，并且GP-MSE方法得到的烷烃类化合物个数和含量均高于超声萃取，而糠醛、糠醇、5-甲基呋喃醛等易挥发性化合物只在GP-MSE方法中检出。GP-MSE得到的所有致香成分含量明显高于水蒸气蒸馏和超声萃取，即GP-MSE比水蒸汽蒸馏和超声萃取更适用于分析烟叶中致香成分。

表1 烟叶中致香成分萃取条件比较

图1 烟叶中致香成分的总离子流色谱图Fig.1 TIC chromatograms of aroma components in tobaccoA:steam distillation;B:extraction ultrasound;C:GP-MSE.

2.3 不同地区烟叶致香成分差异

不同地区烟叶中致香成分的总离子流色谱图如图2，各个色谱峰通过NIST 08和NISTS 08质谱库检索、定性。致香成分主要为含氧杂环化合物，其中醛类和醇类相对含量最多。在福建烟叶中共分析出93种致香成分，定性72种；在吉林烟叶中共分析出95种致香成分，定性75种。比较发现，不同地区烟叶中致香成分种类基本一致，主要成分相差不大，但是各致香成分之间比例大不相同。地域气候条件以及栽培管理措施等不同，可能致香成分含量存在显著差异。

2.4 相同地区不同烟叶致香成分分析

在吉林地区分别选取了A和B两种烟叶，并分析烟叶中致香成分种类及其含量，如图 3 所示。比较发现，相同地区不同烟叶中致香成分种类基本一致，含量相差不大。其中含量最多的均为新植二烯、呋喃甲醇、糠醇和巨豆三烯酮。但是样品A在呋喃甲醇的含量上要明显高于样品B(2倍左右)，吉林 A 中尼古丁和茄酮比例约为2∶1，而在吉林 B 中二者比例约为1∶1。