加速溶劑萃取—氣質聯用法測定卷煙煙絲中39種主要香味成分

郭 磊 李娟娟 索衛國 田耀偉 羅娟敏 徐 達 邵燈寅 李福龍 孫 強 蔡繼寶 蘇加坤

(1. 江西中煙工業有限責任公司技術中心，江西 南昌 330096；2. 廣東中煙工業有限責任公司技術中心，廣東 廣州 510000)

加速溶劑萃取—氣質聯用法測定卷煙煙絲中39種主要香味成分

郭 磊1李娟娟2索衛國1田耀偉1羅娟敏1徐 達1邵燈寅1李福龍1孫 強1蔡繼寶1蘇加坤1

(1. 江西中煙工業有限責任公司技術中心，江西 南昌 330096；2. 廣東中煙工業有限責任公司技術中心，廣東 廣州 510000)

采用加速溶劑萃取—氣質聯用法，以二氯甲烷為溶劑，壬酸甲酯為內標，通過選擇特征離子，對15種中國產卷煙煙絲中乙酸、3-甲基丁酸、十六酸、2-乙酰基吡咯、糠醛、糠醇、苯甲醇、苯乙醇、茄酮、β-紫羅蘭酮、植酮、巨豆三烯酮(4個異構體)、3-羥基-β-大馬酮、4-乙烯基愈創木酚、5-羥基麥芽酚、二氫獼猴桃內酯等39種主要香味成分進行了半定量分析。結果表明：所分析的39種主要香味成分的相對標準偏差為2.25%～6.49%，β-紫羅蘭酮因含量較低，測定結果相對標準偏差超過5%，其余主要香味成分測定結果相對標準偏差均在5%以內，方法的重復性較好。卷煙樣品中的乙酸、苯甲醇、苯乙醇、2-乙酰基吡咯、十六酸甲酯、5-羥基麥芽酚、西柏三烯二醇等成分含量差異較大。該方法操作簡便、選擇性強、自動化程度較高，可以滿足批量卷煙樣品中主要香味成分的檢測。

氣相色譜—質譜/選擇離子；加速溶劑萃取；卷煙；香味成分

在關于卷煙及煙草中香味成分的研究中，普遍采用同時蒸餾萃取[1-2](SDE)、固相微萃取[3](SPME)等手段，結合氣—質聯用法對卷煙及煙草中的香味成分進行定性及半定量分析。但是同時蒸餾萃取法需要在高溫下對樣品進行較長時間的蒸煮(2～4 h)，容易導致較多副產物的產生，而固相微萃取法對操作過程要求較高，不適合大批量樣品的分析。

加速溶劑萃取是20世紀90年代發展起來的技術，主要用于固體物質中待分析成分的提取，利用改變萃取溶劑的溫度和壓力來提高待分析物的提取效率，具有溶劑用量少、提取時間短、提取過程自動化程度高等優點[4]，近年來在環境監測[5-6]、農藥殘留[7-8]和抗生素殘留[9]、中草藥有效成分分析[10]中得到了越來越廣泛的應用。目前，已有相關研究[11-12]采用加速溶劑萃取，結合氣質聯用法對煙草香味成分進行分析。考慮到煙草化學成分較為復雜，這些研究在采用全掃描模式(Scan)進行分析時存在較多的干擾，容易造成定量結果不準確。本研究擬采用加速溶劑萃取—氣質聯用法，通過選擇特征離子，有針對性地對卷煙煙絲中的39種主要香味成分進行分析，旨在解決傳統分析方法存在的前處理過程中易產生副產物、不適合批量樣品檢測以及分析過程干擾較多等問題。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

卷煙：15種中國產烤煙，購于江西省南昌市；

注射器：5 mL，江西三鑫醫療科技股份有限公司；

有機相濾頭：0.45 μm，PTFE，上海安譜科學儀器有限公司；

甲醇、二氯甲烷：色譜純，美國J&T Baker公司；

壬酸甲酯：純度99.5%，美國Acros Organics公司；

氣相色譜—質譜聯用儀：7890A-5975C型，美國Agilent公司；

加速溶劑萃取儀：ASE350型，美國Thermo公司；

旋轉蒸發儀：Hei-Vap Precision型，德國Heidolph公司；

分析天平：BSA124S型，感量0.000 1 g，德國Sartorious公司。

1.2 樣品前處理

取卷煙煙絲，粉碎，過40目篩后，待用。按照YC/T 31—1996標準測定含水率。

準確稱取1.000 g煙末(精確至0.000 1 g)，裝入11 mL萃取池中，加入內標溶液(溶劑為甲醇，壬酸甲酯濃度為0.961 mg/mL)30 μL，選擇二氯甲烷為萃取溶劑。萃取池先在加速溶劑萃取儀的加熱爐中加熱5 min達到一定的萃取溫度，在一定的萃取時間及萃取次數下進行萃取，萃取過程結束后，以60%的沖洗體積和60 s的氮氣吹掃時間將萃取池中殘留的二氯甲烷全部收集到萃取液中。萃取液(約70 mL)于旋轉蒸發儀上進行濃縮，溫度30 ℃，轉速100 r/min，真空度30 kPa，濃縮至約1.0 mL，經0.45 μm有機相濾膜過濾后，進樣分析。

試驗中固定萃取溶劑、萃取池加熱時間、沖洗體積、吹掃時間等條件，采用單因素試驗法，通過對比主要香味成分的含量，對萃取溫度、萃取時間、萃取次數進行優化，設計方案見表1。

1.3 分析條件

分析柱：HP-INNOWAX石英毛細管柱(30 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm d.f.)；進樣方式：分流，分流比：10∶1；進樣量：1.0 μL；進樣口溫度：250 ℃；載氣：氦氣(99.999%)，流速：1.0 mL/min；升溫程序：初始溫度40 ℃，保持3 min，以 4 ℃/min 升溫至250 ℃，保持20 min。

電離方式：電子轟擊(EI)，電離能量：70 eV，四級桿溫度：150 ℃，離子源溫度：230 ℃，溶劑延遲時間：5.0 min。掃描方式1：Scan掃描，掃描范圍：30～400 amu；掃描方式2：選擇離子(SIM)掃描，各化合物的特征選擇離子見表3。

2 結果與討論

2.1 卷煙煙絲主要成分的定性分析

對所得到的總離子流圖(圖1)，采用NIST08譜庫檢索并進行定性分析，選擇其中匹配度較高(大于80%)的化合物作為可能的化學成分，共定性出72種化合物(表2)，其中煙堿、新植二烯、十六酸等化合物的峰面積較大。

在所定性出的72種化合物的基礎上，綜合考慮出峰時間、定性和定量特征離子、響應強弱等因素，并參考相關文獻[2,11-13]，在同樣的色譜條件下，采用選擇離子掃描模式(SIM)，以壬酸甲酯為內標，對其中較常見的39種香味成分進行分析，特征離子見表3，選擇離子流圖見圖2。

圖1 卷煙煙絲加速溶劑提取物總離子流圖

Figure 1 Total ion current chromatogram for the ASE extract of the tobacco cut in the cigarette

圖2 卷煙煙絲中39種香味成分選擇離子流圖

Figure 2 Select ion current chromatograms for the 39 flavor components of the tobacco cut in the cigarette

表2 卷煙煙絲加速溶劑提取物主要成分的定性分析結果Table 2 The qualitative analysis results for the ASE extract of the tobacco cut in the cigarette

2.2 萃取條件的優化

加速溶劑萃取儀的參數設置對卷煙煙絲中香味成分的提取效率有較大影響。主要以萃取溫度、時間和次數為考察因素，通過對比主要香味成分的含量，確定較為合適的萃取條件。

2.2.1 萃取時間的選擇 按照1.2中的方法及表1中的試驗方案，首先在萃取溫度為90 ℃，萃取次數為2次的條件下，考察萃取時間分別為5，10，15，20 min時，糠醛、茄酮、β-紫羅蘭酮、2-乙酰基吡咯、5-羥甲基糠醛、巨豆三烯酮B、二氫獼猴桃內酯、3-羥基-β-大馬酮、十六酸9種主要香味成分含量的變化情況。考慮到各香味成分含量的差別較大，試驗中以各萃取時間下9種主要香味成分含量與萃取時間為10 min時主要香味成分含量的比值進行對比。由圖3可知，隨著萃取時間的增加，主要香味成分的含量呈現逐漸升高的趨勢，萃取時間為15 min和20 min時，各成分的含量差別不大，為節省樣品前處理時間，試驗中選擇15 min為較合適的萃取時間。

表3 39種香味成分和內標的保留時間及特征選擇離子?Table 3 The retention times and selected ions of the 39 flavor components and internal standard

? 特征離子中前者為定量離子，后者為定性離子。

2.2.2 萃取次數的選擇 按照1.2中的方法及表1中的試驗方案，結合萃取時間優化的結果，在萃取時間為15 min，萃取溫度為90 ℃的條件下，考察萃取次數分別為1、2、3、4次時，卷煙煙絲中9種主要香味成分含量的變化情況。將各萃取次數下9種主要香味成分含量與萃取次數為2次時主要香味成分含量的比值進行對比。由圖4可知，萃取1次時，主要香味成分的含量明顯低于多次萃取，隨著萃取次數的增加，主要香味成分的含量逐漸升高。

圖3 萃取時間對主要香味成分含量的影響

Figure 3 Effects of the differentextraction time on the contents of the main flavor components

整體上看，萃取2次時，仍有β-紫羅蘭酮、2-乙酰基吡咯的含量略低，萃取3次和4次時，主要香味成分的含量互有高低，但總體上比較接近，各成分的含量差別不大，試驗中選擇3次為較合適的萃取次數。

圖4 萃取次數對主要香味成分含量的影響

Figure 4 Effects of theextraction times on the contents of the main flavor components

2.2.3 萃取溫度的選擇 按照1.2中的方法及表1中的試驗方案，結合萃取時間、萃取次數優化的結果，在萃取時間為15 min，萃取次數為3次的條件下，考察萃取溫度分別為90，100，110 ℃時，9種主要香味成分含量的變化情況。將各萃取溫度下9種主要香味成分含量與萃取溫度為100 ℃時主要香味成分含量的比值進行對比，由圖5可知，不同萃取溫度下主要香味成分的含量比較接近，萃取溫度為90 ℃時主要香味成分含量略低于100 ℃和110 ℃，100 ℃和110 ℃的萃取溫度下，主要香味成分的含量比較接近，試驗中選擇100 ℃為較合適的萃取溫度。

圖5 萃取溫度對主要香味成分含量的影響

Figure 5 Effects of the different extraction temperature on the contents of the main flavor components

2.3 方法學考察

對于同一份煙末樣品，按照前述的前處理方法平行處理6份，進樣分析。采用內標法計算各化合物的含量，計算相對標準偏差，結果見表4。所檢測的39種主要香味成分的相對標準偏差為2.25%～6.49%，其中β-紫羅蘭酮因含量較低，測定結果的相對標準偏差均超過5%，其余主要香味成分測定結果相對標準偏差均在5%以內，說明檢測方法的重復性較好。

2.4 卷煙樣品的檢測

采用所建立的加速溶劑萃取—氣質聯用法對15種中國國內烤煙型代表性卷煙(焦油釋放量為10～11 mg/支)煙絲中的39種主要香味成分進行了半定量分析，每個樣品平行處理兩次，取其平均值，分析結果見表5。在所檢測的15種卷煙樣品中，乙酸、苯甲醇、苯乙醇、2-乙酰基吡咯、十六酸甲酯、5-羥基麥芽酚、西柏三烯二醇等成分含量的差異較大。其中，9#和10#樣品的乙酸含量較高，10#和13#樣品中苯甲醇的含量較高，10#和11#樣品中苯乙醇含量較高，10#和1#樣品中2-乙酰基吡咯、十六酸甲酯含量較高，2#和15#樣品中5-羥基麥芽酚含量較高，2#和5#樣品中西柏三烯二醇含量較高，其原因可能與卷煙加香加料、加工工藝、葉組配方設計等有一定關系。

表4 39種主要香味成分的測定值和相對標準偏差Table 4 The determination values and RSD of the 39 main flavor components (n=6)

表5 15種卷煙中39種主要香味成分檢測結果Table 5 The determination results of the 39 main flavor components in the 15 cigarettes μg/g

3 結論

以二氯甲烷為溶劑，在優化萃取溫度、萃取時間以及萃取次數的基礎上，以壬酸甲酯為內標，通過選擇特征離子，建立了一種適合于分析卷煙煙絲中39種主要香味成分的ASE—GC—MS/SIM法，并對15種中國國產代表性卷煙進行了分析，其中乙酸、苯甲醇、苯乙醇、2-乙酰基吡咯、十六酸甲酯等成分含量的差異較大，可能與卷煙加香加料、加工工藝、葉組配方設計等有一定關系。

本方法抗干擾能力強，重復性好，相較于同時蒸餾萃取法，樣品用量少，分析時間短，可避免產生較多副產物；相較于固相微萃取法，操作簡便，自動化程度高，適合大批量樣品分析。因未完全收集到所分析化合物的標準物質，本方法的回收率、主要香味成分的準確定量分析等有待于進一步開展。

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Determination of 39 main flavor components in cigarette by ASE—GC/MS

GUO Lei1LIJuan-juan2SUOWei-guo1TIANYao-wei1LUOJuan-min1XUDa1SHAODeng-yin1LIFu-long1SUNQiang1CAIJi-bao1SUJia-kun1

(1.ResearchandDevelopmentCentre,ChinaTobaccoJiangxiIndustrialCo.,LTD.,Nanchang,Jiangxi330096,China; 2.ResearchandDevelopmentCentre,ChinaTobaccoGuangdongIndustrialCo.,LTD.,Guangzhou,Guangdong510000,China)

The flavor components in 15 domestic cigarettes were extracted with dichlorome-thane by accelerated solvent extraction (ASE), using methyl nonoate as internal standard，a method for semi-quantitative analysis of 39 main flavor components including of acetic acid, 3-Methylbutanoic acid, hexadecoic acid, 2-acetylpyrrole, furfural, furfuryl alcohol, be-nzoic alcohol, phenethyl alcohol, solanone, beta-ionone, phytone, megastigmatrienones (4 isomers), 3-hydroxy-β-damascone, 4-vinyl guaiacol, 5-hydroxy maltol, dihydroactinidiolide et al. by GC/MS/SIM was developped. The results showed that the RSDs ranged from 2.25%～6.49%, the RSD of beta-ionone's determination result was over 5% for the its low content，the other components were below 5%. There was bigger difference between the content of acetic acid, benzoic alcohol, phenethyl alcohol, 2-acetylpyrrole, methyl palmitate,5-hyd-roxy maltol, duvatrendiol in the 15 cigarettes. The method was simple operation, se-nsitive and high in automation, which may be satisfied with the main flavor components detecting requirement of batch cigarettes sample.

GC—MS/SIM; ASE; cigarette; flavor components

江西中煙工業有限責任公司技術創新項目(編號：贛煙工科計2016-01)

郭磊，男，江西中煙工業有限責任公司工程師，碩士。

蘇加坤(1981—)，男，江西中煙工業有限責任公司工程師，博士。E-mail：sujiakun@126.com

2016—11—22

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.02.013