氫氧化鈉—尿素法測定煙草木質(zhì)素預處理方法的優(yōu)化

臧福坤 李新生 嚴新龍

摘要[目的]優(yōu)化氫氧化鈉-尿素法（NU法）測定煙草木質(zhì)素含量的預處理方法。[方法]分別用中性洗滌劑和氫氧化鈉-尿素溶液對煙梗、煙葉碎片（煙片）、煙葉碎末（煙末）進行預處理，分析比較了2種溶液對干擾物的去除效果，并對2種預處理方法下NU法的測定結果進行了對比評價。[結果]中性洗滌劑對煙梗、煙片、煙末的干擾物去除率近80%，比氫氧化鈉-尿素溶液提高13%～16%；在中性洗滌預處理方法下，NU法測得3種煙草樣品的木質(zhì)素含量大小關系為煙梗>煙片>煙末，與氫氧化鈉-尿素預處理下的測定結果恰恰相反；預處理方法優(yōu)化后NU法的精密度為2.03%，滿足檢測需求。[結論]研究可為煙草木質(zhì)素含量測定的預處理方法優(yōu)化提供參考。

關鍵詞氫氧化鈉-尿素法；煙草木質(zhì)素；預處理方法優(yōu)化；中性洗滌劑；氫氧化鈉-尿素溶液

中圖分類號TS41文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）16-0091-03

Pretreatment Optimization of NaOH/Urea Method Used for Content Determination of Lignin in Tobacco

ZANG Fukun，LI Xinsheng，YAN Xinlong（Technology Center，Taicang Haiyan Reconstituted Tobacco Co.Ltd.of Shanghai Tobacco Group，Taicang，Jiangsu 215433）

Abstract[Objective] To optimize the pretreatment method of NaOH/Urea method used for content determination of lignin in tobacco.[Method] Tobacco stems，scraps and dusts were pretreated with neutral detergent and NaOH/Urea solution respectively，then both the interfering substances removal rates and the content results determined by NaOH/Urea method under each pretreatment method were compared.[Result] The results showed that： Neutral detergent could remove interfering substances in tobacco stems，scraps and dusts by about 80%，which is 13%-16% higher than that of NaOH/Urea solution； The order of lignin content determined by NaOH/Urea method under neutral detergent pretreatment was tobacco stems > scraps > dusts，which was right opposite from that under NaOH/Urea pretreatment； the precision of NaOH/Urea method after pretreatment optimization reached 2.03%，which had already met the determination demand.[Conclusion] The study can provide reference for pretreatment optimization for content determination of lignin in tobacco.

Key wordsNaOH/Urea method；Tobacco lignin；Pretreatment optimization；Neutral detergent； NaOH/Urea solution

木質(zhì)素是植物細胞壁物質(zhì)的主要成分之一，與纖維素、半纖維素一起組成植物體的“三素”。木質(zhì)素的存在會對煙草制品的吸食品質(zhì)造成不良影響，Kibet等[1]、李曉亮等[2]、劉剛等[3]的研究均表明，木質(zhì)素裂解過程中會產(chǎn)生CO以及苯酚、兒茶酚、苯等促癌活性物質(zhì)；任曉紅[4]的研究則證明，木質(zhì)素含量與煙氣刺激性、雜氣呈顯著正相關關系。可見，準確測定煙草中的木質(zhì)素含量是煙草原料選擇及煙草木質(zhì)素含量調(diào)控等工作的重要支撐，對煙草制品的減害提質(zhì)具有重要意義。然而由于木質(zhì)素分子結構復雜，至今還沒有一種相對完美的方法能夠對其進行準確、快速測定。

針對煙草行業(yè)標準YC/T 347—2010[5]忽略酸溶木質(zhì)素測定的缺陷，紀楷濱[6]、孔浩輝等[7]等利用氫氧化鈉-尿素溶液在低溫下能夠溶解纖維素、半纖維而保留大部分木質(zhì)素的特點，開發(fā)出新的煙草木質(zhì)素測定方法（氫氧化鈉-尿素低溫溶解法，即NU法），檢測流程如圖1所示。與傳統(tǒng)的硫酸法相比，該法在酸解和酸溶木質(zhì)素的測定中做了較為合理的改進，測定的總木質(zhì)素含量更接近真實值。

由于煙草化學組成比較復雜，因此煙草樣品的前處理顯得尤為重要。孔浩輝等[8]在對氫氧化鈉-尿素溶液的預處理效果研究中發(fā)現(xiàn)，該溶液體系雖然可以溶解較多的蛋白質(zhì)和水溶性糖類，但一些水溶性差的脂質(zhì)如高級脂肪酸酯和蠟質(zhì)等則仍不能除盡，而這些物質(zhì)的殘留會對后面的酸解和堿處理造成干擾，最終影響測定結果的準確性。為解決上述問題，筆者采用中性洗滌劑作為預處理溶劑對NU法進行優(yōu)化，并對優(yōu)化前后的預處理效果和木質(zhì)素含量測定結果進行了比較分析。

1材料與方法

1.1材料原料：煙梗、煙葉碎片（簡稱煙片）、煙葉碎末（簡稱煙末）、煙草漿料（簡稱煙漿）來自華環(huán)煙葉復烤有限公司，并按煙草行業(yè)標準YC/T 31—1996[9]進行試樣的制備和水分測定。

主要試劑：二水合乙二胺四乙酸二鈉、十水合四硼酸鈉、十二烷基硫酸鈉、乙二醇乙醚、十二水合磷酸氫二鈉、正辛醇（AR，國藥集團化學試劑有限公司），按文獻[5]中的規(guī)定用于中性洗滌劑（3%十二烷基硫酸鈉溶液）的配制；氫氧化鈉、尿素（AR，百靈威科技有限公司），用于8%氫氧化鈉-12%尿素水溶液的配制；濃硫酸（AR，上海試劑四廠），用于17.5%硫酸溶液的配制。

主要儀器：Cyclotec 1093粉碎磨粉機，丹麥，福斯分析儀器公司；RCT加熱磁力攪拌器，德國，IKA公司；TDL-5-A離心機，上海安亭科技儀器廠；F12-ED標準型加熱制冷循環(huán)器，德國，優(yōu)萊博；Lambda 25紫外可見分光光度計，德國，珀金埃爾默；B180馬弗爐，德國，納博熱；Frontier紅外光譜儀，德國，珀金埃爾默。

1.2方法

1.2.1中性洗滌劑預處理。

稱取約1 g試樣加入錐形瓶中，再加入200 mL中性洗滌劑和2 mL正辛醇（消泡劑），加熱體系并保持微沸回流1 h，然后趁熱抽濾，固體用熱水洗至濾液無泡沫。

1.2.2氫氧化鈉-尿素溶液預處理。

稱取約1 g試樣加入離心管中，再加入30 mL預先冷卻至-10 ℃的8%氫氧化鈉-12%尿素溶液，于-10 ℃冷浴中攪拌0.5 h，然后離心分離，棄去上清液，固體用水洗至中性。

1.2.3總木質(zhì)素含量測定。

按文獻[7]中的方法，先用17.5%硫酸溶液進行微沸回流處理0.5 h，冷卻后離心分離，上清液稀釋后用紫外分光光度法于波長325 nm下測定吸光度，外標法定量測定其中的酸溶木質(zhì)素含量；下層固體用水洗至中性后，再用預先冷卻至-10 ℃的8%氫氧化鈉-12%尿素溶液于-10 ℃冷浴中攪拌處理0.5 h，然后離心分離，棄去上清液，固體用水洗至中性，然后轉移至坩堝中，先于105 ℃烘干，再轉移至馬弗爐中于800 ℃灼燒4 h，灼燒前后的重量差即為酸不溶木質(zhì)素含量。酸溶木質(zhì)素與酸不溶木質(zhì)素含量之和即總木質(zhì)素含量。

1.2.4紅外光譜測試。

按文獻[8]中的方法，預處理后樣品在50 ℃下真空干燥至絕干，稱量約2 mg，用100倍重量的溴化鉀壓片，12 MPa下持續(xù)2 min。上機掃描，掃描范圍4 000～400 cm-1；分辨率4 cm-1；累加掃描次數(shù)32次。

2結果與分析

2.1預處理效果

肉眼觀察發(fā)現(xiàn)，用氫氧化鈉-尿素溶液處理后，在離心洗滌過程中，上清液有顏色且呈渾濁狀態(tài)，下層固體尤其是煙片樣品顆粒較明顯（圖2）；而用中性洗滌劑預處理并離心后，上清液呈無色透明狀，且下層固體也比較細膩，無明顯顆粒（圖3）。直觀來看，中性洗滌劑的除雜效果要好于氫氧化鈉-尿素溶液。

下層固體烘干后稱重，計算干擾物去除率發(fā)現(xiàn)，中性洗滌劑能夠去除樣品中近80%的干擾物，較氫氧化鈉-尿素預處理多去除13%～16%，結果如表1所示。從國家標準GB/T 20806—2006[10]的測定原理可以發(fā)現(xiàn)，中性洗滌劑具有極強的溶解能力，幾乎能夠溶解除纖維素、半纖維素、木質(zhì)素以外的所有細胞內(nèi)容物，如脂肪、淀粉、蛋白、糖類等，這主要歸因于其主要成分十二烷基硫酸鈉是一種表面活性劑，具有“水油兼溶”的能力。從干擾物去除率看，中性洗滌劑比氫氧化鈉-尿素溶液更適合作為NU法的預處理溶液，可為后續(xù)測定盡量降低干擾。

對預處理后的煙草樣品進行紅外光譜分析，發(fā)現(xiàn)在相同預處理條件下，煙梗和煙片的譜圖變化相似（圖4、5），但同一樣品在不同預處理條件下的譜圖卻有顯著差異，以煙梗為例，這種差異主要體現(xiàn)在2處。首先，用中性洗滌劑預處理后1 735 cm-1（酯C=O伸縮振動）處的吸收峰消失（G2），而用氫氧化鈉-尿素溶液處理后該吸收峰仍然存在且強度較大（G1），說明中性洗滌劑脫脂較徹底，而氫氧化鈉-尿素溶液的脫脂能力較差；其次，用中性洗滌劑預處理后1 609、1 419 cm-1（芳環(huán)骨架伸縮振動，1 580、1 500 cm-1處峰強較弱被掩蓋）處的吸收峰仍較強（G2），而用氫氧化鈉-尿素溶液處理后該2處吸收峰強度相對較弱（G1）。導致這種情況的原因可能有2點：一是氫氧化鈉-尿素溶液會溶解小分子木質(zhì)素[7]，造成預處理階段部分木質(zhì)素損失；二是存在物質(zhì)干擾，如蛋白質(zhì)的特征峰會與芳環(huán)特征峰重疊。

以上結果說明，與用氫氧化鈉-尿素溶液作為預處理溶液相比，中性洗滌劑不僅能夠盡可能多地去除干擾物，而且不會對樣品中的木質(zhì)素造成損失，用其作為預處理溶劑更為

合適。

2.2總木質(zhì)素含量檢測結果2種預處理條件下NU法的木質(zhì)素含量測定結果如表2所示。

通過比較發(fā)現(xiàn)，在氫氧化鈉-尿素溶液預處理條件下，3種煙草樣品中總木質(zhì)素含量的大小依次為煙末、煙片、煙梗，然而這種大小關系與事實相悖。首先需要說明的是，3種樣品來自同一家煙葉復烤廠的廢棄物，均為不同等級混合物，因此樣品中的木質(zhì)素含量一定程度上可代表平均水平，因此三者具有可比性。其次，根據(jù)煙草生物學研究，煙梗是煙葉的主脈，主要由韌皮部和木質(zhì)部組成，其中木質(zhì)部含有較為豐富的木質(zhì)素，因此煙梗中的木質(zhì)素含量應高于煙片；另外，煙末是粒徑更小的煙片，但由于混雜了更多的灰塵而導致灰分較高，因此木質(zhì)素含量應略低于煙片。而換用中性洗滌預處理方法后，木質(zhì)素含量的大小依次為煙梗、煙片、煙末，更加貼合實際。相反的檢測結果再次證明采用中性洗滌劑作為預處理溶劑更為合理，同時也驗證了預處理環(huán)節(jié)的重要性。

2.3中性洗滌預處理條件下NU法的精密度

煙漿是由煙梗、煙片、煙末按一定比例混合并用水萃取后剩余的不溶物經(jīng)磨機叩解后得到的煙草漿料，用其作為重復性檢驗樣品具有代表性。烘干后的煙漿樣品經(jīng)6次重復測定的總木質(zhì)素含量依次為11.34%、11.63%、12.00%、11.42%、11.54%、11.71%。

由此可見，6次重復測定結果的相對標準偏差僅為2.03%，方法的重現(xiàn)性良好，滿足檢測要求。

3結論

用中性洗滌劑替代氫氧化鈉-尿素溶液對NU法測定煙草木質(zhì)素含量測定進行了優(yōu)化。與氫氧化鈉-尿素低溫溶劑體系相比，中性洗滌劑能夠更加徹底地去除煙草樣品中

的干擾物，去除率近80%，可為NU法的后續(xù)處理盡量降低干擾。預處理方法優(yōu)化后，NU法檢測結果更貼合實際，3種煙草樣品中總木質(zhì)素含量關系為煙梗>煙片>煙末，與氫氧化鈉-尿素溶液預處理條件下所得結果相反。此外，經(jīng)重復性試驗得到優(yōu)化后的方法精密度為2.03%，滿足檢測需求。

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