加速溶剂萃取—气质联用法测定卷烟烟丝中39种主要香味成分

郭 磊 李娟娟 索卫国 田耀伟 罗娟敏 徐 达 邵灯寅 李福龙 孙 强 蔡继宝 苏加坤

(1. 江西中烟工业有限责任公司技术中心，江西 南昌 330096；2. 广东中烟工业有限责任公司技术中心，广东 广州 510000)

加速溶剂萃取—气质联用法测定卷烟烟丝中39种主要香味成分

郭 磊1李娟娟2索卫国1田耀伟1罗娟敏1徐 达1邵灯寅1李福龙1孙 强1蔡继宝1苏加坤1

(1. 江西中烟工业有限责任公司技术中心，江西 南昌 330096；2. 广东中烟工业有限责任公司技术中心，广东 广州 510000)

采用加速溶剂萃取—气质联用法，以二氯甲烷为溶剂，壬酸甲酯为内标，通过选择特征离子，对15种中国产卷烟烟丝中乙酸、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-紫罗兰酮、植酮、巨豆三烯酮(4个异构体)、3-羟基-β-大马酮、4-乙烯基愈创木酚、5-羟基麦芽酚、二氢猕猴桃内酯等39种主要香味成分进行了半定量分析。结果表明：所分析的39种主要香味成分的相对标准偏差为2.25%～6.49%，β-紫罗兰酮因含量较低，测定结果相对标准偏差超过5%，其余主要香味成分测定结果相对标准偏差均在5%以内，方法的重复性较好。卷烟样品中的乙酸、苯甲醇、苯乙醇、2-乙酰基吡咯、十六酸甲酯、5-羟基麦芽酚、西柏三烯二醇等成分含量差异较大。该方法操作简便、选择性强、自动化程度较高，可以满足批量卷烟样品中主要香味成分的检测。

气相色谱—质谱/选择离子；加速溶剂萃取；卷烟；香味成分

在关于卷烟及烟草中香味成分的研究中，普遍采用同时蒸馏萃取[1-2](SDE)、固相微萃取[3](SPME)等手段，结合气—质联用法对卷烟及烟草中的香味成分进行定性及半定量分析。但是同时蒸馏萃取法需要在高温下对样品进行较长时间的蒸煮(2～4 h)，容易导致较多副产物的产生，而固相微萃取法对操作过程要求较高，不适合大批量样品的分析。

加速溶剂萃取是20世纪90年代发展起来的技术，主要用于固体物质中待分析成分的提取，利用改变萃取溶剂的温度和压力来提高待分析物的提取效率，具有溶剂用量少、提取时间短、提取过程自动化程度高等优点[4]，近年来在环境监测[5-6]、农药残留[7-8]和抗生素残留[9]、中草药有效成分分析[10]中得到了越来越广泛的应用。目前，已有相关研究[11-12]采用加速溶剂萃取，结合气质联用法对烟草香味成分进行分析。考虑到烟草化学成分较为复杂，这些研究在采用全扫描模式(Scan)进行分析时存在较多的干扰，容易造成定量结果不准确。本研究拟采用加速溶剂萃取—气质联用法，通过选择特征离子，有针对性地对卷烟烟丝中的39种主要香味成分进行分析，旨在解决传统分析方法存在的前处理过程中易产生副产物、不适合批量样品检测以及分析过程干扰较多等问题。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

卷烟：15种中国产烤烟，购于江西省南昌市；

注射器：5 mL，江西三鑫医疗科技股份有限公司；

有机相滤头：0.45 μm，PTFE，上海安谱科学仪器有限公司；

甲醇、二氯甲烷：色谱纯，美国J&T Baker公司；

壬酸甲酯：纯度99.5%，美国Acros Organics公司；

气相色谱—质谱联用仪：7890A-5975C型，美国Agilent公司；

加速溶剂萃取仪：ASE350型，美国Thermo公司；

旋转蒸发仪：Hei-Vap Precision型，德国Heidolph公司；

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

1.2 样品前处理

取卷烟烟丝，粉碎，过40目筛后，待用。按照YC/T 31—1996标准测定含水率。

准确称取1.000 g烟末(精确至0.000 1 g)，装入11 mL萃取池中，加入内标溶液(溶剂为甲醇，壬酸甲酯浓度为0.961 mg/mL)30 μL，选择二氯甲烷为萃取溶剂。萃取池先在加速溶剂萃取仪的加热炉中加热5 min达到一定的萃取温度，在一定的萃取时间及萃取次数下进行萃取，萃取过程结束后，以60%的冲洗体积和60 s的氮气吹扫时间将萃取池中残留的二氯甲烷全部收集到萃取液中。萃取液(约70 mL)于旋转蒸发仪上进行浓缩，温度30 ℃，转速100 r/min，真空度30 kPa，浓缩至约1.0 mL，经0.45 μm有机相滤膜过滤后，进样分析。

试验中固定萃取溶剂、萃取池加热时间、冲洗体积、吹扫时间等条件，采用单因素试验法，通过对比主要香味成分的含量，对萃取温度、萃取时间、萃取次数进行优化，设计方案见表1。

1.3 分析条件

分析柱：HP-INNOWAX石英毛细管柱(30 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm d.f.)；进样方式：分流，分流比：10∶1；进样量：1.0 μL；进样口温度：250 ℃；载气：氦气(99.999%)，流速：1.0 mL/min；升温程序：初始温度40 ℃，保持3 min，以 4 ℃/min 升温至250 ℃，保持20 min。

电离方式：电子轰击(EI)，电离能量：70 eV，四级杆温度：150 ℃，离子源温度：230 ℃，溶剂延迟时间：5.0 min。扫描方式1：Scan扫描，扫描范围：30～400 amu；扫描方式2：选择离子(SIM)扫描，各化合物的特征选择离子见表3。

2 结果与讨论

2.1 卷烟烟丝主要成分的定性分析

对所得到的总离子流图(图1)，采用NIST08谱库检索并进行定性分析，选择其中匹配度较高(大于80%)的化合物作为可能的化学成分，共定性出72种化合物(表2)，其中烟碱、新植二烯、十六酸等化合物的峰面积较大。

在所定性出的72种化合物的基础上，综合考虑出峰时间、定性和定量特征离子、响应强弱等因素，并参考相关文献[2,11-13]，在同样的色谱条件下，采用选择离子扫描模式(SIM)，以壬酸甲酯为内标，对其中较常见的39种香味成分进行分析，特征离子见表3，选择离子流图见图2。

图1 卷烟烟丝加速溶剂提取物总离子流图

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

图2 卷烟烟丝中39种香味成分选择离子流图

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

表2 卷烟烟丝加速溶剂提取物主要成分的定性分析结果Table 2 The qualitative analysis results for the ASE extract of the tobacco cut in the cigarette

2.2 萃取条件的优化

加速溶剂萃取仪的参数设置对卷烟烟丝中香味成分的提取效率有较大影响。主要以萃取温度、时间和次数为考察因素，通过对比主要香味成分的含量，确定较为合适的萃取条件。

2.2.1 萃取时间的选择 按照1.2中的方法及表1中的试验方案，首先在萃取温度为90 ℃，萃取次数为2次的条件下，考察萃取时间分别为5，10，15，20 min时，糠醛、茄酮、β-紫罗兰酮、2-乙酰基吡咯、5-羟甲基糠醛、巨豆三烯酮B、二氢猕猴桃内酯、3-羟基-β-大马酮、十六酸9种主要香味成分含量的变化情况。考虑到各香味成分含量的差别较大，试验中以各萃取时间下9种主要香味成分含量与萃取时间为10 min时主要香味成分含量的比值进行对比。由图3可知，随着萃取时间的增加，主要香味成分的含量呈现逐渐升高的趋势，萃取时间为15 min和20 min时，各成分的含量差别不大，为节省样品前处理时间，试验中选择15 min为较合适的萃取时间。

表3 39种香味成分和内标的保留时间及特征选择离子†Table 3 The retention times and selected ions of the 39 flavor components and internal standard

† 特征离子中前者为定量离子，后者为定性离子。

2.2.2 萃取次数的选择 按照1.2中的方法及表1中的试验方案，结合萃取时间优化的结果，在萃取时间为15 min，萃取温度为90 ℃的条件下，考察萃取次数分别为1、2、3、4次时，卷烟烟丝中9种主要香味成分含量的变化情况。将各萃取次数下9种主要香味成分含量与萃取次数为2次时主要香味成分含量的比值进行对比。由图4可知，萃取1次时，主要香味成分的含量明显低于多次萃取，随着萃取次数的增加，主要香味成分的含量逐渐升高。

图3 萃取时间对主要香味成分含量的影响

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

整体上看，萃取2次时，仍有β-紫罗兰酮、2-乙酰基吡咯的含量略低，萃取3次和4次时，主要香味成分的含量互有高低，但总体上比较接近，各成分的含量差别不大，试验中选择3次为较合适的萃取次数。

图4 萃取次数对主要香味成分含量的影响

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

2.2.3 萃取温度的选择 按照1.2中的方法及表1中的试验方案，结合萃取时间、萃取次数优化的结果，在萃取时间为15 min，萃取次数为3次的条件下，考察萃取温度分别为90，100，110 ℃时，9种主要香味成分含量的变化情况。将各萃取温度下9种主要香味成分含量与萃取温度为100 ℃时主要香味成分含量的比值进行对比，由图5可知，不同萃取温度下主要香味成分的含量比较接近，萃取温度为90 ℃时主要香味成分含量略低于100 ℃和110 ℃，100 ℃和110 ℃的萃取温度下，主要香味成分的含量比较接近，试验中选择100 ℃为较合适的萃取温度。

图5 萃取温度对主要香味成分含量的影响

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

2.3 方法学考察

对于同一份烟末样品，按照前述的前处理方法平行处理6份，进样分析。采用内标法计算各化合物的含量，计算相对标准偏差，结果见表4。所检测的39种主要香味成分的相对标准偏差为2.25%～6.49%，其中β-紫罗兰酮因含量较低，测定结果的相对标准偏差均超过5%，其余主要香味成分测定结果相对标准偏差均在5%以内，说明检测方法的重复性较好。

2.4 卷烟样品的检测

采用所建立的加速溶剂萃取—气质联用法对15种中国国内烤烟型代表性卷烟(焦油释放量为10～11 mg/支)烟丝中的39种主要香味成分进行了半定量分析，每个样品平行处理两次，取其平均值，分析结果见表5。在所检测的15种卷烟样品中，乙酸、苯甲醇、苯乙醇、2-乙酰基吡咯、十六酸甲酯、5-羟基麦芽酚、西柏三烯二醇等成分含量的差异较大。其中，9#和10#样品的乙酸含量较高，10#和13#样品中苯甲醇的含量较高，10#和11#样品中苯乙醇含量较高，10#和1#样品中2-乙酰基吡咯、十六酸甲酯含量较高，2#和15#样品中5-羟基麦芽酚含量较高，2#和5#样品中西柏三烯二醇含量较高，其原因可能与卷烟加香加料、加工工艺、叶组配方设计等有一定关系。

表4 39种主要香味成分的测定值和相对标准偏差Table 4 The determination values and RSD of the 39 main flavor components (n=6)

表5 15种卷烟中39种主要香味成分检测结果Table 5 The determination results of the 39 main flavor components in the 15 cigarettes μg/g

3 结论

以二氯甲烷为溶剂，在优化萃取温度、萃取时间以及萃取次数的基础上，以壬酸甲酯为内标，通过选择特征离子，建立了一种适合于分析卷烟烟丝中39种主要香味成分的ASE—GC—MS/SIM法，并对15种中国国产代表性卷烟进行了分析，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异较大，可能与卷烟加香加料、加工工艺、叶组配方设计等有一定关系。

本方法抗干扰能力强，重复性好，相较于同时蒸馏萃取法，样品用量少，分析时间短，可避免产生较多副产物；相较于固相微萃取法，操作简便，自动化程度高，适合大批量样品分析。因未完全收集到所分析化合物的标准物质，本方法的回收率、主要香味成分的准确定量分析等有待于进一步开展。

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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

江西中烟工业有限责任公司技术创新项目(编号：赣烟工科计2016-01)

郭磊，男，江西中烟工业有限责任公司工程师，硕士。

苏加坤(1981—)，男，江西中烟工业有限责任公司工程师，博士。E-mail：sujiakun@126.com

2016—11—22

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.02.013