GC-FID 预测相对响应因子法测定卷烟爆珠中辛,癸酸甘油酯含量

刘珊珊，邓惠敏，杨 飞，吴晶晶，王 颖，范子彦，李小兰*，李中皓*，边照阳，唐纲岭

1. 国家烟草质量监督检验中心，郑州市高新技术产业开发区枫杨街2 号 450001

2. 广西中烟工业有限责任公司，南宁市北湖南路28 号 530001

近年来，爆珠型卷烟在国内外市场发展迅速[1-2]。卷烟爆珠是用成膜材料制成的球形囊状物，由一层壁材外壳包裹液体芯材制成。其中，壁材一般为明胶类物质，芯材一般为香味物质的中链甘油三酯混合溶液[3-4]。作为卷烟爆珠中香味成分的主要稀释剂和增溶剂，食品添加剂辛,癸酸甘油酯（ODO）的应用最为普遍[5-6]。由于ODO 在卷烟爆珠中质量占比高，因此ODO 含量（质量分数）往往是卷烟爆珠及其微量复杂香味成分稳定性、均匀性等产品质量评价的重要指征指标，而且由于ODO 具有较强的脂溶性，因此ODO 也可能是降低卷烟烟气脂溶性有害成分释放量的重要影响因素[7]。

食品中ODO 的相关定量检测方法主要为气相色谱（GC-FID）分析方法[8]和气相色谱质谱联用（GC-MS）法[9]，但涉及的指标仅包括单辛酸甘油酯、单癸酸甘油酯。从ODO 的结构式RCOOCH2CH（OCOR）CH2OCOR（R 为C8H17或C10H21）可以看出，ODO 是多种化合物的混合物，由于部分化合物目前在市场上不易购得高纯度的标准品，因此制约了基于对应标准品的传统校准定量方法的应用。

氢火焰离子化检测器（FID）通过热氢解作用使有机化合物转化为CHO+，信号响应值与化合物的碳原子数目成正比[10-11]。由于并非所有的碳原子都能最终转化为CHO+，因此通过气相色谱FID检测器相对响应值而得到的化合物的有效碳原子数即为有效碳数（Effective Carbon Number，ECN）。1962 年，Sternberg 等[12]提出了基于分析物分子结构预测其在FID 的相对响应因子（Relative Response Factor，RRF）的分析 方 法，即ECN 法。Jones[13]和Jorgensen 等[14]对这种方法的有效性进行了验证。范国梁等[15]和Szulejko 等[16]将该方法用于无标准样品的定量检验领域，也取得了良好的应用效果。但是目前国内外均未见采用该方法测定卷烟爆珠中ODO 含量的研究报道。因此，建立卷烟爆珠中ODO 含量的GC-FID 定量方法，探讨ECN 预测RRF 方法在ODO 多组分混合物定量分析中应用的可行性，旨在为卷烟爆珠产品的质量评价提供方法参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

8 种不同加香类型的卷烟爆珠样品，由广西中烟工业有限责任公司提供。

三辛酸甘油酯（≥99%）、十六碳烷（98.5%）（北京百灵威科技有限公司）；三癸酸甘油酯[＞98%，梯希爱（上海）化成工业发展有限公司]；正己烷（色谱纯，上海科醚化学科技有限公司）；ODO[食品级，道勤生物科技（上海）有限公司]。

7697A 顶空自动进样器、7890B 气相色谱仪（配FID 检测器）、7890B/5977A 气相色谱/质谱联用仪、DB-5MS UI毛细管柱（15 m×0.25 mm×0.25 μm）（美国Agilent 公司）；AE163 电子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler-Toledo 公司）；Balston 氢气发生器（美国Parker 公司）。

1.2 方法

1.2.1 标准溶液与内标溶液的配制

采用正己烷作为溶剂，配制三辛酸甘油酯、三癸酸甘油酯和内标正十六烷的单一标准储备液，质量浓度分别为2.5、2.5 和25 mg/mL。参考物质（三辛酸甘油酯或三癸酸甘油酯）系列标准工作溶液的配制：分别移取0.025、0.500、1.000、1.500 和2.000 mL 的参考物质单一标准储备液于10 mL 容量瓶中；加入内标储备液100 µL，以正己烷定容；每级系列标准工作曲线中参考物质的质量分别为0.062 5、1.250 0、2.500 0、3.750 0 和5.000 0 mg。

1.2.2 样品处理和分析

爆珠样品：取1 粒爆珠样品称量，精确至0.1 mg，置于剪裁过的3 mL 塑料吸管中，挤破爆珠后，将含有挤破爆珠的塑料吸管一并放入50 mL 离心管中，加入10 mL 正己烷和100 µL 内标储备液，于1 000 r/min 的转速下涡旋振荡5 min，取约2 mL 上清液进行GC 分析。

含爆珠的滤嘴样品：将卷烟滤嘴拆下后，捏破滤嘴中的爆珠，将滤嘴置于50 mL 离心管中，加入10 mL 正己烷和100 µL 内标储备液，超声萃取60 min，取约2 mL 上清液进行GC 分析。

1.2.3 GC-FID 条件

色谱柱：DB-5MS UI 柱；进样口温度：325 ℃；载气：氦气（99.999%）；恒流模式；柱流速：1.0 mL/min；进样体积：1.0 μL；分流比：25∶1；程序升温：180 ℃保持1 min，以30 ℃/min 升温至300 ℃，保持15 min；总运行时间：20 min；检测器温度：300 ℃；尾吹气：氮气（99.999%），30 mL/min；空气：400 mL/min；氢气：40 mL/min。

1.2.4 GC-MS 条件

GC 条件与1.2.3 节相同。MS 传输线温度：300 ℃；电离方式：电子轰击源（EI）；电离能量：70 eV；离子源温度：280 ℃；四极杆温度：150 ℃；检测方式：全扫描监测模式（SCAN）；扫描范围：29～600 amu。

1.2.5 定量分析

分别以三辛酸甘油酯和三癸酸甘油酯作为参考物质（Reference Compound，RM），按照公式（1）计算获得ODO 各组分单位摩尔质量相对响应因子（RRFi）。

式中：R RFi为分析物i 单位摩尔质量相对响应因子；MWi为分析物i 摩尔质量，g/mol；MWR为参考物质摩尔质量，g/mol；ECNR为参考物质的有效碳数（表4）；ECNi为分析物i 的有效碳数。

以正十六烷为内标，采用内标法计算ODO 总量，按照公式（2）计算：

式中：wODO为ODO 总量，mg；RRFi为分析物i单位摩尔质量相对响应因子；Ai为样品中分析物i响应峰面积；AIS（i）为样品中内标物响应峰面积；kR为参考物质标准工作曲线斜率。

2 结果与讨论

2.1 ODO 各组分的定性

ODO 混合物可能包括7 大类组分[17]，除了三辛酸甘油酯和三癸酸甘油酯之外，其他5 类物质均至少存在2 种以上同分异构体，ODO 各组分如表1 所示。按照1.2 节方法对食品添加剂ODO 的正己烷稀释溶液进行检测，得到ODO 的色谱图（图1），确定了ODO 混合物各组出峰顺序和保留时间。采用相同的气相色谱条件，对ODO 混合物进行GC-MS 全扫描分析，所有组分的质谱图见图2。可以看出，在食品添加剂ODO 中，甘油三酯的色谱峰（三辛酸甘油酯、单癸酸二辛酸甘油酯、单辛酸二癸酸甘油酯和三癸酸甘油酯）在FID 上响应值较高，而甘油二酯（二辛酸甘油酯、单辛酸癸酸甘油酯、二癸酸甘油酯）含量较低。

表1 辛,癸酸甘油酯化合物信息Tab.1 Information of ODO components

图1 辛,癸酸甘油酯气相色谱图Fig.1 Gas chromatogram of ODO obtained by GC-FID

图2 辛,癸酸甘油酯检出组分的质谱图Fig.2 Mass spectrogram for detectable components in ODO

2.2 超声萃取时间的优化

直接将滤嘴中爆珠捏破并进行萃取时，为了保证将爆珠中的辛,癸酸甘油酯萃取完全，对超声萃取的时间进行了优化，结果见图3。可以看出，当超声萃取60 min 后，基本达到萃取平衡。

图3 超声时间对辛,癸酸甘油酯提取量的影响Fig.3 Influence of ultrasonic time on extraction efficiency of ODO

2.3 ECN 和RRF 的计算

本研究中，按照ECN 计算规则[18]对ODO 各ECN 进行了计算。ODO 各组分化合物存在的官能团包括酯和醇两种。其中，酯对ECN 的影响为-1.25；伯醇、仲醇、叔醇对ECN 的影响分别为-0.60、-0.75、-0.25。考虑到甘油二酯会存在伯醇和仲醇两种同分异构体的情况，为简化定量处理，将伯醇和仲醇对碳数影响的平均值（-0.675）作为醇对ODO 碳数的影响值。得到的ODO 各化合物ECN 值见表2。分别以三辛酸甘油酯和三癸酸甘油酯作为参考物质，按照1.2 节公式（1）计算所获得的ODO 各组分单位摩尔质量相对响应因子（RRFi），如表3 所示，化合物结构与参考物质越接近，则RRFi的值越接近1.00。

2.4 参考物质的标准工作曲线

取5 级系列标准工作溶液进行GC-FID 分析，以各标准工作溶液中参考物质峰面积AR与内标物峰面积AIS（R）之比为纵坐标，以各标准工作溶液中参考物质的含量（mg）为横坐标，绘制参考物质的标准工作曲线（强制过原点）。标准工作曲线的拟合结果（图4）表明，参考物质在0～0.5 mg/mL 浓度范围内均具有良好的线性关系，R2大于0.997。三辛酸甘油酯和三癸酸甘油酯参考物质标准工作曲线斜率（kR）分别为0.307 2 和0.316 7。

表2 辛,癸酸甘油酯化合物ECN 值Tab.2 Calculation of ECN for separated components from ODO

表3 辛,癸酸甘油酯各组分RRFi值Tab.3 Calculation of RRFi for separated components from ODO

图4 参考物质标准工作曲线Fig.4 Calibration curves of reference compounds

2.5 食品添加剂ODO 含量的验证

以食品添加剂ODO 作为研究对象，分别准确移取0.25、0.50、1.00 mL 的19.91 mg/mL ODO 正己烷溶液于3 个10 mL 容量瓶中，再分别添加100 μL内标溶液，定容后得到低、中、高3 个不同浓度水平的ODO 稀释溶液。按照1.2 节GC-FID 检测条件进行仪器分析，每个浓度水平下平行测定3 次，获得的Ai和AIS（i）如表4 所示。按照1.2 节公式（2）计算ODO 总含量，从定量结果（表5）可以看出，当采用三辛酸甘油酯和三癸酸甘油酯作为参考物质时，3 个含量水平ODO 总量计算结果与配制溶液实际浓度的相对偏差小于3.5%。可见，采用GC-FID 有效碳数预测相对响应因子内标法对ODO 各组分进行定量分析具有可行性。

表4 3 个浓度下辛,癸酸甘油酯色谱峰面积检测结果（n=3）Tab.4 Determination results of peak areas of ODO detected at three concentrations levels（n=3）

表5 3 个浓度下辛,癸酸甘油酯含量检测结果Tab.5 Determination results of ODO contents at three concentration levels

2.6 卷烟爆珠中ODO 定量检测的方法学评价

按照1.2 节样品前处理条件，以食品添加剂ODO 为加标物，对实际卷烟爆珠样品进行3 水平加标回收率和精密度实验，每个加标水平重复测定5 次，回收率和精密度结果如表6 所示。可以看出，在采用三辛酸甘油酯或三癸酸甘油酯作为参考物质的条件下，卷烟爆珠中ODO 含量的加标回收率在98.0%～108.0%之间，RSD≤2.0%。通过逐级稀释标准样品溶液，并按信噪比S/N=10 计算得到分析方法ODO 各组分的定量限（LOQ）为0.05 mg/mL。

表6 方法回收率和精密度①（n=5）Tab.6 Recovery and accuracy of this method（n=5） （%）

2.7 实际样品检测结果

对广西中烟工业有限责任公司所提供的8 个卷烟爆珠样品进行检测，结果如表7 所示。实际样品检测结果表明：8 个卷烟爆珠中均检出了ODO，含量在23%～87%之间；在卷烟爆珠ODO 各组分中，甘油三酯4 个组分的含量占比在93%以上，甘油二酯3 个组分占ODO 总量的6%左右；分别以三辛酸甘油酯和三癸酸甘油酯为参考物质时，所得辛,癸酸甘油酯含量的一致性较好，平均相对偏差≤2.5%。

表7 卷烟爆珠实际样品检测结果Tab.7 Results of ODO content in breakable capsules in commercial cigarette samples （%）

3 结论

建立了ODO 各组分以及卷烟爆珠中ODO 含量的GC-FID 定量分析方法，结果表明基于分析物ECN 预测RRF 法定量分析ODO 混合物组分是可行的。本方法仅需要采用三辛酸甘油酯或三癸酸甘油酯作为参考物质，解决了ODO 混合物多组分标准品不易获得的问题；在0～0.5 mg/mL 范围内，工作曲线的R2＞0.997，加标回收率为98.0%～108.0%，RSD≤2.0%，ODO 各组分的LOQ 为0.05 mg/mL。8 个不同加香类型爆珠样品中ODO 含量为23%～87%，其中甘油三酯占比在93%以上，甘油二酯占比在6%左右；采用两种参考物质的计算结果的一致性良好。本方法前处理简单、测定结果准确，可为食品添加剂ODO 组分定量，以及卷烟爆珠相关质量分析提供方法参考。