黃延俊，蘇明亮，張建平，許寒春，劉澤春，王曉瑜，孫培健，聶 聰，謝 衛(wèi)*，黃朝章*

(1.福建中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心,福建 廈門 361021;2.中國煙草總公司鄭州煙草研究院,河南 鄭州 450001)

隨著消費(fèi)者對健康的關(guān)注以及消費(fèi)行為的改變，細(xì)支卷煙產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)銷售成為我國煙草行業(yè)發(fā)展的趨勢[1]。相對于常規(guī)卷煙而言，細(xì)支卷煙通常指圓周小于24 mm的煙支，目前市面上的細(xì)支卷煙以圓周17 mm的煙支為主。歸因于圓周的減少，細(xì)支卷煙的橫截面積也隨之變小，比如17 mm卷煙的橫截面積僅為24 mm卷煙的一半，使得在正常抽吸條件下，通過細(xì)支卷煙的氣體流速高于常規(guī)卷煙。氣流狀態(tài)的改變導(dǎo)致卷煙燃燒狀況、成分輸送規(guī)律發(fā)生變化[2]，因此即使用相同的煙草配方，卷煙的抽吸感受也會(huì)發(fā)生明顯變化。因而，卷煙圓周的改變要求制造廠商對煙草配方和加工工藝也作出相應(yīng)的調(diào)整。

樹苔屬于松蘿科扁枝衣屬的地衣植物，其提取物具有獨(dú)特的青滋香韻和濃郁的樹脂氣息，留香比較持久，是重要的天然香料[3-4]。樹苔凈油和浸膏是GB 2760-2014[5]規(guī)定允許使用的食品用天然香料，將其應(yīng)用于卷煙加香后，可掩蓋煙草雜氣和泥土氣息，明顯增加煙氣濃度，且能改善口腔和喉部的舒適感，在煙用香精的調(diào)配中起著重要作用[6]。

樹苔香味物質(zhì)的分析以氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法為主[7-8]，對于不揮發(fā)的成分則可借助高效液相色譜[9]或高效液相色譜-質(zhì)譜法[10-11]進(jìn)行，然而對于煙草中樹苔香味物質(zhì)的測試則未見報(bào)道。為了研究樹苔香味物質(zhì)在不同圓周卷煙中的遷移規(guī)律，本研究采用氣相色譜-質(zhì)譜對含有復(fù)雜基質(zhì)[12-14]的煙絲和煙氣中的樹苔香味物質(zhì)進(jìn)行檢測。所建立的方法定性定量準(zhǔn)確、抗基質(zhì)干擾強(qiáng)、檢測靈敏度高、穩(wěn)定性好，可用于評價(jià)香味成分向卷煙煙氣的遷移，從而為卷煙產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供有效的數(shù)據(jù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

TRACE1310氣相色譜+ISQ LT四極桿質(zhì)譜(美國Thermo公司)；RM200轉(zhuǎn)盤型吸煙機(jī)(德國Borgwaldt KC公司)；ML204電子天平(感量0.000 1 g，瑞士Metler Toledo公司)；Elmasonic S300超聲波萃取儀(德國Elma公司)；2-16P離心機(jī)(德國Sigma公司)；TurboVap II氮吹儀(瑞典Biotage公司)；Milli-Q超純水機(jī)(美國Millipore公司)。

乙酸苯乙酯(標(biāo)準(zhǔn)品)、3，5-二羥基甲苯(苔黑酚，純度98%)、3-甲氧基-5-甲基苯酚(苔黑酚單甲醚，97%)、鹽酸(37%)、乙酸乙酯(色譜純)，購于百靈威公司；2，4-二羥基-3，6-二甲基苯甲酸甲酯(β-苔黑酚羧酸甲酯，>98%，美國Sigma Aldrich公司)；2，4-二羥基-6-甲基苯甲酸乙酯(苔黑酚羧酸乙酯，98%)、十六酸乙酯(97%)購于日本TCI公司；無水硫酸鈉、氯化鈉、二氯甲烷、正己烷、甲苯、甲醇(分析純，國藥控股股份有限公司)；純水(自制，符合GB/T 6682-2008[15]中一級水的要求)。卷煙SFM(圓周17 mm)、XHM(圓周17 mm)、YFM(圓周24 mm)、對照卷煙(不添加香精，圓周24 mm)、煙用樹苔香精由福建中煙工業(yè)有限責(zé)任公司提供。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

分別準(zhǔn)確移取一定體積的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(苔黑酚單甲醚、苔黑酚、β-苔黑酚羧酸甲酯、十六酸乙酯、苔黑酚羧酸乙酯)和內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備溶液(乙酸苯乙酯)至50 mL容量瓶中，用乙酸乙酯定容，得其濃度范圍為0.02～1.00 μg/mL的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，內(nèi)標(biāo)濃度為0.22 μg/mL。

稱取約1.0 g對照卷煙煙絲，用20 mL乙酸乙酯萃取，萃取液用10 mL飽和食鹽水和0.5 mL 5%鹽酸洗滌，經(jīng)無水硫酸鈉干燥后，用0.45 μm PTFE濾膜過濾，得到煙絲基質(zhì)溶液。分別移取2.0 mL煙絲基質(zhì)溶液至氮吹瓶中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下吹掃至近干，再加入系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，搖勻，靜置，得到煙絲基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)溶液。

使用轉(zhuǎn)盤型吸煙機(jī)按照GB/T 19609-2004的方法[16]抽吸20支對照卷煙，采用劍橋?yàn)V片捕集總粒相物。濾片用40 mL乙酸乙酯萃取，萃取液用10 mL飽和食鹽水和0.5 mL 5%鹽酸洗滌，經(jīng)無水硫酸鈉干燥后，用0.45 μm PTFE濾膜過濾，得到煙氣基質(zhì)溶液。分別移取2.0 mL煙氣基質(zhì)溶液至氮吹瓶中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下吹掃至近干，再加入系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，搖勻，靜置，得到煙氣基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.3 樣品前處理

稱取約1.0 g樣品卷煙煙絲，用20 mL含內(nèi)標(biāo)(乙酸苯乙酯0.22 μg/mL)的乙酸乙酯萃取，萃取液用10 mL飽和食鹽水和0.5 mL 5%鹽酸洗滌，經(jīng)無水硫酸鈉干燥后，用0.45 μm PTFE濾膜過濾，得到待測煙絲溶液。

使用轉(zhuǎn)盤型吸煙機(jī)按照文獻(xiàn)[16]抽吸20支樣品卷煙，用φ92 mm劍橋?yàn)V片捕集總粒相物。濾片用40 mL含內(nèi)標(biāo)(乙酸苯乙酯0.22 μg/mL)的乙酸乙酯萃取，萃取液用10 mL飽和食鹽水和0.5 mL 5%鹽酸洗滌，經(jīng)無水硫酸鈉干燥后，用0.45 μm PTFE濾膜過濾，得到待測煙氣溶液。

1.4 色譜-質(zhì)譜條件

色譜柱：J&W DB-1701毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；進(jìn)樣口溫度：250 ℃；進(jìn)樣量：1.0 μL；分流比：10∶1；載氣：He，1.5 mL/min；程序升溫：起始溫度為60 ℃，保持2 min，以 4 ℃/min升至240 ℃，保持1 min，再以20 ℃/min升至260 ℃，保持5 min；離子源：EI；電子能量：70 eV；傳輸線溫度：250 ℃；離子源溫度：250 ℃；溶劑延遲：8 min；質(zhì)量掃描范圍：45～300 amu；采用SCAN和SIM同時(shí)掃描，NIST標(biāo)準(zhǔn)譜庫進(jìn)行檢索定性。

圖1 5個(gè)目標(biāo)物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(1.0 mg/L)的總離子流色譜圖

2 結(jié)果與討論

2.1 目標(biāo)成分的確定及色譜-質(zhì)譜條件的選擇

考察了某煙用樹苔香精，鑒定出苔黑酚、苔黑酚單甲醚、β-苔黑酚羧酸甲酯、苔黑酚羧酸乙酯和十六酸乙酯等主要成分，其中苔黑酚、β-苔黑酚羧酸甲酯和苔黑酚羧酸乙酯3個(gè)成分含量較高且均為樹苔的特征成分[4,17-18]；苔黑酚單甲醚含量較低，但其與β-苔黑酚羧酸甲酯的混合物可以模擬天然苔香氣息[6]；十六酸乙酯雖不是樹苔特征成分，然而其含量較高且結(jié)構(gòu)與以上4種化合物有較大區(qū)別，可作為考察遷移的參考成分。因此，選擇以上5個(gè)成分作為目標(biāo)物。如圖1所示，在“1.4”條件下5個(gè)目標(biāo)物的色譜峰分離完全，峰形對稱且尖銳，表明適合于氣相色譜-質(zhì)譜分析。5個(gè)目標(biāo)化合物和內(nèi)標(biāo)的保留時(shí)間及特征離子如表1所示。

表1 5個(gè)目標(biāo)物和內(nèi)標(biāo)的監(jiān)測條件Table 1 Monitoring conditions for 5 flavoring compounds and the internal standard

圖2 不同溶劑對煙氣(A)和煙絲(B)中目標(biāo)物的萃取效率

2.2 前處理?xiàng)l件的優(yōu)化

2.2.1萃取方式的選擇蒸餾萃取法具有信息豐富、譜圖干凈、定性準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)[19]，但由于萃取時(shí)間較長、溫度較高且萃取環(huán)境開放，因而容易造成香味成分失真。相比而言，溶劑提取法的操作簡便快捷，重現(xiàn)性好，適合作為本研究中煙絲和煙氣分析的共同前處理方法。

2.2.2萃取溶劑的選擇由于所選目標(biāo)物均為芳香環(huán)化合物或脂肪酸酯類化合物，因此考察了親油溶劑乙酸乙酯、正己烷、二氯甲烷、甲苯以及親水溶劑甲醇的萃取效率。將混合標(biāo)準(zhǔn)溶液添加于對照卷煙煙絲和煙氣中，其萃取液經(jīng)無水硫酸鈉干燥后直接進(jìn)樣。以二氯甲烷為基準(zhǔn)，使用不同溶劑萃取液中目標(biāo)物與內(nèi)標(biāo)的峰面積比(ASol/ADCM)來比較溶劑的萃取效率(圖2)。結(jié)果顯示，正己烷的萃取效率最低，甲醇對小分子量的苔黑酚單甲醚和苔黑酚有較好的親和性，甲苯對較大分子量的β-苔黑酚羧酸甲酯、苔黑酚羧酸乙酯和十六酸乙酯有較好的親和性。乙酸乙酯則可以較好地萃取5個(gè)目標(biāo)物，因此實(shí)驗(yàn)選擇乙酸乙酯作為最佳萃取溶劑。

表2 5種目標(biāo)物在煙絲和煙氣中的基質(zhì)效應(yīng)Table 2 Matrix effects of 5 analytes in cut tobacco and tobacco smoke

2.2.3萃取時(shí)間的選擇考察了萃取超聲時(shí)間分別為5、10、15、20、25、30 min時(shí)，煙絲和煙氣中5種目標(biāo)物的萃取量。結(jié)果表明，隨著萃取時(shí)間的增加，煙絲中5種目標(biāo)物20 min時(shí)達(dá)到萃取平衡，此后隨著萃取時(shí)間的延長，目標(biāo)物的萃取量不再增加；而煙氣的5種目標(biāo)物15 min即可達(dá)到萃取平衡，繼續(xù)增加萃取時(shí)間，目標(biāo)物的萃取量幾乎無變化。因此，選擇煙絲和煙氣的最佳萃取時(shí)間分別為20 min和15 min。

2.3 基質(zhì)的影響

基質(zhì)效應(yīng)是采用質(zhì)譜進(jìn)行煙草分析時(shí)必須考慮的問題。本文通過對比純品的標(biāo)準(zhǔn)溶液與添加基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)溶液的信號差異，來考察基質(zhì)效應(yīng)。對于每一種目標(biāo)物，用0.1、0.2、0.5 μg/mL 3個(gè)水平下的基質(zhì)溶液中的峰面積響應(yīng)之和與相對應(yīng)的3個(gè)水平下純?nèi)軇┡渲频臉?biāo)準(zhǔn)溶液中的峰面積響應(yīng)之和的比值來考察基質(zhì)效應(yīng)[20]。由表2可知，煙絲和煙氣對目標(biāo)物均存在基質(zhì)增強(qiáng)效應(yīng)，由于煙氣較煙絲更為復(fù)雜，因此增強(qiáng)效應(yīng)尤其明顯，如β-苔黑酚羧酸甲酯和苔黑酚羧酸乙酯在煙氣中的信號分別約為純?nèi)軇┲械?.5倍和4.1倍，若不加以修正，將嚴(yán)重影響定量結(jié)果。為減小基質(zhì)效應(yīng)的影響，通常按照樣品前處理步驟提取不含目標(biāo)化合物的“空白”樣品，并將提取液與標(biāo)準(zhǔn)品溶液混合，做成基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)工作溶液(Matrix matched calibration solution)對基質(zhì)效應(yīng)進(jìn)行校正[21-22]。

2.4 方法驗(yàn)證

2.4.1工作曲線、檢出限及定量下限按照“1.2”方法配制5個(gè)目標(biāo)物的基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)溶液，以目標(biāo)組分與內(nèi)標(biāo)的峰面積比(y)，對質(zhì)量濃度(x,mg/L)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果見表3。5個(gè)目標(biāo)物在不同基質(zhì)中均具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)(r2)不低于0.996 8。采用優(yōu)化方法，分別在煙絲和煙氣基質(zhì)中對5個(gè)目標(biāo)物進(jìn)行加標(biāo)實(shí)驗(yàn)，分別按信噪比(S/N)為3和10計(jì)算檢出限和定量下限，煙絲基質(zhì)中的檢出限和定量下限分別為0.79～3.0 ng/mL和2.6～10.0 ng/mL，煙氣基質(zhì)中的檢出限和定量下限分別為0.60～2.9 ng/mL和2.0～9.6 ng/mL。以樹苔香精在煙絲中的正常添加量0.005%[6]、成分向煙氣中遷移10%計(jì)算，本方法能滿足對卷煙煙絲和煙氣中5個(gè)微量目標(biāo)物的檢測要求。

2.4.2回收率與精密度選取空白煙絲和煙氣樣品，分別添加低、中、高(煙絲0.5、1.0、2.5 μg/cig和煙氣0.1、0.2、0.5 μg/cig) 3個(gè)水平的標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照本方法進(jìn)行加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)，每一濃度樣品平行測定6次，結(jié)果見表4。在不同加標(biāo)水平下，煙絲中5種目標(biāo)物的平均回收率為90.5%～103%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為2.3%～12%；煙氣中5種目標(biāo)物的平均回收率為85.6%～104%，RSDs為1.6%～9.3%。說明該方法的準(zhǔn)確度及精密度較好。

表3 煙絲和煙氣中5種目標(biāo)物的線性方程、檢出限及定量下限Table 3 Linear equations,detection limits(LODs) and quantitation limits(LOQs) of 5 analytes in cut tobacco and tobacco smoke

表4 煙絲和煙氣中5種目標(biāo)物的加標(biāo)回收率及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=6)Table 4 Spiked recoveries and RSDs of 5 analytes in cut tobacco and tobacco smoke(n=6)

2.5 實(shí)際樣品的測定及遷移率的比較

以圓周17 mm的卷煙(SFM和XHM)以及24 mm的卷煙(YFM)為例，測試了其目標(biāo)成分的含量，并比較了成分從煙絲到煙氣的遷移情況，結(jié)果如表5所示。3個(gè)卷煙中均未測出苔黑酚單甲醚，SFM中檢出少量的苔黑酚，但煙氣中未檢出，另外3個(gè)成分在不同卷煙中的含量不等；遷移率方面，3個(gè)卷煙不同成分的遷移率范圍為8.8%～45.5%,β-苔黑酚羧酸甲酯和苔黑酚羧酸乙酯的分子結(jié)構(gòu)相近，因此遷移率接近，十六酸乙酯因沸點(diǎn)較低而具有較高的遷移率。

表5 不同卷煙煙絲和煙氣中目標(biāo)物含量及遷移率的比較Table 5 Comparison of 5 analyte contents in cut tobacco and tobacco smoke of selected cigarettes and their corresponding migration ratios

* no detected

為滿足不同的消費(fèi)需求，卷煙采用差異化的設(shè)計(jì)參數(shù)(表6)，如同樣是圓周17 mm的卷煙，SFM的濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率分別為51.1%和58.8%，XHM的濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率分別為22.5%和33.4%，較大的通風(fēng)率使得卷煙煙氣被稀釋，減少了成分從煙絲向煙氣的遷移；比較了圓周17 mm和24 mm的卷煙，SFM和YFM的濾嘴通風(fēng)差異顯著(51.1%和8.31%)，但二者成分的遷移率差異卻不及SFM和XHM(見表5)，這可能與卷煙圓周密切相關(guān)，因?yàn)榧?xì)支卷煙的氣體流速大于粗支卷煙，通過調(diào)節(jié)濾嘴通風(fēng)可以改變煙支的氣體流速，從而顯著改變成分的遷移率。

表6 3個(gè)規(guī)格卷煙的煙支物理指標(biāo)Table 6 Physical parameters of SFM,XHM and YFM

3 結(jié) 論

本文建立了一種溶劑萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜測定卷煙煙絲和煙氣中5種目標(biāo)物的分析方法，并用于評價(jià)細(xì)支卷煙中樹苔香味物質(zhì)的遷移情況。5種目標(biāo)物在所配制濃度范圍內(nèi)線性良好(r2>0.996),檢出限為0.60～3.0 ng/mL，平均加標(biāo)回收率為85.6%～104%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.6%～12%。該方法操作簡便、靈敏度高、檢測結(jié)果準(zhǔn)確，并有效克服了煙草基質(zhì)的影響，所測試卷煙中成分的遷移率為8.8%～45.5%。相關(guān)數(shù)據(jù)為細(xì)支卷煙的設(shè)計(jì)提供了有力支持。