一种基于烟碱含量的烟支梗丝率的测定方法

技术领域

本发明属于卷烟测试的技术领域，涉及一种基于烟碱含量的烟支梗丝率的测定方法。

背景技术

卷烟精细化生产是烟草行业的重点工作内容，卷烟叶组配方中使用的既有叶丝，也有梗丝和薄片丝，烟草原料混合实际上是通过物理组分混合达到各种化学成分的均匀一致，从而保证消费者评吸的感官质量一致性。在各种掺配物中，梗丝的掺配比例较高，因此，准确预测烟支梗丝率，能够客观、准确地评价烟支间梗丝分布的均匀性，对于控制包括感官质量在内的卷烟产品内在品质的稳定性具有重要意义。

综合文献调研，发现卷烟配方中掺配小比例梗丝时,经常会出现烟支中梗丝分布不均匀且与梗丝掺配理论比例相差较大的情况，从而造成同批卷烟内在质量不稳定，影响卷烟感官质量。因此，梗丝比例均匀对于烟支质量稳定至关重要。目前国内外关于烟丝掺配均匀性的测定和评价尚无统一标准。传统方法主要是从物理密度、烟草化学特征值、烟气化学等方面对烟丝掺配的均匀程度进行评价，上述方法普遍存在精度低、处理过程复杂、误差较大，无法科学高效地反映实际烟丝掺配均匀性。因此有必要建立更加准确、高效、绿色、可操作性强的烟丝掺配均匀性评价方法。研究发现近年来在评价烟丝中梗丝掺配均匀性研究方面有一些报道，研究对象主要是掺配后的成品烟丝，较少涉及烟支的梗丝分布均匀性。

申请号为201310067515.9的发明专利公开了“一种测定再造梗丝掺配均匀性的方法”。该方法将再造梗丝、叶丝、待测样品及样品盒烘干称重，浸泡后再烘干称重，通过多组测定，建立掺配比例与损失率曲线，从而测得再造梗丝掺配均匀性。

申请号为201210324792.9的发明专利公开了“一种烟丝中梗丝比例的测定方法”。通过密度差，采用有机溶剂将梗丝从烟丝中分离，并对其进行烘干称重后，计算烟丝中梗丝的比例。该方法操作简单，为烟丝中梗丝比例测定提供了一种可行的方法。

申请号为201310169230.6的发明专利公开了“一种表征叶丝、膨胀丝和梗丝掺配均匀性的方法”。通过制备不同掺配比例的混合烟丝的标准样品，测定其填充值和碎丝率，关联掺配比例和填充值、碎丝率，采用多元线性回归的方法建立数学模型，测定混合后的待测烟丝的填充值和碎丝率，依据数学模型预测掺配比例，进而表征掺配烟丝的均匀性。该方法简单易操作，成本低，准确快速。

申请号为201811098249.5的发明专利公开了“一种快速估算烟支中烟丝的梗丝实掺比例的方法”。通过测定叶丝、梗丝中钾和氯含量，计算出掺配混合物料中钾和氯含量，通过准确测试烟支中烟丝的钾和氯含量，计算出烟丝中梗丝实际占比，并进行可信度判定，取其平均值作为烟支中梗丝实际占比。该方法无需建模，简单快速。

申请号为201811097882.2的发明专利公开了“一种跑条丝中的梗丝实掺比例的快速测定方法”。通过测试得出叶丝和梗丝中的烟碱和氯含量，按掺配比例计算掺配后烟丝中烟碱和氯的含量，通过测试得出跑条丝中烟碱和氯的含量，计算出跑条丝中梗丝的实际占比，并进行可信度判定，其平均值作为烟支中梗丝实际占比。

文献1(邹泉，赵云川，廖晓祥等，《烟草科技》，2015年第10期)报道了一种微波膨胀梗丝在卷烟中的掺配均匀性评价方法，从混合均匀度分析、烟支密度标准偏差法分析、主流烟气移动极差法分析3方面，实现对微波膨胀梗丝在烟支中的掺配均匀性的综合评价。

文献2(杜启云，蔡继宝，陈广平等，《化学工程与装备》，2010年第5期)报道了化学常规指标评价烟丝掺配均匀性的研究方法，通过将叶丝、梗丝和薄片丝的配比与总糖、总植物碱、氯、钾、总氮和挥发碱等化学成分的基础数据进行关联，建立数学模型，表征叶丝、梗丝和薄片丝的掺配均匀性。

上述专利和文献中梗丝掺配均匀性的评价方法包含物理及化学指标的方法，其中，浮选法、称重法等物理方法，简单快速，但存在灵敏度低准确性差等问题；化学特征值、烟气分析等方法，存在分析过程复杂，可操作性差，或仅靠理论计算，难以反映实际掺配结果等不足。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于烟碱含量的烟支梗丝率的测定方法，从而实现对成品烟支梗丝率的科学准确测定，以及烟支中梗丝分布均匀性的快速评价，为准确判定成品烟支的质量稳定性提供科学依据。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于烟碱含量的烟支梗丝率的测定方法，包括：将卷烟样品中的烟支烟丝平衡后粉碎过筛获得的烟丝粉末，加入溶剂和内标溶液进行微波辅助萃取后获得样品溶液，再将样品溶液采用气相色谱质谱法进行测定，确定样品溶液中烟碱/内标物的色谱峰面积比，再以烟碱/内标物的色谱峰面积比与烟支梗丝率之间的线性关系，确定卷烟样品中的烟支梗丝率。

较佳地，所述卷烟样品中的烟支烟丝为将每支烟的卷烟纸沿中线划开并剥落后获得的烟丝。

较佳地，所述平衡的温度为(22±1)℃，所述平衡的相对湿度为(60±3)％，所述平衡的时间(48±1)h。

较佳地，所述粉碎为采用研磨机磨碎成末。

较佳地，所述过筛为过38-42目标准筛。优选地，所述标准筛的目数为40目。

较佳地，所述过筛后的粉末样品避光密封保存。

较佳地，所述溶剂为甲醇。

较佳地，所述内标溶液为乙酸苯乙酯的甲醇溶液。

优选地，所述乙酸苯乙酯的甲醇溶液为30-50mg/mL乙酸苯乙酯的甲醇溶液。更优选地，所述乙酸苯乙酯的甲醇溶液为40mg/mL乙酸苯乙酯的甲醇溶液。

较佳地，所述烟丝粉末加入的质量与溶剂加入的体积之比为0.2:5-15，g/mL。更优选地，所述烟丝粉末加入的质量与溶剂加入的体积之比为0.2:10，g/mL。

较佳地，所述烟丝粉末加入的质量与内标溶液加入的体积之比为0.2:0.05-0.15，g/mL。更优选地，所述烟丝粉末加入的质量与内标溶液加入的体积之比为0.2:0.1，g/mL。

较佳地，所述微波辅助萃取的萃取条件为：萃取功率为750-850W，萃取温度为90-110℃，萃取时间为15-25min。优选地，所述微波辅助萃取的萃取条件为：萃取功率为800W，萃取温度为100℃，萃取时间为20min。

较佳地，所述微波辅助萃取后将获得的样品溶液冷却，取上层清液过滤，避光放置待用。

优选地，所述冷却至室温且静置。所述室温为20-30℃。

优选地，所述过滤为滤膜过滤，所述滤膜为0.22μm有机滤膜。

较佳地，所述采用气相色谱质谱法进行测定，包括以下步骤：

1)配制梗丝参比标准溶液：取卷烟叶丝和梗丝分别平衡后粉碎过筛，在叶丝粉末中加入梗丝粉末混合后获得烟丝粉末，再加入溶剂和内标溶液进行微波辅助萃取后获得已知烟支梗丝率的梗丝参比标准溶液；

2)样品检测：采用气相色谱质谱法分别检测梗丝参比标准溶液和样品溶液，比较保留时间进行定性，采用内标标准曲线法进行定量，确定梗丝参比标准溶液和样品溶液中烟碱/内标物的色谱峰面积比，再根据梗丝参比标准溶液中烟碱/内标物的色谱峰面积比与烟支梗丝率之间的线性关系，确定样品溶液中的烟支梗丝率。

优选地，步骤1)中，所述平衡的温度为(22±1)℃，所述平衡的相对湿度为(60±3)％，所述平衡的时间(48±1)h。

优选地，步骤1)中，所述粉碎为采用研磨机磨碎成末。

优选地，步骤1)中，所述过筛为过38-42目标准筛。更优选地，所述标准筛的目数为40目。

优选地，步骤1)中，所述烟支梗丝率的范围为17±5％。所述烟支梗丝率为每支卷烟中梗丝质量占烟丝质量的百分比。

优选地，步骤1)中，多个所述烟丝粉末中，梗丝加入质量按烟支梗丝率的范围以1％梯度递增。

优选地，步骤1)中，所述混合为将叶丝粉末与梗丝粉末充分振荡至混合均匀。

优选地，步骤1)中，所述混合后的烟丝粉末避光密封保存。

优选地，步骤1)中，所述溶剂为甲醇。

优选地，步骤1)中，所述内标溶液为乙酸苯乙酯的甲醇溶液。烟草中不含有乙酸苯乙酯。

优选地，所述乙酸苯乙酯的甲醇溶液为30-50mg/mL乙酸苯乙酯的甲醇溶液。更优选地，所述乙酸苯乙酯的甲醇溶液为40mg/mL乙酸苯乙酯的甲醇溶液。

优选地，步骤1)中，所述烟丝粉末加入的质量与溶剂加入的体积之比为0.2:5-15，g/mL。更优选地，所述烟丝粉末加入的质量与溶剂加入的体积之比为0.2:10，g/mL。

优选地，步骤1)中，所述烟丝粉末加入的质量与内标溶液加入的体积之比为0.2:0.05-0.15，g/mL。更优选地，所述烟丝粉末加入的质量与内标溶液加入的体积之比为0.2:0.1，g/mL。

优选地，步骤1)中，所述微波辅助萃取的萃取条件为：萃取功率为750-850W，萃取温度为90-110℃，萃取时间为15-25min。优选地，所述微波辅助萃取的萃取条件为：萃取功率为800W，萃取温度为100℃，萃取时间为20min。

更优选地，所述微波辅助萃取后将获得的样品溶液冷却，取上层清液过滤，避光放置待用。

更优选地，所述冷却至室温且静置。所述室温为20-30℃。

更优选地，所述过滤为滤膜过滤，所述滤膜为0.22μm有机滤膜。

优选地，步骤2)中，所述气相色谱质谱法中，所述气相色谱的测定条件为：

色谱柱：HP-5MS毛细管色谱柱(30m×0.25mm id×0.25μm df)；进样口温度：270-290℃，优选为280℃；进样量：1.0-10.0μL，优选为1.0μL；载气：高纯氦气，载气纯度≥99.999％；载气流速：恒流流速，0.5-1.5ml/min，优选为1.0ml/min；分流比：90-110：1，优选为100：1。

优选地，步骤2)中，所述气相色谱质谱法中，所述气相色谱的升温程序为：初始温度55-65℃保持1-3min，以7-9℃/min的速率升至270-290℃保持7-9min。

更优选地，所述气相色谱的升温程序为：初始温度60℃保持2min，以8℃/min的速率升至280℃保持8min。

优选地，步骤2)中，所述气相色谱质谱法中，所述质谱的测定条件为：

电离方式：电子轰击(EI)离子源；电离能量：70eV；离子源温度：225-235℃，优选为230℃；四级杆温度：145-155℃，优选为150℃；传输线温度：275-285℃，优选为280℃；溶剂延迟：3-5min，优选为4min；扫描方式：全扫描(TIC)定性，选择离子监视(SIM)定量。

更优选地，所述质谱测定中选择的定量离子为：烟碱84.1、内标物91.0；所述质谱测定中选择的辅助定量离子分别为：烟碱133.1、内标物104.0。

优选地，步骤2)中，所述内标标准曲线法包括以下步骤：

A)按步骤1)制备一系列具有不同烟支梗丝率的梗丝参比标准溶液，分别进行GC-MS检测，以获得烟碱/内标物的色谱峰面积比与相应烟支梗丝率的线性关系，绘制相应的标准工作曲线，计算得到梗丝参比标准溶液的标准工作曲线的回归方程；

B)将样品溶液进行GC-MS检测，将获得的样品溶液中烟碱/内标物的色谱峰面积比，代入步骤A)中梗丝参比标准溶液的标准工作曲线的回归方程，计算得到样品溶液中的烟支梗丝率。

更优选地，所述标准工作曲线中，以烟碱与内标的色谱峰面积比为纵坐标(Y轴)，其相应烟支梗丝率为横坐标(X轴)。

上述烟碱/内标物的色谱峰面积比与烟支梗丝率之间具有线性关系的机理为：卷烟的烟支烟丝中梗丝和叶丝的烟碱含量差异较大且比例较为稳定，从而保证特定烟支梗丝率的烟丝中烟碱含量稳定；而不同烟支梗丝率的烟支烟丝中，梗丝和烟丝的含量成线性比例变化，即随着烟支梗丝率变化，则烟碱含量成比例变化，所以烟支梗丝率与烟碱含量成线性关系；而烟碱含量与烟碱/内标物的色谱峰面积比之间具有线性关系，从而获得烟碱/内标物的色谱峰面积比与烟支梗丝率之间具有线性关系。

如上所述，本发明提供的一种基于烟碱含量的烟支梗丝率的测定方法，具有以下有益效果：

(1)本发明提供的一种基于烟碱含量的烟支梗丝率的测定方法，直接以烟支梗丝率为横坐标，烟碱和内标峰面积的比值为纵坐标，建立标准工作曲线，不需要烟碱标准品，只需测定手工掺配的不同烟支梗丝率的烟草样的烟碱特征值即可，进一步减少检测过程误差。

(2)本发明提供的一种基于烟碱含量的烟支梗丝率的测定方法，采用粉末状态的叶丝及梗丝进行混合，保证待混合物质的物理状态均一性，提高混合均匀程度，提高标准工作曲线的预测精度。

(3)本发明提供的一种基于烟碱含量的烟支梗丝率的测定方法，称取样品量可与一支烟中烟丝质量相当，既保证对总体样本的代表性，也满足定量分析的准确性。

(4)本发明提供的一种基于烟碱含量的烟支梗丝率的测定方法，前处理采用微波辅助萃取，萃取效率高，提取操作过程简单、快速。

(5)本发明提供的一种基于烟碱含量的烟支梗丝率的测定方法，采用GC-MS检测，SIM定性，获得的谱图基线平稳、积分准确，仪器精度带来的偏差远小于样品间不均匀程度的偏差，定量检测结果准确。

(6)本发明提供的一种基于烟碱含量的烟支梗丝率的测定方法，首次建立烟丝中不同烟支梗丝率与烟碱特征值的标准工作曲线，用于分析成品卷烟的烟支梗丝率，从而反映烟支梗丝分布的均匀性，结果比单纯理论计算更加客观、准确。

(7)本发明提供的一种基于烟碱含量的烟支梗丝率的测定方法，其系统、客观、科学，操作简单、节省时间、重现性好、检测限低，具有很强的实用性，对于评价产品质量及制丝工艺稳定性具有非常重要的意义，可以为卷烟生产的精细化控制提供重要的技术支撑。

(8)本发明提供的一种基于烟碱含量的烟支梗丝率的测定方法，操作方便、定量简单、准确有效，通过对叶丝和梗丝中差异化学成分烟碱的分析，利用精准检测手段对烟支梗丝率进行定量研究，实现烟支梗丝率的准确预测以及烟支中梗丝分布均匀性的量化评价，为卷烟生产的精细化控制和工序评价提供一种科学的参考手段。

附图说明

图1显示为本发明中烟支梗丝率与烟碱/内标峰面积的比值的标准工作曲线图。

图2显示为本发明中实际卷烟样品的烟支梗丝率的分布柱状图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

以下实施例使用的试剂和仪器如下：

1、试剂

叶丝(纯度100％，天津卷烟厂生产)、梗丝(纯度100％，天津卷烟厂生产)、甲醇(色谱纯，德国Merck)、乙酸苯乙酯(分析纯，科密欧公司)、超纯水(超纯水仪自制)。

2、仪器

7890B-5975C气相色谱质谱联用仪(美国安捷伦公司)；HP-5MS毛细管色谱柱(美国安捷伦公司)；ZM200研磨机(德国Retsch公司)；CEM微波萃取仪Matthews,NC,USA)；0.22μm有机相滤膜、一次性注射器(上海安普实验科技股份有限公司)；各种规格玻璃器皿(德国witeg公司)；Milli-Q超纯水仪(美国Millipore公司)；XS204电子天平(0.0001g，瑞士Mettler公司)；有机相过滤膜(尼龙、0.22μm，上海安谱)。

实施例1

1、样品溶液的制备

随机抽取1条A品牌卷烟，共计200支，将每支烟的卷烟纸沿中线划开并剥落后获得烟丝。每支烟的全部烟丝单独置于样品盒中，在温度22℃、相对湿度60％恒温恒湿环境中平衡48h。采用研磨机在玻璃研钵内将烟丝充分磨碎成末，过40目标准筛，置于棕色瓶中，避光密封保存。

再准确称量0.2000g上述获得的烟丝粉末置于微波消解罐中，加入溶剂：10mL甲醇，再加入内标溶液：100μL 40mg/mL乙酸苯乙酯的甲醇溶液。将微波消解罐置于微波萃取仪中，进行微波辅助萃取，微波辅助萃取的萃取条件为：萃取功率为800W，萃取温度为100℃，萃取时间为20min。

萃取结束后，待冷却至室温且静置，取上层清液，用0.22μm有机滤膜过滤，获得样品溶液1#，置于棕色色谱瓶中，待GC-MS分析。

2、梗丝参比标准溶液的制备

分别选取5个批次叶丝和梗丝样品，在连续生产状态下每份取样5kg，总计10份样品，分别置于样品盒中，在温度22℃、相对湿度60％恒温恒湿环境中平衡48h。采用研磨机在玻璃研钵内将叶丝和梗丝分别充分磨碎成末，过40目标准筛，获得叶丝粉末和梗丝粉末。在叶丝粉末中加入一系列不同比例的梗丝粉末，充分振荡至混合均匀，获得烟丝粉末，置于棕色瓶中，避光密封保存。计算烟丝粉末中实际烟支梗丝率，每个样品含叶丝和梗丝总计50g，设定掺配比例范围及梯度，烟支梗丝率的范围为17±5％，梗丝加入质量按烟支梗丝率的范围以1％梯度递增，获得一系列已知烟支梗丝率的烟丝粉末，具体梗丝的掺配情况见表1。

表1不同烟支梗丝率的的烟丝粉末样品掺配数据表

再分别准确称量一系列0.2000g上述获得的烟丝粉末置于微波消解罐中，加入溶剂：10mL甲醇，再加入内标溶液：100μL 40mg/mL乙酸苯乙酯的甲醇溶液。将微波消解罐置于微波萃取仪中，进行微波辅助萃取，微波辅助萃取的萃取条件为：萃取功率为800W，萃取温度为100℃，萃取时间为20min。

萃取结束后，待冷却至室温且静置，取上层清液，用0.22μm有机滤膜过滤，获得一系列已知烟支梗丝率的梗丝参比标准溶液，置于棕色色谱瓶中，待GC-MS分析。

3、测定

采用气相色谱质谱法分别检测梗丝参比标准溶液和样品溶液1#，比较保留时间进行定性，采用内标标准曲线法进行定量。即先将一系列具有不同烟支梗丝率的梗丝参比标准溶液，分别进行GC-MS检测，以获得烟碱/内标物的色谱峰面积比与相应烟支梗丝率的线性关系，绘制相应的标准工作曲线，计算得到梗丝参比标准溶液的标准工作曲线的回归方程。再将样品溶液1#进行GC-MS检测，将获得的样品溶液1#中烟碱/内标物的色谱峰面积比，代入梗丝参比标准溶液的标准工作曲线的回归方程，根据梗丝参比标准溶液中已知烟支梗丝率，计算得到样品溶液1#中的烟支梗丝率，评价分布均匀性。标准工作曲线中，以烟碱与内标的色谱峰面积比为纵坐标(Y轴)，其相应烟支梗丝率为横坐标(X轴)。

其中，气相色谱的测定条件为：色谱柱：HP-5MS毛细管色谱柱(30m×0.25mm id×0.25μm df)；进样口温度：280℃；进样量：1.0μL；载气：高纯氦气，载气纯度≥99.999％；载气流速：恒流流速，1.0ml/min；分流比：100：1；升温程序：初始温度60℃保持2min，以8℃/min的速率升至280℃保持8min。

质谱的测定条件为：电离方式：电子轰击(EI)离子源；电离能量：70eV；离子源温度：230℃；四级杆温度：150℃；传输线温度：280℃；溶剂延迟：4min；扫描方式：全扫描(TIC)定性，选择离子监视(SIM)定量。质谱测定中选择的定量离子为：烟碱84.1、内标物91.0；所述质谱测定中选择的辅助定量离子分别为：烟碱133.1、内标物104.0。具体数据见表2。

表2烟碱及内标物的特征离子选择表

实施例2

分别将实施例1的步骤2中配制的一系列不同烟支梗丝率的梗丝参比标准溶液，进行气相色谱质谱法分析，以不同批次同一梗丝率下5个烟碱与内标的色谱峰面积比Sr值的平均值为纵坐标(Y轴)，其相应烟支梗丝率为横坐标(X轴)，建立标准工作曲线。其呈良好的线性关系，相关系数R

表3

注：y：Sr值；x：梗丝率

实施例3

同一批次样品称取1份，按将实施例1的步骤1中配制的制备样品溶液，连续进样10次分析，烟碱与内标的色谱峰面积比Sr值的RSD为1.21％，小于3％，表明仪器精密度良好。具体数据见表4。

同时，同一批次样品平行称取10份，按将实施例1的步骤1中配制的制备样品溶液，依次进样分析，烟碱与内标的色谱峰面积比Sr值的RSD为1.54％，小于5％，表明方法重现性良好。具体数据见表4。

表4

实施例4

对实施例1步骤3建立的基于烟碱/内标物的色谱峰面积比与相应烟支梗丝率的线性关系的标准工作曲线进行验证。

利用建立好的工作曲线对建立曲线的样品点，分别进行内部验证。同时，利用建立好的工作曲线对10个实验室配比样品分别进行外部验证。分别计算每个样品预测值与实际值的绝对偏差和相对偏差，来验证标准工作曲线的预测效果，结果如表5所示。

表5验证结果

由表5可知，内部验证绝对偏差在0.25％以内，相对偏差在1.32％以内；外部验证绝对偏差在0.91％以内，相对偏差在4.73％以内。其预测结果准确可靠。

实施例5

对实施例1步骤3建立的基于烟碱/内标物的色谱峰面积比与相应烟支梗丝率的线性关系的标准工作曲线，预测200支烟支样品的烟支梗丝率，并评价分布均匀性，结果如图2所示。由图2可知，烟支样品的烟支梗丝率呈现较为明显的正态分布，极差为5.89％，均值16.98％,标准偏差1.13％。该结果能够客观反映该组样品的梗丝分布均匀程度，对于掌握和控制卷烟产品质量稳定性具有非常重要的现实意义。

综上所述，本发明提供了一种系统、客观、科学的方法。对于评价产品质量及制丝工艺稳定性具有非常重要的意义。本发明操作简单、节省时间、重现性好、结果准确，具有很强的实用性。本发明提供的一种基于烟碱含量的烟支梗丝率的测定方法，通过对叶丝和梗丝中差异化学成分烟碱的分析，利用精准检测手段对烟支梗丝率进行定量研究，实现烟支梗丝率的准确预测以及烟支中梗丝分布均匀性的量化评价，为卷烟生产的精细化控制和工序评价提供一种科学的参考手段。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。