一种基于标记物检测卷烟制丝加香均匀性的方法

摘要

本发明涉及一种卷烟制丝加香均匀性的检测方法，依次包括如下步骤：A.确定表征均匀性的标记物；B.从卷烟制丝加香滚筒出口处取样；C.将取样得到的烟丝样品进行平衡；D.运用快速溶剂萃取仪萃取对烟丝样品进行前处理，制备过滤液；E.将过滤液进行气相色谱－质谱联用分析，标记物为分析对象，采用选择离子扫描模式；F.计算烟丝样品中标记物含量，得出标准偏差SD，用SD值反映卷烟制丝加香均匀程度。本发明采用气相色谱/质谱仪为分离分析手段，对卷烟制丝加香工序的均匀性进行定量研究，能够确定卷烟加香的均匀性。应用于卷烟生产加香工艺过程，为卷烟加香精度的检测提供了一种实用科学的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及到一种基于标记物检测卷烟制丝加香均匀性的方法，具体地讲，涉及到卷烟制丝加香工序中加香精度和均匀性的检测方法，利用本发明可以量化卷烟制丝加香的均匀性，确定卷烟加香精度。

背景技术

加香是卷烟制丝生产过程中一道重要工序，其任务是将一定量的香精按生产、配方的要求准确、均匀地施加到烟丝或梗丝上。显然，加香的准确性和均匀性是影响卷烟产品质量的重要因素。目前，国内各卷烟企业对生产过程中加香准确性的检测，主要是根据《卷烟工艺规范要求》(国家烟草专卖局2003年3月颁发)中规定的卷烟加香精度要求小于0.5％，此加香精度反映的是所加的香精实际比例与设定比例的比值，是从宏观的角度对加香的整体情况进行检测，不足以全面反映添加到烟丝表面上香精的均匀分布情况，很难完全监控加香过程的精度。基于这种情况，国内烟草行业内外在加香工序的均匀性研究方面近年来稍有一些文献报道。

玉溪红塔烟草集团的李向东从加香料比例、加香料控制和加香料系统等几个方面，对制丝加香加料均匀性进行了较为系统的理论分析(2003年第4期《烟草科学研究》)；许昌卷烟厂的王文领等人采用气相色谱-质谱法分析卷烟产品顶空特征成分的方法，对卷烟加香的均匀性与准确性进行研究(2003年第9期《烟草科技》)；汉中卷烟二厂的韩航航等人通过系统的理论推导，计算出香料喷嘴的最佳喷射角度，设计出“双壁两点喷射法”的方案，提高香料的有效利用率和烟丝对香料吸收的均一性(2005年11月《中国烟草学会工业专业委员会烟草化学学术研讨会论文集》)；中国专利(专利号200620078360.4)公开了一种烟草制丝工艺中的加料加香装置。其包括滚筒、喷嘴、进料罩和出料罩，进料罩和出料罩设置在滚筒两端，喷嘴为两个，分别设置在进料罩和出料罩上。相对而言，国外对卷烟制丝加香工序中均匀性相关问题研究较早。可能是源于技术保密的原因，公开的研究报道不多见，只能在个别研究报告和公开发表的专利中，略见这方面更为深入的研究。早在1994年，菲利浦·莫里斯公司与国内烟草企业的合作技术项目中，就开展过烟丝加香、比例掺兑系统均匀性的研究。

总之，上述文献基本上都是从理论的角度去推导、计算，或者是从加工设备的角度去调整、整改，没能从根本上对加香的均匀性进行量化研究。不能精确计量就不能精确控制与调整，进而对香精的实际施加效果无从得之。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题而提出的一种基于标记物检测卷烟加香均匀性的方法。该方法是寻找确定卷烟加香与未加香的标记物，然后以标记物为表征对象，采取快速溶剂萃取仪对烟丝进行前处理，通过气相色谱/质谱仪对加香后烟丝中的标记物进行分析，进而对卷烟加香的均匀性进行检测。

技术方案：本发明的目的是通过以下方式来实现的：本发明的基于标记物检测卷烟制丝加香均匀性的方法依次包括如下步骤：

A、标记物确定：取卷烟未加香烟丝2等份，1份作为空白样品，另1份按正常加香量加香后作为加香样品；将两份样品分别进行蒸馏萃取后作气相色谱-质谱联用(以下简称GC/MS)分析，在加香样品的色谱总离子流图中找出明显增加的组分峰，并以此作为区别该卷烟加香与否的标记物成分峰；

B、取样：待加香滚筒设备运行平稳后，从加香滚筒出口处每隔1～2min连续随机抽取至少30个烟丝样品，每个样品取样8～12g；

C、样品平衡：将烟丝样品置于平衡箱中平衡12～24h；

D、样品前处理：萃取烟丝样品，将萃取液通过0.45μm滤膜进行过滤；

E、样品分析：将过滤液进行GC/MS分析，质谱扫描模式采用选择离子扫描，特征离子为步骤A中标记物的特征离子；

F、均匀性表达：根据标记物标准样品峰面积进行定量分析，得到每个烟丝样品中标记物的含量结果，按下述公式计算所有抽取的烟丝样品中标记物含量的标准偏差SD：

$\mathrm{SD}=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(s_i-\bar{s})}^2}{n}}$

其中，S_i为烟丝样品中标记物的含量，s为所抽取的烟丝样品标记物含量的算术平均值，n为抽取的样品数；

SD值的大小反映卷烟加香均匀程度，SD值越小，加料均匀性越好。

步骤A中，蒸馏萃取前把烟丝样品于40±2℃的温度下烘干，磨碎后过40目筛；蒸馏萃取的溶剂为二氯甲烷，在萃取得到的二氯甲烷萃取物中加入无水硫酸钠，吸收有机相中的水分，静置过夜，过滤、浓缩后再取样进行GC/MS分析，前述无水硫酸钠的用量通常为2～5g。

步骤A中GC/MS的分析条件为：

色谱柱为极性MS专用毛细管色谱柱(60m×0.25mm×0.25μm)；载气：He，流量为1.0mL/min；进样口温度：260℃；箱体温度：初始温度60℃，保持1min，以10℃/min升至250℃，保持5min；传输线温度：280℃；离子化能量：70eV；EI离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；质量扫描范围：30～500amu；溶剂延迟：6min；扫描模式：SCAN。

步骤B中加香滚筒设备的运行参数为：流量5000～7000kg/h，雾化介质压力为0.2～0.4MPa，滚筒转速为8～10r/min。

步骤C平衡时的条件为：温度20±1℃，相对湿度60±3％。

步骤D所述萃取为静态萃取，溶剂为二氯甲烷，萃取时供液压力为1500±50psi，温度为130±5℃，静态萃取时间为5～8min，以体积为萃取池60％～80％相当的二氯甲烷溶剂冲洗，静态萃取和溶剂冲洗循环次数为1～2次，用氮气吹扫80～100s。

步骤E中GC/MS的分析条件为：

色谱柱为极性MS专用毛细管色谱柱(60m×0.25mm×0.25μm)；载气：He，流量为1.0mL/min；进样口温度：260℃；箱体温度：初始温度60℃，保持1min，以10℃/min升至250℃，保持5min；传输线温度：280℃；离子化能量：70eV；EI离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；质量扫描范围：30～500amu；溶剂延迟：6min；扫描模式：SIM。

本发明中，标记物的选择必须满足以下条件：烟丝中本身没有的化合物，或是与香精中含量相比烟丝中含量很小的化合物；同时该化合物能够通过萃取的方法提取出来，并且易于被GC/MS分离分析。标记物的定量是通过标记物标准样品建立工作曲线而计算出来的，整个方法的回收高、重复好，适合于标记物的定量分析。

有益效果：选择香精中的特定组分为标记物，从微观的角度间接的表达了卷烟加香均匀效果，避免了宏观上通过加香比例整体反映加香精度带来的不确定性；烟丝中标记物的提取采用快速溶剂萃取仪进行处理，该方法萃取效率高、速度快、自动化程度高，适合于香精中特定组分的提取。

附图说明

图1本发明实施例1未加香烟丝色谱总离子流图

图2本发明实施例1加香烟丝色谱总离子流图

图3本发明实施例2标记物选择离子扫描方式(M/Z＝81)下色谱图

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

仪器与试剂：

AEG-220型分析天平(感量：0.1mg，Shimadzu公司)；同时蒸馏萃取仪(郑州烟草研究院)；旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂)；快速溶剂萃取仪(美国Dionex公司)；HP6890气相色谱/HP5975质谱联用仪(美国Agilent公司)，13mm×0.45μm有机相针式滤器(上海安谱科学仪器有限公司)，及实验室常用玻璃仪器。

二氯甲烷(美国Fluka公司，色谱纯)，氯化钠、无水硫酸钠、无水乙醇(国药集团化学试剂有限公司，均为分析纯)，江苏中烟工业公司某牌号卷烟烟丝。

实施例1：标记物选择试验

取某牌号卷烟未加香烟丝2等份，1份作为空白样品，另1份按正常加香量加香。把烟丝样品于40℃左右的温度下烘干，磨碎后过40目筛，准确称取25g烟末，同时分别用蒸馏萃取仪进行处理，得到40mL二氯甲烷萃取物中加入3g无水硫酸钠，静置过夜，过滤，于旋转蒸发仪中浓缩至1mL，摇匀，即取样进行GC/MS分析鉴定，分析条件为：HP-Innowax毛细管色谱柱(60m×0.25mm×0.25μm)；载气：He，流量1.0mL/min；进样口温度：260℃；箱体温度：初始温度60℃，保持1min，以10℃/min升至250℃，保持5min；传输线温度：280℃；离子化能量：70eV；EI离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；质量扫描范围：30～500amu；溶剂延迟：6min；扫描模式：SCAN。

得到的色谱图分别见图1和图2。从图2中可以发现，与未加香的烟丝样品色谱总离子流图相比，加香样品的总离子流图中明显增加了箭头所示的色谱峰。经质谱检索与标准样品确认，该峰为薄荷醇，这说明该方法可以灵敏地识别出所加香精中的薄荷醇，或者说薄荷醇可以作为区别该烟丝样品加香与否的标记物。

实施例2：分析方法试验

将烟丝样品置于平衡箱中(温度20℃±1，相对湿度60％±3)平衡24h，然后运用快速溶剂萃取仪对烟丝样品进行前处理，萃取条件为：取6.0g烟丝样品装入34mL萃取池中，萃取溶剂为二氯甲烷，设置供液压力为1500psi，温度为130℃，静态萃取时间为5min，以60％的洗液冲洗，静态萃取和溶剂冲洗循环次数为1次，用氮气吹扫100s。获得全部萃取液，记体积为VmL。用10mL注射器吸取2～5mL萃取液，通过0.45μm滤膜进行过滤，用色谱进样品收集1mL过滤液，摇匀，然后进行GC/MS分析。

GC/MS的分析条件为：HP-Innowax毛细管色谱柱(60m×0.25mm×0.25μm)(60m×0.25mm×0.25μm)；载气：He，流量为1.0mL/min；进样口温度：260℃；箱体温度：初始温度60℃，保持1min，以10℃/min升至250℃，保持5min；传输线温度：280℃；离子化能量：70eV；EI离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；质量扫描范围：30～500amu；溶剂延迟：6min；扫描模式：SIM(以薄荷醇为标记物，其M/Z＝81)。

1、标准曲线

分别配置如表1所示的5个不同浓度的薄荷醇标准溶液，按实施例2的方法进行GC/MS分析，得到的图谱见图3。以浓度为横坐标，以标样的峰面积为纵坐标，得出线性回归方程，见下表2，计算出标准样品的相关系数为0.9969。

表1定量工作曲线浓度(mg/L)

  标样名称  1#  2#  3#  4#  5#  薄荷醇  10  20  30  40  50

表2线性回归方程

  物质名称  线性回归方程  R²  薄荷醇  y＝11030x-24387  0.9969

2、重复性试验

用同一个烟丝样品重复整个分析过程6次，按实施例2的方法测定烟丝样品中的薄荷醇含量，所得结果见下表3。表3的数据表明样品的变异系数为4.07％，这说明该方法的重复性较好。

表3方法测定的重复性结果(μg/g烟丝)

  测定次数  1  2  3  4  5  6  标准偏  差  变异系  数  薄荷醇  39.33  36.36  38.65  35.14  37.55  37.06  1.52  4.07％

3、回收率试验

将一定量的薄荷醇标样加入到含有样品烟丝中，按实施例2的方法测定烟丝样品中的薄荷醇含量，结果见下表4。表4的数据表明薄荷醇的回收率在92.38％～101.72％之间，说明该方法的回收率较好。

表4方法回收率结果(μg/g烟丝)

  样品含量  薄荷醇加入量  测定值  回收率(％)  35.08  5  39.22  97.55  42.31  10  49.09  92.38  36.15  5  39.69  95.97  45.49  10  56.27  101.72

实施例3：均匀性测定试验

当加香滚筒工艺参数设定为：流量6400kg/h，雾化介质空压气压力为0.3MPa，滚筒转速为9r/min。待设备运行平稳后，从加香滚筒出口处每隔1min左右连续随机抽取30个样品，每个样品取样10g左右，放置于塑料密封带内。烟丝样品中标记物薄荷醇含量的测定按照实施例2中的方法进行，得到的结果如下表5所示。从表5中可知，该设备运行状态下，卷烟加香的均匀性用SD表达为14.66。

表5卷烟加香均匀性测定结果(μg/g烟丝)

实施例4：均匀性测定试验

当加香滚筒工艺参数设定为：流量6000kg/h，雾化介质空压气压力为0.25MPa，滚筒转速为9r/min。待设备运行平稳后，从加香滚筒出口处每隔1min左右连续随机抽取30个样品，每个样品取样10g左右，放置于塑料密封带内。烟丝样品中标记物薄荷醇含量的测定按照实施例2中的方法进行，得到的结果如下表6所示。从表6中可知，该设备运行状态下，卷烟加香的均匀性用SD表达为9.58。

表6卷烟加香均匀性测定结果(μg/g烟丝)

以上均匀性测定试验表明，加香滚筒的流量、雾化介质压力等工艺参数对均匀性的影响较大，做相应的调整可以有效的提高加香的均匀性。

实施例5：

基于标记物检测卷烟制丝加香均匀性的方法，包括如下步骤：

A、标记物确定：取卷烟未加香烟丝2等份，1份作为空白样品，另1份按正常加香量加香后作为加香样品；蒸馏萃取前把烟丝样品于40±2℃的温度下烘干，磨碎后过40目筛；蒸馏萃取的溶剂为二氯甲烷，在萃取得到的二氯甲烷萃取物中加入无水硫酸钠，吸收有机相中的水分，静置过夜，过滤、浓缩后再取样进行GC/MS分析；将两份样品分别进行同时蒸馏萃取后作气相色谱-质谱联用分析，在加香样品的色谱总离子流图中找出明显增加的组分峰，并以此作为区别该卷烟加香与否的标记物成分峰；气相色谱-质谱联用分析的条件为：色谱柱为极性MS专用毛细管色谱柱(60m×0.25mm×0.25μm)；载气：He，流量为1.0mL/min；进样口温度：260℃；箱体温度：初始温度60℃，保持1min，以10℃/min升至250℃，保持5min；传输线温度：280℃；离子化能量：70eV；EI离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；质量扫描范围：30～500amu；溶剂延迟：6min；扫描模式：SCAN。

B、取样：加香滚筒设备的运行参数为流量5000～7000kg/h，雾化介质压力为0.2～0.4Mpa，滚筒转速为8～10r/min。待加香滚筒设备运行平稳后，从加香滚筒出口处每隔1～2min连续随机抽取至少30个烟丝样品，每个样品取样8～12g；

C、样品平衡：将烟丝样品置于平衡箱中平衡12～24h；平衡时的条件为：温度20±1℃，相对湿度60±3％。

D、样品前处理：萃取烟丝样品，将萃取液通过0.45μm滤膜进行过滤；萃取为静态萃取，萃取溶剂为二氯甲烷，萃取时供液压力为1500±50psi，温度为130±5℃，静态萃取时间为5～8min，以体积为萃取池60％～80％相当的二氯甲烷溶剂冲洗，静态萃取和溶剂冲洗循环次数为1～2次，用氮气吹扫80～100s。

E、样品分析：将过滤液进行气相色谱-质谱联用分析，质谱扫描模式采用选择离子扫描，特征离子为步骤A中标记物的特征离子；气相色谱-质谱联用分析的条件为：色谱柱为极性MS专用毛细管色谱柱(60m×0.25mm×0.25μm)；载气：He，流量为1.0mL/min；进样口温度：260℃；箱体温度：初始温度60℃，保持1min，以10℃/min升至250℃，保持5min；传输线温度；280℃；离子化能量：70eV；EI离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；质量扫描范围：30～500amu；溶剂延迟：6min；扫描模式：SIM。

F、均匀性表达：根据标记物标准样品峰面积进行定量分析，得到每个烟丝样品中标记物的含量结果，按下述公式计算所有抽取的烟丝样品中标记物含量的标准偏差SD：

$\mathrm{SD}=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(s_i-\bar{s})}^2}{n}}$

其中，S_i为烟丝样品中标记物的含量，s为所抽取的烟丝样品标记物含量的算术平均值，n为抽取的样品数；

SD值的大小反映卷烟加香均匀程度，SD值越小，加料均匀性越好。