一种烤烟GC/MS指纹图谱的建立方法及应用

摘要

本发明提供一种烤烟GC/MS指纹图谱的建立方法，经过待测液制备、烤烟GC/MS指纹图谱的获得、GC/MS指纹图谱共有峰数据库的建立，对烤烟指纹图谱共有峰数据库进行聚类分析，从而判定烟草品质级别。本发明能客观的反应烤烟的内在品质，取代传统的人工评吸和普通化学测定方法。不仅降低评吸人员的工作强度，还使烟草品质的评价更具科学性，对提高烤烟生产的经济效益具有重要意义。本发明的特征是，针对烤烟的致香成分，采用超纯水体系同时蒸馏萃取方法提取、GC/MS检测，获得基线分离好、特征峰多、峰响应度高的GC/MS指纹图谱。本发明的核心是将建立的烤烟GC/MS指纹图谱及其配套分析技术应用于烤烟品质分级、产地识别和配方打叶中的烟叶质量控制。

说明书

技术领域

本发明属于烟草品质分级领域，具体涉及一种烤烟质量分析、烤烟品牌识别和打叶配方中的品质分析方法。

技术背景

烟草作为一种天然植物，其成分相当复杂，目前已经分离鉴定出来的香气质成分就高达5000多种。这些成分对其品质都有或大或小的影响，若依据常规的化学检测只对其主要化学成分进行分析，以此来判别烟草的质量显然有失偏颇。因此，现在对烟草质量的识别主要依靠人工评吸。人工评吸虽然能从整体上把握，但是容易受个人情绪和感官差异性等主观因素的影响。有时也会出现较大偏差，且工作量大。

指纹图谱技术是一种着眼于整体，不追求分析对象的某个具体的细节，反应对象的整体特征，具有模糊性和专属性。该技术已经在中药等领域有较为成熟的发展。武政等人就曾通过HPLC的方法建立何首乌的指纹图谱评价其质量，结果与中国药典的结论相符合。黎琼红等人也建立了丹参的HPLC指纹图谱，在对11个不同产区丹参的分析中确定了14个共有峰，以之判别丹参的质量。在烟草香气质研究中，HPLC和GC／MS等仪器已成为常规的分析方法而广泛应用。

经检索，中国发明专利中与指纹图谱相关的发明专利申请涉及烟草和中成药鉴定等多个方面。经检索目前的相关专利文献如下：

1）申请号为CN201010548519.5 文献涉及功能食品活性成分检测方法领域，它以超临界CO2萃取蜂胶，然后进行GC-MS检测，构建指纹图谱。其GC/MS指纹图谱共有峰有8个，图谱总长度为60min。具体的步骤为：将蜂胶样品置于超临界CO2萃取釜中萃取后得到蜂胶的超临界CO2萃取物；称取蜂胶样品置于样品瓶中进行固相微萃取；再进行GC/MS分析；最后将不同地区蜂胶超临界CO2萃取物的GC/MS图谱进行比对，提取其共有峰，组成蜂胶超临界CO2萃取物的GC-MS指纹图谱。该发明方便、稳定、精密度高、重现性好、易于掌握。检测样品时间短，所得蜂胶超临界CO2萃取物挥发性成分达120余种。

2）申请号为CN200610149185.8 文献涉及一种消痛贴粉或膏或提取物GC及 GC/MS指纹图谱建立的方法及其标准指纹图谱。它涉及的质量控制方法由以下步骤组成：1.制备消痛贴供试品溶液，取消痛贴适量，精密称重，置索氏提取器中，加入乙醚回流提取，过滤，滤液作为供试品溶液。2.用GC及GC/MS对消痛贴指纹图谱18个共有峰中参考峰(10号峰)进行鉴定，鉴定结果10号色谱峰为桉叶醇。 3.依桉叶醇的特征峰为参考峰，计算相对保留时间、相对峰面积，即得消痛贴提取物的标准指纹图谱。该方法简便、稳定、精密度高、重现性好，能从色谱的整体特征面貌上把握消痛贴的质量情况，可作为消痛贴质量控制指标。

3）申请号为200410066701.1 文献涉及一种中药指纹图谱的制作方法，是一个用裂解-气相色谱-质谱联用技术来制作中药指纹图谱的方法，该方法包括下列三步步骤：1、中药材的裂解；2、GC/MS分析；3、计算机处理，获得标识混合体系的彩色二维条形码，即是使得计算机能够识别中药的指纹图谱。通过对同一药材或不同药材的标准谱图进行精确的类似度比较，根据类似度的大小，人们可对中药材进行鉴别。因而本发明制作方法可用来快速有效地鉴别中药材，控制中药材的质量，为提高中药生产现代化程度提供一个重要的手段。

4）申请号201010606325.6文献涉及一种贵州余庆GAP基地吴茱萸HPLC指纹图谱的建立方法。具体包括供试品溶液的制备，提取物的制备，色谱条件的确定，使用HPLC进行测定，并首次选用吴茱萸的两种伪品(花椒、马桑子)完成指纹图谱适用性检验，得到吴茱萸药材及其提取物HPLC指纹图谱，较全面地表达了吴茱萸药材及其提取物的整体化学信息，确定其指纹特征，该指纹图谱囊括了水溶性部分和脂溶性部分。它测定了12批吴茱萸药材样品的HPLC指纹图谱并进行分析比较，得到22个共有峰构成的吴茱萸药材指纹图谱。

5）申请号201110022623.5 文献涉及一种马尾松针挥发油成分的GC指纹图谱的建立方法。它按照挥发油的提取法制备供试溶液，共鉴别出17个特征峰，并以6号峰（石竹烯）为参照峰，计算各共有指纹峰的相对保留时间，相对保留时间的RSD均小于1.0% 。所有样品中，共有指纹峰峰面积之和占总峰面积之比值均大于69%。

6）申请号为200810196806.7文献涉及一种烤烟醇化品质判定的HPLC指纹图谱分析方法。它是采用HPLC分析方法测定不同烟叶样品，得出烟叶指纹图谱特征峰，然后利用中草药指纹图谱软件对特征峰进行分析，建立指纹图谱特征峰总面积与烟叶样品感官质量的回归关系模型；以感官质量为依变量y，指纹图谱总面积x 为因变量，建立两者的回归关系模型为：Y＝72.04974+0.1388*LN(X)*LN(X)或 Y＝X/(0.011081*X+13.247)；根据所测样品的指纹图谱总面积X，计算出感官质量Y。

7）申请号为200810196807.1文献涉及一种烤烟醇化品质判定的HPLC指纹图谱主成分分析方法。它是采用HPLC分析方法测定不同烟叶样品，得出烟叶指纹图谱特征峰，然后利用中草药指纹图谱软件对特征峰进行分析，建立特征峰主成分值与烟叶样品感官质量的回归关系模型；以感官评吸值Y为依变量，7个主成分值A1 至A7为因变量，建立特征峰主成分值与感官评吸值的多元回归模型：Y＝85.64+1.34A1+1.21A2 +0.27A3-0.40A4 -1.17A5 -0.46A6+0.48A7，根据分析所得到的主成分值A，计算出感官质量Y。

8）申请号为201010106834.2的文献涉及一种天麻生化指纹图谱分类与品质鉴定技术及其应用，涉及中药和天然药物的鉴定与品质评价技术。该发明提供了分离和检测天麻生化成分的关键技术参数：最佳流动相(梯度浓度乙腈溶液)和最佳检测波长(219nm)以及其他基本条件，提供了测定天麻生化指纹图谱的技术和计算天麻有效成分天麻素含量的公式和方法。它不仅能用于天麻生化指纹图谱的测定、天麻品种的分类、天麻品质的鉴定和评价，还能用于天麻适宜种植地区确定和天麻真伪鉴别。

上述专利文献虽然涉及有GC/MS指纹图谱，但是并没有涉及烤烟的GC/MS指纹图谱的建立方法及其应用。其中2份涉及烤烟的指纹图谱建立及其应用，但它是以HPLC的方法建立的指纹图谱。2份GC/MS指纹图谱的文献所应用的对象和领域也不同，且方法也相差较多。因此本专利采用的方法及应用领域尚未见专利申请。

发明内容

本发明的目的在于建立烤烟香气成分的GC/MS指纹图谱，并以之分析烤烟质量的特征品质，应用于烤烟等级判别、产地识别及烤烟打叶配方应用。同时，克服现有技术的缺陷，科学的对烤烟进行分类，切实降低烤烟评吸工作量，提高打叶配方生产水平，达到国家标准的需要。

本发明所述的一种烤烟GC/MS指纹图谱的建立方法，经过下列步骤实现：

1)待测液制备：在与蒸馏萃取装置一端相连的平底烧瓶中加入烟末，按15～30的液固比v/g加入纯水，再按0.015～0.030的液固比v/g 加入浓度为4μL/mL的丙酸苯乙酯，进行加热；在与蒸馏萃取装置另一端相连的烧瓶中，按2～4的液固比v/g 加入二氯甲烷，并将该烧瓶置于温度为55～60℃的水浴锅上加热，进行蒸馏萃取2.5～3.0h，之后取下烧瓶，并在该烧瓶中按烟末质量的1/2～1/4的量加入无水硫酸钠，密封过夜后，将其放在旋转蒸发仪上使萃取液浓缩至体积为1～2mL，过0.45μm的滤膜，滤液为待测溶液，备用；

2）烤烟GC/MS指纹图谱的获得：将步骤1）的待测溶液用GC/MS仪器分析，GC/MS仪器分析条件为：色谱柱：HP-5MS；载气：He；流速：0.8－1.0 mL/min；进样口温度：200～240℃；检测器温度：220－280℃；分流比：8～15:1；进样量：1～5μl；程序升温：第一分钟从50℃开始，之后以2～4℃/min的升温速度升至180℃， 再以3～6℃/min的升温速度升至270℃；MS条件为电离电压：60－80ev；离子源温度为：180～220℃；传输线温度：230～270℃，使用Wiley7与Mainlib图谱库进行检索，得到烤烟GC/MS指纹图谱；

3）GC/MS指纹图谱共有峰数据库的建立：根据Wiley7与Mainlib图谱库检索的结果，在步骤2）得到的指纹图谱中挑选出60%以上样品共有的峰，建立GC/MS指纹图谱共有峰数据库；

4）根据步骤3）建立的GC/MS指纹图谱共有峰数据库，对烤烟指纹图谱共有峰数据库进行聚类分析，判定烟草品质级别。

对步骤2）所述方法可靠性的检验：取步骤1）的待测溶液一份，按步骤2）的GC/MS条件连续进样六次，选取其主要的20个峰，使此20个峰的峰面积占总峰面积比>80%，考察烤烟GC/MS指纹图谱的精密度，要求保留时间RSD<0.1%，各单峰与总峰面积比RSD均小于5%；取步骤1）的待测溶液一份，按步骤2）的GC/MS条件，分别于0h，4h，8h，12h，24h，48h进样检测，选取其主要的20个峰，且此20个峰的峰面积占总峰面积比>80%，考察烤烟GC/MS指纹图谱的稳定性，要求保留时间RSD<0.1%，各单峰与总峰面积比RSD<6%，且样品在48h内的稳定性达到分析要求；取步骤1）的待测溶液5份，分别按步骤2）的GC/MS条件进样，考察烤烟GC/MS指纹图谱的重现性，选取其主要的20个峰，此20个峰的峰面积占总峰面积比>80%，保留时间RSD<0.1%，各单峰与总峰面积比RSD<20%。

本发明方法涉及在烤烟品质分类、品牌烟叶识别及烤烟配方打叶中烟叶质量控制中的应用。

本发明具有下列优点和效果：本发明针对烤烟的致香成分，采用超纯水体系同时蒸馏萃取方法提取烟草样品，采用GC/MS技术获得指纹图谱，再以聚类分析实现烟草在品质上的分类，获得的GC/MS指纹图谱具有基线分离好、特征峰多、峰响应度高的特点，本发明的核心是将建立的烤烟GC/MS指纹图谱及其配套分析技术应用于烤烟品质分级、产地识别和配方打叶中烟叶质量的控制。本发明所提出的烟草品质分级新技术，能全部或部分替代烟草人工评吸，提高烟草品质分级、打叶配方的效率和科学性，对提高烟草生产水平和经济效益具有十分重要的意义。从根本上解决了一直以来依靠人工的感官评吸和主要化学成分分析所带来的下列问题：人工评吸工作量大，且结果易受人的主观影响，以及化学分析虽是烤烟品质分析的基本方法，但化学分析的指标有限，烤烟作为植物性原料，成分十分复杂，如已经探明的烟草香气成分就高达5000种以上，所以化学分析也并不足以反映烤烟的品质，在应用中有严重的局限性等。

本发明提供的烤烟GC/MS指纹图谱的建立方法，是一种对成分复杂样品也能进行很好分析的手段，它的整体性和模糊性，既能反映样本的整体信息，且工作量并不大。更重要的是它如同人的指纹一样具有唯一性，能达到区分不同产区、不同等级、不同品质的烤烟。所以，如果采用科学的方法对烤烟指纹图谱进行表征和分析，就可以实现对烤烟品质的科学分类。

附图说明

    图1：烤烟香气成分GC-MS指纹图谱总离子图。

图2：云南烤烟8批次样品香气成分GC-MS指纹图谱及其共有模式。

图3：2009年云南省典型产区C3F等级烟叶共有峰指纹图谱聚类分析。

图4：2009年云南省典型产区B2F等级烟叶共有峰指纹图谱聚类分析。

图5：2009年云南省典型产区X2F等级烟叶共有峰指纹图谱聚类分析。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明，但不限于实施例。

实施例1

本发明所述的一种烤烟GC/MS指纹图谱的建立方法，经过下列步骤实现：

1）待测溶液制备：在蒸馏萃取装置一端连接500mL的平底烧瓶，在该平底烧瓶中装入20.00g烟末，并加入350mL纯水及0.3mL浓度为4μL/mL的丙酸苯乙酯，并以可控制电压的电热套进行加热；在蒸馏萃取装置另一端连接100mL的烧瓶，在该烧瓶中放入50mL二氯甲烷，将该烧瓶置于水浴锅上加热，在56℃水浴温度下蒸馏萃取2.5h，取下100mL的烧瓶，并在其中加入5g无水硫酸钠，密封过夜，再放入旋转蒸发仪上浓缩至1mL，过0.45μm的滤膜，滤液为待测溶液；

2）烤烟GC/MS指纹图谱的获得：将步骤1）的待测溶液用GC/MS仪器分析，GC/MS仪器分析条件为：色谱柱：HP-5MS的规格为：30m×0.25mm×0.25um；载气：He；流速：0.8mL/min；进样口温度：220℃；检测器温度：250℃；分流比：10：1；进样量：1μl；程序升温：第1min为50℃，之后以3℃/min的升温速度升至180℃，再以5℃/min的升温速度升至270℃；MS条件为电离电压：70ev；离子源温度为：200℃；传输线温度：250℃；使用Wiley7与Mainlib图谱库进行检索，建立烤烟GC/MS指纹图谱，所建立的烤烟GC/MS指纹图谱的方法科学可靠，所获取的GC/MS图谱不仅基线平稳、响应峰多、分离度好，而且稳定、重复性好，如图1；

3）GC/MS指纹图谱共有峰数据库的建立：根据Wiley7与Mainlib图谱库检索的结果，在步骤2）得到的指纹图谱中挑选出60%以上样品共有的峰，建立GC/MS指纹图谱共有峰数据库，若两个峰未能完全的分开且在各样品中有相当好的对应，则将其合并，如H1、H2、H3分别是三甲基二氢萘和三甲基四氢萘酚、9－甲基－顺式十氢－1，8－二酮与二氢猕猴桃内酯、菲和肉豆蔻酸的加和，此外，有若干组峰，含量比较小且紧密相连，也将其合并为一个指标，如H4、H5、H6三组，如此一来，经简化得到44个峰建立共有峰数据库（表1），其中8号峰为内标峰丙酸苯乙酯，以丙酸苯乙酯为参照峰计算各峰的相对保留时间α；

4）根据步骤3）建立的GC/MS指纹图谱共有峰数据库，对烤烟指纹图谱共有峰数据库进行聚类分析，判定烟草品质级别。

实施例2

供试烟叶品种 K326，等级为C3F，分别取自云南省15个不同烟叶产区。所有烟样在2009年采集，经统一复烤后制成烟丝。将烟丝样品在40℃下烘干，用植物粉碎机粉碎，过60目筛，用塑料袋密封，置于超低温冰箱（-80℃）中保存待测，测定方法如下：

1）待测溶液制备：在蒸馏萃取装置一端连接500mL的平底烧瓶，在该平底烧瓶中装入20.00g烟末，并加入450mL纯水及0.6mL浓度为4μL/mL的丙酸苯乙酯，并用可控制电压的电热套加热该平底烧瓶；在蒸馏萃取装置另一端连接100mL的烧瓶，在该烧瓶中放入80mL二氯甲烷，将该烧瓶置于水浴锅上加热，在60℃水浴温度下蒸馏萃取3.0h，取下100mL的烧瓶，并在其中加入10g无水硫酸钠，密封过夜，再放入旋转蒸发仪上浓缩至1mL，过0.45μm的滤膜，滤液为待测溶液；

2）将步骤1）的待测溶液用GC/MS仪器分析，GC/MS仪器分析条件为：色谱柱：HP-5MS的规格为：30m×0.25mm×0.25um；载气：He；流速：1.0mL/min；进样口温度：240℃；检测器温度：280℃；分流比：15：1；进样量：5μl；程序升温：第1min为50℃，之后以2℃/min的升温速度升至180℃，再以6℃/min的升温速度升至270℃；MS条件为电离电压：70ev；离子源温度为：220℃；传输线温度：270℃；使用Wiley7与Mainlib图谱库进行检索，建立烤烟GC/MS指纹图谱；

3）GC/MS指纹图谱共有峰数据库的建立：根据图谱库检索的结果，在步骤2）得到的指纹图谱中挑选出60%以上样品共有的峰，建立GC/MS指纹图谱共有峰数据库，若两个峰未能完全的分开且在各样品中有相当好的对应，则将其合并，如H1、H2、H3分别是三甲基二氢萘和三甲基四氢萘酚、9－甲基－顺式十氢－1，8－二酮与二氢猕猴桃内酯、菲和肉豆蔻酸的加和，此外，有若干组峰，含量比较小且紧密相连，也将其合并为一个指标，如H4、H5、H6三组，如此一来，经简化得到44个峰建立共有峰数据库（表1），其中8号峰为内标峰丙酸苯乙酯，以丙酸苯乙酯为参照峰计算各峰的相对保留时间α；

4）根据步骤3）建立的GC/MS指纹图谱共有峰数据库，对烤烟指纹图谱共有峰数据库进行聚类分析，判定烟草品质级别，具体是：以挑选出的共有峰的峰面积比为指标，进行聚类分析（最短距离法）（图3），通过聚类分析图3可以看出，在距离为0.1左右时，可以将2009年云南省各个产区C3F等级烟叶分成4类：第一类烟叶产区是麒麟、沾益、保山、景东、禄劝、丽江、红河；第二类是昭通、临沧、罗平、文山、楚雄；第三类是宣威、马龙；富源区别于其它产地自成一类。

实施例3

供试烟叶品种 K326，等级为B2F，分别取自云南省17个不同烟叶产区。按照实施例1的制备方法和分析方法进行分析，得出不同样品的聚类图（图4）。

通过聚类分析图4可以看出，在距离为0.05左右时，可以将2009年云南省各个产区B2F等级烟叶分成6类：第一类烟叶产区是师宗、罗平、红河；第二类是普洱、文山、陆良、临沧；第三类是大理、昭通、保山；第四类是寻甸、楚雄、富源、沾益；第五类是麒麟、玉溪；另外富源为第六类。

实施例4

供试烟叶品种 K326，等级为X2F，分别取自云南省13个不同烟叶产区。按照实施例1的制备方法和分析方法进行分析，得出不同样品的聚类图（图5）。

通过聚类分析图5可以看出，可以将云南省各个产区X2F等级烟叶分成4类：第一类烟叶产区是大理、麒麟、普洱、宣威、昭通、楚雄；第二类是玉溪、罗平、富源；第三类是马龙、保山、临沧；禄劝单成一类。

 

表1 云南烤烟GC/MS指纹图谱共有峰列表

NO.α化合物分子式分子量CAS10.1834 糠醛2-FurancarboxaldehydeC5H4O29698-01-120.2057 糠醇2-Furanmethanol C5H6O29898-00-030.4509 苯甲醇Benzenemethanol C7H8O108100-51-640.4625 苯乙醛Benzeneacetaldehyde C8H8O120122-78-150.5834 苯乙醇BenzeneethanolC8H10O12260-12-860.9336 对乙烯基愈疮木酚Phenol, 4-ethenyl-2-methoxy-C9H10O21507786-61-070.9824 烟碱Pyridine, 3-(1-methyl-2-pyrrolidinyl)-, (S)- C10H14N216254-11-581.0000 丙酸苯乙酯Propanoic acid, 2-phenylethyl esterC11H14O2178122-70-391.0226 茄酮(E)-solanoneC13H22O19454868-48-3101.0505 β-大马烯酮β-DamascenoneC13H18O19023726-93-411-H1---121.0979 β-二氢大马酮β-DamasconeC13H20O19285949-43-5131.1060 脱氢二氢-β-紫罗兰酮C13H20O19220483-36-7141.1628 香叶基丙酮5,9-Undecadien-2-one, 6,10-dimethyl-C13H22O194689-67-8151.2144 β-紫罗兰酮β-IononeC13H20O19214901-07-616-H2---171.3315 巨豆三烯酮-1 Megastigmatrienone-1C13H18O19038818-55-2181.3588 巨豆三烯酮-2C13H18O19038818-55-2191.3909 柏木脑CedrolC15H26O22277-53-2201.4083 巨豆三烯酮-3C13H18O19038818-55-2211.4271 巨豆三烯酮-4C13H18O19038818-55-2221.5590 十六醛HexadecanalC16H32O240629-80-1231.5791 3,7,11-三甲基-1-十二烷醇C15H32O2286750-34-1241.5982 十四氢芘C16H24216126188-35-025-H3---261.6745 马铃薯螺二烯酮SolavetivoneC15H22O21854878-25-0271.7122 β-榄香烯β-ElemeneC15H242043242-8-8281.7178 异绒白乳菇醛Iso-VelleralC15H20O223237841-91-1291.7364 新植二烯Neophytadiene C20H38278NA301.7413 植酮2-Pentadecanone, 6,10,14-trimethyl- C18H36O268502-69-2311.7665 邻苯二甲酸二异丁酯1,2-Benzenedicarboxylic acid, bis(2-methylpropyl) ester C16H22O427884-69-5321.8244 法尼基丙酮Farnesyl AcetoneC18H30O2621117-52-8331.8340 棕榈酸甲酯Hexadecanoic acid, methyl ester C17H34O2270112-39-0341.8782 棕榈酸Hexadecanoic acidC16H32O225657-10-335-H4---36-H5---371.9743 去氢表雄酮Androst-5-en-17-one, 3-hydroxy-, (3á)- C19H28O228853-43-0381.9845 β-4,8,13-西柏三烯-1,3-二醇C20H34O23067220-78-2391.9917 β-4,8,13-西柏三烯-1,3-二醇C20H34O23067220-78-2402.0010 亚麻酸甲酯9,12,15-Octadecatrienoic acid, methyl ester, (Z,Z,Z)- C19H32O22927361-80-0412.0106 羊角拗醇Card-20(22)-enolide, 3,5,14,19-tetrahydroxy-, (3á,5á)-C23H34O6406560-54-3422.0160 杜伐三烯二醇DuvatriendiolC20H34O2306NA432.0375 β-4,8,13-西柏三烯-1,3-二醇C20H34O23067220-78-244-H6---