一种烟用爆珠内在质量稳定性评价方法

摘要

本发明涉及一种烟用爆珠内在质量稳定性评价方法，先将若干批次的烟用爆珠样品分别磨碎后过滤，得到爆珠内含物，向爆珠内含物中加入内标溶液，萃取后取上清液过滤，得到滤液；其中爆珠内含物和内标溶液中的内标物之比为1mL：(0.5～2.0)mg；对滤液进行气相色谱质谱联用法分析，以内标峰为参照峰，确定共有峰，求出烟用爆珠样品中色谱峰的相对保留时间α和相对峰面积S值，建立每个爆珠内含物样品的色谱指纹图谱；利用每批次烟用爆珠样品的每个组分的相对峰面积S值分别求得欧氏距离、欧氏距离比值和相似度，进行烟用爆珠内在质量稳定性评价。本发明方法能够对烟用爆珠内在质量进行综合分析及反映内在质量波动情况。

说明书

技术领域

本发明属于烟用材料技术领域，具体涉及一种烟用爆珠内在质量稳定性评价方法。

背景技术

烟用爆珠添加技术是在过滤嘴的生产过程中植入一粒或多粒易捏破的香味胶囊，实现在卷烟吸食过程中人为可控的特色香味释放，减少外界环境对吸味的影响和造成的香精损失。烟用爆珠对于改善卷烟口感，弥补和增强卷烟香气，突出卷烟风格具有重要作用，越来越多的卷烟生产企业致力于爆珠卷烟的研发中。

目前，对于烟用爆珠的研究主要是新型烟用爆珠内含物的开发与制备、烟用爆珠对主流烟气有害成分释放量和滤嘴截留的影响等，而对于烟用爆珠质量稳定性的评价仅限于物理指标如爆珠直径、胶皮厚度、破碎压力及外观评价。目前，尚未有烟用爆珠内在质量稳定性评价方法的报道。烟用爆珠内含物是由多种香料和适量溶剂调和制成的，受原料产地、加工工艺等多种因素影响，产品质量存在一定的波动性，仅从其物理指标和感官判断无法从本质上反映烟用爆珠内含物的成分，难以准确客观地把握其质量变化。因此，建立烟用爆珠质量稳定性评价方法十分必要。烟用爆珠内含物成分较为复杂，如果只分析其中个别化学指标，难以有效监控烟用爆珠的内在质量变化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种烟用爆珠内在质量稳定性评价方法，能够有效监控烟用爆珠的内在质量变化。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

包括以下步骤：

包括以下步骤：

(1)将若干批次的烟用爆珠样品分别磨碎后过膜，得到爆珠内含物，向爆珠内含物中加入内标溶液，萃取后取上清液过膜；其中爆珠内含物和内标溶液中的内标物之比为1mL：(0.5～2.0)mg；

(2)采用气相色谱质谱联用法对过膜后的上清液进行分析，以内标峰为参照峰，确定共有峰，求出烟用爆珠样品中色谱峰的相对保留时间α和相对峰面积S值，建立每个爆珠内含物样品的色谱指纹图谱；

(3)利用每批次烟用爆珠样品的每个组分的相对峰面积S值分别求得欧氏距离、欧氏距离比值和相似度，进行烟用爆珠内在质量稳定性评价。

进一步地，步骤(1)中磨碎后的过膜是经0.22μm或0.45μm有机相针头滤膜过膜。

进一步地，步骤(1)中的内标溶液是正十七烷的正己烷溶液。

进一步地，步骤(1)中萃取采用振荡萃取，萃取时间为20～60min。

进一步地，步骤(2)的气相色谱质谱联用法分析中的条件为：色谱柱：安捷伦HP-5MS毛细管柱，规格：30m×0.32mm×0.25μm；分流比：(5～30):1；进样量:1μL；程序升温：初始温度60～80℃并保持3min，然后以5℃/min的升温速率升至160℃，再以10℃/min的升温速率升至280℃，保持10min；载气：氦气；载气流速：0.8～1.2mL/min；进样口温度：280℃；传输线温度：280℃；溶剂延迟：3.5min；电离方式：EI；离子化能：70eV；离子源温度：230℃；四级杆温度：150℃；扫描方式：Scan模式；扫描范围：35～500amu。

进一步地，气相色谱质谱联用法分析中，采用NIST谱库检索定性，内标相对峰面积法定量。

进一步地，步骤(2)中，相对保留时间α和相对峰面积S值的计算公式为：

α＝t_r/t_is>

S＝S_r/S_is>

其中，t_r是待测峰的保留时间；t_is是内标物的保留时间；S是相对峰面积；S_r是每个样品组分的峰面积；S_is是内标物的峰面积。

进一步地，假设特征峰的个数k＝1，2，…，m，步骤(3)中，欧氏距离、欧氏距离比值和相似度的计算公式为：

相似度＝欧氏距离比值×夹角余弦值 (6)

其中，d是欧氏距离；X_k是样品X的第k个峰的S_r；X_r是批次样品第k个峰S_r的均值；C是夹角余弦；Y_k是样品Y的第k个峰的S_r。

进一步地，步骤(3)中，对每个爆珠内含物样品的色谱指纹图谱进行聚类分析，用欧氏距离测量，每两个样本间用类间平均链锁法连接，输出系统聚类分析树状图，以系统聚类分析树状图的横坐标为临界值，根据临界值的大小，判断烟用爆珠不同批次样品的质量稳定性。

进一步地，步骤(1)中，对爆珠内含物分别进行稀释和搀兑香精香料，再分别加入内标溶液，萃取后取上清液过膜，进行气相色谱质谱联用法分析，得到稀释样品的色谱指纹图谱和搀兑样品的色谱指纹图谱；步骤(3)中，对每个爆珠内含物样品的色谱指纹图谱、稀释样品的色谱指纹图谱和搀兑样品的色谱指纹图谱均进行聚类分析。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明中利用的色谱指纹图谱是一种从整体上研究复杂化学成分体系的方法，具有指纹特征分析、宏观推断分析等特点，适合于考察复杂成分内在质量的均一性和稳定性。本发明通过GC-MS联用法获得烟用爆珠内含物的指纹图谱，建立适用于烟用爆珠内在质量稳定性的评价方法，本发明的方法能够对烟用爆珠内在质量进行综合分析及反映内在质量波动情况，为烟用爆珠内在质量控制提供了一种快速，简便，可靠的方法，有利于提高卷烟行业烟用爆珠质量安全控制水平。

进一步地，针对目前烟用爆珠的质量评价仅限于物理指标的评价，不能全面反映烟用爆珠内在质量情况，同时避免繁琐的比对过程以及避免遗漏信息等问题，本发明将色谱指纹图谱与聚类分析相结合，建立适用于烟用爆珠内在质量稳定性的评价方法。本发明通过聚类分析方法，根据观察值或变量之间的亲疏程度，将最相似的对象结合在一起，以逐次聚合的方式将观察值分类，直到最后所有样本都聚成一类，本发明将色谱指纹图谱与聚类分析相结合能够综合分析样品间的相似及差异性，直观性强，不易遗漏信息。因此，本发明将色谱指纹图谱结合聚类分析应用于烟用爆珠内在质量稳定性的评价研究中，可建立非常适用于烟用爆珠内在质量稳定性评价的方法。

附图说明

图1是烟用爆珠A内含物不同批次样品指纹图谱；

图2是烟用爆珠A样品系统聚类分析树状图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明包括以下步骤：

(1)烟用爆珠样品的预处理

将爆珠样品磨碎，经0.22μm或0.45μm有机相针头滤膜过膜后，得到爆珠内含物备用。用移液枪准确移取0.3～1.0mL爆珠内含物于50mL具塞三角瓶中，加入3.0～10.0mL含一定浓度内标物的正己烷溶液，振荡萃取20～60min，静置后取上清液经有机相滤膜过膜后，进行气相色谱质谱联用法分析。其中爆珠内含物和内标溶液的体积比为1:10，内标溶液的浓度范围是0.05～0.2mg/mL，因此爆珠内含物和内标溶液中的内标物之比为1mL：(0.5～2.0)mg。

(2)气相色谱质谱联用法分析条件

色谱柱：安捷伦HP-5MS毛细管柱(规格：30m×0.32mm×0.25μm)；分流比：5～30:1；进样量:1μL；程序升温：初始温度60～80℃，保持3min，以5℃/min的升温速率升至160℃，再以10℃/min的升温速率升至280℃，保持10min；载气：氦气；载气流速：0.8～1.2mL/min；进样口温度：280℃；传输线温度：280℃；溶剂延迟：3.5min；电离方式：EI；离子化能：70eV；离子源温度：230℃；四级杆温度：150℃；扫描方式：Scan模式；扫描范围：35～500amu。采用NIST谱库检索定性，内标相对峰面积法定量。

(3)不同批次烟用爆珠内含物色谱指纹图谱的建立

采用气相色谱质谱联用法测定了不同批次烟用爆珠内含物样品及稀释和搀兑样品，图1为烟用爆珠A内含物不同批次样品色谱指纹图谱，以内标峰为参照峰，选择不同批次样品共同含有，分离良好且较为稳定的组分色谱峰作为共有峰，按照公式(1)和(2)分别求出样品中主要色谱峰(色谱图中分离度较好，峰面积较大，能代表爆珠内含物成分的峰)的相对保留时间α和相对峰面积S值，建立每个爆珠内含物样品的色谱指纹图谱。再将每批次爆珠内含物样品的每个组分的相对峰面积S值分别代入欧氏距离，欧氏距离比值和夹角余弦公式中(式3-式6)，并通过比较其欧氏距离、欧氏距离比值、相似度等评价各批次爆珠内含物样品的质量稳定性。

α＝t_r/t_is>

S＝S_r/S_is>

相似度＝欧氏距离比值×夹角余弦值 (6)

式中：α—相对保留时间；t_r—待测峰的保留时间；t_is—内标物的保留时间；S—相对峰面积；S_r—每个样品组分的峰面积；S_is—内标物的峰面积；d—欧氏距离；X_k—样品X的第k个峰的S_r；X_r—批次样品第k个峰S_r的均值；C—夹角余弦；Y_k—样品Y的第k个峰的S_r；假设特征峰的个数k＝1，2，…，m。

(4)不同批次烟用爆珠内含物的聚类分析

采用SPSS数据统计软件中的系统聚类分析方法对各批次爆珠样品的色谱数据进行聚类分析，根据系统聚类分析树状图及样品间的临界值可直观判断各批次爆珠样品的内在质量稳定性。采用SPSS软件对烟用爆珠样品的不同批次及其稀释、搀兑样品的色谱指纹图谱数据进行聚类分析，用欧氏距离测量，每两个样本间用类间平均链锁法连接，最后输出系统聚类分析树状图，临界值是采用系统聚类分析方法对数据进行处理后系统聚类分析树状图的横坐标。根据临界值的大小，可以判断两个样品的相似程度，临界值越小，样品越相似。

本发明通过气相色谱质谱联用法获得烟用爆珠内含物的指纹图谱，将色谱指纹图谱与聚类分析相结合，建立适用于烟用爆珠内在质量稳定性的评价方法，该方法能够对烟用爆珠内在质量进行综合分析及反映内在质量波动情况，进而有效监控烟用爆珠内在质量，有利于提高卷烟行业烟用爆珠质量安全控制水平。

本发明的主要特点是将色谱指纹图谱的宏观整体性与聚类分析的直观性相结合，实现对烟用爆珠内在质量的整体监控。

下面通过具体的实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

1.材料

1.1材料、试剂和仪器

由广州兴叶生物科技有限公司生产的蜜甜香型、清甜香型以及薄荷香型三种烟用爆珠样品，分别编号为A-C。

正己烷为色谱纯。

7890B-5977A气相色谱质谱联用仪(美国安捷伦公司)；HP-5MS毛细管柱(规格：30m×0.32mm×0.25μm，美国安捷伦公司)；KQ-700DB数控超声萃取仪(昆山市超声仪器有限公司)；HY-8型振荡仪(常州国华电器有限公司)。0.45μm有机相针头滤膜(津腾公司)。

2.方法

2.1样品的处理

将爆珠样品用研钵磨碎，取爆珠内含物经0.45μm有机相针头滤膜过膜后备用。用移液枪准确移取0.5mL爆珠内含物于50mL具塞三角瓶中，加入5.0mL含正十七烷的正己烷溶液，含正十七烷的正己烷溶液的浓度为0.05mg/mL，此时，爆珠内含物和内标溶液中的内标物之比为1mL：0.5mg，振荡萃取30min，静置后取上清液经有机相滤膜过膜后，进行气相色谱质谱法分析。

2.2气相色谱质谱法分析

分析条件为：色谱柱：安捷伦HP-5MS毛细管柱(规格：30m×0.32mm×0.25μm)；分流比：10:1；进样量:1μL；程序升温：初始温度60℃，保持3min，以5℃/min的升温速率升至160℃，再以10℃/min的升温速率升至280℃，保持10min；载气：氦气；载气流速：1.0mL/min；进样口温度：280℃；传输线温度：280℃；溶剂延迟：3.5min；电离方式：EI；离子化能：70eV；离子源温度：230℃；四级杆温度：150℃；扫描方式：Scan模式；扫描范围：35～500amu。

采用NIST谱库检索定性，内标相对峰面积法定量。

2.3烟用爆珠内含物指纹图谱的建立

采用气相色谱质谱联用法分别测定了三种类型爆珠A、B、C的5个批次内含物样品及稀释和搀兑样品，以正十七烷内标峰为参照峰，选择5个批次样品共同含有、分离良好且较为稳定的组分色谱峰作为共有峰，保留时间在30min以内，按照公式分别求出样品中主要色谱峰的相对保留时间α和相对峰面积S值，建立每个爆珠内含物样品的色谱指纹图谱。5个批次样品的共有峰总面积分别占总峰面积的80％以上，可以体现烟用爆珠各批次样品的特征性。再将每批次爆珠内含物样品的每个组分的相对峰面积S值分别代入欧氏距离、欧氏距离比值和夹角余弦公式中，并通过比较其欧氏距离、欧氏距离比值、相似度等评价各批次爆珠内含物样品的质量稳定性。

表1为爆珠A的5个批次样品及稀释、搀兑样品的S值，由表1可看出，爆珠A的5个批次样品A₁-A₅的15个共有峰的S值较接近，而随着爆珠A样品稀释浓度降低，每个峰的S值也逐渐变小，随着爆珠A样品搀兑浓度的增加，每个峰的S值也逐渐变小。

表1爆珠A5个批次样品及稀释搀兑样品的S值

注：a为用正己烷对爆珠A内含物浓度进行稀释；b为爆珠A内含物搀兑入体积分数10％～40％其它香精香料样品。稀释后的样品和搀兑后的样品再经过加入含一定浓度内标物的正己烷溶液预处理；搀兑的香精香料样品可以是甜润型爆珠内含物。

相似度计算常见方法有欧氏距离法、夹角余弦法和相关系数法等，鉴于爆珠内含物样品成分的复杂性，单一参数难以准确反映样品间的相似度，也可采用不同样品之间欧氏距离比值与夹角余弦二者乘积来评价样品间的相似度。

2.3.1欧氏距离

欧氏距离相似性可反映样品之间的亲疏程度，根据欧氏距离数据并不能判断样品的质量，但通过批次样品和稀释及搀兑样品的倍数关系可判断样品的变化。按照公式(3)分别计算出爆珠A-C内含物样品及各自的稀释样品、搀兑样品的欧氏距离，如表2所示。由表2可看出，三种爆珠的5批次样品质量相对稳定，随着稀释和搀兑比例的增大，欧氏距离数值明显变大。爆珠A的5个批次样品欧氏距离变化范围在0.10～0.27之间，爆珠B的5个批次样品欧氏距离变化范围在1.24～8.01之间，爆珠C的5个批次样品欧氏距离变化范围在0.01～0.08之间，这些数值可作为考察以后爆珠A-C不同批次样品质量稳定性的重要指标。

表2爆珠A-C内含物样品的欧氏距离

2.3.2烟用爆珠内含物指纹图谱欧氏距离比值及相似度

按照公式，对三种爆珠不同批次及其稀释和搀兑样品计算欧氏距离比值、夹角余弦和相似度，结果如表3所示，A、B、C分别为三种爆珠的标准样品，A₁、B₁、C₁为三种爆珠的不同批次样品，三种爆珠的稀释浓度分别为80％、60％、40％和20％，搀兑浓度为10％、20％、30％和40％，由表3可知，不同批次样品的欧氏距离比值和相似度均在0.9以上，说明不同批次样品质量稳定性较好；随着稀释和搀兑浓度的增大，欧氏距离比值和相似度逐渐减小，夹角余弦值无明显变化，说明欧氏距离比值对相似度贡献较大，且可更好的反映样品成分浓度的变化，可将欧氏距离比值作为爆珠内含物质量稳定性考察的重要指标。

表3爆珠内含物样品不同批次及稀释搀兑样品的欧氏距离比值、夹角余弦及相似度

2.3.3爆珠内含物指纹图谱的聚类分析

通过比对表1的数据，可以区分出稀释和搀兑样品，但比对过程较为繁琐，容易遗漏部分信息，且不够直观，因此，采用SPSS19.0软件对烟用爆珠A样品的5个批次及其稀释(稀释浓度分别为80％、60％、40％和20％)，搀兑(搀兑浓度分别为10％、20％、30％和40％)样品的色谱指纹图谱数据进行聚类分析。用欧氏距离测量，每两个样本间用类间平均链锁法连接，最后输出系统聚类分析树状图，如图2所示，横坐标为临界值，纵坐标为样品名。临界值越小，表明谱图越相似。在临界值约为1时，烟用爆珠A的5个批次样品聚为一类，在临界值约为2时，A稀释80％和A搀兑10％聚为一类，在临界值介于2到6之间，烟用爆珠A的5个批次样品可与A稀释80％、A搀兑10％分为两类，系统聚类分析法可将其成功区分开。由图2还可看出，随着稀释和搀兑浓度的增加，稀释和搀兑样品与批次样品的距离越远，相似度越小。

对比例1

采用乙酸苯乙酯替换实施例1中的正十七烷作为内标物，其它条件同实施例1。

经测试，发现乙酸苯乙酯的出峰时间与样品中成分重叠，而正十七烷保留时间为24.701min，化学性质稳定，色谱峰形较好，且样品在该处没有出峰，故选择正十七烷作为爆珠内含物分析的内标物。

实施例2

1.材料、试剂和仪器同实施例1。

2.1样品的处理

将爆珠样品用研钵磨碎，取爆珠内含物经0.22μm有机相针头滤膜过滤后备用。用移液枪准确移取0.3mL爆珠内含物于50mL具塞三角瓶中，加入3.0mL含正十七烷的正己烷溶液，振荡萃取20min，静置后取上清液经有机相滤膜过膜后，进行气相色谱质谱联用法分析。其中含正十七烷的正己烷溶液的浓度是0.12mg/mL，因此爆珠内含物和内标溶液中的内标物之比为1mL：1.2mg。

2.2气相色谱质谱联用分析

分析条件为：色谱柱：安捷伦HP-5MS毛细管柱(规格：30m×0.32mm×0.25μm)；分流比：30:1；进样量:1μL；程序升温：初始温度70℃，保持3min，以5℃/min的升温速率升至160℃，再以10℃/min的升温速率升至280℃，保持10min；载气：氦气；载气流速：0.8mL/min；进样口温度：280℃；传输线温度：280℃；溶剂延迟：3.5min；电离方式：EI；离子化能：70eV；离子源温度：230℃；四级杆温度：150℃；扫描方式：Scan模式；扫描范围：35～500amu。

采用NIST谱库检索定性，内标相对峰面积法定量。

2.3烟用爆珠内含物指纹图谱的建立，具体步骤同实施例1。

按照公式计算了不同批次爆珠样品的相似度，相似度均在0.9以上，说明不同批次爆珠样品的质量稳定性较好。

实施例3

1.材料、试剂和仪器同实施例1。

2.1样品的处理

将爆珠样品用研钵磨碎，取爆珠内含物经0.22μm有机相针头滤膜过滤后备用。用移液枪准确移取1.0mL爆珠内含物于50mL具塞三角瓶中，加入10.0mL含正十七烷的正己烷溶液，振荡萃取60min，静置后取上清液经有机相滤膜过膜后，采用气相色谱质谱联用法分析。其中含正十七烷的正己烷溶液的浓度是0.2mg/mL，因此爆珠内含物和内标溶液中的内标物之比为1mL：2mg。

2.2气相色谱质谱联用法分析

分析条件为：色谱柱：安捷伦HP-5MS毛细管柱(规格：30m×0.32mm×0.25μm)；分流比：5:1；进样量:1μL；程序升温：初始温度80℃，保持3min，以5℃/min的升温速率升至160℃，再以10℃/min的升温速率升至280℃，保持10min；载气：氦气；载气流速：1.2mL/min；进样口温度：280℃；传输线温度：280℃；溶剂延迟：3.5min；电离方式：EI；离子化能：70eV；离子源温度：230℃；四级杆温度：150℃；扫描方式：Scan模式；扫描范围：35～500amu。

采用NIST谱库检索定性，内标相对峰面积法定量。

2.3烟用爆珠内含物指纹图谱的建立，具体步骤同实施例1。

采用SPSS19.0软件对烟用爆珠样品的不同批次、稀释及掺兑样品的指纹图谱数据进行系统聚类分析，结果表明，系统聚类分析能够区分开爆珠样品的不同批次、稀释及掺兑样品，说明系统聚类分析方法能够用于爆珠质量稳定性评价。

本发明采用正己烷振荡萃取及气相色谱质谱联用法可获得烟用爆珠内含物样品的指纹色谱图，建立了烟用爆珠内含物色谱指纹图谱，并通过比较各批次烟用爆珠内含物及掺兑、稀释样品的欧氏距离、夹角余弦、欧氏距离比值和相似度评价烟用爆珠内含物的质量稳定性，同时，利用聚类分析法可以明显区分烟用爆珠内含物样品及掺兑、稀释样品。结果表明，色谱指纹图谱法结合聚类分析可有效判断烟用爆珠内在质量稳定性，为烟用爆珠质量稳定性评价研究提供技术支持和参考。