青煙葉及烤煙葉中生物堿的檢測分析

田喜峰

摘 要：煙草中的生物堿會直接影響煙草的品質(zhì)和口感，為了能夠保證青煙葉、烤煙葉的生物堿平衡，需要不斷加強青煙葉、烤煙葉生物堿快速定量檢測技術(shù)。其中，近紅外光譜法在近些年煙草領(lǐng)域中的應(yīng)用愈加廣泛，不僅能夠有效地對青煙葉、烤煙葉生物堿進行快速測定，還能夠保證測量精度，適用性非常強?；诖?，該文首先提出近紅外光譜法以及煙草生物堿的含義，進而提出在青煙葉、烤煙葉生物堿分析中近紅外光譜法的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：近紅外光譜法；青煙葉；烤煙葉；定量檢測

中圖分類號：TS47 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

我國煙草行業(yè)作為推動我國國民經(jīng)濟發(fā)展的支柱型產(chǎn)業(yè)，為了能夠有效推動我國煙草業(yè)發(fā)展，保證煙草品質(zhì)和質(zhì)量，這就需要采用相關(guān)技術(shù)對煙草生物堿進行檢測。生物堿作為煙草中的重要化學(xué)物質(zhì)，生物堿平衡度會直接對煙草品質(zhì)造成影響。無論是青煙葉還是烤煙葉，加強對生物堿的測定尤為重要。近紅外光譜法在幾十年的發(fā)展中，應(yīng)用范圍也愈加廣泛，除了農(nóng)業(yè)、食品領(lǐng)域外，還涉及了石油化工、生物、高分子、纖維等領(lǐng)域，可以說涉及有機檢測行業(yè)的都可以采用近紅外光譜法。這也為青煙葉及烤煙葉生物堿定量檢測提供了新的渠道。

1 近紅外光譜法以及生物堿相關(guān)闡述

1.1 近紅外光譜法

近紅外光譜法是利用了近紅外光，其是介于可見光、中紅外之間的一種電磁輻射波。美國材料檢驗協(xié)會將年近紅外光譜設(shè)定為780 nm～2 526 nm區(qū)域，也是人類在吸收光譜當(dāng)中找到的第一個非可見光區(qū)。近紅外光譜區(qū)和有機分子中的含氫基團振動合頻以及各級倍頻吸收區(qū)一致，通過對所掃描樣品的紅外光譜即可得到樣品中的有機分子含氫基團信息。采用近紅外光譜法，具有快速、便捷、高效、精準(zhǔn)、成本低、不破壞樣品以及無污染等特性，引起了多個行業(yè)的關(guān)注。

1.2 煙草生物堿

煙草生物堿是煙草當(dāng)中堿性含氮雜環(huán)化合物，其中生物堿群是一種類似于尼古丁的物質(zhì)，而揮發(fā)性堿是可揮發(fā)的氨類含氮化合物以及游離煙堿。煙草的生理強度是煙進入人們口腔之后獲得的滿足程度，這主要是煙生物堿決定的。在煙堿當(dāng)中生物堿的含量在95%以上，其次是降煙堿、新煙草堿、假木賊堿。生物堿通常是有機酸和無機酸相結(jié)合成鹽存于煙葉當(dāng)中，少量以游離形態(tài)出現(xiàn)。打頂煙株部位越高、生物堿的含量越高，并且隨著青煙草成熟度增加而增加。

2 紅外光譜法在快速定量檢測青煙葉及烤煙葉中的生物堿分析方法

近紅外光譜法在近幾十年中得到了各個領(lǐng)域的認(rèn)可和關(guān)注，其主要優(yōu)勢是能夠在短時間對無須復(fù)雜的樣品制備中完成快速定量分析，并且可以保證煙草生物堿的分析精度，并且不會產(chǎn)生任何化學(xué)污染、成本較低。

2.1 近紅外光譜法的應(yīng)用準(zhǔn)備

1）收集具有代表性的青煙葉、烤煙葉定標(biāo)以及預(yù)測樣品，對所收集的成分進行定量分析；2）定標(biāo)與預(yù)測青煙葉及烤煙葉品集的近紅外光譜采集與光譜分析；3）生物堿檢測成分在紅外分析儀器上定標(biāo)建模以及模型優(yōu)化；4）對已經(jīng)標(biāo)定的模型進行實際預(yù)測分析。

2.2 生物堿測定過程

將青煙葉及烤煙葉在40 ℃環(huán)境中烘干且粉碎之后，采用0.15 mm孔徑網(wǎng)篩進行篩選。在100 mL錐形瓶中放入樣品粉末0.3 g，之后再加入20 mL的乙醚、2 mL10%的氫氧化鈉容溶液，采用微量吸油管中加入mL內(nèi)標(biāo)液，震蕩15分鐘讓其完全融合，并靜置15分鐘，將靜置后的上清液轉(zhuǎn)移到樣管當(dāng)中，使用近紅外光譜對生物堿定量分析，結(jié)合保留時間定性，使用內(nèi)標(biāo)定法進行定量檢測。

2.3 統(tǒng)計分析方法

使用統(tǒng)計軟件對青煙葉及烤煙葉進行統(tǒng)計分析、方差分析、比較分析、相關(guān)性分析。其中，總生物堿含量主要包括煙堿、降煙堿、假木賊堿、新煙草堿的總和；總微堿含量包括降煙堿、假木賊堿、新煙草堿的總和。

煙堿轉(zhuǎn)化率為：降煙堿含量/（煙堿含量+降煙堿含量）

上述所有參數(shù)都是采用統(tǒng)計軟件分析各個參數(shù)的趨勢面。

2.4 注意事項

上述工作都要對每個檢驗環(huán)節(jié)進行綜合考慮，特別是溫度、濕度等影響因素。一旦青煙葉及烤煙葉定標(biāo)模型通過預(yù)測檢驗后，可以保證光譜分析儀器長時間保持穩(wěn)定性、精準(zhǔn)性。近紅外光譜儀在使用中環(huán)境因素會對模型檢測精度有很大的影響，同時還包括元器件老化、青煙葉及烤煙葉標(biāo)準(zhǔn)樣品變化，為了能夠保證分析精度，需要對青煙葉及烤煙葉標(biāo)準(zhǔn)模型進行檢測和修正，因此檢測人員要具備較強的理化分析能力，保證測量試樣的精度。

3 近紅外光譜法在青煙葉及烤煙葉生物堿快速定量檢測的方法

3.1 標(biāo)準(zhǔn)樣品光譜采集與預(yù)處理

對青煙葉及烤煙葉樣品進行近紅外光譜采集并進行光譜預(yù)處理工作，對原始吸收光譜圖、一階微分光譜進行測定。

3.2 導(dǎo)入數(shù)學(xué)模型

采用化學(xué)計量分析軟件，將校正集標(biāo)準(zhǔn)樣品光譜數(shù)據(jù)表號順序進行調(diào)整，和一級數(shù)據(jù)保持一致，將一級數(shù)據(jù)中的部分?jǐn)?shù)據(jù)提取，黏貼到CAMO數(shù)據(jù)表中，并且和光譜數(shù)據(jù)一一對應(yīng)，采用多元回歸的偏最小二乘法，構(gòu)建定量校正數(shù)據(jù)模型。如果模型中有良好的線性關(guān)系，并且指標(biāo)相關(guān)性都在0.95（烤煙葉）以及0.94（青煙葉）以上，再加上建模樣品數(shù)量非常多，則表示數(shù)據(jù)梯度分布更好，可以更好地對生物堿偏差進行驗證。

3.3 模型驗證與預(yù)測

采用實驗室標(biāo)準(zhǔn)方法對烤煙葉樣品原始生物堿值進行驗證，掃描樣品，采用一階微分9點平滑方法處理光譜數(shù)據(jù)，再導(dǎo)入計量分析軟件當(dāng)中，對已經(jīng)構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型進行預(yù)測，對原始生物堿值和預(yù)測生物堿值進行對比數(shù)據(jù)檢測，找出二者數(shù)值的差異，計算并驗證每個樣品的生物堿數(shù)據(jù)偏差和平均偏差。如果所驗證的樣品預(yù)測值、標(biāo)準(zhǔn)值和原始數(shù)值偏差小，則表示實驗誤差在允許范圍內(nèi)；如果驗證樣品原始數(shù)值和預(yù)測數(shù)值之間的差異不顯著，則代表數(shù)學(xué)模型有效，可以快速測定烤煙中的生物堿。

3.4 分析

3.4.1 烤煙葉方面

采用近紅外光譜法能夠快速得到烤煙中的化學(xué)成分含量，確定烤煙葉的質(zhì)量，從而為煙草企業(yè)提供質(zhì)量信息，科學(xué)地使用烤煙材料。同時，使用近紅外光譜法還能夠大批量地對烤煙樣品進行檢測，采集信息量越大、數(shù)學(xué)模型代表性更強，幫助工作人員更好地掌握烤煙葉質(zhì)量情況。為次年制定烤煙生產(chǎn)技術(shù)方案提供依據(jù)。

3.4.2 青煙葉方面

采用近紅外光譜法可以快速檢測出青煙葉中的煙堿量，對生長中的青煙葉展開動態(tài)檢測，掌握青煙葉中干物質(zhì)累積情況。并綜合采用農(nóng)技措施，讓煙葉的含堿量更加協(xié)調(diào)。象在線監(jiān)測得知生物堿含量較低，此時即可通過田間管理技術(shù)進行結(jié)構(gòu)調(diào)整。如果在生長前期發(fā)現(xiàn)煙堿量較高，可以降低追肥中的氮用量，配合灌水等方法促進葉片生長，特別是在上部葉面積擴展方面，可以有效降低青葉片特別是上部葉片的煙堿含量。

4 結(jié)語

綜上所述，在青煙葉及烤煙葉生物堿測定當(dāng)中，需要不斷加強近紅外光譜法的研究工作，保證在實際定量檢測環(huán)節(jié)的實施精度，盡可能使用多樣本構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，提升數(shù)學(xué)模型的代表性，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)青煙葉及烤煙葉生物堿快速定量檢測目標(biāo)。該文提出了近紅外光譜法在煙草生物堿中的檢測方案，分析了生物堿檢測中的注意事項?？傊?，只有能夠精準(zhǔn)地配置樣本、構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，才可以確保生物堿定量檢測精度，為煙廠后續(xù)制定經(jīng)營計劃提供精準(zhǔn)依據(jù)，保證煙草產(chǎn)品的質(zhì)量。

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