加熱振蕩提取-氣相色譜-質(zhì)譜法測定濾棒中兩種特征香味成分的含量

鄭 健 ,楊 涓* ,邱 雨 ,安泓汋 ,李 薇 ,聞 靜 ,李迅燕,王 晶

(1.四川中煙工業(yè)有限責任公司 技術中心,成都 610066;2.四川三聯(lián)新材料有限公司 技術中心,成都 610000)

為改善煙草制品的品質(zhì),通常需要對卷煙進行加香或補香,以達到增香保潤的目的。卷煙的加香方式主要有濾嘴加香、煙絲加香、包裝材料加香、卷煙紙加香、成形紙加香、黏接劑加香[1-6]等。濾嘴加香中使用的濾棒可避免燃吸過程中香精的熱解,增加轉(zhuǎn)移效率,且加香載體種類多樣,因而得到廣泛應用[7]。濾嘴加香方式主要有溶劑法、香線法、膠囊法、吸附劑法[8]等。溶劑法和香線法中添加的香精在生產(chǎn)和存放過程中易散失;吸附劑法和膠囊法雖然能夠延緩香精的揮發(fā),但吸附劑的選擇有很大局限性,開發(fā)成本高,制備工藝復雜[7]。

近年來,一種由熱敏相變材料制成的緩釋凝膠作為加香載體應用于濾嘴加香[9]。常溫下該緩釋凝膠為固態(tài),燃吸過程中,當濾嘴溫度升至45～60 ℃時,緩釋凝膠會發(fā)生相變,變?yōu)橐簯B(tài),釋放出香氣成分。凝膠釋香濾棒能夠改善傳統(tǒng)溶劑噴灑存放過程中香氣成分的損失,從而在卷煙抽吸過程中有效地釋放致香物質(zhì)[10]。緩釋凝膠由聚乙二醇、硬脂酸等食品添加劑類成分組成,安全可靠[9]。

薄荷煙是外香型煙的代表產(chǎn)品,全球薄荷型卷煙銷量占總銷量的28%左右;薄荷香型濾棒通常使用薄荷油、甜橙油為香精,其主體成分分別是薄荷醇和檸檬烯[11-12]。目前,煙草行業(yè)測定濾棒中薄荷醇的方法有氣相色譜法和氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS),但測定對象大多為基礎濾棒或簡單復合濾棒[11,13-14]。本工作通過優(yōu)化前處理條件,建立了GC-MS測定濾棒中薄荷醇、檸檬烯含量的方法。利用該方法,考察了凝膠釋香濾棒在生產(chǎn)過程批次內(nèi)和批次間的加香均勻性;并且以薄荷醇為標記物,對凝膠釋香濾棒和香線濾棒的持香效果進行評估,以期為緩釋凝膠相變材料在卷煙中的應用提供參考。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

Clarus600/Clarus600T 型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀;SHA-CA 型恒溫振蕩器;8510E-DTH 型超聲波清洗機;ME204型電子天平(感量0.000 1 g);Multipette E3型分液器。

內(nèi)標溶液:稱取苯甲酸正丙酯標準品2.5 g,用乙醇定容至50 mL 容量瓶中,配制成質(zhì)量濃度為50 g·L－1的內(nèi)標溶液。

混合標準儲備溶液:分別稱取薄荷醇、檸檬烯標準品0.50 g于250 mL 容量瓶中,用乙醇稀釋至刻度,配制成薄荷醇、檸檬烯質(zhì)量濃度均為2.00 g·L－1的混合標準儲備溶液。

薄荷醇、檸檬烯、苯甲酸正丙酯標準品的純度均不小于99%;無水乙醇的純度為99.8%;試驗用水為一級水。

1.2 儀器工作條件

1)色譜條件 HP-Innowax 毛細管色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25μm);載氣為氦氣;進樣口溫度250 ℃;流量1 mL·min－1;進樣量為1.0μL;分流比為50∶1。柱升溫程序:初始溫度100 ℃,保持2 min;以5 ℃·min－1速率升溫至180 ℃;再以20 ℃·min－1速率升溫至240 ℃,保持5 min。

2)質(zhì)譜條件 電子轟擊離子(EI)源;離子源溫度230℃,傳輸線溫度250℃;電子能量70 e V;選擇離子監(jiān)測(SIM)模式。其他質(zhì)譜參數(shù)見表1。

表1 質(zhì)譜參數(shù)Tab.1 MS parameters

1.3 試驗方法

將濾棒樣品密封,于－4 ℃保存。試驗前,先將濾棒在密封狀態(tài)下平衡至室溫。將1.0～1.5 g濾棒剪成5～10 mm 的樣品小段,置于100 mL 錐形瓶中,加入20 mL無水乙醇(提取劑)[13]和0.1 mL 內(nèi)標溶液,于30℃加熱振蕩10 min后,經(jīng)0.45μm 有機濾膜過濾,濾液供GC-MS分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜行為

按照試驗方法,對0.10 g·L－1混合標準溶液(內(nèi)標0.10 g·L－1)和濾棒樣品進行測定,所得總離子流色譜圖見圖1。

圖1 混合標準溶液和濾棒樣品的色譜圖Fig.1 Chromatograms of mixed standard solution and filter rod sample

2.2 前處理條件的選擇

2.2.1 提取方式

設置提取時間為10 min,提取劑體積為40 mL,以空白加標濾棒樣品(加標量2.00 g·L－1)為研究對象,考察了振蕩、超聲、加熱振蕩3種提取方式對濾棒樣品中檸檬烯和薄荷醇回收率的影響,結(jié)果見圖2。

圖2 提取方式對檸檬烯、薄荷醇回收率的影響Fig.2 Effect of extraction method on recovery of limonene and menthol

結(jié)果表明,采用加熱振蕩法提取時,樣品中薄荷醇和檸檬烯的回收率分別為96.3%和98.7%,提取效果較好,因此試驗選擇提取方式為加熱振蕩。

2.2.2 提取時間

采用加熱振蕩的方式,考察了不同提取時間(5,10,15,20,25 min)對上述濾棒樣品中檸檬烯和薄荷醇回收率的影響,結(jié)果見圖3。

圖3 提取時間對檸檬烯、薄荷醇回收率的影響Fig.3 Effect of extraction time on recovery of limonene and menthol

由圖3可知:當提取時間為10 min時,檸檬烯和薄荷醇的回收率分別為97.1%和98.4%,提取效果較好;隨著提取時間的延長,回收率變化幅度較小。綜合考慮提取效率等因素,試驗選擇提取時間為10 min。

2.2.3 提取溫度

采用加熱振蕩的方式,設置提取時間為10 min,考察了不同提取溫度(25,30,40,50,60 ℃)對上述濾棒樣品中檸檬烯和薄荷醇回收率的影響,結(jié)果見圖4。

圖4 提取溫度對檸檬烯、薄荷醇回收率的影響Fig.4 Effect of extraction temperature on recovery of limonene and menthol

由圖4可知:隨著提取溫度的升高,樣品中檸檬烯和薄荷醇的回收率呈先增大后減少的趨勢;當提取溫度為30 ℃時,檸檬烯、薄荷醇的回收率為103%和98.5%。因此,試驗選擇提取溫度為30℃。

2.2.4 提取劑體積

在上述優(yōu)化條件下,考察了不同提取劑體積(15,20,25,30 mL)對上述濾棒樣品中檸檬烯和薄荷醇回收率的影響,結(jié)果見圖5。

圖5 提取劑體積對檸檬烯、薄荷醇回收率的影響Fig.5 Effect of extractant volume on recovery of limonene and menthol

由圖5可知:當提取劑體積為20 mL 時,樣品中檸檬烯和薄荷醇回收率分別為98.8%和103%;繼續(xù)增大提取劑的體積,薄荷醇的回收率稍有降低,而檸檬烯的回收率變化不明顯。因此,試驗選擇提取劑體積為20 mL。

2.3 標準曲線、檢出限和測定下限

移取適量的混合標準儲備溶液和0.05 mL 內(nèi)標溶液,分別置于一組25 mL 容量瓶中,用乙醇稀釋至刻度,配制成薄荷醇、檸檬烯質(zhì)量濃度均為0.01,0.02,0.10,0.40,2.00 g·L－1,內(nèi)標質(zhì)量濃度為0.10 g·L－1的混合標準溶液系列。按照儀器工作條件對上述混合標準溶液系列進行測定,內(nèi)標法定量。以各目標物與內(nèi)標質(zhì)量濃度的比值為橫坐標,其對應的目標物與內(nèi)標峰面積比值為縱坐標繪制標準曲線。結(jié)果顯示,檸檬烯、薄荷醇標椎曲線的線性范圍均為0.01～2.00 g·L－1,線性參數(shù)見表2。

對0.01 g·L－1混合標準溶液連續(xù)測定10次,計算測定值的標準偏差(s),以3倍標準偏差計算檢出限(3s),10倍標準偏差計算測定下限(10s),結(jié)果見表2。

表2 線性參數(shù)、檢出限和測定下限Tab.2 Linearity parameters,detection limits and lower limits of determination

2.4 精密度試驗

按照試驗方法,對同一濾棒樣品連續(xù)測定5次,計算測定值的相對標準偏差(RSD)。結(jié)果顯示,檸檬烯測定值的RSD 為2.7%,薄荷醇測定值的RSD為1.2%,表明該方法精密度良好。

2.5 回收試驗

按照試驗方法,對濾棒樣品中的檸檬烯和薄荷醇分別進行低、中、高等3個濃度水平的加標回收試驗,計算回收率,結(jié)果見表3。

表3 回收試驗結(jié)果Tab.3 Results of test for recovery

2.6 方法比對

采用本法和行業(yè)標準方法YC/T 416－2011《醋酸纖維濾棒中薄荷醇的測定 氣相色譜法》對香線濾棒、凝膠釋香濾棒、爆珠濾棒中的薄荷醇進行測定,結(jié)果見表4。

表4 樣品分析結(jié)果的方法比對Tab.4 Comparision of analytical results of samples by different methods

本法與行業(yè)標準方法相比,兩者對香線濾棒中薄荷醇的測定結(jié)果基本一致,而本法對凝膠釋香濾棒和爆珠濾棒中薄荷醇的測定值更高。隨著濾棒生產(chǎn)工藝進步,濾棒加香方式豐富化,載香材料多種多樣,濾棒中加入吸附劑、緩釋凝膠、添加劑及助劑等物質(zhì),導致樣品提取液的基質(zhì)較普通濾棒復雜,行業(yè)標準采用氣相色譜法根據(jù)保留時間定性,提取液中助劑、色素等出峰會造成干擾,而本方法除了保留時間定性外,通過目標物離子碎片豐度比輔助定性,且前處理時間更短、溶劑用量更少,表明本方法更適用于對凝膠釋香濾棒和爆珠濾棒的測定。

2.7 樣品分析

采用本法對不同類型濾棒中的檸檬烯和薄荷醇進行測定,結(jié)果見表5。

表5 樣品分析結(jié)果Tab.5 Analytical results of samples mg·g-1

結(jié)果表明,不同濾棒中檸檬烯的質(zhì)量分數(shù)為0.14～2.40 mg·g－1,薄荷醇的質(zhì)量分數(shù)為0.26～24.40 mg·g－1,兩種成分含量的差異較大。

2.8 凝膠釋香濾棒的加香均勻性分析

以凝膠釋香濾棒為研究對象,選取6批次的凝膠釋香濾棒生產(chǎn)線,在同一批次凝膠釋香濾棒的生產(chǎn)過程中,于裝盤機固定位置每隔5 min取1個樣品,連續(xù)取50個,按照試驗方法測定樣品中薄荷醇、檸檬烯的含量,計算每批次50 個濾棒樣品中薄荷醇、檸檬烯測定值的RSD,以考察批次內(nèi)樣品加香的均勻性,結(jié)果見表6。

采用相同的取樣方法,每批次連續(xù)取10 個樣品,按照試驗方法進行測定。計算每批次10個樣品中各成分含量的平均值,以該平均值記為各批次樣品中各成分的測定值,計算6批次樣品中薄荷醇和檸檬烯的RSD,以考察批次間樣品加香的均勻性,結(jié)果見表6。

表6 凝膠釋香濾棒的加香均勻性分析結(jié)果Tab.6 Analytical results of the uniformity of flavouring on filter rods containing aroma gel %

結(jié)果顯示:檸檬烯的批次內(nèi)RSD 為4.0%～12%,批次間RSD 為11%;薄荷醇的批次內(nèi)RSD 為1.4%～2.2%,批次間RSD 為1.9%。這可能是由于檸檬烯揮發(fā)性強,受取樣時間的影響較大,而薄荷醇的化學穩(wěn)定性較好,因此薄荷醇可作為薄荷香型凝膠釋香濾棒加香均勻性的評價指標。從薄荷醇的測定結(jié)果來看,凝膠釋香濾棒批次內(nèi)和批次間的加香均勻性良好,加香精密度較高,滿足濾棒加香的質(zhì)量要求。

2.9 不同加香載體的持香能力分析

使用同種香料,以緩釋凝膠和香線為加香載體分別制作凝膠釋香濾棒和香線濾棒(濾棒參數(shù):19.3 mm×120 mm,壓降3 380 Pa,成形紙透氣度6 000 CU),加香量均為0.2 g/10 支。將制備好的兩種濾棒用鋁箔袋迅速密封,并送至實驗室,取出放置于干凈紙張上,按照試驗方法在放置0,1,2,3,6,8 d時測定凝膠釋香濾棒和香線濾棒中薄荷醇的含量,每種濾棒分別測定5個樣品,結(jié)果見圖6。

圖6 不同加香載體的持香能力Fig.6 Aroma holding capacity of different spiced carriers

結(jié)果顯示:兩種濾棒中薄荷醇含量均隨著放置時間的延長逐漸減少;到第8 d,凝膠釋香濾棒和香線濾棒中薄荷醇分別減少了79.6%和85.9%,說明凝膠釋香濾棒中薄荷醇的揮發(fā)速率相對較慢,持香能力相對較好。

本工作建立了GC-MS測定不同類型濾棒中薄荷醇、檸檬烯兩種特征香味成分含量的方法,該方法操作簡便、準確度高、重復性好。以凝膠釋香濾棒為研究對象,其生產(chǎn)批次內(nèi)和批次間的加香均勻性良好并且持香能力更佳,為凝膠釋香濾棒的應用提供了一定的技術參考。