烟草保润剂分析方法研究进展

张 蓉，伊奥尔，向能军，孟昭宇

(1.云南大学化学科学与工程学院，云南昆明650500;2.红塔烟草集团有限责任公司技术中心，云南玉溪653100)

烟草保润剂具有保持烟叶水分，增加柔韧性，减少造碎、降低刺激性和改善吃味的作用。卷烟中常用作保润成分的主要有以下几类:1)多元醇类。主要有甘油、丙二醇［1］、木糖醇、山梨醇等，通过羟基与水分子形成氢键来吸收水分，是最为常用的烟草保润剂;2)植物提取物。以天然植物为原料，通过提取其中的吡咯烷酮羧酸类组分，利用先进工艺合成的新型保润剂已在个人护理品、食品、工业等方面得到广泛应用;3)天然多糖［2，3］。有植物多糖(尤其是中草药资源)、海藻多糖和真菌多糖，以加香加料的形式加到烟丝中来改善卷烟吸味，起到增香保润功效;4)改性淀粉［4］。通过化学反应将强亲水性基团引入淀粉分子内，可以大幅度提高其吸水和保水能力;5)新型保润剂［5］。如麦芽低聚糖醇、D－吡喃半乳糖醛酸、壳聚糖衍生物、NCS［6］、PDS［7］、PCA［8］、仿生保润剂(FSB)等等。对这些成分的准确测定对提高卷烟的品质及辅助配方研究和工艺生产都具有十分重要的意义。王华［9］等曾就烟用保润剂的种类、对卷烟的影响及其发展前景做过综述，本文主要针对烟用保润剂的分析方法进行评述。

烟草保润剂成分分析方法包括了滴定法，比重法，旋光度法或比色法，但这些方法常常因相互干扰而不能准确测定。随着现代分析仪器和方法的研究进展，烟草保润成分的分析手段得到了很大的提高，检测效率也是之前的方法不可比的。其中色谱分析方法和光谱分析方法能把不同的保润剂成分与烟草中其他共存组分分离开来，并准确快速的定性、定量。本文主要针对近几年来烟草保润剂成分的色谱和光谱分析进行综述。

1 液相色谱法

1.1 高效液相色谱法

高效液相色谱法是流动相为液体的一类色谱分离法，其主要特点为高压、高速、高效、高灵敏度及宽的适用范围，主要适合于分析沸点高、相对分子质量大、离子型和热稳定性差的物质。现在高效液相色谱法已在生物化学和生物工程研究、制药工业研究和生产、食品工业分析、环境监测、石油化工产品分析中获得广泛应用。

标准YC/T 244－2008烟草及烟草制品中1，2－丙二醇、丙三醇和山梨醇的高效液相色谱法［10］为醇类保润成分的分析检测提供了一定的依据。除此之外，王岚［11］等用高效液相色谱建立了同时测定烟草中的糖和保润剂的方法，采用示差折光检测器(RID，可用于检测在紫外光范围内吸光度不高的化合物，如聚合物、糖、有机酸和甘油三酸酯等)，先用超纯水对烟草样品进行萃取，Water－sep－park C18固相萃取小柱进行预分离，Phenomenex Rezex钙型阳离子交换柱为分离柱，超纯水为流动相来测定其保润成分(甘油、丙二醇和山梨醇)。所得结果的相对标准偏差为0.91% ～1.54%，回收率为92% ～106%，线性范围为0.05～5 g/L，检出限在1.5～3.0 mg/L之间。陈章玉［12］等以0.05 g/L EDTA为流动相，10 g/L甘露醇为内标物液，Waters－sugar－pak－1钙型阳离子交换柱(6.5 mm ×300 mm，8 μm)，同样以示差折光检测器分离测定烟草料液中的甘油、丙二醇、木糖醇。其检出限为2.0 mg/L，相关系数可达到0.999 9，标准偏差在0.68% ～0.76%之间，回收率在98% ～102%之间。李忠［13］等同样以sep－park C18固相萃取小柱预分离Waters－sugar－pak－1钙型阳离子交换柱，0.05 g/L EDTA钙钠水溶液为流动相，示差折光仪为检测器，一次进样测定烟草料液中的糖、甘油和丙二醇。其线性范围为0.005～5 g/L，检测限在1.5～2.5 mg/L之间，相对标准偏差为 0.89% ～1.3%，回收率在 96.0% ～103%之间。黄非［14］等用超纯水作流动相，以等梯度洗脱方式用Varian Metacarb 67C色谱柱实现了1，2－丙二醇、丙三醇及山梨醇的高效液相色谱分离，3组分的定量限和检出限分别为1.01～1.89 μg/mL和0.30～ 0.57 μg/mL。

但是该法所用示差折光检测器为通用型检测器，虽然检测物质很多，但对多数物质的灵敏度低(约10－5g/mL)，通常不用于痕量分析;受环境温度、流动相组成等波动的影响较大，不适合梯度洗脱，所以会影响测定的准确度。

1.2 液相色谱与质谱联用

液质联用又叫液相色谱－串联质谱联用技术，液质联用体现了色谱和质谱优势的互补，将色谱对复杂样品的高分离能力，与质谱的高灵敏度、高选择性结合起来，在生化分析、天然产物分析、药物和保健食品分析以及环境污染物分析等许多领域得到了广泛的应用。

Holcapek［15］等采用酰氯把醇类(乙二醇、1，2－丙二醇、1，3－丙二醇和2，3－丁二醇等)进行衍生化，衍生化产物经反相液相色谱微型柱分离后，通过电喷雾电离质谱(ESI－MS)分析检测。醇类的检测限在10～25 μg/L，定量限在20～50 μg/L。相比之下，比单纯的液相色谱检出限降低了2－3个数量级。马书明［16］等建立了用水超声提取，固相萃取柱净化洗脱，外标法定量的液相色谱质谱联用方法，测定了食品中的甘露糖醋、麦芽糖、木糖醇和山梨糖醇，其最低检出限、线性范围和方法回收率分别为:0.10 mg/kg、0.100～100 0.0 mg/kg 和 89.0% ～ 94.9%。Clarke［17］等利用阴离子电喷雾与内标校正技术，实现了烟草产品(鼻烟、嚼烟、雪茄和卷烟)中多糖类物质的LC－MS/MS定量分析，所得结果更为准确，选择性和专一性更强。

1.3 离子色谱法

离子色谱是液相色谱的一种，用离子交换树脂为固定相，电解质溶液为流动相。以电导检测器为通用检测器，为消除流动相中强电解质背景离子对电导检测器的干扰，还设置了抑制住，可消除本底电导的影响，达到高的灵敏度，所以是溶液中阴离子分析的最佳方法(也可用于阳离子分析)。离子色谱法经过近三十年的应用和发展，在分析无机阴阳离子方面具有不可比拟的优势，同时还能将一些非离子型物质转变为离子型物质后进行分析。鉴于烟草中的糖类、醇类以及糖醇类物质为离解常数很大，且具有电化学活泼性及在强碱溶液中呈离子化状态，Rocklin等于1983年首先报道了用阴离子交换色谱柱分离，脉冲安培检测器测定糖的新方法(HPAEC)。HPAEC－PAD法对保润剂的分离其固定相主要是阴离子交换树脂(典型的固定相有以乙基乙烯基苯－二乙烯基苯聚合物为基核，外表面覆盖一层有季铵功能基的乳胶颗粒)，且测定需在强碱性介质中进行。

胡静［18］等采用阴离子交换色谱—脉冲安培检测法分离检测了烟草料液中的山梨醇及其糖类物质(葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖)。CarboPac-PA10阴离子分离柱(2 mmi.d.×50 mm)和保护柱PA10(2 mmi.d.×250 mm)，电化学检测器(积分脉冲安培检测，金工作电极，Ag－AgCl为参比电极，钛对电极)，超纯水和250 mmol/L NaOH为淋洗液以梯度淋洗方式进行，用C18小柱对料液进行预处理是方法准确度更高。其各组分的线性关系很好，线性范围在0.005～20 mg/L之间，检出限为0.2～1.0 μg/mL，相对标准偏差为1.0%～1.8%，加标回收率在95.1% ～102.4%之间。由于分离柱的限制，只能把山梨醇分离并检测出来，而其他的醇类，如甘油、丙二醇、木糖醇并没有得到进一步的分离。唐坤甜［19］等以480 mmol/L NaoH为淋洗液，以CarboPacMA1阴离子交换柱作分离柱，在30℃的柱温下，建立了阴离子交换色谱分离一脉冲安培检测同时分析烟草料液中糖及多种糖醇的方法。由于MA型柱子的柱容量比较大，能很好地把肌醇、甘油、丙二醇、半乳糖醇、木糖醇、山梨醇、甘露醇及其他糖类分离开来。肌醇、甘油、半乳糖醇和木糖醇的检出限为2.0～7.6 μg/mL，线性范围为 1 ～5 mg/L，1 mg/L 的标准溶液连续7次进样的RSD为0.7% ～4.3%;丙二醇、山梨醇、甘露醇、葡萄糖、甘露糖和半乳糖的检出限为9.0～11.9 μg/mL，线性范围为1～50 mg/L，2 mg/L的标准溶液的 RSD为 1.8% ～3.3%(n=7)。曹红云［20］等建立了以基质固相分散法提取净化，离子色谱法测定卷烟中的多元醇和糖的方法，将样品与石墨化碳黑球(质量比为1∶4)，经过充分研磨混匀后装柱，用大于80℃的热水洗脱，洗脱液用CarboPacMA1(4×250 mm，5 μm)分离柱分离，0.5 mol/L NaoH为流动相分离，脉冲安培检测器检测。方法加标回收率在94.6%～105.7%之间，相对标准偏差小于3.0%，检出限均小于 50 μg/L。除此之外，周帅［21］等以480 mmol/L NaoH为流动相对食用菌中的海藻糖、甘露醇、阿糖醇进行了检测。刘玉峰［22］等建立了离子色谱法定量测定食品中糖和糖醇的方法，同样表现了较好的重现性和较高的准确，及较高的检出限。

2 气相色谱法

2.1 填充柱气相色谱法

填充柱气相色谱是指将固定相填充在内径约为4～8 mm，柱长通常在50～250 mm的柱管内制成，利用各物质在固定相和气体流动相两相间分配系数的不同而进行分离的色谱柱。填充的固定相种类很多，按操作条件下固定相的物理状态.可分为液体固定相和固体固定相两大类。填充柱由于制备简串，可供选择的吸附剖、固定液和载体种类很多，因而具有广泛的适用性，能解决很多混合样品的分离分析问题。

Friedman［23］等建立了用丙酮做溶剂提取六种香烟品牌的烟支，再减压蒸馏去除溶剂使残留物溶解在甲醇中的气液色谱法，分析了丙二醇、二甘醇以及甘油的含量。结果相对误差小于5%，RSD在0.8%～3.2%之间。

气相色谱填充柱的制备比较简单、进样量大，在气体分析、痕量水分析方面有独特用途。但是相对于毛细管柱来说填充柱柱效低、分离度差，柱压比较高，分析时间较长等。不过，尽管毛细管柱有逐步取代填充柱的趋势，但至少在目前一段时间内，填充柱在日常分析中仍是一种十分有价值的分析分离手段

2.2 毛细管气相色谱法

毛细管气相色谱法主要用于复杂样品、理化性质相近组分和多组分样品的分析。特别是毛细管气相色谱与质谱联用技术(GC－MS)，使之成为现代分析方法中最有效的分析手段之一。

烟草标准 YC/T 243－2008［24］和 YC/T 242－2008［25］丙三醇、1，2 丙二醇的气相色谱法也为今后烟草制品及烟用香精的测定提供了一定的依据。用加有内标的甲醇溶液(50 mL)在250 r/min的频率下振荡萃取试样(2 g)中1，2－丙二醇和丙三醇，萃取时间2 h，后将萃取液静置10～15 min，取上清液用气相色谱氢火焰检测器分析。袁行思［26］等开发了一种采用蜡像(聚二醇)毛细管束柱同时分析烟草中薄荷醇、丙二醇和甘油的方法，可在2.8 min内对烟草萃取物中的物质达到完全基线分离。重复分析所得的标准偏差为:薄荷醇 0.7%;丙二醇 1.9%;甘油 2.2%。刘敬兰［27］等采用乙酸酐为衍生化试剂，吡啶为催化剂和溶剂，把山梨醇和甘露醇转化为易挥发的糖醇乙酰酯，用BPX－70(苯基氰丙基聚硅氧烷)毛细管色谱柱程序升温法进行分析，内标法定量，得到很好的效果，甘露醇和山梨醇的检出限都在2.50～12.5 g/L之间，检测限分别为0.60 ng和0.80 ng，相对标准偏差为0.79% ～0.91%。此法除了可以用于甘露醇和山梨醇的分离分析外，还可以用于糖类还原反应的中控分析。杜启云［28］等采用羟胺吡啶和BSTFA+1%TMCS为衍生化剂，山梨醇为内标物，毛细管气相色谱法同时测定了国内外21中牌号卷烟产品中的丙二醇、丙三醇、甘露糖、果糖等非挥发性物质，其相对标准偏差在0% ～10%之间，回收率大于70%。

相对于液相色谱来说，毛细管气相色谱由于载气的相对分析量较低，分子间隙大，故粘度低，流动性好，组分在气相中流动速度快，因此可以增加柱长，提高柱效。但是由于毛细管内径很小，允许进样量小，对固定相、进样技术、检测器和操作条件要求都很高，且需要对样品进行预处理，降低其处理效率。

2.3 气相色谱与质谱联用

气相色谱－质谱联用分析法是将分析能力很强的色谱仪与定性能力很强的质谱通过适当的接口相结合成完整的分析仪器。两谱有机的结合起来而实现在线联用，相互取长补短，获得两种仪器单独使用所不具备的更快、更有效的分析功能。

张杰［29］等利用1，4－丁二醇为内标实现了无烟气烟草制品中1，2－丙二醇、丙三醇和三甘醇的气相色谱/质谱/离子监测方法对30个无烟气烟草制品进行进行检测，所得定量限和检出限分别为4.10 ～9.05 μg/mL/和 1.25 ～2.75 μg/g，回收率在89.3% ～100.3%之间，相对标准偏差(RSD)为1.16% ～4.37%。并且还跟GC/FID检出无烟气烟草制品做了比较，得到两种方法的定量结果一致，但GC/MS/SIM法灵敏度更高，定性更准确，GC/MS/SIM法更适合无烟气烟草制品中1，2－丙二醇、丙三醇、三甘醇的定性定量分析的结论。胡磊［30］等采用盐酸羟胺和乙酸酐为肟化和乙酰化试剂，一甲基咪唑为溶剂和催化剂，对植物样品中的糖和糖醇物质乙酰化衍生化后用GC－MS检测。结果表明先对糖和糖醇衍生化，再用毛细管气相色谱法分离，质谱鉴定，能得到很好的分离效果。韩书磊［31］等公开发明了以SPE分散固相萃取烟丝样品萃取液，1，3－丁二醇或1，4丁二醇为内标定量的GC/MS检测卷烟保润剂的专利。所测1，2－丙二醇、丙三醇、三甘醇线性相关系数都在99.9%以上，检测限在0.005 87～0.137 mg/g之间，定量限为0.018 7～0.462 mg/g。王军［32］等利用气质联用技术，运用内标标准曲线法，对料液及加料叶片中丙二醇进行定量分析。方法回收率在95.99% ～100.06%之间，6次测定的变异系数为3.40%。

GC－MS联用技术分析复杂未知混合物准确、灵敏、快速，且操作简便，已经成为分析复杂未知混合物最有效的手段之一。但GC－MS技术还有其自身的缺点，要求其所分析的气体、液体、固体物在操作温度下是稳定的，且要求所分析的液体、固体气化温度不高于操作温度上限，是GCMS联用技术的应用范围受到一定的限制，还有许多技术问题仍需进一步解决。

3 光谱检测法—近红外光谱技术

近红外是指波长介于可见光(VIS)与中红外(MIR)之间，主要由分子振动的非谐性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的电磁波。由于烟草中含有大量对NIR敏感的基团，如O－H、NH和C=O等，因此近红外技术用于对烟草的分析已近半世纪。

薛训明［33］等运用均匀设计方法确定校正集样品，应用近红外光谱仪采集含l，2－丙二醇的样品光谱，利用PLS算法建立了卷烟加料中1，2－丙二醇近红外快速测定模型，模型的决定系数R2＞0.95。经近红外分析，测得烟末1，2－丙二醇含量，相对误差小于5%，重复6次近红外扫描其相对标准偏差为0.37%;片烟中1，2－丙二醇测定，其相对误差均小于5.2%，相对标准偏差为0.49%。李政军［34］等采用了傅里叶变换红外光谱(FTIR)测定丙二醇水溶液中丙二醇的含量。此法无需样品前处理，且结果线性关系良好，回收率为100% ～101.4%，相对标准偏差为0.146%。

然而，现代近红外光谱也有其固有的缺点:一是谱带强度是基频吸收的1/0～1/10 000，跃迁几率低，所以相应的灵敏度低;二是作为一种间接技术，其分析结果准确度与模型的建立及使用有着密不可分的关系，这点是分析成败的关键。

4 展望

卷烟的制丝加工过程、烟草产品的感官舒适度等都离不开保润剂，因此快速、准确、有效地分析检测烟草制品中保润成分的含量，对评价其质量的高低有着至关重要的作用。除此之外，目前所用的保润剂主要通过氢键的锁水作用，但保持水分的能力有限，同时也会由于气候、地区的因素对烟草品质产生不良影响，所以性能更优越的新型保润剂会得到广泛的应用。而针对新型保润剂开发相应的分析方法，将会是烟草保润剂测定的一个趋势。

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