烟草及制品化学成分系统鉴别分析方法研究

湖南大学

硕士学位论文

烟草及制品化学成分系统鉴别分析方法研究

姓名：尹键

申请学位级别：硕士

专业：分析化学

指导教师：魏万之

2001.6.1

、

摘要

本文综述了烟草成分化学分析领域的最新发展以及一些新的分析手段的应用。在前人研究工作的基础上，进行了新的研究和探讨，提出了』堡孽历；｜塑垡兰盛坌系统分析方法与识别技术。主要做了以下的探索性工作：

提出了总体上把握塑蔓曼厦的新想法，不仅仅着眼于烟草中某几个成分的含量，而是在此基础上探讨了多种成分同时对烟草品质的影响作用。

分析并测定了烟草中细胞壁物质的含量，并探讨了其含量与烟草品质的相关性规律。

同时测定了烟草中的总挥发性有机酸的含量、烟草水浸总酸度，并且用气相鱼谨￡法测定了非挥发性有机酸中的某几个重要组分的含量。

用一系列的不同极性的有机溶液对烟草进行了萃取，根据相似相溶的原理，分别在总量上初步探讨了不同有机溶液萃取出的物质对于烟草品质的影响。

对于烟草中的甾醇类物质进行了分析并测定了其中的主要成分１３．谷甾醇的含量。对于烟草中多酚类物质进行了分离并分析测定了绿原酸的含量。对于影响烟草燃烧性的氯、钾元素进行了分析测定，探讨了不同品质烟草的Ｃ坍（的变化规律。

ＡＢＳＴＲＡＣＴ

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湖南大学分析化学硕士学位论文：烟草及制品化学成分系统鉴别分析方法研究（尹键）

第一章绪论

烟草作为一种嗜用植物，被人们利用的历史由来已久。但是对于烟草化学成分与烟草品质相关性的研究。仅开始于是２０世纪３０年代。当时烟草工作者着重于烟草化学成分的分析研究，希望能以烟草中某几个化学成分的指标或其比例来判定烟草的品质。４０年代以来烟草工作者对于烟草化学成分的分析研究作了大量的工作，并取得了一定的成绩，对于化合物的分类有了基本的了解。一般来说烟草中生物碱含量大，其燃吸分解产物亚硝胺，吡啶等化合物的含量也高。蛋白质含量高烟气中含硫，氮的化合物会增加。烟叶中糖，植物酸过多其分解产物ＣＯ，挥发酸，酚类，烃类，醇，醛，酮类化合物在烟气中含量就会增加““】。

１９３６年德国烟草化学家布吕克纳尔（ＢＲＵＣＫＮＥＲ）拟出了一个烟草的品质指数（布氏品质指数），用促进品质物质总和与限制品质物质总和的比值来判定烟草品质，与许多烟草制品的评吸结果基本相同。１９５３年苏联烟草化学家施木克提出利用糖氮比作为东方型烟叶和烤烟的品质指数。随着研究的逐步推进和深入逐渐形成了烟草行业为初步判定烟草品质而进行的化学分析方法。

烟草化学成分比较复杂已经分离鉴定出的就有５０００多种。在１９８２年召开的第３６届美国烟草化学工作者会议（ＴＡＲＣ）上Ｍ．Ｆ．Ｄｕｂｅ和Ｃ．Ｇｒｅｅｎ报道了存在于烟气和烟草中的化学成分有１１３５种，仅存于烟草中的化学成分有１４１４种，仅存于烟气中有２７４０种，共计５２８９种。

烟草香味的质与量无疑是烟草中最重要的因素，由于形成香味的物质很多，含量极微，而且伴有各种致香成分间的相互作用，因此对于烟草中致香成分的检测极为困难。也就给我们的研究提出了更高的要求。

湖南大学分析化学硕士学位论文：烟草及制品化学成分系统鉴别分析方法研究（尹键）烟草中含丰富的酸性成分。一些酸性成分尤其是挥发性酸性成分是影响烟草质量的主要因素之一，被列入评价烟草品质的有效指数中ｏ“。由于挥发性酸直接进入烟气而对烟草的香气和吸味有明显的影响，一般来说优质的烤烟含挥发性有机酸多。烟草中酸性成分的分析测定常用溶剂（乙醚，石油醚，三氯甲烷）将烟草中酸性成分与碱性，中性，及弱酸性（酚类）分开，再用ＮａＨＣ０ａ饱和溶液进行萃取，如用仪器分析挥发性酸再用水蒸汽蒸馏法将其分开，经酯化后再进行气相色谱（ＧＣ）分析ｃ２“。常用酯化法所用的试剂有：甲醇和硫酸乜“，重氮甲烷ｏ”…。上述方法由于操作步骤繁杂要求技能熟练而且步骤过程中有物质损失，一般来说误差较大所需时间较长。为了解决存在的问题近年来出现了使用同时蒸馏萃取法将从烟叶中萃取的挥发性半挥发性酸性成分，不经衍生化而直接进入气相色谱（Ｇｃ）和气相色谱／质谱（ＧＣ／ＭＳ）进行测定口“。但该方法仅用于分析不少于六个碳的挥发性和半挥发性酸性成分，尚有一定的局限性，有待于进一步完善。

钾是烟草中一种必要的多量元素。烟草吸收钾的量比其他任一种元素都高，钾的含量直接影响燃烧性，钾对于烟草燃吸性是具有助燃作用的。因此对钾含量的测定来鉴定烟叶品质的优劣是很必要的。利用钾离子与四苯硼酸钠反应生成溶解度极小的晶形四苯硼酸钾白色沉淀，该反应于稀盐酸溶液中进行，沉淀在１３０。Ｃ下烘干，称重计算钾离子含量口“。该方法测定速度较慢，且受外界干扰，灵敏度不高。由于钾离予含量为一个烟草分析的重要指标，多年来许多烟草工作者对其作了大量的研究工作。ＪＣｈｏｕｔｅａｕ和ＤＦａｕｃｏｎｎｉｅｒ认为烤烟烟叶含钾量正常为２％～８％，ＪＬＳｉｍｓ指出，优质烤烟烟叶含钾量应大于２．５％。据曹志洪和曹文藻资料，美

国烤烟钾为４％～６％，巴西为３％～４％。为１．８０％。并提出了一系列分析方法：用胡国松等资料表明，我国烟叶平均含钾量１％盐酸直接提取灰分中钾离子而后用原子

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吸收进行测定ｏ“。或利用４ｍｏｌ／１的盐酸煮沸提取烟叶中的钾离子而后用ＩＣＰ－ＡＥＧ进行测定Ⅲ１。也可用蒸馏水提取烟草样中的钾离子而后用钾离子电极进行测定【３５］。随着科学技术的进展新分析技术的应用，ＡＡＩＩ型自动分析仪被引入烟草行业中用于分析烟草之中钾离子的测定ｏ”３９］，该方法利用流动分析的原理，方法简单，快速，准确度高，应用于大批样品的快速分析测试。

蛋白质大分子为不溶性含氮化合物，在烟叶组分中占有相当比重，含量高时品质低，燃烧性差，燃吸时有难闻气味。对烟草中蛋白质含量进行分析，为了解烟叶品质提供了依据。目前经报道的蛋白质测定方法其前处理步骤基本相同，在浓硫酸及催化剂的作用下经强热消化分解并与硫酸反应生成硫酸铵。而对于其后ＮＨ，的测定有各不相同的方法。可利用强碱使之碱化释放Ｎ心气。通过蒸馏将ＮＨ３气蒸入给定浓度的稀Ｈ２Ｓ０４中并利用反滴定法测定之““４“。也可采用离子选择性电极方法来进行测定““。不过上述各方法都是基于凯氏定氮法的改进，而凯氏法本身存在较多的问题，一是反应时间长并伴有反应不完全的问题存在，同时有气体产生会有一定程度的物质损失而造成检测值偏小，ＮＨ。气与吸收它的稀硫酸反应有可能产物为Ｎｉｌ。ＨｓＯ。而不是（ＮＨ。）。ＳＯ；将造成滴定误差的产生。因而对于烟草中蛋白质的分析有待于进一步的完善。

烟叶中存在大量的糖，这些糖一般与烟叶品质有密切联系，一定范围内糖含量高的烟叶品质好。如果含量过高将影响酸碱平衡，使烟叶吸味平淡，燃吸过程中产生过高的焦油。水溶性总糖是鉴定品质的重要成分，对其测定对烟叶质量评定有一定意义。利用具有羰基的还原糖在碱性溶液中将铜离子还原成亚铜离子的特性，然后测定所生成的氧化亚铜的重量。在硫酸的存在下，用硫酸铁将氧化亚铜的沉淀溶解，铁离子则被还原为亚铁离子，生成的亚铁离子在滴定中定量被高锰酸钾氧化，并

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计算单糖的含量ｍ］。由于该方法操作复杂，操作熟练程度要求高，且过程中有物质损失，误差较大，用滴定法测定灵敏度不高。周正红等人将生物学中的ＤＮＳ定糖法应用于烟草行业测定水溶性总糖“…，效果不错。该法为半微量定糖法，利用３．５～二硝基水扬酸，在中性或偏碱性条件下与还原性糖共热，被还原成棕红色的氨基化合物，在一定范围内还原糖的量与反应液的颜色成比例，利用比色法可测定糖的含量。该方法操作简单，快速，杂质少干扰小，但灵敏度不高。也可利用流动注射比色法中的连续区段流动分析方法（ｃＦＡ）测定烟草的还原糖并在ＡＡＩＩ化学自动分析器的基础上根据还原糖测定原理进行测定““。该方法准确性高，重现性好，分析速度快。以上为烟草行业的常规分析的几个指标的分析方法的进展情况。目前上述几个指标的测定已经形成了行业的标准方法。但是随着分析手段的断提高肯发展，也要作出相应的改进。另外烟草化学工作者也同时着眼于烟草中间的其他成分的分析，例如对于烟草中微量元素的分析。但是对于烟草这样复杂的生物体的研究和分析，想仅仅通过其中的几个指标来判定其品质的优劣是不具有广普性的。

另外，超临界流体萃取技术（ＳｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＦｌｕｉｄＥｎｔｒａｃｔｉｏｎ）Ｈ”，流动注射分析方法ｍ１等先进的方法也被应用于烟草行业之中““”。近年来，由于各类新技术地逐渐渗透入烟草行业，对于烟草成分与其品质相关性的研究也有了重大突破，使烟草成分分析研究工作取得了巨大的进展，不过由于烟草化学起步较晚，尚有不少不足之处有待于进一步的提高，其中还存在着不少新领域尚未有人涉足，这也给烟草行业及从事烟草研究的科学工作者提出了难题和挑战，这也给烟草工作者以很大的发展空间，其发展前景是可喜的。

近年来，随着科技手段的不断完善和进步，烟草化学分析也有了长足的进步。尽管测定的分析方法越来越多也越来越完善，可是这些方法都是单一的去解决某一

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个问题或者测定烟草中的某一个指标，没有形成体系。而烟草做为一种复杂的生物体，对它的分析不能在总体上系统的把握对于判定烟草的优劣是不利的。基于系统方法鉴别烟草还没有文献报道，而系统的分析方法是有必要的。它对于鉴别烟草品质、配制卷烟成品、以及加香加料都有着重要的理论与实践意义。故此提出了本工作的设想：初步建立烟草及制品化学成分系统鉴别分析方法。根据某些化学成分对烟草及制品品质的影响大小等，并对某烟厂的实际样品进行了大量的分析测定与比较，获得了具有重要的实际意义的结果

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湖南大学分析化学硕士学位论文：烟草及制品化学成分系统鉴别分析方法研究（尹键）

第二章烟草中细胞壁物质的成分分析

烟草细胞壁物质包含果胶质、全纤维素和木质素等成分。细胞壁物质是对烟草内在品质和风味产生不利影响的因素，由于这些物质在燃吸时会产生刺激性的热分解化合物（例如低级醛类等），引起刺激性的呛咳。果胶质是植物胶，属多糖类，存在于高等植物的叶、茎、根的细胞壁内，与细胞彼此粘合在一起。果胶质一般为白色、浅米黄色或黄色粉末，无异味，略带苹果香味。果胶质对烟叶的吸湿性和弹性起一定的作用，但对烟叶品质不利，分解后会产生甲醇。“’”木质素的热分解会引起涩口且有致癌的物质～儿茶酚。。’

对于烟草中的细胞壁物质的含量分析已有文献报道，但是由于操作烦琐，误差比较大，不易实现对实验的重现，针对以前方法出现的问题，制定了本实验方案。

本章通过萃取法提取烟叶中的细胞壁物质及其成分，对细胞壁物质及其成分在烟叶品质鉴别中所起的作用进行了初步的探讨。

２．１实验部分

２．１．１仪器和试剂

１．仪器：

索氏提取装置

ＨＰ—８４５３紫外可见分光光度计

２．试剂：

无水乙醇（Ａ．Ｒ．）、苯（Ａ．Ｒ．）、７２％的硫酸溶液、冰醋酸、次氯酸钠

０．０５ｍｏｌ／Ｌ的乙底酸钠溶液（在ｐＨ值为４．７的醋酸钠缓冲溶液中溶解乙底酸钠，使其浓度达到０．０５Ｍ；ｐＨ值为４．７的醋酸钠缓冲溶液的配制方法为：取无水乙酸钠８３９，

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冰醋酸６０ｍｌ，用蒸馏水溶解，然后定容至ＩＬ）。

２．１．２烟草分析样品的制备

将烟丝在６０。Ｃ的干燥箱中烘干、粉碎，过４０目筛。

２．１．３细胞壁物质的制备

准确称取５９平衡水分的烟草粉末，用滤纸包住，放入索氏萃取装置中，往平底烧瓶中加入２１０ｍｌ的乙醇?苯（１：２），后用ＫＤＭ型连续温控电热套加热（Ｕ＝１５０ｖ），直至新萃取液不再着色为止，约萃取２小时，残渣先后用乙醇和蒸馏水冲洗。将残渣重新放入干净的索氏萃取装置，往平底烧瓶中加入２１０ｍｌ的蒸馏水，用上述电热套加热（Ｕ＝２２０ｖ），萃取１小时，重复４－５次，直至萃取液不再着色为止，残渣先后用乙醇和丙酮冲洗，用玻璃过滤器过滤，干燥，称重即为细胞壁物质。

２．１．４木质素的测定

准确称取０．５９细胞壁物质放入ｌＯＯｍｌ的烧杯中，加入ｌＯｍｌ７２％的硫酸溶液，充分搅拌，放置４小时，然后加入一定量的水（约９０ｍ１）使样品液稀释到不再腐蚀滤纸，用预先称重的滤纸过滤，将滤液移入烧瓶中，再加水使硫酸溶液稀释到３％，将残渣用滤纸包好，外面再包一层，用细线将滤纸捆住，放入前烧瓶中，装上回流冷却器，煮沸２小时，水解残渣后，小心地从烧瓶中取出，解下细线后，放入装有蒸馏水的烧杯中清洗，轻轻地除去外层的滤纸，干燥称重即为木质素。

２．１．５果胶质和全纤维素的测定

准确称取ｌ＿４９细胞壁物质，用滤纸包好，放入２５０ｍｌ的平底烧瓶中，加入２００ｍｌ乙底酸钠溶液（０．０５ｍｏｌ／Ｌ），装上回流冷却器在沸水浴中加热１小时，重复该操作４次，直到萃取液中没有糖分为止，萃取结束后，直接在平底烧瓶中将残渣用水洗净，将萃取液和洗液收集，待充分冷却后，定容即为果胶质，取该溶液，用紫外一可见分

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光光度计测定其吸光度。在装有残渣的烧瓶中加入１００Ｍ蒸留水、约６滴冰醋酸、８滴次氯酸钠轻松盖上瓶盖，在沸水浴中加热１小时，并振摇。反应结束后，用预先称重的滤纸过滤，再用水洗净，干燥，即可得全纤维素。

２．１．６果胶质校正曲线的测定

准确称取果胶质纯品约２９定容为１００ｍｌ。分别取果胶质溶液１、２、４、６、８、１０ｍｌ，放入１０ｍｌ的容量瓶定容。并测定吸光度，做校正曲线。

表２－１校正曲线数据表

１?２

１．０

ｌ８

星６

呈４

。２

００

０．００．０６．１０１５２０２５

ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ

Ｆｉｇ．１

２．２结果与讨论

１．果胶质测定的结果及讨论

（１）通过实验发现果胶质纯品在２８１ｎｍ处有明显的一个吸收峰，因此用果胶质在该波长处的特征吸收来对烟草中的果胶质进行定量分析。

（２）测定果胶质时的溶液ｐＨ范围的确定：通过反复的实验发现对于果胶质的紫外

一可见分光光度计的测定对于溶液ｐＨ的要求范围是４—７。当溶液的酸度超出了这个范围的情况下，将明显发现溶液中有沉淀产生，产生很大的实验误差。因此我们在分离鉴定烟草中的果胶质时采用ｐＨ值为４．７的醋酸钠／醋酸缓冲溶液来处理烟草样品。这样可以保证后来的实验的稀释等操作中也不会引起果胶质发生沉淀现象，从而避免了大的实验误差的出现。

（３）以前的测定果胶质的方法为重量法，处理方法过于烦琐，不易于操作，难以保证每次实验具有可比性，实验的系统误差较大。本实验避免了重量法的诸多处理步骤，实验的测定则选取更为先进和精密的紫外一可见分光光度计，避免了过多的因为操作过程中人为的误差的出现。为果胶质的测定提供了更加方便更加准确的实验方法。

（４）光度法测定烟草中的果胶质的含量结果与传统的重量法的结果基本吻合。证明了本实验方案的可行性。

（５）从实验的结果表中可以看出，果胶质的变化的总体趋势是按烟草品级的提高的顺序变小的。中间有个别反常现象。

２．细胞壁物质的测定结果及讨论

（１）实验条件的确定是通过反复的对比、验证之后完成的。利用不同溶剂分离细胞壁物质发现采用乙醇苯混合溶液的分离效果最好，效率最高、分离程度最完全。在萃取分离完成以后的测定中发现还是有一些中性的物质吸附在样品表面，于是再用乙醇以及丙酮处理附着在烟草粉末表面的少量杂质。

（２）在分离烟草的细胞壁物质与其他成分的操作时存在一个分离程度的问题。实验发现：前处理对于实验的进一步研究是非常重要的。怎样在最短的周期内达到完全分离直接影响下面实验的测定。通过反复实验，发现多次短时间的处理样品效果

很好，可以保证实验的时效。每次萃取３０分钟重复３次，可以使实验的结果准确稳定，具有很好的重现性。

（３）索氏抽提装置中抽提细胞壁物质时，必须将干烟叶粉末用滤纸包好，并用细线捆住；处理木质素和果胶质时，也必须把残渣用滤纸包好，特别要注意的是测定木质素时，在滤纸外面应再包一层滤纸，后用细线捆住。如果只包一层，在煮沸过程中，滤纸会被煮掉下来，影响测定的结果。萃取过程中，应保证索氏抽提装置中每次上的液量都是满管的。否则，很难保证每次提取细胞壁物质的过程中，果胶质被溶解的量是否一致。实验的重现性就不易得到。从表２—３中可以看出，最大标准偏差为０．８２７．。实验的结果是可信的。

（４）从实验的结果表可以看出，细胞壁物质在烟草中占的百分含量介于３０＂／，一６０％之间，且低次烟叶的细胞壁物质含量比优质烟叶要高。

３．木质素、纤维素测定结果及讨论

（１）测定烟草中的木质素以及纤维素的含量采用的是文献报道Ⅲ的方法。具有较好的重现性以及准确度。

（２）从实验结果表中可以看出，木质素的含量以及全纤维素的含量与烟草的品质之间没有相关性关系。

４．结论

上述实验结果表明本文提出的测定烟草细胞壁物质的实验方案是行之有效的。测定一系列的烟草样品发现了烟草中的细胞壁物质总的含量以及果胶质的含量的变化和烟草品质的相关性烟草中的细胞壁物质的总量以及果胶质含量的变化和烟草品质呈现负相关关系，可以用来初步判定烟草的品质。而木质素和纤维素的含量的变化和烟草的品质目前尚未发现相关性规律。但是他们都是烟草中比较重要的成分，

塑堕查堂坌堑些堂堡主兰堡堕塞！塑苎垒墅曼些兰堕坌墨堕坚型坌堑查鲨婴壅！至壁！一——有待于进一步的研究和探讨。

表２－２实验结果数据表

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