臧福坤 李新生 嚴(yán)新龍
摘要[目的]優(yōu)化氫氧化鈉-尿素法(NU法)測(cè)定煙草木質(zhì)素含量的預(yù)處理方法。[方法]分別用中性洗滌劑和氫氧化鈉-尿素溶液對(duì)煙梗、煙葉碎片(煙片)、煙葉碎末(煙末)進(jìn)行預(yù)處理,分析比較了2種溶液對(duì)干擾物的去除效果,并對(duì)2種預(yù)處理方法下NU法的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比評(píng)價(jià)。[結(jié)果]中性洗滌劑對(duì)煙梗、煙片、煙末的干擾物去除率近80%,比氫氧化鈉-尿素溶液提高13%~16%;在中性洗滌預(yù)處理方法下,NU法測(cè)得3種煙草樣品的木質(zhì)素含量大小關(guān)系為煙梗>煙片>煙末,與氫氧化鈉-尿素預(yù)處理下的測(cè)定結(jié)果恰恰相反;預(yù)處理方法優(yōu)化后NU法的精密度為2.03%,滿足檢測(cè)需求。[結(jié)論]研究可為煙草木質(zhì)素含量測(cè)定的預(yù)處理方法優(yōu)化提供參考。
關(guān)鍵詞氫氧化鈉-尿素法;煙草木質(zhì)素;預(yù)處理方法優(yōu)化;中性洗滌劑;氫氧化鈉-尿素溶液
中圖分類號(hào)TS41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼
A文章編號(hào)0517-6611(2017)16-0091-03
Pretreatment Optimization of NaOH/Urea Method Used for Content Determination of Lignin in Tobacco
ZANG Fukun,LI Xinsheng,YAN Xinlong(Technology Center,Taicang Haiyan Reconstituted Tobacco Co.Ltd.of Shanghai Tobacco Group,Taicang,Jiangsu 215433)
Abstract[Objective] To optimize the pretreatment method of NaOH/Urea method used for content determination of lignin in tobacco.[Method] Tobacco stems,scraps and dusts were pretreated with neutral detergent and NaOH/Urea solution respectively,then both the interfering substances removal rates and the content results determined by NaOH/Urea method under each pretreatment method were compared.[Result] The results showed that: Neutral detergent could remove interfering substances in tobacco stems,scraps and dusts by about 80%,which is 13%-16% higher than that of NaOH/Urea solution; The order of lignin content determined by NaOH/Urea method under neutral detergent pretreatment was tobacco stems > scraps > dusts,which was right opposite from that under NaOH/Urea pretreatment; the precision of NaOH/Urea method after pretreatment optimization reached 2.03%,which had already met the determination demand.[Conclusion] The study can provide reference for pretreatment optimization for content determination of lignin in tobacco.
Key wordsNaOH/Urea method;Tobacco lignin;Pretreatment optimization;Neutral detergent; NaOH/Urea solution
木質(zhì)素是植物細(xì)胞壁物質(zhì)的主要成分之一,與纖維素、半纖維素一起組成植物體的“三素”。木質(zhì)素的存在會(huì)對(duì)煙草制品的吸食品質(zhì)造成不良影響,Kibet等[1]、李曉亮等[2]、劉剛等[3]的研究均表明,木質(zhì)素裂解過程中會(huì)產(chǎn)生CO以及苯酚、兒茶酚、苯等促癌活性物質(zhì);任曉紅[4]的研究則證明,木質(zhì)素含量與煙氣刺激性、雜氣呈顯著正相關(guān)關(guān)系??梢?,準(zhǔn)確測(cè)定煙草中的木質(zhì)素含量是煙草原料選擇及煙草木質(zhì)素含量調(diào)控等工作的重要支撐,對(duì)煙草制品的減害提質(zhì)具有重要意義。然而由于木質(zhì)素分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜,至今還沒有一種相對(duì)完美的方法能夠?qū)ζ溥M(jìn)行準(zhǔn)確、快速測(cè)定。
針對(duì)煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 347—2010[5]忽略酸溶木質(zhì)素測(cè)定的缺陷,紀(jì)楷濱[6]、孔浩輝等[7]等利用氫氧化鈉-尿素溶液在低溫下能夠溶解纖維素、半纖維而保留大部分木質(zhì)素的特點(diǎn),開發(fā)出新的煙草木質(zhì)素測(cè)定方法(氫氧化鈉-尿素低溫溶解法,即NU法),檢測(cè)流程如圖1所示。與傳統(tǒng)的硫酸法相比,該法在酸解和酸溶木質(zhì)素的測(cè)定中做了較為合理的改進(jìn),測(cè)定的總木質(zhì)素含量更接近真實(shí)值。
由于煙草化學(xué)組成比較復(fù)雜,因此煙草樣品的前處理顯得尤為重要??缀戚x等[8]在對(duì)氫氧化鈉-尿素溶液的預(yù)處理效果研究中發(fā)現(xiàn),該溶液體系雖然可以溶解較多的蛋白質(zhì)和水溶性糖類,但一些水溶性差的脂質(zhì)如高級(jí)脂肪酸酯和蠟質(zhì)等則仍不能除盡,而這些物質(zhì)的殘留會(huì)對(duì)后面的酸解和堿處理造成干擾,最終影響測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。為解決上述問題,筆者采用中性洗滌劑作為預(yù)處理溶劑對(duì)NU法進(jìn)行優(yōu)化,并對(duì)優(yōu)化前后的預(yù)處理效果和木質(zhì)素含量測(cè)定結(jié)果進(jìn)行了比較分析。
1材料與方法
1.1材料原料:煙梗、煙葉碎片(簡(jiǎn)稱煙片)、煙葉碎末(簡(jiǎn)稱煙末)、煙草漿料(簡(jiǎn)稱煙漿)來自華環(huán)煙葉復(fù)烤有限公司,并按煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 31—1996[9]進(jìn)行試樣的制備和水分測(cè)定。
主要試劑:二水合乙二胺四乙酸二鈉、十水合四硼酸鈉、十二烷基硫酸鈉、乙二醇乙醚、十二水合磷酸氫二鈉、正辛醇(AR,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司),按文獻(xiàn)[5]中的規(guī)定用于中性洗滌劑(3%十二烷基硫酸鈉溶液)的配制;氫氧化鈉、尿素(AR,百靈威科技有限公司),用于8%氫氧化鈉-12%尿素水溶液的配制;濃硫酸(AR,上海試劑四廠),用于17.5%硫酸溶液的配制。
主要儀器:Cyclotec 1093粉碎磨粉機(jī),丹麥,福斯分析儀器公司;RCT加熱磁力攪拌器,德國(guó),IKA公司;TDL-5-A離心機(jī),上海安亭科技儀器廠;F12-ED標(biāo)準(zhǔn)型加熱制冷循環(huán)器,德國(guó),優(yōu)萊博;Lambda 25紫外可見分光光度計(jì),德國(guó),珀金埃爾默;B180馬弗爐,德國(guó),納博熱;Frontier紅外光譜儀,德國(guó),珀金埃爾默。
1.2方法
1.2.1中性洗滌劑預(yù)處理。
稱取約1 g試樣加入錐形瓶中,再加入200 mL中性洗滌劑和2 mL正辛醇(消泡劑),加熱體系并保持微沸回流1 h,然后趁熱抽濾,固體用熱水洗至濾液無泡沫。
1.2.2氫氧化鈉-尿素溶液預(yù)處理。
稱取約1 g試樣加入離心管中,再加入30 mL預(yù)先冷卻至-10 ℃的8%氫氧化鈉-12%尿素溶液,于-10 ℃冷浴中攪拌0.5 h,然后離心分離,棄去上清液,固體用水洗至中性。
1.2.3總木質(zhì)素含量測(cè)定。
按文獻(xiàn)[7]中的方法,先用17.5%硫酸溶液進(jìn)行微沸回流處理0.5 h,冷卻后離心分離,上清液稀釋后用紫外分光光度法于波長(zhǎng)325 nm下測(cè)定吸光度,外標(biāo)法定量測(cè)定其中的酸溶木質(zhì)素含量;下層固體用水洗至中性后,再用預(yù)先冷卻至-10 ℃的8%氫氧化鈉-12%尿素溶液于-10 ℃冷浴中攪拌處理0.5 h,然后離心分離,棄去上清液,固體用水洗至中性,然后轉(zhuǎn)移至坩堝中,先于105 ℃烘干,再轉(zhuǎn)移至馬弗爐中于800 ℃灼燒4 h,灼燒前后的重量差即為酸不溶木質(zhì)素含量。酸溶木質(zhì)素與酸不溶木質(zhì)素含量之和即總木質(zhì)素含量。
1.2.4紅外光譜測(cè)試。
按文獻(xiàn)[8]中的方法,預(yù)處理后樣品在50 ℃下真空干燥至絕干,稱量約2 mg,用100倍重量的溴化鉀壓片,12 MPa下持續(xù)2 min。上機(jī)掃描,掃描范圍4 000~400 cm-1;分辨率4 cm-1;累加掃描次數(shù)32次。
2結(jié)果與分析
2.1預(yù)處理效果
肉眼觀察發(fā)現(xiàn),用氫氧化鈉-尿素溶液處理后,在離心洗滌過程中,上清液有顏色且呈渾濁狀態(tài),下層固體尤其是煙片樣品顆粒較明顯(圖2);而用中性洗滌劑預(yù)處理并離心后,上清液呈無色透明狀,且下層固體也比較細(xì)膩,無明顯顆粒(圖3)。直觀來看,中性洗滌劑的除雜效果要好于氫氧化鈉-尿素溶液。
下層固體烘干后稱重,計(jì)算干擾物去除率發(fā)現(xiàn),中性洗滌劑能夠去除樣品中近80%的干擾物,較氫氧化鈉-尿素預(yù)處理多去除13%~16%,結(jié)果如表1所示。從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20806—2006[10]的測(cè)定原理可以發(fā)現(xiàn),中性洗滌劑具有極強(qiáng)的溶解能力,幾乎能夠溶解除纖維素、半纖維素、木質(zhì)素以外的所有細(xì)胞內(nèi)容物,如脂肪、淀粉、蛋白、糖類等,這主要?dú)w因于其主要成分十二烷基硫酸鈉是一種表面活性劑,具有“水油兼溶”的能力。從干擾物去除率看,中性洗滌劑比氫氧化鈉-尿素溶液更適合作為NU法的預(yù)處理溶液,可為后續(xù)測(cè)定盡量降低干擾。
對(duì)預(yù)處理后的煙草樣品進(jìn)行紅外光譜分析,發(fā)現(xiàn)在相同預(yù)處理?xiàng)l件下,煙梗和煙片的譜圖變化相似(圖4、5),但同一樣品在不同預(yù)處理?xiàng)l件下的譜圖卻有顯著差異,以煙梗為例,這種差異主要體現(xiàn)在2處。首先,用中性洗滌劑預(yù)處理后1 735 cm-1(酯C=O伸縮振動(dòng))處的吸收峰消失(G2),而用氫氧化鈉-尿素溶液處理后該吸收峰仍然存在且強(qiáng)度較大(G1),說明中性洗滌劑脫脂較徹底,而氫氧化鈉-尿素溶液的脫脂能力較差;其次,用中性洗滌劑預(yù)處理后1 609、1 419 cm-1(芳環(huán)骨架伸縮振動(dòng),1 580、1 500 cm-1處峰強(qiáng)較弱被掩蓋)處的吸收峰仍較強(qiáng)(G2),而用氫氧化鈉-尿素溶液處理后該2處吸收峰強(qiáng)度相對(duì)較弱(G1)。導(dǎo)致這種情況的原因可能有2點(diǎn):一是氫氧化鈉-尿素溶液會(huì)溶解小分子木質(zhì)素[7],造成預(yù)處理階段部分木質(zhì)素?fù)p失;二是存在物質(zhì)干擾,如蛋白質(zhì)的特征峰會(huì)與芳環(huán)特征峰重疊。
以上結(jié)果說明,與用氫氧化鈉-尿素溶液作為預(yù)處理溶液相比,中性洗滌劑不僅能夠盡可能多地去除干擾物,而且不會(huì)對(duì)樣品中的木質(zhì)素造成損失,用其作為預(yù)處理溶劑更為
合適。
2.2總木質(zhì)素含量檢測(cè)結(jié)果2種預(yù)處理?xiàng)l件下NU法的木質(zhì)素含量測(cè)定結(jié)果如表2所示。
通過比較發(fā)現(xiàn),在氫氧化鈉-尿素溶液預(yù)處理?xiàng)l件下,3種煙草樣品中總木質(zhì)素含量的大小依次為煙末、煙片、煙梗,然而這種大小關(guān)系與事實(shí)相悖。首先需要說明的是,3種樣品來自同一家煙葉復(fù)烤廠的廢棄物,均為不同等級(jí)混合物,因此樣品中的木質(zhì)素含量一定程度上可代表平均水平,因此三者具有可比性。其次,根據(jù)煙草生物學(xué)研究,煙梗是煙葉的主脈,主要由韌皮部和木質(zhì)部組成,其中木質(zhì)部含有較為豐富的木質(zhì)素,因此煙梗中的木質(zhì)素含量應(yīng)高于煙片;另外,煙末是粒徑更小的煙片,但由于混雜了更多的灰塵而導(dǎo)致灰分較高,因此木質(zhì)素含量應(yīng)略低于煙片。而換用中性洗滌預(yù)處理方法后,木質(zhì)素含量的大小依次為煙梗、煙片、煙末,更加貼合實(shí)際。相反的檢測(cè)結(jié)果再次證明采用中性洗滌劑作為預(yù)處理溶劑更為合理,同時(shí)也驗(yàn)證了預(yù)處理環(huán)節(jié)的重要性。
2.3中性洗滌預(yù)處理?xiàng)l件下NU法的精密度
煙漿是由煙梗、煙片、煙末按一定比例混合并用水萃取后剩余的不溶物經(jīng)磨機(jī)叩解后得到的煙草漿料,用其作為重復(fù)性檢驗(yàn)樣品具有代表性。烘干后的煙漿樣品經(jīng)6次重復(fù)測(cè)定的總木質(zhì)素含量依次為11.34%、11.63%、12.00%、11.42%、11.54%、11.71%。
由此可見,6次重復(fù)測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為2.03%,方法的重現(xiàn)性良好,滿足檢測(cè)要求。
3結(jié)論
用中性洗滌劑替代氫氧化鈉-尿素溶液對(duì)NU法測(cè)定煙草木質(zhì)素含量測(cè)定進(jìn)行了優(yōu)化。與氫氧化鈉-尿素低溫溶劑體系相比,中性洗滌劑能夠更加徹底地去除煙草樣品中
的干擾物,去除率近80%,可為NU法的后續(xù)處理盡量降低干擾。預(yù)處理方法優(yōu)化后,NU法檢測(cè)結(jié)果更貼合實(shí)際,3種煙草樣品中總木質(zhì)素含量關(guān)系為煙梗>煙片>煙末,與氫氧化鈉-尿素溶液預(yù)處理?xiàng)l件下所得結(jié)果相反。此外,經(jīng)重復(fù)性試驗(yàn)得到優(yōu)化后的方法精密度為2.03%,滿足檢測(cè)需求。
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