煙絲提取物紫外—可見光譜預測煙氣煙堿含量

和智君，張 強，蔡 偉，田麗梅，張天劍

（云南煙草科學研究院，昆明 650106）

煙氣煙堿是卷煙產品限量指標之一，在卷煙新產品葉組研發過程中，葉組配方人員希望盡快、準確地了解所研發產品煙氣煙堿的含量，以便更好地進行葉組配方的設計。

紫外—可見光譜常用于中藥材道地性鑒別和化合物含量的測定[1-3]，由于卷煙煙氣的煙堿含量與煙葉的化學成分有顯著的相關性，特別是與煙葉中的煙堿含量呈顯著的正相關關系[4]，有研究利用煙堿在259 nm吸光度與煙堿含量成正比的原理，用紫外分光光度法測定煙葉中的煙堿含量[5]，但該方法操作復雜，需要建立標準曲線，利用的信息僅為紫外—可見光譜中的一部分，檢測僅為煙葉中的煙堿含量。要檢測卷煙煙氣中的煙堿含量仍需采用標準方法[6]。又有研究者利用近紅外光譜預測煙葉和煙氣中的煙堿[7]，雖然方法簡單，但儀器成本高，樣品需成粒狀粉末，在操作的過程中，受測試環境的影響較大[8-11]，很少有人將紫外—可見光譜運用于預測模型的建立。

筆者采用80%乙醇處理煙草樣品，用煙葉乙醇提取物的紫外—可見光譜，化學分析獲取卷煙煙氣煙堿含量，建立了一種簡便、有效，適用于在葉組情況下，就能預測卷煙煙氣中煙堿含量的方法，為卷煙葉組配方設計中卷煙煙堿含量控制提供有效途徑。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

1.1.1 材料 不同年份、產地、品種和部位的煙葉樣品100份，其中隨機選擇60份作為校正集，40份作為驗證集。

1.1.2 溶劑 80%乙醇(分析純無水乙醇與蒸餾水按體積比8∶2配制)。

1.1.3 儀器 TU-1901紫外—可見分光光度計(PURKINJE GENERAL)，101A-2低溫烘箱（雙五金），HB43快速鹵素測定儀（METTLER），125ASCS分析天平（PRECISA，精度0.000 01 g），THZ-82恒溫搖床（國華企業），OPUS定量分析軟件。

1.2 方法

將保存于干燥器中的煙絲樣品置于低溫烘箱，在 35 ℃條件下烘干，用快速鹵素測定儀檢測其含水量，盡量確保樣品水分含量略低于 8%，以消除自由水的干擾。

準確稱取樣品2.0 g，設置2個稱量平行樣。

用80%乙醇溶劑50 mL溶解，密封后置于恒溫搖床抽提1 h（150 r/min）。

過濾并稀釋濾液50倍，設置2個稀釋平行樣。

重復掃描樣品4次，獲取煙葉溶劑的平均紫外—可見光譜（1 cm比色皿，間隔1 nm，波長范圍200～800 nm）。

樣品卷制成無嘴卷煙，按文獻[12]規定的方法捕集總粒相物；按文獻[6]方法測定煙堿含量，作為標準樣品的煙氣煙堿量。

2 結果與討論

2.1 煙葉乙醇提取物紫外-可見光譜分析

采用紫外—可見分光光度計，對煙葉乙醇提取物進行4次掃描，得到平均光譜。從圖1可以看出，煙葉乙醇提取物在200～800 nm紫外—可見光區均有吸收。其中200～600 nm吸收較強。

2.2 模型建立

采用 60個樣品紫外—可見光譜，通過 OPUS定量分析軟件自動優化功能對其進行優化，得到建立數學模型的最佳條件為：光譜預處理方法為消除常數偏移量，光譜范圍為206～321 nm； 559～580 nm兩個譜段，主成分維數14。在此條件下建立總粒相物中煙堿含量的數學模型，內部驗證決定系數(R2)為98.68，均方差(RMSECV)為0.008 8。模型預測值與標準測定值之間相關性良好（圖2）。

圖1 煙葉乙醇(80%)提取物紫外—可見光譜Fig.1 UV-VIS spectra of ethanol extract in tobacco leaves

圖2 內部驗證預測值與標準測定值的相關性Fig.2 Correlation between predictive value of internal verifying and standard determination value

2.3 模型檢驗

用 40份未知樣品進行外部檢驗，即用所建立的數學模型分析未知樣品的紫外—可見光譜，求出其煙氣煙堿含量的預測值。結果見表1，可以看出，煙氣煙堿預測范圍在0.70～3.14 mg/cig.，絕對偏差范圍在-0.189～0.242，相對偏差最大為12.3%。

2.4 方法的可靠性評價

由本研究用平均絕對誤差、誤差均方根RMSE和平均相對誤差3項指標來評價預測模型精度。計算公式如下：；

上述公式中，Zi—實際測定值，n—驗證樣品數；—預測值。的值越小，模型的預測準確度越高。通過計算，＝0.118 65,RMSE=0.020 017；=5.608 1。通過t檢驗，T值%＝0.821，在顯著性水平α＝0.05時，t0.05,39= 1.684 9，T＜t0.05,39，預測值和測定值間在統計學意義上無顯著差異，說明本方法具有較高的準確度。

表1 外部檢驗結果Table 1 Results of outer validation

3 小 結

本實驗結果表明，在葉組研發前期對將未來卷煙產品作初步驗證，無需進行復雜的檢測分析，即可準確預知煙氣煙堿的產生量。

在研究方法上采用了紫外—可見光譜，相比價格昂貴的近紅外光譜檢測儀器而言，只要配備紫外—可見光譜儀，就能對卷煙煙氣成分進行預測。

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