一種菸絲煙氣中NNK釋放量的預測方法與流程
2023-10-10 07:22:54
本發明涉及一種菸絲煙氣中NNK[4-(甲基亞硝胺基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮]釋放量的預測方法，屬於菸草技術領域。
背景技術：
菸草特有亞硝胺(TSNAs)是菸草中N-亞硝胺含量最豐富的一類亞硝胺物質，只存在於菸草、菸草製品和捲菸煙氣中，NNK[4-(N-甲基-N-亞硝胺)-1-(3-吡啶基)-丁酮]是其中重要的一種，其結構如下：
NNK被列為評價捲菸安全性的7種捲菸煙氣有害成分之一。捲菸煙氣中NNK的釋放量對正確評價吸菸對健康的危害具有重要意義。
捲菸菸絲配方結構是影響煙氣中有害成分釋放量的一個關鍵因素，配方人員需要把握庫存菸葉如何搭配使用才能達到產品質量的設計值，同時進行菸葉替換以維持捲菸產品有害成分釋放的穩定性。目前我國已經建立了捲菸主流煙氣中NNK測定的國家標準，現有主流煙氣中NNK的檢測方法主要是GB/T 23228-2008規定的氣相色譜-熱能檢測器法(GC-TEA)和液相色譜串聯三重四級杆質譜(HPLC-MS/MS)法。但是這些方法需要對菸葉原料中的單等級菸絲進行卷制、然後上吸菸機抽吸捕集及捕集物進樣前處理等較為煩瑣的步驟，具有分析時間長、溶劑耗費量大、汙染環境大、檢測器專屬性強及樣品通量低的缺點。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種菸絲煙氣中NNK釋放量的預測方法，首先建立預測模型，對初烤菸絲的幾項化學成分進行測定後，通過預測模型預測其煙氣中的NNK釋放量，以便於捲菸配方人員及時了解該原料的NNK釋放量水平，並在後期的選料和葉組配方設計中有效應用，從而達到通過選料來降低NNK釋放量的一種減害措施，克服了現有技術的不足。
一種菸絲煙氣中NNK釋放量的預測方法，包括以下步驟：
(1)選取8-20種菸絲進行樣品前處理；
(2)依次測定各菸絲的菸鹼含量X1和還原糖含量X2，其中菸鹼含量X1和還原糖含量X2的單位分別換算為wt％(即質量百分比，分別為菸鹼質量和還原糖質量與菸絲質量的比值)；
(3)依次測定各菸絲的NNK熱解燃燒釋放量Y；
(4)對X1、X2和Y進行曲線擬合，得到預測模型其中a、b、c、d、e分別為模型係數；
(5)測定待測菸絲樣品的菸鹼含量X1和還原糖含量X2，將待測菸絲樣品的菸鹼含量X1和還原糖含量X2代入所述預測模型中，得到待測菸絲樣品的NNK熱解燃燒釋放量Y。
可選的，所述預測模型是：
可選的，所述菸鹼含量X1通過GB/T 23225-2008光度法測定。
可選的，所述還原糖含量X2通過YC/T159-2002連續流動法測定。
可選的，所述NNK熱解燃燒釋放量Y通過高效液相色譜-串聯質譜聯用法測定。
可選的，步驟(1)中，所述樣品前處理是將所述菸絲貯藏在溫度(20±1)℃、溼度(60±10)％的環境中，分析前取出，按煙氣國標方法平衡48小時備用。
可選的，選取12-18種菸絲建立所述預測模型。
在菸草化學成分通過熱解燃燒轉換為煙氣成分的過程中，經歷了一系列複雜的化學反應、物質分解和生成過程，這一切過程都屬於一個複雜的非線性變化體系。煙氣中的NNK是菸絲中的菸鹼發生氧化反應生成的，因此菸鹼是NNK的前體物，而菸葉中的還原性成分又對NNK的釋放有抑制作用，這些菸草化學成分的變化最終會對煙氣成分含量造成影響，因而本發明採用菸絲中的兩種化學成分對其煙氣中NNK熱解燃燒釋放量Y(簡稱NNK釋放量Y)進行預測，在應用過程中具備以下優點：
A.對待測菸絲樣品進行兩項菸草化學成分常量檢測，即可預測其煙氣中NNK含量，無需進行煙支卷制及使用吸菸機設備抽吸來捕集粒相物質。
B.應用已構建的模型進行分析，只需要進行5個步驟的簡單計算即可獲得NNK的釋放量預測值，與實驗測定值相比較，預測值與測定值非常接近，操作便捷，可採用計算器或是人工計算，無需使用複雜的計算軟體。
C.本發明方法簡單，綠色環保，預測結果準確，能夠依靠目前的初烤菸絲原料對未來形成的捲菸成品中可能的NNK累積含量進行有效預判，完全顛覆了以往只能依靠大量分析儀器和化學試劑的檢測方法，預測結果可用於抽檢捲菸質量，指導生產過程中的原料選擇，大大減輕了檢驗員的工作量，降低了檢測成本，對提高捲菸產品質量安全具有重要的現實意義。
附圖說明
圖1為本發明熱解燃燒實驗的流程圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細說明，但本發明並不限於此。
步驟1：樣品前處理
將15種菸絲貯藏在溫度(20±1)℃；溼度(60±10)％的環境中，分析前取出，按煙氣國標方法平衡48小時備用。
步驟2：樣品化學成分的測定
通過GB/T 23225-2008光度法測定菸鹼含量(X1)；通過YC/T 159-2002連續流動法測定還原糖含量(X2)；測定出的菸草化學成分單位換算為％，結果如表1。
表1各菸絲樣品中菸鹼和還原糖含量
步驟3：參考圖1，用熱解燃燒實驗平臺，高效液相色譜-串聯質譜聯用法測定菸葉的NNK熱解燃燒釋放量Y，其測定過程通過稱取0.8g菸絲樣品裝入石英玻璃管，並置於快速管式升溫爐中，以N2作為反應氣氛，氣體流量控制為2.1L/min，通氣3min後，以20℃/s的升溫速率升溫至800℃，在此溫度下保溫停留10min,用劍橋濾片捕集粒相物。保溫完成後，打開升溫爐繼續通氣冷卻5min後取下劍橋濾片，將劍橋濾片取下放入平底燒瓶中展開，隨後加入0.1mol/L醋酸銨溶液(含內標)50mL，用橡膠塞塞緊瓶口，以180r/min的轉速振蕩30min，靜置5min；經微孔濾膜壓濾到色譜瓶，進行LC-MS/MS分析。使用內標法定量測定提取液中NNK的濃度。結果如表2；
表2各菸絲樣品煙氣中NNK釋放量測定值
步驟4：運用origin軟體及預測模型(a、b、c、d、e分別為所述模型係數)，擬合得：a＝23.6、b＝-121.5、c＝329.5、d＝-233.0、e＝535.5，R2＝0.9987。
步驟5：利用預測模型預測菸絲煙氣中NNK釋放量。
實施例1：
選取不同菸鹼及還原糖含量的阿根廷、福建、貴州、雲南的烤菸菸絲和膨脹梗絲貯藏在溫度(20±1)℃；溼度(60±10)％的環境中，按煙氣國標方法平衡48小時備用。
選取待測菸絲樣品，按照預測模型的應用方法步驟：
1.待測樣品中兩種化學成分菸鹼、還原糖的測定：GB/T 23225-2008光度法測定菸鹼含量；YC/T 159-2002連續流動法測定還原糖含量。結果見表3。
表3各菸絲樣品中菸鹼和還原糖含量
2.待測樣品通過模型係數預測NNK釋放量：將檢測所得的兩項化學成分結果，按預測模型進行計算得到各菸絲樣品煙氣中NNK釋放量預測值，其結果見表4。
表4各菸絲樣品煙氣中NNK釋放量預測值與實測值
將上述5種不同菸絲，使用相同的空套製成單料捲菸，選取重量誤差為0.05g的煙支在直線型吸菸機上進行抽吸，捕集粒相成分測定NNK含量(表4)。不同菸絲的物理性質具有差異，導致抽吸的不同，但NNK的釋放量遵循一定的規律，即阿根廷烤菸>福建烤菸>貴州烤菸>雲南烤菸>膨脹梗絲，與預測模型具有相同的趨勢。
應用本發明所述方法預測得到的菸絲煙氣中NNK釋放量與使用現有方法中獲得釋放量具有相同的趨勢，可以間接得到其在捲菸燃燒過程中對NNK釋放貢獻，表明本發明所述方法有效，能夠應用於捲菸燃燒產物的含量預測，大大簡便了對同一類型同一批次的大量菸絲煙氣中NNK釋放量的檢測。
實施例2：
取四種成品煙貯藏在溫度(20±1)℃；溼度(60±10)％的環境中，按煙氣國標方法平衡48小時備用。用GB/T 23225-2008光度法測定菸鹼含量；YC/T 159-2002連續流動法測定還原糖含量；將檢測所得的兩項化學成分結果，按預測模型進行計算得到各菸絲樣品煙氣中NNK釋放量預測值；將上述5種不同菸絲，在直線型吸菸機上進行抽吸，捕集粒相成分測定NNK含量(如表5)。不同煙的物理性質具有差異，導致抽吸的不同，但NNK的釋放量遵循一定的規律，即成品煙1>成品煙2>成品煙3>成品煙4，與預測模型具有相同的趨勢。
表5成品煙實施結果
實施例3：
取1種香料菸絲1種普通菸絲和1種白肋菸絲貯藏在溫度(20±1)℃；溼度(60±10)％的環境中，按煙氣國標方法平衡48小時備用。用GB/T 23225-2008光度法測定菸鹼含量；YC/T 159-2002連續流動法測定還原糖含量；將檢測所得的兩項化學成分結果，按預測模型進行計算得到各菸絲樣品煙氣中NNK釋放量預測值；將上述3種不同菸絲，使用相同的空套製成單料捲菸，選取重量誤差為0.05g的煙支在直線型吸菸機上進行抽吸，捕集粒相成分測定NNK含量(表6)。不同菸絲的物理性質具有差異，導致抽吸的不同，但NNK的釋放量遵循規律(白肋煙>普通菸絲>香料煙)，與預測模型的趨勢相同。
表6香料煙、普通菸絲及白肋煙實施結果
上述實施例僅用來進一步說明本發明的一種菸絲煙氣中NNK釋放量的預測方法，但本發明並不局限於實施例，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均落入本發明技術方案的保護範圍內。