烟草中蛋白质氮含量的测定方法

专利名称：：烟草中蛋白质氮含量的测定方法
技术领域：
：本发明涉及烟草中成分组成的测定方法，尤其涉及烟草中蛋白质氮含量的测定方法。
背景技术：
：烟草中的各成分的含量决定了烟草的质量，例如混合型香烟的焦油和尼古丁比是ll:1,而烤烟型大多是1314:1,因此混合型香烟和烤烟型香烟相比最大的优点就是香气量足而且焦油含量低。烟草中含有蛋白质，蛋白质在燃烧后会使烟气苦味增加，产生辛辣味和刺激感，因此蛋白质对巻烟吸味有不良影响，但是蛋白质含量如果过低，那么烟气就会显得平淡，吃味和香气也会变差。另外，蛋白质在调制过程中可水解为氨基酸，而氨基酸含量与烟气的香味和丰满度又有明显的正相关关系。虽然蛋白质的总量在烟草的醇化过程中变化较小，但是烟草中的其他成分却会随着醇化过程而变化，从而也引起烟草中蛋白质含量的变化。相应地，对于烟草工业的研究开发以及生产，都需要在各个阶段掌握烟草中蛋白质的含量，测定烟草中蛋白质的含量，对了解烟叶品质十分重要。目前，烟草行业对蛋白质的检测方法可以参照中华人民共和国烟草行业标准YC/T166-2003进行，此方法的测试原理也是国内外通常采用的，其原理是，用乙酸等酸沉淀烟草样品中的蛋白质氮，通过将非蛋白质氮含氮物与蛋白质分离、洗脱，而后将蛋白质连同其他沉淀物一起消煮，将蛋白质氮在浓硫酸及催化剂作用下转化为硫酸铵，强碱蒸馏释放出氨，用标准酸液接收，反滴定，最后通过计算得出烟草中蛋白质的含量。这个方法本质上是测定烟草中蛋白质氮的含量，从而通过计算得出蛋白质的含量。此方法测定过程中，在对沉淀物进行消煮以后，还需要重新收集由强碱蒸馏释放出的氨，用标准酸液接收和反滴定，需要将多次将试样转移，试验过程中人为因素造成的误差较大。
发明内容本发明所要解决的技术问题在于提供一种烟草中蛋白质氮含量的测定方法，测定结果准确、误差小。为了解决以上的技术问题，本发明提供以下的技术方案一种烟草中蛋白质氮含量的测定方法，包括如下步骤a)称取烟草；b)将称取的烟草放入足量的酸或者硫酸铜溶液中，加热至蛋白质固化完全；c)过滤并用步骤b)中所述的酸或者硫酸铜溶液冲洗滤出物；d)合并滤液并定容；e)取滤液进行消化处理，定容；f)移取定容后得到的滤液，加入NaOH溶液，测定第一平衡电位值；g)加入NH/溶液，测定第二平衡电位值；结合第一平衡电位值和第二平衡电位值计算出烟草中非蛋白质氮含量；h)测定烟草中总氮含量；i)结合步骤g)和步骤h)的测定结果计算出烟草中蛋白质氮含量；其中，步骤h)与步骤a)-g)没有先后顺序。对于这个烟草中蛋白质氮含量的测定方法，步骤a)和步骤b)完成的是固氮过程；步骤c)和步骤d)为过滤分离剔除蛋白质固化形成的沉淀；步骤e)~g)为利用氨气敏电极法测定步骤d)定容后滤液中的氮含量；步骤h)为测定烟草中总氮含量的步骤；步骤i)是结合前面步骤所测得的总氮含量和非蛋白质氮含量，做差值计算得出烟草中蛋白质氮含量。因为步骤a)~g)与步骤h)是相互独立的，因此可以没有先后顺序。步骤a)g)为测定烟草中非蛋白质氮含量的步骤。对于整个测定方法而言，首先通过固氮处理将烟草中的蛋白质以沉淀的形式剔除，然后利用测定总氮的方法(氨气敏电极法)测定滤液中的加入NaOH溶液和加入NH/溶液之后的两个电位值，计算即可得到烟草中非蛋白质氮的含量，结合烟草中测定出的总氮的含量，通过计算即可得出烟草中蛋白质氮的含量。进一步地，通过蛋白质和氮元素的质量对应关系，还可以计算出烟草中蛋白质的含量。通过测定烟草中非蛋白质氮含量，并且通过测定烟草中总氮的含量，可以很容易计算出烟草中蛋白质的含量，不用再进行滤渣转移、收集气体和滴定等操作，而现有的直接测定蛋白质氮的方法中，需要进行抽滤处理并将滤渣转移到消化容器中，在将蛋白质氮转化为硫酸铵以后，还需要进行强碱蒸馏释放出氨，用标准酸液接收，反滴定，这些实验操作比较复杂而且因实验人员的不同而存在较大差异。可以看出，本发明提供的测定方法减少了人为的操作误差，是一种简便高效的测定烟草中蛋白质氮含量的方法。下面对各个步骤进行详细的论述和介绍，并提供一些优选或者可以替代的技术方案。步骤a)称取烟草前已述及，这个步骤是固氮过程的一个步骤。在本发明中，固氮过程指的是烟草中的蛋白质与酸反应生成沉淀的过程。固氮过程也称为氮固化的过程等。确切的说，本步骤是一个称量步骤，为了简单起见，所以把这个称量步骤定义成固氮过程的一个步骤。称量步骤在分析测试过程中是基本的操作之一。由于烟叶的比重比较小，所以称量使用的天平等称量设备选用精确度高的电子天平或者光电天平比较好，精确度一般需用能够精确到0.OOlg(克)或者精确度更高的测试仪器。在进行此操作步骤之前，通常还需要测定烟草中的水分含量，一般采用的是烘箱法。也可以将烟草样品烘千并置于干燥的环境中待用。步骤b)将称取的烟草放入足量的酸或者硫酸铜溶液中，加热至蛋白质固化完全这个步骤是固氮反应发生的步骤，在此步骤中，烟草中的蛋白质与酸或者硫酸铜反应，生成沉淀。所述酸需要有一定的浓度，其本质是有一定的氢离子浓度。对于不同种类的酸，对酸的质量百分比浓度的要求也是不一样的，可以根据实际测试中需要的酸来进行选定。参与反应的酸一般选用酸性较强的有机酸，最常用的是乙酸。也可以是乙酸、丙酸、丙二酸、三氯乙酸等，或者它们的组合。其中乙酸是最常用的，当选用乙酸时，乙酸的浓度优选使用0.4%~0.6%;三氯乙酸也较为常用，当选用三氯乙酸时，三氯乙酸的浓度优选使用0.8%~2.0°/。本发明不限于只使用有机酸，也可以使用其它溶剂如硫酸铜等，只要能够与烟草中的蛋白质发生变性，凝结沉聚，从而可以通过过滤与非蛋白质氮分离即可。当采用乙酸进行蛋白质的固氮反应时，乙酸的浓度可以选用0.4°/。~0.6%,反应的温度选择为所选用乙酸溶液的沸腾温度，对于选用0.4°/。~0.6%的乙酸，需要保持乙酸沸腾15分钟以上，以使得固氮反应的完全发生。步骤c)过滤并用步骤b)中所述的酸或者硫酸铜溶液沖洗滤出物步骤c)为过滤分离剔除蛋白质固化形成的沉淀的主要步骤。此步骤的操作简单，釆用常用的过滤梯:作即可，既可以选用普通过滤，也可以选用抽滤的过滤形式。这也是本发明的优势之一，现有技术中在直接测定蛋白质氮的过程中也有一个过滤过程，却最好采用抽滤的形式，本发明中则无此项要求，因为本发明的测定的目标物是滤液，所以，采用抽滤或者普通过滤的形式都可以，况且采用抽滤时存在滤液转移困难的问题，因此本步骤中的过滤优选使用普通过滤形式，也就是常压过滤。过滤并用步骤b)中所述的酸或者硫酸铜溶液冲洗滤出物，可以使得滤纸或者沉淀中的残留的非蛋白质氮进入滤液，有利于提高测试的准确度。需要指出的是，此步骤中用到的酸或者硫酸铜溶液只是和步骤b)中所述的物质一致，并不表示一定是与步骤b)中用到的酸或者硫酸铜溶液的浓度也一样。例如，如果步骤b)中用到的是浓度为0.5%的乙酸，那么步骤c)中可以使用浓度为0.7%的乙酸。然而优选的方式还是，步骤c)中使用的酸或者硫酸铜溶液的浓度与步骤b)中使用的酸或者硫酸铜溶液的浓度相差不大，更有选地，4吏用浓度一致的酸或者硫酸铜溶液。步骤d)合并滤液并定容如前所述,这个步骤为过滤分离剔除蛋白质固化形成的沉淀的步骤之一，也可以认为是为下一步的操作做准备的一个步骤。从步骤c)来的滤液并没有一个准确的容积数值，在后续的计算过程中也无法给出确切的计算公式，所以需要定容。定容是化学实验中的一个常用操作方式，即将不确定容积的液体，加入一定量的液体，使得其具有确定的容积。如果需要定容的液体是溶液，则通常加入的是溶剂。由于从步骤C)来的滤液具有较高的温度，那么最好待滤液冷却后再定容，以免影响定容的准确性。步骤e)取滤液进行消化处理，定容步骤e)为对滤液的消化过程。消化过程指的是，有机含氮物质在浓硫酸等氧化剂的作用下，经过强热消化分解，其中的氮转化为氨的过程。氧化剂一J&选用强氧化剂。所述强氧化剂可以选自浓碌u酸、浓盐酸、浓^l酸/双氧水混合物或浓盐酸/双氧水混合物等。由于盐酸的挥发性很强，所以如果使用盐酸作为氧化剂，那么必须密封加压进行反应，防止挥发，否则消化的温度受到很大限制，进而影响消化的效果。强氧化剂不选用硝酸，这是由于硝酸中含有氮元素，发生反应之后会对测试结果有影响。在此过程中，还可以加入催化剂，加快消化反应的进行。催化剂可以选择汞及其化合物、硒及其化合物、铜及其化合物，或者它们的组合，具体的如汞、氧化汞、硒、氧化铜、硫酸铜等，优选使用氧化汞。除了氧化剂和催化剂之外，在消化反应中还可以加入助熔剂。以浓碌u酸为例，助熔剂的作用是可以使得浓硫酸的沸点升高，所以可以把消化温度升高，从而可以提高消化的效果，减少消化时间。助熔剂有碌u酸钾、水杨酸等。硫酸钾的效果更好，可以使得浓硫酸的沸点升高到35(TC甚至更高，而水杨酸的效果则稍微差一些，水杨酸可以使得浓硫酸的沸点升高到34(TC以上。不含水的硫酸的沸点是338。C。由于所使用的硫酸中一般含有少量的水，所以消化过程的加热一般分为两个阶段，第一阶段是加热至100。C150。C，使得硫酸中的水分充分蒸发出来，避免降低硫酸的沸点。如果硫酸的沸点降低，那么部分硫酸就会在消化过程中蒸发出来，进而导致氨的损失。助熔剂可以选择硫酸钾、硫酸钠、水杨酸或者它们的组合。优选其中的一种使用，并且更优选硫酸钟。当硫酸和助熔剂在一起使用，经常也需要加入催化剂，此时，可以加热至硫酸接近沸腾，并且保持0.5小时以上，即可完成消化处理；在这样的反应条件下，也可以保持l小时以上，但是时间不宜太长。本发明人指出，在此反应条件下的消化反应时间以0.5~2.5小时为宜。由于消化反应的温度很高，通常会在300。C以上，因此在消化完成后，需要稍等一下，待滤液稍微冷却后再进行下一步操作，也可以加入少量水防止冷却后硫酸铵结成晶体不易溶解。步骤f)移取定容后得到的滤液，加入NaOH溶液，测定第一平衡电位值步骤f)和步骤g)为测定消化后的滤液在加入NaOH溶液和NH/标准溶液后的平衡电位值的步骤，这样结合测得的两个平衡电位值的差值即可计算出烟草中非蛋白质氮含量。本步骤测定的是第一平衡电位值。步骤g)加入NH/溶液，测定第二平衡电位值；结合第一平衡电位值和第二平衡电位值计算出烟草中非蛋白质氮含量。本步骤测定的是第二平衡电位值。结合第一平衡电位值和第二平衡电位值，通过特定的计算公式即可得到烟草中非蛋白质氮的含量。步骤h)测定烟草中总氮含量此步骤为测定烟草中总氮含量的步骤。因为步骤a)g)与步骤h)是相互独立的，因此可以没有先后顺序。测定烟草中总氮含量的方法很多，例如连续流动法、蒸馏滴定法、氨气敏电极法或者离子色谱法等。测定烟草中总氮含量的方法采用现有技术中的方法即可，并且这些方法也已经较为成熟，有很多均已经制定了行业标准。例如中华人民共和国烟草行业标准YC/T161-2002为《烟草及烟草制品总氮的测定连续流动法》、YC/T33-1996为《烟草及烟草制品总氮的测定克达尔法》。其中克达尔法就是上述的蒸馏滴定法。除了上述已制定标准中的总氮测定方法之外，也有利用氨气敏电极法，氨气敏电极的原理是，通过测定标准铵盐溶液和待测样品消化液之间的平衡电位差值，再利用公式计算出氮的含量。氨气敏电极法的典型具体操作步骤为，准确移取一定量的消化液于烧杯中，准确加入一定量的NaOH溶液，放入搅拌子，插入电极，在电》兹搅拌下读取平衡电位值，可以记作E"再准确加入NH/标准溶液，在电磁搅拌下读取平衡电位值，可以记作E2。然后通过平衡电位差和氮含量之间的关系，计算出氮含量。也可以利用离子色谱法来测定。以上对测定烟草中总氮的方法做了一下说明，选择哪一种方法来测定，可以冲艮据测试者的实际情况来确定采用哪一种方法，例如有些实验条件的限制不能使用离子色谱法，那么可以选择其它的方法，有些需要快速测定，则可能需要离子色谱法或者氨气敏电极法等。测定氮的方法不限于此，如果根据科学原理可以确定测定氮的方法是可行的，则都可以用作本发明中的步骤h)。本步骤中不推荐使用蒸馏滴定法，因为这样的测定方法相对于已有的技术将会更加麻烦。但是，在烟草单位测定总氮含量是日常测试项目，那么如果该单位利用的是蒸馏滴定法来测定总氮的，那么再结合本发明的步骤a)~g)就可以很容易计算出烟草中的蛋白质含量而不需要再利用连续滴定法去直接测定烟草中蛋白质的氮含量，省略了对烟草溶液进行消化的步骤。步骤i)结合步骤g)和步骤h)的测定结果计算出烟草中蛋白质氮含量结合步骤g)和步骤h)的测定结果，才艮据氮元素的对应关系就可以求出烟草中蛋白质氮含量，以及烟草中蛋白质的含量。或者根据氮元素的对应关系直接通过一个公式就可以计算出烟草中蛋白质的含量。以上对本发明的各个步骤中的细节进行了说明，其中也叙述了一些改进和优选的方案。测定出烟草中蛋白质氮的含量之后，就可以计算出蛋白质的含量。发明人通过设计这个测定方法的实现路线，可以大大减轻工作中的工作量。因为烟草中总氮含量的测定为各烟草企业的日常监测项目，所以在此方法中，只需要测定烟草中非蛋白质氮的含量即可，并不会增加工作量。通过试验证实，本发明提供的烟草中蛋白质氮含量的测定方法，也可以称之为烟草中蛋白质含量的测定方法，测定结果稳定，与原有的经典法获得的测定值也具有高度的一致性，满足实验准确性的要求。上面对本发明的技术方案做了详尽的说明，对于本发明所提供的烟草中蛋白质氮含量的测定方法，首先通过固氮处理将烟草中的蛋白质以沉淀的形式剔除，然后利用氨气敏电极法测定滤液中的氮含量，再利用测定总氮的方法测定烟草中的氮含量，通过计算可以得出烟草中的蛋白质氮含量以及蛋白质的含量。因为烟草中总氮含量的测定为各烟草企业的日常监测项目，相当于完成了本发明的步骤h),所以只需要实验步骤a)g)和计算步骤i)即可，而步骤a)~g)不是直接测定蛋白质氮含量，而是测定剔除蛋白质以后的滤液中氮的含量，避免了将蛋白质氮转化为硫酸铵以后，还需要利用强碱蒸馏释放出氨、用标准酸液接收、反滴定，减少了因实验人员不同而存在的较大差异。可以看出，本发明提供的测定方法减少了人为的操作误差，是一种简便高效的测定烟草中蛋白质氮含量的方法。具体实施例方式为能进一步理解本发明，下面结合具体的实施方式对上述的技术方案做进一步的阐述和说明。以下实施例中用到的试剂的具体情况见表1,对试剂有特殊说明的除外。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表l中，AR代表分析纯。具体测定方法为l)按照中华人民共和国标准GB/T19616-2004抽取烟叶样品，按照中华人民共和国烟草行业标准YC/T31-1996将烟叶样品制备烟末试样，测定烟末中水分含量；2)称取约2g烟末，称取精度精确至0.OOOlg，置于100mL(毫升)浓度为O.5%的乙酸溶液中，加热保持沸腾15分钟，迅速用无氮定性滤纸过滤，并用浓度为0.5%乙酸溶液冲洗沉淀物。合并滤液，待冷却到室温后定容到200mL。所述乙酸溶液的浓度指的是质量浓度，即质量百分数。3)用移液管准确移取10mL滤液到75mL消化管中，并加入0.lg氧化汞、1.Og硫酸钾、5mL硫酸。将消化管置于消化器上消化，消化器工作参数为lO(TC保持lh(小时)，37(TC保持lh。消化后稍冷，加入少量水，冷却到室温，用水定容至75mL刻度线，摇匀。需要说明的是，消化工作参数为370°C并不代表滤液的温度也为370。C。设定仪器参数为37(TC主要是为了保持消化管中的滤液沸腾。此温度的测定也可以为其它温度，只要能保证消化反应的进行就可以。4)用移液管移取步骤3)得到的消化液10mL置于100mL烧杯中，烧杯放于电磁搅拌器上，烧杯中放入电磁搅拌器拌子。准确加入浓度值在0.1~1.OmoL/L范围内，精度达到0.01moL/L的NaOH溶液10~50mL。在电f兹搅拌的情况下插入氨气敏电极，读取的电位值即为第一平衡电位值，记为E1;再雀确加入浓度值在0.01~0.5moL/L范围内，精度达到0.001moL/L的冊4+标准溶液10~100mL，在电》兹搅拌下读取的电位值即为第二平衡电位值，记为E2。在此步骤中，加入的NaOH溶液的量和冊4+标准溶液的量是可以才艮据实际测试情况做适当的调整，总的原则是使得测定结杲误差减小。例如NH/标准溶液还可以选择实用1.00x10—2mol/L的NH/标准溶液。测定的过程中，E!和E2的差值范围如果在20~50mV(毫伏)，测定结果的误差较小，更优选地，E,和E2的差^直范围为20~50mV。5)按照下列公式计算出烟草中非蛋白质氮的含量<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>式中，各个字母的含义为Cs——标准氯化铵溶液浓度(mol/L)Vs——标准氯化铵溶液体积(mL)Vx——原溶液体积(mL)AE:E厂Ei(mV)W—一样品质量(g)6)按照中华人民共和国烟草行业标准YC/T161-2002所述方法测定烟草的总氮含量。7)计算烟草中蛋白质的含量。计算公式为6.25x(t-c)，其中，t代表步骤6)所测得的总氮含量，c代表步骤5)中测定的非蛋白质氮的含量。对16个烟叶样品，每个烟叶样品进行3次试验，所得的烟叶样品的非蛋白质氮含量的结果见表2，蛋白质含量的结果见表3。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表2(续)非蛋白质氮含量(质量百分比)检测结果<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表3蛋白质含量(质量百分比)检测结果<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>在每次试验中，以两个平行样;险测结果的平均值作为填报数据，并且本发明人发现，每次试验的标准曲线相关系数皆大于0.999。从表2数据可以看到，除一个样品外其它数据的变异系数皆小于5%。而从表3的数据更显示，该方法重复性较好，变异系数小于3%,绝大部分都小于2.4，通常都小于2。因此，符合分析检测的要求。对比实施方式按照中华人民共和国烟草行业标准YC/T166-2003烟草和烟草制品总蛋白质含量的测定方法，对上述16个烟叶样品进行总蛋白质含量的测定。得到的结果见表4。表4为本发明所测得的蛋白质含量和利用行业标准测定方法得出的蛋白质含量的比较表。<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>从表4可以看出，各个样品的利用本发明方法和利用行业标准所测得的数据对比，每对数据的相对偏差均小于6%。把利用本发明方法所测得的16个数据作为一组，把利用行业标准所测得的16个数据作为一组，采用数理统计方法中的t检验对这两组数据进行分析，得到t值为1.082,小于查表值t(0.1，15)，t(O.l，15)=1.753。可以看出在90%的置信区间内，两组数据没有明显的差异，因此得出结论可以采用本发明所提供的测定方法代替原来的经典检测法。以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍。本说明书中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想在具体实施方式及应用范围上可能在实施过程中会有改变之处。因此，本说明书记载的内容不应理解为对本发明的限制。权利要求1、一种烟草中蛋白质氮含量的测定方法，包括如下步骤:a)称取烟草；b)将称取的烟草放入足量的酸或者硫酸铜溶液中，加热至蛋白质固化完全；c)过滤并用步骤b)中所述的酸或者硫酸铜溶液冲洗滤出物；d)合并滤液并定容；e)取滤液进行消化处理，定容；f)移取定容后得到的滤液，加入NaOH溶液，测定第一平衡电位值；g)加入NH4+溶液，测定第二平衡电位值；结合第一平衡电位值和第二平衡电位值计算出烟草中非蛋白质氮含量；h)测定烟草中总氮含量；i)结合步骤g)和步骤h)的测定结果计算出烟草中蛋白质氮含量；其中，步骤h)与步骤a)～g)没有先后顺序。2、根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，步骤b)中所述酸为有机酸。3、根据权利要求2所述的测定方法，其特征在于，步骤b)中所述有机酸为乙酸，浓度为0.4%~0.6%。4、根据权利要求3所述的测定方法，其特征在于，步骤b)中所述加热至蛋白质固化完全为，加热至乙酸沸腾并保持15分钟以上。5、根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，步骤e)消化过程中消化剂包括催化剂和氧化性物质。6、根据权利要求5所述的测定方法，其特征在于，所述催化剂选自汞及其化合物、硒及其化合物、铜及其化合物，或者它们的组合。7、根据权利要求5所述的测定方法，其特征在于，所述氧化性物质为硫酸，所述消化剂还包括助熔剂，所述消化处理为加热至沸腾，并保持O.5小时以上。8、根据权利要求7所述的测定方法，其特征在于，所述助熔剂选自水杨酸、硫酸钾、或者它们的组合。9、根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述第一平衡电位值和第二平衡电位值的差为20~50mV。10、根据权利要求9所述的测定方法，其特征在于，所述第一平衡电位值和第二平衡电位值的差为30~40mV。全文摘要本发明公开一种烟草中蛋白质氮含量的测定方法，包括如下步骤a)称取烟草；b)将称取的烟草放入足量的酸或者硫酸铜溶液中，加热至蛋白质固化完全；c)过滤并用步骤b中所述的酸或者硫酸铜溶液冲洗滤出物；d)合并滤液并定容；e)取滤液进行消化处理，定容；f)移取定容后得到的滤液，加入NaOH溶液，测定第一平衡电位值；g)加入NH₄⁺溶液，测定第二平衡电位值；结合第一平衡电位值和第二平衡电位值计算出烟草中非蛋白质氮含量；h)测定烟草中总氮含量；i)结合步骤g和步骤h的测定结果计算出烟草中蛋白质氮含量；其中，步骤h与步骤a～g没有先后顺序。本发明所述的测定方法，是一种简便高效的测定方法。文档编号G01N27/416GK101382519SQ200810212239公开日2009年3月11日申请日期2008年9月4日优先权日2008年9月4日发明者孔浩辉申请人:广东中烟工业有限责任公司