從煙堿的研究現(xiàn)狀闡述煙草標(biāo)準(zhǔn)化

1、從煙堿的研究現(xiàn)狀闡述煙草標(biāo)準(zhǔn)化摘要：從煙堿的研究現(xiàn)狀出發(fā)，即煙堿的性質(zhì)、煙堿含量的測(cè)定、煙堿的提取進(jìn)行匯總分析，對(duì)其研究現(xiàn)狀進(jìn)行展望，利用煙堿的研究現(xiàn)狀闡述煙草標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一、簡(jiǎn)化、協(xié)調(diào)和最優(yōu)化原理。關(guān)鍵詞：煙堿；煙堿測(cè)定；提取；標(biāo)準(zhǔn)FromtheResearchStatusofNicotinetostatethetobaccostandardizationAbstract:Thepropertyofnicotineandthefactorsinfluencingitssyntheticamount,itsutilizationvalueandthelatestresearchprogresso

2、fitsextractionmethodweresummarized,whichprovidedreferencefortheintegratedutilizationoftobaccoandnicotine.FromtheResearchStatusofNicotinetostatethetobaccostandardizationwhichhastheprincipletounify、simplificationxharmonizingandoptimization.KeywordsNicotine;Tobacco;Extraction;standard煙堿(Nicotine)主要存在煙草

3、中，含量約占煙草生物堿總量的95%以上，其分子結(jié)構(gòu)由一個(gè)吡啶環(huán)和一個(gè)氫化吡咯環(huán)構(gòu)成，屬于雜環(huán)化合物。煙堿是卷煙對(duì)人體產(chǎn)生生理強(qiáng)度的本質(zhì)所在，是評(píng)價(jià)煙葉品質(zhì)的主要指標(biāo)，也是衡量香煙吃味的主要指標(biāo)。高純度的煙堿作為煙草行業(yè)的添加劑，能提高香煙品質(zhì)制作卷煙代用品2。煙堿因其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)對(duì)煙草及其制品的色、香、味有顯著影響，可以與人體大腦相應(yīng)的神經(jīng)受體結(jié)合，產(chǎn)生一定的生理和藥理作用?，F(xiàn)階段對(duì)煙堿的研究主要集中在：煙堿在煙草體內(nèi)的合成機(jī)理、影響其合成量的因素、煙堿的利用價(jià)值和分離提純方法、煙堿的生理藥理作用等。1煙堿的性質(zhì)1.1煙堿的物理性質(zhì)純煙堿在室溫下為無色或淡黃色油狀液體，沸點(diǎn)246.1，

4、相對(duì)密度D420=1.00925,具有左旋光性，有強(qiáng)烈的刺激性，味辛辣，具潮解性，在空氣中易被氧化，顏色變深、發(fā)粘，帶有特殊的臭味，這是因?yàn)闊煵輭A經(jīng)分解成氧化煙草堿、煙草酸和甲胺的緣故。在低于60°C時(shí)，可以和水任意混溶。易溶于醇、醚、氯仿、石油醚等有機(jī)溶劑。煙堿是具有較強(qiáng)堿性的有機(jī)二元弱堿(pKbl=5.98,pKb2=10.88)，在水溶液中存在下列平衡：CHNCHNoH+CnHNo2+101421014210162當(dāng)pH值5時(shí)，主要以雙質(zhì)子態(tài)存在;當(dāng)pH值在58時(shí)，主要以單質(zhì)子態(tài)存在;當(dāng)pH值10時(shí)，主要以煙堿分子態(tài)存在。煙堿能和多種無機(jī)酸或有機(jī)酸生成結(jié)晶的單鹽或雙鹽，在煙葉中

5、多以有機(jī)鹽的形式存在，對(duì)259nm波段的紫外光具有最大吸收能力，其吸光度與煙堿含量成正比。1.2煙堿的化學(xué)性質(zhì)煙堿在化學(xué)結(jié)構(gòu)，如右圖：Nj丫比具有用單健相連的兩個(gè)含氮雜環(huán)(即吡啶環(huán)和吡咯環(huán))，使煙堿可與酸性物質(zhì)產(chǎn)生質(zhì)子化反應(yīng)生成鹽。化學(xué)名稱為1-甲基-2扮-=吡啶基)吡咯烷。由于N-甲基四氫吡咯在吡咯環(huán)上的位置不同，可產(chǎn)生一系列的異構(gòu)體，即a-煙堿、B-煙堿、y-煙堿。在煙草體內(nèi)主要為B-煙堿，通常所說的煙堿也是指B-煙堿。2煙堿含量的測(cè)定煙堿是衡量煙草品質(zhì)的重要指標(biāo)，而提純煙堿具有高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因此準(zhǔn)確測(cè)定煙草及提純煙堿中的煙堿含量十分必要。2.1重量分析法重量分析法包括硅鎢酸重量法和苦味酸

6、重量法，硅鎢酸和苦味酸都能與煙堿結(jié)合生成難溶性鹽，硅鎢酸法經(jīng)測(cè)試其煙堿硅酸鹽沉淀粒小、不易抽濾、洗滌困難，且價(jià)格較貴。煙堿苦味酸結(jié)合成煙堿苦味酸，黃色針狀結(jié)晶。經(jīng)測(cè)試，結(jié)晶顆粒大、易洗滌，故選用苦味酸作沉淀劑。陳燕采用輔助控溫進(jìn)行了改進(jìn)?？辔端嶂亓糠ㄊ强刂苝H約10.5的堿性條件，使蒸餾出的游離煙堿與過量飽和苦味酸生成煙堿苦味酸鹽,經(jīng)過濾、烘干、稱量后計(jì)算煙堿含量。陳小東等采用單寧酸沉淀法提取廢煙葉中的煙堿，利用正交試驗(yàn)結(jié)果分析實(shí)際效果得對(duì)煙堿提取的最佳工藝條件進(jìn)行組合實(shí)驗(yàn)，在沉淀劑量為4.5g、料液比為1：15(g/mL),70°C溫度下超聲提取30min,結(jié)果如表1所示。表1最佳

7、提取工藝條件組合實(shí)驗(yàn)結(jié)果序號(hào)123平均煙堿提取率()1.071.041.061.062.2紫外分光光度法在煙堿的分子中雖有雙鍵，然而煙堿在可見光區(qū)沒有吸收峰。但煙堿可與鉻藍(lán)黑、甲基橙、溴甲酚綠等顯色劑生成難溶于水的顯色絡(luò)合物，所形成的顯色絡(luò)合物在固定波段有吸收峰。殷全玉等利用煙堿在259nm吸光度與煙堿含量成正比的原理，建立了紫外分光光度法測(cè)定煙葉中的煙堿含量。2.3滴定分析法滴定分析法的基本原理是酸堿反應(yīng)。由于煙堿的堿性較弱，不能在水溶液中直接準(zhǔn)確滴定。因而金秋云分別在乙醇、氯仿中用硫酸滴定了煙堿，研究了通過滴定測(cè)煙堿含量的方法。2.4旋光法由于煙堿有較大的旋光度，因此可根據(jù)其旋光度可測(cè)定其

8、濃度。孫心齊等8用WZZI型自動(dòng)指示旋光儀方便的測(cè)量了煙草中的煙堿，簡(jiǎn)化了操作程序，提高了測(cè)量速度。2.5紅外光譜定量分析法應(yīng)用化學(xué)計(jì)量學(xué)的原理，根據(jù)不同煙葉對(duì)近紅外光吸收作用不同而產(chǎn)生的近紅外反射光譜的差異，建立近紅外光譜與相關(guān)化學(xué)成分含毋之間的關(guān)系模型，而根據(jù)近紅外光譜測(cè)定煙葉中的尼古丁及其它化學(xué)成分含量。張建平等在借鑒人造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，對(duì)我國(guó)各地的134個(gè)煙葉樣品進(jìn)行了多組分同時(shí)測(cè)最.建立了初步模型的數(shù)據(jù)。McClure等問對(duì)16個(gè)國(guó)家的1600個(gè)煙草樣品進(jìn)行了基于NIR光譜的分類研究，采用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法建模后，對(duì)煙葉所屬的品種或不同產(chǎn)地均得到100%的準(zhǔn)確判別。何智慧等11使用Sp

9、ectrumQuant+定量分析軟件的偏最小二乘法建立模型，采用全交叉方法驗(yàn)證。采用光譜影響值Leverage和化學(xué)值絕對(duì)誤差Residual這兩個(gè)指標(biāo)分別對(duì)光譜和化學(xué)值進(jìn)行異常值檢驗(yàn)(outliertest)。2.6原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法一般采用金屬離子與煙堿形成絡(luò)合物，從而測(cè)定金屬離子含量即可知尼古丁含量。焦傳英等12用在鹽酸介質(zhì)中，雙質(zhì)子化狀態(tài)的煙堿與雷氏氨鹽定量反應(yīng)形成難溶的煙堿硫氰化鉻，采用火焰原子吸收光譜法測(cè)定反應(yīng)體系中變化的鉻量，間接得到煙堿的含量。2.7色譜分析法由于色譜法的高分離性能，能把煙堿與其共存生物堿等組分分開，同時(shí)又能準(zhǔn)確的快速定性、定量分析，因而它是近

10、年來比較流行、研究最多的方法。常用的有氣相色譜法、液相色譜法和氣質(zhì)聯(lián)用等方法。姜波等13研究表明，高效液相色譜法具有提取、分析方法簡(jiǎn)便快速、結(jié)果準(zhǔn)確可靠等特點(diǎn)可用于煙堿含量的測(cè)定。3煙堿的提取煙堿的提取方法很多，主要有以下幾種。3.1水蒸汽蒸餾法水蒸汽蒸餾法是提取天然煙堿的較為原始的工藝，將原料先用稀酸浸提再用堿中和，然后進(jìn)行水蒸汽蒸餾提取尼古丁。再經(jīng)過草酸處理、堿化得到成品煙堿。該方法流程簡(jiǎn)單，操作方便，但是處理設(shè)備龐大，效率低。所得產(chǎn)品煙堿的純度低，不能滿足市場(chǎng)需要，工業(yè)上已很少應(yīng)用。3.2溶劑萃取法溶劑萃取法的工藝流程為：原料：堿(石灰水)浸提一溶劑萃取.制成煙堿鹽一堿化一煙堿產(chǎn)品。該方

11、法中的溶劑可選擇乙醚、氯仿、氯代烯烴等有機(jī)溶劑。該方法已有一定的工業(yè)基礎(chǔ)，但是裝箕運(yùn)轉(zhuǎn)正常仍有困難.因?yàn)樵跓焿A從有機(jī)相轉(zhuǎn)入水相后進(jìn)行分離時(shí)。在生產(chǎn)上在相界面上極易產(chǎn)生乳化層而導(dǎo)致停產(chǎn)。3.3離子交換法離子交換法是將原料用稀酸浸提，加熱回流，將濾液經(jīng)離子交換樹脂（強(qiáng)酸性），煙堿即被吸附在交換柱上，然后用堿交換得到游離煙堿的水溶液。該法未使用有機(jī)溶劑。但是所得煙堿的純度低。3.4超臨界萃取法超臨界萃取技術(shù)是一種新型分離技術(shù)。萃取得到的煙堿粗品中含有少量煙焦油、膠質(zhì)及其它高沸點(diǎn)生物堿等雜質(zhì)，可減壓蒸餾進(jìn)行精制，最后可得到純度98%以上的煙堿。3.5液膜法乳化液膜技術(shù)是一種新型的化工分離方法。王獻(xiàn)科M

12、l等提出新的液膜法分離、提取煙堿。該體系用N,N一仲辛基乙酰胺、仲辛醇為流動(dòng)載體、III.B（雙烯丁二酰亞胺）為表面活性劑、磺化煤油作溶劑、H2S04水溶劑作內(nèi)相試劑，分離、提取煙草中的煙堿.經(jīng)中科院測(cè)試中心測(cè)定，前者純度為99.2%。后者純度為99.4%以上。3.6連續(xù)逆流浸取器提取法目前.國(guó)內(nèi)提取煙堿的生產(chǎn)企業(yè)大多采用間歇攪拌釜式浸取法.還未見有關(guān)連續(xù)逆流浸取器的介紹.眾所周知.根據(jù)浸取，連續(xù)逆流浸取的生產(chǎn)效率及成本費(fèi)用大大優(yōu)于間歇式攪拌浸取。陳明功5等對(duì)單級(jí)浸取、多級(jí)浸取和連續(xù)逆流浸取進(jìn)行試驗(yàn)比較，并結(jié)合廢棄煙葉浸取的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種連續(xù)逆流浸取器.并對(duì)其進(jìn)行研究，以開發(fā)出適合我國(guó)中、小

13、型企業(yè)生產(chǎn)煙堿使用的浸取器，該方法效果較好流程簡(jiǎn)單。為工業(yè)性設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。3.7微波法微波法具有短時(shí)、高效、產(chǎn)品無毒等優(yōu)點(diǎn)。謝長(zhǎng)芹16等以廢次煙葉和煙末為原料研究了微波法提取煙堿的技術(shù)。結(jié)果表明微波浸提組合為浸提功率450W、浸提時(shí)間150s、葉水質(zhì)量比1：70，煙堿的提取率最高可達(dá)95.1%，純度為90.3%。路緒旺等W采用加鹽蒸餾與萃取相結(jié)合的方法從廢次煙葉中提取煙堿，發(fā)現(xiàn)堿浸提溶液的濃度、浸提溫度和加堿蒸餾時(shí)的加鹽量都對(duì)煙堿的提取率有較大的影響，較為適宜的煙堿提取條件為：將廢次煙葉用蒸餾水在60°C下浸泡200min,調(diào)節(jié)濾液pH值為13.0,加鹽（13.5gNaCl/10

14、g煙葉），蒸餾濃縮至20mL,10mL正己烷萃取，最后于0.7MPa、90C下減壓蒸餾，即得到煙堿產(chǎn)品。3.8超聲波提取法超聲波產(chǎn)生的空化和強(qiáng)烈振動(dòng)作用加強(qiáng)了被提取物質(zhì)的釋放、擴(kuò)散及溶解，所以采用超聲波提取法可大大縮短提取時(shí)間，提高提出率。同時(shí)，超聲波破碎過程是一個(gè)物理過程，被提取的天然成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)也不會(huì)發(fā)生改變。周民杰18等利用超聲波提取低次煙葉中煙堿。探討了浸提溶劑、超聲時(shí)間、超聲頻率、溫度、乙醇濃度、浸泡時(shí)間等因素對(duì)煙堿提取的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，用乙醇作為提取溶劑.在超聲時(shí)間30min、超聲頻率20kHz、溫度50C條件下。209煙草置于100ml50%乙醇中浸泡2h,最后提取液

15、中煙堿含量為23.3mgmL-1。4煙堿的利用價(jià)值煙堿的用途十分廣泛，廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥工業(yè)上，是研制治療心血管、皮膚病、蛇毒等疾患藥物的特種原料。煙堿系列農(nóng)藥屬植物殺蟲劑，因其具有蒸薰、胃毒、觸殺功能及迅速降解無殘留等特點(diǎn)廣泛用于糧食、油料、蔬菜、水果、牧草等農(nóng)作物的殺蟲劑，是生產(chǎn)綠色食品的理想的高效殺蟲劑和生物性農(nóng)藥。4.1煙堿的藥用價(jià)值研究表明，煙堿可促進(jìn)呼吸道和肺部發(fā)生中性粒細(xì)胞（PMNs）浸潤(rùn)、活化，釋放炎性介質(zhì)溶酶體酶、花生四烯酸及活性氧，可作用于彈性蛋白、膠原蛋白，引起損傷。煙堿誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞釋放生長(zhǎng)因子，是導(dǎo)致血管平滑肌細(xì)胞增生的原因19。張洲穎等20研究表明，煙堿或受體激動(dòng)劑

16、可以改善中樞神經(jīng)系統(tǒng)退變疾病癥狀，起到保護(hù)神經(jīng)的作用，對(duì)炎癥的治療也有一定療效。張洲穎等2】研究表明，煙堿對(duì)心率的作用具有階段性，初期引起心率短暫性減弱，緊接著發(fā)生瞬時(shí)增加。張惠22研究表明，中藥治療可調(diào)節(jié)精神分裂癥患者炎性因子水平，炎性因子及煙堿型乙酰膽堿受體在精神分裂癥發(fā)病中的作用可能與疾病的治療有關(guān)。4.2煙堿在農(nóng)藥上的應(yīng)用20世紀(jì)的最后十年里各國(guó)都在開發(fā)第二代煙堿類殺蟲劑，為煙酸乙酰膽堿酯酶受體的作用體，干擾昆蟲神經(jīng)系統(tǒng)的刺激傳導(dǎo)，引起神經(jīng)通道阻塞，這種阻塞造成重要的神經(jīng)傳導(dǎo)物質(zhì)乙酰膽堿的積蓄，從而導(dǎo)致昆蟲麻痹，最后死亡。5煙堿研究趨勢(shì)展望中國(guó)是煙草種植和生產(chǎn)大國(guó)，其種植面積和產(chǎn)量均居

17、世界首位。煙草在我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品收入中僅次于稻、麥、棉、大豆、玉米，居第6位。在煙草收獲和加工的過程中，產(chǎn)生了大量的低次煙葉、煙梗、煙籽和卷煙下腳料，約占煙葉總產(chǎn)量的25%。隨著近年來醫(yī)藥、煙草行業(yè)、農(nóng)業(yè)、化工等諸多領(lǐng)域的迅速發(fā)展市場(chǎng)上對(duì)天然煙堿的需要量與日俱增,因此從廢棄煙草中提取煙堿具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。所以提取廢棄煙草中的煙堿，不僅可以變廢為寶，提高煙草的附加值，而且減少浪費(fèi),避免環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)煙草的綜合利用。而從煙草標(biāo)準(zhǔn)化的角度出發(fā)，煙堿的測(cè)定、提取、應(yīng)用從一個(gè)側(cè)面反映了標(biāo)準(zhǔn)在煙草分析中的具體應(yīng)用，在一定范圍內(nèi)獲得最佳秩序，對(duì)實(shí)際或潛在的問題制定共同的和重復(fù)使用的規(guī)則的活動(dòng)，即對(duì)煙堿研究的不斷

18、進(jìn)步、測(cè)定方法的優(yōu)化、提取工藝的改進(jìn)、醫(yī)藥領(lǐng)域的開拓、農(nóng)業(yè)害蟲防治的進(jìn)步。參考文獻(xiàn)1 王瑞新，煙草化學(xué)M,北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2003:6779.2 薛小平，陳懿，王茂勝等。煙堿的研究現(xiàn)狀J,安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，JournalofAnhuiAgri.Sci.2008，36(10):4121-4122，4143張先海，史麗巖，史景明，煙堿的研究現(xiàn)狀，海峽藥學(xué)J.2010年第22卷第11期.16-184 陳燕硅鎢酸重量分析法測(cè)定煙堿純度標(biāo)準(zhǔn)綜述J煙草科技1996.(3)：21.5 陳小東，等：?jiǎn)螌幩岢恋矸ㄌ崛U煙葉中的煙堿，中國(guó)野生植物資源M,第29卷第5期,2010年l0月殷全玉，楊鐵釗，郭寶銀，等.紫外分光光度法測(cè)定煙草中的游離煙堿J.中國(guó)煙草科學(xué)，2008，29(6):20-22.7 金秋云萃取一滴定法測(cè)定煙草中的煙堿J哈爾濱電工學(xué)院報(bào)，1996，19(2)：278.282.8 孫心齊陳伯森旋光法測(cè)定煙堿含量J河南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然版)，1994，24(2)：59.61.9 張建平謝雯燕束茹欣煙草化學(xué)成分的近紅外快速定量分析研究J煙草科技.1999，(3)：20.22.10 McClureWF.Near-infraredspectroscopy:ThegiantisrunningstrongJ.AnalChem,1994,66:43A-