烟碱实验方法范文

2024-08-18

烟碱实验方法范文（精选6篇）

烟碱实验方法第1篇

烟碱含量测定

一、引言

烟碱,俗称尼古丁,化学名称为1-甲基3-（3-氮杂苯基）氮杂环戊烷,分子式为C10H14N2,是烟草十多种生物碱中最重要的一种成分,而且具有多种用途,是重要的农药、医药工业原料和烟草添加剂。根据“在pH5.0下,甲基橙可与烟碱反应生成有色络合物,该络合物于氯仿中在可见光波长处的吸光度与其浓度成正比”的原理可用分光光度计测定烟草提取液中烟碱含量，其线性相关范围是0～0.2550g/L、线性相关系数为0.9994，此方法准确性好、精密度高、操作简便快捷、仪器价格低廉。

二、材料与方法

2.1 原材料、试剂与仪器设备

2.1.1 待测试样:

烟草提取液,经过烘干、研磨、浸提、离心分离等步骤进行制备。

2.1.2化学试剂

烟碱标样,氯仿(AR)、0.05mol/L盐酸(AR)、柠檬酸(AR)、磷酸氢二钠(AR)、甲基橙(AR)。柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液(pH5.00),甲基橙饱和溶液均在实验室现场配制。

2.1.3仪器设备:

分光光度计、磁力搅拌器、精密酸度计、分析天平(感量0.1mg)、1L容量瓶和10ml容量瓶。

2.2 实验方法

2.2.1 烟碱标准贮备液的配制

准确称取0.4280g烟碱标样,用0.05mo1/L盐酸溶液溶解并定容至1000mL,得到0.4250g/L烟碱标准贮备液。

2.2.2 烟碱标准溶液的制备

取10个10mL容量瓶分别编号为0、1、2、3、4、5、6、7、,分别加入0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0mL标准贮备液,用0.05mo1/L盐酸溶液定容到刻度,得到10个浓度分别为0.0000、0.0425、0.0850、0.1275、0.1700、0.2125、0.2550g/L的烟碱标准溶液(简称标液,下同)。

2.2.3 测定吸光度的基本操作

取某号标液或试样2mL,加入2mLpH5.00缓冲溶液和2.0ml的甲基橙饱和溶液,摇匀后加入20mL萃取剂,振荡萃取2～3min后静置3～5min;分离出下层萃取液后立即用比色皿取样, 立即(2～5min内)用分光光度计测定420nm波长处的吸光度并绘制标准曲线，求得回归方程。

烟碱实验方法第2篇

2、如果烟碱影响到了蜜蜂的记忆能力，让它们无法找到回巢的路，那么就解释了为什么蜜蜂的尸体总也找不到了。

3、来自墨尔本大学的迈克洛夫教授称，漱口水中的酒精会导致烟碱等致癌物更易渗入口腔内壁。

4、如果饮食主要是含烟碱酸和色氨酸（在体内能转变成烟碱酸）很低的玉米而没有或只有少量蛋白质含量丰富的食物，也有可能出现糙皮病。

5、土豆，作为美国最喜爱的白色蔬菜，是维生素C、钾、维生素B6、烟碱酸和硫铵的一个很好来源。

6、但他却从来没有提到烟碱这一物质，而很多人认为这一物质是导致神经系统混乱的`原因。

7、可能的诱发原因包括霍奇金病和艾滋病，补充烟碱酸或者抗抑郁药物的副作用。

8、烟碱让人成瘾，但焦油才是香烟中真正的，在诱癌和促癌过程中都起到了一定的作用。

9、潍坊三强集团有限公司是生产型高新科技企业，专业化生产烟草提取物，茄尼醇和烟碱两大系产品。

10、且服用避孕药的吸烟妇女，烟碱或口香糖同样可以增高心血管疾病的发生率。

11、和烟碱胆碱能受体一样，使用胆碱酯酶抑制剂后毒蕈碱胆碱能受体周围的乙酰胆碱水平升高。

12、此方法把烟草中的镁、水溶性糖、烟碱及氯离子的处理方法有机地结合在一起，使烟草中镁的检测变得简单、快速；

13、为微生物降烟碱的研究及应用提供了理论依据。

14、本文描述的是通过自己设计的水蒸气蒸馏装置，从烟叶中提取烟碱的实验方法。

15、避免咖啡因及烟碱，因为它们是刺激性的。

16、采用田间调查和室内饲养的方法，结合化验分析结果，分析了烟草次生物质烟碱对烟蚜的影响。

17、卷烟燃烧时释放出大量侧流烟气，其中有很多危害人们身体健康的物质，如烟碱、醛类物质等。

18、目的利用基因表达芯片检测反复摄取烟碱对大鼠脑内膜受体和细胞信号转导系统相关的蛋白激酶基因表达的影响。

19、切除顶芽和叶面损伤对烟株体内的氮浓度及吸氮量均无显著影响，但显著提高了烟株体内单位氮素产生烟碱的能力。

20、结果表明：永州市烤烟总糖、还原糖、总氮、钾含量都处于合理水平，上部烟叶烟碱含量略偏高，部分烟叶氯含量较低。

21、因此，可从栽培措施和调制措施等多方面对烟碱和糖含量进行综合调控。

22、进行了抽吸间隔时间的长短对卷烟抽吸口数、烟气焦油、烟碱和CO释放量的影响实验。

23、通过对烤烟（40级）各等级烟叶焦油含量和烟气烟碱的测定，取得了一套较为完整的分析数据。

24、研究了云南保山香料烟产区冬春香料烟和夏季香料烟生长发育期间叶片中总糖含量、淀粉含量和烟碱含量的累积变化规律。

25、还原糖含量略有提高，烟碱含量降低显著，对多酚含量影响较小。

26、打顶时期与烤烟中上部叶烟碱含量有显著的负相关关系。

27、戒烟者使用如烟后焦虑症状和烟碱戒断症状得到缓解程度高于其他两组。

28、通过室内模拟试验，研究了水分和温度以及水热耦合对烟叶中烟碱含量的影响。

29、烟碱含量相对比较稳定；

烟碱实验方法第3篇

本研究采用左冠状动脉前降支结扎-开放法建立大鼠心肌缺血再灌注损伤动物模型,通过观察不同剂量烟碱处理后,动物重要器官功能状态和病理组织学变化,以及心肌结构和梗死面积的变化。探讨烟碱对心肌缺血/再灌注损伤的保护作用,为有效防治心肌缺血/再灌注损伤提供理论和实践帮助。

1 材料与方法

1.1 实验动物和缺血/再灌注损伤模型制备

健康雄性成年Sprague-Dawlay大鼠,体质量(200±20)g(由武汉大学医学院实验动物中心提供)。以质量分数为200 g/L乌拉坦(剂量1g/kg),经腹腔麻醉后,行气管切开接微型呼吸机机械通气,沿胸骨左缘第三肋骨开胸建立左冠状动脉前降支结扎/开放心肌缺血再灌注模型。对照组动物除不行左冠状动脉前降支结扎/开放外,其余步骤与缺血/再灌注组相同。缺血再灌注组和药物处理组将左冠状动脉结扎30min后松开丝线进行再灌注2h。

1.2 实验分组

30只大鼠随机分为对照组(假手术组)、缺血再灌注组、烟碱400µg/kg组、烟碱200µg/kg组和烟碱40µg/kg组共5组,每组6只。在缺血再灌注前30 min,腹腔注射不同浓度烟碱或等量生理盐水。

1.3 观察指标

1.3.1 心肌梗死面积观察

再灌注2h后再结扎左冠状动脉,从舌静脉注射1%亚甲蓝0.3mL以显示心肌非缺血区域。切除心脏并用冰PBS清洗,沿心脏的长轴将心室切割成5~6个大小相近的薄片,用TTC孵浴后观察缺血区和梗死区面积。

1.3.2 动脉血乳酸盐测定和血气分析

经右侧颈动脉穿刺放血采集血样0.1mL,应用血气分析仪测定动脉血乳酸盐和血气分析。

1.3.3 主要器官组织病理学检查

处死动物后取心肌、肝、肺经4%甲醛溶液固定,石蜡包埋切片(厚度为4µm),HE染色后在普通光学显微镜下观察病理改变。

1.4 统计学分析

采用SPSS 13.0统计软件进行统计处理,资料以均数±标准差(χ—±s)表示。组间比较采用单因素方差分析(one-way analysis of variance,ANOVA),独立样本间采用post hoc(Bonferroni t)检验,P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 心肌梗死面积观察

见表1。

与缺血/再灌注组相比,*P<0.01

如表1所示,与缺血/再灌注组比较,烟碱400µg/kg组心肌细胞梗死面积明显减小,差异有统计学意义(P<0.01)。

2.2 动脉血气及乳酸盐浓度

如表2所示:缺血/再灌注组大鼠动脉血pH值7.13±0.05,较对照组(7.41±0.04)明显降低(P<0.01);与缺血/再灌注组相比,烟碱400µg/kg组(7.41±0.06)、200µg/kg组(7.41±0.08)、40µg/kg组(7.33±0.16)差异均有统计学意义(P<0.01)。

注:与缺血/再灌注组比较,*P<0.01;与烟碱400µg/kg组比较,#P<0.05

烟碱400µg/kg组与200µg/kg组和40µg/kg组之间无显著性差异(P值均>0.05)。缺血/再灌注组大鼠动脉血BE值(-15.17±4.49)mmol/L,较对照组(2.00±0.63)mmol/L明显降低(P<0.01);与缺血/再灌注组相比,烟碱400µg/kg组(-1.00±3.16)、200µg/kg组(-1.00±4.00)和40µg/kg组(-4.50±6.02)差异均有统计学意义(P<0.01);烟碱400µg/kg组、200µg/kg组和40µg/kg组之间差异均无显著性(P值均>0.05)。

缺血/再灌注组大鼠动脉血乳酸盐浓度(5.92±1.66)mmol/L,较对照组(0.69±0.03)mmol/L明显升高(P<0.01);与缺血/再灌注组相比,烟碱400µg/kg组(1.28±0.85)、200µg/kg组(1.28±0.85)和40µg/kg组(2.87±0.72)差异均有统计学意义(P<0.05);烟碱400µg/kg组与40µg/kg组之间差异有显著性(P值<0.05)。

2.3 主要器官组织病理学改变

2.3.1 心肌组织

对照组可见心肌细胞排列整齐、紧密,细胞间隙很小。缺血/再灌注组可见多处散在坏死灶,大片心肌细胞坏死,坏死处原有心肌结构消失,大量炎性细胞浸润。烟碱400µg/kg组可见散在一些坏死灶,未见大片心肌坏死细胞。图1所示。

2.3.2 肝组织

对照组肝细胞结构完整,肝小叶形态正常,肝血窦无扩张和炎性细胞浸润。缺血/再灌注组肝细胞肿胀、空泡样脂肪变性,点状或小片状坏死。肝脏门管区局灶性脓肿,肝血窦扩张,中性粒细胞浸润于血管壁。烟碱400µg/kg组肝细胞浊肿,轻度脂肪变性,未见明显坏死灶。肝血窦中中性粒细胞浸润较轻。图2所示。

2.3.3 肺组织

对照组肺泡上皮细胞形态正常,肺间隔未见增宽,毛细血管无充血和淤血,肺间质未见出血,水肿及炎细胞浸润,肺泡大小均匀,结构完整。缺血/再灌注组部分肺泡上皮细胞肿胀,肺泡隔增宽,毛细血管明显扩张瘀血,微血栓形成,肺间质充血水肿,弥漫性的中性粒细胞浸润,肺泡腔变小,部分区域肺萎缩,肺泡腔内大量炎性渗出。烟碱400µg/kg组小血管及毛细血管内中性粒细胞浸润较轻,肺间质轻度水肿,肺泡隔增宽不明显,肺泡腔无渗出物。图3所示。

3 讨论

缺血/再灌注损伤是严重威胁人类生命健康的疾病。深入探讨缺血/再灌注损伤的发病机制,寻找有效的防治药物,具有重大的理论和现实意义。

3.1 缺血/再灌注损伤对心肌的影响

(1)心肌超微结构的变化:质膜破坏、肌原纤维结构破坏、线粒体损伤,既破坏膜磷脂也破坏蛋白质大分子及肌原纤维。受损最严重的是生物膜,通透性增大、离子分布和运转异常,尤其是钙离子大量流入细胞内。(2)心肌能量代谢的变化:ATP含量在缺血时明显下降,再灌注后ATP含量虽恢复都非常缓慢,由于ATP合成的前身物质的含量减少,再灌注时从局部冲走这些物质。冠状动静脉氧差减小,与缺血/再灌注时心肌细胞线粒体受损有关。因此,极易引起脂质过氧化造成线粒体的功能障碍。(3)心功能的变化:a.心肌收缩、舒张功能的降低,表现为心室舒张末期压力增大、收缩峰压降低,心室内压±dp/dtmax均降低。b.再灌注性心律失常包括室性期前收缩、阵发性室速及室颤等。

本研究发现:对照组可见心肌细胞排列整齐、紧密,细胞间隙很小。缺血/再灌注组可见多处散在坏死灶,大片心肌细胞坏死,坏死处原有心肌结构消失,大量炎性细胞浸润。

3.2 全身炎性反应综合征是缺血/再灌注损伤的主要发病机制

近年来研究发现:心肌缺血再灌注损伤是以过度的全身性炎性反应(systemic inflammatory response syndrome,SIRS)为特征的临床综合征。缺血/再灌注损伤时,体内的单核/巨噬细胞、中性粒细胞、淋巴细胞以及内皮细胞等,通过细胞内信号转导机制,启动细胞炎症反应,导致多种炎性细胞因子如肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素-1β、白细胞介素-6等以及白三烯、血栓素A2、血小板活化因子、补体和激肽等趋化因子的大量生成,这些炎性细胞因子可进一步作用到其他细胞,吸引大量白细胞进入组织或粘附于血管内皮,炎细胞被激活后又能合成和释放多种有趋化作用的炎症介质,导致炎症反应的进一步扩大;使血管内皮细胞收缩,血管壁通透性升高,还有诱导粘附分子的表达等作用。白细胞与内皮细胞的粘附反应以及白细胞穿过血管壁趋化游走,引起炎症反应扩大,形成所谓“瀑布效应”导致SIRS[4,5]。

研究发现:血清TNF-α含量的高低与多器官功能障碍综合征(multiple organ dysfunction syndrome,MODS)的发生及其严重程度有良好的相关性[6,7]。

3.3 胆碱能抗炎通路拮抗全身炎性反应综合征的发生

新近研究发现:生物体内存在着传递炎性介质信号的迷走神经通路。迷走神经的传入纤维不仅能识别体内的炎性介质信号,而且具有比免疫细胞更高的敏感性,能把机体受到损伤或感染的信号及时传递到大脑,在刺激机体发生防御反应方面起着非常重要的作用。其中迷走神经及其递质乙酰胆碱在对抗炎症反应,保护脏器功能,维持内环境稳定上发挥着重要的作用。

2000年,Borovikova[8]等研究发现,致病菌入侵时,体内的迷走神经及其递质乙酰胆碱与免疫系统相互作用,参与抗炎,遂将之命名为“胆碱能抗炎通路(cholinergic anti-inflammatory pathway)”。进一步研究发现,胆碱能神经系统和天然免疫系统之间密切联系的分子基础就是存在于巨噬细胞等上的烟碱型乙酰胆碱受体α-7亚基[2]。乙酰胆碱的抗炎作用主要通过与烟碱型乙酰胆碱受体结合来实现。因此,有研究者提出了“烟碱抗炎通路(nicotinic anti-inflammatory pathway)”的概念[9]。胆碱能抗炎通路的发现,启发人们寻找新的抗炎策略和干预手段。烟碱是烟碱型乙酰胆碱受体的特异性激动剂,其在临床上已用于Alzeimer病、Parkinson病和溃疡性结肠炎等的治疗[10,11]。然而,烟碱对缺血/再灌注损伤是否具有保护作用及其可能的机制如何,目前研究尚不清楚。

本实验应用烟碱作用于缺血再灌注损伤大鼠后,发现烟碱对缺血再灌注损伤大鼠具有保护作用,其机制推测烟碱是通过胆碱能通路介导,特异性产生抗炎效应,从而对缺血再灌注损伤动物发挥保护作用的。

烟碱实验方法第4篇

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试虫源。

选取在长江大学农学院植物化学保护实验养虫室以蚕豆为寄主饲养获得大量健康的蚕豆蚜(Aphis craccivora)。

1.1.2 供试药剂。

20%呋虫胺悬浮剂(安徽瑞然生物药肥科技有限公司)、25%噻虫嗪水分散粒剂(安徽康达化工有限责任公司)。

1.2 试验设计

试验采用浸渍法、离体喷雾法和连续浸液法进行,分别设置5个浓度梯度,每个浓度3个重复,以清水作为空白对照(CK)。浓度梯度如表1所示。

1.3 试验方法

毒力测定方法包括:(1)浸渍法:取63个50 m L的锥形瓶,每个锥形瓶中加入30 m L水。将接有蚜虫的蚕豆苗放置在配置好的药液中浸渍10 s后取出,晾干后将蚕豆苗插入含有水的锥形瓶中(脱脂棉封口防止蚜虫掉入水中影响调查),以保持蚕豆苗的生命力,24 h后调查蚜虫的死亡率;(2)离体喷雾法:取63个50 m L锥形瓶,每个锥形瓶装30 m L水,将生长状态相似的蚕豆苗插入锥形瓶中(脱脂棉封口防止蚜虫掉入水中影响调查),每个处理用porter喷雾塔喷不同浓度的药剂5 m L,药剂晾干之后在蚕豆苗的叶子上接种3龄以上的若虫或无翅成虫。24 h后调查蚜虫的死亡率;(3)连续浸液法:取63个50 m L锥形瓶,在60个锥形瓶中分别加入50 m L配置好的浓度梯度药剂(对照装入50 m L水),锥形瓶中插入生长状况相似,茎干粗壮相同的蚕豆苗(脱脂棉封口防止蚜虫掉入药剂中影响试验调查),1 h后接种3龄以上的若蚜或无翅成蚜,24 h后调查试验结果。3种处理方法中蚜虫均以触动蚕豆蚜时附肢不动为死亡依据。

1.4 数据分析

采用DPS软件分别计算出毒力回归方程及LC50。

2 结果与分析

2.1 2种杀虫剂不同处理方法的毒力测定结果

2种氯化烟碱杀虫剂使用3种不同方法处理蚕豆蚜的毒力测定结果见表2。噻虫嗪和呋虫胺采用浸渍法测定的毒力相近,其LC50分别为3.996 6、4.257 4 mg/L;离体喷雾法测定中,呋虫胺的毒力高于噻虫嗪,其LC50分别为33.074 3、48.150 8 mg/L;连续浸液法测定的结果显示,噻虫嗪的毒力显著高于呋虫胺,其LC50分别为4.741 7、33.151 4 mg/L,由此可见:相同药剂对同一种测定对象其毒力因测定方法不同而显示较大的变化。

2.2 不同测定方法毒力变化的剂量转移生物学解析

将表2中的毒力按不同测定方法转化成毒力指数列入表3。由表3可知,噻虫嗪在离体喷雾法中相对毒力最小,浸渍法和连续浸液法测定相对毒力指数相近,均显著高于离体喷雾法的毒力指数。说明噻虫嗪对蚜虫的剂量转移模式以经口或体壁转移模式为主,而跗节转移模式相对不是很重要。呋虫胺采用连续浸液法和离体喷雾法测定的毒力指数显著低于浸渍法测定的毒力指数,后者为前2种方法的7倍以上,说明体壁转移模式为蚜虫摄入呋虫胺的最重要通道。由此表明,测定对象一定时,杀虫剂的作用方式为其剂量转移模式的决定性因素。可以肯定的是,当测定不同昆虫或相同昆虫而发育阶段不同时,昆虫的生物学特性和杀虫剂的作用方式将以不同的协同方式共同决定杀虫剂的剂量转移模式,从而影响杀虫剂毒力表达结果。

3 结论与讨论

试验结果表明,噻虫嗪和呋虫胺在不同测定方法中对蚕豆蚜虫的毒力相差较大,其毒力的变化与杀虫剂的作用方式具有密切的相关性,而作用方式显然决定了杀虫剂的剂量转移模式。当测定方法所表征的剂量转移模式与杀虫剂固有的剂量转移模式一致时,其毒力必然会显示最大值。比比如如噻噻虫虫嗪嗪的的传传导导作作用用大大于于呋呋虫虫胺胺,,因因此此当当采采用用连连续续浸浸液法进行测定时,前者的毒力显著高于后者;当采用浸渍法测定时证明两者的毒力最为接近,说明2种药剂均较易于经过昆虫体壁进行剂量的转移。从剂量转移生物学的角度考察杀虫剂进入昆虫体内的途径来说,杀虫剂释放于有害生物和寄主植物构成的生态体系中以后,其剂量转移模式一般可分为3种:聚集型叶片取食为害型昆虫主要以体壁或消化道剂量转移模式为主;频繁移动型的昆虫主要以附节或消化道剂量转模式为主;隐蔽或蛀食型昆虫主要以体壁或消化道剂量转移模式为主[5]。因此对于杀虫剂的抗性测定而言,确保其测定方法如何准确地表达其田间剂量转移模式是至关重要的。一般来说,杀虫剂的使用总是在田间环境中进行的,因此当杀虫剂抗性测定方法中显示的剂量转移模式与田间条件下杀虫剂的剂量转移模式吻合时,其抗性测定结果必然会最大限度地代表其田间抗药性的实际情形。反之则可能会导致测定结果偏离田间的实际抗性水平,有时甚至可能出现完全相反的情形[6]。

摘要：为了明确杀虫剂毒力与其测定方法间的关系,选取蚕豆蚜为试验对象分别采用浸渍法、离体喷雾法和连续浸液法测定噻虫嗪和呋虫胺的毒力。结果表明,噻虫嗪浸渍法和连续浸液法对蚕豆蚜的毒力显著高于离体喷雾法;呋虫胺浸渍法对蚕豆蚜的毒力显著高于离体喷雾法和连续浸液法。由此可知,同种药剂不同测定方法与其毒力的表达结果具有显著的相关性。

关键词：蚕豆蚜,噻虫嗪,呋虫胺,毒力

参考文献

[1]吴高峰,李平.影响杀虫剂生物效果测定结果因素的试验观察[J].中国公共卫生,1990,6(5):163-164.

[2]王荫长,王建军,韩召军.氯化烟碱类杀虫剂的毒理学研究进展[J].浙江化工,2000(S1):119-122,136.

[3]吴青君,徐宝云,张友军,等.噻虫嗪不同处理方法对烟粉虱的毒力及药效评价[J].农药学学报,2003(4):70-74.

[4]姚安庆,项兰斌,彭迎霞,等.杀虫剂剂量转移模式对毒力表达的影响[J].湖北农业科学,2014,53(22):5424-5426.

[5]姚安庆,杨健.论杀虫剂穿透生物学与昆虫抗药性测定[J].世界农药,2010(4):13-17.

我国烟叶中烟碱的研究现状第5篇

关键词：烟草废弃物,生物碱,烟碱,提取检测

烟草(Nicotiana tabacum L),茄科一年生草本植物,原产美洲。烟草属有60多种,分3个亚属,其中大多数是野生的。按植物学性状分类,栽培烟草分为普通烟草(红花烟草)和黄花烟草,用于制造卷烟和烟丝的是红花和黄花烟草属。目前栽培的只有红花和黄花烟草两种[1]。我国是烟草种植大国,华北、东北、东南、西南等地栽培较多[2],根据国家烟草专卖局总局的公开资料显示,中国是世界上最大的烟草生产和消费国,2009年我国共种植烤烟112.3万公顷,年产烟叶约256×104 t,卷烟总产量占世界总产量的30%,同时烟草消费总量也占世界的三分之一,均居世界首位[3]。烟草的高经济价值历来举世公认,在发展地方经济、增加国家财政积累方面作用突出,在国民经济中具有相当重要的地位。

1 我国烟草废弃物现状

烟草是一种经济价值很高的经济作物,但至今对烟草的利用方式还是比较单一,专用于制作卷烟、旱烟及雪茄等非生活必需品,综合利用率还不充分。作为烟草生产大国,我国每年烟叶产量200～300 万吨,其中有近25% 的下脚料被丢弃,对环境造成了很大的污染[4]。

烟草中含有多种化学物质,现已鉴定出的达300多种,包括生物碱、茄尼醇、蛋白质、果胶、色素等[5]。其中许多是宝贵的成分,比如生物碱、茄尼醇、蛋白质等,具有很实用的研究价值。由文献[6]知,目前对废弃烟叶的综合利用主要是从中提取分离烟碱、茄尼醇和蛋白质等,其他的综合利用还是比较少。因此将现代先进的加工分离和生物技术应用到烟草行业中,加强对废次废次烟叶资源的综合利用及其系列产品的开发研究,不仅将烟草废弃物变废为宝,还可创造可观的经济效益,具有重要的社会意义。

2 烟草中生物碱及其性质

烟草中含有约50种不同的生物碱,存在于60多个不同种的烟草中 [7]。其中烟碱是最重要、含量最多的一类,约占烟草总生物碱的95%以上,其他生物碱主要有新烟碱、新烟草碱、降烟碱、麦斯明、可替宁等。烟碱是烟草中特有的生物碱,它是由一个吡啶环和一个氢化吡咯环构成的杂环化合物,分子式C10H14N2,分子量162.24,又称尼古丁,具有旋光性,有两个光学异构体,在烟叶中以S型存在[8]。纯烟碱在室温下为无色或淡黄色油状液体,密度1.0071,沸点246.1 ℃,味辛辣,有潮解性和可燃性,性质不稳定,遇空气或紫外光会变成暗褐色,并发出特殊的臭味。60 ℃下能与水反应生成水合物,也能溶于醇、醚、氯仿及石油醚等有机溶剂,可与水蒸气一起蒸出而不分解。

3 烟碱的提取、检测方法

随着烟草行业的发展,已经认识到废弃烟草的潜在的利用价值,所以很多机构、学者对烟碱以及其提取分离和检测方法做了很多的研究,已经成为医药、化工、食品等行业研究的热点。目前,有关烟碱的提取方法主要有以下几种:水蒸气蒸馏法[9]、溶剂萃取法[10]、超临界萃取法[11]、连续逆流提取法[12]等;烟碱的检测方法主要有:重量分析法[13]、分光光度法[14]、滴定分析法[15]、色谱分析法[16]等。

3.1 提取方法

3.1.1 水蒸气蒸馏法

将烟草与水共同蒸馏,使烟碱随水蒸气一并蒸出,经冷凝后分离。此法是提取天然烟碱的原始方法,已经应用于工业化生产。该方法虽然研究比较成熟,利用程度也较高,但有很多缺点,能耗高、设备庞大、收率低、纯度低等,就决定了该方法不能满足现实应用的需要。随着新技术的发展,该工艺也逐渐被改进,很多企业将该法与溶剂萃取技术相结合,将制得的烟碱蒸气用有机溶剂萃取,然后用硫酸溶液反萃[17],从而制得纯度相对较高的烟碱。此法工艺简单,操作成本低,但提取率低,得到的烟碱纯度也在90%以下。

3.1.2 溶剂萃取法

工艺过程为:

粉碎 $\overset{}{\to}$ 浸泡 $\overset{}{\to}$ 过滤 $\overset{}{\to}$ 萃取 $\overset{}{\to}$ 浓缩 $\overset{}{\to}$ 精制

将废弃烟叶用碱液浸泡,压滤得到提取液,加入萃取剂,浓缩,回收有机溶剂,精制出高纯度烟碱。但萃取过程中,烟碱从有机相转入水相分离时,在液-液界面极易产生乳化层而导致萃取过程无法进行[18],导致溶液分离不彻底,得率不高。路绪旺[19]等提出用二次萃取蒸馏法改进此方法,在上述流程的基础上,烟草浸提液用硫酸反萃,得到硫酸烟碱,pH调至13以上,再用有机溶剂二次萃取,最后减压蒸馏精制得天然烟碱。

3.1.3 超临界萃取

该技术是从20世纪70年代开始逐渐引起重视并发展起来的,近20～30年引入到中药成分浸提领域的一种新型分离技术[20]。超临界态是物质的温度、压力超过其临界值时的一种状态。在超临界状态下,将超临界流体与待分离的物质接触,通过控制不同的温度、压力以及不同种类及含量的夹带剂,使超临界流体有选择地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。超临界萃取工艺在某种程度上综合了精馏和液相萃取的优点,是一种高效节能的分离技术。因此该技术已在食品、医药、香精香料等天然产物的提取分离方面得到广泛应用。

3.1.4 连续逆流提取法

目前,对植物中的有效成分进行提取,普遍采用的是单级间歇式工艺或多级串联接触式工艺,所使用的设备是单个的浸取罐或多罐组合的浸取罐。国内大多数的烟碱生产企业也只是采用了间歇搅拌釜式浸取法,还未见有关连续逆流浸取器的介绍。根据文献[21]了解到,连续动态逆流提取系统,可以大幅度提高提取效率,降低溶剂的消耗,减少设备的占地面积,提高自动化程度。同时将提取与溶剂热回流相结合,使溶剂能有效地被回收利用,减少环境污染,降低成本。

3.2 辅助提取手段

在提取烟碱的过程中,除了要提高浸提液的收得率和纯度外,另一重点是如何增加烟碱的浸出速度,对工业化分批浸提而言,如果每批生产时间能缩短一半,就意味着用原有的设备可将产量提高一倍,从而可降低成本、节约资源、保护生态环境。为了加快提取速度,提高分离程度,近年来出现了超声[22]、微波[23]与加酶等辅助提取方法[24],下面分别介绍这三种方法的原理、特点。

3.2.1 超声波辅助浸提

超声提取是中药工业领域近年来兴起的以强化浸提为目标的现代技术,综合利用空化、机械、热效应等,对植物组织细胞进行物理破碎。利用适宜功率与强度的超声波在植物-溶剂的固液体系中传播时产生空化现象是该技术的根本。超声波作用于液体介质引起振动,当振动处于稀疏状态时,在介质中形成许多小空穴,小空穴的瞬间闭合,可引起高达几千个大气压的压力,同时局部温度可上升到千度高温,这一现象称为空化现象[25]。它可造成植物细胞壁及整个生物体的瞬间破裂,使溶液渗透到细胞中,从而加速有效成分溶解于溶媒,提高提取率。特点是:①成分浸出完全,得率高;②浸提时间短;③浸提温度低;④能量、物料消耗少;⑤产品质量高。

3.2.2 微波辅助浸提

在提取过程中,微波加热导致植物细胞内的极性物质,尤其是水分子吸收微波能,使细胞内温度迅速上升,液态水气化产生的压力将细胞膜和细胞壁冲破,形成微小的空洞。进一步加热,导致细胞内部和细胞壁水分减少,细胞收缩,表面出现裂纹。空洞和裂纹的存在使细胞外溶剂很容易进入细胞内,溶解并释放出细胞内产物,从而达到快速提取分离的目的。该技术的特点是:①加热快、浸提时间短;②选择性好;③浸提温度低;④溶剂用量少;⑤产品质量好;⑥能耗低等。

3.2.3 加酶辅助浸提

特定种类的酶对植物细胞壁有破坏作用,在浸提过程中,由于细胞壁的破坏,成分浸出的传质阻力减小,产量、收率和浸提速度等都有所提高。例如,纤维素酶、果胶酶等可使细胞壁、细胞间质中的纤维素、半纤维素、果胶质等物质降解,减小细胞壁、细胞间质等传质屏障对有效成分的阻力,有助于成分的溶出,此外也能阻止非目标物质的溶出。常用于细胞破壁的酶有纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、多酶复合体等。特点是:①选择性高、专一性强;②高效性;③反应温度低,适合热敏性物质;④应具有适宜的pH范围。

3.3 分析检测方法

3.3.1 重量分析法

通过称量有关物质的质量来确定被测组分含量的分析方法。包括硅钨酸重量法和苦味酸重量法。前者是最常用的测量方法,两种方法的原理相似,即烟碱或烟碱盐与硅钨酸反应生成不溶性的烟碱硅钨酸盐,过滤后于玻璃坩埚加热干燥或煅烧的方式,测定沉淀物的质量,计算得出烟碱或烟碱盐的纯度。王美兰[15]将烟碱溶液用硅钨酸滴定,生成硅钨酸盐沉淀,高温灼烧后,剩下无水硅钨酸残渣,根据定量关系计算出总烟碱量。该法的优点是直接称量获得结果,不需要与标准样比较,准确度较高,相对误差小。缺点是耗时长、周期长,不适用于微量和痕量组分的测定。

3.3.2 分光光度法

烟碱与雷氏铵盐、溴甲酚绿等试剂反应生成难溶于水的络合物,通过测定金属离子的含量间接测定烟碱含量,通常采用Gu2+或雷氏铵盐。优点是:选择性高,灵敏度高,测定范围广,操作简便、分析速度快,准确度高。缺点是:设备投资大,结果易受烟草中矿物质的影响。

3.3.3 滴定分析法

基本原理是酸碱反应,有酸碱滴定和电位滴定两种。烟碱是弱碱,在水溶液中易发生水解,所以通常在乙醇、氯仿或苯-氯仿体系中滴定。王美兰等[26]将烟碱提取液用苯-氯仿萃取,萃取后用HClO4-冰醋酸滴定来确定烟碱含量,以结晶紫为指示剂。盛良全等[27]通过四苯硼钠-烟碱的沉淀作用,用钾离子选择性电极作指示电极,测定烟碱的含量,分析结果快速、准确,相对标准偏差为2.91%。该法特点是:投资小、设备简单、检测快;但结果相对偏差较大,不适合精确测量。

3.3.4 色谱分析法

是一种物理化学分析方法,利用混合物中各物质在两相间分配系数的差别使各组分分离。此法可准确快速的定性、定量分析,主要有气相色谱法[28]、高效液相色谱法[29]和气-质联用仪[30]等。该法的优点是分离能力强,速度快,但也存在某些缺点,即鉴别功能较差。为了改进该方法具有实际应用价值,常把色谱法的高效分离能力和光谱法的鉴别能力结合,发展各种联用技术,如气-质联用仪等。

4 前景与展望