从烟碱的研究现状阐述烟草标准化

摘要：从烟碱的研究现状出发，即烟碱的性质、烟碱含量的测定、烟碱的提取进行汇总分析，对其研究现状进行展望，利用烟碱的研究现状阐述烟草标准化的统一、简化、协调和最优化原理。

关键词：烟碱；烟碱测定；提取；标准

From the Research Status of Nicotine to state the tobacco standardization

Abstract：The property of nicotine and the factors influencing its synthetic amount , its utilization value and the latest research progressof its extraction method were summarized , which provided reference for the integrated utilization of tobacco and nicotine. From the Research Status of Nicotine to state the tobacco standardization which has the principle to unify、simplification、harmonizing and optimization.

Key words 　Nicotine ;Tobacco ;Extraction;standard

烟碱（Nicotine）主要存在烟草中，含量约占烟草生物碱总量的95%以上，其分子结构由一个吡啶环和一个氢化吡咯环构成，属于杂环化合物^[1]。烟碱是卷烟对人体产生生理强度的本质所在，是评价烟叶品质的主要指标，也是衡量香烟吃味的主要指标。高纯度的烟碱作为烟草行业的添加剂，能提高香烟品质,制作卷烟代用品^[2]。烟碱因其独特的物理和化学性质对烟草及其制品的色、香、味有显著影响，可以与人体大脑相应的神经受体结合，产生一定的生理和药理作用。现阶段对烟碱的研究主要集中在：烟碱在烟草体内的合成机理、 影响其合成量的因素、 烟碱的利用价值和分离提纯方法、烟碱的生理药理作用等。

1烟碱的性质

1.1烟碱的物理性质

纯烟碱在室温下为无色或淡黄色油状液体，沸点246.1℃，相对密度D₄²⁰=1.00925，具有左旋光性，有强烈的刺激性，味辛辣，具潮解性，在空气中易被氧化，颜色变深、发粘，带有特殊的臭味，这是因为烟草碱经分解成氧化烟草碱、烟草酸和甲胺的缘故。在低于60℃时，可以和水任意混溶。易溶于醇、醚、氯仿、石油醚等有机溶剂。烟碱是具有较强碱性的有机二元弱碱(pKbl=5．98，pKb2=10．88)，在水溶液中存在下列平衡:

 

当pH值< 5 时,主要以双质子态存在;当pH 值在5～8时,主要以单质子态存在;当pH 值> 10 时,主要以烟碱分子态存在。烟碱能和多种无机酸或有机酸生成结晶的单盐或双盐，在烟叶中多以有机盐的形式存在，对259nm波段的紫外光具有最大吸收能力，其吸光度与烟碱含量成正比^[3]。

1.2烟碱的化学性质

烟碱在化学结构，如右图：

具有用单健相连的两个含氮杂环（即吡啶环和吡咯环），使烟碱可与酸性物质产生质子化反应生成盐。化学名称为1 - 甲基- 2(3′- 吡啶基) 吡咯烷。由于N - 甲基四氢吡咯在吡咯环上的位置不同,可产生一系列的异构体,即α-烟碱、β-烟碱、γ-烟碱。在烟草体内主要为β-烟碱,通常所说的烟碱也是指β- 烟碱。

2烟碱含量的测定

烟碱是衡量烟草品质的重要指标，而提纯烟碱具有高的经济价值，因此准确测定烟草及提纯烟碱中的烟碱含量十分必要。

2.1重量分析法

重量分析法包括硅钨酸重量法和苦味酸重量法，硅钨酸和苦味酸都能与烟碱结合生成难溶性盐，硅钨酸法经测试其烟碱硅酸盐沉淀粒小、不易抽滤、洗涤困难，且价格较贵。烟碱苦味酸结合成烟碱苦味酸，黄色针状结晶。经测试，结晶颗粒大、易洗涤，故选用苦味酸作沉淀剂。陈燕^[4]采用辅助控温进行了改进。苦味酸重量法是控制pH约10．5的碱性条件，使蒸馏出的游离烟碱与过量饱和苦味酸生成烟碱苦味酸盐，经过滤、烘干、称量后计算烟碱含量。陈小东^[5]等采用单宁酸沉淀法提取废烟叶中的烟碱，利用正交试验结果分析实际效果得对烟碱提取的最佳工艺条件进行组合实验，在沉淀剂量为4．5 g、料液比为1：15(g/mL)，70℃温度下超声提取30 min，结果如表1所示。

表1 最佳提取工艺条件组合实验结果

2.2紫外分光光度法

在烟碱的分子中虽有双键，然而烟碱在可见光区没有吸收峰。但烟碱可与铬蓝黑、甲基橙、溴甲酚绿等显色剂生成难溶于水的显色络合物，所形成的显色络合物在固定波段有吸收峰。殷全玉等^［6］利用烟碱在259 nm 吸光度与烟碱含量成正比的原理，建立了紫外分光光度法测定烟叶中的烟碱含量。

2.3滴定分析法

滴定分析法的基本原理是酸碱反应。由于烟碱的碱性较弱，不能在水溶液中直接准确滴定。因而金秋云^[7]分别在乙醇、氯仿中用硫酸滴定了烟碱，研究了通过滴定测烟碱含量的方法。

2.4旋光法

由于烟碱有较大的旋光度，因此可根据其旋光度可测定其浓度。孙心齐等^[8]用WZZ—I型自动指示旋光仪方便的测量了烟草中的烟碱，简化了操作程序，提高了测量速度。

2.5红外光谱定量分析法  

应用化学计量学的原理，根据不同烟叶对近红外光吸收作用不同而产生的近红外反射光谱的差异，建立近红外光谱与相关化学成分含毋之间的关系模型，而根据近红外光谱测定烟叶中的尼古丁及其它化学成分含量。张建平等^[9]在借鉴人造神经网络的基础上，对我国各地的134个烟叶样品进行了多组分同时测最．建立了初步模型的数据。McClure 等^[10]对16 个国家的1600 个烟草样品进行了基于NIR 光谱的分类研究，采用适当的数学方法建模后，对烟叶所属的品种或不同产地均得到100%的准确判别。何智慧等^[11]使用Spectrum Quant＋定量分析软件的偏最小二乘法建立模型，采用全交叉方法验证。采用光谱影响值Leverage 和化学值绝对误差Residual 这两个指标分别对光谱和化学值进行异常值检验（outlier test）。

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属离子与烟碱形成络合物，从而测定金属离子含量即可知尼古丁含量。焦传英等^[12]用在盐酸介质中，双质子化状态的烟碱与雷氏氨盐定量反应形成难溶的烟碱硫氰化铬，采用火焰原子吸收光谱法测定反应体系中变化的铬量，间接得到烟碱的含量。

2.7色谱分析法  

由于色谱法的高分离性能，能把烟碱与其共存生物碱等组分分开，同时又能准确的快速定性、定量分析，因而它是近年来比较流行、研究最多的方法。常用的有气相色谱法、液相色谱法和气质联用等方法。姜波等^[13]研究表明，高效液相色谱法具有提取、分析方法简便快速、结果准确可靠等特点, 可用于烟碱含量的测定。

3烟碱的提取

烟碱的提取方法很多，主要有以下几种。

3.1水蒸汽蒸馏法

水蒸汽蒸馏法是提取天然烟碱的较为原始的工艺，将原料先用稀酸浸提再用碱中和，然后进行水蒸汽蒸馏提取尼古丁。再经过草酸处理、碱化得到成品烟碱。该方法流程简单，操作方便，但是处理设备庞大，效率低。所得产品烟碱的纯度低，不能满足市场需要，工业上已很少应用。

3.2溶剂萃取法

溶剂萃取法的工艺流程为：原料：碱(石灰水)浸提一溶剂萃取．制成烟碱盐一碱化一烟碱产品。该方法中的溶剂可选择乙醚、氯仿、氯代烯烃等有机溶剂。该方法已有一定的工业基础，但是装箕运转正常仍有困难．因为在烟碱从有机相转入水相后进行分离时。在生产上在相界面上极易产生乳化层而导致停产。

3.3离子交换法

离子交换法是将原料用稀酸浸提，加热回流，将滤液经离子交换树脂(强酸性)，烟碱即被吸附在交换柱上，然后用碱交换得到游离烟碱的水溶液。该法未使用有机溶剂。但是所得烟碱的纯度低。

3.4超临界萃取法

超临界萃取技术是一种新型分离技术。萃取得到的烟碱粗品中含有少量烟焦油、胶质及其它高沸点生物碱等杂质，可减压蒸馏进行精制，最后可得到纯度98%以上的烟碱。

3.5液膜法

乳化液膜技术是一种新型的化工分离方法。王献科^[14]等提出新的液膜法分离、提取烟碱。该体系用N，N一仲辛基乙酰胺、仲辛醇为流动载体、III．B(双烯丁二酰亚胺)为表面活性剂、磺化煤油作溶剂、H2S04水溶剂作内相试剂，分离、提取烟草中的烟碱．经中科院测试中心测定，前者纯度为99．2％。后者纯度为99．4％以上。

3.6连续逆流浸取器提取法

目前．国内提取烟碱的生产企业大多采用间歇搅拌釜式浸取法．还未见有关连续逆流浸取器的介绍．众所周知．根据浸取，连续逆流浸取的生产效率及成本费用大大优于间歇式搅拌浸取。陈明功^[15]等对单级浸取、多级浸取和连续逆流浸取进行试验比较，并结合废弃烟叶浸取的特点，设计出一种连续逆流浸取器．并对其进行研究，以开发出适合我国中、小型企业生产烟碱使用的浸取器，该方法效果较好,流程简单。为工业性设计提供理论依据。

3.7微波法

微波法具有短时、高效、产品无毒等优点。谢长芹^[16]等以废次烟叶和烟末为原料研究了微波法提取烟碱的技术。结果表明微波浸提组合为浸提功率450W、浸提时间150s、叶水质量比1：70，烟碱的提取率最高可达95．1％，纯度为90．3％。路绪旺等^[17]采用加盐蒸馏与萃取相结合的方法从废次烟

叶中提取烟碱，发现碱浸提溶液的浓度、浸提温度和加碱蒸馏时的加盐量都对烟碱的提取率有较大的影响，较为适宜的烟碱提取条件为：将废次烟叶用蒸馏水在60℃ 下浸泡200min，调节滤液pH值为13．0，加盐(13．5g NaC1／10g烟叶)，蒸馏浓缩至20mL，10mL正己烷萃取，最后于0．7MPa、90℃下减压蒸馏，即得到烟碱产品。

3.8超声波提取法

 超声波产生的空化和强烈振动作用加强了被提取物质的释放、扩散及溶解，所以采用超声波提取法可大大缩短提取时间，提高提出率。同时，超声波破碎过程是一个物理过程，被提取的天然成分的化学结构和性质也不会发生改变。周民杰^[18]等利用超声波提取低次烟叶中烟碱。探讨了浸提溶剂、超声时间、超声频率、温度、乙醇浓度、浸泡时间等因素对烟碱提取的影响。试验结果表明，用乙醇作为提取溶剂．在超声时间30min、超声频率20kHz、温度50℃条件下。209烟草置于100ml  50％乙醇中浸泡2h，最后提取液中烟碱含量为23．3mg·mL^-1。

4烟碱的利用价值

烟碱的用途十分广泛，广泛应用在医药工业上，是研制治疗心血管、皮肤病、蛇毒等疾患药物的特种原料。烟碱系列农药属植物杀虫剂，因其具有蒸薰、胃毒、触杀功能及迅速降解无残留等特点广泛用于粮食、油料、蔬菜、水果、牧草等农作物的杀虫剂，是生产绿色食品的理想的高效杀虫剂和生物性农药。

4.1烟碱的药用价值

   研究表明，烟碱可促进呼吸道和肺部发生中性粒细胞（PMNs）浸润、活化，释放炎性介质溶酶体酶、花生四烯酸及活性氧，可作用于弹性蛋白、胶原蛋白，引起损伤。烟碱诱导血管平滑肌细胞释放生长因子，是导致血管平滑肌细胞增生的原因^[19]。张洲颖等^[20]研究表明，烟碱或受体激动剂可以改善中枢神经系

统退变疾病症状，起到保护神经的作用，对炎症的治疗也有一定疗效。张洲颖等^[21]研究表明，烟碱对心率的作用具有阶段性,初期引起心率短暂性减弱,紧接着发生瞬时增加。张惠^[22]研究表明，中药治疗可调节精神分裂症患者炎性因子水平，炎性因子及烟碱型乙酰胆碱受体在精神分裂症发病中的作用可能与疾病的治疗有关。

4.2烟碱在农药上的应用

20世纪的最后十年里各国都在开发第二代烟碱类杀虫剂，为烟酸乙酰胆碱酯酶受体的作用体，干扰昆虫神经系统的刺激传导，引起神经通道阻塞，这种阻塞造成重要的神经传导物质乙酰胆碱的积蓄，从而导致昆虫麻痹，最后死亡。

5烟碱研究趋势展望

中国是烟草种植和生产大国,其种植面积和产量均居世界首位。烟草在我国农产品收入中仅次于稻、麦、棉、大豆、玉米,居第6 位。在烟草收获和加工的过程中,产生了大量的低次烟叶、烟梗、烟籽和卷烟下脚料,约占烟叶总产量的25 %。随着近年来医药、烟草行业、农业、化工等诸多领域的迅速发展,市场上对天然烟碱的需要量与日俱增,因此从废弃烟草中提取烟碱具有很高的经济价值。所以,提取废弃烟草中的烟碱,不仅可以变废为宝,提高烟草的附加值,而且减少浪费,避免环境污染,实现烟草的综合利用。

而从烟草标准化的角度出发，烟碱的测定、提取、应用从一个侧面反映了标准在烟草分析中的具体应用，在一定范围内获得最佳秩序，对实际或潜在的问题制定共同的和重复使用的规则的活动，即对烟碱研究的不断进步、测定方法的优化、提取工艺的改进、医药领域的开拓、农业害虫防治的进步。

参考文献

[1]       王瑞新，烟草化学[M]，北京:中国农业出版社, 2003:67--79.

[2]       薛小平，陈 懿，王茂胜等。烟碱的研究现状[J]，安徽农业科学，Journal of Anhui Agri .Sci .2008 ,36(10) :4121 - 4122 ,4143　

[3]       张先海，史丽岩，史景明,烟碱的研究现状,海峡药学[J].20##年第22卷第11期.16-18

[4]       陈燕．硅钨酸重量分析法测定烟碱纯度标准综述[J]．烟草科技1996．(3)：21．

[5]       陈小东，等：单宁酸沉淀法提取废烟叶中的烟碱,中国野生植物资源[M],第29卷第5期,20##年l0月

[6]       殷全玉，杨铁钊，郭宝银，等． 紫外分光光度法测定烟草中的游离烟碱［J］． 中国烟草科学， 2008， 29( 6) : 20-22．

[7]       金秋云．萃取一滴定法测定烟草中的烟碱[J]．哈尔滨电工学院报，1996，19(2)：278．282．

[8]       孙心齐．陈伯森．旋光法测定烟碱含量[J]．河南大学学报(自然版)，1994，24(2)：59．61．

[9]       张建平．谢雯燕.束茹欣．烟草化学成分的近红外快速定量分析研究[J]．烟草科技．1999，(3)：20．22．

[10]    McClure W F. Near-infrared spectroscopy: The giant is running strong[J]. Anal Chem, 1994, 66: 43A-53A.

[11]    何智慧，罗 嘉，练文柳等，傅立叶变换近红外技术测定卷烟烟碱的释放量，红外技术[M]第30 卷 第9 期2008 年9 月 553-55

[12]    焦传英，王光明．火焰原子吸收光谱法问接测定烟草中的烟碱量[J]．光谱实验室，1998．8(2)：58．61．

[13]    姜波，金哲雄，将玉清，高效液相法测定卷烟烟气中烟碱含量[J]. 黑龙江中医药，20##年第五期，51-52

[14]    王献科，李玉萍．液膜法提取烟草中的尼古丁[J]．信阳师范学院学报(自然科学版)，2001．4(14)：450．

[15]    陈明功，崔敏，陶虹,连续逆流浸取器提取天然烟碱的研究[J]．淮南工业学院学报．2002．9(3)：29．

[16]    谢长芹，宁井铭．微波法提取烟碱的研究[J]．安徽农业科学．2006，34(22)：6043．6059．

[17]    路绪旺，崔鹏，梁彭欣. 烟叶烟碱提取条件探讨[J].烟草科技，烟草化学.20##年等12期，35-37

[18]    周民杰，梁柏林，毛明现．废次烟叶超声提取烟碱的研究[J]．化学工师．2006(4)：59．61.

[19]    Cucina A，et al. Surgery，2000，127 ：72

[20]    张洲颖，周冀衡，赵百东等，烟碱致病性和药用研究[M]，作物研究，2009 年第23 卷专辑，177-181

[21]    张洲颖, 周冀衡,赵百东等，烟碱致病性和药用研究进展[J], 中国药物滥用防治杂志2009 年第15 卷第5 期

[22]    张 惠，中药治疗精神分裂症患者血清炎性因子水平及烟碱型乙酰胆碱受体的研究，哈尔滨医药20##年第30卷第5期，47-48.

第二篇：从烟草中提取烟碱

从烟草中提取烟碱

主要仪器与试剂

仪器：烧杯，微型布氏漏斗，抽滤瓶，分液漏斗，圆底烧瓶，锥形瓶。 试剂：干燥烟叶2g，5% NaOH溶液20mL，乙醚15mL，饱和苦味酸甲醇溶液，甲醇

1、碱处理。在25mL烧杯中加入2g干燥碎烟叶和2mL 5% NaOH溶液，搅拌10min，然后用带尼龙滤布的布氏滤斗抽滤（1），并用干净的玻塞挤压烟叶以挤出碱提取液。接着用4mL水洗涤烟叶，再次抽滤挤压，将洗涤水合并至碱提取液中。

2、醚萃取。将黑褐色滤液移入25mL分液漏斗中，用15mL乙醚分三次萃取。萃取时应轻旋液体，勿振荡漏斗以免形成乳浊液导致分层困难。上层醚相从漏斗上口倒入25mL圆底烧瓶中（2）。

3、蒸去乙醚。合并醚萃取液，在水浴上蒸去乙醚（3），并用水泵将溶剂抽干。

4、重新溶解。残留物中加入2滴水和1mL甲醇，使残渣溶解，然后将溶液通过放有玻璃毛的短颈漏斗滤入25mL烧杯中，并用1mL甲醇涮洗烧瓶和玻璃毛，合并至烧杯中（4）。

5、制备衍生物。在搅拌下往烧杯中加入2mL饱和苦味酸盐的甲醇溶液，立即有浅黄色的二苦味酸烟碱盐沉淀析出。用玻砂漏斗过滤，干燥称重，测定熔点，并计算所提取的烟碱的百分产量。此操作所得二苦味酸烟碱盐熔点：217~220℃。

6、重结晶。用刮刀将粗产物移入10mL锥形瓶中，加入4mL 50%乙

醇-水（V/V）溶液，加热溶解，室温下静置冷却，析出亮黄色长形棱状结晶。抽滤，烘干，称重，测熔点。纯二苦味酸烟碱盐的熔点为222~223℃。

注释 （1）滤纸在碱液中会很快溶胀并失去作用。此处宜采用尼龙滤布挤压过滤。 （2）在分液漏斗中进行乙醚萃取时，应注意不时放气，减低乙醚蒸气在漏斗内的压力。此时可一手握紧上口旋塞，让漏斗倾斜下支管口朝上，另一只手打开分液旋塞放气，或者在垂直放置时打开上口旋塞放气。在分离液层时，应小心使醚层与夹杂在中间的出现在漏斗尖底部的少量黑色乳状液相分离。上层液从上口倒出，下层液从下口放出。 （3）乙醚易燃。在蒸馏乙醚时应用水浴加热，不能直火加热。同时开窗通风，避免外泄的乙醚蒸气富集遇火点引燃，酿成火灾！ （4）烟碱毒性极强，其蒸气或其盐溶液吸入或渗入人体可使人中毒死亡。高浓度的烟碱液操作时务必小心。若不慎手上沾上烟碱提取液，应及时用水冲洗后用肥皂擦洗。