双水相同时提取次烟叶中茄尼醇和烟碱的研究

刘宝亮，曹桂萍，张金涛

常州工学院理学院，常州 213022

茄尼醇是一种非环萜烯醇，分子式为:C45H74O，分子量为630，熔点为41.5～42.5℃，大量的研究结果表明，茄尼醇具有较强的抗癌生物活性，是合成治疗心血管疾病、抗癌、抗溃疡等药物的中间体，如作为合成辅酶Q10和维生素K2的侧链，在医学上用途广泛。烟叶中茄尼醇的含量一般为0.3% ～3.0%，且有一部分茄尼醇以酯的形势存在于烟叶中［1］。

烟碱的化学名称α-(β-吡啶基)N-甲基四氢吡咯，分子式:C10H14N2，属于吡啶类衍生物，烟碱系列农药属植物杀虫剂，因其具有蒸熏、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［2］;在医药工业上，是研制治疗心血管、变态性神经病(最常见的是阿尔海默病和帕金森病)、溃疡性结肠炎、口腔溃疡、蛇毒及图雷特综合征等疾患药物的特种原料［3］。

现有的关于提取茄尼醇和烟碱的报道大都是提取其中的单一成分［4-8］，本文以双水相体系将提取与分离两个过程合为一体，研究了不同提取条件对烟叶中茄尼醇和烟碱提取的影响。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

实验原料:烟丝为市售次等烟丝，于40℃烘箱中干燥2 h，装袋密封，备用。

实验药品:磷酸氢二钾、氢氧化钾、丙酮、冰乙酸、盐酸、三氯甲烷、溴酸钾、溴化钾、硫代硫酸钠、淀粉、碘化钾、无水碳酸钠、溴甲酚绿、无水乙醇、醋酸钠(均为分析纯)。

实验仪器:722N可见分光光度计(上海精密科学仪器有限公司);CQ-250S超声清洗仪器(上海吉理超声仪器有限公司);SHB-ⅢS循环水式多用真空泵(郑州长城科工贸有限公司);FA1004型电子天平(上海越平科学仪器有限公司);HH-601超级恒温水浴(江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 茄尼醇含量的测定

采用间接碘量碘量法测定［1］。

式中M—茄尼醇的分子质量

茄尼醇提取率:提取茄尼醇的质量/烟丝样品质量×100%

1.2.2 烟碱含量的测定

采用溴甲酚绿光度法测定烟丝中的烟碱含量［9］。经线性回归分析，回归方程为 A=0.09081+0.0486C，R=0.9983，在1 ～ 16 μg/mL 范围内呈现良好的线性关系。

1.2.3 烟叶中茄尼醇和烟碱的双水相分离

双水相萃取具有活性损失小、分离步骤少、操作条件温和，且不存在有机溶剂残留问题等优点，排除了使用有毒、易燃的有机溶剂，能够提供温和的水环境，避免了被萃取成分的脱水变性［10］。选取丙酮-磷酸氢二钾为双水相体系，量取定量体积的丙酮和水置于100 mL带塞的锥形瓶中，加入定量的磷酸氢二钾，生成双水相体系，加入定量的烟丝，控制其他条件进行浸提，提取完成后，抽滤，于分液漏斗中静置一段时间后分层。取上层丙酮相定容于25 mL容量瓶，即为茄尼醇提取液，采用间接碘量法测定含量，计算茄尼醇提取率;取下层盐水相定容于50 mL容量瓶，即为烟碱提取液，采用溴甲酚绿分光光度法测定含量，并计算烟碱提取量。

2 结果与讨论

2.1 丙酮与水不同体积比时对茄尼醇提取率和烟碱提取量的影响

选取丙酮与水的体积比分别为 8∶2、6∶4、5∶5、4∶6(pH=10，用 KOH 溶液调节)，称取 3.0 g 磷酸氢二钾溶于其中形成双水相体系。准确称取0.50 g烟丝于双水相中，在50℃的恒温水浴中浸提4 h，抽滤，于分液漏斗中静置一段时间后分层。取上层丙酮相定容至25 mL，即为茄尼醇提取液;取下层盐水相定容至50 mL，即为烟碱提取液，分别测定含量，计算提取率。结果见图1。

图1 丙酮与水不同体积比时对茄尼醇提取率和烟碱提取量的影响Fig.1 Effects of different volume ratio of acetone to water on the extraction yield of solanesol and nicotine

双水相形成过程中，丙酮初始溶剂量小时，分相所需无机盐的量大。在这种富盐氛围中，少量有机溶剂的水合分子滞留其中。但盐的浓度进一步增加，盐夺取了水分子，有机溶剂分子才被释放出来。初始丙酮溶剂量大时，分子所需无机盐的量小。实验表明，双水相的分相过程是一个有机溶剂与无机盐争夺水分子的过程［4］。

由图1可以看出，在丙酮与水的体积比为5∶5时，茄尼醇的提取率和烟碱的提取量最大，除此之外，因为本实验是同时提取两种物质，两相的体积比要有一定的保证，所以选择丙酮/水的最佳体积比为5∶5。

2.2 磷酸盐加入量对茄尼醇提取率和烟碱提取量的影响

图2 磷酸盐加入量对茄尼醇提取率和烟碱提取量的影响Fig.2 Effects of phosphate addition amount on the extraction yield of solanesol and nicotine

量取10 mL丙酮以及10 mL蒸馏水(pH=10，用KOH溶液调节)于100 mL碘量瓶中，分别准确称取 2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 g 磷酸氢二钾溶于其中形成双水相体系。准确称取0.50 g烟丝于双水相中在50℃的恒温水浴中浸4 h，抽滤，于分液漏斗中静置一段时间后分层。取上层丙酮相定容至25 mL，即为茄尼醇提取液;取下层盐水相定容至50 mL，即为烟碱提取液。分别测定含量，计算提取率。结果见图2。

所选取的盐的最低量接近双水相分相的最低盐量，盐的最高量则接近双水相能分相且盐将析出时的量。由图2可以看出，随着磷酸盐的加入，茄尼醇提取率降低;烟碱提取量先增加后又缓慢下降，在磷酸盐的加入量为3.0 g时烟碱达到最大值，所以选择磷酸氢二钾的最佳加入量为3.0 g。

2.3 料液比对茄尼醇提取率和烟碱提取量的影响

量取10 mL丙酮以及10 mL蒸馏水(pH=10，用KOH溶液调节)于100 mL碘量瓶中，准确称取3.0 g磷酸氢二钾溶于其中形成双水相体系。分别准确称取 0.4、0.5、0.6、0.7、1 g 烟丝于双水相中，即料液比分别为 0.02、0.025、0.03、0.035、0.05 g/mL。在50℃的恒温水浴中浸4 h。抽滤，于分液漏斗中静置一段时间后分层。取上层丙酮相定容至25 mL，即为茄尼醇提取液;取下层盐水相定容至50 mL，即为烟碱提取液。分别测定含量，计算提取率。结果见图3。

图3 料液比对茄尼醇提取率和烟碱提取量的影响Fig.3 Effects of material liquid ratio on the extraction yield of solanesol and nicotine

料液比指样品质量与双水相体系的总体积之比(g/mL)，料液比越小意味着相同质量的烟丝所需双水相体系的总体积越大。由图3可以看出，茄尼醇提取率及烟碱提取量总体随料液比增加而减少，料液比在0.025 ～0.50 g/mL时，得率减少明显，小于0.025得率变化的比较平缓。料液比减少可导致溶剂用量的增加，给后续处理带来不必要的麻烦。所以选择的最佳料液比为0.025 g/mL(0.5 g/20.0 mL)。

2.4 温度对茄尼醇提取率和烟碱提取量的影响

量取10 mL丙酮以及10 mL蒸馏水(pH=10，用KOH溶液调节)于100 mL碘量瓶中，准确称取3.0 g磷酸氢二钾溶于其中形成双水相体系，料液比为0.025 g/mL，控制温度变量，于 30、40、50、60、70℃恒温水浴中浸提4 h。抽滤，于分液漏斗中静置一段时间后分层。取上层丙酮相定容至25 mL，即为茄尼醇提取液;取下层盐水相定容至50 mL，即为烟碱提取液。分别测定含量，计算提取率。结果见图4。

图4 温度对茄尼醇提取率和烟碱提取量的影响Fig.4 Effects of temperature on the extraction yield of solanesol and nicotine

由图4可以看出，提取温度对茄尼醇提取率及烟碱提取量有极显著影响。提取温度升高，茄尼醇提取率及烟碱提取量都增加，但温度高于50℃时，茄尼醇提取率减少的较明显，烟碱提取量略有较少。这可能是因为随温度升高，溶剂的渗透性增强，有利于茄尼醇及烟碱的提取，但温度过高，反而影响茄尼醇的氧化反应，茄尼醇得率下降明显。另外，丙酮的沸点为56℃，温度过高，丙酮变为气体，失去了提取作用，在沸腾状态下不利于提取操作。所以选择最佳提取温度为50℃。

2.5 浸提时间对茄尼醇提取率和烟碱提取量的影响

量取10 mL丙酮以及10 mL蒸馏水(pH=10，用KOH溶液调节)于100 mL碘量瓶中，准确称取3.0 g磷酸氢二钾溶于其中形成双水相体系，料液比为0.025 g/mL，控制浸提时间变量，50℃恒温水浴中浸提2、3、4、5、6 h。抽滤，于分液漏斗中静置一段时间后分层。取上层丙酮相定容至25 mL，即为茄尼醇提取液;取下层盐水相定容至50 mL，即为烟碱提取液。分别测定含量，计算提取率。结果见图5。

图5 浸提时间对茄尼醇提取率及烟碱提取量的影响Fig.5 Effects of extraction time on the extraction yield of solanesol and nicotine

由图5可以看出随着浸提时间的延长，茄尼醇提取率和烟碱提取量一直增加，茄尼醇增加明显，浸提时间越长，二者得率越高，但超过4 h后，二者得率趋于平缓。所以选择最佳提取时间为4 h。

2.6 pH值对茄尼醇提取率和烟碱提取量的影响

量取10 mL丙酮以及10 mL蒸馏水于100 mL碘量瓶中，控制pH变量，用盐酸溶液和KOH溶液调节 pH 分别为7、8、9、10、11、12，准确称取3.0 g 磷酸氢二钾溶于其中形成双水相体系，料液比为0.025 g/mL，50℃恒温水浴中浸提4 h。抽滤，于分液漏斗中静置一段时间后分层。取上层丙酮相定容至25 mL，即为茄尼醇提取液;取下层盐水相定容至50 mL，即为烟碱提取液。分别测定含量，计算提取率。结果见图6。

图6 pH值对茄尼醇提取率及烟碱提取量的影响Fig.6 Effects of pH on the extraction yield of solanesol and nicotine

实验中发现，当pH ＜6.5时，有沉淀析出，这可能是随着体系pH值的减小，体系中PO3-4、HPO2-4、H2PO-4与H+结合能力增强，而解离出H+的能力减弱，导致体系的离子强度减少，与丙酮争夺水分子的能力降低。当pH值减小到一定程度时，磷酸盐已无力夺取与有机溶剂结合良好的水分子，自身被排挤出液相而沉淀析出。所以本实验选取了pH值范围为7～12。

由图6可以看出，随着pH值的增加，烟碱提取量略有增加，当pH值大于10后，烟碱提取量趋于平缓。pH值对茄尼醇提取率的影响不太明显。所以选择最佳pH值为10。

3 结论

通过单因素实验得出，在丙酮-磷酸氢二钾双水相体系同时提取茄尼醇和烟碱的最佳工艺条件为:丙酮与水的体积比为5∶5，磷酸氢二钾加入量为3.0 g，料液比为 0.025 g/mL(0.5 g/20.0 mL)，浸提温度为50℃，浸提时间为4 h，pH=10。双水相提取工艺的开发，为废次烟叶的综合利用提供一种新的工艺途径，提高了废次烟叶的利用价值，具有明显的理论和现实意义。

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