烟草绿原酸、芸香苷、烟碱和茄尼醇的提取技术研究

2015-01-17李晓芹杜咏梅张怀宝刘翠翠李丹丹

中国烟草科学 2015年1期

李晓芹，杜咏梅*，张怀宝，蒯雁，刘翠翠，李丹丹

（1.中国农业科学院烟草研究所，青岛 266101；2.大理州烟草公司南涧县分公司，云南大理 671000）

我国是烟草种植大国，其种植面积居世界首位。目前，烟草农业生产实施优化烟叶结构，致使大量的脚叶与顶叶被废弃；在卷烟生产过程中，不仅会产生烟末等烟草废弃物，同时还会有大量可用性差的低次烟叶闲置，难以处理。然而这些烟草废弃物中含有多种生物活性成分，是一种潜在的资源。烟叶中含有丰富的茄尼醇、绿原酸、芸香苷和烟碱等生物活性物质[1]，他们分别具有不同的生物活性：绿原酸、芸香苷具有抗氧化、清除自由基活性的作用，可用作食品抗氧化剂[2-4]；茄尼醇是合成辅酶 Q10和维生素 K2的重要中间体[5]；高纯度的烟碱可用于生产治疗关节疼痛和肌肉痉挛的外用药[6]，烟碱还可以用于生产高效、无残留的绿色农药。目前，烟叶生物活性物质的提取利用已得到广泛重视，但以前的提取方法一般是以单独提取一种或两种活性物质为主。如岑波等[7]、王海燕等[8]、梁金锋等[9]分别对烟叶中的茄尼醇、多酚、烟碱进行了提取、精制；陈燕梅等[10]、胡海潮等[11]、周新光等[12]对烟草中茄尼醇和烟碱进行了同时提取；张海波[13]利用不同浓度的乙醇为提取溶剂对烟叶中的茄尼醇与绿原酸进行了分步提取；朱松等[14]将超声波技术与酶法相结合提取烟叶中的绿原酸和烟碱。只有艾心灵等[15]虽然对烟草中绿原酸、茄尼醇、烟碱进行了综合提取，但存在茄尼醇提取率低、提取温度高和提取时间长等问题。为了实现烟草中活性物质的综合高效提取，本实验采用超声波辅助技术同时提取绿原酸、芸香苷、茄尼醇和烟碱，为烟草中生物活性物质的综合提取、高效利用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

仪器为Waters UPLC H-CLASS超高压液相色谱仪；万分之一电子天平；SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵；KQ-500GVDV型双拼恒温数控超声波发生器；TDZ5-WS台式低速离心机。

试剂为乙醇、甲醇、丙酮、NaOH，均为分析纯。

1.2 材料的预处理

烟叶60 ℃烘干，制成40目粉末，4 ℃冰箱中贮存备用。

1.3 实验方法

1.3.1 绿原酸、芸香苷、茄尼醇、烟碱质量分数的测定方法绿原酸、芸香苷的测定采用YC/T202—2006烟草及烟草制品多酚类化合物绿原酸、莨菪亭和芸香苷的测定。

烟碱的测定采用YC/T 160—2002烟草及烟草制品总植物碱的测定-连续流动法进行测定。

茄尼醇的测定参照潘葳等[16]制订的国家标准方法进行。

1.3.2 提取方法称取15 g烟末置于提取器中，加入150 mL提取溶液，混匀，40 ℃超声提取20 min，抽滤，滤液放入500 mL容量瓶中；残渣继续按照以上步骤提取2次，时间为10 min，3次提取液合并，以水定容至500 mL。

1.3.3 计算方法按 1.3.1所列方法分别测定提取液与烟末中的绿原酸、芸香苷、烟碱和茄尼醇并计算提取率。

2 结果

2.1 有机溶剂种类和浓度对绿原酸、芸香苷、烟碱和茄尼醇提取率的影响

以不同浓度的乙醇、甲醇、丙酮为提取溶剂，按照 1.3.2中的提取方法进行绿原酸、芸香苷、烟碱和茄尼醇的提取、测定并计算提取率。

2.1.1 绿原酸随着浓度的增大，乙醇、甲醇、丙酮3种溶剂对绿原酸的提取率均是先增高后降低；3种溶剂的浓度在 40%~80%时，提取率均达到93.3%以上；浓度在 80%~100%时，绿原酸的提取率急剧下降，下降程度按甲醇、乙醇、丙酮依次增强（图1）。

图1 溶剂浓度对烟草绿原酸提取率的影响Fig.1 The effects of solvent concentration on tobacco chlorogenic acid extraction rate

2.1.2 芸香苷随着浓度的增大，乙醇与丙酮两种溶剂对芸香苷的提取率均是先增高后降低；两种溶剂的浓度在 40%~80%时，提取率均达到 93.9%以上；浓度在95%~100%的范围内，芸香苷的提取率急剧下降且丙酮较乙醇下降程度更大，而当甲醇浓度在20%~100%的范围内，芸香苷提取率均较高（图2）。

图2 溶剂浓度对烟草芸香苷提取率的影响Fig.2 The effects of solvent concentration on tobacco rutin extraction rate

2.1.3 烟碱随着浓度的增大，乙醇与丙酮两种溶剂对烟碱的提取率均是先增高后降低；两种溶剂的浓度在40%~80%时，提取率均达到96.7%以上；浓度在95%~100%的范围内，烟碱的提取率急剧下降且丙酮较乙醇下降程度更大，而当甲醇浓度在20%~100%的范围内，烟碱提取率均较高（图3）。

2.1.4 茄尼醇有机溶剂浓度在0~60%时，乙醇、甲醇与丙酮 3种溶剂对茄尼醇的提取率均为 0；3种溶剂的浓度在80%~100%时，乙醇与丙酮对茄尼醇的提取率均是先增高后降低，而甲醇对茄尼醇的提取率逐渐升高，但甲醇与丙酮对茄尼醇的提取率均较乙醇低（图4）。

综合以上结果，3种溶剂的浓度在 60%~80%时，绿原酸、芸香苷、烟碱均能达到较好的提取效果；而茄尼醇在3种溶剂的浓度低于60%时，几乎不被提取；随着浓度从60%增加到95%，提取效率也逐渐升高；不同溶剂对茄尼醇的提取率差异较大，乙醇的提取效果最佳，在浓度为95%时提取率达到最高。鉴于此，为了实现4种物质的高效综合提取，选择浓度为80%和95%的乙醇溶液进行组合提取。

图3 溶剂浓度对烟草烟碱提取率的影响Fig.3 The effects of solvent concentration on nicotine extraction rate

图4 溶剂浓度对烟草茄尼醇提取率的影响Fig.4 The effects of solvent concentration on tobacco solanesol extraction rate

2.2 不同浓度乙醇溶液组合提取效果

将 80%与 95%的乙醇溶液进行不同组合（表1~4），分3次提取烟草中的4种活性成分，并测定提取液中绿原酸、芸香苷、烟碱及茄尼醇，计算 4种活性成分的提取率并进行方差分析，结果见表1~4。

由表1~4可以得出，用80%、95%、80%的乙醇溶液和 80%、80%、95%乙醇溶液组合进行综合提取，绿原酸、芸香苷、烟碱和茄尼醇的提取率均达到99.75%以上，且两种组合的方差分析结果无显著差异，因此两种组合均可作为烟草中4种活性成分的综合提取溶剂。

表1 不同乙醇溶液组合烟草绿原酸提取率Table 1 The chlorogenic acid extraction rate of different ethanol solution combinations

表2 不同乙醇溶液组合烟草芸香苷提取率Table 2 The rutin extraction rate of different ethanol solution combinations

表3 不同乙醇溶液组合烟碱提取率Table 3 The nicotine extraction rate of different ethanol solution combinations

表4 不同乙醇溶液组合烟草茄尼醇提取率Table 4 The solanesol extraction rate of different ethanol solution combinations

3 讨论

从不同浓度的溶剂对茄尼醇提取率影响的结果可以看出，与甲醇、丙酮相比，高浓度的乙醇对茄尼醇的提取率最高，且低浓度乙醇对绿原酸、芸香苷、烟碱的提取率均较高，因此选择乙醇为最佳的综合提取溶剂。本实验选择80%与95%的乙醇溶液进行综合提取，主要因为绿原酸、芸香苷、烟碱、茄尼醇4种成分的极性差异，茄尼醇为弱极性物质，在高浓度乙醇中的溶解性较高，绿原酸、芸香苷与烟碱为极性物质，在低浓度乙醇中的溶解性较高，因此采用80%的乙醇溶液与95%的乙醇溶液进行组合提取。艾心灵等[15]用单一溶剂95%乙醇进行综合提取，得到绿原酸、烟碱和茄尼醇等3种成分的提取率分别为93.65%、95.42%和82.35%，其中茄尼醇的提取率较低，且提取温度较高（80 ℃），提取时间长（90 min），而本实验采用80%、95%、80%和 80%、80%、95%乙醇溶液组合对烟草中的绿原酸、芸香苷、烟碱和茄尼醇4种成分进行提取，同时用超声波辅助提取，使活性成分快速分散到溶剂中，缩短了提取时间，最终实现了4种物质的综合高效率提取，提取率均达99.75%以上，且与其他两种溶剂相比，不仅无毒且成本低，使烟草中的活性成分适宜作为食品级原料的工业化生产。

4 结论

通过本研究得出，以超声波为辅助手段，烟末样品在料液比1:10，提取温度40 ℃，依次以80%、95%、80%的乙醇溶液或80%、80%、95%乙醇溶液组合为提取溶剂提取3次，提取时间依次为20、10、10 min的条件下，烟草绿原酸、芸香苷、烟碱、茄尼醇的提取率均达99.75%以上，该方法适用于烟草中绿原酸、芸香苷、烟碱和茄尼醇的综合提取。

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