黄飞，屈飞强，李长江，陈海龙

(1.黄山学院化学化工学院，安徽 黄山 245041；2.安徽中烟工业有限责任公司，安徽 黄山 245000)

烟碱又称为尼古丁，是烟叶的主要成分之一。长期以来，烟碱被认为是烟叶中的主要毒性物质，其实这是一种误解。中国科学院生物物理研究所赵保路教授课题组研究发现，烟叶烟气中的自由基、多环芳烃、亚硝胺等主要有害物质才是香烟中真正的健康“杀手”，它们造成人体组织和细胞氧化，导致癌症等疾病的发生[1]。流行病学研究报告表明，烟碱是一种较好的抗氧化剂，可以有效清除活性氧自由基，能够抑制多巴胺自氧化；烟碱可以络合金属铜和锌，防止其在脑中积聚，预防并降低老年痴呆症和帕金森氏综合症的发病率[2–3]；烟碱可以治疗行为异常、认知障碍、精神分裂症、抑郁症等，对妇女乳腺癌、子宫内膜癌、子宫肌瘤、子宫内膜异位症、纤维腺瘤、纤维囊肿等雌激素依赖性疾病有较好的疗效[1]。烟碱还可以用于吸烟者戒烟，减轻戒烟时出现的戒断症状，提高戒烟的成功率，避免吸烟产生的有害物质对身体的毒害[4–5]。烟碱作为杀虫剂，具有高效、广谱性、持效期长、低毒、对天敌有选择性、内吸性强、对刺吸式口器害虫防治有特效[1]等优点。

目前从烟叶中提取烟碱的常见方法有溶剂萃取法[6]、液膜萃取法[7]、超临界萃取法[8]、水蒸汽蒸馏法[9]、离子交换法[10]、连续逆流提取法[11]、超声辅助酶法[12]等。溶剂萃取法溶液分离不彻底，烟碱提取率不高；水蒸汽蒸馏法所需设备庞大，能耗较高，烟碱提取率和纯度较低；液膜萃取法、超临界萃取法、离子交换法、连续逆流提取法、超声辅助酶法等方法提取烟碱条件要求较高，后处理过程复杂，对环境有污染，烟碱提取率和纯度不高。微波辅助提取(MAE)是将微波能与物质的分离纯化耦合的快速有效手段，它是集化学分离提取技术、微波加热技术于一体的新型提取方法，被广泛用于中药材有效成分的提取中。它采用微波加热，温度梯度较小，可以对不同材料进行选择性加热，微波转换热能效率较高，降低反应能耗[13–14]。在微波辅助提取过程中，微波加热使植物细胞内的极性物质吸收微波能量，细胞内温度迅速升高，在细胞表面形成微小的裂纹和空洞，使细胞外溶剂较容易进入细胞内，从而达到快速提取分离烟碱的目的[15]。因此微波辅助提取烟碱原料，试剂消耗少，提取时间短，提取温度低，产品质量好，提取率较高，容易实现工业化生产[16]，与以上烟碱提取方法相比较，微波辅助提取法更方便简捷，精确度、准确度更高。笔者以废次烟叶为原料，利用MAE 法提取烟碱，采用单因素试验和正交试验法考察了浸泡时间、固液比、微波功率、微波辐射时间等因素对烟碱提取率的影响，获得了微波辅助提取烟碱的最佳工艺条件。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

废次烟叶购于黄山市烟草收购站，批号20131015。99%烟碱标准品购于西安云芝生物科技有限责任公司，批号20140216。甲基橙、氯仿、乙醇、柠檬酸磷酸氢二钠缓冲溶液均为分析纯，购于中国国药化学试剂有限公司。

主要仪器有：UV–2100 紫外可见分光光度计(北京北分瑞利分析仪器有限责任公司)；NMS72SF 型微波炉(上海微波炉有限公司)；FZ102 型微量植物粉碎机(上海申光仪器仪表有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 烟碱标准曲线的绘制

吸取烟碱标准液0.20、0.40、0.60、0.80、1.00mL，分别注入60mL 分液漏斗中，加入柠檬酸磷酸氢二钠缓冲溶液2mL、甲基橙溶液2mL，混合均匀后加入氯仿5mL，萃取2min，静置分层，取氯仿层溶液，加入1 cm 比色皿中，测其波长420 nm 处的吸光度[19]。以吸光度为纵坐标，烟碱体积分数为横坐标作图，绘制标准曲线，回归方程Y=0.354 32X– 0.023 26，其中Y 为吸光度，X 为烟碱体积分数，相关系数r= 0.999 5。

1.2.2 微波辅助提取烟碱

取10.00g 废次烟叶，用微型植物粉碎机粉碎，以一定的固液比加入乙醇，浸泡一定时间后，以一定功率的微波处理一定时间，冷却后于3 500 r/min 转速下离心15min，取上清液1mL，加入2mL 柠檬酸磷酸氢二钠缓冲液和2mL 饱和的甲基橙溶液，摇匀后加入5mL 氯仿，振荡3min，静置分层。取氯仿层溶液，加入1 cm 比色皿中，测其420 nm 处吸光度[20–21]。用回归方程计算出烟碱体积分数，得烟碱提取率。

1.2.3 单因素试验

分别考察浸泡时间、固液比、微波功率、微波辐射时间等因素对烟碱提取率的影响。

1) 取10.00g 废次烟叶，以1∶3 的固液比加入乙醇，以400 W 的微波辐射3min，测定浸泡时间分别为2、3、4、5、6 h 的烟碱提取率。

2) 取10.00g 废次烟叶，以1∶3 的固液比加入乙醇，浸泡时间为2 h，以400 W 的微波辐射，测定微波辐射时间分别为3、4、5、6、7min 的烟碱提取率。

3) 取10.00g 废次烟叶，浸泡时间为 2 h，以400 W 的微波辐射3min，测定固液比分别为1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7 的烟碱提取率。

4) 取10.00g 废次烟叶，以1∶3 的固液比加入乙醇，浸泡时间为2 h，微波辐射3min，测定微波功率分别为400、500、600、700、800 W 的烟碱提取率。

1.2.4 正交试验

采用正交试验法对烟碱提取工艺条件进行优化。以烟碱的提取率作为评价指标，考察浸泡时间(A)、微波辐射时间(B)、固液比(C)、微波功率(D)对烟碱提取率的影响。正交试验影响因素和水平见表1。

表1 正交试验的因素和水平 Table 1 The factors-levels of the orthogonal experiment

2 结果与分析

不同浸泡时间、微波辐射时间、固液比、微波功率下的烟碱提取率列于表1。

2.1 单因素试验结果

2.1.1 浸泡时间对烟碱提取率的影响

随着浸泡时间的增加，烟碱的提取率逐渐升高，浸泡4 h 后，烟碱提取率增加逐渐放缓并趋于平稳，因此选择最佳浸泡时间为4 h。

表1 不同浸泡时间、微波辐射时间、固液比、微波功率的烟碱提取率 Table 1 The soaking time, microwave time, ratios of solvent, microwave power corresponding to the yield of nicotine

根据不同浸泡时间对应的烟碱提取率，由偏差分析可知，烟碱提取率的标准偏差为2.844，相对标准偏差为3.926%，烟碱提取率的标准偏差和相对标准偏差较小，说明浸泡时间对应的烟碱提取率在误差范围内波动，波动幅度较小，具有较高的准确度。

2.1.2 微波辐射时间对烟碱提取率的影响

随着微波辐射时间的增加，烟碱的提取率也随之升高，当微波辐射5min 后，增加趋势逐渐变小并趋于平稳。若延长微波辐射时间，溶剂挥发较多，烟碱提取率降低；若时间太短，烟叶中的烟碱未能充分溶出，烟碱提取率偏低，因此，选择最佳微波辐射时间为5min。

根据不同微波辐射时间对应的烟碱提取率，由偏差分析可知，烟碱提取率的标准偏差为3.355，相对标准偏差为4.459%，烟碱提取率的标准偏差和相对标准偏差较小，说明微波辐射时间对应的烟碱提取率在误差范围内波动，波动幅度较小，具有较高的准确度。

2.1.3 固液比对烟碱提取率的影响

随着固液比的逐步减小，烟碱提取率逐渐升高。当固液比降低至1∶5 后，烟碱提取率趋于平稳。仅增加溶剂量，并不能提高烟碱提取率，因此，选择最佳固液比为1∶5。

根据不同固液比对应的烟碱提取率，由偏差分析可知，烟碱提取率的标准偏差为3.273，相对标准偏差为4.228%，烟碱提取率的标准偏差和相对标准偏差较小，说明固液比对应的烟碱提取率在误差范围内波动，波动幅度较小，具有较高的准确度。

2.1.4 微波功率对烟碱提取率的影响

随着微波功率的增大，烟碱的提取率升高，当辐射功率达到600 W 后，增加趋势逐渐变小，因此，选择最佳微波功率为600 W。

根据不同微波功率对应的烟碱提取率，由偏差分析可知，烟碱提取率的标准偏差为4.055，相对标准偏差为4.953%，烟碱提取率的标准偏差和相对标准偏差较小，说明微波功率对应的烟碱提取率在误差范围内波动，波动幅度较小，具有较高的准确度。

2.2 正交试验结果

正交试验结果列于表2。由表2 可知，4 种因素对烟碱提取率的影响程度大小依次为微波功率、微波辐射时间、浸泡时间、固液比，最佳工艺条件为D3B3A1C3，即微波功率为800 W，微波辐射时间为7min，浸泡时间为4 h，固液比为1∶7，在此条件下烟碱的提取率最高为98.68 %。

表2 正交试验结果 Table 2 Results of orthogonal experimen

由表3 方差分析结果可知，微波功率对试验结果影响较显著；微波辐射时间对试验结果影响显著，浸泡时间、固液比对试验结果影响不显著。各因素对试验结果的影响大小依次为微波功率、微波辐射时间、浸泡时间、固液比。

表3 方差分析结果 Table 3 Results of variance analysis

由极差和方差分析可以得出：微波功率对烟碱的提取率影响最大，当微波功率为800 W 时，烟碱的提取率最高。微波辐射时间对烟碱的提取率影响次于微波功率，随着微波功率的升高，烟碱的提取率逐渐增加。浸泡时间和固液比对烟碱的提取率也有影响，但不显著，随着微波功率和微波辐射时间的增加，烟碱的提取率逐渐增加。

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