廢次煙草中茄尼醇的提取利用研究進(jìn)展

李英杰

(四川大學(xué) 建筑與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610065)

廢次煙草中茄尼醇的提取利用研究進(jìn)展

李英杰

(四川大學(xué) 建筑與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610065)

茄尼醇作為生產(chǎn)輔酶Q10的重要原材料，具有很大的利用價(jià)值。本文綜述了廢次煙草的成分和茄尼醇的主要用途,主要介紹了茄尼醇的物理化學(xué)性質(zhì)及在藥理領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)利用情況，并對(duì)煙草中茄尼醇的提取分析技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)。

茄尼醇； 用途； 提取；分析

1 煙草業(yè)現(xiàn)狀

中國(guó)是煙草種植的大國(guó)，煙草產(chǎn)量占有率為全球的42%，煙草作為農(nóng)業(yè)廢物的一種，其產(chǎn)量巨大，除用作卷煙工業(yè)外還會(huì)產(chǎn)生的大量廢次煙草，如果得不到合理利用勢(shì)必會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題和造成資源浪費(fèi)，對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。廢次煙葉中含有煙堿、綠原酸、蕓香苷、茄尼醇、果膠等多種生物活性物質(zhì)[1]，通過(guò)提純加工后可用于化工、醫(yī)藥、食品等行業(yè)。其中茄尼醇作為一種四倍半萜醇[2]，被Rowland等[3]首次從煙熏煙葉中分離出來(lái)。其大部分存在于煙葉的葉綠體和線粒體中，占煙草總重約0.3%～3%[4]。茄尼醇具有很強(qiáng)的抗癌生物活性，常用作于合成維生素K2及輔酶Q10的中間體[5]，在治療心血管疾病、抵抗癌癥、抵抗?jié)僛6]等方面發(fā)揮著極其重要的作用。

2 茄尼醇開(kāi)發(fā)利用

2.1 茄尼醇理化性質(zhì)

茄尼醇分子式為C45H74O，分子量為631，是一種蠟狀白色或淡黃色固態(tài)物質(zhì)，不溶于水，熔點(diǎn)界于33～42.5℃之間，弱極性。其性質(zhì)比較活潑，對(duì)酸堿、強(qiáng)光和高熱較為敏感，在強(qiáng)光下容易發(fā)生分解[9]，或通過(guò)氧化作用和分子重新排列使結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。茄尼醇廣泛分布于高等植物、微生物及哺乳動(dòng)物體內(nèi)，在馬鈴薯葉、桑葉、煙葉中含量較為突出[10]，尤以煙葉中茄尼醇含量最高，可達(dá)0.3%～3%。

2.2 茄尼醇的藥理價(jià)值

茄尼醇作為生產(chǎn)輔酶Q10必不可缺的原材料，隨著輔酶Q10的廣泛應(yīng)用其自身也發(fā)揮著重要作用。

在醫(yī)藥領(lǐng)域，常用于治療十二指腸潰瘍、心腦血管疾病、減輕癌癥病人化療的副作用和抗擊肝炎病毒等。近年來(lái)，茄尼醇被發(fā)現(xiàn)可用于治療老年癡呆、抗心肌缺血[11]、先天障礙性貧血、合成治療腫瘤藥物[12]、合成抗艾滋病毒藥物等。在保健領(lǐng)域，常被用于減緩人體衰老和預(yù)防多種疾病的發(fā)生，在很多發(fā)達(dá)國(guó)家都有輔酶Q10的片劑或膠囊保健品，而茄尼醇作為輔酶Q10的主要成分更是發(fā)揮著不可或缺的功效。在化妝品領(lǐng)域，常被用于防止肌膚老化、卻斑和除皺等方面，是高檔化妝品中合成輔酶Q10的原料，受到多個(gè)大牌化妝品的青睞[13]。

3 茄尼醇提取技術(shù)

茄尼醇的提取純化常用的方法有：超臨界流體萃取、分子蒸餾法、超聲波輔助提取、動(dòng)態(tài)皂化萃取法和目前較新穎的氨浸預(yù)處理方法輔助提取、生物酶解提取。

3.1 氨浸預(yù)處理方法輔助提取

該方法利用正己烷作為提取煙草中茄尼醇的溶劑，在提取前，先進(jìn)行氨浸預(yù)處理以有效增強(qiáng)提取的效果，并將液質(zhì)聯(lián)用、掃描電鏡組、分析等技術(shù)聯(lián)合使用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氨浸預(yù)處理對(duì)去除木質(zhì)素有顯著效果，還可以破壞煙草的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，促使茄尼醇釋放，進(jìn)而茄尼酯進(jìn)行水解皂化反應(yīng)形成游離態(tài)茄尼醇，并使部分雜質(zhì)被溶解，以此來(lái)提升茄尼醇浸提效果，使后續(xù)的提純過(guò)程得到簡(jiǎn)化。孫銀合[15]等人使用該方法使茄尼醇提取率由89.24%提升至104.63%，提取效果顯著，為其它天然產(chǎn)物的提取提供新思路。

3.2 生物酶解技術(shù)

生物酶解提取法是利用酶具有的高度專一性和高效性特點(diǎn)[16]，選擇相應(yīng)的酶降解植物細(xì)胞壁，從而使其中有效組分充分釋放，達(dá)到提取有效組分的目的。該方法常用于降解細(xì)胞壁中所含有的纖維素酶、木質(zhì)素酶、果膠酶、半纖維素酶及復(fù)合酶體系等。在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中常運(yùn)用于多糖類物質(zhì)、蛋白質(zhì)、皂苷或皂苷元以及黃酮類物質(zhì)的提取。用酶解技術(shù)提取煙草種茄尼醇具有實(shí)驗(yàn)條件較為溫和，提取率高，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染少等特點(diǎn)。

3.3 動(dòng)態(tài)皂化萃取法

該方法以乙醇和溶劑油為溶劑，通過(guò)皂化反應(yīng)[17]萃取廢次煙草中茄尼醇。趙春健等人[18]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在優(yōu)化條件下，通過(guò)動(dòng)態(tài)皂化處理后的茄尼醇收率比只經(jīng)過(guò)常規(guī)皂化后的萃取收率有所增加，增加率為9.3%；廢次煙葉中的茄尼醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)比經(jīng)常規(guī)皂化處理后也有所增加，增加率為2.94%。同時(shí)，動(dòng)態(tài)皂化方法的使用減少了實(shí)驗(yàn)程序，降低了萃取劑的消耗量，因此該方法能快速和高效的萃取茄尼醇。

3.4 超聲波輔助提取

盡管超聲波和酶解反應(yīng)的耦合技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用起步較晚，但由于超聲波提取技術(shù)具有綜合成本較低，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染小等優(yōu)點(diǎn)，使得其在天然植物有效成分的提取方面具有明顯優(yōu)勢(shì)和潛力。通過(guò)機(jī)械傳質(zhì)作用、熱效應(yīng)和空化效應(yīng)，其反應(yīng)速率快，對(duì)目的產(chǎn)物的提取率高，實(shí)現(xiàn)固-液萃取分離效果好，張澤生等[19]人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用超聲波輔助提取可使茄尼醇提取率達(dá)到94.7%。

3.5 分子蒸餾法

分子蒸餾是依據(jù)不同物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)的平均自由程不同為原理，從而實(shí)現(xiàn)液-液分離的一種特殊技術(shù)。輕分子在離液面的平均自由度比重分子的平均自由度大，因而在小于輕分子平均自由度的地方設(shè)一個(gè)冷凝面，讓輕分子落在冷凝面之上，而重分子因?yàn)樽杂沙潭冗_(dá)不到，從冷凝面返回，從而實(shí)現(xiàn)分離。分子蒸餾法操作簡(jiǎn)單，被蒸餾物受熱的時(shí)間短，但在蒸餾過(guò)程中其他與茄尼醇沸點(diǎn)相近的物質(zhì)也會(huì)同時(shí)被蒸出， 所以得到的茄尼醇純度不高，同時(shí)其所用分子蒸餾儀價(jià)格昂貴。

3.6 超臨界流體萃取

超臨界流體萃取是利用超臨界狀態(tài)下的流體為萃取劑，從液體或固體中萃取有效成分并進(jìn)行分離的一種新型精制技術(shù)。該工藝的萃取溫度比較低，可以保護(hù)其中的效組分免遭破壞并保持其原有生物活性，同時(shí)萃取速度較快，對(duì)脂溶性物質(zhì)的溶解度大[20]。這些優(yōu)勢(shì)使得超臨界萃取在天然物質(zhì)的提取中具有廣闊前景，被視為對(duì)環(huán)境無(wú)害、高效、節(jié)能的分離技術(shù)。

4 茄尼醇分析技術(shù)

4.1 UPLC-UV法測(cè)定煙草中游離茄尼醇的含量

為了使煙草樣品的前處理步驟得到簡(jiǎn)化，韓敬美、劉春波[21]等人以甲醇為溶劑直接萃取煙草樣品得到甲醇萃取液，優(yōu)化了高效液相色譜的測(cè)定條件，測(cè)定了茄尼醇在甲醇萃取液中的含量。結(jié)果表明在以甲醇為萃取溶劑，萃取溫度為25℃，萃取時(shí)間為20min時(shí)，茄尼醇提取效率可達(dá)96%，效果較好。該方法在測(cè)定煙草中游離態(tài)的茄尼醇含量時(shí)較為準(zhǔn)確、快速和簡(jiǎn)便。

4.2 高效液相色譜法

高效液相色譜法具有靈敏度高、分離效能高、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)[22]。其分析速度快、載液流速快，尤其是對(duì)大分子、強(qiáng)極性、熱穩(wěn)定性差、高沸點(diǎn)化合物的分離過(guò)程中，表現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，其色譜柱具有樣品不易受破壞、可反復(fù)多次使用、容易回收再利用等優(yōu)點(diǎn)。

4.3 氣相色譜法

氣相色譜法是依據(jù)所要分離物質(zhì)組分在流動(dòng)相和固定相間分配的差異，從而實(shí)現(xiàn)分離的方法。Severson等人[23]在試驗(yàn)中用氣相色譜法測(cè)定煙葉中茄尼醇的含量，茄尼醇經(jīng)過(guò)皂化后進(jìn)入氣相色柱進(jìn)行測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明氣相色譜檢測(cè)法的重復(fù)性比較好，但是由于茄尼醇的沸點(diǎn)較高, 因此需要使用對(duì)高溫耐受力較強(qiáng)的色譜柱，使得氣相色譜法的應(yīng)用受到條件限制。

4.4 TLC薄層掃描法

于華忠等[24]采用硅膠G為薄層吸附劑，展開(kāi)劑為石油醚-乙酸乙酯(體積比4∶1)，采用高效薄層單波長(zhǎng)掃描法在620 nm處對(duì)煙葉中茄尼醇含量進(jìn)行測(cè)定，該方法準(zhǔn)確性高，簡(jiǎn)便快捷。李烈等[25]采用硅膠G高效薄層雙波長(zhǎng)掃描法測(cè)定煙葉中茄尼醇含量，展開(kāi)劑為正己烷-乙酸乙酯-乙酸(體積比4∶1∶0.5)，顯色劑為香草醛-濃硫酸溶液，該方法有較好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，方便快速。

[1] 李曉芹，杜詠梅，張懷寶，等.煙草綠原酸、蕓香苷、煙堿和茄尼醇的研究[J].中國(guó)煙草科學(xué),2015,36(1):1-2.

[2] 王自社，劉文乾，王軍紅，等.茄尼醇的研究及應(yīng)用進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,41(32):12539-12540.

[3] Rowland R L，Latiner P H，Giles J A.Flue-cured tobacco.Isolation of solanesol,an unsaturated alclhol[J].1956,78(18):4680-4683.

[4] Chen J, Liu X，Xu X, et al. Rapid determination of total solanesol in tobacco leaf by ultrasound-assisted extraction with RP-HPLC and ESI-TOF/MS[J]. Journal of Pharmaceutical.2007,43(3):879-885.

[5] Narosionha C V，Chakraborty M K. Solanesol from tobacco waste [J].Research and Industry,1979,24(2):83-85.

[6] Lin Furong，Zhou Yongsheng ，Chen Xinzhi. Characterization of solanesol[J]. Jiangsu Chemical Industry,2008,36(4):27-29.

[7] LI J C，LI D Q，ZHOU R Q，et al. Solubilities of solanesol in acetonit-rile ethanoland n-hexane from 285 to 310K[M].New York: Springer，2007.

[8] 仝 明，姚春才.微波輔助預(yù)處理對(duì)玉米秸稈酶解的影響[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,33(4):91-95.

[9] 李 明，潘 揚(yáng).煙葉中茄尼醇提取分析純化與含量測(cè)定的研究進(jìn)展[J]. 醫(yī)藥導(dǎo)報(bào) ,2006,12(25):1306-1308.

[10] 唐德松.煙葉中茄尼醇的提取與分離研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2007.

[11] 王 非，鄭 珩，余永柱，等.高純度茄尼醇的現(xiàn)狀與市場(chǎng)前景[J].現(xiàn)代化工,2005,25(8):63-65.

[12] 孫銀合，黃仁亮，邢肖肖，等.氨浸預(yù)處理輔助提取煙草中茄尼醇[J].精細(xì)化工,2013,30(1):32-35.

[13] 楊 再，陳佳銘，周 微，等.生物酶解技術(shù)[J].工藝與設(shè)備,2006,30(1):40-41.

[14] 陶云海，任周陽(yáng)，劉國(guó)靖，等.云南廢次煙葉中茄尼醇的提取及含量測(cè)定[J].云南大學(xué)學(xué)報(bào),2002(2):151-152.

[15] 趙春件，楊 磊，祖元?jiǎng)偅?動(dòng)態(tài)皂化萃取法提取茄尼醇的研究[J].化學(xué)工程,2007,35(9):9-12.

[16] 張澤生，馮 旭.超聲波輔助提取煙葉中的茄尼醇[J].食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào),2007,26(1):51-53.

[17] 朱 松，陳尚衛(wèi)，張海波，等.超臨界流體技術(shù)在廢次煙葉中提取純化茄尼醇的應(yīng)用[J].中國(guó)煙草學(xué)報(bào),2008,14(5):22-26.

[18] 韓敬美，劉春波，趙 偉，等.UPLC-UV法快速測(cè)定煙草中游離茄尼醇的含量[J].煙草科技,2013 (5):61-63.

[19] 李曉露，李 寧，張雪霞，等.高效液相色譜法測(cè)定煙葉提取物中茄尼醇的含量[J].河北化工,2006, 29(6):45-46.

[20] Severson R F,Ellington J J， Schlotzhauer P F,et al. Gas chromatographic method for the determination of free and total solanesol in tabacco [J].Journal of Chromatography A,1977,139(2):269-282.

[21] 于華忠,龍維珍,饒立群,等.TLC法測(cè)定煙葉中茄尼醇的含量[J].四川食品與發(fā)酵,2006,42(3):58-60.

[22] 李 烈，馬振元，錢秋霞，等.薄成掃描法測(cè)定煙葉中茄尼醇的含量[J].中草藥，2002,23(5):420-421.

(本文文獻(xiàn)格式：段海波,范多青, 李 超，等.水性膠粘劑防腐劑檢測(cè)方法的研究進(jìn)展[J].山東化工，2017，46(12)：70-71，73.)

Progress on the Extraction and Application of Solanesol from Inferior Tobacco

LiYingjie1

(1.Sichuan University，Chengdu 610065，China)

Solanesol is an important ingredient of coenzyme Q10,having great value in use.This paper reviewed the composition of inferior tobacco and the main application of solanesol,mainly introduces the physicochemical property of solanesol and the development and utilization in the field of pharmacology,also the extraction and analysis techniques of solanesol are summarized.

solanesol；application；extraction；analysis techniques

2017-04-21

李英杰(1994—)，女，四川人，學(xué)士，從事環(huán)境工程相關(guān)研究。

TQ914

A

1008-021X(2017)12-0070-02