雙水相同時提取次煙葉中茄尼醇和煙堿的研究

劉寶亮，曹桂萍，張金濤

常州工學(xué)院理學(xué)院，常州 213022

茄尼醇是一種非環(huán)萜烯醇，分子式為:C45H74O，分子量為630，熔點為41.5～42.5℃，大量的研究結(jié)果表明，茄尼醇具有較強的抗癌生物活性，是合成治療心血管疾病、抗癌、抗?jié)兊人幬锏闹虚g體，如作為合成輔酶Q10和維生素K2的側(cè)鏈，在醫(yī)學(xué)上用途廣泛。煙葉中茄尼醇的含量一般為0.3% ～3.0%，且有一部分茄尼醇以酯的形勢存在于煙葉中［1］。

煙堿的化學(xué)名稱α-(β-吡啶基)N-甲基四氫吡咯，分子式:C10H14N2，屬于吡啶類衍生物，煙堿系列農(nóng)藥屬植物殺蟲劑，因其具有蒸熏、胃毒、觸殺功能及迅速降解無殘留等特點，廣泛用于糧食、油料、蔬菜、水果、牧草等農(nóng)作物的殺蟲劑，是生產(chǎn)綠色食品的理想的高效殺蟲劑和生物性農(nóng)藥［2］;在醫(yī)藥工業(yè)上，是研制治療心血管、變態(tài)性神經(jīng)病(最常見的是阿爾海默病和帕金森病)、潰瘍性結(jié)腸炎、口腔潰瘍、蛇毒及圖雷特綜合征等疾患藥物的特種原料［3］。

現(xiàn)有的關(guān)于提取茄尼醇和煙堿的報道大都是提取其中的單一成分［4-8］，本文以雙水相體系將提取與分離兩個過程合為一體，研究了不同提取條件對煙葉中茄尼醇和煙堿提取的影響。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

實驗原料:煙絲為市售次等煙絲，于40℃烘箱中干燥2 h，裝袋密封，備用。

實驗藥品:磷酸氫二鉀、氫氧化鉀、丙酮、冰乙酸、鹽酸、三氯甲烷、溴酸鉀、溴化鉀、硫代硫酸鈉、淀粉、碘化鉀、無水碳酸鈉、溴甲酚綠、無水乙醇、醋酸鈉(均為分析純)。

實驗儀器:722N可見分光光度計(上海精密科學(xué)儀器有限公司);CQ-250S超聲清洗儀器(上海吉理超聲儀器有限公司);SHB-ⅢS循環(huán)水式多用真空泵(鄭州長城科工貿(mào)有限公司);FA1004型電子天平(上海越平科學(xué)儀器有限公司);HH-601超級恒溫水浴(江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 茄尼醇含量的測定

采用間接碘量碘量法測定［1］。

式中M—茄尼醇的分子質(zhì)量

茄尼醇提取率:提取茄尼醇的質(zhì)量/煙絲樣品質(zhì)量×100%

1.2.2 煙堿含量的測定

采用溴甲酚綠光度法測定煙絲中的煙堿含量［9］。經(jīng)線性回歸分析，回歸方程為 A=0.09081+0.0486C，R=0.9983，在1 ～ 16 μg/mL 范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。

1.2.3 煙葉中茄尼醇和煙堿的雙水相分離

雙水相萃取具有活性損失小、分離步驟少、操作條件溫和，且不存在有機溶劑殘留問題等優(yōu)點，排除了使用有毒、易燃的有機溶劑，能夠提供溫和的水環(huán)境，避免了被萃取成分的脫水變性［10］。選取丙酮-磷酸氫二鉀為雙水相體系，量取定量體積的丙酮和水置于100 mL帶塞的錐形瓶中，加入定量的磷酸氫二鉀，生成雙水相體系，加入定量的煙絲，控制其他條件進行浸提，提取完成后，抽濾，于分液漏斗中靜置一段時間后分層。取上層丙酮相定容于25 mL容量瓶，即為茄尼醇提取液，采用間接碘量法測定含量，計算茄尼醇提取率;取下層鹽水相定容于50 mL容量瓶，即為煙堿提取液，采用溴甲酚綠分光光度法測定含量，并計算煙堿提取量。

2 結(jié)果與討論

2.1 丙酮與水不同體積比時對茄尼醇提取率和煙堿提取量的影響

選取丙酮與水的體積比分別為 8∶2、6∶4、5∶5、4∶6(pH=10，用 KOH 溶液調(diào)節(jié))，稱取 3.0 g 磷酸氫二鉀溶于其中形成雙水相體系。準(zhǔn)確稱取0.50 g煙絲于雙水相中，在50℃的恒溫水浴中浸提4 h，抽濾，于分液漏斗中靜置一段時間后分層。取上層丙酮相定容至25 mL，即為茄尼醇提取液;取下層鹽水相定容至50 mL，即為煙堿提取液，分別測定含量，計算提取率。結(jié)果見圖1。

圖1 丙酮與水不同體積比時對茄尼醇提取率和煙堿提取量的影響Fig.1 Effects of different volume ratio of acetone to water on the extraction yield of solanesol and nicotine

雙水相形成過程中，丙酮初始溶劑量小時，分相所需無機鹽的量大。在這種富鹽氛圍中，少量有機溶劑的水合分子滯留其中。但鹽的濃度進一步增加，鹽奪取了水分子，有機溶劑分子才被釋放出來。初始丙酮溶劑量大時，分子所需無機鹽的量小。實驗表明，雙水相的分相過程是一個有機溶劑與無機鹽爭奪水分子的過程［4］。

由圖1可以看出，在丙酮與水的體積比為5∶5時，茄尼醇的提取率和煙堿的提取量最大，除此之外，因為本實驗是同時提取兩種物質(zhì)，兩相的體積比要有一定的保證，所以選擇丙酮/水的最佳體積比為5∶5。

2.2 磷酸鹽加入量對茄尼醇提取率和煙堿提取量的影響

圖2 磷酸鹽加入量對茄尼醇提取率和煙堿提取量的影響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蒸餾水(pH=10，用KOH溶液調(diào)節(jié))于100 mL碘量瓶中，分別準(zhǔn)確稱取 2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 g 磷酸氫二鉀溶于其中形成雙水相體系。準(zhǔn)確稱取0.50 g煙絲于雙水相中在50℃的恒溫水浴中浸4 h，抽濾，于分液漏斗中靜置一段時間后分層。取上層丙酮相定容至25 mL，即為茄尼醇提取液;取下層鹽水相定容至50 mL，即為煙堿提取液。分別測定含量，計算提取率。結(jié)果見圖2。

所選取的鹽的最低量接近雙水相分相的最低鹽量，鹽的最高量則接近雙水相能分相且鹽將析出時的量。由圖2可以看出，隨著磷酸鹽的加入，茄尼醇提取率降低;煙堿提取量先增加后又緩慢下降，在磷酸鹽的加入量為3.0 g時煙堿達(dá)到最大值，所以選擇磷酸氫二鉀的最佳加入量為3.0 g。

2.3 料液比對茄尼醇提取率和煙堿提取量的影響

量取10 mL丙酮以及10 mL蒸餾水(pH=10，用KOH溶液調(diào)節(jié))于100 mL碘量瓶中，準(zhǔn)確稱取3.0 g磷酸氫二鉀溶于其中形成雙水相體系。分別準(zhǔn)確稱取 0.4、0.5、0.6、0.7、1 g 煙絲于雙水相中，即料液比分別為 0.02、0.025、0.03、0.035、0.05 g/mL。在50℃的恒溫水浴中浸4 h。抽濾，于分液漏斗中靜置一段時間后分層。取上層丙酮相定容至25 mL，即為茄尼醇提取液;取下層鹽水相定容至50 mL，即為煙堿提取液。分別測定含量，計算提取率。結(jié)果見圖3。

圖3 料液比對茄尼醇提取率和煙堿提取量的影響Fig.3 Effects of material liquid ratio on the extraction yield of solanesol and nicotine

料液比指樣品質(zhì)量與雙水相體系的總體積之比(g/mL)，料液比越小意味著相同質(zhì)量的煙絲所需雙水相體系的總體積越大。由圖3可以看出，茄尼醇提取率及煙堿提取量總體隨料液比增加而減少，料液比在0.025 ～0.50 g/mL時，得率減少明顯，小于0.025得率變化的比較平緩。料液比減少可導(dǎo)致溶劑用量的增加，給后續(xù)處理帶來不必要的麻煩。所以選擇的最佳料液比為0.025 g/mL(0.5 g/20.0 mL)。

2.4 溫度對茄尼醇提取率和煙堿提取量的影響

量取10 mL丙酮以及10 mL蒸餾水(pH=10，用KOH溶液調(diào)節(jié))于100 mL碘量瓶中，準(zhǔn)確稱取3.0 g磷酸氫二鉀溶于其中形成雙水相體系，料液比為0.025 g/mL，控制溫度變量，于 30、40、50、60、70℃恒溫水浴中浸提4 h。抽濾，于分液漏斗中靜置一段時間后分層。取上層丙酮相定容至25 mL，即為茄尼醇提取液;取下層鹽水相定容至50 mL，即為煙堿提取液。分別測定含量，計算提取率。結(jié)果見圖4。

圖4 溫度對茄尼醇提取率和煙堿提取量的影響Fig.4 Effects of temperature on the extraction yield of solanesol and nicotine

由圖4可以看出，提取溫度對茄尼醇提取率及煙堿提取量有極顯著影響。提取溫度升高，茄尼醇提取率及煙堿提取量都增加，但溫度高于50℃時，茄尼醇提取率減少的較明顯，煙堿提取量略有較少。這可能是因為隨溫度升高，溶劑的滲透性增強，有利于茄尼醇及煙堿的提取，但溫度過高，反而影響茄尼醇的氧化反應(yīng)，茄尼醇得率下降明顯。另外，丙酮的沸點為56℃，溫度過高，丙酮變?yōu)闅怏w，失去了提取作用，在沸騰狀態(tài)下不利于提取操作。所以選擇最佳提取溫度為50℃。

2.5 浸提時間對茄尼醇提取率和煙堿提取量的影響

量取10 mL丙酮以及10 mL蒸餾水(pH=10，用KOH溶液調(diào)節(jié))于100 mL碘量瓶中，準(zhǔn)確稱取3.0 g磷酸氫二鉀溶于其中形成雙水相體系，料液比為0.025 g/mL，控制浸提時間變量，50℃恒溫水浴中浸提2、3、4、5、6 h。抽濾，于分液漏斗中靜置一段時間后分層。取上層丙酮相定容至25 mL，即為茄尼醇提取液;取下層鹽水相定容至50 mL，即為煙堿提取液。分別測定含量，計算提取率。結(jié)果見圖5。

圖5 浸提時間對茄尼醇提取率及煙堿提取量的影響Fig.5 Effects of extraction time on the extraction yield of solanesol and nicotine

由圖5可以看出隨著浸提時間的延長，茄尼醇提取率和煙堿提取量一直增加，茄尼醇增加明顯，浸提時間越長，二者得率越高，但超過4 h后，二者得率趨于平緩。所以選擇最佳提取時間為4 h。

2.6 pH值對茄尼醇提取率和煙堿提取量的影響

量取10 mL丙酮以及10 mL蒸餾水于100 mL碘量瓶中，控制pH變量，用鹽酸溶液和KOH溶液調(diào)節(jié) pH 分別為7、8、9、10、11、12，準(zhǔn)確稱取3.0 g 磷酸氫二鉀溶于其中形成雙水相體系，料液比為0.025 g/mL，50℃恒溫水浴中浸提4 h。抽濾，于分液漏斗中靜置一段時間后分層。取上層丙酮相定容至25 mL，即為茄尼醇提取液;取下層鹽水相定容至50 mL，即為煙堿提取液。分別測定含量，計算提取率。結(jié)果見圖6。

圖6 pH值對茄尼醇提取率及煙堿提取量的影響Fig.6 Effects of pH on the extraction yield of solanesol and nicotine

實驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)pH ＜6.5時，有沉淀析出，這可能是隨著體系pH值的減小，體系中PO3-4、HPO2-4、H2PO-4與H+結(jié)合能力增強，而解離出H+的能力減弱，導(dǎo)致體系的離子強度減少，與丙酮爭奪水分子的能力降低。當(dāng)pH值減小到一定程度時，磷酸鹽已無力奪取與有機溶劑結(jié)合良好的水分子，自身被排擠出液相而沉淀析出。所以本實驗選取了pH值范圍為7～12。

由圖6可以看出，隨著pH值的增加，煙堿提取量略有增加，當(dāng)pH值大于10后，煙堿提取量趨于平緩。pH值對茄尼醇提取率的影響不太明顯。所以選擇最佳pH值為10。

3 結(jié)論

通過單因素實驗得出，在丙酮-磷酸氫二鉀雙水相體系同時提取茄尼醇和煙堿的最佳工藝條件為:丙酮與水的體積比為5∶5，磷酸氫二鉀加入量為3.0 g，料液比為 0.025 g/mL(0.5 g/20.0 mL)，浸提溫度為50℃，浸提時間為4 h，pH=10。雙水相提取工藝的開發(fā)，為廢次煙葉的綜合利用提供一種新的工藝途徑，提高了廢次煙葉的利用價值，具有明顯的理論和現(xiàn)實意義。

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