黄连生物碱降低卷烟主流烟气中苯并［α］芘的研究

吴金凤，李学刚，戴 亚，朱立军，谭兰兰

(1.西南大学药学院，重庆 400716;2.重庆烟草工业有限责任公司重庆卷烟厂，重庆 400061; 3.川渝中烟工业公司技术研发中心，四川成都 610066)

黄连生物碱降低卷烟主流烟气中苯并［α］芘的研究

吴金凤1，2，李学刚1，*，戴 亚3，朱立军3，谭兰兰3

(1.西南大学药学院，重庆 400716;2.重庆烟草工业有限责任公司重庆卷烟厂，重庆 400061; 3.川渝中烟工业公司技术研发中心，四川成都 610066)

为研究植物生物碱对卷烟主流烟气中苯并［α］芘含量的降低作用，从含有大量异喹啉结构季铵碱的黄连根茎中提取出黄连总生物碱及其单体，采用苯并［α］芘荧光淬灭实验研究黄连生物碱对苯并［α］芘的清除作用，通过不同添加方式将黄连生物碱添加在卷烟滤嘴中，研究其对卷烟烟气中苯并［α］芘的降低作用。结果表明，黄连生物碱对苯并［α］芘的结合常数为(2.0～9.0)×103，相关系数为0.987～0.998，黄连生物碱对苯并［α］芘的清除能力大小依次为巴马汀＞黄连总生物碱＞小檗碱＞黄连碱;随着滤嘴中黄连生物碱添加量的增加，烟气中苯并［α］芘的含量降低，活性炭纤维载体可提高黄连生物碱对卷烟烟气中苯并［α］芘的降低率。卷烟滤嘴中添加负载120mg/g巴马汀的ACF 15mg/cig制成黄连生物碱复合滤嘴，与空白对照卷烟比，烟气中苯并［α］芘的降低率可达25.16%。

卷烟，黄连生物碱，烟气，苯并［α］芘

卷烟烟气成分非常复杂，吸烟不仅对吸烟者的健康产生危害，也对大气环境造成污染。流行病学研究表明，与吸烟相关的疾病包括心血管疾病、肺癌、慢性支气管炎、慢性阻塞性肺病(COPD)以及肺气肿等［1］。卷烟烟气是造成室内空气污染的一大源头，因此吸烟者的吸烟行为对不吸烟人群也会造成肺部功能损伤和诱发癌症［2］。虽然降低这些疾病发生率的最好方式是减少吸烟人数，但现今全球仍有约10亿人吸烟，其中中国吸烟者占三分之一［3］。由此可见，降低卷烟烟气有害成分对吸烟者、非吸烟者和环境都具有重要意义。近年来，卷烟烟气中的有害成分研究日益活跃。卷烟烟气中含有的苯并［α］芘被国际癌症研究机构(IARC)列为第一类致癌物，与吸烟者肺部、口腔、食道、胰腺和肝脏等部位的疾病密切相关［1］。我国拥有丰富的中草药资源及中医理论基础，筛选具有选择性降低卷烟烟气中有害成分的中草药，并用于减轻吸烟对健康的危害是发展低危害中式卷烟特色之路［4－5］。黄连是一味古老的清热解毒的传统中药，始载于《神农本草经》，口服安全无毒，已有上千年的食用历史［6］，主要分布于长江中上游的重庆、湖北等地［7］。黄连根茎含多种异喹啉生物碱，以小檗碱含量最高，其次是巴马汀、黄连碱、药根碱等结构相似的生物碱。这类生物碱均由两个异喹啉环稠合而成，结构中含有氮杂环和季铵盐结构，是一类具有抗氧化活性的生物碱［8－9］。将含有季铵基团的黄连生物碱添加在滤嘴中，研究其对卷烟烟气中苯并［α］芘的清除作用，旨在为植物生物碱在卷烟降焦减害中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

黄连 重庆石柱黄连GAP基地;盐酸小檗碱中国食品药品检定研究院，标准品;活性炭纤维毡江苏科净纤维有限公司;甲醇 色谱纯，美国Fisher公司;环己烷 色谱纯，德国DMA公司;苯并［α］芘、9－苯基蒽 标准品，美国Accustandard公司;“娇子”卷烟 由川渝中烟工业公司提供。

RE－52旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂; 95－2恒温磁力搅拌器 常州澳华仪器有限公司; LC－6AD型高效液相色谱系统 日本岛津公司; F－4500型荧光分光光度计 日本HITACHI公司; RM20/CS转盘型吸烟机 德国 Borgwaldt公司; HP6890GC/5973MSD气相色谱－质谱仪 美国Agilent公司;D200H超声波发生器 台湾台达公司，V－805/R－205真空旋转蒸发仪 瑞士Buchi公司。

1.2 实验方法

1.2.1 黄连生物碱的提取及测定 采用参考文献［10］中的方法对黄连根茎进行生物碱提取，将提取的黄连总生物碱及生物碱单体干燥后密封备用。采用参考文献［11］中的方法，以盐酸小檗碱为对照品，对提取的黄连总生物碱进行成分及其含量的检测［12］，测定所提取的巴马汀、小檗碱和黄连碱的纯度。

1.2.2 黄连生物碱清除苯并［α］芘的作用 将苯并［α］芘标准品配制成质量浓度为100μg/m L的溶液，黄连生物碱配制成不同浓度的溶液。参考文献［13］，通过荧光扫描找出本实验条件下检测苯并［α］芘的激发波长 387nm，发射波长402nm。在4.9m L乙醇溶液中加入0.1m L 100μg/m L的苯并［α］芘溶液并检测其荧光强度F0;在4.8m L乙醇溶液中分别加入0.1m L 100μg/m L的苯并［α］芘溶液和0.1m L不同浓度的黄连生物碱溶液后检测荧光强度F。黄连生物碱对苯并［α］芘的荧光淬灭作用可以通过下列Stern－Volmer方程计算其结合常数［14］，结合常数越大，生物碱与苯并［α］芘的作用就越强。

式中:F0:没有荧光猝灭的苯并［α］芘荧光强度; F:产生了荧光猝灭的苯并［α］芘荧光强度;KSV:指结合常数(猝灭常数);［Q］:指猝灭剂浓度。

1.2.3 黄连生物碱粉末在滤嘴中直接添加方式 参考文献［15］中植物提取物在卷烟滤嘴中的添加方式和添加量，抽出醋纤滤嘴卷烟中的醋纤丝束形成滤嘴空孔，在留出的滤嘴空孔内分别添加5、10、15、20mg/cig提取的黄连生物碱粉末，然后将醋纤丝束装回滤嘴空孔内复原。

1.2.4 黄连生物碱载体的选择及复合滤嘴制作方式

活性炭纤维(ACF)是一种具有较大的比表面积(1500m2/g)以及较大的微孔容积(0.592cm3/g)的材料，因此具有吸附量大，吸附速度快等优势。ACF因外观类似于醋酸纤维丝束，相对易满足在滤嘴上的使用要求［16］，因此选用ACF作为黄连生物碱的载体。每支滤嘴中添加15mg ACF，根据滤嘴中需添加黄连生物碱的量，配制不同浓度的黄连生物碱溶液，100m L生物碱溶液使用0.5g ACF材料在40℃水温下搅拌吸附90min，分别制成ACF负载黄连生物碱的量为20、40、60、80、100、120mg/g的滤嘴添加材料。将通过以上处理的ACF材料剪切成与卷烟滤嘴截面尺寸相同的圆片，抽出醋纤滤嘴卷烟中的醋纤丝束，将其切成两段，将处理后的ACF材料夹在两段醋纤棒的中间，依次塞入滤嘴空孔内，切去多出原滤嘴的长度，保证载体加入后滤嘴总长度不变［17］。

1.2.5 卷烟烟气中苯并［α］芘释放量的检测 根据参考文献［18］，测定卷烟主流烟气中苯并［α］芘的释放量。

2 结果与讨论

2.1 黄连生物碱成分测定结果

以盐酸小檗碱标准品为对照，采用HPLC法检测分析出提取的黄连总生物碱含小檗碱35.01%、黄连碱20.81%、巴马汀11.93%、表小檗碱7.85%和药根碱4.34%。从黄连总生物碱中分离提取出3种纯度为95%以上的黄连生物碱，分别为小檗碱、巴马汀和黄连碱。黄连总生物碱中分析出的单体均为异喹啉结构的季铵碱。

2.2 黄连生物碱清除苯并［α］芘的作用

随着黄连总生物碱及其单体的浓度增加，苯并［α］芘的荧光强度减弱，黄连总生物碱及其单体对苯并［α］芘都具有荧光猝灭作用，根据各浓度生物碱样品对苯并［α］芘的荧光淬灭的强度，拟合出黄连生物碱对苯并［α］芘的荧光淬灭的Stern－Volmer方程，见表1。黄连总生物碱及三种黄连生物碱单体与苯并［α］芘的结合常数(KSV)为(2.0～9.0)×103，方程相关系数(R)为0.987～0.998，根据KSV可以推断，黄连生物碱对苯并［α］芘猝灭作用大小顺序为巴马汀＞黄连总生物碱＞小檗碱＞黄连碱。从相关系数可以看出，黄连生物碱浓度对苯并［α］芘的荧光淬灭作用具有较强的相关性。

2.3 黄连生物碱降低卷烟烟气中苯并［α］芘的作用

与未添加黄连生物碱的卷烟，滤嘴添加了黄连生物碱的卷烟烟气中苯并［α］芘含量有不同程度的降低，见图1。从图1可以看出，随着滤嘴中添加生物碱的量增加，苯并［α］芘的降低率增大，当滤嘴中生物碱的添加量为20mg/cig时，黄连总生物碱、巴马汀、小檗碱和黄连碱对苯并［α］芘的降低率分别为20.04%、22.65%、17.57%和7.75%。将黄连总生物及其单体添加在滤嘴中，其降低卷烟烟气中苯并［α］芘的作用大小与溶液中对苯并［α］芘荧光淬灭作用强弱相一致，对烟气中苯并［α］芘的降低率强弱依次为巴马汀＞黄连总生物碱＞小檗碱＞黄连碱。

表1 黄连生物碱对苯并［α］芘的荧光猝灭作用Table 1 The effect of coptis alkaloids on fluorescence quenching of B［α］P

图1 黄连总生物碱及其单体对卷烟烟气中苯并［α］芘的降低作用Fig.1 The effect of total alkaloids and monomer of coptis alkaloids on the reduction of B［α］P in the cigarette smoke

2.4 黄连生物碱复合滤嘴对卷烟烟气中苯并［α］芘的作用

通过比较黄连总生物碱及其单体对苯并［α］芘清除能力，选择对苯并［α］芘清除率最大的巴马汀通过ACF负载制成生物碱复合滤嘴，ACF分别负载巴马汀0、20、40、60、80、100、120mg/g后制成复合滤嘴卷烟，卷烟滤嘴中ACF的添加量均为15mg/cig，检测黄连生物碱通过ACF负载后添加在滤嘴中对苯并［α］芘的清除效果，以巴马汀负载量为0的ACF制成复合滤嘴卷烟样品为空白对照，将其烟气中苯并［α］芘含量记为100%，计算滤嘴中生物碱的添加量对烟气中苯并［α］芘含量的影响，见图2。

图2 巴马汀通过ACF负载后添加到滤嘴中对烟气中苯并［α］芘的清除效果Fig.2 Reduction of B［α］P in the cigarette smoke by addition of Palmatine loaded on the ACF in the filter

从图2可以看出，随着滤嘴中ACF负载巴马汀的量增加，生物碱复合滤嘴对卷烟烟气中苯并［α］芘的降低量越大，当ACF负载巴马汀的量大于80mg/g后，巴马汀的增加对苯并［α］芘的清除效果减弱。当添加ACF负载巴马汀的量为120mg/g制成的生物碱复合滤嘴卷烟，与未负载生物碱的ACF复合滤嘴卷烟比较，烟气中苯并［α］芘的量降低了25.16%，该条件下滤嘴中实际添加巴马汀的量为1.8mg/cig。由此可见，与直接添加黄连生物碱粉末制成的生物碱滤嘴降低烟气中苯并［α］芘的作用比较，由于载体材料ACF具有巨大的比表面积，可使黄连生物碱在滤嘴中扩散分布来增大和延长与烟气的接触面积和时间，采用ACF材料负载后添加到滤嘴中可提高黄连生物碱对烟气中苯并［α］芘的清除效率。

黄连生物碱与苯并［α］芘的结合机理可能在于黄连生物碱异喹啉结构中共轭π－π键与苯并［α］芘中大量的π电子发生共轭效应，这种共轭效应使得黄连生物碱对苯并［α］芘具有识别性结合作用［19］。另外，处于缺电子状态的季铵离子易与苯并［α］芘的π电子结合［20］，从而增加了黄连生物碱与苯并［α］芘的结合强度。

3 结论

3.1 从黄连根茎中提取生物碱可以得到大量异喹啉结构的生物碱，通过酸水提取法和大孔树脂纯化，本实验提取到含小檗碱35.01%、黄连碱20.81%、巴马汀11.93%、表小檗碱7.85%和药根碱4.34%的黄连总生物碱，以及纯度在95%以上黄连生物碱单体，即小檗碱、巴马汀和黄连碱。

3.2 将黄连总生物碱及其单体用于苯并［α］芘荧光淬灭实验，黄连总生物碱及其单体的浓度对苯并［α］芘荧光淬灭作用显著相关，通过计算结合常数，黄连生物碱对苯并［α］芘清除作用的大小依次为巴马汀＞黄连总生物碱＞小檗碱＞黄连碱。

3.3 通过比较黄连生物碱在滤嘴中不同的添加方式，采用具有巨大比表面积和大量微孔的ACF材料负载黄连生物碱可显著提高添加在滤嘴中的黄连生物碱对烟气中苯并［α］芘的清除效率。

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Study on the effect of coptis alkaloids on the decrease of benzo［α］pyrene in cigarette smoke

WU Jin-feng1，2，LIXue-gang1，*，Dai Ya3，ZHU Li-jun3，TAN Lan-lan3
(1.College of Pharmaceutical Sciences，Southwest University，Chongqing 400716，China;2.Chongqing Branch Factory of Chongqing Tobacco Industrial Co.，Ltd.，China Tobacco Chuanyu Industrial Corporation，Chongqing 400061，China; 3.Technical R＆D Center of China Tobacco Chuanyu Industrial Corporation，Chengdu 610066，China)

For reducing the content of benzo［α］pyrene(B［α］P)in the mainstream cigarette smoke(MSS)，a novel filter additive containing the p lantalkaloid was studied.Cop tis alkaloids were extracted from rhizome of cop tis chinensis，which contained a lot of the quaternary ammonium hyd rate w ith isoquinoline struc ture.The interac tions of cop tis alkaloids w ith B［α］P was investigated by fluorescence quenching.The way of add ing cop tis alkaloids in the cigarette filter to reducing B［α］P were discussed.The results showed that the correlation coefficients of cop tis alkaloids and B［α］P were 0.981～0.998，and the b ind ing constants were(2.0～9.0)×103，more than 20%of B［α］P were elim inated from MSS，w ith g reater reductions when more cop tis alkaloids were added in the filter.With the same mass of cop tis alkaloids in the filter，the reduc tion trend for B［α］P was palmatine＞cop tis total alkaloids＞berberine＞cop tisine.Com paring w ith the control cigarette，the content of B［α］P in the mainstream smoke of cigarette w ith palmatine in mod ified filterwere reduced by 25.16%，when the filter containing 120mg/g of palmatine carried by 15mg/cig of ac tivated carbon fiber.

cigarette;cop tis alkaloids;smoke;benzo［α］pyrene

TS41+1

A

1002－0306(2012)12－0102－04

2012－03－12 *通讯联系人

吴金凤(1982－)，女，博士研究生，研究方向:卷烟工艺与天然产物化学研究。

川渝中烟工业公司科技项目(2010347)。