浙江源應用于卷煙保潤植物的選擇研究

楊 君，柏明娥，黃芳芳，洪利興，朱光權

（1. 浙江中煙工業(yè)有限責任公司，浙江 杭州 310008；2. 浙江省林業(yè)科學研究院，浙江 杭州 310023）

中國現(xiàn)階段常年吸煙人口達3.5億，年卷煙消費量約18665.42億支，市場零售總額近3000億元。2006年全國煙草種植面積137萬hm2，占世界種植面積的35%；產(chǎn)量275萬t，占世界總產(chǎn)量的41%，總面積和總產(chǎn)量均居世界之首[1～2]。吸煙有害健康，煙草燃燒時釋放出許多有害物質(zhì)直接損害氣道上皮細胞產(chǎn)生炎癥反應，導致管腔結構破壞引起肺氣腫，吸煙是引起慢性阻塞性肺疾病的重要危險因素[3～4]。為緩解煙草產(chǎn)業(yè)與有害健康這對矛盾，許多研究者從戒煙角度采取尼古丁替代產(chǎn)品等方法戒斷吸煙者對尼古丁的依賴[5～6]，也不乏從減少毒害角度研究植物添加劑降低或清除煙毒[7～8]，以及從植物中提取天然保潤劑代替丙三醇（甘油）等多元醇類化合物[9～10]。浙江有高等維管束植物3878種，如何從浩瀚的植物海洋中有針對性地選擇具有減少卷煙毒害作用的功能性植物，是天然植物選擇研究中首先遇到的難題。本文將從煙氣有害成分入手，通過總結減害植物和保潤植物的應用研究現(xiàn)狀，分析功能性植物的作用基礎，結合浙江植物資源和區(qū)系特點，運用植物分類與中藥性狀關聯(lián)特征，研究提出浙江源應用于卷煙保潤植物參試物種的選擇方法及其選擇結果。

1 卷煙煙氣的有害成分和毒性作用概述

1.1 卷煙煙氣的有害成分

2003年Rodgman等[11]對卷煙煙氣中已報道的有害成分進行了總結，認為在卷煙煙氣中共存149種有害成分。卷煙煙氣中的有害成分由氣相和粒相兩部分組成，通過主流煙氣和側(cè)流煙氣進入人體或散發(fā)在空氣中。主要有害物質(zhì)為尼古?。焿A）、煙焦油、一氧化碳、氫氰酸、氨及芳香化合物等[12～14]，其中煙焦油組分有害成分比較多，毒性和誘變性強，尼古丁是煙焦油中的重要組成部分，所以常以焦油量作為卷煙安全性的指標。但許多研究認為，煙草煙氣是極其復雜的混合物，這些有害成分之間相互作用，會對某些化學成分的實際毒性產(chǎn)生影響[15～17]，因此提出采用有害煙氣成分聯(lián)合作用的安全分析。謝劍平等[18]研究篩選出CO、HCN、NNK、NH3、B[a]P、苯酚和巴豆醛計7種最具代表性的卷煙煙氣有害成分，并建立了煙氣有害成分與毒理學指標的函數(shù)關系。

1.2 卷煙煙氣的毒性作用

卷煙煙氣的毒性作用主要表現(xiàn)在細胞毒、慢性毒、致癌和基因突變四方面。煙氣細胞毒作用包括影響細胞存活能力、線粒體功能、抗氧化能力、酶活性等，與細胞氧化損傷有關，抗氧化劑能減少煙霧細胞毒性[19～20]。煙氣慢性毒作用主要包括心血管系統(tǒng)疾病、肺氣腫和慢性氣管炎等多種疾病，病理基礎是肺部組織纖維化，肺通氣功能障礙，研究證實煙氣是發(fā)生慢性阻塞性肺氣腫（COPD）的一種重要危險因素[21～22]。煙氣的致癌作用多認為通過氧化損傷機制致癌，其中最受關注的成份是自由基，有研究發(fā)現(xiàn)煙氣可能導致基因特定序列甲基化機制致癌[23～24]。煙氣的基因突變作用是指由于 DNA堿基對的置換、增添或缺失而引起的基因結構的變化，最近有研究發(fā)現(xiàn)煙堿依賴形成與基因突變有關[25]，煙堿通過作用于中樞神經(jīng)細胞突觸前乙酰膽堿受體，從而使吸煙者產(chǎn)生欣快感。

2 卷煙減害和保潤植物應用研究現(xiàn)狀與作用基礎

2.1 減害植物應用研究現(xiàn)狀

許多研究表明茶葉和茶多酚添加到卷煙或濾嘴上具有降低自由基的明顯效果[31～34]。甘草素復合添加劑能降低煙氣有害自由基[35]。由苦苣、薏苡仁、枸杞子、山楂等為原料制備的解煙毒保健營養(yǎng)液可有效清除吸煙導致體內(nèi)自由基等有害物質(zhì)，明顯減輕吸煙導致的肺、心和腦血管損傷[36]。藿香、五味子、甘草、降香添加劑能分別降低煙氣自由基46.4%、32.1%、27.5%和18.8%[37]。葡萄籽提取物、碧羅芷、松樹皮提取物和復合植物提取物清除自由基的效果較好[38]。王彥亭等[39]運用我國傳統(tǒng)中醫(yī)藥學理論研發(fā)神農(nóng)萃取液應用于卷煙，對具有清熱平喘止咳以及具有抗誘變及自由基清除功能的菊花、金銀花、大青葉、穿心蓮、大蒜、北杏、胡蘿卜素、黃芩、熊果酸等中草藥進行篩選，主要成分為草珊瑚、總香豆素以及多酚類化合物等有益健康的物質(zhì)，能顯著緩解吸煙所致咳嗽、氣喘、瘀痰等不良反應和降低細胞膜損傷、染色體基因突變等。添加葉黃素（a）可使焦油中的自由基濃度降低5.76% ～ 12.95%，添加β-類胡蘿卜素可使焦油中的自由基濃度降低6.47% ～ 12.95%[40]。添加前花青素和維生素C的濾嘴對氣相自由基的清除率為18% ～ 30%[41]。葛根黃酮、竹葉黃酮對氮氧自由基的清除率分別為 35.5%和 27.5%[42]。從迷迭香提取的多酚化合物及其衍生物加到濾嘴中使焦油中的半醌自由基信號降低約63%[43]。木蝴蝶、栘依樹、白花丹、松樹、葡萄、訶子、枸杞、紫菀、銀杏提取物和抗氧化劑添加到煙絲或濾嘴上均具有清除煙氣自由基的效果，其中以混合抗氧化劑的效果較好[44～49]。沙棘籽提取物可降低氣相自由基40%～ 50%，可降低粒相自由基50% ～ 60%[51]。在煙絲中添加羅布麻葉添加劑使焦油自由基降低約3.2%，氣相自由基降低約 7%[51]。丹參能通過調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮生長因子的表達而阻抑吸煙致肺氣腫的發(fā)生[52]。仙鶴草地上部分干燥萃取物對煙絲中尼古丁清除率為17.24% ～ 26.44%，對煙氣中尼古丁清除率為57.1% ～ 69.7%[53]。辛夷花蕾經(jīng)干燥篩分添加到卷煙濾嘴使煙堿、總粒相物、焦油量分別降低8.14%、12.62%和l4.54%[54]。將黃芪、陳皮、桔梗等藥用植物提取混合物噴灑到煙絲上，能夠清除煙氣中的自由基和提高吸煙者自身免疫功能[55]。從首烏等中草藥中提取生物添加劑與表香混合后均勻噴霧在煙絲表面可降低多環(huán)芳烴與自由基45% ～ 54%[56]。川貝、玉竹、太子參、麥冬四味以潤肺為主中藥對吸煙均有一定保護作用，但以太子參及川貝較好，麥冬與玉竹相對較差[57～58]。由葛根、丁香、姜黃、補骨脂為原料，以海泡石為助提物，加入卷煙煙絲中可降解20% ～ 80%的多環(huán)芳烴并且可以降低焦油[59]。將淫羊藿和芍藥等中藥提取物應用到卷煙中使苯并芘降低 21.8%，煙草特有 N-亞硝胺降低26.3%[60]。綜上所述，具有減害功用植物的研究相當活躍，除胡蘿卜素、碧蘿芷和茶多酚等生化物質(zhì)外，主要植物種類有48種，隸屬30科48屬（見表1），其中以豆科（5種）、薔薇科（4種）、唇形科（4種）、百合科（4種）和菊科（3種）較多，這些植物大都為中草藥，或具潤肺止咳祛痰功能，或具降壓活血利尿功效。

表1 已研究的減害保潤植物種類Table 1 Plant species studied for harm reduction and moisture retention

2.2 減害植物作用基礎

煙氣中大量活性氧自由基的吸入引起體內(nèi)組織產(chǎn)生脂質(zhì)過氧化，造成生物膜結構破壞和功能損傷導致各種病變。煙氣自由基有氣相和粒相兩部分，氣相自由基主要有烷氧基自由基（RO·）和烷基自由基（R·）等存在于煙霧中，粒相自由基主要有醌/半醌自由基（Q·/QH·）、多環(huán)芳烴自由基等存在于焦油中。茶多酚抗氧化能力極強，能阻斷脂質(zhì)過氧化反應使脂質(zhì)過氧化減少或清除部分自由基，從而抵制氣管上皮細胞氧化損傷。甘草黃酮是一類高效抗氧化劑，對焦油自由基的清除作用主要表現(xiàn)在甘草類黃酮的抗氧化性。栘依樹等提取物具有清除煙氣自由基的功能，可能是這些中草藥中的有效成分阻斷了卷煙在燃燒時自由基的產(chǎn)生或是對生成的自由基進行迅速的淬滅。這些提取物含原花色素、維生素 C、黃酮、植物多酚等，原花色素基本結構單元是黃烷-3,4-二醇可轉(zhuǎn)為為花青素和其他多酚；維生素C有兩個相鄰烯醇式羥基，極易釋放H+生成脫氫維生素C，形成氧化還原系統(tǒng)；黃酮類化合物作為優(yōu)良的供氫體，向活潑的自由基提供H+后，自身形成的自由基可通過共振雜化被穩(wěn)定，也可與其它自由基結合成穩(wěn)定的二聚體，從而中斷自由基的鏈式反應，發(fā)揮抗氧化作用。植物多酚分子結構中具有多個反應活性基團和活性部位，其中酚羥基是最具特征性的活性基團，大量酚羥基的存在，可以直接與煙氣中煙堿、苯并芘類等發(fā)生穩(wěn)定的分子復合。丹參具有活血化瘀和涼血功效，仙鶴草主治咯血和吐血等，辛夷具保護鼻粘膜有通鼻竅功效，何首烏具抗衰老和降血脂等功效，川貝、玉竹、太子參、麥冬具潤肺止咳、益氣健脾等功效，這些中草藥具有抑制肺氣腫、保護支氣管、清除尼古丁、降低煙焦油、減少多環(huán)芳烴和苯并芘的作用。草藥中含有許多對身體有利的生物堿、黃酮甙、桔梗皂甙、植物甾醇、維生素、氨基酸、菊糖、果糖、半乳糖、葡萄糖、樹脂等揮發(fā)性物質(zhì)和鐵、鋅、硒類等多種礦物質(zhì)，應用中草藥添加劑既有減毒作用，又有保健功效，添加到卷煙上，其有效成分可被蒸餾、氣化、揮發(fā)和升華，形成微粒相和氣相成分，以捕獲煙氣中的自由基，降低或阻斷有害物質(zhì)的生成，同時也作用于呼吸系統(tǒng)，或被肺泡吸收進人血液，根據(jù)中醫(yī)理論，煙氣直達胸肺與病變部位直接接觸，或被血管吸收通達全身，效果優(yōu)于藥物經(jīng)吞服、通過消化道再被吸收，符合中醫(yī)藥藥食同源理論。

2.3 保潤植物應用研究現(xiàn)狀

在煙草生產(chǎn)過程中通常添加蜜糖、丙二醇、甘油、木糖醇、山梨醇等保潤劑以保持煙葉水分，增加柔韌性等，并以丙二醇效果較好。應用NCS多元醇類復配保潤劑可以替代丙二醇[26]。黃強等[27]為開發(fā)天然保潤劑，從蘋果皮渣中獲得高純度、低酯化度的D-吡喃半乳糖醛酸天然保潤劑。為提高煙草加工質(zhì)量，易錦滿等[28]對麥芽低聚糖醇、NCS、D-吡喃半乳糖醛酸、復合添加劑（PDSI-101）和殼聚糖衍生物5種保濕劑進行比較表明，與丙二醇相比，5種保潤劑的保濕率均有一定提高，其中以NCS、D-吡喃半乳糖醛酸、PDSI-101和殼聚糖衍生物的保潤作用較強。阮曉明等[29]以天然植物玉米等為原料，通過提取和優(yōu)化復配技術合成一種含有多種天然保濕因子的 PDS新型保潤劑，效果優(yōu)于丙二醇和甘油。鑒于丙二醇等化合物屬于單向保潤劑等缺點，陳建軍等[30]從植物中提取天然戊聚糖雙向保潤劑。嚴恒等[31]研究表明魔芋葡甘聚糖基保潤劑（KSAP）優(yōu)于傳統(tǒng)甘油和丙二醇保潤劑。可見天然保潤劑開發(fā)研究日趨活躍，但開發(fā)種類少，只包括玉米、魔芋、小麥等幾種植物。

2.4 保潤植物作用基礎

卷煙保潤劑這類物質(zhì)都具有多個-OH基，它能和水分子形成氫鍵，這種結合方式能較穩(wěn)定地存在于煙絲內(nèi)部，在外部溫度稍高和環(huán)境濕度較小情況下還能吸滯水分，從而達到防止煙絲水分散失的目的，因而具有一定的吸濕性，不同的保潤劑具有不同的吸濕效果，差異取決于對水分子作用力的大小，作用力越大，對水分的結合力越強，保濕性越好。當環(huán)境相對濕度較高條件下，要求保潤劑使煙絲水分增加量減少到最低水平而具防潮功能，這就要求保潤劑對煙絲表面具有良好的成膜性，以減少煙絲對外界水分的吸收，且無害化。開發(fā)天然煙用保潤劑是卷煙產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的必然方向。

4 浙江源應用于卷煙保潤植物參試物種的選擇

卷煙保潤性能是影響卷煙香氣、香味和吸食舒適度的重要因素。目前國內(nèi)卷煙企業(yè)主要通過添加丙二醇、甘油等多羥基物質(zhì)作為保潤劑來提高卷煙的保潤性能，但從實際情況看，尚存在煙絲水分散失快、主流煙氣水分偏低、刺激性偏大、干燥感明顯及口腔痰多等共性問題。卷煙保潤通常意指在煙草加工過程中加入一定量的保潤劑以改善煙草吸濕保潤的物理性能。隨著吸煙有害健康認識的增強，保潤劑的選擇已由人工合成轉(zhuǎn)向綠色天然，而且卷煙保潤將賦予潤肺止咳功能等的減害保潤內(nèi)涵。因此，卷煙保潤植物的應用選擇將是具有吸濕和藥用功能上的雙重選擇。

浙江有維管束植物3878種，其中藥用植物1785種[61]，包括解表、清熱、瀉下、祛風濕、化濕、利濕、溫里、行氣、消食、驅(qū)蟲、止血、活血化淤、化痰、止咳平喘、安神、平肝陽、熄風止痙、開竅、補虛、收澀、涌吐、攻毒殺蟲去腐斂瘡等功能。根據(jù)煙氣有害成分和保潤植物應用研究現(xiàn)狀與作用基礎分析，確定以浙江源為基本原則，沿著植物系統(tǒng)進化主線，尋找具有吸濕和潤肺止咳雙重功能的卷煙保潤參試植物選擇思路。

4.1 選擇的基本原則

浙江源植物意指該植物在浙江具有原生性質(zhì)，并非引進或歸化的植物種類，具有浙江區(qū)域特色和區(qū)系特征，富含“浙江道地”內(nèi)涵。浙江植物資源比較豐富，特有屬、種及珍稀植物較多，如銀杏屬（Ginkgo）、金錢松屬（Pseudolarix）、白豆杉屬（Pseudotaus）、香果樹屬（Emmenopteris）等有 26個我國單種特有屬，以及百山祖冷杉（Abies beshanzuensis）、普陀鵝耳櫪（Carpinus putoensis）、天目鐵木（Ostrya rehderiana）、杭州薺苧（Mosla hangchowensis）等90種浙江特有種。區(qū)系起源古老，保存相當多的殘遺或孑遺植物，如在蕨類植物中屬于古生代孑遺植物的松葉蕨屬（Psilotum），中生代前已生存的紫萁屬（Osmunda），在裸子植物中有羅漢松（Podocarpus macrophyllus）、三尖杉（Cephalotaus fortunei）、白豆杉（Pseudotaxus chienii）、南方紅豆杉（Taxus mairei）等古老植物，在被子植物中有鵝掌楸（Liriodendron chinense）、木蓮（Manglietia fordiana）等第三紀孑遺植物，以及胡桃科（Juglandaceae）、樺木科（Betulaceae）、殼斗科（Fagaceae）等柔荑花序類古老植物。浙江植物區(qū)系較復雜，泛熱帶、北溫帶、東亞、熱帶亞洲和東亞北美成分是組成浙江植物區(qū)系的主要部分，其中熱帶性屬和溫帶性屬比例相當，體現(xiàn)由暖溫帶向亞熱帶過渡的區(qū)域性質(zhì)，給浙江源煙用植物選擇提供了良好的生態(tài)地植物基礎。浙江傳統(tǒng)中藥材生產(chǎn)歷史悠久，“筧橋十八味”：荊芥、薄荷、玄參、白芷、麥冬、浙貝母、決明、地黃、紫蘇、芥子、菊花、冬瓜子、續(xù)隨子、藿香、桑白皮、玫瑰花、萊腹子、烏頭在歷史上享有盛名，“浙八味”：浙貝母、麥冬、玄參、白術、白芍、菊花、延胡索、溫郁金迄今仍馳名全國，“磐五味”：白術、浙貝母、元胡、玄參和白芍生產(chǎn)經(jīng)久不衰。2005年“天臺烏藥”由國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局發(fā)布原產(chǎn)地域產(chǎn)品保護。在掌握浙江源基本原則的基礎上，綜合考慮資源的分布和可再生性、特色性、功能性、安全性和自然地理區(qū)域上的適用性等原則。

4.2 選擇的主要方法

4.2.1 以植物的系統(tǒng)進化為選擇主線 沿著植物系統(tǒng)進化（Engler系統(tǒng)）這條主線，全面搜尋值得開發(fā)利用的浙江源功能植物。無論從歷史的演化角度，還是從植物的進化角度，在現(xiàn)代植物中的蕨類植物（Pteridophyte）是高等植物中最原始的維管植物，也稱羊齒植物，出現(xiàn)在古生代并形成地球上第一次原始森林，它和苔蘚植物一樣都具有明顯的世代交替現(xiàn)象，產(chǎn)生孢子進行有性生殖，而不產(chǎn)生種子。裸子植物（Gymnosperm）是原始的種子植物，最初出現(xiàn)在古生代，在中生代至新生代遍布各大陸，只因胚珠和種子裸露，故稱裸子植物。被子植物（Angiosperm）是植物界最高級的一類，自新生代以來在地球上占絕對優(yōu)勢，具有真正的花，胚珠包藏在子房內(nèi)，并根據(jù)胚的子葉數(shù)量分為雙子葉植物（Dicotyledons）和單子葉植物（Monocotyledons），在雙子葉植物中又根據(jù)花瓣是否離合分為離瓣花亞綱又稱古生花被亞綱（Archichlamydeae）和合瓣花亞綱又稱后生花被亞綱（Metachlamydeae）。有關被子植物起源、演化的知識特別是化石證據(jù)不足，直到現(xiàn)在還沒有一個比較完善的分類系統(tǒng)，目前世界上運用比較廣泛的仍是恩格勒（A. Engler）系統(tǒng)。因此將沿著蕨類植物→裸子植物→雙子葉（離生花瓣）植物→雙子葉（合生花瓣）植物→單子葉植物的系統(tǒng)進化主線全面選擇浙江源煙用植物。

4.2.2 以植物的雙重保潤功能為選擇節(jié)點 針對吸煙主要引起支氣管炎和肺氣腫等癥狀，選擇以潤肺、祛痰、止咳、平喘為主，兼顧富具淀粉、糖類等功能性植物，掌握浙江源原則，沿著植物系統(tǒng)進化主線，根據(jù)浙江植物志提供的植物種類，逐一進行有層次、有權重的定性與定量相結合的選擇。在選擇過程中，通常遇到同科或同屬中的幾個種具有相似的功能，則按典型種選取，同科可以選取不同種，但同屬最多控選2個典型種。因為，中藥之性味與植物分類具明顯的相關性，性味又與中藥的作用相關，因而植物分類與中藥臨床效用有明顯聯(lián)系[63]，因此了解每味中草藥的臨床應用就可以從它的植物分類入手。如傘形科中藥中柴胡、前胡、羌活、獨活、白芷、防風、胡荽、藁本均系傳統(tǒng)的祛風濕性藥，具有明顯的解表祛痛功效，惟當歸、川芎為傳統(tǒng)的補血活血藥，在傳統(tǒng)治頭痛方藥中都加當歸、川芎兩味，二藥既善治頭痛，亦可祛風，古有“治風先活血，血活風自滅”之說，說明二藥同屬傘形科，則與該科其他物種具一定的共同性。再如菊科中藥中蒲公英、野菊花、青蒿、牛蒡子、茵陳、大小薊、豨薟草等均具清熱解毒作用，說明菊科中草藥的主要作用是清熱解毒，蒼術、白術、蒼耳子、佩蘭4藥雖為非傳統(tǒng)的清熱解毒藥，但經(jīng)現(xiàn)代藥理學研究，也包含有清熱解毒的作用。所以植物科屬分類與中藥的性味、功能具有較密切的聯(lián)系，同科或同屬參試植物的典型選擇符合客觀實際，對已做過研究的植物基本不再重復。

4.3 選擇結果

根據(jù)以上選擇方法，篩選出以下39種浙江源應用于卷煙保潤功能性植物參試物種（見表2），隸屬34科39屬。

表2 浙江源應用于卷煙保潤功能性植物參試物種Table 2 Species tested in this study for moisture retention from Zhejiang

表2 續(xù)

4 結語

吸煙有害健康，但中國現(xiàn)有 3.5億多的煙民，因此如何減少煙氣對人體的毒害作用已成為煙草業(yè)健康發(fā)展和保障人民身體健康的社會性重大公益問題。卷煙的有害成分有149種，這些有害成分之間相互作用對某些化學成分的實際毒性產(chǎn)生影響，以主流煙氣和側(cè)流煙氣吸入人體或散發(fā)于空氣中，對人體產(chǎn)生細胞毒、慢性毒、致癌和基因突變四方面毒害作用。許多研究表明，利用植物開發(fā)天然保潤劑應用于卷煙減少毒害是可行的，但開發(fā)的種類較少，系統(tǒng)性不強，特別是充分運用植物分類學與中草藥學間的關系去系統(tǒng)搜捕并研究開發(fā)保潤植物的結合度還不夠，多數(shù)還局限于傳統(tǒng)或大眾中藥材，因此開發(fā)潛力很大。本研究從煙氣有害成分入手，通過總結卷煙減害和保潤植物的應用研究現(xiàn)狀，分析功能性植物的作用基礎，結合浙江植物資源和區(qū)系特點，運用植物分類與中藥性狀關聯(lián)特征，研究提出39種浙江源應用于卷煙保潤功能性植物參試物種，為下一步保潤功能性有效成分的提取和在卷煙中的應用打下良好的基礎。

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