高值化煙草提取物的應(yīng)用研究進(jìn)展

陸穎昭 李龍 李德貴

摘要 高值化煙草提取物是煙草工業(yè)的重要產(chǎn)物，豐富了煙草行業(yè)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，是煙草領(lǐng)域近些年的研究熱點(diǎn)。綜述了3種常見高值化煙草提取物（煙堿、茄尼醇以及綠原酸）近年來(lái)在生物、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀，并對(duì)高值化煙草提取物未來(lái)的應(yīng)用及發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 煙草提取物;煙堿;茄尼醇;綠原酸;高值化

中圖分類號(hào) TS41+1? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 0517-6611（2021）22-0014-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.22.004

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Research Progress on Application of High Value Tobacco Extract

LU Ying-zhao， LI Long， LI De-gui

（Technology Center， Taicang Haiyan Reconstituted Tobacco Co.， Ltd.， Shanghai Tobacco Group， Suzhou， Jiangsu 215433）

Abstract High value tobacco extract is an important product of the tobacco industry， which enriches the economic value of the tobacco industry， and is a research hotspot in the field of tobacco in recent years. This paper reviewed the application and research status of three common high value tobacco extracts： nicotine， solanesol and chlorogenic acid in biology， agriculture， medicine and other fields in recent years， and prospected the application and development of high value tobacco extracts in the future.

Key words Tobacco extract;Nicotine;Solanesol;Chlorogenic acid;High value

近年來(lái)，隨著消費(fèi)者群體的變更和消費(fèi)習(xí)慣的改變，加上人們健康意識(shí)的不斷提升和環(huán)保理念的持續(xù)增強(qiáng)，傳統(tǒng)煙草行業(yè)的發(fā)展遇到一定瓶頸。在此背景下，以煙草或煙草廢棄物為原料提取不同產(chǎn)物并實(shí)現(xiàn)高值化利用，成為煙草行業(yè)發(fā)展新思路之一。

研究顯示[1]，煙草中含有煙堿、茄尼醇、綠原酸等有用成分，可應(yīng)用于醫(yī)藥、生物、化學(xué)等領(lǐng)域，具有廣闊的研究前景。對(duì)煙草及煙草廢棄物加以利用，通過萃取、蒸餾等方式獲得多種不同成分、適用于不同用途的煙草提取物，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高值化綠色利用，可為煙草行業(yè)開拓新的發(fā)展道路。

目前已有不少煙草提取物高值化利用的研究，但相關(guān)的綜述類文獻(xiàn)較少。筆者重點(diǎn)綜述了煙堿、茄尼醇、綠原酸等煙草提取物的利用方面，旨在填補(bǔ)相關(guān)領(lǐng)域的空缺。

1 煙堿的應(yīng)用研究

煙堿俗稱尼古丁，是一種廣泛存在于煙草中的生物堿，可通過提取煙草原料的方式獲得。煙堿為油狀液態(tài)物質(zhì)，可溶于乙醇或水。在人們傳統(tǒng)認(rèn)知和以往文獻(xiàn)報(bào)道中，煙堿具有一定的藥理學(xué)毒性，可致成癮并引發(fā)癌癥或心血管等方面的疾病，對(duì)人體健康造成了較大威脅[2]。近些年有學(xué)者對(duì)煙堿的利用價(jià)值進(jìn)行了研究。

煙堿在醫(yī)學(xué)及生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用有助于改變其在人們心目中“令人談之色變”的舊有印象，實(shí)現(xiàn)“變害為寶”。煙草工業(yè)每年都會(huì)產(chǎn)生大量廢棄物，如煙梗、煙片、煙末等。對(duì)煙草提取物煙堿的高值化利用，也為煙草廢棄物的回收利用和環(huán)境保護(hù)提供了新思路。

1.1 抗帕金森氏綜合征

中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所趙保路[3]發(fā)現(xiàn)煙堿可有效降低吸煙者罹患帕金森氏綜合征和老年癡呆癥的概率，并對(duì)其中的分子機(jī)理進(jìn)行了研究。一系列的試驗(yàn)結(jié)果顯示，煙堿在清除活性氧自由基并抑制多巴胺氧化，保護(hù)海馬神經(jīng)元，防止鋅、銅金屬在大腦中聚集等方面發(fā)揮了較大作用，為吸煙患者的低帕金森氏綜合征和老年癡呆癥發(fā)病率提供了一定的依據(jù)。大鼠試驗(yàn)顯示，尼古丁還可減輕左旋多巴治療帕金森病時(shí)引發(fā)的異動(dòng)癥[4]。Han等[5]探討了煙堿對(duì)缺血大鼠認(rèn)知功能障礙的改善效果及改善機(jī)制。對(duì)大鼠進(jìn)行缺血模型手術(shù)，并對(duì)其中部分大鼠注射煙堿。注射了煙堿的大鼠比未注射的大鼠擁有更好的記憶力，在Morris水迷宮中的表現(xiàn)更好。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，尼古丁通過激活α4型煙堿乙酰膽堿受體和β2煙堿乙酰膽堿受體的方式發(fā)揮抑制炎癥因子的作用，改善缺血大鼠的認(rèn)知功能障礙，從而為帕金森氏綜合征的預(yù)防和治療提供了新的思路。

1.2 抑制雌激素

對(duì)女性而言，雌激素可促進(jìn)細(xì)胞增殖，增大子宮內(nèi)膜癌、乳腺癌等疾病的發(fā)病概率?？刂拼萍に氐纳蓪?duì)女性健康具有重要意義。根據(jù)“兩細(xì)胞-兩促性腺激素（2-cell，2-gonadotropin model）”學(xué)說(shuō)，雄烯二酮是雌激素的前身物質(zhì)，而芳香化酶被激活后可將雄烯二酮轉(zhuǎn)化為雌酮，即雌激素[6]。早在20世紀(jì)80年代，Barbieri等[7]體外試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，煙堿及其類似物質(zhì)可直接抑制芳香化酶的活性，從而抑制人卵泡顆粒細(xì)胞中的雄烯二酮被轉(zhuǎn)化為雌激素。抑制效果同煙堿的劑量呈正相關(guān)性。Sanders等[8]將不同濃度的煙堿分別添加入牛卵泡內(nèi)膜內(nèi)，并持續(xù)觀察24 h。檢測(cè)結(jié)果顯示，隨著煙堿濃度的升高，雄烯二酮的分泌量逐漸下降。當(dāng)尼古丁濃度為0.6 mmol/L時(shí)，雄烯二酮的分泌量?jī)H為正常水平的24%。煙堿也可通過影響雌激素的轉(zhuǎn)運(yùn)過程，降低人體內(nèi)雌激素含量。Cassidenti等[9]通過樣品檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，吸煙者體內(nèi)的性激素結(jié)合球蛋白含量比非吸煙者更高，具有生物學(xué)活性的雌激素?cái)?shù)量減少，進(jìn)而導(dǎo)致可作用于靶組織的活性雌激素?cái)?shù)量降低。

1.3 協(xié)助心肌梗死患者康復(fù)

于海波等[10]發(fā)現(xiàn)煙堿對(duì)心肌細(xì)胞存在保護(hù)作用。對(duì)心肌梗死的大鼠試驗(yàn)顯示，煙堿可有效改善大鼠的心室舒張與收縮功能，進(jìn)而改善心功能、緩解心肌缺血癥狀。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，使用煙堿治療的心肌梗死大鼠的機(jī)械痛閾變大、熱痛閾變小，因缺血導(dǎo)致的心臟疼痛得到明顯緩解[11]。倘若研究結(jié)果能應(yīng)用于臨床，無(wú)疑將給心?；颊叩目祻?fù)提供更多有效方案。

1.4 殺蟲

研究表明，煙堿對(duì)潛葉蛾、介殼蟲等多種常見農(nóng)作物害蟲均具有較高的殺蟲活性，殺蟲譜廣，且能持續(xù)較長(zhǎng)的藥效時(shí)間。煙堿殺蟲劑的使用靈活方便，可單獨(dú)使用也可與其他化學(xué)殺蟲劑聯(lián)合使用，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間。制備煙堿殺蟲劑的原料來(lái)源廣泛，通常有煙梗、煙葉以及卷煙廠的煙末等廢料，有效降低了煙堿殺蟲劑的生產(chǎn)成本[12]。方加貴等[13]將含有煙堿的煙葉超微粒粉、茶枯、硅油等按比例混合制備殺蟲藥劑，當(dāng)煙葉超微粒粉比例達(dá)93%時(shí)，藥劑對(duì)石榴蚜蟲的防效可達(dá)60.5%。袁家瑜等[14]對(duì)比了吡蟲啉、噻蟲嗪、氟啶蟲胺腈3種煙堿殺蟲劑對(duì)月季長(zhǎng)管蚜蟲的殺滅效果，發(fā)現(xiàn)3種殺蟲劑均可起到較好的殺蟲效果，其中噻蟲嗪效果最佳。但大量煙堿殺蟲劑的使用增大了害蟲的抗藥性，而煙堿本身的毒性對(duì)周圍環(huán)境及使用者的身體健康均造成了威脅[15]。華東理工大學(xué)研究了一種以環(huán)氧蟲啶為主要?dú)⑾x成分的新煙堿類殺蟲劑[16]。由于作用機(jī)理不同，環(huán)氧蟲啶不會(huì)與吡蟲啉等其他煙堿殺蟲劑產(chǎn)生交互抗性。毒理學(xué)研究表明，環(huán)氧蟲啶對(duì)魚類、藻類、土壤微生物以及其他植物的毒性甚微，而對(duì)哺乳動(dòng)物的急性毒性也顯示為低毒。

1.5 抗菌

除殺滅害蟲，研究顯示煙堿對(duì)細(xì)菌也有殺滅作用。Kudelska 等[17]在關(guān)于線蟲取食行為的研究中發(fā)現(xiàn)，高濃度的尼古丁對(duì)大腸桿菌具有直接的抑制作用。尼古丁的抑菌效果與其濃度相關(guān)。當(dāng)尼古丁濃度達(dá)5 mmol/L時(shí)，大腸桿菌的生長(zhǎng)受到部分抑制;當(dāng)尼古丁濃度達(dá)10 mmol/L時(shí)大腸桿菌的生長(zhǎng)受到完全抑制。

2 茄尼醇的應(yīng)用研究

茄尼醇廣泛存在于馬鈴薯葉或煙葉中，可從煙草廢棄物中提取獲得[18]。通常情況下茄尼醇為蠟狀固體或白色粉末，若混入雜質(zhì)則有可能呈淡黃色。茄尼醇是一種不飽和聚異戊二烯醇，可溶于丙酮等有機(jī)溶劑，具有抗菌、抗癌、抗炎、抗?jié)兊壬锘钚?。相比于煙堿，茄尼醇在人們傳統(tǒng)認(rèn)知中擁有更正面的評(píng)價(jià)，且其提取、純化、分離等技術(shù)均已有較為系統(tǒng)的研究[19]。

茄尼醇在轉(zhuǎn)化生成輔酶Q10、抗氧化、治療牙周炎、抗菌等方面均有較高的應(yīng)用價(jià)值，而茄尼醇可來(lái)源于煙草廢棄物的特點(diǎn)則降低了制備成本，為相關(guān)產(chǎn)品的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)提供了經(jīng)濟(jì)可行性。

2.1 制備輔酶Q10

輔酶Q10又被稱為維生素Q，廣泛存在于心、腎、肝等人體內(nèi)臟中，在能量代謝、生物體細(xì)胞呼吸等眾多重要生理功能中起到了作用[20]。輔酶Q10可以茄尼醇為原料通過微生物轉(zhuǎn)化的方式獲得。柳華貴等[21]將茄尼醇添加入屬于鞘氨醇單孢菌屬的Sphingomonas sp.ZUTE03菌株溶液中，分別探究了茄尼醇加入時(shí)間、濃度以及反應(yīng)時(shí)間對(duì)輔酶Q10產(chǎn)量的影響。結(jié)果顯示，茄尼醇添加時(shí)間為菌株溶液培養(yǎng)12 h、終濃度 0.75 g/L、添加后繼續(xù)反應(yīng)時(shí)間12 h時(shí)，輔酶Q10產(chǎn)量最高，可達(dá)96.88 mg/L。采用微生物發(fā)酵法，選擇以煙草廢棄物為原料制備的茄尼醇，可有效降低輔酶Q10的經(jīng)濟(jì)成本，有利于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。

輔酶Q10難溶于水，作為口服藥時(shí)的生物利用度不高。Qin等[22]以茄尼醇和聚乙二醇琥珀酸為原料制備聚乙二醇琥珀酸茄尼酯（SPGS），再與輔酶Q10配制成Q10-SPGS膠束。檢測(cè)結(jié)果表明，Q10-SPGS膠束的輔酶Q10最大負(fù)載量可超過39%，而隨著SPGS分子量的變化，輔酶Q10的口服生物利用度較原始輔酶Q10混懸液提高了3倍左右，有效提高了患者的藥物吸收。

2.2 抗癌

由分子結(jié)構(gòu)可知，茄尼醇擁有多個(gè)非共軛雙鍵，對(duì)自由基具有極好的吸收性能[23]。馬玉蘭[24]等研究了茄尼醇在抗氧化領(lǐng)域的作用，通過體外試驗(yàn)測(cè)定了茄尼醇對(duì)2種最主要氧自由基（超氧陰離子和羥自由基）的清除能力。結(jié)果顯示，當(dāng)茄尼醇含量為8 mmol/L時(shí)，超氧陰離子的清除率高達(dá)82.4%;當(dāng)茄尼醇含量為4 mmol/L時(shí)，羥自由基的清除率接近50%。除自身的抗癌作用外，茄尼醇還可合成制備衍生物，用作抗癌藥物的載體。體內(nèi)試驗(yàn)表明茄尼醇衍生物藥物載體本身對(duì)腫瘤有明顯的抑制效果，可與搭載的抗癌藥物產(chǎn)生協(xié)同作用[25]。茄尼醇對(duì)活性氧自由基的良好清除效果，為防止DNA損傷、抗擊癌癥等提供了新的思路。以茄尼醇為原料，可制備副作用小、綠色天然的抗氧化劑。

2.3 治療牙周炎

牙周炎由口腔內(nèi)的微生物引起，是一種慢性炎癥類疾病，可影響牙槽骨、牙齦、牙周韌帶等多個(gè)位置，為患者帶來(lái)了較大的痛苦[26]。近年來(lái)，有學(xué)者開始研究將茄尼醇應(yīng)用于牙周炎的治療中。張蕊等[27]給患有牙周炎的大鼠灌食用調(diào)和油稀釋的茄尼醇，并持續(xù)觀察大鼠的牙周炎進(jìn)展。結(jié)果表明，服用茄尼醇后大鼠血漿內(nèi)的炎癥因子出現(xiàn)下調(diào)，抗氧化能力得到增強(qiáng)，牙周炎得到有效緩解。

2.4 抗菌

陳保漢等[28]以革蘭氏陽(yáng)性和革蘭氏陰性菌為殺滅對(duì)象，采取瓊脂擴(kuò)散法和2倍稀釋法探究了茄尼醇的體外抗菌性。結(jié)果顯示，在一定濃度下，茄尼醇對(duì)大多數(shù)革蘭氏陽(yáng)性和革蘭氏陰性菌都具有良好的抗菌活性，其中對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸埃希氏菌等的滅菌活性最強(qiáng)。茄尼醇的半合成化生物也有較好的抗菌效果。Xiang等[25]以茄尼醇為原料制備了6種不同酸氯化物的半合成衍生物，測(cè)試它們對(duì)大腸桿菌、傷寒沙門氏菌、蠟樣芽孢桿菌、真菌4種細(xì)菌的滅菌活性。通過圓盤擴(kuò)散法，發(fā)現(xiàn)6種茄尼醇半合成衍生物均具有較好的滅菌作用。

3 綠原酸的應(yīng)用研究

綠原酸常見于杜仲、煙草、金銀花等天然植物，是煙草中唯一的單寧類化合物。綠原酸易溶于乙醇、丙酮等有機(jī)溶劑，可通過乙醇抽提等方式獲得。綠原酸具有廣泛的生物活性，目前已被應(yīng)用在保健、食品、醫(yī)藥、日用化工等多個(gè)領(lǐng)域[29]。然而與煙堿、茄尼醇相比，綠原酸作為煙草提取物的知名度并不高。

3.1 降脂

隨著生活水平的不斷提高，營(yíng)養(yǎng)過度現(xiàn)象越發(fā)普遍，由此導(dǎo)致的肥胖已成為人體健康的一大威脅。因此，減肥降脂成為當(dāng)今人們關(guān)注的熱點(diǎn)話題之一。Wang等[30]利用高脂肪飼料喂養(yǎng)小鼠，并對(duì)其中部分小鼠采用綠原酸治療。42 d，使用綠原酸治療的小鼠平均體重增加速度明顯放緩，僅為未使用綠原酸治療小鼠平均體重的87%。另外，研究表明綠原酸可顯著調(diào)整與肥胖相關(guān)的腸道菌群組成。He等[31]進(jìn)一步探究了綠原酸降脂的機(jī)理。高脂肪飲食導(dǎo)致肥胖的小鼠服用綠原酸后，出現(xiàn)食物攝取量明顯降低、體溫升高、熱量散失和褐色脂肪組織活動(dòng)增加等癥狀。通過調(diào)節(jié)攝食量和能量消耗，試驗(yàn)小鼠的肥胖現(xiàn)象得到明顯改善。綠原酸的降脂作用，為綠色天然減肥藥的研制提供了思路。

3.2 抗癌

因安全系數(shù)高、副作用小等優(yōu)勢(shì)，天然植物提取物對(duì)癌細(xì)胞的抑制作用近年來(lái)成為研究熱門領(lǐng)域之一。周佳彬等[32]通過體外試驗(yàn)的方式探索了不同濃度綠原酸對(duì)人膠質(zhì)瘤細(xì)胞U251細(xì)胞的抑制效果，并建立了與反應(yīng)時(shí)間的聯(lián)系。當(dāng)綠原酸濃度為160 mg/L、反應(yīng)時(shí)間為72 h時(shí)，U251細(xì)胞出現(xiàn)明顯的固縮、碎裂現(xiàn)象，存活率僅為36%左右。10種綠原酸取代的苯甲酰胺及苯乙酰胺類衍生物通過縮合法被成功制備，并分別與人宮頸癌HeLa細(xì)胞、人肝癌HepG2細(xì)胞、人盲腸腺癌HCT-8細(xì)胞作用。探究了綠原酸酰胺類衍生物對(duì)上述癌細(xì)胞的體外增殖活性的影響。10種綠原酸酰胺類衍生物對(duì)人盲腸腺癌HCT-8細(xì)胞均具有良好的抑制效果，且均優(yōu)于傳統(tǒng)抗癌藥順鉑[33]

3.3 抗菌

與煙堿、茄尼醇等煙草提取物相似，綠原酸也有一定的抑菌作用。陳昱敏等[34]配制了不同濃度的綠原酸溶液，通過濾紙片法分別測(cè)定其對(duì)變形鏈球菌的抑制效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)綠原酸溶液對(duì)變形鏈球菌有抑制作用，但抑制效果與綠原酸的溶度不存在明顯關(guān)聯(lián)。變形鏈球菌是引起齲齒的主要原因，綠原酸溶液對(duì)其的抑制效果為含綠原酸漱口水、牙膏等口腔護(hù)理產(chǎn)品的開發(fā)提供了理論依據(jù)。

3.4 飼料添加劑

綠原酸具有重要的生物活性，可提高水產(chǎn)動(dòng)物、家畜或家禽的中樞神經(jīng)興奮度、增強(qiáng)腸胃腸道消化酶活性，因此常被用作動(dòng)物飼料的添加劑[35]。在飼料中添加0.04%綠原酸，經(jīng)過60 d的飼養(yǎng)后草魚的增重率、肥滿度以及存活率均有所提高，而魚肉中蛋白、必需氨基酸的含量也顯著增加[36]。朱原等[37]將1.0 mg/mL濃度的綠原酸與布氏乳桿菌共同發(fā)酵培養(yǎng)8 h，再用發(fā)酵產(chǎn)物持續(xù)喂養(yǎng)雛雞。經(jīng)過觀察，雛雞盲腸內(nèi)的大腸桿菌數(shù)量出現(xiàn)明顯下降，雛雞大腸桿菌感染死亡率下降，存活率和免疫力明顯提高。與此同時(shí)，雛雞盲腸內(nèi)的乳酸菌、乳桿菌、雙歧桿菌等有益菌群的數(shù)量均有所增加。綠原酸具有取代抗生素、成為動(dòng)物飼料新型添加劑的潛力。

綠原酸的抗菌、抗癌性能和生物活性使其在醫(yī)療或畜牧領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間，而在動(dòng)物飼料方面已有較為成熟的應(yīng)用。相比于金銀花、杜仲等中藥材，從煙梗、煙片等煙草廢棄物中提取綠原酸，可降低制備成本，真正實(shí)現(xiàn)變廢為寶。

4 總結(jié)與展望

煙堿、茄尼醇、綠原酸3種高值化煙草提取物的常見應(yīng)用領(lǐng)域見表1。

煙草提取物具有廣闊的應(yīng)用前景和良好的研究?jī)r(jià)值，與醫(yī)療、抗菌、殺蟲、動(dòng)物飼養(yǎng)等多個(gè)領(lǐng)域建立了密切聯(lián)系，近年來(lái)已成為醫(yī)學(xué)及農(nóng)林行業(yè)的研究熱點(diǎn)之一。如能實(shí)現(xiàn)煙草提取物的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)及高值化利用，有望帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。但當(dāng)前我國(guó)對(duì)煙草提取物尤其是煙堿的開發(fā)、應(yīng)用程度還較低，仍需加大探索和開發(fā)的力度。另外，我國(guó)實(shí)行煙草專營(yíng)專賣制度，對(duì)煙草原料及相關(guān)產(chǎn)品的管理都較為嚴(yán)格。因此，如何在符合相關(guān)法律法規(guī)的前提下實(shí)現(xiàn)煙草提取物的深化利用和工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，需要進(jìn)一步研究。

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