乳狀液膜法分離富集煙草提取物中的煙堿

摘要：【目的】優(yōu)化并構(gòu)建水包油包水（W/O/W）型乳狀液膜體系，為有效分離富集煙草提取物中的高濃度煙堿及其開發(fā)利用提供參考依據(jù)。【方法】以降煙堿為模板分子，通過單因素試驗對外水相pH、表面活性劑種類及用量、膜載體種類及用量、油內(nèi)比、內(nèi)水相HCl濃度、遷移時間及乳水比進(jìn)行優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上對外水相pH、膜載體D2EHPA用量、表面活性劑T154用量和內(nèi)水相HCl濃度開展4因素5水平的正交試驗篩選，采用紫外可見分光光度法和高效液相色譜法評價乳狀液膜體系對煙草提取物中煙堿的分離效能，以此確定乳狀液膜體系的最佳條件?！窘Y(jié)果】正交試驗中，4個因素對乳狀液膜體系的萃取率影響排序：外水相pH=表面活性劑T154用量gt;膜載體D2EHPA用量gt;內(nèi)水相HCl濃度。通過比較單因素試驗和正交試驗優(yōu)化的乳狀液膜分離體系對降煙堿的分離富集效率，確定單因素試驗優(yōu)化獲得的乳狀液膜體系條件最佳：表面活性劑為3%T154，膜載體為3%仲辛醇和5%D2EHPA，內(nèi)水相為0.5 mol/L HCl，外水相pH為13，油內(nèi)比10∶8，乳水比2∶25，遷移時間2.5 min；在該條件下，乳狀液膜體系對0.05 mg/mL煙堿和降煙堿的萃取率分別達(dá)85.07%和91.42%，對煙草提取物中煙堿成分的分離富集效率可達(dá)74.80%，且分離所得樣品中煙堿濃度為原樣的2.17倍。【結(jié)論】優(yōu)化所得乳狀液膜體系能快速有效地分離富集煙草提取物中的高濃度煙堿，表現(xiàn)出較好的應(yīng)用潛力。

關(guān)鍵詞：乳狀液膜；煙草提取物；煙堿；分離；萃取率

中圖分類號：S572.099文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：2095-1191（2024）10-2948-09

Separation and enrichment of nicotine from tobacco extract by emulsion liquid membrane

LIU Jin-yun1，GUO Jin-ting2，YANG Hao-tian1，LI Yuan-dong1，LI Zhao-hua1，XU Chong-jun1，WANG Kua-ping1，XU Shi-tao1，DUAN Yuan-qing1，ZHOU Hao2*

（1Yunnan Tobacco Industrial Hi-Tech Material Co.，Ltd.，Kunming，Yunnan 650106，China；2School of ChemicalScience and Technology，Yunnan University，Kunming，Yunnan 650091，China）

Abstract：【Objective】To optimize and construct a water-in-oil-in-water（W/O/W）type emulsion liquid membrane system for the effective separation and enrichment of high-concentration nicotine in tobacco extracts，providing reference for its development and utilization.【Method】Using nicotine as a template molecule，single-factor experiments were con-ducted to optimize the pH of the external aqueous phase，types and amounts of surfactants，types and amounts of mem-brane carriers，ratio of oil phase to internal aqueous phase，HCl concentration of internal aqueous phase，transfer time，and ratio of emulsion phase to external aqueous phase.Subsequently，a four-factor and five-level orthogonal test was per-formed on the pH of the external aqueous phase，the amount of membrane carrier D2EHPA，the amount of surfactant T154，and HCl concentration of internal aqueous phase.The separation efficiency of the emulsion liquid membrane sys-tem for nicotine in tobacco extracts was evaluated using ultraviolet-visible spectroscopy and high-performance liquid chro-matography（HPLC）to determine the optimal conditions of the emulsion liquid membrane system.【Result】In the or-thogonal test，the influence of the 4 factors on the extraction rate of the emulsion liquid membrane system was ranked asfollows：pH of external aqueous phase=amount of surfactant T154gt;amount of membrane carrier D2EHPAgt;HCl con-centration of internal aqueous phase.By comparing the separation and enrichment efficiencies of the emulsion liquid mem-brane system optimized by single-factor and orthogonal tests，the optimal conditions obtained from the single-factor test were determined to be：3%T154 as surfactant，3%sec-octanoland 5%D2EHPA as membrane carriers，0.5 mol/L HCl in the internal aqueous phase，pH 13 in the external aqueous phase，ratio of oil phase to internal aqueous phase of 10∶8，ra-tio of emulsion phase to external aqueous phase of 2∶25，and transfer time of 2.5 min.Under these conditions，the extrac-tion rates for 0.05 mg/mL nicotine and nornicotine reached 85.07%and 91.42%respectively by emulsion liquid membrane system，and the separation and enrichment efficiency for nicotine components in tobacco extracts reached 74.80%，with the nicotine concentration in the separated sample being as 2.17 times as that of the original sample.【Conclusion】The op-timized emulsion liquid membrane system can rapidly and effectively separate and enrich high-concentration nicotine from tobacco extracts，showing good potential for application.

Key words：emulsion liquid membrane；tobacco extract；nicotine；separation；extraction efficiency

Foundation items：General Project of Yunnan Basic Research Plan（202201AT070225）；Project of Yunnan Daguan Laboratory（YNDG202301XL05）

0引言

【研究意義】煙堿又名尼古丁，是一種含氮的雜環(huán)化合物、吡啶類生物堿，也是煙草中特有的重要成分，占煙草生物堿總量的95%以上（許志文等，2022）；其天然品具有左旋體。煙堿可以游離態(tài)、單質(zhì)子態(tài)和雙質(zhì)子態(tài)3種形態(tài)存在，且存在狀態(tài)與所處環(huán)境的pH密切相關(guān)（楊文武和況利平，2024）。游離態(tài)煙堿為無色或淡黃色油狀物，易溶于醇、醚、煤油等有機溶劑；煙堿量大時能抑制人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)，使呼吸停止和心臟麻痹，但煙堿在人體內(nèi)不能積累，可隨排泄系統(tǒng)排出體外；煙堿在化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域也有非常重要的用途（張怡等，2000；張文姬等，2021）。普通煙葉中煙堿含量僅為1%～4%（王獻(xiàn)科和李玉萍，2001；徐秀紅等，2020），市場上高純度的煙堿更是價高難得（張文姬等，2021）。云南是我國重要的煙草產(chǎn)區(qū)，每年大量的廢次煙梗、煙葉和煙絲中存在的煙堿亟待開發(fā)利用（王獻(xiàn)科和李玉萍，2001）。目前對于高濃度煙堿分離富集方法的研究備受關(guān)注，因此，建立煙草提取物中目標(biāo)組分的高效高選擇性分離富集方法，對其有效開發(fā)利用具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】乳狀液膜分離技術(shù)是一種新興的節(jié)能型分離手段，綜合了固體膜分離法和溶劑萃取法的特點，分離富集作用不受平衡影響，集萃取與反萃取于一個過程中，具有相界面接觸面積大、分離速度快、分離效率高、選擇性強、成本低和適用性強等特點（孫玉柱，2006；劉艷，2017；王斌等，2019；孫家樂等，2022）。該技術(shù)通過兩液相間形成的界面液相膜，將2種組成不同但互相混溶的溶液隔開，經(jīng)選擇性滲透，可將含量較低的物質(zhì)分離提純（Gasser et al.，2008；Mortahebetal.，2008；周皓等，2009；杜三旺和劉文鳳，2015）。前人通過乳狀液膜對0.001～0.01 mg/mL的低濃度煙堿進(jìn)行分離提?。ㄍ醌I(xiàn)科和李玉萍，2001）。董晶晶（2014）將丁苯和順丁橡膠經(jīng)簡單處理作為乳化劑，制備出以煤油作有機相的油包水（W/O）乳液，較通常采用Span 80作乳化劑制備的乳液更穩(wěn)定；將橡膠乳化劑制備的乳液分散到含有尼古丁樣品的水溶液中，構(gòu)成水包油包水（W/O/W）萃取體系，能將供給相中的樣品尼古丁全部傳質(zhì)到接受相中，實現(xiàn)尼古丁樣品分離和富集。為了開發(fā)新的煙氣脫硝工藝，薄雯（2017）將煤油用作膜溶劑，L-113A用作表面活性劑，NaOH溶液用作內(nèi)相液，初步構(gòu)建了煙氣脫硝乳狀液膜體系，結(jié)果表明脫硫率可大于99%，脫硝率為88.59%。蒲亞東等（2018）通過制備W/O乳狀液并利用加電三維螺旋狀微通道對W/O乳狀液的快速高效破乳作用，探究乳狀液膜萃取檸檬黃及其油相回收的優(yōu)化工藝，結(jié)果顯示油相回收率可達(dá)82%。董鵬雄（2019）將乳狀液膜技術(shù)用于煙氣中焦油的脫除，以Span 80和L-113B作為表面活性劑，煤油為膜溶劑，蒸餾水為內(nèi)相液和外相液制備W/O/W型乳液，結(jié)果表明，以Span 80為表面活性劑，除焦率最高可達(dá)93.89%；以L-113B為表面活性劑，除焦率最高可達(dá)98.21%。孫家樂等（2022）以NaOH溶液為內(nèi)水相、煤油為膜相、乳化劑Span 80為表面活性劑、模擬苯酚廢水為外水相，利用乳狀液膜萃取去除模擬廢水中的苯酚，結(jié)果表明，當(dāng)乳化劑Span 80用量為0.35%、油水比為1∶3、內(nèi)水相NaOH濃度為0.3 mol/L、萃取時間為10min時，苯酚的去除率最高為48.74%?！颈狙芯壳腥朦c】目前關(guān)于將乳狀液膜體系應(yīng)用到分離富集煙草提取物中目標(biāo)組分的研究較少（王獻(xiàn)科和李玉萍，2001），而實現(xiàn)高濃度煙堿成分的有效富集更是鮮有報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以降煙堿為模板分子，采用機械攪拌法制備W/O/W型乳狀液膜體系，通過單因素試驗和正交試驗對乳狀液膜體系的影響因素進(jìn)行優(yōu)化，并采用紫外可見分光光度法和高效液相色譜法對遷移分離后樣品中煙堿含量進(jìn)行比較分析，優(yōu)化確定煙草提取物中高濃度煙堿分離富集的乳狀液膜分離條件，為有效分離富集煙草提取物中的高濃度煙堿及其開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料

煙草提取物為玉溪K326煙葉水提物，由云南中煙新材料科技有限公司提供；煙堿（質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%）由云南中煙新材料科技有限公司提供，配成質(zhì)量濃度為0.05 mg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液備用；降煙堿（質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%）購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，配成質(zhì)量濃度為0.05 mg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液備用；正辛醇、D2EHPA和仲辛醇購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；Span 80購自天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心；N-N-二仲辛基乙酰胺和T154購自廣東翁江化學(xué)試劑有限公司；Tween 80購自上海麥克林生化科技股份有限公司；工業(yè)煤油為市售；其余試劑均為分析純，試驗用水為超純水。

主要儀器設(shè)備：UV-2401PC型紫外可見分光光度儀（日本島津公司）；Agilent 1200型高效液相色譜儀（安捷倫科技有限公司）；FJ200-SH數(shù)顯恒速高速分散均質(zhì)機（上海滬析實業(yè)有限公司）；DJ1C增力電動攪拌器（常州市金壇大地自動化儀器廠）；DW-P303-1ACH2型AC/DC高壓直流電源［東文高壓電源（天津）股份有限公司］。

1.2試驗方法

1.2.1紫外吸收光譜工作曲線繪制分別配制濃度為0.01、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10和0.12 mg/mL的煙堿/降煙堿標(biāo)準(zhǔn)溶液，在波長260nm條件下測定吸光度，通過樣品濃度和吸光度擬合煙堿/降煙堿的線性回歸方程。

1.2.2乳狀液膜制備及分離將表面活性劑、載體和煤油按一定比例混合，加入一定體積內(nèi)水相HCl溶液后置于高速分散均質(zhì)機中高速（10000 r/min）攪拌2.5 min即制得穩(wěn)定的乳狀液。取一定體積的0.05 mg/mL煙堿/降煙堿溶液置于燒杯中，加入2 mL上述乳狀液得到W/O/W型乳狀液膜分離體系，以250 r/min低速攪拌遷移后轉(zhuǎn)移至分液漏斗內(nèi)靜置分層，上層為有機相，下層為（料液）水相。

1.2.3內(nèi)、外水相測定收集富集后的下層外水相溶液置于燒杯中；收集富集后的上層有機相，在電壓15 kV、電流0.02 mA的高壓靜電條件下破乳30min，分液后得到下層內(nèi)水相，用紫外可見分光光度儀測定其在最大吸收波長（260 nm）處的吸光度，并計算體系萃取率。每組試驗進(jìn)行3次平行測定，取平均值。

E（%）=（C0-Ct）/C0×100

式中，E為萃取率，C0和Ct分別表示待測溶液中煙堿/降煙堿的初始濃度和在t時刻下煙堿/降煙堿的濃度。

1.2.4乳狀液膜體系單因素優(yōu)化試驗

1.2.4.1外水相pH以3%T154為表面活性劑，3%仲辛醇和5%N-N-二仲辛基乙酰胺為膜載體，0.5 mol/L HCl溶液為內(nèi)水相，油內(nèi)比（v/v，下同）為1∶1，乳水比（v/v，下同）為2∶25，遷移時間為2.5 min，降煙堿溶液濃度為0.05 mg/mL，考察外水相pH分別為8、9、10、11、12、13和14時制備乳狀液膜體系對降煙堿的分離富集能力。

1.2.4.2膜載體種類及用量以3%T154為表面活性劑，3%仲辛醇為固定膜載體，外水相pH為13，0.5 mol/L HCl溶液為內(nèi)水相，油內(nèi)比為1∶1，乳水比為2∶25，遷移時間為2.5 min，考察分別添加5%N-N-二仲辛基乙酰胺、5%D2EHPA和5%正辛醇時乳狀液膜體系對降煙堿的分離效率；在此基礎(chǔ)上評價添加膜載體用量分別為3%、4%、5%、6%和7%時對乳狀液膜體系降煙堿分離效率的影響。

1.2.4.3表面活性劑種類及用量分別以3%T154、3%Span 80和3%Tween 80為表面活性劑，3%仲辛醇和5%D2EHPA為膜載體，外水相pH為13，0.5 mol/L HCl溶液為內(nèi)水相，油內(nèi)比為1∶1，乳水比為2∶25，遷移時間為2.5 min，比較不同表面活性劑的乳狀液膜體系穩(wěn)定性及對降煙堿的分離效率；在確定表面活性劑種類的基礎(chǔ)上，評價表面活性劑用量分別為1%、2%、3%、4%、5%和6%時乳狀液膜體系對降煙堿的分離效率。

1.2.4.4內(nèi)水相HCl濃度采用HCl和H2SO4分別作為內(nèi)水相試劑進(jìn)行預(yù)試驗，結(jié)果表明，在相同pH下HCl和H2SO4作為內(nèi)水相溶劑未對乳狀液膜體系的分離效率產(chǎn)生影響，因后期將乳狀液膜體系應(yīng)用至產(chǎn)品生產(chǎn)加工，少量的硫酸殘留可能會導(dǎo)致燃燒過程中產(chǎn)生不愉快的氣味，故選取HCl為內(nèi)水相試劑。以3%T154為表面活性劑，3%仲辛醇和5%D2EHPA為膜載體，外水相pH為13，油內(nèi)比為1∶1，乳水比為2∶25，遷移時間為2.5 min，考察內(nèi)水相HCl濃度分別為0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7和0.8 mol/L時乳狀液膜體系對降煙堿的分離效率。

1.2.4.5油內(nèi)比以3%T154為表面活性劑，3%仲辛醇和5%D2EHPA為膜載體，外水相pH為13，0.5 mol/LHCl溶液為內(nèi)水相，乳水比為2∶25，遷移時間為2.5 min，評價油內(nèi)比10∶4、10∶6、10∶8、10∶10、10∶12和10∶14對乳狀液膜體系分離降煙堿效率的影響。

1.2.4.6遷移時間以3%T154為表面活性劑，3%仲辛醇和5%D2EHPA為膜載體，外水相pH為13，0.5 mol/LHCl溶液為內(nèi)水相，油內(nèi)比為10∶8，乳水比為2∶25，檢測遷移時間分別為0.5、1.0、1.5、2.5、3.0、4.0、5.0和8.0 min時乳狀液膜體系的穩(wěn)定性及其對降煙堿的分離效率。

1.2.4.7乳水比以3%T154為表面活性劑，3%仲辛醇和5%D2EHPA為膜載體，外水相pH為13，0.5 mol/L HCl溶液為內(nèi)水相，油內(nèi)比為10∶8，遷移時間為2.5 min，考察乳水比分別為2∶8、2∶12、2∶20、2∶25、2∶30、2∶35、2∶40和2∶45時對乳狀液膜體系降煙堿萃取率的影響。

1.2.5乳狀液膜體系正交優(yōu)化試驗分別選取外水相pH、膜載體D2EHPA用量、表面活性劑T154用量和內(nèi)水相HCl濃度進(jìn)行4因素5水平的正交試驗設(shè)計（表1），采用上述乳狀液膜制備及分離方法進(jìn)行乳狀液膜分離效能評價，并優(yōu)化確定最佳乳狀液膜體系。

1.2.6高效液相色譜分析優(yōu)化建立煙草提取物中煙堿的高效液相色譜分析方法，分析0.1～10.0 mg/mL的煙堿標(biāo)準(zhǔn)品并繪制工作曲線；然后采用優(yōu)化得到的最佳乳狀液膜體系對煙草提取物樣品進(jìn)行分離富集，通過高效液相色譜方法測定遷移后內(nèi)、外水相中的煙堿含量。

1.3統(tǒng)計分析

采用SPSS 26.0對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析，Origin 2021制圖。

2結(jié)果與分析

2.1紫外吸收光譜工作曲線

通過對不同濃度標(biāo)樣紫外吸收光譜的分析表明，在濃度為0.01～0.12 mg/mL的范圍內(nèi)，樣品溶液的吸光度隨濃度升高而線性增加，煙堿和降煙堿的線性回歸方程分別為A=16.513c+0.0055（r=0.9996）和A=14.982c+0.005（r=0.9999）。

2.2乳狀液膜體系單因素試驗結(jié)果

2.2.1外水相pH的選擇如圖1所示，隨著外水相pH的增大，乳狀液膜體系的降煙堿萃取率呈先升高后降低的變化趨勢。當(dāng)外水相pH為13時，降煙堿萃取率達(dá)最高值（86.08%），顯著高于其他外水相pH（Plt;0.05，下同）。當(dāng)外水相pH為14時，乳狀液膜體系穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致內(nèi)水相變渾濁，因此外水相pH應(yīng)≤13。由于外水相pH的不同導(dǎo)致降煙堿萃取率變化波動較大，且存在顯著差異，故選取外水相pH作為后續(xù)正交試驗的考察因素之一。

2.2.2膜載體種類及用量的選擇分別將5%正辛醇、5%N-N-二仲辛基乙酰胺、5%D2EHPA與3%仲辛醇組合為復(fù)合膜載體進(jìn)行試驗，結(jié)果（圖2）表明，D2EHPA與仲辛醇組合為降煙堿的良好膜載體，降煙堿萃取率達(dá)89.67%，顯著高于正辛醇、N-N-二仲辛基乙酰胺與仲辛醇組合。進(jìn)一步在仲辛醇用量不變的條件下，改變D2EHPA用量，如圖3所示，乳狀液膜體系的降煙堿萃取率在用量為5%之前波動上升，可能是由于膜載體用量增大，導(dǎo)致待測物的萃取通量增大；在用量為5%之后降煙堿萃取率極速下降，可能是由于膜載體用量過高時，有機膜相的黏度增加，從而導(dǎo)致傳質(zhì)阻力增大，致使降煙堿萃取率下降（梁鋒，2007）。5%D2EHPA與3%仲辛醇作為復(fù)合膜載體能有效促進(jìn)傳遞降煙堿的作用，降煙堿萃取率在3個組合中最高。綜合考慮，膜載體D2EHPA用量也作為后續(xù)正交試驗的考察因素之一。

2.2.3表面活性劑種類及用量的選擇表面活性劑可直接影響乳狀液膜的穩(wěn)定性，選擇合適的表面活性劑能有效防止乳液破乳及膜相組分遷移至內(nèi)外水相。分別用3%Span 80、3%Tween 80和3%T154作為表面活性劑進(jìn)行試驗，結(jié)果表明，Tween 80在相同制乳條件下無法制得穩(wěn)定乳狀液膜；Span 80在相同制乳條件下富集后外水相吸光度不降反升；用T154作表面活性劑效果最佳，其良好的乳化作用及抗水解能力能有效穩(wěn)定液膜體系。

當(dāng)T154用量從1%增至3%時，乳狀液膜體系的降煙堿萃取率顯著增加；從3%增至6%時，降煙堿萃取率顯著降低（圖4）。這可能是因為當(dāng)T154用量較少時，乳狀液膜的穩(wěn)定性降低，隨著遷移時間發(fā)生改變，液膜破裂導(dǎo)致待測物的遷移受到影響（梁鋒，2007）；當(dāng)T154用量過多時，乳狀液膜黏度增大，不利于待測物的遷移傳輸。當(dāng)T154用量為3%時，降煙堿萃取率最高。因表面活性劑T154用量的變化會引起降煙堿萃取率發(fā)生大幅變化，故選取表面活性劑T154用量作為正交試驗的考察因素之一。

2.2.4內(nèi)水相HCl濃度的選擇如圖5所示，內(nèi)水相HCl濃度過高或過低時均會導(dǎo)致降煙堿萃取率降低，HCl濃度為0.5 mol/L時，降煙堿萃取率最高?？赡苁且驗檫^強的酸性條件會破壞乳狀液膜的穩(wěn)定性，導(dǎo)致乳狀液膜破裂的概率增加，從而使降煙堿萃取率降低。而在弱酸環(huán)境下乳狀液膜的傳質(zhì)動力較弱，導(dǎo)致降煙堿萃取效率較低。因此，選擇體系最佳內(nèi)水相HCl濃度為0.5 mol/L。內(nèi)水相HCl濃度的改變在很大程度上影響乳狀液膜的萃取效率，故將其作為后續(xù)正交試驗的考察因素之一。

2.2.5油內(nèi)比的選擇由圖6可知，油內(nèi)比與乳狀液膜的穩(wěn)定性密切相關(guān)，隨著油內(nèi)比的降低，降煙堿萃取率呈先上升后下降的變化趨勢，當(dāng)油內(nèi)比為10∶8時降煙堿萃取率達(dá)最高值。油內(nèi)比過高會導(dǎo)致膜相的厚度變大，使傳質(zhì)阻力增加，滲透率降低，故乳狀液膜體系的降煙堿萃取率降低；而油內(nèi)比過低會使乳狀液膜的穩(wěn)定性變差，在制乳過程中發(fā)生破乳分層等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致乳狀液膜體系的降煙堿萃取率顯著降低。

2.2.6遷移時間的選擇遷移時間過短會導(dǎo)致乳狀液膜無法與待測溶液充分作用并發(fā)生遷移，從而使得降煙堿萃取率過低；遷移時間過長，會使乳狀液滴破裂，待測物質(zhì)流出，從而導(dǎo)致其萃取率下降。隨著遷移時間的延長，乳狀液膜體系的降煙堿萃取率呈先上升后下降的變化趨勢，當(dāng)遷移時間為2.5 min時降煙堿萃取率最高（圖7）。

2.2.7乳水比的選擇試驗結(jié)果表明，乳水比為2∶8和2∶12時，外水相存在一定程度的乳化現(xiàn)象，從而導(dǎo)致降煙堿萃取率表現(xiàn)為負(fù)值。如圖8所示，隨著乳水比的降低，乳狀液膜體系的降煙堿萃取率呈先顯著升高后逐漸降低再略有升高的變化趨勢，當(dāng)乳水比為2∶25時，降煙堿萃取率達(dá)最高值，顯著高于其他乳水比。這是由于乳水比過高時體系內(nèi)乳液較黏稠，降低了與外水相的接觸面積，使體系萃取率較低；乳水比過低時，待測物質(zhì)無法充分遷移進(jìn)入液膜內(nèi)，無法達(dá)到較好的遷移作用，從而導(dǎo)致降煙堿萃取率下降。此外，在試驗過程中發(fā)現(xiàn)乳水比過高或過低均會引起外水相溶液渾濁，對后期通過紫外分光光度儀測定吸光度造成影響，從而導(dǎo)致計算得到的降煙堿萃取率低。

2.2.8綜合分析通過單因素試驗確定最佳乳狀液膜體系：表面活性劑為3%T154，膜載體為3%仲辛醇和5%D2EHPA，內(nèi)水相HCl濃度為0.5 mol/L，外水相pH為13，油內(nèi)比為10∶8，按照乳水比2∶25對0.05 mg/mL降煙堿/煙堿標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行分離富集，遷移富集2.5 min，降煙堿和煙堿的萃取率最高分別為91.42%和85.07%，實現(xiàn)了乳狀液膜體系對高濃度煙堿樣品中目標(biāo)組分的有效分離富集。為提高萃取率，尋找更優(yōu)乳狀液膜體系，基于單因素優(yōu)化試驗結(jié)果進(jìn)一步開展正交試驗。

2.3正交優(yōu)化試驗結(jié)果

基于單因素優(yōu)化試驗結(jié)果并通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)（梁鋒，2007），選取外水相pH（A）、膜載體D2EHPA用量（B）、表面活性劑T154用量（C）和內(nèi)水相HCl濃度（D）4個因素進(jìn)行正交試驗。結(jié)果（表2）表明，各因素對乳狀液膜體系的降煙堿萃取率影響程度依次為A=Cgt;Bgt;D，由極差結(jié)果分析可得最佳乳狀液膜體系為A3B2C2D5，即外水相pH為11，膜載體D2EHPA用量4%，表面活性劑T154用量2%，內(nèi)水相HCl濃度0.6 mol/L。綜合正交優(yōu)化試驗各因素得出的結(jié)果，確定最佳乳狀液膜體系：表面活性劑為2%T154，膜載體為3%仲辛醇和4%D2EHPA，內(nèi)水相HCl濃度

g

0.6 mol/L，外水相pH為11，油內(nèi)比10∶8，按照乳水比2∶25對0.05 mg/mL降煙堿標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行分離富集，遷移富集2.5 min，計算得到降煙堿萃取率為89.26%。對比單因素試驗與正交優(yōu)化試驗的乳狀液膜最佳體系，雖然外水相pH、表面活性劑T154用量、膜載體D2EHPA用量和內(nèi)水相HCl濃度這4個因素的最優(yōu)水平存在一定差距，但整體萃取效率偏差較小，2個體系的降煙堿萃取率均在90.00%左右，以單因素試驗優(yōu)化的乳狀液膜體系效果更佳。

2.4乳狀液膜對煙草提取物中煙堿的分離富集

2.4.1高效液相色譜工作曲線優(yōu)化后確定的最佳色譜條件：色譜柱為ZORBAX SB-C18（4.6 mm×150 mm，5μm）；流動相A為甲醇，流動相B為0.02 mol/L磷酸緩沖液（用磷酸調(diào)pH至6左右），進(jìn)行梯度洗脫，梯度條件：在0～12 min內(nèi)A由60%呈線性變化到80%，12～15 min內(nèi)A由80%呈線性變化到60%，處理2 min；流速1.0 mL/min；檢測波長260 nm；進(jìn)樣量5.0μL；柱溫25℃。

對濃度分別為0.1、0.5、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0和10.0 mg/mL的煙堿標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行色譜分離鑒定，以各組分的峰面積對濃度進(jìn)行回歸分析，重復(fù)進(jìn)樣5次，計算得到線性回歸方程A=4666.35c+133.96（r=0.9995），保留時間的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為0.086%，峰面積的RSD為1.260%。本方法的線性范圍寬，且對組分的測定具有很高的重現(xiàn)性，也表明在本研究中采用峰面積對煙草提取物中煙堿進(jìn)行定量分析可行。

2.4.2煙草提取物中煙堿的分離在優(yōu)化的色譜條件下，先對煙草提取物溶液進(jìn)行分析，通過加標(biāo)法對煙堿的譜峰進(jìn)行定性識別；然后采用優(yōu)化的降煙堿乳狀液膜體系分離富集煙草提取物中的煙堿，分別測定分離后內(nèi)、外水相的煙堿含量。如圖9所示，由煙草提取物的高效液相色譜分析工作曲線計算得到煙草提取物溶液中煙堿初始濃度為2.46 mg/mL，占煙草提取物總量的4.92%，通過乳狀液膜體系分離富集后外水相中煙堿濃度為0.62 mg/mL，乳狀液膜體系對煙草提取物中煙堿的萃取率為74.80%。靜電破乳后測得內(nèi)水相中煙堿濃度為5.34 mg/mL，是初始外水相中煙堿濃度的2.17倍，實現(xiàn)了煙草樣品中煙堿的有效富集。

3討論

乳狀液膜分離技術(shù)綜合固體膜分離法和溶劑萃取法的特點，將萃取與反萃取合二為一，具有選擇性強、通量大、成本低和適用性強等特點（劉艷，2017；王斌等，2019）。乳狀液膜體系的萃取率與外水相pH、內(nèi)水相濃度、表面活性劑種類及用量、膜載體種類及用量、油內(nèi)比、遷移時間和乳水比9個因素密切相關(guān)。因此，篩選適宜的外水相pH、內(nèi)水相濃度、表面活性劑種類及用量、膜載體種類及用量等因素至關(guān)重要。

在單因素試驗中，外水相最佳pH為13，與王獻(xiàn)科和李玉萍（2001）采用液膜法提取煙草中尼古丁的結(jié)果相同，均為堿性環(huán)境；膜載體仲辛醇與D2EHPA最佳用量分別為3%和5%，與王獻(xiàn)科和李玉萍（2001）的研究結(jié)果類似；表面活性劑T154最佳用量為3%，與董鵬雄（2019）采用乳狀液膜法脫除焦?fàn)t煙氣中的焦油所選表面活性劑種類一致；內(nèi)水相HCl最佳濃度為0.5 mol/L，HCl濃度過高或過低均會使液膜體系的萃取率降低，與周皓等（2009）報道的乳狀液膜提取分離荷蓮豆堿結(jié)果一致；油內(nèi)比和乳水比的減小均導(dǎo)致乳狀液膜體系的萃取率呈先上升后下降的變化趨勢，與梁鋒（2007）采用乳狀液膜法分離富集中草藥中生物堿的研究結(jié)果一致；遷移時間過短使得萃取率較低，遷移時間過長則因液膜穩(wěn)定性被破壞，從而導(dǎo)致萃取率降低，最佳遷移時間為2.5 min。通過單因素試驗優(yōu)化，確定了最佳乳狀液膜體系，對降煙堿和煙堿的萃取率（91.42%和85.07%）較王獻(xiàn)科和李玉萍（2001）對濃度為0.05 mg/mL降煙堿和煙堿標(biāo)樣的萃取率（71.68%和70.97%）有所提高，實現(xiàn)了乳狀液膜體系對高濃度煙堿樣品的有效分離富集。

為進(jìn)一步篩選獲得更優(yōu)的乳狀液膜體系，本研究在單因素試驗優(yōu)化的基礎(chǔ)上，進(jìn)行4因素5水平的正交試驗。結(jié)果表明，4個因素對乳狀液膜體系的萃取率影響程度排序為外水相pH=表面活性劑T154用量gt;膜載體D2EHPA用量gt;內(nèi)水相HCl濃度。正交試驗選取的優(yōu)化對象均為影響乳狀液膜體系穩(wěn)定性及分離效率的傳統(tǒng)影響因素，推測所選取的4個因素并非真正影響煙堿液膜分離體系萃取率的關(guān)鍵因素，從而導(dǎo)致正交優(yōu)化試驗確定的各個水平均較單因素試驗存在偏差（Imdad and Dohare，2024；Razo-Lazcano etal.，2024），且正交優(yōu)化結(jié)果略差于單因素試驗，降煙堿萃取率僅為89.26%。因此，本研究選取單因素優(yōu)化結(jié)果為最佳液膜體系。此外，該研究結(jié)果提示需進(jìn)一步篩選發(fā)現(xiàn)能真正改變煙堿乳狀液膜體系萃取效率的關(guān)鍵因素，為未來的乳狀液膜分離過程研究提供參考。

通過高效液相色譜儀分析檢測，本研究優(yōu)化得到的乳狀液膜體系對煙草提取物中煙堿的萃取率可達(dá)74.80%，且萃取后內(nèi)水相中煙堿濃度為原樣品濃度的2.17倍，其對煙草提取物中高濃度煙堿表現(xiàn)出較好的分離富集效果。但目前高壓靜電破乳后可獲得的內(nèi)水相體積仍較少，后續(xù)需進(jìn)一步優(yōu)化完善破乳方法及條件，提高乳狀液膜的破乳效率和破乳后所得內(nèi)水相的體積，并進(jìn)一步尋找影響液膜穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，為乳狀液膜體系應(yīng)用到對實際樣品中煙堿的分離富集提供更多可能。

4結(jié)論

本研究以降煙堿為模板分子，通過單因素及正交試驗優(yōu)化并構(gòu)建了煙草提取物中煙堿的乳狀液膜分離體系：表面活性劑T154用量3%，膜載體仲辛醇用量3%、D2EHPA用量5%，內(nèi)水相HCl濃度0.5 mol/L，外水相pH為13，油內(nèi)比10∶8，乳水比2∶25，遷移富集2.5 min。該體系能快速有效地分離富集煙草提取物中的高濃度煙堿，表現(xiàn)出較好的應(yīng)用潛力。

參考文獻(xiàn)（References）：

薄雯.2017.煙氣脫硝乳狀液膜體系的構(gòu)建［D］.唐山：華北理工大學(xué).［Bo W.2017.The construction of emulsion liquid membrane system for flue gas denitrification［D］.Tangshan：North China University of Science and Tech-nology.］

董晶晶.2014.乳化液膜法穩(wěn)定性的改進(jìn)和生物堿提取的研究［D］.保定：河北大學(xué).［Dong J J.2014.The study on the improvement of the stability of emulsion liquid membrane and the extraction of alkaloid［D］.Baoding：Hebei University.］

董鵬雄.2019.乳狀液膜法脫除焦?fàn)t煙氣中的焦油［D］.唐山：華北理工大學(xué).［Dong PX.2019.Removal of tar from coke oven gas by emulsion liquid membrane［D］.Tang-shan：North China University of Science and Technology.］

杜三旺，劉文鳳.2015.乳狀液膜分離技術(shù)在中國的應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.當(dāng)代化工，44（1）：101-104.［Du S W，Liu W F.2015.Research and application of emulsion liquid mem-brane separation process in China［J］.Contemporary Che-mical Industry，44（1）：101-104.］doi：10.3969/j.issn.1671-0460.2015.01.034.

梁鋒.2007.乳狀液膜法分離富集中草藥中生物堿的研究［D］.長沙：湖南師范大學(xué).［Liang F.2007.Separation and extraction of alkaloids from Chinese traditional me-dicine using emulsion liquid membrane［D］.Changsha：Hunan Normal University.］

劉艷.2017.乳狀液膜法處理草甘膦生產(chǎn)廢水［J］.精細(xì)與專用化學(xué)品，25（5）：24-28.［Liu Y.2017.Treatment of gly-phosate wastewater by emulsion liquid membrane tech-nique［J］.Fine and Specialty Chemicals，25（5）：24-28.］doi：10.19482/j.cn11-3237.2017.05.05.

蒲亞東，地力亞爾·哈米提，阮達(dá)，裴承遠(yuǎn)，陳曉.2018.乳狀液膜萃取檸檬黃及其油相回收的工藝研究［J］.西南民族大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），44（5）：480-484.［Pu Y D，Diliyaer Hamiti，Ruan D，Pei C Y，Chen X.2018.Emulsion mem-brane extraction of tartrazine and oil phase recovery［J］.Journal of Southwest University for Nationalities（Natural Science Edition），44（5）：480-484.］doi：10.11920/xnmdzk.2018.05.007.

孫家樂，高瞻遠(yuǎn)，王森淼，高浩鋒，趙志菲，陸英.2022.乳狀液膜萃取苯酚廢水的研究［J］.江西化工，38（3）：55-57.［Sun J L，Gao Z Y，Wang S M，Gao H F，Zhao Z F，Lu Y.2022.Study on the treatment of phenol wastewater using emulsion liquid membranes［J］.Jiangxi Chemical Indus-try，38（3）：55-57.］doi：10.3969/j.issn.1008-3103.2022.03.014.

孫玉柱.2006.乳狀液膜分離技術(shù)的研究進(jìn)展［J］.濕法冶金，25（1）：10-17.［Sun Y Z.2006.Progress of emulsion liquid membrane separation technique［J］.Hydrometallurgy of China，25（1）：10-17.］doi：10.3969/j.issn.1009-2617.2006.01.002.

王斌，劉蘭，陳艷云.2019.油水乳狀液膜穩(wěn)定性實驗研究［J］.化工時刊，33（3）：5-7.［Wang B，Liu L，Chen YY.2019.Experimental study on the stability of oil-water emulsion liquid film［J］.Chemical Industry Times，33（3）：5-7.］doi：10.16597/j.cnki.issn.1002-154x.2019.03.002.

王獻(xiàn)科，李玉萍.2001.液膜法提取煙草中的尼古?。跩］.信陽師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），14（4）：450-453.［Wang X K，Li Y P.2001.Extraction of nicotine in tobacco by liquid membrane method［J］.Journal of Xinyang Teachers Co-llege（Natural Science Edition），14（4）：450-453.］doi：10.3969/j.issn.1003-0972.2001.04.025.

徐秀紅，劉金亮，李棟成，劉仁祥.2020.不同類型煙草種質(zhì)的煙堿含量變化與相關(guān)基因表達(dá)水平［J］.浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報，32（9）：1555-1563.［Xu X H，Liu J L，Li D C，Liu R X.2020.Analysis of nicotine content and related gene expres-sion in different types of tobacco germplasm［J］.Acta Agri-culturaeZhejiangensis，32（9）：1555-1563.］doi：10.3969/j.issn.1004-1524.2020.09.04.

許志文，王夢雅，譚淞彥，王強，陸光鈺，馬俊.2022.降低煙草工業(yè)廢棄物中煙堿含量的研究［J］.天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，28（5）：81-86.［Xu Z W，Wang M Y，Tan S Y，Wang Q，Lu G Y，Ma J.2022.Study on reducing nicotine content intobacco industry waste［J］.Tianjin Agricultural Sciences，28（5）：81-86.］doi：10.3969/j.issn.1006-6500.2022.05.016.

楊文武，況利平.2024.煙堿鹽在電子煙中的應(yīng)用、分析及限量要求研究進(jìn)展［J］.化學(xué)研究，35（2）：160-170.［Yang W W，Kuan L P.2024.Research progress in application，detection and limit requirements of nicotine salts in elec-tronic cigarettes［J］.Chemical Research，35（2）：160-170.］doi：10.14002/j.hxya.2024.02.010.

張文姬，陳楨祿，鄒明民，潘曉英，袁清華，黃振瑞.2021.煙草資源多元化開發(fā)利用潛能［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，48（12）：100-110.［Zhang W J，Chen Z L，Zou M M，Pan X Y，Yuan Q H，Huang Z R.2021.Diversified development and utilization of tobacco resources［J］.Guangdong Agricul-tural Sciences，48（12）：100-110.］doi：10.16768/j.issn.1004-874X.2021.12.012.

張怡，靳清河，劉進(jìn)才，房詩宏.2000.連續(xù)帶渣浸提法提取天然煙堿［J］.中國煙草科學(xué)，21（4）：31-34.［Zhang Y，Jin Q H，Liu J C，F(xiàn)ang S H.2000.A continuous nicotine extraction process without removing the dregs of tobacco leaves［J］.Chinese Tobacco Science，21（4）：31-34.］doi：10.3969/j.issn.1007-5119.2000.04.003.

周皓，楊雪瓊，馬志剛，朱秀芳，丁中濤.2009.乳狀液膜提取分離荷蓮豆堿［J］.云南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），31（1）：74-79.［Zhou H，Yang X Q，Ma Z G，Zhu X F，Ding Z T.2009.Separation and extraction of cordatanine using emul-sion liquid membrane［J］.Journal of Yunnan University（Natural Sciences Edition），31（1）：74-79.］doi：10.3321/j.issn：0258-7971.2009.01.016.

Gasser M S，El-Hefny N E，Daoud J A.2008.Extraction of Co（II）from aqueous solution using emulsion liquid mem-brane［J］.Journal of Hazardous Materials，151（2-3）：610-615.doi：10.1016/j.jhazmat.2007.06.032.

Imdad S，Dohare K R.2024.Effective removal of dyes along with binary mixture via optimized emulsion liquid mem-brane［J］.Journal of Dispersion Science and Technology，45（8）：1473-1482.doi：10.1080/01932691.2023.2219319.

Mortaheb H R，Amini M H，Sadeghian F，Mokhtarani B，Daneshyar H.2008.Study on a new surfactant for removal of phenol from wastewater by emulsion liquid membrane［J］.Journal of Hazardous Materials，160（2-3）：582-588.doi：10.1016/j.jhazmat.2008.03.095.

Razo-Lazcano T A，Hernandez-Ramirez J B，F(xiàn)lores-Rizo J O，Gonzalez-Muoz M D P，F(xiàn)alcon-Millan G.2024.Naproxen recovery by green emulsion liquid membranes based on soybean oil［J］.Colloids and Surfaces A：Physicochemical and Engineering Aspects，695：134232.doi：10.1016/j.col-surfa.2024.134232.

（責(zé)任編輯羅麗）