浙江源应用于卷烟保润植物的选择研究

杨 君，柏明娥，黄芳芳，洪利兴，朱光权

（1. 浙江中烟工业有限责任公司，浙江 杭州 310008；2. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023）

中国现阶段常年吸烟人口达3.5亿，年卷烟消费量约18665.42亿支，市场零售总额近3000亿元。2006年全国烟草种植面积137万hm2，占世界种植面积的35%；产量275万t，占世界总产量的41%，总面积和总产量均居世界之首[1～2]。吸烟有害健康，烟草燃烧时释放出许多有害物质直接损害气道上皮细胞产生炎症反应，导致管腔结构破坏引起肺气肿，吸烟是引起慢性阻塞性肺疾病的重要危险因素[3～4]。为缓解烟草产业与有害健康这对矛盾，许多研究者从戒烟角度采取尼古丁替代产品等方法戒断吸烟者对尼古丁的依赖[5～6]，也不乏从减少毒害角度研究植物添加剂降低或清除烟毒[7～8]，以及从植物中提取天然保润剂代替丙三醇（甘油）等多元醇类化合物[9～10]。浙江有高等维管束植物3878种，如何从浩瀚的植物海洋中有针对性地选择具有减少卷烟毒害作用的功能性植物，是天然植物选择研究中首先遇到的难题。本文将从烟气有害成分入手，通过总结减害植物和保润植物的应用研究现状，分析功能性植物的作用基础，结合浙江植物资源和区系特点，运用植物分类与中药性状关联特征，研究提出浙江源应用于卷烟保润植物参试物种的选择方法及其选择结果。

1 卷烟烟气的有害成分和毒性作用概述

1.1 卷烟烟气的有害成分

2003年Rodgman等[11]对卷烟烟气中已报道的有害成分进行了总结，认为在卷烟烟气中共存149种有害成分。卷烟烟气中的有害成分由气相和粒相两部分组成，通过主流烟气和侧流烟气进入人体或散发在空气中。主要有害物质为尼古丁（烟碱）、烟焦油、一氧化碳、氢氰酸、氨及芳香化合物等[12～14]，其中烟焦油组分有害成分比较多，毒性和诱变性强，尼古丁是烟焦油中的重要组成部分，所以常以焦油量作为卷烟安全性的指标。但许多研究认为，烟草烟气是极其复杂的混合物，这些有害成分之间相互作用，会对某些化学成分的实际毒性产生影响[15～17]，因此提出采用有害烟气成分联合作用的安全分析。谢剑平等[18]研究筛选出CO、HCN、NNK、NH3、B[a]P、苯酚和巴豆醛计7种最具代表性的卷烟烟气有害成分，并建立了烟气有害成分与毒理学指标的函数关系。

1.2 卷烟烟气的毒性作用

卷烟烟气的毒性作用主要表现在细胞毒、慢性毒、致癌和基因突变四方面。烟气细胞毒作用包括影响细胞存活能力、线粒体功能、抗氧化能力、酶活性等，与细胞氧化损伤有关，抗氧化剂能减少烟雾细胞毒性[19～20]。烟气慢性毒作用主要包括心血管系统疾病、肺气肿和慢性气管炎等多种疾病，病理基础是肺部组织纤维化，肺通气功能障碍，研究证实烟气是发生慢性阻塞性肺气肿（COPD）的一种重要危险因素[21～22]。烟气的致癌作用多认为通过氧化损伤机制致癌，其中最受关注的成份是自由基，有研究发现烟气可能导致基因特定序列甲基化机制致癌[23～24]。烟气的基因突变作用是指由于 DNA碱基对的置换、增添或缺失而引起的基因结构的变化，最近有研究发现烟碱依赖形成与基因突变有关[25]，烟碱通过作用于中枢神经细胞突触前乙酰胆碱受体，从而使吸烟者产生欣快感。

2 卷烟减害和保润植物应用研究现状与作用基础

2.1 减害植物应用研究现状

许多研究表明茶叶和茶多酚添加到卷烟或滤嘴上具有降低自由基的明显效果[31～34]。甘草素复合添加剂能降低烟气有害自由基[35]。由苦苣、薏苡仁、枸杞子、山楂等为原料制备的解烟毒保健营养液可有效清除吸烟导致体内自由基等有害物质，明显减轻吸烟导致的肺、心和脑血管损伤[36]。藿香、五味子、甘草、降香添加剂能分别降低烟气自由基46.4%、32.1%、27.5%和18.8%[37]。葡萄籽提取物、碧罗芷、松树皮提取物和复合植物提取物清除自由基的效果较好[38]。王彦亭等[39]运用我国传统中医药学理论研发神农萃取液应用于卷烟，对具有清热平喘止咳以及具有抗诱变及自由基清除功能的菊花、金银花、大青叶、穿心莲、大蒜、北杏、胡萝卜素、黄芩、熊果酸等中草药进行筛选，主要成分为草珊瑚、总香豆素以及多酚类化合物等有益健康的物质，能显著缓解吸烟所致咳嗽、气喘、瘀痰等不良反应和降低细胞膜损伤、染色体基因突变等。添加叶黄素（a）可使焦油中的自由基浓度降低5.76% ～ 12.95%，添加β-类胡萝卜素可使焦油中的自由基浓度降低6.47% ～ 12.95%[40]。添加前花青素和维生素C的滤嘴对气相自由基的清除率为18% ～ 30%[41]。葛根黄酮、竹叶黄酮对氮氧自由基的清除率分别为 35.5%和 27.5%[42]。从迷迭香提取的多酚化合物及其衍生物加到滤嘴中使焦油中的半醌自由基信号降低约63%[43]。木蝴蝶、栘依树、白花丹、松树、葡萄、诃子、枸杞、紫菀、银杏提取物和抗氧化剂添加到烟丝或滤嘴上均具有清除烟气自由基的效果，其中以混合抗氧化剂的效果较好[44～49]。沙棘籽提取物可降低气相自由基40%～ 50%，可降低粒相自由基50% ～ 60%[51]。在烟丝中添加罗布麻叶添加剂使焦油自由基降低约3.2%，气相自由基降低约 7%[51]。丹参能通过调节血管内皮生长因子的表达而阻抑吸烟致肺气肿的发生[52]。仙鹤草地上部分干燥萃取物对烟丝中尼古丁清除率为17.24% ～ 26.44%，对烟气中尼古丁清除率为57.1% ～ 69.7%[53]。辛夷花蕾经干燥筛分添加到卷烟滤嘴使烟碱、总粒相物、焦油量分别降低8.14%、12.62%和l4.54%[54]。将黄芪、陈皮、桔梗等药用植物提取混合物喷洒到烟丝上，能够清除烟气中的自由基和提高吸烟者自身免疫功能[55]。从首乌等中草药中提取生物添加剂与表香混合后均匀喷雾在烟丝表面可降低多环芳烃与自由基45% ～ 54%[56]。川贝、玉竹、太子参、麦冬四味以润肺为主中药对吸烟均有一定保护作用，但以太子参及川贝较好，麦冬与玉竹相对较差[57～58]。由葛根、丁香、姜黄、补骨脂为原料，以海泡石为助提物，加入卷烟烟丝中可降解20% ～ 80%的多环芳烃并且可以降低焦油[59]。将淫羊藿和芍药等中药提取物应用到卷烟中使苯并芘降低 21.8%，烟草特有 N-亚硝胺降低26.3%[60]。综上所述，具有减害功用植物的研究相当活跃，除胡萝卜素、碧萝芷和茶多酚等生化物质外，主要植物种类有48种，隶属30科48属（见表1），其中以豆科（5种）、蔷薇科（4种）、唇形科（4种）、百合科（4种）和菊科（3种）较多，这些植物大都为中草药，或具润肺止咳祛痰功能，或具降压活血利尿功效。

表1 已研究的减害保润植物种类Table 1 Plant species studied for harm reduction and moisture retention

2.2 减害植物作用基础

烟气中大量活性氧自由基的吸入引起体内组织产生脂质过氧化，造成生物膜结构破坏和功能损伤导致各种病变。烟气自由基有气相和粒相两部分，气相自由基主要有烷氧基自由基（RO·）和烷基自由基（R·）等存在于烟雾中，粒相自由基主要有醌/半醌自由基（Q·/QH·）、多环芳烃自由基等存在于焦油中。茶多酚抗氧化能力极强，能阻断脂质过氧化反应使脂质过氧化减少或清除部分自由基，从而抵制气管上皮细胞氧化损伤。甘草黄酮是一类高效抗氧化剂，对焦油自由基的清除作用主要表现在甘草类黄酮的抗氧化性。栘依树等提取物具有清除烟气自由基的功能，可能是这些中草药中的有效成分阻断了卷烟在燃烧时自由基的产生或是对生成的自由基进行迅速的淬灭。这些提取物含原花色素、维生素 C、黄酮、植物多酚等，原花色素基本结构单元是黄烷-3,4-二醇可转为为花青素和其他多酚；维生素C有两个相邻烯醇式羟基，极易释放H+生成脱氢维生素C，形成氧化还原系统；黄酮类化合物作为优良的供氢体，向活泼的自由基提供H+后，自身形成的自由基可通过共振杂化被稳定，也可与其它自由基结合成稳定的二聚体，从而中断自由基的链式反应，发挥抗氧化作用。植物多酚分子结构中具有多个反应活性基团和活性部位，其中酚羟基是最具特征性的活性基团，大量酚羟基的存在，可以直接与烟气中烟碱、苯并芘类等发生稳定的分子复合。丹参具有活血化瘀和凉血功效，仙鹤草主治咯血和吐血等，辛夷具保护鼻粘膜有通鼻窍功效，何首乌具抗衰老和降血脂等功效，川贝、玉竹、太子参、麦冬具润肺止咳、益气健脾等功效，这些中草药具有抑制肺气肿、保护支气管、清除尼古丁、降低烟焦油、减少多环芳烃和苯并芘的作用。草药中含有许多对身体有利的生物碱、黄酮甙、桔梗皂甙、植物甾醇、维生素、氨基酸、菊糖、果糖、半乳糖、葡萄糖、树脂等挥发性物质和铁、锌、硒类等多种矿物质，应用中草药添加剂既有减毒作用，又有保健功效，添加到卷烟上，其有效成分可被蒸馏、气化、挥发和升华，形成微粒相和气相成分，以捕获烟气中的自由基，降低或阻断有害物质的生成，同时也作用于呼吸系统，或被肺泡吸收进人血液，根据中医理论，烟气直达胸肺与病变部位直接接触，或被血管吸收通达全身，效果优于药物经吞服、通过消化道再被吸收，符合中医药药食同源理论。

2.3 保润植物应用研究现状

在烟草生产过程中通常添加蜜糖、丙二醇、甘油、木糖醇、山梨醇等保润剂以保持烟叶水分，增加柔韧性等，并以丙二醇效果较好。应用NCS多元醇类复配保润剂可以替代丙二醇[26]。黄强等[27]为开发天然保润剂，从苹果皮渣中获得高纯度、低酯化度的D-吡喃半乳糖醛酸天然保润剂。为提高烟草加工质量，易锦满等[28]对麦芽低聚糖醇、NCS、D-吡喃半乳糖醛酸、复合添加剂（PDSI-101）和壳聚糖衍生物5种保湿剂进行比较表明，与丙二醇相比，5种保润剂的保湿率均有一定提高，其中以NCS、D-吡喃半乳糖醛酸、PDSI-101和壳聚糖衍生物的保润作用较强。阮晓明等[29]以天然植物玉米等为原料，通过提取和优化复配技术合成一种含有多种天然保湿因子的 PDS新型保润剂，效果优于丙二醇和甘油。鉴于丙二醇等化合物属于单向保润剂等缺点，陈建军等[30]从植物中提取天然戊聚糖双向保润剂。严恒等[31]研究表明魔芋葡甘聚糖基保润剂（KSAP）优于传统甘油和丙二醇保润剂。可见天然保润剂开发研究日趋活跃，但开发种类少，只包括玉米、魔芋、小麦等几种植物。

2.4 保润植物作用基础

卷烟保润剂这类物质都具有多个-OH基，它能和水分子形成氢键，这种结合方式能较稳定地存在于烟丝内部，在外部温度稍高和环境湿度较小情况下还能吸滞水分，从而达到防止烟丝水分散失的目的，因而具有一定的吸湿性，不同的保润剂具有不同的吸湿效果，差异取决于对水分子作用力的大小，作用力越大，对水分的结合力越强，保湿性越好。当环境相对湿度较高条件下，要求保润剂使烟丝水分增加量减少到最低水平而具防潮功能，这就要求保润剂对烟丝表面具有良好的成膜性，以减少烟丝对外界水分的吸收，且无害化。开发天然烟用保润剂是卷烟产业健康发展的必然方向。

4 浙江源应用于卷烟保润植物参试物种的选择

卷烟保润性能是影响卷烟香气、香味和吸食舒适度的重要因素。目前国内卷烟企业主要通过添加丙二醇、甘油等多羟基物质作为保润剂来提高卷烟的保润性能，但从实际情况看，尚存在烟丝水分散失快、主流烟气水分偏低、刺激性偏大、干燥感明显及口腔痰多等共性问题。卷烟保润通常意指在烟草加工过程中加入一定量的保润剂以改善烟草吸湿保润的物理性能。随着吸烟有害健康认识的增强，保润剂的选择已由人工合成转向绿色天然，而且卷烟保润将赋予润肺止咳功能等的减害保润内涵。因此，卷烟保润植物的应用选择将是具有吸湿和药用功能上的双重选择。

浙江有维管束植物3878种，其中药用植物1785种[61]，包括解表、清热、泻下、祛风湿、化湿、利湿、温里、行气、消食、驱虫、止血、活血化淤、化痰、止咳平喘、安神、平肝阳、熄风止痉、开窍、补虚、收涩、涌吐、攻毒杀虫去腐敛疮等功能。根据烟气有害成分和保润植物应用研究现状与作用基础分析，确定以浙江源为基本原则，沿着植物系统进化主线，寻找具有吸湿和润肺止咳双重功能的卷烟保润参试植物选择思路。

4.1 选择的基本原则

浙江源植物意指该植物在浙江具有原生性质，并非引进或归化的植物种类，具有浙江区域特色和区系特征，富含“浙江道地”内涵。浙江植物资源比较丰富，特有属、种及珍稀植物较多，如银杏属（Ginkgo）、金钱松属（Pseudolarix）、白豆杉属（Pseudotaus）、香果树属（Emmenopteris）等有 26个我国单种特有属，以及百山祖冷杉（Abies beshanzuensis）、普陀鹅耳枥（Carpinus putoensis）、天目铁木（Ostrya rehderiana）、杭州荠苧（Mosla hangchowensis）等90种浙江特有种。区系起源古老，保存相当多的残遗或孑遗植物，如在蕨类植物中属于古生代孑遗植物的松叶蕨属（Psilotum），中生代前已生存的紫萁属（Osmunda），在裸子植物中有罗汉松（Podocarpus macrophyllus）、三尖杉（Cephalotaus fortunei）、白豆杉（Pseudotaxus chienii）、南方红豆杉（Taxus mairei）等古老植物，在被子植物中有鹅掌楸（Liriodendron chinense）、木莲（Manglietia fordiana）等第三纪孑遗植物，以及胡桃科（Juglandaceae）、桦木科（Betulaceae）、壳斗科（Fagaceae）等柔荑花序类古老植物。浙江植物区系较复杂，泛热带、北温带、东亚、热带亚洲和东亚北美成分是组成浙江植物区系的主要部分，其中热带性属和温带性属比例相当，体现由暖温带向亚热带过渡的区域性质，给浙江源烟用植物选择提供了良好的生态地植物基础。浙江传统中药材生产历史悠久，“笕桥十八味”：荆芥、薄荷、玄参、白芷、麦冬、浙贝母、决明、地黄、紫苏、芥子、菊花、冬瓜子、续随子、藿香、桑白皮、玫瑰花、莱腹子、乌头在历史上享有盛名，“浙八味”：浙贝母、麦冬、玄参、白术、白芍、菊花、延胡索、温郁金迄今仍驰名全国，“磐五味”：白术、浙贝母、元胡、玄参和白芍生产经久不衰。2005年“天台乌药”由国家质量监督检验检疫总局发布原产地域产品保护。在掌握浙江源基本原则的基础上，综合考虑资源的分布和可再生性、特色性、功能性、安全性和自然地理区域上的适用性等原则。

4.2 选择的主要方法

4.2.1 以植物的系统进化为选择主线 沿着植物系统进化（Engler系统）这条主线，全面搜寻值得开发利用的浙江源功能植物。无论从历史的演化角度，还是从植物的进化角度，在现代植物中的蕨类植物（Pteridophyte）是高等植物中最原始的维管植物，也称羊齿植物，出现在古生代并形成地球上第一次原始森林，它和苔藓植物一样都具有明显的世代交替现象，产生孢子进行有性生殖，而不产生种子。裸子植物（Gymnosperm）是原始的种子植物，最初出现在古生代，在中生代至新生代遍布各大陆，只因胚珠和种子裸露，故称裸子植物。被子植物（Angiosperm）是植物界最高级的一类，自新生代以来在地球上占绝对优势，具有真正的花，胚珠包藏在子房内，并根据胚的子叶数量分为双子叶植物（Dicotyledons）和单子叶植物（Monocotyledons），在双子叶植物中又根据花瓣是否离合分为离瓣花亚纲又称古生花被亚纲（Archichlamydeae）和合瓣花亚纲又称后生花被亚纲（Metachlamydeae）。有关被子植物起源、演化的知识特别是化石证据不足，直到现在还没有一个比较完善的分类系统，目前世界上运用比较广泛的仍是恩格勒（A. Engler）系统。因此将沿着蕨类植物→裸子植物→双子叶（离生花瓣）植物→双子叶（合生花瓣）植物→单子叶植物的系统进化主线全面选择浙江源烟用植物。

4.2.2 以植物的双重保润功能为选择节点 针对吸烟主要引起支气管炎和肺气肿等症状，选择以润肺、祛痰、止咳、平喘为主，兼顾富具淀粉、糖类等功能性植物，掌握浙江源原则，沿着植物系统进化主线，根据浙江植物志提供的植物种类，逐一进行有层次、有权重的定性与定量相结合的选择。在选择过程中，通常遇到同科或同属中的几个种具有相似的功能，则按典型种选取，同科可以选取不同种，但同属最多控选2个典型种。因为，中药之性味与植物分类具明显的相关性，性味又与中药的作用相关，因而植物分类与中药临床效用有明显联系[63]，因此了解每味中草药的临床应用就可以从它的植物分类入手。如伞形科中药中柴胡、前胡、羌活、独活、白芷、防风、胡荽、藁本均系传统的祛风湿性药，具有明显的解表祛痛功效，惟当归、川芎为传统的补血活血药，在传统治头痛方药中都加当归、川芎两味，二药既善治头痛，亦可祛风，古有“治风先活血，血活风自灭”之说，说明二药同属伞形科，则与该科其他物种具一定的共同性。再如菊科中药中蒲公英、野菊花、青蒿、牛蒡子、茵陈、大小蓟、豨莶草等均具清热解毒作用，说明菊科中草药的主要作用是清热解毒，苍术、白术、苍耳子、佩兰4药虽为非传统的清热解毒药，但经现代药理学研究，也包含有清热解毒的作用。所以植物科属分类与中药的性味、功能具有较密切的联系，同科或同属参试植物的典型选择符合客观实际，对已做过研究的植物基本不再重复。

4.3 选择结果

根据以上选择方法，筛选出以下39种浙江源应用于卷烟保润功能性植物参试物种（见表2），隶属34科39属。

表2 浙江源应用于卷烟保润功能性植物参试物种Table 2 Species tested in this study for moisture retention from Zhejiang

表2 续

4 结语

吸烟有害健康，但中国现有 3.5亿多的烟民，因此如何减少烟气对人体的毒害作用已成为烟草业健康发展和保障人民身体健康的社会性重大公益问题。卷烟的有害成分有149种，这些有害成分之间相互作用对某些化学成分的实际毒性产生影响，以主流烟气和侧流烟气吸入人体或散发于空气中，对人体产生细胞毒、慢性毒、致癌和基因突变四方面毒害作用。许多研究表明，利用植物开发天然保润剂应用于卷烟减少毒害是可行的，但开发的种类较少，系统性不强，特别是充分运用植物分类学与中草药学间的关系去系统搜捕并研究开发保润植物的结合度还不够，多数还局限于传统或大众中药材，因此开发潜力很大。本研究从烟气有害成分入手，通过总结卷烟减害和保润植物的应用研究现状，分析功能性植物的作用基础，结合浙江植物资源和区系特点，运用植物分类与中药性状关联特征，研究提出39种浙江源应用于卷烟保润功能性植物参试物种，为下一步保润功能性有效成分的提取和在卷烟中的应用打下良好的基础。

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