武陵山片区部分县市的烟秆中烟碱含量分析

张 奇，何达海，余泽民，丁克毅

(西南民族大学化学与环境保护工程学院，四川 成都 610041)

烟碱俗称尼古丁(nicotine)，是烟草中的主要成分之一.其含量的高低是烟草商业价值的直接体现.如何通过科学种植从而提高烟草中烟碱的含量成为烟草种植业的关键课题.相关研究表明:烟碱含量的大小受到多方因素的影响.烟草生长地的纬度和地理方位[1-2]、相对湿度、平均日照时长、昼夜温差、降水量、生长期平均气温[3]、土壤的有机质(含氮量)[4-5]以及人工施用氮肥[6]都会对烟碱的含量产生积极影响.

烤烟是武陵山片区的主要经济农作物之一，该地区年均烤烟种植面积可达70余万亩，产量140余万担.农户户均种植10多亩，亩均净收入约3500元，是当地农民脱贫增收的重要途径之一.在武陵山片区，每年中秋前后采收烤烟，烤烟秸秆则被遗留在田间，这些秸秆高1.5 m左右，地上部分重约1 kg/株(含顶部的残次烟叶、烟花等).如果按每亩种植600株计算，烟秆产量可达在600 Kg.烟秆既不能焚烧也不能作为肥料，因而成了烟农的一种负担.若能对其进行资源开发再利用，不仅能获得非常有价值的天然化工原料和医药中间体——烟碱，而且还能增加烟农的收入.

烟草中烟碱的提取制备工艺主要有超声提取法[7]、微波辅助提取法[8]、超临界CO2提取法[9]以及乙醇室温提取法[10]，等.根据烟碱的理化性质，人们开发出如下检测方法，它们是气相色谱法[11]、红外光谱法[12]、注射电位法[13]、溶剂浮选光度法[14]、荷移光度法[15]、高浓度烟碱的旋光光度法[16]、火焰原子吸收光谱间接测定法[17]以及高效液相色谱法[18]等.目前工业生产中对烟碱的提取主要集中在烟叶上，对烟秆的研究鲜有报道[19].以采自武陵山片区的湖南龙山、凤凰、花垣、吉首，以及重庆彭水、武隆等6个县市的烟秆为样本，参考课题组前期提取工艺研究[20]，用95%乙醇室温浸泡的方法提取并制备烟碱粗提物，通过高效液相色谱法检测粗提物中烟碱的含量，探究不同地域采集的烟秆中烟碱含量随海拔高度、纬度的变化，以期为有针对性地选取某一地域的烟秆进行烟碱提取提供参考，同时也为最佳种植地域的划分提供实验依据.

1 仪器与材料

1.1 主要仪器

电子天平型号AL104，为上海统舒电子科技有限公司产品，粉碎机型号HX-200产自浙江永康溪岸五金药具厂)，旋转蒸发仪申光SGW-1为上海申生科技有限公司生产，超声波清洗器KQ-300E为江苏曙峰企业有限公司产品)，高效液相色谱分析仪 Agilent1200为安捷伦公司产品.

1.2 主要材料

95%乙醇产自天津博迪化工股份有限公司，甲醇由天津博迪化工股份有限公司提供，磷酸氢二钠为天津博迪化工股份有限公司产品，烟碱对照品购于四川金牛试剂有限公司，烟秆则采集于武陵山片区6个不同县市，本实验中所用试剂除非特别说明均为分析纯.

2 实验方法

2.1 烟秆烟碱的浸提法

将烟秆样品晒干后，切成2 cm左右的小段，用HX-200型高速中药粉碎机粉碎，得烟秆粉末.随后将20 g烟秆粉末加入500 mL锥形瓶中，按固—液比1:20加入乙醇浸泡13天后，抽滤，滤渣用100 mL乙醇洗涤2次，合并滤液，真空回收乙醇得烟秆浸膏.按照高效液相色谱条件检测浸膏中烟碱的含量.其主要流程为:烟秆→乙醇浸提→浸膏→HPLC检测.

2.2 样品的测定

2.2.1 色谱条件

色谱柱:Gemini 5u C18柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)；流动相A为甲醇，流动相B为0.02 mol/L磷酸氢二钠缓冲液，A:B ＝60:40；流速设置为1 mL/min；检测波长设定为259 nm；柱温为30℃；进样量为20 μL.

2.2.2 对照品溶液的制备

对照品贮备液:精密称取烟碱10 mg，少量甲醇溶解，置于10 mL容量瓶中，加蒸馏水稀释至刻度，经0.45 μm微孔滤膜过滤，得1 mg/mL的烟碱对照品贮备液，置于4℃冰箱保存待用.

2.2.3 供试品溶液的制备

供试品溶液:分别精密称取6个不同产地的烟秆浸膏200 mg，甲醇溶解，置于100 mL容量瓶中，加蒸馏水稀释至刻度，经0.45 μm微孔滤膜过滤，得2 mg/mL的烟碱供试品溶液，置于4℃冰箱保存待用.

2.2.4 烟碱标准曲线的配制

精密吸取烟碱对照品贮备液0.5，1.0，1.5，2.0、2.5和3.0 mL，分别置于10 mL容量瓶中，加蒸馏水稀释至刻度，经0.45 μm微孔滤膜过滤，取滤液，按照2.2.1的色谱条件进行HPLC分析，以烟碱浓度为横坐标，峰面积为纵坐标进行回归分析得标准曲线方程.

2.2.5 烟秆中烟碱的含量测定

将2.2.3中所配制的待测溶液按照2.2.1的色谱条件检测，按如下公式计算烟秆中烟碱的含量(Y，%):

式中:c为烟秆中烟碱的质量浓度，单位为mg/mL，由回归方程计算；V为供试品溶液的总体积，单位为mL；m为烟粉末质量，单位为g.

3 结果与讨论

3.1 不同地域烟秆中烟碱的含量

按上述提取和测定方法，武陵山区6个县市烟秆中烟碱的含量检测结果见表1.

表1 采自6个武陵山片区县市的烟秆中烟碱的含量Table 1 Nicotine contents in tobacco stem from six counties of Wulingmountain area

武陵山片区6个不同县市的烟秆中烟碱的含量范围在0.608% ～1.846% 之间(如表1所示)，重庆彭水采集的烟秆中烟碱含量明显高于其它产地，高达1.846%，湖南花垣采集的烟秆中烟碱含量最低，仅为0.608%.

烤烟植株中烟叶或烟秆中的烟碱含量取决于遗传因素、生态因素和栽培技术的共同作用.随着科学技术的不断发展，目前人们虽然已经可以通过基因重组和基因突变等方法改变遗传因素，同时开发更为科学的栽培技术对农作物的口感和主要营养物质含量加以调控，但作为影响烟叶和烟秆中烟碱含量的生态环境因素，如纬度、海拔、温度、以及地势地形等多方面的复杂因，却是难以认为控制的.这其中的维度和海拔是十分重要的环境因素，本文探讨了样品采集地的海拔高度和纬度与其烟碱含量的关联性.

3.2 烟秆中烟碱含量随种植地域海拔高度的变化情况

样品采集地的海拔高度从高到低依次为重庆彭水、湖南凤凰、湖南吉首、重庆武隆、湖南花垣、湖南龙山.其烟秆中烟碱含量随海拔高度变化如图1所示.

由图1可以看出，烟秆中烟碱的含量随产地海拔高度的增高而呈现逐渐增大的趋势，6个产地中，来源于重庆彭水(采集地海拔高度为1210 m)的烟秆中烟碱的含量最高，达到1.846%；湖南花垣(采集地海拔高度为870 m)与湖南龙山(采集地海拔高度为930 m)海拔高度相差不大、其烟秆中烟碱含量差异也不明显.可见，海拔高度对烟秆中烟碱的含量影响较显著.

3.3 烟秆中烟碱含量随种植地纬度的变化情况

一般来说，采样地点的纬度与烤烟生长期的平均温度、日照等因素有关，从而可能影响到烟秆中烟碱的含量.由表1中数据绘制的样品采集地的烟杆中烟碱含量随其纬度的变化如图2所示.

图1 不同产地烟秆中烟碱含量随海拔高度的变化Fig.1 The relationship of nicotine contents in tobacco stem with altitudes

图2 不同产地烟秆中烟碱含量随纬度的变化Fig.2 The relationship of nicotine contents in tobacco stem with latitudes

由图2可以看出，6个产地烟秆中烟碱的含量随纬度的增大呈现先减小后增大的趋势，其中重庆彭水产地的纬度在6个不同产地中最高，其烟秆中烟碱的含量最高，为1.846%，由折线图变化趋势可以看出，样品采集地的烟秆中烟碱的含量与纬度与无明显关联.

4 结论

室温浸提法提取武陵山区6个县市烟秆中的烟碱，HPLC法检测其烟秆中烟碱的含量.得出如下结论:

(1)武陵山区6个不同县市出产的烟秆中烟碱的含量差异较大，范围在0.608% ～1.846% 之间，重庆彭水县的烟秆中烟碱含量显著高于其它县市，高达1.846%，湖南花垣县的烟秆中烟碱含量最低，仅为0.608%.

(2)采自6个不同县市的烟秆中烟碱的含量，随产地海拔高度的增大呈现逐渐增大的趋势；而样品采集地的纬度与烟碱含量大小无明显关联性.

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