第四章 烟草生物碱
一.教学目的:
1.了解有关的生物碱。
2.掌握烟草生物碱的种类、结构。
3.熟练掌握烟碱的结构、性质、对烟草品质的影响。
4.掌握烟碱的积累规律及影响因素。
二.教学内容:
1.生物碱及烟草生物碱概述。
2.烟碱的结构和性质。
3.烟碱的生物合成和积累规律。
4.烟碱对烟质的影响。
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5.烟碱的生理作用和对健康的危害。
三.教学重点:
1.烟碱的结构和性质。
2.烟碱对烟质的影响。
3.烟碱的生理作用和对健康的危害。
四.教学难点:
1.烟碱可能的生物合成路线。
2.烟碱的积累规律及影响因素。
五.学时分配: 8学时
烟草生物碱属于含氮杂环化合物，但是由于它们是一类特殊的含氮化合物，从结构、性质和对烟质的影响等方面考虑,都与其他含氮化合物不同。因此，常对其单独进行研究。
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第一节. 生物碱概述
我们知道,生物界是一个十分庞大、极其复杂的世界,在漫长的进化过程中,生物体内的代谢途径及其产物也必然是形形色色,繁杂纷纭的.如果把碳水化合物、蛋白质、脂类及核酸等这些与生物本身的生存密切相关的物质代谢称为初生代谢产物的话,那么象抗生素、维生素、生物碱等其他对生物体没有明显作用的物质代谢则被称为次生代谢,这些物质被称为次生代谢产物.次生代谢的产物对生物体本身的意义不大,它不是机体生存所必需的物质.但是它同人类的生活关系密切.其产物的开发和利用具有重要的社会价值和商品价值.例如各种抗生素是重要的医药原料,维生素是维持机体生命活动的一类微量小分子有机化合物,能调节机体内的物质代谢过程,许多生物碱对人体有很强的生理作用,是许多中草药的有效成分。
与初生代谢产物相比,次生代谢产物无论是在数量上还是在类型上都要比初生代谢产物多得多和复杂得多.而且,目前对次生代谢产物的研究还远远不及对初生代谢产物研究得那么广泛和深入,根据次生代谢产物的结构特征和生理作用,可将其分为抗生素、生长激素、维生素、色素、生物碱和毒素等不同类型.其中生物碱就是最大的、最引人注意的一类。
生物碱是一类存在于生物体中的有机碱性物质,它主要存在于植物中,所以叫做植物碱。
并不是所有的植物都含有植物碱,含有植物碱的植物并不多.但是一种植物可以含有多种植物碱(最多可达几千种).同科植物所含植物碱的结构往往是相似的。
植物碱通常是与无机酸(硫酸、磷酸、硫氰酸)或有机酸(苹果酸、柠檬酸、草酸、琥珀酸、醋酸、
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丙酸等)结合成盐而存在于植物中,只有少数植物碱以游离碱的形式存在,也有少数植物碱分别以糖苷、有机酸酯或酰胺的形式存在.大多数生物碱都是结构复杂的多环化合物,分子中大多含有含氮的杂环,有旋光性和明显的生理效应,且多为左旋。
生物碱对于植物本身的作用虽然尚不清楚,但它毕竟是代谢产物,示踪烟碱的研究表明,烟碱和其他生物碱确实参加了植物的代谢活动.很多生物碱对人体有很强的生理作用,是很有效的药物,许多中草药(甘草、当归、黄连、麻黄、贝母、常山等)的有效成分都是生物碱.我国采用中草药治病已有数千年历史,驰名中外.生物碱结构和性质的研究,对于合成更有效的药物,丰富祖国医学宝库,具有重要意义,而且,这也是目前全世界都在关注的问题。
根据生物碱所含碳和氮组成的基本结构,将生物碱分为:四氢吡咯族(古柯叶碱)、六氢吡啶族(胡椒碱)、吡啶-吡咯族(烟碱、阿托品)、缩双四氢吡咯族(狗舌草碱)、缩双六氢吡啶族(羽扁豆碱、鹰爪碱)、喹啉族(金鸡钠碱)、异喹啉族(吐根碱、罂粟碱)、吲哚族(毒扁豆碱、麦角新碱、番木鳖碱、蛇根草素)、咪唑族(毛果芸香碱)、喹唑啉族(常山碱)、嘌呤族(咖啡碱)、菲环族(吗啡碱)、甾型植物碱(贝母素甲)、非杂环族(麻黄碱、秋水仙碱)。
第二节. 烟草生物碱
烟草生物碱是一个类群,包括近50种物质,存在于约60多个不同种的烟草中,它们的个别成分也存在于烟草以外的某些植物.烟草生物碱按照其分子结构主要有两类,一类是吡啶与氢化吡咯相结合的化合物,如烟碱(尼古丁)、去甲基烟碱(降烟碱)、去甲基去氢烟碱(表斯明)、二烯烟碱(尼古替林)、去甲基二烯烟碱(降尼古替林)等;另一类是吡啶与吡啶或氢化吡啶相结合的化合物,如新烟碱(安那培
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新)、N-甲基新烟碱(N-甲基安那培新)、去氢新烟碱(安那他明)、N-甲基去氢新烟碱(N-甲基安那他明)、2,3`-二吡啶等,其结构如下：
NNCH3NNHNN
烟碱 降烟碱 去氢去甲基烟碱
NNHNNCH3NNH
去甲基二烯烟碱 二烯烟碱 新烟碱
NNCH3NNHNNCH3NN
甲基新烟碱 去氮新烟碱 N—甲基去氢新烟碱 2，3’一二吡啶
烟草生物碱中,以烟碱为最重要,烟草之所以作为各种形式的消费品,主要是烟碱可以作用于中枢
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神经系统,使人感到兴奋.它约占烟草生物碱总量的95%以上.其次是去甲基烟碱、新烟碱等.去甲基烟碱又称降烟碱以左旋、右旋、外消旋三种形式存在.烤烟中降烟碱的存在对吃味不利,一般认为它是在烟叶生长,烘烤和复烤期间由烟碱形成的。新烟碱又称假木贼碱,它的生理效应和其他性质基本上与烟碱相同。
第三节. 烟碱的结构和性质
一.烟碱的结构
烟碱的英文名称是Nicotine(尼古丁).据资料介绍,1561年法国驻葡萄牙大使琼·尼可特(Jean·Nicot)把黄花烟草献给法国皇后卡萨林,开始作为观赏植物种在花园里,后被人们作为鼻烟来利用,发现烟草中有一种刺激性物质,就以这个大使的名字来命名,这即是Nicotine的来历.1753年植物分类学家林奈斯(Linnaeus)就用这个名称作为烟草属的属名:Nicotiana。
1825年,瑞士化学家培柯特(A·Pikete)首次从烟草中分离出尼古丁.1893年,培耳尔(Pinner)完全以化学方法最早确定尼古丁的化学结构.1928年,spath和Bretschneider用化学合成法证实了这种结构.即尼古丁的化学名称为1-甲基-2-(3'-吡啶)吡咯烷。
烟碱和新烟碱的分子式都是C10H14N2,它们是同分异构体.去甲基烟碱的分子式是C9H12N2。
二.烟碱的物理性质
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烟碱在室温下为无色或淡黄色油状液体,与空气接触很快变为棕黄色.有强烈的刺激性,味辛辣.沸点247℃,比重1.009(20℃),具有左旋性.烟碱可溶于水,并可与水以任意比例相混溶.有潮解性,在60℃以下能与水反应生成水合物.具有随水蒸气挥发而不分解的特殊性质,常规分析中从烟草样品中提取烟碱就是根据这种性质进行的.在调制、发酵以及烟草制品加工过程中,在高温有水分蒸发的情况下,烟碱随之蒸发而含量减少.烟碱也能溶于乙醇、乙醚及石油醚等有机溶剂。
烟碱对某波段的短波光(即紫外光)具有最大的吸收能力,并且吸光度与烟碱的含量呈正比.因此用水蒸气将烟草样品中的烟碱蒸馏出来,借助于紫外分光度计即可测得待测液中烟碱的浓度,进一步换算出烟碱的含量。
烟碱有剧毒,少量刺激人的中枢神经系统,引起兴奋,并增高血压,大量时能抑制中枢神经系统,使呼吸困难和心脏麻痹.如果一次吸入或内服纯烟碱达40毫克,则可使人致死.但烟碱不会在人体内积累,在体内代谢过程中很快随尿排出体外。
三.烟碱的化学性质
1.碱性及成盐作用
氮原子的电子层结构是1S22S22P3,最外电子层有3个未成对的P电子.在形成吡啶环时,氮原子外层电子的2S22P1电子轨道发生SP2杂化,形成三个杂化轨道,两个与碳原子形成б键,一个参与了共轭体系,其余两个P电子仍是未共用电子对,能与质子结合,因此吡啶显碱性。
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吡啶又是一个叔胺,由于氮原子上存在未共用电子对,环上的电子云也偏向于氮原子,它的碱性(PKb=8.8)比苯胺的碱性(PKb=9.3)强,但比脂肪族胺及氨(CH3-NH2,PKb=3.36;NH3:PKb=4.75)弱的多。
吡咯是一个仲胺.在吡咯环上由于氮原子上的未共用电子对参与了共轭体系,不易与质子结合,吡咯的碱性极弱,比一般仲胺的碱性弱的多.但是烟碱结构中的氢化吡咯为饱和化合物,不存在共轭体系,未共用电子对能与质子结合,具有一般仲胺较强的碱性。
由于烟碱结构中的吡啶环和氢化吡咯环均呈碱性,所以烟碱是碱性化合物,能与多种无机酸,及有机酸,反应生成盐,这些盐大多易溶于水和有机溶剂.例如在烟草生物体内大部分烟碱与草酸、苹果酸、柠檬酸、芳香族酸结合成相应的盐类,叫做结合态烟碱.这种结合态烟碱在碱性条件下会分解,产生游离态烟碱.游离态烟碱的碱性大于结合态烟碱,烟草样品中烟碱含量的常规分析就是根据这种性质,加强碱(NaOH)使烟碱的盐分解为游离态烟碱,再进行蒸馏.烟碱能与无机酸结合生成盐,如在烟碱的工业提取中,就是用盐酸或硫酸吸收烟碱而制取盐酸烟碱或硫酸烟碱。
2.氧化作用.
烟碱易被氧化,在空气中会自动氧化成烟酸、氧化烟碱、烟碱烯等.在紫外光作用下转变为烟碱氧化物.受强氧化剂(如浓HNO3、KMnO4等),则转变为烟酸。
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NNCH3紫外光或浓HNO3NCOOH+CH3N H2
烟酸羧基的羟基被氨基取代生成烟酰胺
COOHNNCONH2
3.沉淀作用.
许多试剂可与烟碱生成沉淀或发生颜色反应,可以用这些试剂来检出烟碱.例如,在酸性条件下,烟碱溶液中加入硅钨酸,生成烟碱的硅钨酸盐白色沉淀,加热静置后形成针状结晶.烟碱的硅钨酸盐在800~850℃的高温下烧灼,剩余下来的不能氧化的是无水硅钨酸残渣,根据化合物的定量比例关系,称其重量即可计算出总烟碱的含量。
2C10H14N2 + SiO2·12WO3·26H2O → SiO2·12WO3·2H20·(C10H14N2)2·5H2O↓+19H2O
4.烟碱的亚硝酸反应
随着吸烟与健康的深入研究,烟草特有的亚硝胺(TSNA)已受到重视.为了提供对潜在致癌物(TSNA)形成的理解,进行了烟碱和NaNO2反应的研究.在25℃时反应导致N-亚硝基去甲基烟碱
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(NNN)、4-(N-甲基亚硝胺)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)和4-(N-甲基亚硝胺)-4-(3-吡啶基)-丁醛(NNA)的生成,产率为0.1~2.8%,绝大部分烟碱没有发生反应.当反应用过量5倍的NaNO2在90℃进行时,有75~85%的烟碱发生反应,亚硝胺NNN和NNK的生成较多,产率可分别高达13.5和4.3%.除烟碱外,其他烟草生物碱也能生成TSNA,如N-亚硝基新烟碱(NAB)和N-亚硝基新烟草碱(NAT)分别来源于新烟碱和新烟草碱。
5.烟碱的稳定性
CORESTA 研究了各种储存条件对烟碱降解的影响,结果表明:在储存过程中,高纯度烟碱降解缓慢,例如,将纯度为99%的烟碱储存于冰箱中18个月,纯度降为97%.经测定主要降解的产物为Cotinine和myosmine,实验中测到的最大值为1%,且对烟碱的测定结果影响较小.另外,水是储存过程中的主要污染物质,其含量大约为1%,在校正了水分之后,硅钨酸对纯度高于96%的烟碱可得到最佳测定值.即在这个纯度下,降解产物的干扰可以忽略不计。
第四节 烟碱的生物合成和积累
一.烟碱的生物合成.
烟草生物碱合成的研究最活跃的时期为20世纪40~60年代,尤其重视生物合成的场所和路线.但是,尽管烟草科学进展较快,在烟草中各种生物碱的形成机理和详细的合成路线还不完全清楚.这里只能介绍一些公认的研究成果.
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1.烟碱的形成部位(器官)
为了研究生物碱的转移,奈斯(Nath B.V. 1936)是做烟草-番茄嫁接的第一个人,此后,这种技术被广泛地用于生物碱形成场所的研究.许多研究报道指出,烟碱是在烟草根部形成的,通过木质部输送到地上部.这是比较统一的结论.去甲基烟碱是在植株地上部分中烟碱脱去甲基的产物.假木贼碱在根部和地上部分均能形成.
然而,在烟草植株的其它场所也有形成生物碱的证据.不再介绍,学生们自己看资料.
2.烟碱的形成途径.
①.14C示踪研究表明,烟碱的形成不是直接利用CO2,而是涉及到糖、有机酸和氨基酸.
②.烟碱的生物合成是极其复杂的过程,有不少假说.一般认为需经历三个步骤,即N-甲基吡咯烷环的形成;烟酸的活化,及其两者的化合.
③.吡咯烷环的形成.
N-甲基吡咯烷环生物合成的主要路线是:
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NHHOOCNH2NCNH2精氨酸脱羧酶H2NCO2H2 N NHNH —CONH —CNH2NH2N—氨甲酰基腐胺2HOOCNH25NH2O鸟氨酸脱羧酶H2NCO2NH —CNH2腐胺（1，4—丁二胺）S-腺嘌呤-蛋氨酸（CH3供体）CHO NHCH3甲基腐胺氧化酶 腐胺 N-甲基转移酶H2NNHCH3+NXCH3-'N-甲基- 一二氢吡咯盐
除精氨酸和鸟氨酸外,发现其他的氨基酸同样可作为吡咯烷环的供体.14C标记的氨基酸结合到烟碱中的速率按下列次序递减:谷氨酸、天冬、精、脯、亮、缬、丝、苯丙、丙、组、赖和苏。
④.烟碱的形成和活化
3-磷酸·甘油醛和天冬氨酸可形成喹啉酸,喹啉酸脱羧性形成烟酸。(图4-3)
⑤.N-甲基吡咯烷环与烟酸的化合
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烟酸结合到烟碱的吡啶环同时失去羧基,烟碱中的吡咯烷环是与吡啶环的C3位置相连接.烟碱形成的假设,包括了烟酸还原成为3,6-二氢烟酸,二氢烟酸经受同时脱羧并与N-甲基-△-吡咯烷盐的化合.中间产物脱氢失去原先存在于烟酸C6上的氢,而截留的氢加到还原步骤中成为3,6-二氢烟酸。
3.烟碱的代谢
1959年,左天觉第一次令人信服地证明了烟碱比去甲基化作用经受更广泛的降解作用.将15N标记的假木贼碱和去甲烟碱 15N、14C双标记的烟碱给予黄花烟草、粉蓝烟草和粘毛烟草,结果表明所有的生物碱都发生相互转化。
①.烟碱的代谢物
在烟碱的广泛降解中,烟酸是第一个已知的特殊代谢物(图4-6).左天觉用14C单一标记的烟碱长时间喂黄花烟草,结果表明,在它所含的氨基酸、色素、有机酸和糖类中都可检查到放射性;用
15N
单
一标记的烟碱给予烟草,同样发现大部分同位素含在氨基酸部分(包括游离氨基酸和水解后的氨基酸).作者指出,在烟草内烟碱是处于动态的,它与初生代谢途径有关.烟碱在发芽后的种子里出现,在生长过程中形成和降解,是与蛋白质及其组分的代谢作用有关系的.烟碱不是代谢的废物。
②.代谢途径的调节。
烟草生物碱形成是受基因控制的.并且也受环境条件的影响.在烟草植物体含有生物碱,就意味着烟草具有生物碱合成和分解代谢两种能力.而且分解代谢的速度相当慢,生物合成的速度相当快,致使
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烟草生物碱积累起来。
由鸟氨酸形成烟碱时,催化最初三个反应的三个酶已从烟草里分离出来，去顶后四周的植株中这三种酶的活性提高2-10倍,去后24小时活性达到最高,以后1～2天再降低.烟碱以类似的规律在根部积累.测过活性的这三种酶是鸟氨酸脱氢酶、腐胺N-甲基转化酶、N-甲基腐胺氧化酶.以烟碱为抑制剂在体内试验结果是负的。
三.烟碱的积累
烟草类型、烟叶部位、栽培方法、成熟度和肥料处理是决定烟草生物碱含量的几个重要因素.实际上,生产中每一个影响生物代谢的步骤,都对生物碱的合成和积累起一定的作用。
①.马里兰烟和土耳其烟一般烟碱含量较低,烤烟,白肋烟,古巴和美国康涅狄格州的雪茄外包叶属中等,宾夕法尼亚烟,深色明火烤烟,尤其是黄花烟的烟碱含量高.②.叶片的烟碱含量最高,根部次之,烟茎最少.③.一片烟叶中,叶尖和叶缘的生物碱含量高于叶基和叶中心区域.④.生物碱含量随着成熟度的增加而增加.⑤.打顶促进烟碱的合成和积累.⑥.增施氮肥有利烟碱的积累.在适宜的条件下,黄花烟比普通烟草的烟碱含量高,黄花烟每亩经常产生11kg或更多的烟碱,差不多比普通烟草多一倍.
⑦.普通烟草中烟碱含量也存在很大差异.检测152个栽培品种,发现生物碱含量范围在0.17~4.93%之间.关于烟碱遗传的现行知识已有完整的记载,有广泛含量范围的烟草品系都能获得.去甲基碱和假木贼碱是仅次于烟碱含量的生物碱,烟碱和去甲烟碱是由单一的显性基因所控制.
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⑧.烟叶部位越高烟碱含量越高.成熟度越高烟碱含量越高,烟草类和栽培措施影响烟碱的合成和积累,打顶少,留叶能显著提高烟碱的含量.
⑨.增加根部生长和烟株固定CO2的能力,能增加烟碱的合成和积累.一次试验计算表明,长了60天的烟株每天固定CO2的净值有17%用于合成烟碱.
在一次黄花烟叶切片的研究中,发现生物碱的贮存可以发生在烟叶薄壁组织的任何细胞中.质体液泡和内质网内部都能看到烟碱。
四.影响生物碱积累的因素
1.遗传性质
某些物种和品种的遗传性规定其生物碱含量的高或低.不同含量的生物碱可通过选种或育种来获得.烟草中烟碱的含量可从某些雪茄烟品系的接近于零,直至白肋烟品系中的4.5%.美国农业部研究处所收集保存的红花烟草种质和烟草属各品种中,观察到总生物碱含量范围为0.20~7.80%。
2.栽培因素
①.氮素营养:在栽培操作中氮素营养对烟草生长和烟碱的积累有最大的影响.白肋烟生长于高氮肥条件下,总生物碱似与总氮量发生较少联系,而烤烟组织中氮与烟碱的含量却有正的相关性.也有报道白肋21在高氮肥条件下总生物碱中转化为去甲基烟碱的百分率比低氮条件下多。
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图
4-9
表示烟草体内生物碱形成过程与氮素吸收过程.在氮素吸收过程几乎停止时，生物碱的形
成急剧增加，打顶时达两个过程高峰的分界,可见打顶对氮素代谢和生物碱合成有重要作用。
②.打顶抹杈:早花期打顶(摘除顶端分生组织)是标准的栽培操作,它随后改变了烟草的质量.除去顶端优势使腋芽发展起来,必须除去或抑制这些新生分枝的发展,以求获得高质量的烟叶.用不打顶不抹杈、打顶不抹杈、打顶后手工抹杈和打顶后用马来酰肼处理等方法,分别获得每公顷产量为2128、2297、2528和2766kg的白肋烟.从这些处理所列烟叶的烟碱含量分别为2.17%,2.74%,3.02%,和2.85%.上述数据说明这样的结论:打顶并控制腋芽发生能提高烟碱含量。
打顶抹杈为什么能提高烟碱含量呢?
许多研究报告讨论了这个问题,综合起来有六个方面的机理:
①.土壤含氮量对植株烟碱含量的作用,在打顶前不明显,打顶后急剧增加,显示出土壤含氮量的作用。
②.烟碱合成的高峰比氮素吸收的高峰要晚,烟株能利用打顶前吸收的氮素来合成烟碱。
③.打顶能刺激烟株利用任何器官内的氮素来合成烟碱。
④.打顶后吸收的氮素比打顶前更有效地结合到烟碱中去,即打顶后吸收的氮素用于合成烟碱的利用率高。
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⑤.打顶刺激了根系的生长,合成更多的烟碱.(烟碱是在根部合成的).
⑥.烟碱的合成和分解是一连续过程,同时进行,但是打顶能部分抑制降解作用,造成烟碱合成的多,降解的少,净增多。
3.环境因素
环境因素包括土壤因素和气象因素(气温、降雨、光照)。
肥沃、粘重、色暗的土壤上生产出的烟叶烟碱含量高,疏松的沙质土壤上生产的烟叶烟碱含量低.土壤的PH值对烟碱的积累也有影响,对烟碱形成最适宜的PH值为6左右。
有效的土壤湿度是调节烟草生长和烟碱合成的重要因素.土壤湿度低(干旱)限制烟草生长,叶面积增长慢,有利于烟碱的积累.土壤湿度高将增加生长速度和叶面积,而降低烟碱的含量.因此,适当浇水和及时中耕有利于调节土壤水分,促进根系生长是提高烟碱含量的有效措施.防雨排涝,防治根结线虫和危害根系的病害,也是重要的。
气温:成熟期积温与叶片中烟碱含量呈正相关,相关系数为γ=0.2002,即成熟期(烟碱大量合成积累高峰期)积温越高,烟碱含量越高,反之则低.原因是烟草为喜温作物。
降雨:成熟期降雨量与烟碱含量呈负相关,相关系数为:γ=-0.2223.即成熟期降雨量越多,越不利于叶片中烟碱的积累,烟碱含量越低.但烟草的正常生长和成熟又需要适当的水分。
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日照:成熟期日照时数与叶片中烟碱含量呈正相关,相关系数为γ=0.6623,达显著水平.这说明,成熟期日照时数对烟碱含量影响较大.日照充足时成熟的烟叶烟碱含量高,反之则低。
第五节 烟碱对烟质的作用
一.烟碱的挥发和降解
挥发:烟碱具有挥发性和随水蒸气蒸发的性质.干烟叶在加工过程中由于高温和水分蒸发的作用,烟碱不断挥发散失,因此在烟草加工时常采用加湿和去湿交替进行,而达到去除杂气和醇烟味的目的,其中烟碱有较大的散失.
降解:使烟碱降解的条件有:光照,氧化,高温,微生物降解等.如:烟碱在紫外光照射时形成二烯烟碱.甲胺.烟酸.在30℃通气氧化时,烟碱的氧化产物有:烟酸、氧化烟碱、二烯烟碱、可的宁、麦斯明等.烟碱的微生物降解,有一个报道涉及土壤细菌.从微生物降解产物中分离出假氧化烟碱和3-烟酰基丙酸。
Frankenburg及其同事们对生物碱降解做了很深入的研究.宾宾法尼亚雪茄芯叶在陈化和发酵时,烟碱含量显著降低,同时增加了烟碱转化产物.烟碱和次生烟碱在雪茄烟叶中转化成为各种3位取代的吡啶化合物,包括烟酸、麦斯明、3-吡啶基甲基酮、2,3’-联吡啶、氧化烟碱、3-吡啶基丙酮、烟酰胺、N-甲基烟酰胺、可的宁等。
二.烟碱对烟质的作用
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烟碱是烟叶中最重要的生理活性物质.摄入适量的烟碱可以提神兴奋,精神振作,消除紧张状态等,这是因为烟碱具有兴奋大脑神经的生理作用,内在质量好的烟叶及烟制品含有适量的烟碱,将给吸烟者以适当的生理强度和好的香气、吃味.烤烟的烟碱含量以下部叶1.2~1.5%,中部叶1.8~2.0%,上部叶2.0~2.5%,较为适宜,平均以2.0%最好.淡味烤烟型卷烟(如“中华”,“红塔山”等)配方烟丝烟碱以1.2~1.7%为宜,烟气烟碱以1.2~1.3mg/支一般消费者均能接受.浓味烤烟型卷烟约为1.7~2.2%(如“将军”、“555”等).白肋烟在2~4%范围内,以3%为佳.淡味混合型卷烟约为1.5~1.7%,浓味混合型卷烟约为1.8~2.2%.(如“羊城”等).若烟碱含量过低则劲头小,吸食淡而无味.若烟碱含量高则劲头大,刺激性增强,产生辛辣味。
烟碱含量还要与其他化学成分保持平衡协调比例,才能产生好的综合质量,特别是水溶性糖与烟碱的比例常用来评价烟质的劲头和舒适程度.Coulson(1958年)研究了两者的比例与吃味特征的关系如表4-1.可以看出其比值以6~10较为适宜。
烟气中的几种吡啶化合物是从烟碱高温分解形成的,这些化合物产生仅能从烟气中才辨别出的类似烟草的树脂香味.下列反应式说明在不同温度下烟碱的热解反应:860℃-吡咯,800℃-2,2—联吡啶,600~800℃-3—甲基吡啶,4—甲基吡啶,3—乙烯基吡啶.使低烟碱含量的烟叶,若在加工之前将吡啶衍生物添加烟叶中,则抽吸效果有很大改善。
烟碱在烟叶中以两种状态存在,烟叶燃烧后在烟气中这两种状态也存在.游离态烟碱的碱性和刺激性强于结合态.随着烟叶或烟气碱性的增加,结合态烟碱转变为游离态.因此,控制烟气的碱度,是减轻刺激性的一种途径.另一方面,游离态烟碱对味觉感官有明显的满足效果,所以在一定量的范围内,当
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烟碱含量高,烟气的PH值大或游离态烟碱比例高时,吸烟者会得到更大满足。
三.吸烟的作用
人们为什么要吸烟?烟的诱惑力究竟是什么?非吸烟者往往对此感到困惑不解.然而尽管还没有能够对吸烟的动机和行为的出明确的结论,吸烟毕竟是一种社会现象和消费者的需求,吸烟者在总人口中占了相当大的比例,这不能不使人深思.烟草作为自然界的一种产物,它必然会含有某些有显著作用的东西才有可能被如此众多的人们所长期利用.几千年来人们认为生物碱是烟叶和烟气的主要标志,而吸烟的心理作用和生理作用,也以烟碱作为出发点.美国医政局将习惯性吸烟定义为“一种与心理和社会的促动,并受到尼古丁对中枢神经系统的药理作用而强化和成瘾的主观必需品”.这一定义虽不能包揽所有吸烟者的吸烟动机,但它涉及到吸烟习惯的三个根源,既社会、心理和生理因素,并受到烟碱的强化作用。
1.社会因素
青年人为适应社会的需要,开始尝试吸烟,他们常以此来向社会显示自己的成熟和老练,一旦吸烟成瘾,就自然地加入了烟民队伍.青年人和女性对传统的挑战,往往也以吸烟显示自己的形象.影视、广告和吸烟者的暗示效应也是促使人们吸烟的社会原因。
社会需要是吸烟的一个重要原因,相互递烟和敬烟成为社交中的一种礼节.若不这样做会引起彼此间的难堪和相互尊重的程度,从而影响交往的效果和目的.香烟作为一种馈赠礼品也是一种普遍现象,亲朋好友之间相互拜访,无礼品不成敬意,赠送香烟能增加友谊和联络感情.吸烟的另一种社会因素
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就是有些吸烟者向社会显示自己的地位和富有,认为抽吸高档流行的烟制品是一种时髦且有风度。
2.心理因素
吸烟可能与弗洛伊德的口腔满足理论有关.吸烟具有心理依赖性,吸烟可给消费者带来有益的心理效果.吸烟具有适度的兴奋作用和松弛作用,还具有抵御厌烦情绪的心理作用,它可以降低消费者的主观紧张响应,消除身体和情绪的紧张感。
吸烟可以改善烟民的情绪,降低其焦急和愤怒感,这是吸烟的一个重要的心理因素.实验研究表明,吸烟时消费者的情绪较平静、较放松、较满意、较友善、较快乐.这一结果已得到许多吸烟者的吸烟行为的支持,80%的吸烟者说当焦虑时就吸更多的烟,75%的吸烟者说愤怒时就吸烟,60%的认为吸烟可使它们感到快慰.可见吸烟既消愁解闷,又可使人心情舒畅。
吸烟的另一个心理因素是有助于思维和精力集中,有助于改善行为,提高工作效率、交谈艺术、学习效果、体育竞技等,还可以消除疲劳,这可能就是人们为什么在工作的空闲、交谈时、思考时、写文章时、体育训练比赛的空隙、下班之后、吃饭之后都要吸烟的道理.Tarriere等人的测试表明,驾驶员吸烟可以提高驾驶效率,缩短反应时间,提高行为的反应速度和准确性。
因此,吸烟是支配消费者日常生活和工作的一种调节剂,它是吸烟者一种有目的心理活动.“饭后一支烟,赛过活神仙”已成为许多吸烟者的习惯性享受。
3.生理作用
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烟气中的烟碱可给吸烟者以生理满足,其它生理物质所产生的香气和吃味也赋予消费者以生理享受.当烟气被吸入口腔时,接触味蕾的可溶性物质,可获得吃味的生理享受,烟气到达鼻腔时,嗅觉神经可感受到愉快的香气,烟气到达肺部时,其中的烟碱对中枢神经的药理作用,通过传导而提供强烈的生理感受。
吸烟的生理因素重要的还是烟碱的药理作用,它的成瘾作用使人们对吸烟产生强烈的依赖性。
4.药理作用
烟碱通过吸烟而摄入体内,96%在肺内吸收,入血液后6秒钟可到达大脑,对大脑皮层产生兴奋作用.烟碱似乎是通过脉络膜丛的被动扩散和主动转移而进入大脑的,并结合在大脑中的乙酰胆碱受体上.烟碱主要对中枢神经和植物神经系统的神经细胞和运动神经末梢具有双重作用.美国军医局的报告表明,卷烟是成瘾的.而烟碱又是烟草中引起成瘾的药物,其药理效应类似于其他成瘾药物,如海洛因和可卡因等.对烟碱的感觉和药理效果最初是反感,其作用的变化(从厌恶到有益和强化)是吸烟成瘾的关键因素,烟碱作为强烈的初始强化剂而使吸烟者逐步上升为依赖烟草。
吸烟者吸入的烟碱是和整个烟气量一样对大脑产生兴奋和抑制两个方面的作用,既和剂量有关,又和吸烟习惯有关(如深吸或浅吸,快吸或慢吸等).这一点已被J.W.Thompson等对吸烟和烟碱作用的脑电图研究所证实.通常表明为短暂的兴奋,紧接着就被压抑,甚至麻痹.神经节起初对乙酰胆碱较为敏感,这使得神经节前信号更为有效,烟碱的麻痹作用使神经节对乙酰胆碱的敏感性消失,并伴随着神经节后放电强度的减弱.中枢神经系统对烟碱的呼应与交感神经一样,也是先兴奋后抑制.另外,烟碱与乙酰胆碱一样能使肾上腺及有关的腺体释放肾上腺素,并使后垂体释放抗利尿激素.还有提出烟碱通
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过对胫动脉体上的化学品感受体的刺激而产生各种反应。
5.烟碱的毒性和在体内的代谢
中等剂量的烟碱能使吸烟者呼吸加快,血管舒张,稍大剂量的烟碱可引起震颤和痉挛,重度吸烟者吸入较多的烟碱后,表现为短暂的呼吸困难和血压上升.对兔子的脑电图研究发现在施以0.5~3.0mg/kg的烟碱时,产生“觉醒反应”,在这种反应结束时,出现如痉挛的放电现象。
许多实验和临床实践表明,重度吸烟能减退食欲,这种减退是由于烟气对胃分泌的直接作用和对口腔黏膜及味蕾的反射作用,中度吸烟者的饥饿性挛缩也由于烟碱的作用而抑制,但胃的消化运动并不受到影响。
烟碱会引起心脏输血量升高,血压升高并使周围血管收缩增加,这是间接通过作用于交感神经---肾上腺髓质系统或直接作用于微粒中心而发生的.烟碱可能影响脂类代谢和血小板粘连---聚集反应,因此,对动脉粥样硬化的发展有一定的影响.烟碱引起肾上腺体释放肾上腺素和去甲肾上腺素,从而对心血管系统有一定的影响.烟碱还使血浆中的纤维蛋白原上升,因此增加了患局部缺血心脏病的危险性.一氧化碳与烟碱的协同作用使其毒性增大,若不考虑烟气中一氧化碳的影响,也不能就烟碱对心血管系统的作用做出全面的评价,所以必须考虑两者的协同作用。
烟碱的毒性虽然是多方面的,但是在人体内不会积累,短时内即由尿排出体外,所以只要不是连续不断地吸烟,是不会引起烟碱中毒的.另外由于人体的代谢作用也可以将烟碱变成无毒物质.如果连续吸入过量的烟碱,则会引起头晕、大量出汗、呕吐、意识模糊等中毒症状。
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代谢:吸烟者从一支卷烟的主流烟气中约吸入0.2~3.5mg烟碱,10%的烟碱自尿液原形排出,而大部分则通过体内代谢而形成其它代谢物(图4-10)。
烟碱是很活泼的化学物质,在人体内很快发生代谢,从尿液中很容易检测到烟碱代谢物.人体器官和各种组织中尚为发现有烟碱的积累,即使有的话,其量也一定很少,以致仪器检测不到或可以忽略不计.从烟碱的分子结构来看,它是很不稳定的,在中性或偏碱性条件下即可发生各种变化.在人体内的代谢中其主要的中间体是可的宁,可的宁的毒性很小,而且也不象烟碱那样能刺激血压升高.可的宁失去了烟碱的生理效应,但有人认为此物质有精神兴奋和抗抑郁作用.可的宁和去甲可的宁的吡咯烷环可水解为γ-氨基丁酸的衍生物,γ-氨基丁酸是中枢神经系统的重要神经递质,对中枢神经有重要的作用,从而影响到神经状态。
作业题：第1~7题。
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