烟草特有亚硝胺降解技术研究进展

[1]雷新有¹，张建斌¹，白小华¹，查 飞²

（1.天水师范学院 生命科学与化学学院，甘肃省新型分子材料结构设计与功能重点实验室，甘肃 天水 741001；

2.西北师范大学 化学化工学院，甘肃 兰州 730070)

摘 要:香烟在燃烧期间，烟草中的亚硝胺一部分可能转移进入烟气中，另一部分可能发生降解。本文综述了近几十年来国内外有关烟气中烟草特有亚硝胺的研究进展，阐述了烟气中特有亚硝胺的形成、危害及影响因素，介绍了各种亚硝胺的降解技术和方法。

关键词:烟草特有亚硝胺；降解；烟气

Advance in Degradation Technology for Tobacco-specific Nitrosamines

Lei Xinyou¹, Zhang Jianbin¹, Bai Xiaohua¹, Zha Fei²

(1. The College of Life Sciences & Chemistry, Tianshui Normal University, Key Laboratory for New Molecule Material Design and Function of Gansu Province, Tianshui Gansu 741001, China;

2. The College of Chemistry & Chemical Engineering, Northwest Normal University, Lanzhou Gansu 730070, China)

Abstract:During the burning of tobacco, tobacco nitrosamines partly may be moved into the flue gas and the other part was thermal degradated. In this paper the progress of Tobacco- Specific Nitrosamines was reviewed, including the formation mechanism, hazards,influencing factor and the degradation technology of Tobacco- Specific Nitrosamines.

Key Words: TSNAs, Degradation, Gas formation

2005年8月28日《世界卫生组织烟草控制框架公约 》法例在我国正式生效，更加严格地限制卷烟制品中有害成分HOFFMANN分析物的释放量。烟气中的一些有害成分，特别是致癌的烟草特有亚硝胺（Tobacco- Specific Nitrosamines，TSNAs），更加引起各国的极大关注。近年来TSNAs的致病机理已得到初步阐明。但是，一些关键性的问题依然未能解决，TSNAs的形成机理尚未彻底阐明，而对如何降解烟气中亚硝胺的技术，虽有一些突破，目前仍没有很好的解决^[1]。TSNAs是含有吡啶环和亚硝基胺结构的一类有机化合物。对于烟草及其制品中的N-亚硝胺的分析始于1974 年，由Brunnemann和Hoffmann等人最开始进行研究。烟气中有7种类型的亚硝胺：N-亚硝基降烟碱（NNN），N-亚硝基新烟碱（NAT），N-亚硝基假木贼碱（NAB）、4-（N-甲基亚硝胺基）- 1-（3- 吡啶基）- 1- 丁酮（NNK）、4-(N-甲基-N-亚硝基胺)-4-(3-吡啶基)丁醛(NNA)、4-(N-甲基-N-亚硝胺基)-1-(3-吡啶基)-1-丁醇(NNAL)和4-(N-甲基-N-亚硝胺基)-4-(3-吡啶基)-1-丁醇（iso-NNAL）（见图1）。烟草中的TSNAs含量一般在0.001-10 mg/kg，其中NAB的含量最少，约为NAT含量的10%^[2]。

图1 TSNAs的化学结构

Fig 1 The structure of TSNAs

1.亚硝胺的形成

N-亚硝胺由胺类化合物在酸性条件下与源自亚硝酸盐的亚硝化试剂（例如NO₂、N₂O₃、N₂O₄）反应生成。烟叶中存在丰富的氨基化合物，包括氨基酸、蛋白质和生物碱。其中最主要的生物碱烟碱为叔胺，其它较为重要的生物碱（降烟碱、新烟碱和假木贼碱）为仲胺^[3]。同时烟草中又含有超过5%以上的硝酸盐和痕量的亚硝酸盐， 这就为烟草中亚硝胺的生成提供了必要的条件。TSNAs的形成机理至今尚未完全明确，目前只认为TSNAs在鲜烟叶中很少或几乎不产生，其形成与积累是在采收后产生的，而且大部分产生于调制期间。

Druckrey和Preussmann于1962年提出，由于叔胺烟碱、仲胺降烟碱、新烟草碱及假木贼碱的存在，烟草及其烟气均可能生成具有致癌性的TSNAs^[4]。近年的研究确表明，烟草及其烟气中含有的TSNAs实际上并不主要存在于收获的绿叶中( < 1 ×10 ^{- 9} mg/kg)，而是在烟草加工的烘烤、发酵阶段以及烟草成品变陈期间形成的。由烟碱可生成NNN、NNK、NNAL和iso-NNAL等4种主要的TSNAs。卷烟烟气中20 %-40 %的NNN和NNK源于烟草，在烟草转化为烟气时直接生成，其余的是在烟草燃烧时高温合成的。而其他烟碱，如降烟碱、新烟草碱和假木贼碱也是生成NNN、NAT及NAB的前体。其中NNN和NNK是2种强烈的致癌亚硝胺。Sandrine等对原型卷烟烟丝和主流烟气中TSNAs的关系进行了研究，发现烤烟和混合型卷烟烟丝中TSNAs的含量与卷烟主流烟气中的TSNAs的输送量有着明显的相关性，表明卷烟烟气中TSNAs的输送量大部分来自于卷烟烟丝中TSNAs的直接转移，不同类型的烟丝中TSNA的转移率基本是一致，在卷烟燃烧过程中，配方烟草之间的反应以及TSNA的热合成所起的作用都非常有限，且卷烟烟气中TSNAs的含量与烟气焦油量并不存在相关性，其含量主要取决于烟丝中TSNAs的含量和亚硝酸盐含量的高低，混合型卷烟因其配方中白肋烟含量较高，TSNA的含量也较高。各种类型烟叶中以白肋烟中TSNAs含量最大，烤烟次之，香料烟含量最小，但是在烤烟中，NNK和NNA也有较高的含量，这与这几种烟叶中亚硝酸盐的含量变化趋势相一致。

2.亚硝胺的危害

2.1亚硝胺的毒性

1963年首次报道NAB诱发某种老鼠体内的良性食道肿瘤。目前，有关TSNAs的致病机制在国内外已有大量报道，但很多都是在动物试验中得到证实，在人体中是否有同样作用还有待研究。NNN与NNK都是强烈的动物致癌剂，对小鼠、大鼠及叙利亚金田鼠诱发肺癌。在新陈代谢活动中，NNK使动物活体和离体的人体组织中的DNA甲基化，从人体组织中分离出的07-甲基鸟嘌呤及06-甲基鸟嘌呤中可以得到证明。遗传密码中带06-甲基鸟嘌呤的DNA有可能引起癌变。由于NAB对实验动物的致癌性的证据较少，并且NAT对实验动物的致癌性的资料不充分，NAB和NAT对人体的致癌性尚不能确定。另外还发现，当给小鼠喂饲高脂肪食物时，NNK能诱导环加氧酶-2活性增强，从而导致癌变。

2.2烟气中二甲基亚硝胺的毒性

二甲基亚硝胺，简称DMNA，结构式为(CH₃ )₂=N-N=O)，黄色油状液体，沸点为152℃。DMNA是一种典型的致癌、致畸和致突变化学物质，对大鼠经口摄入的半数致死量LD50为26 mg/kg，对人体也有急性中毒作用，如恶心和上腹胀痛，甚至造成黄疸和肝脾增大直至死亡。由于DMNA的主要体内代谢部位在肝脏，所以首先会表现出肝中毒,即引起肝小叶中心坏死，以至引发肝癌。胚胎对DMNA的致癌作用非常敏感，给怀孕动物饲以DMNA可导致胚胎产生良性或恶性肿瘤，且兼有致畸和致突变作用^[5]。因此，孕妇及婴幼儿更应远离香烟烟雾。

2.3亚硝胺的危害实验测定结果

研究表明，烟气中TSNAs能够使粘膜上皮发生明显改变，在TSNAs的诱导作用下，上皮增生及过角化发生率接近100%，其中，上皮异常增生发生率为25%-87.5%，中度上皮异常增生的发生率以尼古丁最高，发生率为72. 7%，应视为已引起癌前病变。如延长特异性亚硝胺作用时间或观察时间，发生恶性肿瘤的可能性更大^[6]。另有研究表明，烟气中NNK不仅诱发人体BEP2D细胞HPRD基因突变，而且还能在CSC诱发细胞HPRT基因突变中起诱导作用^[7]。

3.亚硝胺的降解

近年来，国际烟草界除广泛深入研究和采用常规的减害技术外，还对多种滤嘴添加剂（主要是吸附剂类物质）、具有特殊减害作用的特种滤嘴、生物减害技术（血红蛋白等）和采用新的烟叶调制技术等多种减害技术进行了研究，一些研究已取得突破并应用到了卷烟生产上。

3.1农业技术

烟草农业在降低有害成份方面已进行了一些有意义的研究，包括烟草品种选育和新型栽培技术等。美国维克特烟草公司（Vector Tobacco）通过破坏喹啉酸核糖转移酶（OPTase）基因表达的方法培育出了低亚硝胺和低烟碱的烟草新品种，用其生产的卷烟每支含有约0.25 mg烟碱，烟气中的烟碱含量少于0.03 mg/支^[9]<