CN103601855A

CN103601855A - 一种对烟草特有亚硝胺具有特异性吸附功能的分子印迹单分散微球及其制备和应用

Info

Publication number: CN103601855A
Application number: CN201310457778.0A
Authority: CN
Inventors: 吴亦集; 朱全红; 陶红; 罗佳波; 邢学锋; 沈光林; 谭晓梅
Original assignee: China Tobacco Guangdong Industrial Co Ltd
Current assignee: China Tobacco Guangdong Industrial Co Ltd
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2033-09-30
Also published as: CN103601855B

Abstract

本发明提供一种对烟草特有亚硝胺具有特异性吸附功能的分子印迹单分散微球，其特征在于，所述的分子印迹单分散微球，是以烟酰胺为模板分子，以甲基丙烯酸为功能单体，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸脂为交联剂，以聚苯乙烯乳液为种球，以邻苯二甲酸为溶胀剂，通过溶胀聚合法合成，同时提供了这种分子印迹单分散微球的制备方法和应用。本发明提供的分子印迹单分散微球中，颗粒均匀，分散性好，对烟草特有亚硝胺具有特异性吸附作用，能有效降低卷烟中的毒害成分，而对其原有品质不产生明显影响。

Description

一种对烟草特有亚硝胺具有特异性吸附功能的分子印迹单分散微球及其制备和应用

技术领域

本发明涉及烟草领域，更具体地，涉及一种对烟草特有亚硝胺具有特异性吸附功能的分子印迹单分散微球及其制备和应用。

背景技术

烟草流行是这个世界迄今所面临的最大公共卫生威胁之一，全世界有超过11亿人吸烟，而且发展中国家的烟草消费量呈逐年上升的趋势。随着人们对吸烟与健康问题的普遍关注,吸烟的安全性越来越受到重视，提高卷烟的安全性显得尤其重要。

烟草烟雾中含有7000余种化学成分，其中数百种为有害物质，至少69种为已知的致癌物，包括N-亚硝基胺类、稠环芳香烃类、芳香胺类等。烟草特有亚硝胺（Tobacco-SpecificN-nitrosamines，TSNAs）是由硝酸盐、亚硝酸盐和烟草生物碱作为前体物质而形成的一系列致癌成分，主要包括：N-亚硝基去甲基烟碱（NNN）、4-(N-亚硝基甲基氮)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮（NNK）、N-亚硝基假木贼碱（NAB）和N-亚硝基新烟草碱（NAT）。虽然有关TSNAs的形成过程尚未完全明确，但加拿大、美国和巴西等国政府已明确要求烟草生产商必须提供市场占有率在2％以上牌号卷烟主流烟气的NNN、NNK、NAB和NAT含量，不难看出世界烟草行业对TSNAs的高度重视及警惕。

自20世纪50年代以来，减害技术一直都是国际烟草界研究的重点和热点。减害研究涉及到烟草生产加工的各个环节，包括各种滤嘴添加剂（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）以及采用新的可有效降低有害成分生成量的烟叶调制技术等，许多研究已取得突破并应用到了卷烟生产上。我国是烟草生产及消费大国，提高烟草及其相关产品的安全性无疑是烟草行业提高科技竞争力、增加技术壁垒的重要手段。

分子印迹技术（MolecularlyImprintedTechnology，MIT）是结合高分子化学、生物化学等学科发展起来的一门边缘学科，是指为获得在空间结构和结合位点上与某一分子（模板分子）完全匹配的聚合物的实验制备技术。得到的聚合物是一种选择性吸附材料，由于制备简单、性能稳定，依靠其自身特有的印迹空穴能够选择性吸附目标分子，具有可与生物抗体相媲美的高选择性，近年来已被广泛用于目标成分的分离、分析等领域。

分子印迹单分散微球（MolecularlyImprintedMonodispersePolymericMicrospheres， MIMPMs）是基于分子印迹技术的一种新型的选择性吸附材料，分散性好，粒径均匀，依靠与模板分子相匹配的空穴特异性有效吸附目标分子，具有可预定性、高选择性、制备简单、性能稳定等特点。本项目根据烟草TSNAs类成分的化学结构特点，设计并制备一种对TSNAs具有选择性吸附功能分子印迹单分散微球。该材料可作为滤嘴添加剂添加到卷烟产品中，能有效降低亚硝胺类毒害成分，而对其原有品质不产生明显影响。

发明内容

本发明的目的正是针对上述技术的状况而专门研制了一种对烟草特有亚硝胺具有特异性吸附功能的分子印迹单分散微球，所述的分子印迹单分散微球，是以烟酰胺为模板分子，以甲基丙烯酸为功能单体，以邻苯二甲酸为溶胀剂，通过溶胀聚合法合成。所述的分子印迹单分散微球的粒径为90～250μm。

本发明的原料包括模板分子烟酰胺（NAM）、功能单体甲基丙烯酸（MAA）、交联剂三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸脂（TRIM）、引发剂偶氮二异丁腈（AIBN）、溶胀剂邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、聚苯乙烯乳液、十二烷基硫酸钠（SDS）、过硫酸钾（KPA）、聚乙烯醇（PVA，聚合度1750）等材料组成。

本发明的MIMPMs由以下化合物制成，按重量份计，

根据需求，再提供一种对烟草特有亚硝胺具有特异性吸附功能的分子印迹单分散微球的制备方法，包括以下步骤：

S1.种球乳液的制备：加入过硫酸钾、NaCl、蒸馏水和苯乙烯的乙醇溶液，搅拌，通入氮气在反应，反应完成后继续通氮气，去除苯乙烯单体，得种球聚苯乙烯乳液；

S2.第一步溶胀：加入引发剂、溶胀剂、甲苯和十二烷基硫酸钠溶液，超声处理，加入到步骤S1所得的种球聚苯乙烯乳液和十二烷基硫酸钠溶液配成的乳液中，溶胀，得溶胀液；

S3.第二步溶胀：将模板分子和功能单体溶于甲苯中，超声后，加入到交联剂和聚乙烯醇溶液配成的乳液中，然后在搅拌下将带有模板分子和功能单体的乳液加入到步骤S2所述的溶胀液中，再溶胀，得再溶胀液；

S4.聚合反应：向步骤S3所述的再溶胀液中加入聚乙烯醇水溶液，通入氮气，在搅拌的下进行聚合反应，反应完成后，边搅拌边加入NaCl，破乳，离心，得聚合物微球，将聚合物微球洗涤，分散到水中，煮沸，去掉上清液，再用甲醇/冰醋酸进行抽屉，直至洗脱液中检测不到模板分子为止，洗去冰醋酸，干燥，即得分子印迹单分散微球。

所述的模板分子为烟酰胺，所述的功能单体为甲基丙烯酸，所述的交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸脂，所述的引发剂为偶氮二异丁腈，所述的溶胀剂为邻苯二甲酸二丁酯。

所述的搅拌的速度为150～250转/分钟；所述的惰性环境为氮气环境；所述的离心为在3000～5000rpm下离心10～20分钟；步骤S1所述的苯乙烯的乙醇溶液中苯乙烯的含量为40～60%；步骤S2所述的十二烷基硫酸钠溶液的浓度为0.15～0.45%；步骤S3和步骤S4所述的聚乙烯醇溶液的浓度为1.25～1.75%；步骤S4所述的甲醇/冰醋酸中的甲醇和冰醋酸的体积比为8～10：1。

优选的制备方法，步骤如下：

S1.种球乳液的制备：在250mL三颈瓶中，加入0.1g引发剂过硫酸钾（KPA）、0.2gNaCl和90mL蒸馏水以及20mL40～60%苯乙烯的乙醇溶液，机械搅拌(转速为150～500r/min)下，通N₂于70℃聚合反应12h。反应完成后继续通N₂10min，除去残余的苯乙烯单体，得种球聚苯乙烯（PS）乳液；

S2.第一步溶胀：在50mL锥形瓶中，加入100mgAIBN、2mLDBP、2mL甲苯及20mL0.15～0.45%SDS溶液，超声5min后，加入到10mLPS乳液与20mL0.15%SDS溶液配成的乳液中，室温下溶胀24～48h；

S3.第二步溶胀：将1mmolNAM、6mmolMAA溶于8mL甲苯中，超声30mim后，加入到25～30mmoLTRIM与20mL1.25～1.75%PVA溶液配成的乳液中，电磁搅拌下加入到第一步溶胀液中，室温下再溶胀12～24h；

S4.聚合反应：将溶胀液置于250mL三颈瓶中，加入80mL1.25～1.75%PVA水溶液，通入N₂，机械搅拌（150～500r/mim）下于75℃聚合反应12h；反应完成后，边搅拌边加入1gNaCl，煮沸破乳，离心（3000～5000rpm）15min，得聚合物微球。用乙醚、甲醇洗涤后，将聚合物微球分散到300mL水中煮沸，倾去上清液，重复3次，除去表面活性剂。所得聚合物微球用200mL甲醇/冰醋酸（8～10:1，v/v）连续抽提，直至洗脱液中检测不到模板分子NAM为止，再用甲醇洗去冰醋酸，于50℃真空干燥箱中干燥24h，即得MIMPMs。空白印迹微球（NIPs）除了不加模板分子NAM外，其他制备方法同MIMPMs。

另外根据以上提供的内容，再提供一种分子印迹单分散微球在卷烟滤嘴中的应用，所述的分子印迹单分散微球为根据上述的分子印迹单分散微球或根据上述的制备方法所得的分子印迹单分散微球。

所述的分子印迹单分散微球均匀地分散到待测卷烟样品滤嘴中。

本发明的优点如下：

1.本发明通过模板分子和功能单体等聚合形成单分散微球，将其添加到卷烟中，并经过实验测定和验证，可明显降低卷烟主流烟气中烟草特有亚硝胺，从而提高卷烟抽吸的安全性。

2.本发明的MIMPMs采用将模板分子与结构互补的功能单体通过共价或非共价键作用结合，再加入交联剂形成单分散微球，最后通过物理或化学方法将印迹分子从单分散微球中洗脱出来，通过溶胀聚合法合成的MIMPMs具有对烟草特有亚硝胺进行特异性选择吸附的功能。

3.本发明对卷烟具有无毒、降低主流烟气对吸食者的毒害作用的优点，其中选用的模板分子烟酰胺是辅酶I和辅酶II的组成部分，用于补充营养及治疗舌炎、皮炎等，较选择毒性大的亚硝胺作为模板分子的MIMPMs优越，同时能特异吸附烟草特有亚硝胺，经过测定实验验证，如图1所示，可以降低卷烟主流烟气中烟草特有亚硝胺NNN、NNK、NAB以及NAT含量的15%～25%，但卷烟主流烟气总粒相物（TPM）的含量变化小，而且不会影响其他卷烟成分的含量，即不改变卷烟的风味。

附图说明

图1为本发明的MIMPMs对烟草特有亚硝胺的测定结果。

具体实施方式

以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定，本发明可以是发明内容所描述的任何一种实施方式。

实施例1

1、两步溶胀聚合法合成MIMPMs

种球乳液的制备：在1000mL三颈瓶中，加入0.4g引发剂过硫酸钾（KPA）、0.4gNaCl和270mL蒸馏水以及60mL50%苯乙烯的乙醇溶液，机械搅拌(转速为400r/min)下，通N₂于70℃聚合反应12h。反应完成后继续通N₂10min，除去残余的苯乙烯单体，得种球聚苯乙烯（PS）乳液；

第一步溶胀：在250mL锥形瓶中，加入1gAIBN、15mLDBP、15mL甲苯及80mL0.15%SDS溶液，超声5min后，加入到40mLPS乳液与320mL0.15%SDS溶液配成的乳液中，室温下溶胀24h;

第二步溶胀：将3mmolNAM、18mmolMAA溶于32mL甲苯中，超声30mim后，加入到75mmoLTRIM与60mL1.75%PVA溶液配成的乳液中，电磁搅拌下加入到第一步溶胀液中，室温下再溶胀24h;

聚合反应：将溶胀液置于250mL三颈瓶中，加入240mL1.75%PVA水溶液，通入N₂，机械搅拌（200r/mim）下于75℃聚合反应12h；反应完成后，边搅拌边加入4gNaCl，煮沸破乳，离心（4000rpm）15min，得聚合物微球。用乙醚、甲醇洗涤后，将聚合物微球分散到400mL水中煮沸，倾去上清液，重复3次，除去表面活性剂。所得聚合物微球用500mL甲醇/冰醋酸（8:1，v/v）连续抽提，直至洗脱液中检测不到模板分子NAM为止，再用甲醇洗去冰醋酸，于50℃真空干燥箱中干燥24h，即得MIMPMs。空白印迹聚合物（NIPs）除了不加模板分子NAM外，其他制备方法同MIMPMs。

2、将本发明的分子印迹单分散微球（粒径为90～250μm）均匀地添加到纤维滤嘴中，制成二元复合滤嘴，每只卷烟滤嘴中约含MIMPMs2.0mg。采用液相色谱质谱联用技术，对含有复合滤嘴的卷烟中的TSNAs进行测定，结果表明（见图1）该复合滤嘴可明显降低主流烟气中N-亚硝基降烟碱NNN、NNK等烟草特有亚硝胺的含量，而主流烟气中总粒相物（TPM）的变化微小，对卷烟原有口感无明显影响。

实施例2

1、两步溶胀聚合法合成MIMPMs

种球乳液的制备：在250mL三颈瓶中，加入0.1g引发剂过硫酸钾（KPA）、0.2gNaCl和90mL蒸馏水以及20mL50%苯乙烯的乙醇溶液，机械搅拌(转速为200r/min)下，通N₂于70℃聚合反应12h。反应完成后继续通N₂10min，除去残余的苯乙烯单体，得种球聚苯乙烯（PS）乳液；

第一步溶胀：在50mL锥形瓶中，加入100mgAIBN、2mLDBP、2mL甲苯及20mL0.35%SDS溶液，超声5min后，加入到10mLPS乳液与20mL0.35%SDS溶液配成的乳液中，室温下溶胀48h;

第二步溶胀：将1mmolNAM、6mmolMAA溶于8mL甲苯中，超声30mim后，加入到20mmoLTRIM与20mL1.25%PVA溶液配成的乳液中，电磁搅拌下加入到第一步溶胀液中，室温下再溶胀24h;

聚合反应：将溶胀液置于250mL三颈瓶中，加入80mL1.25%PVA水溶液，通入N₂，机械搅拌（200r/mim）下于75℃聚合反应12h；反应完成后，边搅拌边加入1gNaCl，煮沸破乳，离心（4000rpm）15min，得聚合物微球。用乙醚、甲醇洗涤后，将聚合物微球分散到300mL水中煮沸，倾去上清液，重复3次，除去表面活性剂。所得聚合物微球用200mL甲醇/冰醋酸（9:1，v/v）连续抽提，直至洗脱液中检测不到模板分子NAM为止，再用甲醇洗去冰醋酸，于50℃真空干燥箱中干燥24h，即得MIMPMs。空白印迹聚合物（NIPs）除了不加模板分子NAM外，其他制备方法同MIMPMs。

将本发明的分子印迹单分散微球（粒径为90～250μm）均匀地添加到纤维滤嘴中，制成二元复合滤嘴，每只卷烟滤嘴中约含MIMPMs2.0mg。采用液相色谱质谱联用技术，对含有复合滤嘴的卷烟中的TSNAs进行测定，结果表明（见图1）该复合滤嘴可明显降低主流烟气中N-亚硝基降烟碱NNN、NNK等烟草特有亚硝胺的含量，而主流烟气中总粒相物（TPM）的变化微小，对卷烟原有口感无明显影响。

实施例3

1、两步溶胀聚合法合成MIMPMs

种球乳液的制备：在500mL三颈瓶中，加入0.15g引发剂过硫酸钾（KPA）、0.3gNaCl和160mL蒸馏水以及40mL45%苯乙烯的乙醇溶液，机械搅拌(转速为300r/min)下，通N₂于70℃聚合反应12h。反应完成后继续通N₂10min，除去残余的苯乙烯单体，得种球聚苯乙烯（PS）乳液；

第一步溶胀：在150mL锥形瓶中，加入200mgAIBN、6mLDBP、8mL甲苯及40mL0.2%SDS溶液，超声5min后，加入到30mLPS乳液与40mL0.2%SDS溶液配成的乳液中，室温下溶胀36h;

第二步溶胀：将1.5mmolNAM、7.5mmolMAA溶于16mL甲苯中，超声50mim后，加入到50mmoLTRIM与50mL1.55%PVA溶液配成的乳液中，电磁搅拌下加入到第一步溶胀液中，室温下再溶胀12h;

聚合反应：将溶胀液置于500mL三颈瓶中，加入240mL1.55%PVA水溶液，通入N₂，机械搅拌（250r/mim）下于75℃聚合反应12h；反应完成后，边搅拌边加入4gNaCl，煮沸破乳，离心（5000rpm）15min，得聚合物微球。用乙醚、甲醇洗涤后，将聚合物微球分散到600mL水中煮沸，倾去上清液，重复3次，除去表面活性剂。所得聚合物微球用500mL甲醇/冰醋酸（10:1，v/v）连续抽提，直至洗脱液中检测不到模板分子NAM为止，再用甲醇洗去冰醋酸，于50℃真空干燥箱中干燥24h，即得MIMPMs。空白印迹聚合物（NIPs）除了不加模板分子NAM外，其他制备方法同MIMPMs。

Claims

1.一种对烟草特有亚硝胺具有特异性吸附功能的分子印迹单分散微球，其特征在于，所述的分子印迹单分散微球，是以烟酰胺为模板分子，以甲基丙烯酸为功能单体，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸脂为交联剂，以聚苯乙烯乳液为种球、邻苯二甲酸为溶胀剂，通过两步溶胀聚合法合成。

2.根据权利要求1所述的分子印迹单分散微球，其特征在于，所述的分子印迹单分散微球的粒径为90 ~250 μm。

3.根据权利要求1所述的分子印迹单分散微球，其特征在于，由以下化合物反应制成，按重量份计，

烟酰胺 1~10份，

甲基丙烯酸 1.5~15份，

邻苯二甲酸 4~35份，

三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸脂 12~100份，

偶氮二异丁腈 1~8份，

聚苯乙烯乳液 40~200份，

十二烷基硫酸钠 1~12份，

过硫酸钾 1~12份，

聚乙烯醇 4~40份。

4.一种根据权利要求1至3任一所述的对烟草特有亚硝胺具有特异性吸附功能的分子印迹单分散微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1. 种球乳液的制备：加入过硫酸钾、NaCl、蒸馏水和苯乙烯的乙醇溶液，搅拌，在惰性环境中反应，去除苯乙烯单体，得种球聚苯乙烯乳液；

S2. 第一步溶胀：加入引发剂、溶胀剂、甲苯和十二烷基硫酸钠溶液，超声处理，加入到步骤S1所得的种球聚苯乙烯乳液和十二烷基硫酸钠溶液配成的乳液中，溶胀，得溶胀液；

S3. 第二步溶胀：将模板分子和功能单体溶于甲苯中，超声后，加入到交联剂和聚乙烯醇溶液配成的乳液中，然后在搅拌下将带有模板分子和功能单体的乳液加入到步骤S2所述的溶胀液中，再溶胀，得再溶胀液；

S4. 聚合反应：向步骤S3所述的再溶胀液中加入聚乙烯醇水溶液，在惰性环境下，边搅拌边进行聚合反应，反应完成后，边搅拌边加入NaCl，破乳，离心，得聚合物微球，将聚合物微球洗涤，分散到水中，煮沸，去掉上清液，再用甲醇/冰醋酸进行抽提，直至洗脱液中检测不到模板分子为止，洗去冰醋酸，干燥，即得分子印迹单分散微球，

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的搅拌的速度为150~250转/分钟；所述的惰性环境为氮气环境；所述的离心为在3000~5000rpm下离心10~20分钟；步骤S1所述的苯乙烯的乙醇溶液中苯乙烯的含量为40~60%；步骤S2所述的十二烷基硫酸钠溶液的浓度为0.15~0.45%；步骤S3和步骤S4所述的聚乙烯醇溶液的浓度为1.25~1.75%；步骤S4所述的甲醇/冰醋酸中的甲醇和冰醋酸的体积比为8~10：1。

6.一种分子印迹单分散微球在卷烟滤嘴中的应用，其特征在于，所述的分子印迹单分散微球为根据权利要求1所述的分子印迹单分散微球或根据权利要求4所述的制备方法所得的分子印迹单分散微球。

7.根据权利要求8所述的应用，所述的分子印迹单分散微球均匀地分散到待测卷烟样品滤嘴中。

8.一种分子印迹单分散微球在降低烟气中亚硝胺的应用，其特征在于所述的分子印迹单分散微球为根据权利要求1所述的分子印迹单分散微球或根据权利要求4所述的制备方法所得的分子印迹单分散微球。