化学分析计量 2 0 0 5年， 第 1 4卷， 第 1 期

    烟草中自由基的研究进展

    何智慧 练文柳 吴名剑 陈 亚 唐丽云

    ( 常德卷烟厂技术中心， 常德 4 1 5 0 0 0 )

    摘要 自由基是卷烟烟气中主要的一类有害物质， 能导致人体组织和细胞的氧化， 损害细胞膜上的脂类和蛋白

    质， 引发癌症等疾病。对烟草中自由基的研究情况、自由基的检测方法、 降低卷烟中自由基含量的研究等方面进行

    了综述 。

    关键词 自由基 卷烟 电子 自旋共振

    自由基是含有未成对电子的原子、 分子或原子团。 易与

    其它物质发生氧化还原等反应而形成稳定的物质。自由基

    是卷烟产品中含有的一类有害物质， 对人体的健康有着严重

    的不良影响， 容易导致多种癌症， 肺气肿、 支气管炎等呼吸道

    疾病和心血管病等一些恶性疾病。自由基容易与人体内的

    抗氧化剂反应， 导致体内的氧化还原体系失去平衡， 从而产

    生更多的自由基， 使体内的自由基的产生和清除进一步失

    衡， 最终导致自由基对细胞的损伤和疾病的发生。

    烟草中的自由基包括两个部分， 一部分存在于卷烟焦油

    中， 称为固相 自由基， 它的寿命较长， 主要是醌类和多环芳烃

    类 自由基， 它们直接或者间接与致癌物有关， 使用过滤嘴可

    以将这部分自由基滤除， 因而对人体的危害不大。另一部分

    为卷烟烟气中的自由基， 称为气相自由基， 它的寿命较短， 主

    要包括烷氧自由基( R O’ ) 、 碳核烷基 自由基( R ) 和氮氧化

    物 自由基， 过滤嘴无法将其滤除， 它可以直接进入人体， 对人

    体的危害相当大。目前人们对自由基的研究主要包括自由

    基的检测、 自由基的形成机理及自由基对人体的损伤机理等

    方面. 也有一些烟草公司进行了降低烟草中自由基含量的研

    究。笔者对这些方面进行了综述。

    1 烟草中的自由基

    1 9 5 8年， M. J . L y o n s等 首先用电子自旋共振( E S R) 技

    术在卷烟中检测到了自由基。随后有许多这方面的研究报

    道 J ， 一般都是采用 E S R或者 E S R一自旋捕获技术来研究

    卷烟烟气粒相物( 卷烟烟气粒相物包含水分、 焦油和尼古丁)

    和气相物中存在的自由基。

    每支卷烟烟气中固相自由基的含量约为 1 x 1 0 ” 个。固

    相自由基主要是醌类和多环芳烃类物质， 一般认为其含量与

    氢醌的产生量相关 。但是 R. L . B a l k l e y等 发现这个结

    论值得商榷 ， 他们认为粒相物中的自由基含量与烟气中氢醌

    的产生没有关系。他们研究发现醌和氢醌反应生成半醌自

    由基， 半醌自由基被氧化进而生成过氧离子自由基， 过氧离

    子 自由基与氢离子结合生成过氧化氢和氧气。从整个过程

    来看， 醌类自由基最终消耗了氧气， 产生了活性氧， 活性氧能

    导致生物体的损害。这些醌类物质能渗入哺乳动物的活性

    细胞中， 和D NA结合并引起 D N A缺陷 ， 这些缺陷要经过

    多个步骤才能修复， 而且修复过程容易产生误差 ， 同时它

    们也影响线粒体的电子转移 。

    每口烟气中气相自由基的含量约为 1 x 1 0 个 ] 。气

    相自由基的活性很高， 能导致组织和细胞的氧化 ， 通过刺

    激脂类的过氧化反应， 气相自由基损害细胞膜上的脂类和蛋

    白质， 进而影响膜的流动性和膜上的酶。这种机理表明气相

    自由基可能和许多疾病的发病机理有关。

    w A. P ~ y o r 等 研究了气相 自由基的稳态机理及对

    人体的破坏。通过研究由一氧化氮自由基( NO’ ) 形成碳核

    自由基的反应 ， w. A. P r y o r 等认为 NO 在氧气中缓慢氧

    化成二氧化氮自由基( N O ： ) ， N O ：’ 能与烟草中的一些物质

    如异戊二烯等发生反应生成碳核自由基( R’ ) 。

    2 烟草 自由基的检测

    烟草自由基的检测方法主要是电子 自旋共振( E S R) 或

    E S R一自旋捕集技术， 还有其它方法也可以检测自由基， 如高

    效液相色谱法 。 和毛细管电泳法 。

    2 . 1 E S R和 E S R一自旋捕集技术

    自1 9 5 8年 M. J . L y o n s …首先运用 E S R技术检测烟气中

    的自由基以来， 很多人在这方面做了大量的工作。

    固相自由基一般采用 E S R技术直接检测。R . L . B l a k .

    1 e y 用 E S R技术研究醌类 自由基， 发现固相自由基的含量

    与醌类物质的产量没有相关性。2 0 0 1年， M. A. Mo r s y 研

    究了古巴雪茄烟和多种混合型卷烟中的半醌自由基的含量，发现 不同类卷 烟 中半 醌 自由基 的含 量很 不一致。K .

    S t o n e 8 用 E S R技术研究了焦油 中儿茶酚类 自由基引起

    DN A缺陷的机理， 通过与儿茶酚类 自由基的对比研究， 发现

    焦油中的自由基能导致相似的 D N A缺陷。w. A . P , r o r 等

    研究了醌 半醌 氢醌体系， 认为焦油中的激发态活性分子包

    含醌和氢醌， 氢醌类 自由基催化碳氢化合物的氧化产生碳核

    自由基。

    烟草中气相自由基的含量相对较低， 不稳定， 危害较大，是人们研究的重点。气相 自由基一般采用 E S R一自旋捕集

    技术检测， 有多种捕获剂可以将其捕获。w. A . P , r o r 等 用

    Ⅳ . 特丁基. 2 - 苯一 硝酮( P B N，2 - p h e n y l - N- t e a - b u t y l n i t r o n e ) 作为

    捕获剂， 研究了 NO 烯烃 的反应。K. S h i n a g a w a等 以

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    ( MGD) 2一F e “( N- me t h y l - D- g l u c a m i n e . d i t h i o c a r b a m a t e ) 复合

    物作为捕获剂研究了 N O， 他们认为 N O是烟叶燃烧过程中

    含 N O 自由基 的物质 如胺 一N O复合 物、 过 氧 氮化 物

    ( O N O O一 ) ， 或者其它反应物如 N O 、 N O 一、 N O ， 一 分解而成。

    L . Y . Z h a n g等 以二甲基吡咯啉氮酮( DMP O，5 ， 5 - d i m e t h y 1 .

    1 - p y r r o l i n e - N - o x i d e ) 作为捕获剂， 研究了氢氧自由基和超氧

    自由基。他们发现向体系中加入 F e “可以使氢氧自由基的

    信号提高 3～5倍。研究结果表明， 氢氧自由基可能是氢醌

    类和儿茶酚类 自由基在氧化过程 中形成 的。S . L . B a u m

    等 对 D MP O和 P B N进行了比较研究， 发现 D MP O适合检

    测烷氧基自由基和碳核自由基， 自由基的含量与卷烟粒相物

    没有相关性 ， 但是气相自由基的含量与总粒相物有一定的相

    关性。

    E S R技术是 目前最灵敏的检测固相 自由基的方法。该

    方法要用有反磁性的分子与自由基反应生成较稳定的顺磁

    性加合物 ......