一种废弃烟叶综合利用的方法技术

本发明专利技术公开了一种废弃烟叶综合利用的方法，使用有机溶剂对废弃烟叶进行提取后，利用溶剂分步萃取的方法得到了香料、绿原酸和烟碱浸膏和芦丁的沉淀，使用溶剂萃取、柱层析和结晶等分离纯化手段，获得了高纯度的烟碱、香料、茄尼醇、芦丁和绿原酸，对提取有效成分的烟叶残渣进行发酵，制备了微生物菌肥。本发明专利技术提供的方法，可实现多种废弃烟叶有效成分的高值化利用，工艺简捷，成本低，符合规模化工业生产要求，有效成分的收率和纯度高，香料中不含烟碱，菌肥生产周期短、活菌数高，是一种高效、经济性好、对环境友好的烟叶综合利用的技术。

A comprehensive utilization method of abandoned tobacco leaves

The invention discloses a method for comprehensive utilization of abandoned tobacco leaves. After extracting the abandoned tobacco leaves with organic solvents, the precipitation of perfume, chlorogenic acid, nicotine extract and rutin is obtained by solvent step extraction method. The high purity nicotine is obtained by solvent extraction, column chromatography and crystallization. Microbial fertilizer was prepared by fermentation of tobacco leaf residue with flavor, solanesol, rutin and chlorogenic acid. The method provided by the invention can realize the high value utilization of various effective components of waste tobacco leaves, has the advantages of simple process, low cost, meets the requirements of large-scale industrial production, high yield and purity of effective components, no nicotine in spices, short production cycle of bacterial fertilizer, high viable bacteria number, high efficiency, good economy and environmental friendliness. The technology of comprehensive utilization of tobacco leaves.

【技术实现步骤摘要】
一种废弃烟叶综合利用的方法
本专利技术涉及烟叶中有效成分综合利用的方法，可同时制备烟碱、茄尼醇、香料、芦丁、绿原酸和微生物菌肥；属于生物工程领域。
技术介绍
我国的烟草种植面积和产量均在世界前列，但由于受种植管理技术和加工技术的限制，在栽培、运输及制作卷烟过程中约25％的烟叶、下脚料不被充分利用而遭废弃。将这些废弃烟叶焚烧或是随意丢弃，不仅浪费，而且污染环境。经研究，烟叶中已经鉴定出300多种化合物，其中烟碱、茄尼醇、香料、芦丁和绿原酸等重要化合物是烟叶中的主要成分，在化工、医药、农业等方面有着广泛应用。烟草中含有丰富的烟草香味物质，这些香味成分多是弱极性物质，其中新植二烯是烟草中的非色素类萜烯，在烟草挥发性香味物质中含量最高，是烟叶中重要的致香物质之一，在烟叶中含量为0.05-0.2％之间。另外巨豆三烯酮、寸拜醇、棕榈酸和棕榈酸乙酯等对致香也有重要作用。废弃烟叶回收香料成分，目前主要添加在卷烟中，使其达到降低烟碱含量同时，不影响其香气风格的作用。茄尼醇是一种四倍半萜醇，无旋光活性，占烟叶干重的0.5-4.0％，以游离态和化合态存在于烟叶中，化合态以脂肪酸酯的形式存在。茄尼醇具有抗菌消炎和抗癌生物活性，对充血性心脏病治疗过程中的肺充血、浮肿、心绞痛具有良好的治疗作用、并对亚急性肝坏死、急慢性肝炎、十二指肠溃疡、治疗坏血病、坏死性牙周炎、胃溃疡凝血等疾病具有良好医疗效果。茄尼醇还可用于合成具有生物活性的泛醌类物质，例如辅酶Q10和维生素K2。绿原酸是植物体在有氧呼吸过程中经莽草酸途径产生的一种苯丙素类化合物，是烟叶中含量最高的多酚类物质，约占烟叶干重的0.5-2％，主要包括绿原酸及其衍生物隐绿原酸、新绿原酸和咖啡酸等。绿原酸是一种重要的生理活性物质，具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤、免疫调节、降糖利胆、增高白血球等多种药理作用，在保健品、药品及化妆品等领域有广泛应用。烟碱属于二元有机弱碱。烟叶中烟碱的含量约占总生物碱的95％，在烟叶中含量一般为1-6％，是制作绿色农药的重要原料，可用于制取高效绿色杀虫剂，具有低毒高效、残效期长、对作物安全、无药害、杀虫谱广、内吸和渗透较强等优点。芦丁又名芸香苷、紫槲皮苷，是一种来源很广的黄酮类化合物，在烟叶中含量约为0.5～1.5％(湖南大学学报(自然科学版)2005,31,616-619)。芦丁具有广泛的生物活性，主要包括抗自由基活性、抗脂质过氧化物作用、维生素P样作用、抗炎作用、对心血管的保护作用、一直血小板活化作用等，用途十分广泛。因为香料和烟碱、茄尼醇、芦丁以及绿原酸的含量和化学性质相差较大，提取方法也有较大差别，香料成分的提取方法主要包括水蒸气蒸馏法、溶剂提取法和超临界二氧化碳提取法，水蒸气蒸馏方法提取香料的得率较高，同时因烟碱也有一定的挥发性，烟叶中部分烟碱也能被提取，但因该条件不利于植物细胞破壁和烟碱的释放，香料成分的收率也较低，提取得到香料成分中烟碱含量偏高，同时提取时需要使用水蒸气，也存在提取过程能耗高的缺点。采用弱极性溶剂也可以提取香料成分，使用的溶剂包括石油醚、正己烷、乙酸乙酯等，提取得到的香料纯度较好，但收率较低，烟碱残留量高。二氧化碳超临界萃取法的成本高、设备投入大，也制约了其在生产实践中的应用。CN101940361B公开了一种在废弃烟叶中添加复合植物水解酶、纤维素酶和中性蛋白酶提取香料成分的方法，能够提高指标成分新植二烯的含量，但添加的酶成本高，工艺复杂，而且获得的浸膏中新植二烯的含量只有1.366-1.799μg/g,即新植二烯的含量只有0.0001％-0.0002％，同时该方法也不能够综合利用烟碱、茄尼醇、芦丁和绿原酸等有效成分。现有技术中，烟碱的提取主要是水提法，然后通过蒸馏法、离子交换法、有机溶剂或超临界二氧化碳萃取进行纯化。茄尼醇的提取，一般选用弱极性有机溶剂，如正己烷、石油醚等；绿原酸提取则酸性醇溶液进行提取，芦丁主要采用水或醇提取。由此可知，同时提取这几种有效成分并不容易，烟碱和茄尼醇共提取的有一些报道，提取方法主要包括使用硫酸水和丙酮两步法，烟碱和茄尼醇的收率分别为80.2％和83.4％(福州大学学报，2008，36，308-312)和正己烷和4％氢氧化钠/正己烷两步法，烟碱和茄尼醇的收率分别为75％和70％(中国医药工业杂志2006，37，458-459)等，但并不能综合利用芦丁、绿原酸和香料。CN104151140B和CN104326912B分别利用酸性乙醇溶液超声辅助以及石油醚/磷酸水两相体系可以同时提取绿原酸、茄尼醇和烟碱，但这些方法均不能综合利用香料和芦丁成分。而且收率也不令人满意，例如，CN104151140B专利中，茄尼醇、烟碱和绿原酸的浸膏提取收率分别只有48.2％，59.4％和62.7％，加上后续精制的步骤，收率将更低。CN104326912B获得的绿原酸的纯度不高于47％，收率不高于46％，同时过程中必须使用超声辅助，设备成本高，放大困难。烟碱纯化中，必须使用水蒸气蒸馏结合二氯甲烷萃取的方法，水蒸气蒸馏法的能耗高、二氯甲烷的毒性大，这些因素限制了其在工业实践中应用。CN106496034A公开了一种同时从烟叶种分离绿原酸和芦丁的方法，用水溶解、50℃搅拌提取，使用大孔树脂进行绿原酸和芦丁的纯化，得到了纯度较高的绿原酸和芦丁，但收率分别只有60％和56.2％，同时该方法也不能综合利用烟碱、香料和茄尼醇。CN1093540C公开了一种从烟叶中同时提取烟碱和芦丁的方法，采用水提、有机溶剂萃取的方法得到烟碱，并经过大孔树脂进行烟碱和芦丁的纯化，但因为未测定原料中烟碱和芦丁的含量，收率未知，而且对于烟碱和芦丁来讲，采用大孔树脂法进行纯化，增加了工艺步骤，也会影响其收率。李晓芹等公开了一种从烟叶中同时提取茄尼醇、绿原酸、芦丁和烟碱的方法，采用超声波辅助提取的方法，获得有效成分的提取液，再采用冷却沉淀得方法分离茄尼醇，再采用分步萃取和精制的方法获得其他3种有效成分(烟草主要功能成分的联合提取及抗氧化活性研究，中国农业科学院学位论文2015)，该方法的茄尼醇的得率较高，但因为芦丁在低温水溶液中溶解度较差，会随着茄尼醇一起析出，影响了芦丁得收率。同时，过滤或离心去除沉淀得上清液，直接萃取绿原酸时，因为芦丁在乙酸乙酯中有溶解性，而被提取，影响了绿原酸的纯度和芦丁的收率。同时因为茄尼醇分离时，未经过弱极性溶剂萃取，残留着较多的杂质，使得烟碱粗品的纯度也偏低，如采用更复杂得方法除去绿原酸、烟碱中的这些杂质，则会降低两种有效成分得收率。此外使用该方法也无法实现香料成份的综合利用。虽然由此可知，现有的技术尚无法在获得高纯度的烟碱、茄尼醇、香料、芦丁和绿原酸同时，且保证各种有效成份均具有较高的收率。另一方面，废弃烟叶中含有大量多糖类成分、如淀粉、纤维素、木质素等，以及有机酸和蛋白质，即使提取有效成分的残渣，质量也还能占废弃烟叶的50％以上，如作为废料被遗弃，将给地源环境造成不良影响。人们也尝试开展了废弃烟叶或废弃烟叶提取后残渣的高值化利用，如利用提取烟碱的残渣制备活性炭(煤炭转化，2004，27，64-66)，但活性炭附加值比较低，无法做到残渣的高值化利用。也有科技工作者将废弃烟叶或者提取过有效成分的残渣进行微生物菌肥的制备，但本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种废弃烟叶综合利用的方法，包括如下步骤：(1)提取：将干燥、粉碎后的烟叶与溶液I热回流，热回流温度为35‑80℃，时间为10min～6小时/次，重复1‑5次，料液质量比为1:3～50，得提取液以及烟叶残渣；所述的溶液I是70％‑95％的乙醇水溶液；(2)香料浸膏和茄尼醇的制备：去除提取液中的乙醇，调pH为1‑6，以石油醚、正己烷、环己烷、乙酸乙酯、乙酸丁酯或煤油进行萃取，萃取次数为1‑6次，得到萃取液I和萃余液I；萃取液I经浓缩、脱水、蒸馏、干燥后得到香料浸膏粗品；将香料浸膏粗品溶于70％‑90％的乙醇、甲醇、丙酮或乙腈的水溶液，以大孔树脂层析，并使用80％‑100％的乙醇、甲醇、丙酮或乙腈的水溶液洗脱，流穿组份合并浓缩至干，得到香料浸膏精品，洗脱组分合并浓缩至干，溶于乙醇、甲醇、丙酮或乙腈，10至‑20℃结晶，得到茄尼醇；(3)芦丁制备：将萃余液I浓缩为原体积的25％‑80％后静置过夜，析出沉淀，离心或过滤法收集沉淀；并以70‑95℃热水或50‑75℃热乙醇重结晶，料液质量比为1:10‑100，得到芦丁；(4)绿原酸制备：步骤(3)中回收沉淀后的残液，以乙酸乙酯萃取，pH为1‑6，萃取次数为1‑6次，得萃取液II和萃余液II，萃取液II浓缩至干后得到绿原酸浸膏，将浸膏溶于水，调节pH值为1‑6，以大孔树脂层析，使用5％‑70％的乙醇、丙酮、甲醇或乙腈的水溶液洗脱，洗脱液浓缩后，使用乙酸乙酯萃取，浓缩至干，使用水饱和乙酸乙酯或乙醇结晶，得到绿原酸；(5)烟碱制备：将萃余液II调pH为8‑14，加入等体积的石油醚、正己烷、环己烷、乙酸乙酯、乙酸丁酯或煤油萃取，萃取次数为1‑6次，得到萃取液III和萃余液III，将萃取液III浓缩、脱水、蒸馏、干燥后即得到烟碱纯品。...

【技术特征摘要】
1.一种废弃烟叶综合利用的方法，包括如下步骤：(1)提取：将干燥、粉碎后的烟叶与溶液I热回流，热回流温度为35-80℃，时间为10min～6小时/次，重复1-5次，料液质量比为1:3～50，得提取液以及烟叶残渣；所述的溶液I是70％-95％的乙醇水溶液；(2)香料浸膏和茄尼醇的制备：去除提取液中的乙醇，调pH为1-6，以石油醚、正己烷、环己烷、乙酸乙酯、乙酸丁酯或煤油进行萃取，萃取次数为1-6次，得到萃取液I和萃余液I；萃取液I经浓缩、脱水、蒸馏、干燥后得到香料浸膏粗品；将香料浸膏粗品溶于70％-90％的乙醇、甲醇、丙酮或乙腈的水溶液，以大孔树脂层析，并使用80％-100％的乙醇、甲醇、丙酮或乙腈的水溶液洗脱，流穿组份合并浓缩至干，得到香料浸膏精品，洗脱组分合并浓缩至干，溶于乙醇、甲醇、丙酮或乙腈，10至-20℃结晶，得到茄尼醇；(3)芦丁制备：将萃余液I浓缩为原体积的25％-80％后静置过夜，析出沉淀，离心或过滤法收集沉淀；并以70-95℃热水或50-75℃热乙醇重结晶，料液质量比为1:10-100，得到芦丁；(4)绿原酸制备：步骤(3)中回收沉淀后的残液，以乙酸乙酯萃取，pH为1-6，萃取次数为1-6次，得萃取液II和萃余液II，萃取液II浓缩至干后得到绿原酸浸膏，将浸膏溶于水，调节pH值为1-6，以大孔树脂层析，使用5％-70％的乙醇、丙酮、甲醇或乙腈的水溶液洗脱，洗脱液浓缩后，使用乙酸乙酯萃取，浓缩至干，使用水饱和乙酸乙酯或乙醇结晶，得到绿原酸；(5)烟碱制备：将萃余液II调pH为8-14，加入等体积的石油醚、正己烷、环己烷、乙酸乙酯、乙酸丁酯或煤油萃取，萃取次数为1-6次，得到萃取液III和萃余液III，将萃取液III浓缩、脱水、蒸馏、干燥后即得到烟碱纯品。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤(1)中热回流温度为45-70℃；溶液I是80-95％的乙醇水溶液；所述的步骤(2)中去除提取液中的乙醇后，调pH1-4；所述的步骤(3)中将萃余液I浓缩为原体积的25％-50％；所述的步骤(4)乙酸乙酯萃取的pH值为1-4；进行大孔树脂层析时，将浸膏溶于水调pH1-4；所述的步骤(5)中pH值为8-12。3.根据权利要求1所述的方法，包括如下步骤：(1)提取：将干燥、粉碎后的烟叶与90％的乙醇水溶液按照料液质量比1：10混合，50℃热回流提取30min，得提取液和残渣；(2)香料浸膏和茄尼醇的制备：香料浸膏和茄尼醇的制备：去除提取液中的乙醇，调pH为3，以石油醚进行萃取，萃取次数为3次...

【专利技术属性】
技术研发人员：董悦生，王月，李野，修志龙，戴建英，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21