CN107549869A

CN107549869A - 烟草提取物的制备方法

Info

Publication number: CN107549869A
Application number: CN201710625314.4A
Authority: CN
Inventors: 陈雨诗
Original assignee: Panan Send Biotechnology Co Ltd
Current assignee: Panan Send Biotechnology Co Ltd
Priority date: 2017-07-27
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2018-01-09

Abstract

本发明公开了一种烟草提取物的制备方法，包括预处理、超临界CO₂萃取、纤维素提取、发酵和真空冷冻干燥。有益效果为：采用上述方法提取的烟碱纯度高、提取率高且掺杂少量挥发性芳香成分，最后得到的烟草提取物中焦油量极低，具有烟草的特征香气。经扣囊复膜孢酵母菌有氧和无氧发酵后，烟碱提取物中茄尼醇的含量明显增加，但具体的发酵机理并不明确。用乙醇、异丙醇稀释烟草提取物，按照质量分数0.001~0.003%的量加入卷烟中可明显增进烟香，使烟气纯正圆润，烟香爽口。

Description

烟草提取物的制备方法

技术领域

本发明涉及植物成分提取领域，具体是烟草提取物的制备方法。

背景技术

我国是烟草生产大国，不仅在烟叶的储运和卷烟生产的过程中产生大量的烟屑、烟渣、烟梗、污染或霉变烟叶等烟草废弃物，而且烟农每年弃于田间的低次烟叶的数量也是可观的。烟叶中含有多种有利用价值的化学成分，若对其进行综合利用，则不仅改善了废弃物对环境的污染，同时又为国家创造了财富。但由于目前工艺条件落后,产品成本较高而造成市场竞争力不高、综合利用效率低下的局面。

烟草(Nicotianatobaculn)为茄科烟草属植物，一年生或多年生，单叶互生，常有粘质柔毛，产于南美洲l’l，我国引种烟草很早，产量颇大。目前国内外种植的烟草主要用作卷烟，我国是烟草生产大国，每年有450-500万吨出产，其中90~150万吨烟草废弃物不能应用于卷烟行业，造成环境污染，仅玉溪卷烟厂每年为此缴纳环境保护费就达5000万元之多。我国的河南、湖南、广东、福建、云南、贵州等省都有大面积的烟田，众多的卷烟厂、复烤烟叶厂，每年都有大量的废烟叶、烟灰、烟杆，这些下脚料由于没有很好的利用而被一把火烧掉，这样处理不仅浪费资源，又造成环境污染，如何将这些烟草废弃物加以合理的综合利用，是摆在人们面前一个迫切的课题。烟草废弃物中含有数百种化学成分，其中有许多是宝贵的成分，如烟碱、茄尼醇、纤维素、果胶、半纤维素等，可以采用一系列的化学方法，对其进行提取、精制，从而应用于医药、化工等行业,提取烟草中的有效成分是其综合利用的重要途径，具有极其重大的意义。

同时，随着吸烟与健康的问题越来越受到关注，降低卷烟烟气中的有害成分，研制低焦油卷烟已成为烟草工业发展的方向。但是，在卷烟焦油量降低的同时，烟气中香气量也随之减少，导致卷烟“吃味”、“香气”不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种烟草提取物的制备方法，采用上述方法提取的烟碱纯度高、提取率高且掺杂少量挥发性芳香成分，最后得到的烟草提取物中焦油量极低，具有烟草的特征香气。

本发明针对背景技术中提到的问题，采取的技术方案为：烟草提取物的制备方法，包括预处理、超临界CO₂萃取、纤维素提取、发酵和真空冷冻干燥。发酵步骤为在超临界CO₂萃取得到的烟碱中加入马铃薯液和活性蛋白，搅拌均匀后接种扣囊复膜孢酵母菌，有氧发酵1~3h，无氧发酵24~36h，微滤并超滤，取滤液。经扣囊复膜孢酵母菌有氧和无氧发酵后，烟碱提取物中茄尼醇的含量明显增加，但具体的发酵机理并不明确。用乙醇、异丙醇稀释烟草提取物，按照质量分数0.001~0.003%的量加入卷烟中可明显增进烟香，使烟气纯正圆润，烟香爽口。上述扣囊复膜孢酵母菌购于上海艾研生物科技有限公司。

作为优选，预处理步骤为取粒径为30~80目的烟草，在水介质中浸泡8~15h，进行蒸汽***处理，并进行干燥，得烟草预处理料。蒸汽***处理既能达到破坏纤维素结构，又能达到活化纤维素的目的，还可破坏烟草细胞的细胞壁，便于烟草细胞中物质溶出，提高超临界CO₂萃取步骤中烟碱的提取率。

作为优选，烟草预处理料的水分含量为3~5%。烟草预处理料含上述水分情况下，超临界CO₂的极性增强，能在最短时间内溶解烟碱，溶出的烟碱量最大。

作为优选，超临界CO₂萃取步骤为对烟草预处理料进行超临界萃取处理，萃取温度为43~50℃，萃取压力为27~36MPa，萃取时间1.5~3.5h；分离釜Ⅰ压力6~10MPa，温度45~50℃；分离釜Ⅱ压力3~6MPa，温度16~25℃。采用超临界CO₂萃取可有效避免用有机溶剂提取烟碱会产生橡胶状物质的问题，操作步骤简单，烟碱的提取率高，纯度高，焦油含量极低，具有明显的优越性。

作为优选，超临界CO₂萃取步骤中夹带剂为质量分数3~6%的甲醇和1~4%乙酸乙酯。上述含量的甲醇和乙酸乙酯通过化学缔合作用，大大增加烟草预处理料在超临界CO₂流体中的溶解度和选择性，增加烟碱和挥发性芳香成分溶解度对温度、压力的敏感程度。上述甲醇和乙酸乙酯在超临界CO₂流体中的含量为最优选。

作为优选，纤维素提取步骤为在超临界CO₂萃取后得到的烟草渣中加入相当于烟草渣质量10~20倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，在80~105℃条件下溶解反应3~5h，得反应液，将反应液进行固液分离，固液分离的方式为离心，取液体，液体为纤维素溶液；在所得纤维素溶液中加入体积为2~4倍的去离子水，搅拌后进行过滤，所得滤渣为纤维素；将滤渣用去离子水进行洗涤，并进行真空干燥，得纤维素。蒸汽***使得烟草的半纤维素分离，其表面结构变得蓬松，这种粗糙的表面结构使1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体处理接触面积增大，且容易侵蚀到烟草的内部，破坏纤维素的结晶结构，从而实现烟草纤维素的工业化应用。

作为优选，真空冷冻干燥步骤为将发酵后滤液按如下方法操作：预冻：-20~-10℃预冻3~5h；冷冻干燥：-20~-10℃，0~4Pa冷冻干燥5~7h，-1~0℃，6~14Pa冷冻干燥1~2h；升华干燥：4~8℃，50~60Pa升华干燥2~3h；解析干燥：2~4℃，3~5Pa解析干燥2~4h，粉碎，加入10~15倍纤维素粉末，得到烟草提取物。冻干整个过程都在程序的控制下，操作简单，工序简洁，自动化程度高，减少了人力、物力。低温下干燥能更好地保留烟碱的活性，并且可尽量减少挥发性芳香成分的损失。

作为优选，在烟碱中加入7~10wt%马铃薯液和0.02~0.05wt%活性蛋白，搅拌均匀后接种0.6~1.5wt%扣囊复膜孢酵母菌。上述含量成分，既可提供扣囊复膜孢酵母菌发酵过程中所需的碳源、氮源，保证扣囊复膜孢酵母菌的发酵效率，又不会造成资源的浪费。上述成分含量配比为最优选。

作为优选，活性蛋白的氨基酸序列为YAVGEIKPRLTNIGDRFCITEGKYVYCKEFKCPITECMRPVVPNNGGCPYCKGTCSYGGAIYPINDNFPCLDGVNGCSCRANNIIISTKINTSPEDMCLKRP。上述活性蛋白在发酵过程中起到表面活性剂的作用，其亲脂端与烟碱和挥发性芳香成分接触，亲水端与水溶液接触，形成水包油状微乳液，大幅增加扣囊复膜孢酵母菌与烟碱和挥发性芳香成分的接触面积，提高发酵效率，缩短生产时间。上述活性蛋白还能促进扣囊复膜孢酵母菌发酵产生茄尼醇。通过研究发现，活性蛋白与扣囊复膜孢酵母菌之间有特异性吸附，扣囊复膜孢酵母菌表面的活性蛋白含量明显多于其他位置。用乳化效果相同的表面活性剂代替上述活性蛋白，扣囊复膜孢酵母菌发酵产生茄尼醇的量明显减少。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1. 经扣囊复膜孢酵母菌有氧和无氧发酵后，烟碱提取物中茄尼醇的含量明显增加，但具体的发酵机理并不明确。用乙醇、异丙醇稀释烟草提取物，按照质量分数0.001~0.003%的量加入卷烟中可明显增进烟香，使烟气纯正圆润，烟香爽口。

2.在发酵过程中加入氨基酸序列为YAVGEIKPRLTNIGDRFCITEGKYVYCKEFKCPITECMRPVVPNNGGCPYCKGTCSYGGAIYPINDNFPCLDGVNGCSCRANNIIISTKINTSPEDMCLKRP的活性蛋白。上述活性蛋白在发酵过程中起到表面活性剂的作用，其亲脂端与烟碱和挥发性芳香成分接触，亲水端与水溶液接触，形成水包油状微乳液，大幅增加扣囊复膜孢酵母菌与烟碱和挥发性芳香成分的接触面积，提高发酵效率，缩短生产时间。上述活性蛋白还能促进扣囊复膜孢酵母菌发酵产生茄尼醇。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明方案作进一步说明：

实施例1：

烟草提取物的制备方法，包括预处理、超临界CO₂萃取、纤维素提取、发酵和真空冷冻干燥。发酵步骤为在超临界CO₂萃取得到的烟碱中加入马铃薯液和活性蛋白，搅拌均匀后接种扣囊复膜孢酵母菌，有氧发酵2h，无氧发酵24h，微滤并超滤，取滤液。经扣囊复膜孢酵母菌有氧和无氧发酵后，烟碱提取物中茄尼醇的含量明显增加，但具体的发酵机理并不明确。用乙醇、异丙醇稀释烟草提取物，按照质量分数0.002%的量加入卷烟中可明显增进烟香，使烟气纯正圆润，烟香爽口。

预处理步骤为取粒径为60目的烟草，在水介质中浸泡12h，进行蒸汽***处理，并进行干燥，得烟草预处理料。蒸汽***处理既能达到破坏纤维素结构，又能达到活化纤维素的目的，还可破坏烟草细胞的细胞壁，便于烟草细胞中物质溶出，提高超临界CO₂萃取步骤中烟碱的提取率。

烟草预处理料的水分含量为4%。烟草预处理料含上述水分情况下，超临界CO₂的极性增强，能在最短时间内溶解烟碱，溶出的烟碱量最大。

超临界CO₂萃取步骤为对烟草预处理料进行超临界萃取处理，萃取温度为44℃，萃取压力为32MPa，萃取时间2h；分离釜Ⅰ压力8MPa，温度46℃；分离釜Ⅱ压力4MPa，温度20℃。采用超临界CO₂萃取可有效避免用有机溶剂提取烟碱会产生橡胶状物质的问题，操作步骤简单，烟碱的提取率高，纯度高，焦油含量极低，具有明显的优越性。

超临界CO₂萃取步骤中夹带剂为质量分数4%的甲醇和3%乙酸乙酯。上述含量的甲醇和乙酸乙酯通过化学缔合作用，大大增加烟草预处理料在超临界CO₂流体中的溶解度和选择性，增加烟碱和挥发性芳香成分溶解度对温度、压力的敏感程度。上述甲醇和乙酸乙酯在超临界CO₂流体中的含量为最优选。

纤维素提取步骤为在超临界CO₂萃取后得到的烟草渣中加入相当于烟草渣质量16倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，在100℃条件下溶解反应4h，得反应液，将反应液进行固液分离，固液分离的方式为离心，取液体，液体为纤维素溶液；在所得纤维素溶液中加入体积为3倍的去离子水，搅拌后进行过滤，所得滤渣为纤维素；将滤渣用去离子水进行洗涤，并进行真空干燥，得纤维素。蒸汽***使得烟草的半纤维素分离，其表面结构变得蓬松，这种粗糙的表面结构使1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体处理接触面积增大，且容易侵蚀到烟草的内部，破坏纤维素的结晶结构，从而实现烟草纤维素的工业化应用。

真空冷冻干燥步骤为将发酵后滤液按如下方法操作：预冻：-15℃预冻4h；冷冻干燥：-15℃，2Pa冷冻干燥5h，0℃，10Pa冷冻干燥1.4h；升华干燥：6℃，55Pa升华干燥2.7h；解析干燥：3℃，4Pa解析干燥3h，粉碎，加入12倍纤维素粉末，得到烟草提取物。冻干整个过程都在程序的控制下，操作简单，工序简洁，自动化程度高，减少了人力、物力。低温下干燥能更好地保留烟碱的活性，并且可尽量减少挥发性芳香成分的损失。

在烟碱中加入8wt%马铃薯液和0.04wt%活性蛋白，搅拌均匀后接种1wt%扣囊复膜孢酵母菌。上述含量成分，既可提供扣囊复膜孢酵母菌发酵过程中所需的碳源、氮源，保证扣囊复膜孢酵母菌的发酵效率，又不会造成资源的浪费。上述成分含量配比为最优选。

活性蛋白的氨基酸序列为YAVGEIKPRLTNIGDRFCITEGKYVYCKEFKCPITECMRPVVPNNGGCPYCKGTCSYGGAIYPINDNFPCLDGVNGCSCRANNIIISTKINTSPEDMCLKRP。上述活性蛋白在发酵过程中起到表面活性剂的作用，其亲脂端与烟碱和挥发性芳香成分接触，亲水端与水溶液接触，形成水包油状微乳液，大幅增加扣囊复膜孢酵母菌与烟碱和挥发性芳香成分的接触面积，提高发酵效率，缩短生产时间。上述活性蛋白还能促进扣囊复膜孢酵母菌发酵产生茄尼醇。通过研究发现，活性蛋白与扣囊复膜孢酵母菌之间有特异性吸附，扣囊复膜孢酵母菌表面的活性蛋白含量明显多于其他位置。用乳化效果相同的表面活性剂代替上述活性蛋白，扣囊复膜孢酵母菌发酵产生茄尼醇的量明显减少。

实施例2：

烟草提取物的最优选制备方法，包括以下步骤：

1）预处理：取粒径为70目的烟草，在水介质中浸泡10h，进行蒸汽***处理，并进行干燥，得烟草预处理料，烟草预处理料的水分含量为4%；

2）超临界CO₂萃取：对烟草预处理料进行超临界萃取处理，萃取温度为46℃，萃取压力为34MPa，萃取时间2.7h；分离釜Ⅰ压力7MPa，温度47℃；分离釜Ⅱ压力5MPa，温度21℃。夹带剂为质量分数4.5%的甲醇和3%乙酸乙酯；

3）纤维素提取：在超临界CO₂萃取后得到的烟草渣中加入相当于烟草渣质量17倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，在102℃条件下溶解反应3.8h，得反应液，将反应液进行固液分离，固液分离的方式为离心，取液体，液体为纤维素溶液；在所得纤维素溶液中加入体积为3倍的去离子水，搅拌后进行过滤，所得滤渣为纤维素；将滤渣用去离子水进行洗涤，并进行真空干燥，得纤维素；

4）发酵：在超临界CO₂萃取得到的烟碱中加入8wt%马铃薯液和0.03wt%活性蛋白，搅拌均匀后接种1.1wt%扣囊复膜孢酵母菌，有氧发酵2h，无氧发酵30h，微滤并超滤，取滤液。活性蛋白的氨基酸序列为YAVGEIKPRLTNIGDRFCITEGKYVYCKEFKCPITECMRPVVPNNGGCPYCKGTCSYGGAIYPINDNFPCLDGVNGCSCRANNIIISTKINTSPEDMCLKRP；

5）真空冷冻干燥：将发酵后滤液按如下方法操作：预冻：-15℃预冻4h；冷冻干燥：-15℃，2Pa冷冻干燥5h，0℃，10Pa冷冻干燥1.4h；升华干燥：6℃，55Pa升华干燥2.7h；解析干燥：3℃，4Pa解析干燥3h，加入12倍纤维素粉末，得到烟草提取物。经扣囊复膜孢酵母菌有氧和无氧发酵后，烟碱提取物中茄尼醇的含量明显增加，但具体的发酵机理并不明确。用乙醇、异丙醇稀释烟草提取物，按照质量分数0.001~0.003%的量加入卷烟中可明显增进烟香，使烟气纯正圆润，烟香爽口。

实施例3：

烟草提取物的制备方法，包括以下步骤：

1）预处理：取粒径为60目的烟草，在水介质中浸泡12h，进行蒸汽***处理，并进行干燥，得烟草预处理料，烟草预处理料的水分含量为5%；

2）超临界CO₂萃取：对烟草预处理料进行超临界萃取处理，萃取温度为45℃，萃取压力为33MPa，萃取时间3h；分离釜Ⅰ压力6.7MPa，温度46℃；分离釜Ⅱ压力4.3MPa，温度22℃。夹带剂为质量分数4.8%的甲醇和3.8%乙酸乙酯；

3）纤维素提取：在超临界CO₂萃取后得到的烟草渣中加入相当于烟草渣质量18倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，在105℃条件下溶解反应3.5h，得反应液，将反应液进行固液分离，固液分离的方式为离心，取液体，液体为纤维素溶液；在所得纤维素溶液中加入体积为3倍的去离子水，搅拌后进行过滤，所得滤渣为纤维素；将滤渣用去离子水进行洗涤，并进行真空干燥，得纤维素；

4）发酵：在超临界CO₂萃取得到的烟碱中加入7.3wt%马铃薯液和0.02wt%活性蛋白，搅拌均匀后接种1.3wt%扣囊复膜孢酵母菌，有氧发酵2h，无氧发酵30h，微滤并超滤，取滤液。活性蛋白的氨基酸序列为YAVGEIKPRLTNIGDRFCITEGKYVYCKEFKCPITECMRPVVPNNGGCPYCKGTCSYGGAIYPINDNFPCLDGVNGCSCRANNIIISTKINTSPEDMCLKRP；

夹带剂中甲醇质量分数包括但不仅限于3~6%，还应包括3.02%，3.04%，3.06%，……，5.94%，5.96%，5.98%和6%。

夹带剂中乙酸乙酯质量分数包括但不仅限于1~4%，还应包括1.02%，1.04%，1.06%，……，3.94%，3.96%，3.98%和4%。

发酵步骤中烟碱中加入的马铃薯液量包括但不仅限于7~10wt%，还应包括7.02%，7.04%，7.06%，……，9.94%，9.96%，9.98%和10%。

发酵步骤中烟碱中加入的活性蛋白量包括但不仅限于0.02~0.05wt%，还应包括0.022%，0.024%，0.026%，……，0.044%，0.046%，0.048%和0.05%。

发酵步骤中烟碱中加入的扣囊复膜孢酵母菌量包括但不仅限于0.6~1.5wt%，还应包括0.62%，0.64%，0.66%，……，1.44%，1.46%，1.48%和1.5%。

本发明的操作步骤中的常规操作为本领域技术人员所熟知，在此不进行赘述。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

SEQUENCE LISTING

<110> 磐安县派普特生物科技有限公司

<120> 烟草提取物的制备方法

<130> 1

<160> 1

<170> PatentIn version 3.5

<210> 1

<211> 102

<212> PRT

<213> 人工合成

<400> 1

Tyr Ala Val Gly Glu Ile Lys Pro Arg Leu Thr Asn Ile Gly Asp Arg

1 5 10 15

Phe Cys Ile Thr Glu Gly Lys Tyr Val Tyr Cys Lys Glu Phe Lys Cys

20 25 30

Pro Ile Thr Glu Cys Met Arg Pro Val Val Pro Asn Asn Gly Gly Cys

35 40 45

Pro Tyr Cys Lys Gly Thr Cys Ser Tyr Gly Gly Ala Ile Tyr Pro Ile

50 55 60

Asn Asp Asn Phe Pro Cys Leu Asp Gly Val Asn Gly Cys Ser Cys Arg

65 70 75 80

Ala Asn Asn Ile Ile Ile Ser Thr Lys Ile Asn Thr Ser Pro Glu Asp

85 90 95

Met Cys Leu Lys Arg Pro

100

Claims

1.烟草提取物的制备方法，包括预处理、超临界CO₂萃取、纤维素提取、发酵和真空冷冻干燥，其特征在于：所述的发酵步骤为在超临界CO₂萃取得到的烟碱中加入马铃薯液和活性蛋白，搅拌均匀后接种扣囊复膜孢酵母菌，有氧发酵1~3h，无氧发酵24~36h，微滤并超滤，取滤液。

2.根据权利要求1所述的烟草提取物的制备方法，其特征在于：所述的预处理步骤为取粒径为30~80目的烟草，在水介质中浸泡8~15h，进行蒸汽***处理，并进行干燥，得烟草预处理料。

3.根据权利要求2所述的烟草提取物的制备方法，其特征在于：所述的烟草预处理料的水分含量为3~5%。

4.根据权利要求1所述的烟草提取物的制备方法，其特征在于：所述的超临界CO₂萃取步骤为对烟草预处理料进行超临界萃取处理，萃取温度为43~50℃，萃取压力为27~36MPa，萃取时间1.5~3.5h；分离釜Ⅰ压力6~10MPa，温度45~50℃；分离釜Ⅱ压力3~6MPa，温度16~25℃。

5.根据权利要求4所述的烟草提取物的制备方法，其特征在于：所述的超临界CO₂萃取步骤中夹带剂为质量分数3~6%的甲醇和1~4%乙酸乙酯。

6.根据权利要求1所述的烟草提取物的制备方法，其特征在于：所述的纤维素提取步骤为在超临界CO₂萃取后得到的烟草渣中加入相当于烟草渣质量10~20倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，在80~105℃条件下溶解反应3~5h，得反应液，将所述反应液进行固液分离，所述固液分离的方式为离心，取液体，所述液体为纤维素溶液；在所得纤维素溶液中加入体积为2~4倍的去离子水，搅拌后进行过滤，所得滤渣为纤维素；将所述滤渣用去离子水进行洗涤，并进行真空干燥，得纤维素。

7.根据权利要求1所述的烟草提取物的制备方法，其特征在于：所述的真空冷冻干燥步骤为将发酵后的滤液按如下方法操作：预冻：-20~-10℃预冻3~5h；冷冻干燥：-20~-10℃，0~4Pa冷冻干燥5~7h，-1~0℃，6~14Pa冷冻干燥1~2h；升华干燥：4~8℃，50~60Pa升华干燥2~3h；解析干燥：2~4℃，3~5Pa解析干燥2~4h，粉碎，加入10~15倍纤维素粉末，得到烟草提取物。

8.根据权利要求1所述的烟草提取物的制备方法，其特征在于：所述的烟碱中加入7~10wt%马铃薯液和0.02~0.05wt%活性蛋白，搅拌均匀后接种0.6~1.5wt%扣囊复膜孢酵母菌。

9.根据权利要求1所述的烟草提取物的制备方法，其特征在于：所述的活性蛋白的氨基酸序列为YAVGEIKPRLTNIGDRFCITEGKYVYCKEFKCPITECMRPVVPNNGGCPYCKGTCSYGGAIYPINDNFPCLDGVNGCSCRANNIIISTKINTSPEDMCLKRP。