廢棄煙草同時提取煙堿及制備浸膏的研究

谷彥嶺，陳治岍，張長安，李彥周，段品紅，孟書玉，范鴻武，劉春雅，刁宇欣，許春平

（1.天昌國際煙草有限公司三門峽復(fù)烤廠，河南 三門峽 472000；2.鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450002）

我國是煙草種植和生產(chǎn)大國，種植面積和產(chǎn)量均居世界前列[1]。在煙草的種植和加工過程中，產(chǎn)生了大量煙梗、低次煙葉、碎末等不能直接用于卷煙行業(yè)的煙草廢棄物[2]，如何高效合理地利用這些廢棄物對減少煙草行業(yè)原料消耗、降低成本、提高煙農(nóng)收入均有重要的意義。目前，已經(jīng)有從低次煙葉、煙梗中提取高附加值的化學(xué)品，如煙堿[3]、茄尼醇[4]、煙葉蛋白[5]、香精香料[6]等高價值物質(zhì)的報道，但是對同時研究廢棄煙末提取煙堿及提取煙堿后利用廢料制備浸膏的工藝還鮮有報道。

通過對廢棄煙葉和煙梗進(jìn)行溶劑浸取和蒸餾提純等技術(shù)手段制備煙堿，通過回收提取煙堿后的煙末殘渣，采用回流浸提技術(shù)進(jìn)行二次提取制備浸膏，并利用GC-MS分析浸膏中所含揮發(fā)性成分，使其充分發(fā)揮潛在價值，以提高廢次煙葉的利用率，達(dá)到變廢為寶的目的。

1 試驗部分

1.1 試驗原料和儀器

試驗用煙梗和煙末（主要來源與碎煙葉，產(chǎn)地河南），天昌國際煙草有限公司三門峽復(fù)烤廠提供；在溫度22℃，濕度60%條件下儲存，備用。

試驗儀器：QP2010GC-MS型聯(lián)用儀，日本島津公司產(chǎn)品；SB-1100型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，天津市泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品；電熱恒溫水浴鍋，北京科偉永興儀器有限公司產(chǎn)品；天平和索氏提取配套裝置。

1.2 試驗方法

1.2.1 煙堿提取

取煙葉（煙梗）100 g于粉碎機(jī)中粉碎，過20目篩網(wǎng)。以石灰乳與煙葉（煙梗）配比1∶10浸取煙堿，煙末與石灰乳攪拌4 h后靜置，待分層后得到棕色濁液，重復(fù)操作4次。取濁液過濾并加入NaCI和NaOH進(jìn)行蒸餾，冷凝液用草酸（或鹽酸）調(diào)節(jié)至pH值≤2，再進(jìn)行減壓蒸發(fā)濃縮。加入NaOH，調(diào)節(jié)溶液pH值至11～12，用體積比為1∶0.4的石油醚萃取3次，每次30 min。合并萃取液后通過水浴加熱，冷凝溶劑蒸汽。蒸余物即較純的天然煙堿產(chǎn)品。

1.2.2 浸膏制備

回收1.2.1提取煙堿后的煙末殘渣于80℃烘箱中烘干，置于相對濕度為60%，溫度為22℃的恒溫恒濕箱中平衡48 h以上，至平衡含水率達(dá)到12%左右。用無水乙醇以質(zhì)量比為10∶1的比例，采用索氏提取對廢料進(jìn)行二次提取，每次提取3～4 h，最后通過減壓蒸發(fā)濃縮操作對乙醇提取物進(jìn)行濃縮，進(jìn)而得到煙末浸膏。

1.3 煙堿含量及浸膏揮發(fā)性成分的檢測

1.3.1 原料煙堿含量計算

按照我國煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 31—1996（煙草及煙草制品試樣的制備和水分測定烘箱法）測定煙葉樣品含水率和制備煙末。

1.3.2 煙堿及煙堿鹽提取率的計算方法

1.3.3 浸膏檢測樣品制備

取提取物1 g精確至0.000 1于50 mL三角瓶中，加入20 mL二氯甲烷，超聲萃取30 min，經(jīng)0.45μm有機(jī)膜濾至濃縮瓶中，加入50μL乙酸苯乙酯內(nèi)標(biāo)液（質(zhì)量濃度為0.821 1 mg/g），于60℃恒溫水浴條件下濃縮至1 mL，進(jìn)行GC-MS分析。

色譜試驗條件：載氣為氦氣；流速1 mL/min，溶劑延遲10 min，進(jìn)樣方式為分流比5∶1，進(jìn)樣口溫度230℃，進(jìn)樣量2μL。程序升溫為初始溫度80℃，保持2 min，然后以10℃/min的速率升至200℃，保持20 min，以20℃/min的速率升至280℃，保持5 min。

質(zhì)譜試驗條件：EI源，電子能量70 eV，離子源溫度200℃，質(zhì)量掃描范圍35～300 amu，傳輸線溫度280℃，對采集到的質(zhì)譜圖用NIST11譜庫進(jìn)行檢索。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙葉中煙堿含量結(jié)果

煙葉揮發(fā)性成分的離子流圖見圖1。

圖1 煙葉揮發(fā)性成分的離子流圖

對原料煙葉進(jìn)行GC-MS分析，由圖1可知，煙堿在50 min左右出峰，通過內(nèi)標(biāo)乙酸苯乙酯的峰面積對比，可計算出樣品中煙堿的含量，除以除去水的干煙末質(zhì)量，得到煙堿含量為13.54 mg/g。

2.2 煙梗中煙堿含量結(jié)果

煙梗揮發(fā)性成分的離子流圖見圖2。

由圖2可知，對原料煙梗進(jìn)行GC-MS分析，同理可計算出煙梗煙堿含量為4.58 mg/g。

圖2 煙梗揮發(fā)性成分的離子流圖

2.3 煙堿純度

煙堿純度總離子流圖見圖3。

由圖3可知，對原料按照1.2.1煙堿提取工藝提純，根據(jù)面積歸一法可計算得出的煙堿純度達(dá)98.8%。

2.4 煙堿提取率

使用100 g煙葉（含水量為12%）提取到1.1 g左右的煙堿，使用100 g煙梗（含水量為13.4%）提取到0.35 g左右的煙堿。即通過公式（1）可以計算出煙葉煙堿提取率為91.4%，煙梗煙堿提取率為86.5%。

2.5 煙末浸膏成分分析

煙末浸膏各類成分含量見圖4，煙末浸膏的揮發(fā)性成分分析見表1。

圖4 煙末浸膏各類成分含量

由圖3和表1可知，醇類物質(zhì)占廢料總含量約為12.22%，含量較多的有法尼醇、香葉醇、醋酸法尼醇，含量分別為177.65，175.99，90.62μg/g。其中，法尼醇和醋酸法尼醇可用作煙草、食品和化妝品的香料用來增強花香味，同樣香葉醇為玫瑰系香精的主劑，又是各種花香香精中不可缺少的調(diào)香原料，也可看作增甜劑，還可用于配制食品香精[7]。

表1 煙末浸膏的揮發(fā)性成分分析

圖3 煙堿純度總離子流圖

烴類物質(zhì)在廢料中占比最高達(dá)到39.84%，但其幾乎全部為烯烴和烷烴，炔烴類僅有9-二十碳炔且含量為89.71μg/g，卻少有香味物質(zhì)或潛香類物質(zhì)。僅有單環(huán)萜烯類化合物δ-檸檬烯，含量為57.37μg/g，作為檸檬烯的右旋異構(gòu)體，同樣具備類似檸檬的香味，可應(yīng)用于香精香料領(lǐng)域[8-9]。

酮類物質(zhì)除了含有用來增強花香味的法尼基丙酮159.52μg/g外，還有大量的巨豆三烯酮，含量達(dá)到234.02μg/g。巨豆三烯酮作為卷煙重要的中性香味成分，具有煙草香和辛香底韻，能夠顯著增強煙香、改善吸味、調(diào)和煙氣、減少刺激性，是卷煙調(diào)香中不可缺少的香原料[10]。

酸類物質(zhì)中肉豆蔻酸含量為65.61μg/g，可用于配制各種食用香料[11]；其中，含量分別為74.00，155.76μg/g的棕櫚酸、硬脂酸為非揮發(fā)性酸，具有甜的蠟質(zhì)香氣，能增加卷煙香氣的豐滿度、提高協(xié)調(diào)感[12-13]。還有可以增加煙草刺激性的亞麻酸，含量為80.71μg/g。

酯類物質(zhì)中亞麻酸乙酯和棕櫚酸甲酯作為煙草中重要的高級脂肪酸低級酯類，具有脂肪味、臘味，在卷煙中能柔和煙氣，降低雜氣[14]。含量為73.40μg/g的鄰苯二甲酸二丁酯具有甜味、水果香氣或者酒香味，能與煙香特別是烤煙香氣協(xié)調(diào)。

除醇類、烴類、酮類、酸類和酯類物質(zhì)外，由于醚類物質(zhì)和酚類物質(zhì)不含香味物質(zhì)或潛香類物質(zhì)，故不作討論。此外，除常規(guī)化學(xué)物質(zhì)，還有部分復(fù)雜化合物含量總和約為1 585.68μg/g和煙葉廢料未能完全提取的尼古丁含量為140.88μg/g。

3 結(jié)論

經(jīng)過試驗可得出以下結(jié)論：①采用溶劑浸提的方法從煙葉、煙梗中提取的煙堿的含量分別為13.54 mg/g和4.58 mg/g，提取率分別達(dá)到了91.4%和86.5%。②煙末浸膏中巨豆三烯酮、香葉醇和法尼醇等含有香味物質(zhì)。