废弃烟草同时提取烟碱及制备浸膏的研究

谷彦岭，陈治岍，张长安，李彦周，段品红，孟书玉，范鸿武，刘春雅，刁宇欣，许春平

（1.天昌国际烟草有限公司三门峡复烤厂，河南 三门峡 472000；2.郑州轻工业大学食品与生物工程学院，河南 郑州 450002）

我国是烟草种植和生产大国，种植面积和产量均居世界前列[1]。在烟草的种植和加工过程中，产生了大量烟梗、低次烟叶、碎末等不能直接用于卷烟行业的烟草废弃物[2]，如何高效合理地利用这些废弃物对减少烟草行业原料消耗、降低成本、提高烟农收入均有重要的意义。目前，已经有从低次烟叶、烟梗中提取高附加值的化学品，如烟碱[3]、茄尼醇[4]、烟叶蛋白[5]、香精香料[6]等高价值物质的报道，但是对同时研究废弃烟末提取烟碱及提取烟碱后利用废料制备浸膏的工艺还鲜有报道。

通过对废弃烟叶和烟梗进行溶剂浸取和蒸馏提纯等技术手段制备烟碱，通过回收提取烟碱后的烟末残渣，采用回流浸提技术进行二次提取制备浸膏，并利用GC-MS分析浸膏中所含挥发性成分，使其充分发挥潜在价值，以提高废次烟叶的利用率，达到变废为宝的目的。

1 试验部分

1.1 试验原料和仪器

试验用烟梗和烟末（主要来源与碎烟叶，产地河南），天昌国际烟草有限公司三门峡复烤厂提供；在温度22℃，湿度60%条件下储存，备用。

试验仪器：QP2010GC-MS型联用仪，日本岛津公司产品；SB-1100型旋转蒸发仪，天津市泰斯特仪器有限公司产品；电热恒温水浴锅，北京科伟永兴仪器有限公司产品；天平和索氏提取配套装置。

1.2 试验方法

1.2.1 烟碱提取

取烟叶（烟梗）100 g于粉碎机中粉碎，过20目筛网。以石灰乳与烟叶（烟梗）配比1∶10浸取烟碱，烟末与石灰乳搅拌4 h后静置，待分层后得到棕色浊液，重复操作4次。取浊液过滤并加入NaCI和NaOH进行蒸馏，冷凝液用草酸（或盐酸）调节至pH值≤2，再进行减压蒸发浓缩。加入NaOH，调节溶液pH值至11～12，用体积比为1∶0.4的石油醚萃取3次，每次30 min。合并萃取液后通过水浴加热，冷凝溶剂蒸汽。蒸余物即较纯的天然烟碱产品。

1.2.2 浸膏制备

回收1.2.1提取烟碱后的烟末残渣于80℃烘箱中烘干，置于相对湿度为60%，温度为22℃的恒温恒湿箱中平衡48 h以上，至平衡含水率达到12%左右。用无水乙醇以质量比为10∶1的比例，采用索氏提取对废料进行二次提取，每次提取3～4 h，最后通过减压蒸发浓缩操作对乙醇提取物进行浓缩，进而得到烟末浸膏。

1.3 烟碱含量及浸膏挥发性成分的检测

1.3.1 原料烟碱含量计算

按照我国烟草行业标准YC/T 31—1996（烟草及烟草制品试样的制备和水分测定烘箱法）测定烟叶样品含水率和制备烟末。

1.3.2 烟碱及烟碱盐提取率的计算方法

1.3.3 浸膏检测样品制备

取提取物1 g精确至0.000 1于50 mL三角瓶中，加入20 mL二氯甲烷，超声萃取30 min，经0.45μm有机膜滤至浓缩瓶中，加入50μL乙酸苯乙酯内标液（质量浓度为0.821 1 mg/g），于60℃恒温水浴条件下浓缩至1 mL，进行GC-MS分析。

色谱试验条件：载气为氦气；流速1 mL/min，溶剂延迟10 min，进样方式为分流比5∶1，进样口温度230℃，进样量2μL。程序升温为初始温度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。

质谱试验条件：EI源，电子能量70 eV，离子源温度200℃，质量扫描范围35～300 amu，传输线温度280℃，对采集到的质谱图用NIST11谱库进行检索。

2 结果与分析

2.1 烟叶中烟碱含量结果

烟叶挥发性成分的离子流图见图1。

图1 烟叶挥发性成分的离子流图

对原料烟叶进行GC-MS分析，由图1可知，烟碱在50 min左右出峰，通过内标乙酸苯乙酯的峰面积对比，可计算出样品中烟碱的含量，除以除去水的干烟末质量，得到烟碱含量为13.54 mg/g。

2.2 烟梗中烟碱含量结果

烟梗挥发性成分的离子流图见图2。

由图2可知，对原料烟梗进行GC-MS分析，同理可计算出烟梗烟碱含量为4.58 mg/g。

图2 烟梗挥发性成分的离子流图

2.3 烟碱纯度

烟碱纯度总离子流图见图3。

由图3可知，对原料按照1.2.1烟碱提取工艺提纯，根据面积归一法可计算得出的烟碱纯度达98.8%。

2.4 烟碱提取率

使用100 g烟叶（含水量为12%）提取到1.1 g左右的烟碱，使用100 g烟梗（含水量为13.4%）提取到0.35 g左右的烟碱。即通过公式（1）可以计算出烟叶烟碱提取率为91.4%，烟梗烟碱提取率为86.5%。

2.5 烟末浸膏成分分析

烟末浸膏各类成分含量见图4，烟末浸膏的挥发性成分分析见表1。

图4 烟末浸膏各类成分含量

由图3和表1可知，醇类物质占废料总含量约为12.22%，含量较多的有法尼醇、香叶醇、醋酸法尼醇，含量分别为177.65，175.99，90.62μg/g。其中，法尼醇和醋酸法尼醇可用作烟草、食品和化妆品的香料用来增强花香味，同样香叶醇为玫瑰系香精的主剂，又是各种花香香精中不可缺少的调香原料，也可看作增甜剂，还可用于配制食品香精[7]。

表1 烟末浸膏的挥发性成分分析

图3 烟碱纯度总离子流图

烃类物质在废料中占比最高达到39.84%，但其几乎全部为烯烃和烷烃，炔烃类仅有9-二十碳炔且含量为89.71μg/g，却少有香味物质或潜香类物质。仅有单环萜烯类化合物δ-柠檬烯，含量为57.37μg/g，作为柠檬烯的右旋异构体，同样具备类似柠檬的香味，可应用于香精香料领域[8-9]。

酮类物质除了含有用来增强花香味的法尼基丙酮159.52μg/g外，还有大量的巨豆三烯酮，含量达到234.02μg/g。巨豆三烯酮作为卷烟重要的中性香味成分，具有烟草香和辛香底韵，能够显著增强烟香、改善吸味、调和烟气、减少刺激性，是卷烟调香中不可缺少的香原料[10]。

酸类物质中肉豆蔻酸含量为65.61μg/g，可用于配制各种食用香料[11]；其中，含量分别为74.00，155.76μg/g的棕榈酸、硬脂酸为非挥发性酸，具有甜的蜡质香气，能增加卷烟香气的丰满度、提高协调感[12-13]。还有可以增加烟草刺激性的亚麻酸，含量为80.71μg/g。

酯类物质中亚麻酸乙酯和棕榈酸甲酯作为烟草中重要的高级脂肪酸低级酯类，具有脂肪味、腊味，在卷烟中能柔和烟气，降低杂气[14]。含量为73.40μg/g的邻苯二甲酸二丁酯具有甜味、水果香气或者酒香味，能与烟香特别是烤烟香气协调。

除醇类、烃类、酮类、酸类和酯类物质外，由于醚类物质和酚类物质不含香味物质或潜香类物质，故不作讨论。此外，除常规化学物质，还有部分复杂化合物含量总和约为1 585.68μg/g和烟叶废料未能完全提取的尼古丁含量为140.88μg/g。

3 结论

经过试验可得出以下结论：①采用溶剂浸提的方法从烟叶、烟梗中提取的烟碱的含量分别为13.54 mg/g和4.58 mg/g，提取率分别达到了91.4%和86.5%。②烟末浸膏中巨豆三烯酮、香叶醇和法尼醇等含有香味物质。