CN101429526A - 一种利用废次烟叶制取能源酒精并获取高浓度烟碱副产物的生产工艺 - Google Patents

Abstract

一种利用废次烟叶制取能源酒精并获取高浓度烟碱副产物的生产工艺，是利用占烟叶总产量25％左右的废次烟叶，通过清理、干燥、粉碎、去除烟碱处理，然后进行半固态法酵母发酵，最后蒸馏的生产工艺获得能源酒精。该工艺具有流程短、成本低、效益高的优点，产品除能源酒精外，还能获得高浓度烟碱浸提物。烟碱浸提物经过其他烟碱精制提纯工艺，可制得高纯烟碱副产物。发酵残渣通过进一步加工可成为优良的有机肥料原料。该工艺为废次烟叶提供了一条整体利用的较好的开发途径。

Description

一种利用废次烟叶制取能源酒精并获取高浓度烟碱副产物的生产工艺

所属技术领域

本发明属于生物质能领域，涉及一种利用废次烟叶制取能源酒精的生产工艺，并可同时获得高浓度的烟碱副产物和优良有机肥料原料。

背景技术

化石能源的生产和利用是有限和不可持续的，并带来了严重的环境问题。生物质能等可再生能源越来越受到世界各国的重视。但生物质能的制取原料长期以来主要以粮食为主，加剧了粮食危机。寻找合适的原料成为发展生物质能的首要问题。目前，利用废次物资源开发制取生物能源是生物质能研究的一大热点。

在烟草种植和生产过程中，每年都有大约25％的废次烟叶被废弃。废次烟叶里面含有许多有用的成分，废次烟叶的资源化利用日益受到人们的重视。科研人员和相关专利申请者偏重于废次烟叶中烟碱、茄尼醇、氨基酸、有机酸等的分析、提取和利用。但烟叶中含量最丰富的化合物是糖类，而且还原糖平均占总糖92％。据测定，烟叶中烟碱和还原糖，全国平均值分别为2.358％和21.251％，其中，云南、河南的烟叶中，烟碱含量高于全国平均水平，分别达到2.815％和2.540％，辽宁、贵州、云南的烟叶中，还原糖含量高于全国平均水平，分别达到24.99％、24.05％、23.94％，在其他的成分中，茄尼醇只占0.5％-4.0％，氨基酸3％左右。因此，废次烟叶是重要的糖类资源，是制取能源酒精的良好原料，利用废次烟叶制取能源酒精，有利于避免资源浪费，变废为宝，有利于开拓新的资源类型，减缓与人争粮的矛盾，对发展生物质能具有重要意义。

虽然废次烟叶中含有丰富的糖类，但是，烟碱会抑制糖类发酵，烟碱的存在限制了对废次烟叶中糖类的开发和利用，因此，烟碱需要提取出来。目前提取烟碱的方法主要有水蒸气蒸馏法、溶剂萃取法、离子交换法等，主要用于精制和提纯烟碱。

发明内容

本发明所需要解决的技术问题是需要找到一种高效地提取烟碱和转换烟叶糖分为能源酒精的方法和工艺。为了解决这一技术问题，本发明的思路是首先利用石油谜将烟碱提取出来，利用去除烟碱的烟叶进行能源酒精发酵。

本发明采用的技术方案如下：

利用废次烟叶制取能源酒精并获取高浓度烟碱副产物的生产工艺主要包括以下几个步骤：

1.废次烟叶的收集和清理；

2.废次烟叶的干燥和粉碎；

3.废次烟叶去除烟碱处理；

4.半固态法酵母发酵；

5.蒸馏获取能源酒精。

步骤1中，废次烟叶在收获季节进行收集，收集来的废次烟叶需要将其中的腐败烟叶和其他杂物剔除，并进行清洗，以除去灰尘和泥土。

步骤2中，废次烟叶进行干燥，并避免吸潮。干燥后的烟叶需要粉碎至粒径在1-2mm或以下。

步骤3中，废次烟叶用1倍以上原料体积比的石油醚室温浸泡，每次1小时以上，压滤去除石油醚浸泡液，用相同方法浸泡二到三次以上。最后一次压滤后，滤渣需要展开室温干燥，达到去除残余石油醚的效果。经过上述处理，可以基本达到去除烟碱的要求。所得浸提物是以烟碱为主的高浓度的烟碱提取物。再经过其他烟碱精制提纯工艺，可制得高纯烟碱副产物。

步骤4中，用自来水和烟叶粉按1:2-10的比例充分混合，烟叶粉浸湿吸水膨胀，体积增大，湿料中尚可见少量水分时即可作为发酵料。发酵料加入8％的酵母营养补充液，充分混合，高压蒸汽灭菌，接入酵母，室温静置发酵7-10天以上。

步骤5中，将发酵后的废次烟叶混合物在高于酒精沸点的温度，将酒精蒸馏出来，再经过进一步精馏，即可制取出能源酒精。

本发明的有益效果是：废次烟叶经过清理、干燥和粉碎后，用石油醚将烟碱浸提出来。以烟碱为主的有机碱等成分溶解于石油醚，浸提物是包含烟碱的有机碱混合物，不过，由于废次烟叶中烟碱占有机碱95％以上，因此浸提物是以烟碱为主的高浓度的烟碱提取物。再经过其他烟碱精制提纯工艺，可制得高纯烟碱。用石油醚处理去除废次烟叶中的烟碱，简便高效，石油醚容易回收，烟叶粉中的残余石油醚也容易彻底去除，而不影响后续发酵。

烟叶粉的发酵有多种方式，其中，半固态法发酵处理步骤少，成本低，效果好。烟叶粉浸泡在水中，以半固态形式进行发酵，一方面，浸提出来的糖分被发酵，另一方面，在发酵过程中烟叶糖分可以继续浸提出来，做到边发酵边浸提，边浸提边发酵，浸提和发酵同时进行，相互促进，提高效率，充分利用烟叶中的糖分制取能源酒精。制取能源酒精后的残渣进一步可加工成优良的有机肥料，做到了资源的整体利用。

本发明为利用废次烟叶制取能源酒精并获得高浓度烟碱副产物提供了一种流程短、成本低、效益高的生产工艺，可推动废次烟叶资源化利用和生物能源的发展，对开发制取能源酒精的废弃物资源，减缓与人争粮矛盾，促进可持续发展具有重要意义。

附图说明

图1为利用废次烟叶制取能源酒精并获取高浓度烟碱副产物的生产工艺流程图。

具体实施方式

实施例1：

经测定，云南烟叶中烟碱和还原糖分别占2.815％和23.94％，高于全国平均水平。

收集云南废次烟叶，剔除腐烂烟叶及其他杂物，清除其中尘土，晒干，机械粉碎至10-150目。取烟叶粉100g，加150ml石油醚室温浸泡，每次5小时，压滤去除石油醚浸泡液，用相同方法浸泡三次。第三次压滤后，滤渣展开室温晾晒，以去除残余石油醚。石油醚浸泡液用旋转蒸发仪蒸馏，残余物即为高浓度烟碱副产物，采用有机溶剂萃取精制提纯，得烟碱2.78g，浸提率为94％。

取自来水和晾晒后的滤渣按1:4的比例充分混合，滤渣浸湿吸水膨胀，体积增大，湿料中尚可见少量水分，直接作为发酵料。发酵料加入8％的酵母营养液，充分混合，高压蒸汽灭菌20min，接入酵母，室温静置发酵7天。将发酵后的废次烟叶混合物在90℃水浴蒸馏，得酒精分馏液10.5ml，再经过进一步处理，获得能源酒精10ml(无水酒精)，还原糖出酒率约为42％，原料出酒率10％。

直接取未经石油醚处理的烟叶粉进行相同方式的发酵，获得能源酒精仅5.0ml，还原糖酒精得率21％，说明烟碱对酒精发酵有明显的抑制作用，必须去除。

实施例2：

经测定，安徽烟叶中烟碱占1.76％，还原糖18.74％，在全国的烟叶中烟碱和还原糖含量偏底。

收集安徽废次烟叶，剔除腐烂烟叶及其他杂物，用水冲洗，清除其中尘土，晒干，机械粉碎至10-150目。取烟叶粉100g，加200ml石油醚室温浸泡，每次4小时，压滤去除石油醚浸泡液，用相同方法浸泡三次。第三次压滤后，滤渣展开室温晾晒，以去除残余石油醚。石油醚浸泡液用旋转蒸发仪蒸馏，残余物即为高浓度烟碱副产物，采用有机溶剂萃取精制提纯，得烟碱1.65g，浸提率94％。

取自来水和晾晒后的滤渣按1:5的比例充分混合，滤渣浸湿吸水膨胀，体积增大，湿料中尚可见少量水分，直接作为发酵料。发酵料加入8％的酵母营养液，充分混合，高压蒸汽灭菌20min，接入酵母，室温静置发酵10天。将发酵后的废次烟叶混合物在80℃下蒸馏，得酒精分馏液8ml，再经过进一步处理，获得能源酒精7.5ml(无水酒精)，还原糖酒精转换率约为40％，原料出酒率7.5％。

Claims (7)

1.一种利用废次烟叶制取能源酒精并获取高浓度烟碱副产物的生产工艺，其特征是：利用废次烟叶，经过清理、干燥、粉碎、去除烟碱处理、半固态法酵母发酵、蒸馏的工艺流程获得能源酒精。

2.根据权利要求1所述的清理、干燥和粉碎，其特征是：将废次烟叶剔除腐烂烟叶和其他杂物，并用水清洗，除去尘土，干燥后机械粉碎至粒径在1-2mm以下。

3.根据权利要求1所述的去除烟碱处理，其特征是：废次烟叶用1倍以上原料体积比的石油醚室温浸泡，每次1小时以上，压滤去除石油醚浸泡液，用相同方法浸泡二到三次以上，最后一次压滤后，滤渣需要展开室温干燥，达到去除残余石油醚的效果。

4.根据权利要求3所述的去除烟碱处理，其特征是：石油醚浸泡废次烟叶所得浸提物是以烟碱为主的高浓度的烟碱提取物。再经过其他烟碱精制提纯工艺，可制得高纯烟碱副产物。

5.根据权利要求1所述的半固态法酵母发酵，其特征是：用自来水和烟叶粉按1:2-10的比例充分混合，烟叶粉浸湿吸水膨胀，体积增大，湿料中尚可见少量水分时即可作为发酵料，发酵料加入8％的酵母营养补充液，充分混合，高压蒸汽灭菌，接入酵母，室温静置发酵7-10天以上。

6.根据权利要求1所述的蒸馏，其特征是：将发酵后的废次烟叶混合物在高于酒精沸点的温度，将酒精蒸馏出来，再经过进一步精馏，即可获得能源酒精，

7.根据权利要求6所述的蒸馏，其特征是：蒸馏后的发酵残渣通过进一步加工还可成为优良的有机肥料原料。

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