CN104311534A - 一种超临界-分子蒸馏联用技术分离纯化烟碱的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超临界-分子蒸馏联用技术分离纯化烟碱的方法，包括以下步骤：（1）采用超临界CO2萃取法从烟草原料中萃取得到混合浸膏；（2）通过分子蒸馏将所述混合浸膏分离纯化得到高纯度的烟碱。本发明的方法以废弃烟梗、烟叶碎片、烟末等为原料，采用安全高效的超临界萃取-分子蒸馏联用技术分离纯化烟碱，在烟碱制备过程中无需添加化学试剂，工艺简单无污染，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种从烟草原料及废料中提取高纯度烟碱的方法。
背景技术
烟碱又名尼古丁，是一种存在于茄科植物（茄属）中的生物碱，也是烟草的重要成分。烟碱是油状液态物质，可溶于水、乙醇、氯仿、乙醚、油类，可渗入皮肤。
吸烟有害健康众所周知，但微量的烟碱并不直接对人体造成危害。目前已有临床研究证明，烟碱有望成为治疗老年痴呆症、帕金森症、抑郁症的有效药物。同时烟碱系列农药属于植物杀虫剂，因其具有熏蒸、胃毒触杀功能以及迅速降解无残留的特点，广泛用于粮食、油料、蔬菜、水果、牧草等农作物的杀虫剂。
正因为传统的香烟有如此多的危害，而且在世界范围内对健康的关注，近年来世界各国的专家都把目光投向“无危害香烟替代品”的研究。许多欧美国家都在积极研发“非燃烧型香烟替代品”。然而由于微电子技术和生物科学技术的瓶颈，一直难以开发出与香烟十分接近又没有香烟诸多危害的健康替代产品。电子香烟的发明无疑给想戒烟但意志不坚定的人们带来了福音，电子香烟主要由锂电池、液体挥发物（烟碱）、加热丝、压力传感器、控制电路板，发光二极管等元器件组成。烟弹里所装的尼古丁是用丙二醇溶解的，盛放在一个一次性过滤器中，当你猛吸一口，压力传感器就会打开一个电子加热线圈的开关，于是丙二醇被蒸发，将含有的烟碱溶液经超微泵加压后送进喷雾室，再由超声波将其高压雾化成蒸汽，能有效避免被动吸烟受到的伤害，且发光二极管会发光并维持一定时间，使人有吸烟的感觉。电子香烟中尼古丁可以人为控制，这样使人们逐渐摆脱对烟碱的精神依赖以达到戒烟的效果，从这个角度来说电子香烟能够减少对人体健康的损害。
据统计2010年全球吸烟人数达到了14亿，到2030年将达到16亿，目前全球每年居民购买卷烟的经济支出已超过4000亿美元。而吸烟的危害也渐渐被人们意识到，根据《AC尼尔森烟草市场调查报告》目前全球约有17%吸烟人群迫切希望戒烟，即可推算电子香烟将有2.72亿人的市场。
除了电子香烟之外，其他各种新型香烟以及“尼古丁替代疗法”所衍生的各种产品，如“烟碱漱口水”、“烟碱贴膏”、“烟碱糖”等等都将需要大量烟碱最为起始原料。可见烟碱的市场是十分庞大客观的。
在烟草的釆收和生产过程中会产生约25%的废次烟末等下脚料不能使用，多被当做垃圾处理，给环境带来污染的同时也造成自然资源的极大浪费。用废次烟草来提取烟碱成分已有大量文献及专利报道。目前提取方法包括水蒸气蒸馏法、加酸碱蒸馏法、离子交换法、有机溶剂萃取法、微乳液萃取法、碳化脱羧法、超临界萃取法等等。相关文献或专利情况介绍如下：
储志兵等介绍了以废弃烟草为原料，经皂化、蒸馏、酸化、浓缩、碱化及有机溶剂萃取制备高纯度烟碱的新方法。确定了制备高纯度烟碱的工艺为：取1000g废弃烟草，加入3L 0.1mol/L的NaOH 水溶液于60℃皂化4h，蒸馏皂化液得到烟碱馏出液，酸化、浓缩、氯仿萃取，氯仿液用无水硫酸钠脱水后，减压浓缩得到高纯度烟碱。
李森兰等报道了将含水量为12~13%的烟叶在密闭容器中，经540~550℃高温碳化脱羧，用70%硫酸收集脱酸产物，得到稀烟碱液，将稀烟碱液减压浓缩后进行碱化，然后通过加入过量硫酸钠溶液进行盐析，分离出烟碱。在氮气保护下，进行两次蒸馏收集烟碱产品。
中国专利（200610089386.8）“一种控制烟叶中烟碱含量的方法”其特征在于用水湿润后的烟叶通过超临界CO2于15~20MPa，45~65℃条件下萃取1~2小时，实现对烟叶中的烟碱进行梯度萃取。
阳元娥等采用3因素3水平的Box-Behnken实验对超临界CO2萃取烟碱工艺进行优化，得到如下工艺：萃取压力24MPa，萃取温度55℃， CO2流量3.8L/h，萃取时间3h，每克烟末75%乙醇用量为6ml。
廖华卫等报道了使用超临界CO2在70%的乙醇作夹带剂， 在25Mpa 压力，60℃温度下萃取得到粗膏，然后通过0.5%稀硫酸萃取，酸水层用石油醚萃取出去脂溶性物质，碱化，再用氯仿萃取，氯仿用无水硫酸钠脱水后，减压浓缩，得烟碱粗膏，烟碱粗膏在氧化铝层析柱中进行梯度洗脱得到高纯度烟碱。
上述这些方法要么在制备过程中需要添加化学试剂，容易形成污染，要么提取效率和提取率低，或者是工艺过程复杂，不利于工业化生产。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种超临界-分子蒸馏联用技术分离纯化烟碱的方法，其以废弃烟梗、烟叶碎片、烟末等为原料，采用安全高效的超临界萃取-分子蒸馏联用技术分离纯化烟碱，在烟碱制备过程中无需添加化学试剂，工艺简单无污染，适合工业化生产。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种超临界-分子蒸馏联用技术分离纯化烟碱的方法，其包括以下步骤：
（1）采用超临界CO2萃取法从烟草原料中萃取得到混合浸膏；
（2）通过分子蒸馏将所述混合浸膏分离纯化得到烟碱液。
在本发明一个较佳实施例中，所述的烟草原料为烟叶、烟丝或烟草加工过程中产生的烟末、烟灰、烟碎片、烟梗废弃物。
在本发明一个较佳实施例中，步骤（1）中所述超临界CO2萃取法的萃取条件为：所用萃取釜内的萃取压力为20~30MPa，萃取温度为35~45℃，所用萃取釜内通入的CO2流量为80~120kg/h，萃取时间2~4小时；萃取时所用的分离釜I内的压力为6~10MPa，分离釜I内的温度为30~40℃；萃取时所用的分离釜II内的压力为4~8MPa，分离釜II内的温度为30~40℃。
在本发明一个较佳实施例中，步骤（2）中所述分子蒸馏的过程包括先将所述混合浸膏加热至50~60℃熔融，然后将所述混合浸膏进行一级分离，所述一级分离的工艺条件为蒸馏压力为100~500Pa、蒸馏温度为50~70℃、冷却温度为0~10℃，经蒸馏和冷却分离得到一级轻组分和一级重组分，然后将所述一级重组分进行二级分离，所述二级分离的工艺条件为蒸馏压力为1~100Pa、蒸馏温度为100~120℃、冷却温度为10~20℃，分离得到二级轻组分即烟碱。
本发明的有益效果是：
1．本发明所使用烟草原料为烟叶、烟丝或烟草加工过程中产生的废弃的烟末、烟灰或烟梗等废弃物，“变废为宝”减少了对环境的污染。
2．在烟碱制备过程中无需添加化学试剂，安全高效，工艺简单无污染，适合工业化生产。
附图说明
图1是本发明实施例四中对对实施例三所得的烟碱液进行检测的数据分析图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例一：
将烟草原料7kg粉碎至30-120目，装入萃取釜，萃取压力为20MPa，萃取温度为35℃，所用萃取釜内通入的CO2流量为100kg/h，萃取时间为2小时，分离条件为分离釜I压力为8MPa，分离釜I温度为35℃，分离釜II的压力为5MPa，分离釜II温度为35℃，得到混合浸膏300g。将混合浸膏加热至60℃熔融，一级分离蒸馏压力为500Pa，蒸馏温度为70℃，冷却温度为5℃，转子速度为200r/min，进料速度为400ml/h，得到轻组分36g与重组分259g。对一级重组分进行二级分离，蒸馏压力为10Pa，蒸馏温度为120℃，冷却温度为10℃，转子速度为200r/min，进料速度为400ml/h，得到轻组分30g，呈淡黄色溶液，即为烟碱液，HPLC检测，所得烟碱液中烟碱含量为49%。
本发明实施例二：
将烟草原料7kg粉碎至30-120目，装入萃取釜，萃取压力为25MPa，萃取温度为40℃，所用萃取釜内通入的CO2流量为110kg/h，萃取时间为3小时，分离条件为分离釜I压力为10MPa，分离釜I温度为40℃，分离釜II的压力为5MPa，分离釜II温度为35℃，得到混合浸膏350g。将混合浸膏加热至60℃熔融，一级分离蒸馏压力为300Pa，蒸馏温度为75℃，冷却温度为5℃，转子速度为200r/min，进料速度为400ml/h，得到轻组分44g与重组分302g。一级重组分进行二级分离，蒸馏压力为5Pa，蒸馏温度为110℃，冷却温度为10℃，转子速度为200r/min，进料速度为400ml/h，得到轻组分47g，呈淡黄色溶液，即为烟碱液，HPLC检测，所得烟碱液中烟碱含量为66%。
本发明实施例三：
将烟草原料7kg粉碎至30-120目，装入萃取釜，萃取压力为30MPa，萃取温度为40℃，所用萃取釜内通入的CO2流量为120kg/h，萃取时间为4小时，分离条件为分离釜I压力为10MPa，分离釜I温度为45℃，分离釜II的压力为5MPa，分离釜II温度为40℃，得到混合浸膏388g。将混合浸膏加热至60℃熔融，一级分离蒸馏压力为100Pa，蒸馏温度为75℃，冷却温度为5℃，转子速度为250r/min，进料速度为500ml/h，得到轻组分52g与重组分329g。一级重组分进行二级分离，蒸馏压力为1Pa，蒸馏温度为100℃，冷却温度为10℃，转子速度为250r/min，进料速度为500ml/h，得到轻组分55g，呈淡黄色溶液，即为烟碱液，HPLC检测，所得烟碱液中烟碱含量为78%。
对实施例三所得的烟碱液进行检测：
精密称取20mg实施例三所得烟碱液样品，用10ml无水乙醇超声使溶解，离心，取上清液即得2.0mg/ml样品溶液。HPLC检测条件：流动相为甲醇（A）：0.02mol/L和磷酸氢二钠缓冲溶液（用磷酸调节至PH6.0）（B），洗脱程序（0~10min：25%A；10~35min：25%→90%A；35~40min：90% A），检测波长259nm，流速1ml/min，进样量10μl色谱柱：Agilent C18分析柱。其数据分析结果如图1所示，其中在保留时间7.635min出现烟碱的吸收峰。
本发明超临界-分子蒸馏联用技术分离纯化烟碱的方法的有益效果是：
1．本发明所使用烟草原料为烟叶、烟丝或烟草加工过程中产生的废弃的烟末、烟灰或烟梗等废弃物，“变废为宝”减少了对环境的污染。
2．在烟碱制备过程中无需添加化学试剂，安全高效，工艺简单无污染，适合工业化生产。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (4)
1.一种超临界-分子蒸馏联用技术分离纯化烟碱的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）采用超临界CO2萃取法从烟草原料中萃取得到混合浸膏；
（2）通过分子蒸馏将所述混合浸膏分离纯化得到烟碱液。
2.根据权利要求1所述的超临界-分子蒸馏联用技术分离纯化烟碱的方法，其特征在于，所述的烟草原料为烟叶、烟丝或烟草加工过程中产生的烟末、烟灰、烟碎片、烟梗废弃物。
3.根据权利要求1所述的超临界-分子蒸馏联用技术分离纯化烟碱的方法，其特征在于，步骤（1）中所述超临界CO2萃取法的萃取条件为：所用萃取釜内的萃取压力为20~30MPa，萃取温度为35~45℃，所用萃取釜内通入的CO2流量为80~120kg/h，萃取时间2~4小时；萃取时所用的分离釜I内的压力为6~10MPa，分离釜I内的温度为30~40℃；萃取时所用的分离釜II内的压力为4~8MPa，分离釜II内的温度为30~40℃。
4.根据权利要求1所述的超临界-分子蒸馏联用技术分离纯化烟碱的方法，其特征在于，步骤（2）中所述分子蒸馏的过程包括先将所述混合浸膏加热至50~60℃熔融，然后将所述混合浸膏进行一级分离，所述一级分离的工艺条件为蒸馏压力为100~500Pa、蒸馏温度为50~70℃、冷却温度为0~10℃，经蒸馏和冷却分离得到一级轻组分和一级重组分，然后将所述一级重组分进行二级分离，所述二级分离的工艺条件为蒸馏压力为1~100Pa、蒸馏温度为100~120℃、冷却温度为10~20℃，分离得到二级轻组分即烟碱。
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