用烤烟低次烟叶制备多糖和/或烟用香膏的方法
技术领域
本发明涉及烟草废弃物再利用技术领域,具体涉及一种从烤烟低次烟叶中提取多糖和烟用香膏的方法。
背景技术
我国是烟草生产大国,无论是烟草植物的种植面积还是产量都居世界首位。我国每年烟叶产量达250万吨左右,其中大量低次烟叶、烟末等下脚料被废弃,不能用于烟叶生产,这些烟草废弃物主要来源于大田生产、初烤及烟叶复烤、卷烟加工过程,大体可分为烟草农业和工业两大方面。烟草农业废弃物包括大田顶叶、脚叶、烟花、烟杈、腋芽、低次烟叶、烟杆、烟根等,约占烟叶产量的15%左右。按照国家烟草专卖管理的要求,废弃烟草物质必须在严格监管下进行处置,而且大田废弃物如不及时处置,将带来田间的病虫害,对正常烟叶产生不良影响。烟草大田废弃物处置的传统方法基本以焚烧或填埋为主,需要投入大量人力、物力、财力,在对空气、土壤和地下水带来污染的同时也造成了极大的浪费。
对烟草废弃物再利用进行研究,不但可以减少对环境的污染,同时减少了对资源的浪费,符合可持续发展的要求,还可以最大限度地创造经济价值。正因为如此,从上世纪90年代开始,行业内外对此开展了大量研究工作。其中对于烟草大田废弃物的再利用研究包括制备有机肥、生物农药、活性炭、饲料、燃料、烟用薄片等,也包括从大田废弃物中提取一些高附加值产品如烟用香料、多糖、蛋白质、烟碱、茄尼醇、氨基酸、多酚等。
低次烟叶包括烟草大田打掉的顶叶、脚叶、发育不良及长宽达不到要求的烟叶等,一亩烟田产生的低次烟叶达90-130kg,通常这部分低次烟叶同其他废弃物一起填埋或焚烧处理,造成环境污染和资源浪费。许春平等研究了晒红烟低次烟叶多糖的提取及其生物活性的分析,结果表明,晒红烟低次烟叶提取的多糖具有较强的总抗氧化活性和较好的自由基清除活性。但其对提取多糖的废液并未充分利用,也没有针对烤烟低次烟叶多糖提取进行研究。
前述对烟草废弃物再利用的途径比较单一,缺乏综合利用研究。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足,提供一种用烤烟低次烟叶制备多糖和/或烟用香膏的方法,用于解决烤烟低次烟叶处置时对环境造成污染的技术问题,并同时最大限度地创造经济价值。
考虑到现有技术的上述问题,根据本发明公开的一个方面,本发明采用以下技术方案:
一种用烤烟低次烟叶制备多糖和/或烟用香膏的方法,它包括以下步骤:
步骤一、将烤烟低次烟叶粉碎过40-60目筛;
步骤二、称取样品与水混合,其中样品与水的质量比为1:20-1:30,再通过功率400-600w超声提取7-10min;
步骤三、以转速9000-11000r/min于3-5℃温度下离心13-17min,取离心后上清液,于65-75℃减压蒸发,浓缩至体积的1/6至1/4;
步骤四、取浓缩液,加入体积为浓缩液3-5倍的无水乙醇,在3-5℃醇析43-53h;再以转速9000-11000r/min离心,离心后上清液用于制香膏,和/或下部沉淀用于精制多糖;
步骤五、将步骤四中的上清液用稀硫酸调节pH为2.5-3.5,静置3.5-4.5h后,以9000-11000r/min转速离心,取上清液,于65-75℃下减压蒸发浓缩至膏状,即制得烟叶香膏;
和/或将步骤四中的下部沉淀用蒸馏水溶解,采用Sevage法脱蛋白,至两相间无明显的蛋白沉淀,然后利用丙酮脱色,3-5℃醇析10-14h,再次离心取沉淀,经真空冷冻干燥,得到烟叶粗多糖;
步骤六、称取烟叶粗多糖以mg计35-45份,用以mL计3-5份的0.15-0.25mol/L NaCl缓冲液溶解,经0.20-0.24μm的水相滤膜过滤,依次经DEAE-DE52纤维素柱和Sepharose CL-6B层析柱分离,用0.15-0.25mol/L的NaCl缓冲液以0.5-0.7mL/min的流速洗脱,再根据多糖组分分类收集,冷冻干燥,即为精制多糖。
为了更好地实现本发明,进一步的技术方案是:
根据本发明的一个实施方案,所述步骤三中以转速10000r/min于4℃温度下离心15min,取离心后上清液,于70℃减压蒸发,浓缩至体积的1/5。
根据本发明的另一个实施方案,所述步骤四中取浓缩液,加入体积为浓缩液4倍的无水乙醇,在4℃醇析48h,再以转速10000r/min离心。
根据本发明的另一个实施方案,所述步骤五中:
将步骤四中的上清液用稀硫酸调节pH为3,静置4h后,以10000r/min转速离心,取上清液,于70℃下减压蒸发浓缩至膏状,即制得烟叶香膏。
根据本发明的另一个实施方案,所述步骤五中:
将步骤四中的下部沉淀用蒸馏水溶解过程中,采用4℃醇析12h。
根据本发明的另一个实施方案,所述步骤六中称取烟叶粗多糖以mg计40份,用以mL计4份的0.2mol/L NaCl缓冲液溶解,经0.22μm的水相滤膜过滤,依次经DEAE-DE52纤维素柱和Sepharose CL-6B层析柱分离,用0.2mol/L的NaCl缓冲液以0.6mL/min的流速洗脱。
根据本发明的另一个实施方案,所述步骤六中还包括:用硫酸-苯酚法检测多糖,用紫外-可见分光光度计在波长280nm处直接检测蛋白,按照检测结果将同一组分的多糖收集在一起,浓缩透析后,冷冻干燥,即为精制多糖。
本发明还可以是:
根据本发明的另一个实施方案,烤烟低次烟叶提余物用于制备有机肥或烟草薄片。
与现有技术相比,本发明的有益效果之一是:
通过对烤烟低次烟叶的综合利用研究,而提出的一种用烤烟低次烟叶制备多糖和/或烟用香膏的方法,本发明不仅可以避免烤烟低次烟叶处置时污染环境的问题,还能够提取出多种高附加值产品;对现有低次烟叶多糖提取工艺进行了改进,纯度从原来的82-86%提高到96%以上,从而最大限度地创造经济价值。
附图说明
为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动的情况下,还可以根据这些附图得到其它的附图。
图1示出了根据本发明一个实施例的用烤烟低次烟叶制备多糖和/或烟用香膏的流程示意图。
图2为根据本发明一个实施例的云烟85低次烟叶提取多糖分离后多糖和蛋白的测定结果示意图。
图3为根据本发明一个实施例的云烟85低次烟叶提取多糖FTP-I酸解衍生后的气质联用分析总离子流图。
图4为根据本发明一个实施例的云烟85低次烟叶提取多糖FTP-II酸解衍生后的气质联用分析总离子流图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此。
一种用烤烟低次烟叶制备多糖和/或烟用香膏的方法,参见图1所示,具体工艺流程如以下实施例:
实施例1
一种用烤烟低次烟叶制备多糖和/或烟用香膏的方法,它包括以下步骤:
步骤一、将烤烟低次烟叶粉碎过40-60目筛;
步骤二、称取样品与水混合,其中样品与水的质量比为1:20-1:30,再通过功率400-600w超声提取7-10min;
步骤三、以转速9000-11000r/min于3-5℃温度下离心13-17min,取离心后上清液,于65-75℃减压蒸发,浓缩至体积的1/6至1/4;
步骤四、取浓缩液,加入体积为浓缩液3-5倍的无水乙醇,在3-5℃醇析43-53h;再以转速9000-11000r/min离心,离心后上清液用于制香膏,下部沉淀用于精制多糖;
步骤五、将步骤四中的上清液用稀硫酸调节pH为2.5-3.5,静置3.5-4.5h后,以9000-11000r/min转速离心,取上清液,于65-75℃下减压蒸发浓缩至膏状,即制得烟叶香膏;
将步骤四中的下部沉淀用蒸馏水溶解,采用Sevage法脱蛋白,至两相间无明显的蛋白沉淀,然后利用丙酮脱色,3-5℃醇析10-14h,再次离心取沉淀,经真空冷冻干燥,得到烟叶粗多糖;
步骤六、称取烟叶粗多糖以mg计35-45份,用以mL计3-5份的0.15-0.25mol/L NaCl缓冲液溶解,经0.20-0.24μm的水相滤膜过滤,依次经DEAE-DE52纤维素柱和Sepharose CL-6B层析柱分离,用0.15-0.25mol/L的NaCl缓冲液以0.5-0.7mL/min的流速洗脱,再根据多糖组分分类收集,冷冻干燥,即为精制多糖。
DEAE-DE52纤维素柱为中等碱性阴离子交换剂,是按照分子的带电荷差异进行分离,Sepharose CL-6B层析柱是一种按照分子量大小进行分离纯化的分子筛,通过两种分类手段分离的多糖,其纯化程度可达96%以上,比单用SepharoseCL-6B层析柱(纯化程度82-86%)的分离效果更好。
实施例2
参见图1所示,一种从烤烟低次烟叶中同时制备多糖和烟用香膏的方法,其具体步骤如下:
(1)将烤烟低次烟叶粉碎过40-60目筛。
(2)称取样品,以1:20-1:30的料液比,加入水;再以功率400~600w超声提取7~10min。
(3)以转速10000r/min于4℃温度下离心15min,取离心后上清液,于70℃减压蒸发,浓缩至体积的1/5。
(4)取浓缩液,加入体积为浓缩液4倍的无水乙醇,在4℃醇析48h;再以转速10000r/min离心,离心后上清液用于制香膏,下部沉淀用于精制多糖。
(5)将步骤(4)中上清液用1mol/L的稀硫酸调节pH至3.0左右,静置4h后,以10000r/min转速离心,取上清液,于70℃下减压蒸发浓缩至膏状,即制得烟叶香膏,得率为15.72%±3.5%。
(6)将步骤(4)中下部沉淀用蒸馏水溶解,采用Sevage法脱蛋白(氯仿:正丁醇=4:1(v:v)),至两相间无明显的蛋白沉淀。然后利用丙酮脱色,4℃醇析12h,再次离心取沉淀,经真空冷冻干燥,得到烟叶粗多糖。
(7)称取烟叶粗多糖40mg,用4mL 0.2mol/L NaCl缓冲液溶解,经0.22μm的水相滤膜过滤,依次经DEAE-DE52纤维素柱和Sepharose CL-6B层析柱分离,用0.2mol/L的NaCl缓冲液以0.6mL/min的流速洗脱,部分收集器收集,150滴/管。用硫酸-苯酚法检测多糖,用紫外-可见分光光度计在波长280nm处直接检测蛋白。按照检测结果将同一组分的多糖收集在一起,浓缩透析(透析袋分子量3500)后,冷冻干燥,即为精制多糖,得率为3.22%±0.4%。
(8)烤烟低次烟叶提余物可用于制备有机肥、烟草薄片等。
实施例3
取烤烟品种云烟85低次烟叶(产地河南南阳)粉碎过60目筛。称取一定量的烟末,按1:25的料液比,加入蒸馏水。设定超声功率为500w,超声8min。以10000rpm转速于4℃温度下离心15min。提余物可用作制备有机肥和烟草薄片。取上清液,于70℃旋转蒸发,浓缩至体积的1/5。取浓缩液,加入体积为浓缩液4倍的无水乙醇,在4℃醇析48h。再以10000rpm转速离心,得上清液和下部沉淀。
上清液用1mol/L的稀硫酸调节pH至3.0左右,静置4h后,以10000r/min转速离心,取上清液,于70℃下旋转蒸发浓缩至膏状,即制得烟叶香膏。置于120℃的烘箱中烘干6h,再放入干燥器冷却后称重,然后2h后再称重,至恒重,计算烟用香膏得率为16.5%。
下部沉淀再次用蒸馏水溶解,采用Sevage法脱蛋白(氯仿:正丁醇=4:1(v:v)),至两相间无明显的蛋白沉淀。然后利用丙酮脱色,4℃醇析12h,再次离心取沉淀,经真空冷冻干燥,得到烟叶粗多糖。称取烟叶粗多糖40mg,用4mL的0.2mol/L NaCl缓冲液溶解,经0.22μm的水相滤膜过滤,依次经DEAE-DE52纤维素柱和Sepharose CL-6B层析柱分离,用0.2mol/L的NaCl缓冲液以0.6mL/min的流速洗脱,部分收集器收集,150滴/管。每管取1mL用硫酸-苯酚法检测多糖,用紫外-可见分光光度计在波长280nm处直接检测蛋白。按照检测结果将同一组分的多糖收集在一起,浓缩透析(透析袋分子量3500)后,冷冻干燥,即为精制多糖,得率为3.5%。
将得到的烟用香膏用同时蒸馏法萃取进行气质联用分析香味成分。量取流动状膏体10mL放入同时蒸馏萃取装置一端的1000mL平底烧瓶中,加入300mL蒸馏水,用电子调温电热套加热。装置的另一端蒸馏瓶中注入50mL二氯甲烷,于60℃水浴中加热。同时蒸馏萃取2.5h后,加入1mL内标乙酸苯乙酯(浓度为0.3765mg/mL),将二氯甲烷萃取液60℃浓缩至约1mL,低温密封保存,用于GC/MS分析。分析条件如下:色谱柱,HP-5MS毛细管柱(60m×0.32mm×0.25μm);进样口温度:250℃;程序升温:初始温度50℃维持0分钟,然后以每分钟4℃的速度升值260℃,维持5分钟;汽化温度:325℃;载气:He,1mL·min-1;分流比10:1;传输线温度:280℃;电离方式:EI源;电离能量:70eV;离子源温度:230℃;四级杆温度160℃;质量扫描范围:30~700amu;检索谱库:NIST02库。采用内标法对香味物质进行定量,假定相对校正因子(相对于内标)为1,对各种香味物质按照下式进行定量计算。
表1云烟85低次烟叶提取香膏香味成分分析结果
由表1可知,醛酮类化合物占香味成分总量的13.26%,其中巨豆三烯酮含量达到5.36μg/g,它是烟草重要挥发成份,能够改善烟香,柔和丰满,掩盖杂味,增进吃味。大马士酮含量达到3.33μg/g,是一种无色至淡黄色油状液体,具有强烈的类似玫瑰的芳香。是玫瑰油重要的香成分之一。而苯乙醛呈强烈风信子香气,低浓度时有杏仁、樱桃香味,能够起到赋予青的头香,提调香气的作用,如在白玫瑰、紫丁香、玉兰、茉莉等香型中,使其清香透发。而β-紫罗兰酮含量达到6.34μg/g,其类似松木香,稀时类似紫罗兰香,是一种极其重要的香料。烯烃类化合物占香味总成分的13.70%,其中香树烯、脱氢香橙烯、柠檬烯有类似柠檬的香味,是柠檬类物质的主要香味成分。脂类物质占总香味成分的19.73%,其中邻苯二甲酸二丁酯是一种微有芳香气味的无色透明油状液体。7-辛烯-1-醇,3,7-甲基-乙酸酯有轻鲜清甜香气,似玫瑰、风信子、铃兰的气息,并有些果香及轻微青叶香,还有甜浆果香味。用于果花香香精,可赋予玫瑰气息,增甜香和花香。用于铃兰、香石竹、风信子、栀子、玫瑰、小菖兰等香型中,可起好的头香或体香作用。
收集得到的两个精制多糖组分(FTP-I和FTP-II),其测定结果见图2,图2为云烟85低次烟叶提取多糖分离后多糖和蛋白的测定结果,其中●490nm测多糖,○280nm测蛋白。组分FTP-II对应的样品收集管中,有大量的蛋白吸收峰,说明组分FTP-II中可能含有部分糖蛋白。将组分FTP-I和FTP-II分别收集起来,浓缩,透析,冷冻干燥,得到废弃烟叶多糖纯品。
对纯品多糖通过衍生气质联用分析其中的单糖组成。称取精制多糖0.003g,放入试管中,加入3mL 2mol/L的三氟乙酸,加塞,于121℃下水解2小时;打开试管,用0.22μm的水相滤膜过滤,取2mL清液,蒸干,加入1mL二氯甲烷再次蒸干,重复3次;加入0.9mL吡啶溶解,再加入0.1mL衍生试剂BSTFA:TMCA(99:1);80℃密闭保存2h,即可进样。GC-MS条件为:HP-5MS 60m色谱柱,进样量0.1μL,分流比50:1,延迟时间7min,进样口280,传输线280。升温程序为:起始温度60℃,保持2min,以5℃/min的速度升温至280℃,保持20min。MS分析条件:溶剂延迟7min,扫描范围35-455aum,进样口280℃,传输线温度280℃,EI能量70eV,离子源温度230℃,四级杆温度160℃。
根据各标准单糖的气相色谱图可得各单糖的保留时间,把多糖的气相色谱图中各峰保留时间与标准单糖保留时间进行对照,对废弃烟叶多糖两个组分(FTP-I和FTP-II)分别进行气质联用分析,结果见图3和图4,图3为云烟85低次烟叶提取多糖FTP-I酸解衍生后的气质联用分析总离子流图,图4为云烟85低次烟叶提取多糖FTP-II酸解衍生后的气质联用分析总离子流图。
根据面积归一化方法分析可知,云烟85低次烟叶提取多糖FTP-I中主要单糖成分为:甘露糖32.83%,D-阿拉伯糖19.11%,半乳糖17.32%,核糖14.13%。这几种主要成分的含量比约为甘露糖:阿拉伯糖:半乳糖:核糖(2.3:1.4:1.2:1)。另外,还有葡萄糖、木糖、鼠李糖、半乳糖醛酸存在,据此知烤烟叶多糖FTP-I为一种酸性多糖。云烟85低次烟叶提取多糖FTP-II中主要单糖成分为:葡萄糖30.04%,D-阿拉伯糖28.76%,半乳糖11.37%,甘露糖10.62%。这几种主要成分的含量比约为葡萄糖:阿拉伯糖:半乳糖:甘露糖(2.8:2.7:1.1:1)。另外,还有少量的核糖、鼠李糖、木糖存在。详见表2。
表2烤烟叶多糖两个组分(FTP-I和FTP-II)的单糖组成
单糖组分/% |
FTP-I |
FTP-II |
D-阿拉伯糖 |
19.11 |
28.76 |
L-鼠李糖 |
5.12 |
7.3 |
D-核糖 |
14.13 |
6.95 |
D-木糖 |
3.01 |
4.96 |
D-(+)-半乳糖 |
17.32 |
11.37 |
D-葡萄糖 |
1.92 |
30.04 |
D-(+)-甘露糖 |
32.83 |
10.62 |
D-半乳糖醛酸 |
6.56 |
- |
综上所述,本发明方法从烤烟低次烟叶综合利用的角度,提出了一种可同时制备多糖和烟用香膏的方法,本方法中充分利用了烤烟低次烟叶提取多糖后的废液,提取出高附加值的烟叶香膏,减少了废液处置的压力,同时创造了经济价值。本发明方法简便快捷,重现性好,稳定可靠,多糖和香膏的得率较高,且多糖纯度从现有技术的82-86%提高到96%以上,香膏具有丰富烟香,体现了烟草本香。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等,指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说,结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时,所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述,但是,应该理解,本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式,这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说,在本申请公开和权利要求的范围内,可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外,对于本领域技术人员来说,其他的用途也将是明显的。