CN105745255A - 用于从烟草生产木质素的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于从烟草属(Nicotiana)的一种或多种植物生产木质素的方法。所述木质素特别可以衍生自烟草属种生物质。本文的各种实施方案中所述的方法还提供了包括由烟草属的一种或多种植物生产的木质素的制品和组合物。

Description

用于从烟草生产木质素的方法
相关申请的交叉引用
本国际专利申请依据《巴黎公约》要求2014年7月23日提交的当前未决的美国专利申请序列号14/339,094的优先权和权益，该美国专利申请序列号14/339,094要求2013年8月02日提交的当前未决的美国专利临时申请序列号61/861,740的优先权和权益。
技术领域
如本文的各种实施方案中所述的方法涉及包含由烟草制成或衍生，或更一般来说，由源自于烟草属的任何一种或多种物种的任何生物质制成或衍生的木质素或另外包含烟草的产品。特别要关注的是包含由来自烟草属种的植物或植物的部分获得或衍生的木质素的产品。
背景技术
诸如香烟的普遍吸烟制品具有基本上呈圆柱形棒状的结构并且包括由包装纸围绕，从而形成所谓的“烟草棒”的诸如切细的烟草(例如呈切割填料形式)的可抽吸材料的包状物、卷状物或柱状物。通常，香烟具有与烟草棒以端对端关系排列的圆柱形过滤元件。通常，过滤元件包括由被称为“滤棒成型纸(plugwrap)”的纸材料包围的增塑乙酸纤维素丝束。某些香烟包括过滤元件，所述过滤元件具有多个区段，并且这些区段之一可以包括活性炭颗粒。通常，使用被称为“接装纸(tippingpaper)”的外围包装材料使所述过滤元件与烟草棒的一端附接。还期望的是，将接装材料和滤棒成型纸穿孔以提供环境空气对抽吸的主流烟气的稀释。香烟是由吸烟者通过点燃其一端并且使烟草棒燃烧来使用的。然后，吸烟者通过在香烟的相对端(例如过滤嘴端)上进行抽吸来接受主流烟气进入他/她的口中。
用于制造香烟的烟草通常以共混形式使用。举例来说，通常被称为“美国共混物(Americanblend)”的某些流行的烟草共混物包括烟熏烟、白肋烟以及香料烟(Orientaltobacco)的混合物，并且在很多情况下，包括某些加工过的烟草，如再造烟草和加工过的烟草梗。用于制造特定香烟品牌的烟草共混物内的每一种类型的烟草的精确量在品牌之间有所不同。然而，对于许多烟草共混物来说，烟熏烟占所述共混物相对大的比例，而香料烟占所述共混物相对小的比例。参见例如《烟草百科全书》(TobaccoEncyclopedia),Voges(编著)第44-45页(1984)；Browne,《香烟的设计》(TheDesignofCigarettes),第3版,第43页(1990)；以及《烟草的生产、化学以及技术》(TobaccoProduction,ChemistryandTechnology),Davis等(编著)第346页(1999)。
多年以来，已经提出了各种处理方法和添加剂来改变用于烟草产品中的烟草材料的总体特征或性质。举例来说，已经利用添加剂或处理工艺来改变烟草材料的化学特性或感官特性，或者在可抽吸的烟草材料的情况下，改变通过抽吸包括烟草材料的制品所产生的主流烟气的化学特性或感官特性。香烟烟气的感官属性可以通过将调味材料并入香烟的各种组分中来增强。示例性调味添加剂包括薄荷醇和美拉德反应(Maillardreaction)产物，如吡嗪、氨基糖、以及阿马多利化合物(Amadoricompound)。还参见Leffingwell等,用于吸烟产品的烟草调味(TobaccoFlavoringforSmokingProducts),R.J.雷诺兹烟草公司(R.J.ReynoldsTobaccoCompany)(1972)，该文献以引用的方式并入本文。在一些情况下，涉及使用热的处理工艺可以赋予加工过的烟草以所期望的颜色或视觉特征、所期望的感官特性或所期望的物理性质或质地。用于制备用于烟草组合物中的风味和芳香组合物的各种工艺阐述于以下文献中：Rooker的美国专利号3,424,171；Luttich的美国专利号3,476,118；Osborne,Jr.等的美国专利号4,150,677；Roberts等的美国专利号4,986,286；White等的美国专利号5,074,319；White等的美国专利号5,099,862；Sensabaugh,Jr.的美国专利号5,235,992；Raymond等的美国专利号5,301,694；Coleman,III等的美国专利号6,298,858；Coleman,III等的美国专利号6,325,860；Coleman,III等的美国专利号6,428,624；Dube等的美国专利号6,440,223；Coleman,III的美国专利号6,499,489；White等的美国专利号6,591,841；以及Dube等的美国专利号6,695,924；以及Coleman,III的美国专利申请公开号2004/0173228；以及Coleman,III等的美国专利申请公开号2010/0037903，这些文献中的每一篇以引用的方式并入本文。此外，可以在烟草产品中被用作所谓的天然焦油稀释剂的代表性组分的实例阐述于Lipowicz的PCTWO07/012980中，该文献以引用的方式并入本文。
烟草还可以所谓的“无烟”形式被享用。特别普遍的无烟烟草产品是通过将一定形式的加工过的烟草或含有烟草的配方插入使用者的口中来使用的。各种类型的无烟烟草产品阐述于以下文献中：Schwartz的美国专利号1,376,586；Levi的美国专利号3,696,917；Pittman等的美国专利号4,513,756；Sensabaugh,Jr.等的美国专利号4,528,993；Story等的美国专利号4,624,269；Townsend的美国专利号4,987,907；Sprinkle,III等的美国专利号5,092,352；White等的美国专利号5,387,416；以及Kumar等的美国专利号8,336,557；Strickland等的美国专利申请公开号2005/0244521；和Engstrom等的美国专利申请公开号2008/0196730；Arnarp等的PCTWO04/095959；Atchley等的PCTWO05/063060；Bjorkholm的PCTWO05/016036；以及Quinter等的PCTWO05/041699，这些文献中的每一篇以引用的方式并入本文。参见例如Atchley等的美国专利号6,953,040和Atchley等的美国专利号7,032,601中所阐述的无烟烟草配方的类型、成分、以及加工方法，这些文献中的每一篇以引用的方式并入本文。
一种类型的无烟烟草产品被称为“鼻烟”。通常被称为“口含烟(snus)”的代表性类型的湿鼻烟产品已经在欧洲(Europe)，特别是在瑞典(Sweden)，通过或经由诸如以下的公司被制造：SwedishMatchAB公司、Fiedler&LundgrenAB公司、GustavusAB公司、SkandinaviskTobakskompagniA/S公司、以及RockerProductionAB公司。在美国可获得的口含烟产品已经由R.J.雷诺兹烟草公司以商品名CamelSnusFrost、CamelSnusOriginal以及CamelSnusSpice销售。还参见例如Bryzgalov等,1N1800生命周期评估(1N1800LifeCycleAssessment),一般散装和部分口含烟的比较性生命周期评估(ComparativeLifeCycleAssessmentofGeneralLooseandPortionSnus)(2005)。此外，与口含烟制造相关的某些质量标准已经被汇编为所谓的GothiaTek标准。代表性的无烟烟草产品还已经由以下公司以如下的商品名销售：HouseofOliverTwistA/S公司的OliverTwist；美国无烟烟草公司(U.S.SmokelessTobaccoCo.)的Copenhagen、Skoal、SkoalDry、Rooster、RedSeal、Husky、以及Revel；菲利浦·莫里斯美国公司(PhilipMorrisUSA)的“taboka”；康伍德有限公司(ConwoodCompany,LLC)的LeviGarrett、Peachy、Taylor'sPride、Kodiak、HawkenWintergreen、Grizzly、Dental、KentuckyKing和MammothCave；以及R.J.雷诺兹烟草公司的CamelOrbs、CamelSticks、和CamelStrips。
无烟烟草的感官属性还可以通过加入某些调味材料来增强。参见例如Williams的美国专利号6,668,839；Williams的美国专利号6,834,654；Atchley等的美国专利号7,032,601；Atchley等的美国专利号7,694,686；Holton,Jr.等的美国专利号7,861,728；Strickland等的美国专利号7,819,124；Dube等的美国专利号7,810,507；以及Nielsen等的美国专利号8,168,855；Williams的美国专利申请公开号2004/0020503；Strickland等的美国专利申请公开号2006/0191548；Holton,Jr.等的美国专利申请公开号2007/0062549；Robinson等的美国专利申请公开号2008/0029116；Mua等的美国专利申请公开号2008/0029117；以及Robinson等的美国专利申请公开号2008/0173317，这些文献中的每一篇以引用的方式并入本文。
烟草的各种成分之一是木质素(CAS9005-53-2)。参见例如Tso,《烟草植物的生理学与生物化学》(PhysiologyandBiochemistryofTobaccoPlants),第173、196、198、259、267、309页(1972)。聚合物木质素以多种多样的分子量存在并且可以由各种比例的松柏醇、对香豆醇以及芥子醇构成。虽然它可以在烟草产品配方中发挥许多功能中的任一种，但是木质素在本领域已知可用于制备香兰素。
与来自烟草的木质素有关的制品和方法是本领域已知的。Lawrence的美国专利号2,766,148公开了一种包含烟草和选自由以下各项组成的组的高分子量多羟基化合物的衍生物的制品：多糖、共轭糖以及木质素。Chapple的美国专利号5,981,837、6,489,538以及6,610,908公开了调节烟草木质素组成的方法。Mua等的美国专利号6,772,767公开了一种制备具有降低的木质素水平的烟草材料的方法。上述文献中的每一篇以引用的方式并入本文。
虽然与来自烟草的木质素有关的制品和方法是本领域已知的，但是至今尚未公开如下的方法，通过所述方法，从烟草制备适于用作与用于制备塑料制品的各种聚合物中的任一种相容的染料或者增塑剂或填料的包含木质素的组合物。由于虽然长久以来烟草一直在全世界被种植，但是对烟草生物质的充分利用仍有待实现，因此长期需要用于从烟草制备可用作与用于制备塑料制品的各种聚合物中的任一种相容的染料或颜料或者增塑剂或填料或涂料的组合物的方法。更一般来说，长期需要用于制备包含木质素并且适于用作与用于制备塑料制品的各种聚合物中的任一种相容的染料或颜料或增塑剂或填料或涂料的组合物的简便的方法。
由于根据上文应当清楚的是，木质素不仅可用作各种烟草产品的成分，而且还可用作与用于制备塑料制品的各种聚合物中的任一种相容的染料或颜料或增塑剂或填料或涂料，因此也可以看出的是，将相应地期望提供一种用于从烟草，特别是来自烟草属种的烟草生产木质素的方法，所述木质素特别是用于多种烟草产品中所利用的烟草组合物中或用于加工烟草，或更一般来说，用于可以包含与用于制备塑料制品的各种聚合物中的任一种相容的染料或颜料或增塑剂或填料或涂料的组合物中。
发明内容
如本文的各种实施方案中所述的方法提供了来自烟草属种的材料(例如烟草衍生材料)，所述材料包含来自烟草属种的植物的分离的组分，所述材料可用于并入到多种烟草产品，如吸烟制品和无烟烟草产品中所利用的烟草组合物中，或更一般来说，并入到可以包含与用于制备塑料制品的各种聚合物中的任一种相容的染料或颜料或增塑剂或填料或涂料的组合物中。如本文的各种实施方案中所述的方法还提供了用于从烟草属种(例如烟草材料)中分离组分的方法、以及用于加工那些组分和包含那些组分的烟草材料的方法。举例来说，烟草衍生材料可以通过对烟草植物(例如叶、茎、根或梗)的至少一部分进行分离工艺来制备，所述分离工艺通常可以包括多个连续提取步骤，以分离烟草材料的所期望的组分。举例来说，烟草衍生材料可以通过对烟草植物(例如叶、茎、根或梗)的至少一部分进行分离工艺来制备，所述分离工艺通常可以包括多个连续提取步骤，以分离烟草材料的所期望的组分。
当与如本文的各种实施方案中所述的方法结合使用时，术语“生物质”表示植物的一个或多个部分，并且特别是表示植物的基本上整个地上部分，任选地包括植物的一些或全部地下部分。因此，术语“生物质”可以指叶或种子或植物的任何其它地上部分，或者其任何组合，任选地包括植物的一些或全部地下部分。因此，术语“生物质”和相关术语，如“生物物质”和“植物来源”可以被适当地理解成指的是所收获的植物的任何一个或多个部分，所述部分可以被加工以由其提取、分离、或离析所关注的组分。
当与如本文的各种实施方案中所述的方法结合使用时，术语“烟草属的一种或多种植物”表示茄科(Solanaceae)的烟草属的任何一种或多种植物，包括例如以下任何一种或多种：花烟草(N.alata)、阿伦兹氏烟草(N.arentsii)、木丝烟草(N.excelsior)、福尔吉特氏烟草(N.forgetiana)、粉蓝烟草(N.glauca)、粘烟草(N.glutinosa)、哥西氏烟草(N.gossei)、卡瓦卡米氏烟草(N.kawakamii)、耐特氏烟草(N.knightiana)、朗氏烟草(N.langsdorffi)、耳状烟草(N.otophora)、赛特氏烟草(N.setchelli)、林烟草(N.sylvestris)、绒毛烟草(N.tomentosa)、绒毛状烟草(N.tomentosiformis)、波叶烟草(N.undulata)和红花烟草(N.xsanderae)、非洲烟草(N.africana)、抱茎烟草(N.amplexicaulis)、贝纳莫特氏烟草(N.benavidesii)、博内里烟草(N.bonariensis)、迪伯纳氏烟草(N.debneyi)、长花烟草(N.longiflora)、海滨烟草(N.maritina)、特大管烟草(N.megalosiphon)、西方烟草(N.occidentalis)、圆锥烟草(N.paniculata)、蓝茉莉叶烟草(N.plumbaginifolia)、雷蒙德氏烟草(N.raimondii)、莲坐叶烟草(N.rosulata)、黄花烟草(N.rustica)、拟似烟草(N.simulans)、斯托克通氏烟草(N.stocktonii)、香甜烟草(N.suaveolens)、普通烟草(N.tabacum)、荫生烟草(N.umbratica)、颤毛烟草(N.velutina)、以及芹叶烟草(N.wigandioides)、无茎烟草(N.acaulis)、渐尖叶烟草(N.acuminata)、渐狭叶烟草(N.attenuata)、本赛姆氏烟草(N.benthamiana)、洞生烟草(N.cavicola)、克利夫兰氏烟草(N.clevelandii)、心叶烟草(N.cordifolia)、伞床烟草(N.corymbosa)、香烟草(N.fragrans)、古特斯比氏烟草(N.goodspeedii)、狭叶烟草(N.linearis)、摩西氏烟草(N.miersii)、裸茎烟草(N.nudicaulis)、欧布特斯烟草(N.obtusifolia)、西方烟草赫斯帕斯亚种(N.occidentalissubsp.Hersperis)、少花烟草(N.pauciflora)、矮牵牛状烟草(N.petunioides)、夸德瑞伍氏烟草(N.quadrivalvis)、残波烟草(N.repanda)、圆叶烟草(N.rotundifolia)、茄叶烟草(N.Solanifolia)、斯佩格茨氏烟草(N.spegazzinii)。
当与如本文的各种实施方案中所述的方法结合使用时，“碱金属氢氧化物”表示具有式MOH的化合物中的任何一种或多种，其中M是Li、Na、K、Rb、Cs或Fr。
当与如本文的各种实施方案中所述的方法结合使用时，“矿物酸”表示无机酸并且因此可以例如指以下任何一种或多种：硫酸；磷酸；硝酸；氯酸；氢氟酸；盐酸；氢溴酸；氢碘酸；铬酸；亚硫酸；亚磷酸；亚硝酸；卤素磺酸HSO3X，其中X是卤素；高氯酸；高溴酸；高碘酸；硫化氢；次磷酸；四氟硼酸；六氟磷酸。
使用通过如本文的各种实施方案中所述的方法所产生的烟草属衍生(例如烟草衍生)的材料使得能够制备基本上或甚至完全衍生自烟草属材料的用于吸烟制品的烟草组合物或无烟烟草组合物。举例来说，烟草组合物可以包含一定形式的烟草或烟草衍生材料，包括来自烟草属种的分离的组分，以使得该烟草组合物的至少约80重量％，更通常至少约90重量％、或甚至至少约95重量％(以干重计)由烟草衍生材料组成。
早已认识到的是，需要更充分地利用来自烟草，并且特别是来自烟草属种的植物或植物部分的材料或物质。容易获得的来自烟草属种的植物或植物部分的起始材料或输入物，如特别可用于作为起始材料或输入物纳入到可以更充分地利用来自烟草的材料或物质的工艺中的起始材料或输入物尤其包括烟草生物质。烟草生物质可以包括例如已经整个被收获的烟草植物的物质的整体。烟草生物质可以包括例如烟草植物的基本上全部的地上部分，并且任选地可以包括烟草植物的一些或全部地下部分。烟草生物质可以包括例如已经整个被收获的烟草植物的固体部分，或者烟草植物的基本上全部地上部分的固体部分，并且已经从所述固体部分中榨出，例如经由螺旋压榨机的作用榨出所谓的“青汁(greenjuice)”。烟草生物质可以包括例如这样的固体部分，已经通过干燥从所述固体部分去除了至少一部分水。
使来自烟草，并且特别是来自烟草属种的植物或植物部分的材料或物质获得更充分利用的方式之一是可以对来自烟草属种的植物或植物部分进行的各种物理和/或化学转化。这些物理和/或化学转化可以产生具有一种或多种所期望或有利特性的输出物或产品。这些输出物或产品本身可以用作起始材料或输入物进行进一步有用的工艺。可以对来自烟草属种的植物或植物部分进行的物理转化之一是破坏烟草生物质的物理完整性，如由螺旋压榨机对一定量的烟草生物质的作用所引起的破坏。可以对来自烟草属种的植物或植物部分进行的物理转化之一是根据例如粒度、相对密度、沉降速度、或对固定基质的亲和力的分级分离。
如本文的各种实施方案中所述的方法提供了一种用于从一定量的烟草植物材料中分离木质素的方法。所述烟草植物材料可以包含烟草生物质。
根据如本文的各种实施方案中所述的方法，可以使一定量的烟草生物质以及例如已经经受物理转化的一定量的烟草生物质与一定量的酸接触以形成酸化的消化混合物，通过所述物理转化破坏了所述生物质的物理完整性，如通过浸渍和/或一种或多种其它力的施加，借此形成烟草生物质的多个颗粒。可以使一定量的所得酸化的消化混合物与丁醇接触以形成含有丁醇的混合物。可以将所得的含有丁醇的混合物分离成丁醇可溶相和丁醇不溶相。可以从丁醇可溶相中去除丁醇以产生分离的木质素。这种木质素可用作与用于制备塑料制品的各种聚合物中的任一种相容的染料或颜料或增塑剂或填料或涂料。举例来说，这种木质素可用于制备包含聚L-乳酸(PLA)的可以任选地包含其它成分的塑料。这种木质素可用于制备可以任选地包含其它成分的着色剂。
因此，在一个实施方案中，如本文的各种实施方案中所述的方法提供了一种从烟草生产木质素的方法。这种木质素适用于包含烟草材料和衍生自烟草属种的组分的吸烟制品或无烟烟草组合物当中、之上或周围，其中所述组分衍生自烟草属种。这种木质素更一般地适用于可以包含与用于制备塑料制品的各种聚合物中的任一种相容的染料或颜料或增塑剂或填料或涂料的组合物中。
具体实施方式
现在将在下文中更充分地描述如本文的各种实施方案中所述的方法。然而，如本文的各种实施方案中所述的方法可以按多种不同的形式实施，并且不应当被理解为限于本文所阐述的实施方案；而是，提供这些实施方案以使本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达如本文的各种实施方案中所述的方法的范围。除非上下文另外明确规定，否则如在本说明书以及权利要求书中所用的单数形式“一个(种)(a/an)”和“所述”包括复数指代对象。提到“干重百分比”或“以干重为基础”时，指的是基于干成分(即除水之外的所有成分)的重量。
来自烟草属种的植物的选择可以不同；并且具体来说，一种烟草或多种烟草的类型可以不同。可以使用的烟草包括烟熏烟或弗吉尼亚(Virginia)烟草(例如K326)、白肋烟、晒干烟(例如印度卡努尔(IndianKurnool)烟和香料烟，包括卡泰里尼(Katerini)烟、普瑞利普(Prelip)烟、柯玛蒂尼(Komotini)烟、克撒锡(Xanthi)烟以及扬玻尔(Yambol)烟)、马里兰(Maryland)烟、深色烟、深色明火烤烟、深色晾烟(例如帕桑得(Passanda)烟、古巴诺(Cubano)烟、佳汀(Jatin)烟以及本珠克(Bezuki)烟)、浅色晾烟(例如北威斯康星(NorthWisconsin)烟和戈勒帕(Galpao)烟)、印度晾烟、俄罗斯红(RedRussian)烟和黄花烟(Rustica)，以及各种其它罕见的或专用烟草。有关各种类型的烟草、种植实践以及收获实践的说明阐述于《烟草生产、化学以及技术》(TobaccoProduction,ChemistryandTechnology),Davis等(编著)(1999)中，该文献以引用的方式并入本文。来自烟草属种的植物的各种代表性类型阐述于以下文献中：Goodspeed,《烟草属》(TheGenusNicotiana)(ChronicaBotanica,1954)；Sensabaugh,Jr.等的美国专利号4,660,577；White等的美国专利号5,387,416；Lawson等的美国专利号7,025,066；Lawrence,Jr.的美国专利号7,798,153；以及Marshall等的美国专利号8,186,360，这些文献中的每一篇以引用的方式并入本文。特别关注的是花烟草、阿伦兹氏烟草、木丝烟草、福尔吉特氏烟草、粉蓝烟草、粘烟草、哥西氏烟草、卡瓦卡米氏烟草、耐特氏烟草、朗氏烟草、耳状烟草、赛特氏烟草、林烟草、绒毛烟草、绒毛状烟草、波叶烟草以及红花烟草。还关注的是非洲烟草、抱茎烟草、贝纳莫特氏烟草、博内里烟草、迪伯纳氏烟草、长花烟草、海滨烟草、特大管烟草、西方烟草、圆锥烟草、蓝茉莉叶烟草、雷蒙德氏烟草、莲坐叶烟草、黄花烟草、拟似烟草、斯托克通氏烟草、香甜烟草、普通烟草、荫生烟草、颤毛烟草、以及芹叶烟草。来自烟草属种的其它植物包括无茎烟草、渐尖叶烟草、渐狭叶烟草、本赛姆氏烟草、洞生烟草、克利夫兰氏烟草、心叶烟草、伞床烟草、香烟草、古特斯比氏烟草、狭叶烟草、摩西氏烟草、裸茎烟草、欧布特斯烟草、西方烟草赫斯帕斯亚种、少花烟草、矮牵牛状烟草、夸德瑞伍氏烟草、残波烟草、圆叶烟草、茄叶烟草以及斯佩格茨氏烟草。
烟草属种可以使用遗传修饰或杂交育种技术来衍生(例如烟草植物可以被遗传工程化或杂交育种以增加或减少某些组分的产生或以其它方式改变某些特征或属性)。参见例如以下文献中所阐述的植物的遗传修饰的类型：Fitzmaurice等的美国专利号5,539,093；Wahab等的美国专利号5,668,295；Fitzmaurice等的美国专利号5,705,624；Weigl的美国专利号5,844,119；Dominguez等的美国专利号6,730,832；Liu等的美国专利号7,173,170；Colliver等的美国专利号7,208,659；以及Benning等的美国专利号7,230,160；Conkling等的美国专利申请公开号2006/0236434；以及Nielsen等的PCTWO08/103935。
对于无烟烟草产品和可抽吸烟草产品的制备，通常对所收获的烟草属种植物进行烘烤工艺。有关用于各种类型的烟草的各种类型的烘烤工艺的说明阐述于《烟草生产、化学以及技术》(TobaccoProduction,ChemistryandTechnology),Davis等(编著)(1999)中。用于烘烤烟熏烟的示例性技术和条件阐述于以下文献中：Nestor等,BeitrageTabakforsch.Int.,20,467-475(2003)和Peele的美国专利号6,895,974，这些文献以引用的方式并入本文。还参见例如Groves等的美国专利号7,650,892，该美国专利以引用的方式并入本文。用于晾制烟草的代表性的技术和条件阐述于以下文献中：Roton等,BeitrageTabakforsch.Int.,21,305-320(2005)和Staaf等,BeitrageTabakforsch.Int.,21,321-330(2005)，这些文献以引用的方式并入本文。可以对某些类型的烟草进行替代类型的烘烤工艺，如烤制或晒制。优选地，然后使所收获的经过烘烤的烟草陈化。
烟草属种的植物的至少一部分(例如烟草部分的至少一部分)可以未成熟的形式使用。也就是说，所述植物，或该植物的至少一部分可以在达到通常被认为熟或成熟的阶段之前被收获。因而，例如，烟草可以在以下时间被收获：在烟草植物即将发芽时、开始形成叶时、开始结籽时、开始开花时等。
烟草属种的植物的至少一部分(例如烟草部分的至少一部分)可以成熟形式使用。也就是说，所述植物，或该植物的至少一部分可以在该植物(或植物部分)达到在传统上被视为熟、过熟或成熟的点时被收获。因而，例如，经由使用农民常规使用的烟草收获技术，可以收获香料烟草植物，可以收获白肋烟草植物，或者可以根据茎位收获或修剪弗吉尼亚烟草叶。在收获后，烟草属种的植物或其部分可以绿色形式使用(例如烟草可以在没有经受任何烘烤工艺的情况下被使用)。举例来说，可以将呈绿色形式的烟草冷冻、冷冻干燥、进行辐照、黄化、干燥、烹饪(例如烘烤、煎炸或煮沸)、或以其它方式进行储存或处理以备后用。还可以使这样的烟草经受陈化条件。
根据如本文的各种实施方案中所述的方法，烟草产品可以包含烟草，所述烟草与一定形式的生物质或一个或多个解剖学部分组合，所述生物质或一个或多个解剖学部分是从至少一种烟草属种的植物获得或衍生的。也就是说，根据如本文的各种实施方案中所述的方法的烟草产品的一部分可以由烟草属种的一定形式的生物质或一个或多个解剖学部分，如生物质或一个或多个解剖学部分的部分或碎块，或者包含加工过的生物质或一个或多个解剖学部分或其组分的加工过的材料构成。烟草产品的至少一部分可以由生物质或一个或多个解剖学部分的组分，如从生物质或一个或多个解剖学部分(例如通过提取、蒸馏、或其它类型的加工技术)取出的成分构成。烟草产品的至少一部分可以由衍生自生物质或一个或多个解剖学部分的组分构成，所述组分诸如在使生物质或一个或多个解剖学部分进行化学反应之后或在使从生物质或一个或多个解剖学部分收集的组分进行化学反应(例如酸/碱反应条件或酶处理)之后所收集的组分。
烟草属种可以针对它所产生的生物质或解剖学部分的类型加以选择。举例来说，可以在以下基础上选择植物：那些植物产生相对丰富的生物质或种子、产生包含相对高水平的所期望的特定组分的生物质或种子等等。
可以使烟草属种植物在农艺条件下生长，以促进生物质或一个或多个解剖学部分的发育。烟草植物可以被种植在温室、生长室、或田间户外或以水培方式种植。
根据如本文的各种实施方案中所述的方法，从烟草属种植物收获生物质或一个或多个解剖学部分。收获生物质或一个或多个解剖学部分的方式可以不同。通常，可以收获基本上所有的生物质或解剖学部分，并且原样使用。
在植物的生命周期中收获的时间可以不同。举例来说，可以在未成熟时收获生物质或一个或多个解剖学部分。或者，可以在植物已经达到成熟的点之后收获生物质或一个或多个解剖学部分。
对生物质或一个或多个解剖学部分进行的收获后加工可以不同。在收获后，所述生物质或一个或多个解剖学部分或其部分可以所收获的形式使用(例如生物质可以在没有经受任何烘烤和/或陈化工艺步骤的情况下被使用)。举例来说，生物质或一个或多个解剖学部分可以在没有经受显著的储存、处理或加工条件的情况下被使用。在某些情况下，优选的是，在收获之后几乎立即使用新鲜的生物质或一个或多个解剖学部分。或者，例如，可以将生物质或一个或多个解剖学部分冷藏或冷冻以备后用、冷冻干燥、进行辐照、黄化、干燥、烘烤、或以其它方式进行储存或处理以备后用。
可以对所收获的生物质进行物理加工。生物质或一个或多个解剖学部分或其一个或多个部分可以被进一步细分成部分或碎块(例如可以将生物质磨碎、粉碎、碾碎或研磨成可以被表征为颗粒、微粒或细粉的碎块或部分)。可以使生物质或一个或多个解剖学部分或其一个或多个部分经受外力或压力(例如通过压制或进行辊处理)。在实施这样的加工条件时，生物质或一个或多个解剖学部分可以具有如下的水分含量，所述水分含量近似于它的天然水分含量(例如它在收获后不久的水分含量)、通过向生物质添加水分所实现的水分含量、或由干燥生物质所产生的水分含量。举例来说，生物质或一个或多个解剖学部分的经过磨碎、粉碎、研磨或碾碎的碎块可以具有小于约25重量％，常常小于约20重量％，并且经常小于约15重量％的水分含量。生物质或一个或多个解剖学部分的部分或碎块可以在没有进行进一步加工的情况下用作烟草产品的组分，或者作为另外一种选择，微粒生物质或解剖学部分材料可以在并入烟草产品中之前被进一步加工。
可以使所收获的生物质或一个或多个解剖学部分或其组分经受其它类型的加工条件。举例来说，可以将生物质或一个或多个解剖学部分的组分彼此分离，或者以其它方式分级分离成化学类别或者单个化合物的混合物。如本文所用的“分离的生物质组分”、“一个或多个解剖学部分的分离的组分”、“生物质分离物”或“一个或多个解剖学部分的分离物”是从烟草属种植物的生物质或一个或多个解剖学部分分离的化合物或化合物的复杂混合物。分离的生物质组分或一个或多个解剖学部分的分离的组分可以是单一化合物，相似化合物(例如风味化合物或芳香化合物的异构体)的均相混合物、或者不相似化合物的非均相混合物(例如不同类型的各种化合物的复杂混合物，优选具有所期望的感官属性)。
典型的分离工艺可以包括一个或多个工艺步骤，如溶剂提取(例如使用极性溶剂、非极性有机溶剂或超临界流体)、色谱、蒸馏、过滤、冷压或其它基于压力的技术、重结晶和/或溶剂-溶剂分配。示例性提取和分离溶剂或载体包括水、醇(例如甲醇或乙醇)、烃(例如庚烷和己烷)、乙醚、二氯甲烷以及超临界二氧化碳。可用于从烟草属种中提取组分的示例性技术描述于以下文献中：Fiore的美国专利号4,144,895；Osborne,Jr.等的美国专利号4,150,677；Reid的美国专利号4,267,847；Wildman等的美国专利号4,289,147；Brummer等的美国专利号4,351,346；Brummer等的美国专利号4,359,059；Muller的美国专利号4,506,682；Keritsis的美国专利号4,589,428；Soga等的美国专利号4,605,016；Poulose等的美国专利号4,716,911；Niven,Jr.等的美国专利号4,727,889；Bernasek等的美国专利号4,887,618；Clapp等的美国专利号4,941,484；Fagg等的美国专利号4,967,771；Roberts等的美国专利号4,986,286；Fagg等的美国专利号5,005,593；Grubbs等的美国专利号5,018,540；White等的美国专利号5,060,669；Fagg的美国专利号5,065,775；White等的美国专利号5,074,319；White等的美国专利号5,099,862；White等的美国专利号5,121,757；Fagg的美国专利号5,131,414；Munoz等的美国专利号5,131,415；Fagg的美国专利号5,148,819；Kramer的美国专利号5,197,494；Smith等的美国专利号5,230,354；Fagg的美国专利号5,234,008；Smith的美国专利号5,243,999；Raymond等的美国专利号5,301,694；Gonzalez-Parra等的美国专利号5,318,050；Teague的美国专利号5,343,879；Newton的美国专利号5,360,022；Clapp等的美国专利号5,435,325；Brinkley等的美国专利号5,445,169；Lauterbach的美国专利号6,131,584；Kierulff等的美国专利号6,298,859；Mua等的美国专利号6,772,767；以及Thompson的美国专利号7,337,782，这些文献中的每一篇以引用的方式并入本文。还参见Brandt等,LC-GCEurope,第2-5页(2002年3月)以及Wellings,《制备型HPLC实用手册》(APracticalHandbookofPreparativeHPLC)(2006)中所阐述的分离技术的类型，这些文献以引用的方式并入本文。此外，可以对生物质或其组分进行以下文献中所阐述的类型的处理：Ishikawa等,Chem.Pharm.Bull.,50,501-507(2002)；Tienpont等,Anal.Bioanal.Chem.,373,46-55(2002)；Ochiai,GerstelSolutionsWorldwide,6,17-19(2006)；Coleman,III等,J.Sci.FoodandAgric.,84,1223-1228(2004)；Coleman,III等,J.Sci.FoodandAgric.,85,2645-2654(2005)；Pawliszyn编著,《固相微提取应用——RSC色谱法专著》(ApplicationsofSolidPhaseMicroextraction,RSCChromatographyMonographs),(英国皇家化学学会(RoyalSocietyofChemistry,UK))(1999)；Sahraoui等,J.Chrom.,1210,229-233(2008)；以及Raymond等的美国专利号5,301,694，这些文献中的每一篇以引用的方式并入本文。还参见例如以下文献中所阐述的加工技术的类型：Frega等,JAOCS,68,29-33(1991)；Patel等,Tob.Res.,24,44-49(1998)；Giannelos等,Ind.CropsProd.,16,1-9(2002)；Mukhtar等,ChineseJ.Chem.,25,705-708(2007)；以及Stanisavljevic等,Eur.J.LipidSci.Technol.,111,513-518(2009)，这些文献中的每一篇均以引用的方式并入本文。
可以使生物质或一个或多个解剖学部分的组分经受一定的条件，以使这些组分(无论是作为生物质或一个或多个解剖学部分的部分或是呈分离组分的形式)进行化学转化。举例来说，可以对已经从生物质或一个或多个解剖学部分中分离的生物质分离物或一个或多个解剖学部分的分离物进行处理以引起化学转化或可以将其与其它成分混合。这样的化学转化或修饰可以引起这样的生物质分离物或一个或多个解剖学部分的分离物的某些化学和物理特性(例如这样的分离物的感官属性)发生变化。示例性化学修饰过程可以通过以下来进行：酸/碱反应、水解、加热、以及酶处理(例如使用水解酶、糖苷酶或葡糖苷酶)；并且因而，分离物的组分可以进行酯化、酯基转移、异构转化、缩醛形成、缩醛分解等。此外，可以使生物质或一个或多个解剖学部分的各种分离的脂质组分进行氢化以改变那些组分的饱和度，并且因此改变那些组分的物理形式或性质。
在一个实施方案中，可以使用溶剂(例如极性溶剂或非极性有机溶剂)对生物质或一个或多个解剖学部分进行溶剂提取，并且收集所得的提取物并且分离所提取的组分。然后，可以对各种生物质组分或一个或多个解剖学部分的组分中的任一种进行酶处理以形成经过酶处理的材料。然后对经过酶处理的材料进行溶剂提取以形成生物质分离物或一个或多个解剖学部分的分离物。
在一个实施方案中，所述分离或离析工艺包括将所收获的生物质或一个或多个解剖学部分或其部分冷冻以形成冷冻的生物质或解剖学部分材料；将所述冷冻的生物质或解剖学部分材料加工成微粒形式；对所述微粒生物质或解剖学部分材料进行酶处理以使所述微粒生物质或解剖学部分材料发生化学改变；以及用溶剂对所述微粒生物质或解剖学部分材料进行提取以产生生物质分离物或一个或多个解剖学部分的分离物。示例性的酶处理包括用糖苷酶或葡糖苷酶处理。
生物质或一个或多个解剖学部分以及其组分或分离物可用作烟草组合物的组分，特别是被并入到吸烟制品或无烟烟草产品中的烟草组合物。将根据如本文的各种实施方案中所述的方法的这样的组分添加到烟草组合物中可以多种方式增强烟草组合物，这取决于生物质的性质以及烟草组合物的类型。示例性的这样的组分可以用来为烟草产品提供风味和/或香气(例如改变烟草组合物或由其产生的烟气的感官特征的组合物)。衍生自生物质的木质素更一般来说适用于可以包含与用于制备塑料制品的各种聚合物中的任一种相容的染料或颜料或增塑剂或填料或涂料的组合物中。
生物质分离物或一个或多个解剖学部分的分离物的形式可以不同。通常，这样的分离物呈固体、液体或半固体或凝胶的形式。生物质可以浸膏形式、净油形式或纯形式被使用。这样的分离物可以具有干微粒形式、蜡状形式或稠浆形式。液体形式包括水性或有机溶剂载体内含有的分离物。
生物质或一个或多个解剖学部分、加工过的生物质或一个或多个解剖学部分、以及生物质分离物或来自一个或多个解剖学部分的分离物可以多种形式使用。生物质或一个或多个解剖学部分、或生物质或一个或多个解剖学部分的分离物可以被用作加工过的烟草的组分。在一个方面，所述生物质或一个或多个解剖学部分或其组分可以被用于表香(topdressing)配方内或用于加料(casing)配方内以应用于烟片(例如使用Shelar的美国专利号4,819,668中所阐述的类型的方式和方法，该美国专利以引用的方式并入本文)。或者，所述生物质或一个或多个解剖学部分或其组分可以被用作再造烟草材料的成分(例如使用以下文献中一般阐述的类型的烟草再造工艺：Sohn的美国专利号5,143,097；Brinkley等的美国专利号5,159,942；Jakob的美国专利号5,598,868；Young的美国专利号5,715,844；Gellatly的美国专利号5,724,998；以及Kumar的美国专利号6,216,706，这些文献中的每一篇以引用的方式并入本文)。在香烟制造过程期间，还可以将所述生物质或一个或多个解剖学部分或其组分并入到香烟过滤嘴中(例如滤棒、滤棒成型纸、或接装纸中)或并入到香烟包装纸中，优选地在内表面上。来自生物质或一个或多个解剖学部分的分离物可以用作所形成的无烟烟草产品表面的涂层，该分离物具有蜡状或平滑质地。具有粘性特性的分离物可以用作烟草产品内的粘合剂(或粘合剂的组分)或粘结剂。具有油性或液体特征的分离物可以用作溶剂(例如用于代替甘油三酯型溶剂或以与甘油三酯型溶剂相当的方式起作用；或代替二醇型溶剂用作湿润剂或用作加料组分的载体)。
可以将生物质或一个或多个解剖学部分、加工过的生物质或一个或多个解剖学部分、以及生物质分离物或来自一个或多个解剖学部分的分离物并入到吸烟制品中。可以将所述生物质或一个或多个解剖学部分、加工过的生物质或一个或多个解剖学部分、以及生物质分离物或来自一个或多个解剖学部分的分离物与用于制造烟草产品的其它组分混合。可以与生物质或解剖学部分材料混合的另外的成分的示例性类型包括香料、填料、粘结剂、pH值调节剂、缓冲剂、着色剂、崩解助剂、抗氧化剂、湿润剂以及防腐剂。代表性的烟草共混物、非烟草组分、以及由其制造的代表性香烟阐述于以下文献中：Lawson等的美国专利号4,836,224；Perfetti等的美国专利号4,924,888；Brown等的美国专利号5,056,537；Gentry的美国专利号5,220,930；Blakley等的美国专利号5,360,023；以及Shafer等的美国专利号6,701,936；以及Bereman的PCTWO02/037990。那些烟草材料还可以用于制造以下文献中所述的那些类型的香烟：Sensabaugh的美国专利号4,793,365；Clearman等的美国专利号4,917,128；Brooks等的美国专利号4,947,974；Korte的美国专利号4,961,438；Lawrence等的美国专利号4,920,990；Clearman等的美国专利号5,033,483；Gentry等的美国专利号5,074,321；Drewett等的美国专利号5,105,835；Riggs等的美国专利号5,178,167；Clearman等的美国专利号5,183,062；Shannon等的美国专利号5,211,684；Deevi等的美国专利号5,247,949；Riggs等的美国专利号5,551,451；Banerjee等的美国专利号5,285,798；Farrier等的美国专利号5,593,792；Bensalem等的美国专利号5,595,577；Counts等的美国专利号5,816,263；Barnes等的美国专利号5,819,751；Beven等的美国专利号6,095,153；Nichols等的美国专利号6,311,694；Nichols等的美国专利号6,367,481；以及Robinson等的美国专利号7,726,320；以及Matsuura等的PCTWO97/048294和Snaider等的PCTWO98/016125。还参见以下文献中描述的那些类型的市售香烟：《对加热而不是燃烧烟草的新香烟原型的化学和生物学研究》(ChemicalandBiologicalStudiesonNewCigarettePrototypesthatHeatInsteadofBurnTobacco),R.J.雷诺兹烟草公司专著(1988)；以及《吸入毒理学》(InhalationToxicology),12:5,第1-58页(2000)。
可以将烟草属生物质或一个或多个解剖学部分、加工过的生物质或一个或多个解剖学部分、以及生物质分离物或来自一个或多个解剖学部分的分离物并入到无烟烟草产品中，如散装湿鼻烟；散装干鼻烟；嚼烟；制粒的烟草碎块(例如具有丸形、片形、球形、硬币形、珠形、卵形或豆形的形状)；挤出或成型的烟片、碎块、棒、圆柱体或棍；微细的经过研磨的粉末；微细的或磨碎的粉状碎块和组分团聚物；片状碎块；模塑加工的烟草碎块；含有烟草的口香糖块；带状膜卷；易溶于水的或可分散于水的膜或条(例如Chan等的美国专利申请公开号2006/0198873)；或胶囊样材料，所述材料具有外壳(例如在性质上可以是透明、无色、半透明或者高度着色的柔韧或硬外壳)和具有烟草或者烟草香料(例如包含一定形式的烟草的牛顿流体或触变性流体)的内部区域。各种类型的无烟烟草产品阐述于以下文献中：Schwartz的美国专利号1,376,586；Levi的美国专利号3,696,917；Pittman等的美国专利号4,513,756；Sensabaugh,Jr.等的美国专利号4,528,993；Story等的美国专利号4,624,269；Townsend的美国专利号4,987,907；Sprinkle,III等的美国专利号5,092,352；以及White等的美国专利号5,387,416；Strickland等的美国专利申请公开号2005/0244521和Engstrom等的美国专利申请公开号2008/0196730；Arnarp等的PCTWO04/095959；Atchley等的PCTWO05/063060；Bjorkholm的PCTWO05/016036；以及Quinter等的PCTWO05/041699，这些文献中的每一篇以引用的方式并入本文。还参见以下文献中所阐述的无烟烟草配方、成分、以及加工方法的类型：Williams的美国专利号6,668,839；Williams的美国专利号6,834,654；Atchley等的美国专利号6,953,040；Atchley等的美国专利号7,032,601；Atchley等的美国专利号7,694,686；Holton,Jr.等的美国专利号7,861,728；Strickland等的美国专利号7,819,124；Dube等的美国专利号7,810,507；以及Nielsen等的美国专利号8,168,855；Williams的美国专利申请公开号2004/0020503；Strickland等的美国专利申请公开号2006/0191548；Holton,Jr.等的美国专利申请公开号2007/0062549；Robinson等的美国专利申请公开号2008/0029116；Mua等的美国专利申请公开号2008/0029117；以及Robinson等的美国专利申请公开号2008/0173317，这些文献中的每一篇以引用的方式并入本文。
也可以将在对生物质或解剖学部分材料进行分离工艺(例如冷压或溶剂提取)并且去除生物质或一个或多个解剖学部分的一定部分之后剩余的生物质或解剖学部分材料的残余物并入到烟草产品中，包括本文关于生物质或一个或多个解剖学部分或其分离物所提到的烟草产品中的任一种。举例来说，在对生物质或解剖学部分材料的溶剂可溶性部分进行溶剂提取之后剩余的不溶性浆渣同样可以用作烟草组合物的组分。
更充分说明如本文的各个实施例中所述的方法的实施方案，所述实施例可以在下文随后被阐述以说明如所述的方法而不应当被视为对其加以限制。
结合如本文的各种实施方案中所述的方法，发现木质素容易经由对在物理上和/或化学上未经过转化或经过转化的来自烟草属种的生物质进行加工而衍生。
在一个实施方案中，如本文的各种实施方案中所述的方法提供了一种用于从一定量的烟草生物质中分离木质素的方法，所述方法是例如在环境温度下进行的，所述方法包括使一定量的烟草生物质与一定量的酸接触以形成酸化的消化混合物；使一定量的所述酸化的消化混合物与丁醇接触以形成含有丁醇的混合物；使含有丁醇的混合物分离成丁醇可溶相和丁醇不溶相；以及从丁醇可溶相中去除丁醇，所述去除足以由丁醇可溶相产生分离的木质素；从而产生衍生自烟草生物质的分离的木质素。
根据如本文的各种实施方案中所述的方法，一定量的烟草生物质可以包含在数飞克或更少至数公吨或更多范围内的任何质量的烟草生物质。
根据如本文的各种实施方案中所述的方法，环境温度可以是通常在房间中、或在实验室中、或在收获同时或之后的时间的现场、或在另一个环境中所获得的温度。在没有限制的情况下，环境温度可以是约5摄氏度至约40摄氏度的温度。环境温度在根据如本文的各种实施方案中所述的方法的方法的部分和/或步骤之间可以不同。可以例如在环境温度下进行如本文的各种实施方案中所述的方法。
根据如本文的各种实施方案中所述的方法，可以经由对烟草生物质的至少一部分施加物理力和/或引导电磁辐射和/或更一般地经由对一定量的烟草生物质进行加工的任何手段来实现对一定量的烟草生物质的物理完整性的破坏，所述手段包括而不限于切细、研磨、浸渍、磨碎、碾碎、撕碎、搓碎、切片、剪切、粉碎、微波处理、冻干和/或冷冻-解冻。
在一个实施方案中，在用于从烟草生物质中分离木质素的方法中实施了一种方法，所述方法包括使一定量的烟草生物质与一定量的酸接触以形成酸化的消化混合物；使一定量的酸化的消化混合物与一定量的丁醇接触以形成含有丁醇的混合物；将一定量的含有丁醇的混合物分离成丁醇可溶相和丁醇不溶相；以及从一定量的丁醇可溶相中去除丁醇，所述去除足以由所述丁醇可溶相产生一定量的分离的木质素。
在另一个实施方案中，描述了这样的一种方法，其中所述酸是矿物酸。
在又另一个实施方案中，描述了所实施的方法，其中所述分离包括溶剂提取、色谱、蒸馏、过滤、压制、重结晶和/或溶剂-溶剂分配。
在再另一个实施方案中，描述了这样的一种方法，其中通过蒸发、升华、冻干、溶剂提取、色谱、蒸馏、过滤、压制、重结晶和/或溶剂-溶剂分配实现所述去除。
在另一个实施方案中，在塑料的生产中实施了一种方法，所述塑料基本上由聚L-乳酸和分离的烟草木质素组成，所述木质素以举例方式而非限制方式诸如通过以下步骤产生的分离的烟草木质素，所述步骤包括使一定量的烟草生物质与一定量的酸接触以形成酸化的消化混合物；使一定量的酸化的消化混合物与一定量的丁醇接触以形成含有丁醇的混合物；将一定量的含有丁醇的混合物分离成丁醇可溶相和丁醇不溶相；以及从一定量的丁醇可溶相中去除丁醇，所述去除足以由所述丁醇可溶相产生一定量的分离的木质素。
在又另一个实施方案中，在着色剂的生产中实施了如所述的方法，所述着色剂基本上由分离的烟草木质素和合适的载体和/或稀释剂组成，其中举例来说而非限制，通过以下步骤产生所述分离的烟草木质素，所述步骤包括使一定量的烟草生物质与一定量的酸接触以形成酸化的消化混合物；使一定量的酸化的消化混合物与一定量的丁醇接触以形成含有丁醇的混合物；将一定量的含有丁醇的混合物分离成丁醇可溶相和丁醇不溶相；以及从一定量的丁醇可溶相中去除丁醇，所述去除足以由所述丁醇可溶相产生一定量的分离的木质素。
在再另一个实施方案中，本文描述了一种用于生产烟草产品的方法，所述烟草产品用于由期望消费所述产品的消费者消费，所述产品包含由以下步骤产生的分离的烟草木质素，所述步骤包括使一定量的烟草生物质与一定量的酸接触以形成酸化的消化混合物；使一定量的酸化的消化混合物与一定量的丁醇接触以形成含有丁醇的混合物；将一定量的含有丁醇的混合物分离成丁醇可溶相和丁醇不溶相；以及从一定量的丁醇可溶相中去除丁醇，所述去除足以由所述丁醇可溶相产生一定量的分离的木质素。
在一个具体的实施方案中，在生产如所述的产品中实施了一种方法，其中所述产品包含塑料和/或着色剂，并且其中所述塑料和/或所述着色剂包含如本文所阐述的分离的烟草木质素。
已知衍生自烟草的木质素是所谓的“黑液”工艺输出物的成分。在本领域中并不知晓这种工艺输出物为可销售以获取利润的东西或商业制品，而本领域已知的是，这种工艺输出物将被燃烧或以其它方式以一定的不可忽略的成本被处置或以其它方式用作具有极小价值的别的东西的替代物。
本领域已知的是，木质素很少以纯形式被分离并且一般不会不含其它污染物质。在可以产生木质素的制浆工艺中，可以对烟草生物质进行酸消化，继而对酸消化物进行溶剂提取。乙醇已经在本领域中被用作提取溶剂。惊人的是，在如本文在各种实施方案中所述的方法中，发现对所述酸消化物进行丁醇提取产生了具有高纯度和独特特性的木质素。如此所获得的木质素是一种在颜色和表面质地上类似于黑曜石的黑色固体。
将通过对烟草生物质的酸消化物进行上述丁醇提取所得到的木质素以各种浓度(例如5％、10％、40％)与聚L-乳酸(PLA)混合，并且留意所得聚合物的颜色。5％或10％的木质素浓度产生棕色产品，而40％的木质素浓度产生黑色产品。这样的产品是可模塑或有延展性的塑料。在一个实施方案中，可以使木质素部分或完全热解或保持未热解。在一个实施方案中，在将未热解的木质素与例如PLA混合的情况下，所得的聚合物可以具有棕色的颜色。在一个实施方案中，在将热解的木质素与例如PLA混合的情况下，所得的聚合物可以具有灰色的颜色或黑色的颜色。
因此，由如本文的各种实施方案中所述的方法所制备的衍生自烟草的木质素可用作用于包装或印刷目的的染料。此外，由如本文的各种实施方案中所述的方法所制备的衍生自烟草的木质素可用作与用于制备塑料制品的各种聚合物中的任一种相容的增塑剂或填料，对于聚合物来说，包括但不限于PLA、聚丙烯和/或聚乙烯。可以使所得的塑料进行热成型，所述塑料可以按一些配方被制成棕色膜或金色膜。
因此，由如本文的各种实施方案中所述的方法所制备的衍生自烟草的木质素可用作着色剂。由如本文的各种实施方案中所述的方法所制备的衍生自烟草的木质素可用于赋予聚合物以所期望的特性。举例来说，PLA在本领域中已经被认为是次优的阻隔材料，这是因为它容许氧以不合需要高的速率穿越。此外，在本领域已知PLA在模塑时会变得具有脆性。由如本文的各种实施方案中所述的方法所制备的衍生自烟草的木质素在与PLA组合时可用于制备比纯PLA聚合物更软并且更脆的聚合物。这样的木质素-PLA产品因此对于多种应用来说比纯的PLA聚合物更为有用。
同样，鉴于消费者对于“无BPA”或“无邻苯二甲酸酯”的塑料产品的需求，由如本文的各种实施方案中所述的方法所制备的衍生自烟草的木质素可用于制备无BPA和/或无邻苯二甲酸酯的塑料产品。
根据如本文所述的方法所制备的代表性样品被测定为具有1.81％的水分含量(在真空烘箱中约72小时恒重)。还测定了代表性样品的灰分含量。对于这一测试，将带盖的干净的干瓷坩埚在马弗炉(mufflefurnace)中在525℃点燃约30分钟-40分钟。在将坩埚从烘箱中取出之后，将它们放置在干燥器中，冷却到室温并且称重。然后将烘干的样品(OD)放置在坩埚中并且在该温度下点燃。所有样品的总灰分含量报告于表1中。由于燃烧在525℃是不完全的，因此然后将样品在900℃放置在马弗炉中。第一样品被测定为在525℃具有1.78％的灰分并且在900℃具有1.38％的灰分。第二样品被测定为在525℃具有1.03％的灰分并且在900℃具有0.93％的灰分。第三样品被测定为在525℃具有1.76％的灰分并且在900℃具有1.43％的灰分。
使用TAPPI标准T222原始方法(om)11和TAPPI有用方法(um)250测定根据如本文所述的方法所制备的代表性样品中的总木质素含量。将三个OD样品称重并且分别放置在三个锥形瓶中，向其中添加72％硫酸。将样品在间歇振荡和混合下静置2小时，之后将酸稀释到3％并且将样品煮沸4小时(维持体积)。在煮沸之后，将样品冷却过夜并且经由预先称重的古氏坩埚(Goochcrucible)过滤沉淀的木质素(酸不溶性/克拉森(Klason))，然后将所述坩埚在105℃烘干到恒重。收集滤液并且将所述滤液用于通过UV-Vis测定酸溶性木质素。总木质素含量被计算为酸不溶性/克拉森木质素和酸溶性木质素的总和。第一样品被测定为具有75.27％的酸不溶性木质素、1.60％的酸溶性木质素，并且因此具有76.87％的总木质素。第二样品被测定为具有76.64％的酸不溶性木质素、1.52％的酸溶性木质素，并且因此具有78.16％的总木质素。第三样品被测定为具有76.25％的酸不溶性木质素、1.47％的酸溶性木质素，并且因此具有77.72％的总木质素。
使用Bose等(Bose,S.K.；Francis,R.C.；Govender,M.；Bush,T.；Spark,A.,在杨树之间木质素含量和紫丁香基与愈创木基的比率的关系(LigninContentVersusSyringyltoGuaiacylRatioAmongstPoplars),Bioresour.Technol.2009,100,1628-1633)的程序进行硝基苯氧化。在典型的实验中，将50mg的OD木质素样品放置在小的钢高压釜中。向木质素中添加40mL2M的NaOH和2.5mL的硝基苯。将高压釜用氮气吹拂，之后用装有特氟隆垫片的螺旋帽密封，并且在间歇振荡下在预加热的油浴中在170℃放置2.5小时。在反应结束之后，将高压釜冷却到室温，并且将反应混合物用CHCl3萃取3次。将水相的pH值用浓HCl调节到约pH3，然后用乙醚萃取3次。将乙醚萃取物经过硫酸钠干燥，过滤并且在真空中蒸发至干燥。将内标2,6-二甲氧基苯酚添加到反应产物中，之后将整个混合物用BSTFA甲硅烷基化，并且通过GC-MS分析。在第一次进行实验(样品S1和S2)时，反应性是非常差的。大部分的样品是未反应的，这可归因于样品的性质。为了确认反应性的缺乏，使用研钵和研杵研磨原始样品并且重复实验(样品S3、S4、S5)。反应产率显示在研磨样品之后显著提高，如表1和2中所示。
表1：以所使用的木质素的重量计在硝基苯氧化之后的总S/G比率和S产物和G产物的产率百分比，其中V＝香兰素，VA＝香草酸，S＝丁香醛，SA＝丁香酸。
表2：在硝基苯氧化之后以所使用的样品的重量计S产物和G产物的产率百分比(以百分比为单位)，其中V＝香兰素，VA＝香草酸，S＝丁香醛，SA＝丁香酸。
使用Wu等(Wu,G.；Heitz,M.；Chornet,E.,由汽爆硬木木质素产生醛(香兰素和丁香醛)的改进的碱性氧化工艺(ImprovedAlkalineOxidationProcessfortheProductionofAldehydes(VanillinandSyringaldehyde)fromSteam-ExplosionHardwoodLignin),IndEngChemRes1994,33,718-723)的程序在稍有改动的情况下进行碱性氧化。在典型的实验中，将约5g的OD木质素放置在帕尔反应器(Parrreactor)中，向其中添加50mL的碱性溶液(于50mL去离子水中的6.75gNaOH)、0.25g的CuSO4以及0.025g的FeCl3。在恒定搅拌下将反应器密封，并且在冷压下引入200psi的氧气。然后将反应器的温度设置到170℃并且使反应在该温度下进行10分钟。在将反应器冷却到室温并且排放残留氧气之后，将反应混合物过滤以去除催化剂和未反应的木质素。然后将滤液(和来自帕尔反应器的洗涤液)酸化到约pH2并且去除沉淀的木质素。在第一实验(样品S1)中，进行过滤以分离沉淀的木质素，这并没有有效地起作用。因此对于样品S2和S3，使用离心以使木质素沉淀并且收集上清液，然后将所述上清液用乙酸乙酯(4×)萃取。将有机萃取物干燥，过滤，并且在真空中蒸发溶剂。将内标添加到残余油状物中并且将混合物甲硅烷基化并且通过GC-MS分析。以木质素重量和样品重量计的产率百分比报告于表3和4中。通过气相色谱-质谱分析所检测的某些化合物列于表5中。
表3：以总木质素含量计所表示的在将木质素样品碱性氧化之后香兰素、香草酸、丁香醛以及丁香酸的产率百分比。
样品ID V(％) VA(％) S(％) SA(％) 总计(％-L)
S1 0.43 0.15 0.33 0.15 1.06
S2 1.01 0.40 0.96 0.30 2.67
S3 0.92 0.33 0.80 0.27 2.32
表4：以总样品重量计所表示的在将木质素样品碱性氧化之后香兰素、香草酸、丁香醛以及丁香酸的产率百分比。
表5：在烟草茎木质素的氧化中所鉴定的香兰素和紫丁香基衍生物
广泛接受的是，木质素的结构源于三种类型的苯丙烷单元的聚合和氧化。这些单元是松柏基(愈创木基，G)、芥子基(紫丁香基，S)以及对香豆基(H)。在氧化木质素分解下，这些G单元、S单元以及H单元分别主要产生香兰素、丁香醛以及取代酚的衍生物。衍生自烟草茎并且根据如本文所述的方法所制备的木质素的样品的代表性S/G比率是0.72(平均值，n＝5)。
在一个实施例中，在如本文的各种实施方案中所述的方法中，由1kg的烟草生物质样品衍生约0.2kg的木质素。
在一个实施例中，将根据本文的各种实施方案中所述的方法所制备的多个浓度中的任一个浓度的木质素与多个浓度中的任一个浓度的诸如聚丙烯的聚合物混合。将由北欧化工公司(Borealis)制造的高密度聚丙烯RE420MO-B2-3636用作原料来制备某些混合物。木质素的某些样品另外包括一种或多种挥发性组分；某些其它样品没有另外包括这样的一种或多种挥发性组分。将包括0％挥发物、或3.7％挥发物、或6.5％挥发物、或7％挥发物、或10.5％挥发物或17％挥发物的木质素用作原料来制备混合物。
在另一个实施例中，将根据本文的各种实施方案中所述的方法所制备的多个浓度中的任一个浓度的木质素与多个浓度中的任一个浓度的诸如聚丙烯的聚合物混合。将由北欧化工公司制造的高密度聚丙烯RE420MO-B2-3636用作原料来制备某些混合物。木质素的某些样品另外包括一种或多种挥发性组分；某些其它样品没有另外包括这样的一种或多种挥发性组分。举例来说，二元木质素-聚丙烯混合物中木质素的比例是1％、2％、4％、5％、10％、20％或50％。
在一个另外的实施例中，将根据本文的各种实施方案中所述的方法所制备的多个浓度中的任一个浓度的木质素与多个浓度中的任一个浓度的诸如聚丙烯的聚合物混合以制备二元混合物。将所述二元混合物根据本领域已知的一种或多种方法配混并且根据本领域已知的一种或多种方法挤出以制备挤出的混合物。然后根据本领域已知的一种或多种方法将挤出的混合物碾碎以形成颗粒。
在一个假想实施例中，将根据本文的各种实施方案中所述的方法所制备的多个浓度中的任一个浓度的木质素与多个浓度中的任一个浓度的聚合物混合，所述聚合物诸如聚L-乳酸酯(PLA)、聚乙烯(PET)或聚羟基烷酸酯(PHA)，如聚(3-羟基丁酸酯)(PHB)或聚(3-羟基辛酸酯)。木质素的某些样品可能另外包括一种或多种挥发性组分；某些其它样品可能没有另外包括这样的一种或多种挥发性组分。可以将包括0％挥发物、或3.7％挥发物、或6.5％挥发物、或7％挥发物、或10.5％挥发物或17％挥发物的木质素用作原料来制备混合物。举例来说，在木质素和PLA、PET或PHA中的任一种的二元混合物中木质素的比例可以是1％、2％、4％、5％、10％、20％、50％、75％或90％。可以将这样的二元混合物根据本领域已知的一种或多种方法配混并且根据本领域已知的一种或多种方法挤出以制备挤出的混合物。然后可以根据本领域已知的一种或多种方法将这样的挤出的混合物碾碎以形成颗粒。
在一个实施例中，更小的木质素颗粒比更大的木质素颗粒更高效地与聚丙烯混合。在提高含有聚丙烯的二元混合物中木质素的比例的情况下，更大的木质素颗粒与聚丙烯更高效地混合。
在另一个实施例中，将非常细小的木质素颗粒以在二元混合物中相对小的百分比直接与聚丙烯混合以制备可用于进一步加工成一种或多种成型塑料制品的混合物。在另一个实施例中，将更大的木质素颗粒以在二元混合物中相对高的百分比与聚丙烯配混以制备混合物，然后将所述混合物挤出并且之后碾碎以形成可用于进一步加工成一种或多种成型塑料制品的颗粒。
在一个实施例中，使用如表6中所示的下列测试方法中的每一种来评估根据本文的各种实施方案中所述的方法所制备的木质素和聚丙烯的一种或多种混合物和/或由根据本文的各种实施方案中所述的方法所制备的木质素和聚丙烯的二元混合物所制成的一种或多种成型塑料制品的特性：
表6：测试程序
在每一种情况下，获得了根据本文的各种实施方案中所述的方法所制备的木质素和聚丙烯的混合物和/或由根据本文的各种实施方案中所述的方法所制备的木质素和聚丙烯的二元混合物制成的成型塑料制品的测试结果，所述测试结果与对于单独的聚丙烯或对于由聚丙烯单独制成的成型塑料制品所获得的测试结果相当。通常，相当的结果在相应的仅聚丙烯的结果加上或减去50％以内，并且在许多情况下，在加上或减去25％以内、或加上或减去10％以内。
根据本文的各种实施方案中所述的方法，颜料和填料在机械上可能是相同的，但是它们在向产品所赋予的特性方面可能从根本上用于不同的目的。颜料的目的可以是改变材料的光学特性。填料的目的可以是改变材料的机械、物理或成本特征。
根据本文的各种实施方案中所述的方法，可以将涂料涂覆于另一材料的表面。涂料可以粘结到该材料上，或涂料可能不粘结到该材料上。可以将涂料涂覆于材料内的表面。举例来说，可以将涂料涂覆于纸材或塑料膜的外表面并且施加另一层纸材或塑料膜，以使得另一层纸材或塑料膜接触如此所涂覆的涂料。这样的涂覆可以将这样的涂层设置于两层纸材或塑料之间。在这样的两层之间，这样的涂层可以充当可剥离的密封物。当木质素掺杂有一种或多种金属离子并且被设置为塑料层上的涂层时，形成层压材料，所述层压材料可以沿着由掺杂有一种或多种金属离子的木质素形成的涂层显著导电，但是可以不与相邻的塑料层显著导电。可以通过本领域已知的一种或多种方法印刷木质素以形成电路板的部件。可以印刷掺杂有一种或多种金属离子的木质素以形成电路板的导电部件。可以印刷没有掺杂一种或多种金属离子的木质素以形成电路板的不导电部件。上面已经印刷有掺杂有一种或多种金属离子的木质素和/或没有掺杂一种或多种金属离子的木质素的这样的电路板可以是有用的，特别是对于控制烟草产品，如电子香烟的点燃来说。
根据本文的各种实施方案中所述的方法，除烟草以外的植物可以用作木质纤维素生物质的来源。因此，除烟草生物质以外的木质纤维素生物质可以代替根据本文的各种实施方案中所述的方法的烟草生物质。根据本文的各种实施方案中所述的方法，木质纤维素生物质可以包括例如木质纤维素农业残渣、木质纤维素林业残渣、稻草、柳枝稷、玉米秸、木材、或更一般来说，衍生自一种或多种植物的木质纤维素生物质。根据本文的各种实施方案中所述的方法，木质纤维素生物质可以包含纤维素、一种或多种半纤维素和木质素以及任选的一种或多种结构蛋白、脂质和灰分。
根据本文的各种实施方案中所述的方法，除丁醇以外的溶剂可用于溶解木质素并且因此可以在本文的各种实施方案中所述的方法中代替丁醇。除丁醇以外的脂族醇可以完全或部分代替丁醇。芳族醇可以完全或部分代替丁醇。
本文的各种实施方案中所述的方法的许多改动方案和其它实施方案将由已经获益于上述说明中所呈现的教导的本发明所属领域的技术人员所想到。因此，应当了解的是，本文的各种实施方案中所述的方法不限于所公开的具体实施方案并且改动方案和其它实施方案意图被包括在所附权利要求书的范围内。尽管在本文使用了特定的术语，但它们仅在一般的和描述性的意义上而不是为了限制的目的被使用。

Claims (20)

1.一种用于从烟草生物质中分离木质素的方法，所述方法包括：
(a)使一定量的烟草生物质与一定量的酸接触以形成酸化的消化混合物；
(b)使一定量的所述酸化的消化混合物与一定量的丁醇接触以形成含有丁醇的混合物；
(c)将一定量的所述含有丁醇的混合物分离成丁醇可溶相和丁醇不溶相；以及
(d)从一定量的所述丁醇可溶相中去除丁醇，所述去除足以由所述丁醇可溶相产生一定量的分离的木质素。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述酸是矿物酸。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述分离包括溶剂提取、色谱、蒸馏、过滤、压制、重结晶和/或溶剂-溶剂分配。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述分离包括溶剂提取。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述分离包括色谱。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述分离包括蒸馏。
7.根据权利要求3所述的方法，其中所述分离包括过滤。
8.根据权利要求3所述的方法，其中所述分离包括压制。
9.根据权利要求3所述的方法，其中所述分离包括重结晶。
10.根据权利要求3所述的方法，其中所述分离包括溶剂-溶剂分配。
11.根据权利要求1所述的方法，其中通过蒸发、升华、冻干、溶剂提取、色谱、蒸馏、过滤、压制、重结晶和/或溶剂-溶剂分配实现所述去除。
12.根据权利要求11所述的方法，其中通过蒸发实现所述去除。
13.根据权利要求11所述的方法，其中通过过滤实现所述去除。
14.根据权利要求11所述的方法，其中通过压制实现所述去除。
15.一种塑料，所述塑料基本上由分离的烟草木质素和聚合物组成，所述聚合物选自聚丙烯、聚乙烯、聚羟基烷酸酯以及聚L-乳酸酯。
16.根据权利要求15所述的塑料，其中所述分离的烟草木质素是通过以下步骤产生的，所述步骤包括：
(a)使一定量的烟草生物质与一定量的酸接触以形成酸化的消化混合物；
(b)使一定量的所述酸化的消化混合物与一定量的丁醇接触以形成含有丁醇的混合物；
(c)将一定量的所述含有丁醇的混合物分离成丁醇可溶相和丁醇不溶相；以及
(d)从一定量的所述丁醇可溶相中去除丁醇，所述去除足以由所述丁醇可溶相产生一定量的分离的木质素。
17.一种着色剂，所述着色剂基本上由分离的烟草木质素和合适的载体和/或稀释剂组成。
18.根据权利要求17所述的着色剂，其中所述分离的烟草木质素是通过以下步骤产生的，所述步骤包括：
(a)使一定量的烟草生物质与一定量的酸接触以形成酸化的消化混合物；
(b)使一定量的所述酸化的消化混合物与一定量的丁醇接触以形成含有丁醇的混合物；
(c)将一定量的所述含有丁醇的混合物分离成丁醇可溶相和丁醇不溶相；以及
(d)从一定量的所述丁醇可溶相中去除丁醇，所述去除足以由所述丁醇可溶相产生一定量的分离的木质素。
19.一种烟草产品，所述烟草产品用于由期望消费所述产品的消费者消费，所述产品包含由以下步骤产生的分离的烟草木质素，所述步骤包括：
(a)使一定量的烟草生物质与一定量的酸接触以形成酸化的消化混合物；
(b)使一定量的所述酸化的消化混合物与一定量的丁醇接触以形成含有丁醇的混合物；
(c)将一定量的所述含有丁醇的混合物分离成丁醇可溶相和丁醇不溶相；以及
(d)从一定量的所述丁醇可溶相中去除丁醇，所述去除足以由所述丁醇可溶相产生一定量的分离的木质素。
20.根据权利要求19所述的产品，其中所述产品包含塑料和/或着色剂，并且其中所述塑料和/或所述着色剂包含所述分离的烟草木质素。
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