CN108283329B - 一种从烟草废料中提取多酚类化合物的方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种从烟草废料中提取多酚类化合物的方法和应用，该方法包括如下步骤：步骤（1）、收集烟草净油和精油提取后剩余的烟草废料；步骤（2）、匀浆法提取；步骤（3）、减压蒸发；步骤（4）、调节PH；步骤（5）、洗涤沉淀物，本发明整体工艺节能环保；废物利用；提取物的稳定性好、抗氧化效果显著、对感官评吸无负面影响。

Description

一种从烟草废料中提取多酚类化合物的方法和应用

技术领域

本发明涉及一种提取多酚类活性化合物的方法，尤其是一种从烟草废料中提取多酚类化合物的方法，还涉及其应用，属于烟草化学领域。

背景技术

多酚化合物对烟叶色泽、香味和烟气生理强度都具有重要影响，是衡量烟草品质的重要指标。烟草中多酚类物质主要有单宁类(绿原酸及其衍生物)、香豆素类(莨菪灵、莨菪亭、七叶亭)和黄酮类(芸香苷、槲皮素、山柰酚)等。其中绿原酸和芸香苷的含量较高，占烟草中植物多酚含量的80％以上。绿原酸即咖啡单宁，是咖啡酸与奎尼酸的二缩酯，本身具有弱的清香，能在多酚氧化酶的作用下形成多醌，并能与氨基酸发生非酶促棕色化反应，生成毗嗪、吡啶、吡咯类物质等，对烟叶的色泽和香味有重要影响。黄酮类化合物能赋予烟气清甜香和烤香。

烟草中多酚类化合物还具有突出的生理活性，如绿原酸是许多中草药如金银花、杜仲等的主要有效成分，是某些中药制剂的质量控制指标，也是众多水果蔬菜中的重要活性成分。研究表明，绿原酸具有抗氧化、抗菌消炎、抗病毒、降糖、降脂、保肝利胆等多种功效。近年来报道绿原酸可抑制大肠癌和肝癌，有抗焦虑作用。一般认为，绿原酸的生物活性与其能够清除自由基有关。芸香苷也是广泛存在于许多水果和蔬菜中的小分子多酚类化合物。近年研究表明：芸香苷及其衍生物具有突出的抗氧化活性，和其它广泛药理活性，如抗痉挛、抗癌、抗血小板、抗病毒等。临床用于防止脑溢血、高血压等心脑血管疾病。因此除用于制作卷烟外，人们发现还可从烟草各个部位提取多酚类化合物，用于生产食品、饲料、医药以及农药等，给烟草的综合利用提出了新思路。

烟草加香加料已成为当代卷烟生产中必不可缺、而且愈加显示出其重要性的工艺技术。在卷烟生产中经常通过加香加料来丰富制品中的香味物质和甜料，以提高烟气香味、改善烟丝物理性状和吸味，从而使卷烟产品的吸食质量更趋完善、完美。当前，随着反吸烟运动的开展，发展低焦油卷烟已成为烟草工业生存和发展的方向。为了补偿烟气吸味，除了烟丝用叶的配方设计要极尽工艺技术之所能以外，还必须借助于加香加料手段来弥补香味的损失，恢复和提高烟香浓度。因此，烟用香精香料的调制与选用在当今低焦油卷烟研究、开发和制造中的地位显得更加重要，开发新的高品质的烟用香精香料势在必行。但香精香料在生产加工过程中难免和空气接触，其一些香气成分含有容易被氧化的化学键，会因氧化而变质。如：酯、醛、硫醇、呋喃酮、不饱和双键量高的芳香油在储存期间非常容易变质。影响氧化变质的主要因素为温度、光照和空气接触等，防止香精香料氧化变质的方法有物理法和化学法两种方法。物理法可对原料、加工环节及成品采用低温、避光、隔氧或充氮包装等方法。化学法是指在香精香料中添加抗氧化剂，香精香料中使用的抗氧化剂除具有良好的抗氧化效果，还应该确保抗氧化剂本身稳定性好、不会产生有害物质，添加后和原香料对比对卷烟的感官质量无明显影响，然而，目前的抗氧化剂依然存在稳定性不够好、对卷烟的感官质量有影响的缺陷。

烟草提取物是从烟草类植物，例如烤烟、白肋烟或香料烟中提取的具有烟草特征香气的一类致香化合物，被认为是烟草制品的最理想的添加剂。卷烟加香中常用的烟草提取物有烟草浸膏、净油、精油等。由于烟草净油和精油能增进烟草的特征香气，使烟气饱满，改善烟香透发性，并能减少刺激，去除杂气，提高卷烟档次，被认为是烟草制品的理想添加剂。

烟草净油和精油一般是碎烟或烟草废弃物通过蒸馏(分子蒸馏或水蒸汽蒸馏)得到，提取精油和净油后的废料通常直接扔掉，我们考虑到多酚类化合物不挥发，蒸馏后可能残留在废渣中，进而考虑从蒸馏后的废渣中提取多酚类化合物，并将其用作香精香料的抗氧化剂。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明第一目的在于提供一种从烟草废料中提取多酚类化合物的方法，具体是从烟草净油和精油提取后剩余的烟草废渣中提取分离具有突出氧化活性的多酚类物质；第二目的在于提供上述多酚类化合物作为抗氧化剂的应用。本发明的具体方案如下：

一种从烟草废料中提取多酚类化合物的方法，包括如下步骤：

步骤(1)、收集烟草净油和精油提取后剩余的烟草废料；

步骤(2)、匀浆法提取：称取一定量的烟草废料，加入提取溶剂，在常温下，用高速匀浆机，5000r/min提取10分钟，过滤，得到第一滤液；

步骤(3)、减压蒸发：减压蒸发步骤(2)第一滤液中的乙醇，直至第一滤液中乙醇残留量降低到5％以下；

步骤(4)、调节PH：调节步骤(3)的第一滤液的PH至3.5，待沉淀完全后过滤，得到沉淀物和第二过滤液；

步骤(5)、洗涤沉淀物：将步骤(4)的沉淀物离心过滤，得到滤饼，用柠檬酸洗涤，脱水、真空干燥，即得到多酚类化合物。

进一步地，还包括步骤(6)、用MCI-GEL CHP50反相树脂吸附步骤(4)中第二过滤液，然后用乙醇洗脱，将乙醇减压蒸发，即可充分回收第二滤液中残留的多酚。结合实际生产过程中的成本综合考虑是否采用该步骤。

进一步地，步骤(2)中，提取溶剂为含0.1％氢氧化钠的20％乙醇溶液，提取溶剂的PH为10左右，每千克烟草废料加入5L提取溶剂。

进一步地，步骤(3)中，减压蒸发的具体工艺条件为：采用500L的浓缩罐，在200mbar的真空度下，采用80℃浓缩第一滤液40min。

进一步地，步骤(4)中，采用食品级磷酸调节pH，放置10分钟后再进行过滤。

进一步地，步骤(5)中，用0.1％的柠檬酸洗涤步骤(4)的沉淀物。

进一步地，步骤(5)中，离心过滤的具体工艺为：采用离心过滤机，在离心过滤机篮式转鼓壁面套上滤布，将步骤(4)的沉淀物放入过滤机转鼓中，在5000r/min转速下离心15min脱出水分，滤液可过转鼓上的滤布流出，滤饼沉积在滤袋内壁上。

本发明涉及的上述多酚类化合物作为抗氧化剂的应用。

本发明涉及的上述多酚类化合物制备烟用香精香料抗氧剂中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明整体工艺节能环保。我们经过研究，采用碱溶、酸沉淀的工艺，整体有机溶剂消耗少，多酚提取效率高，HPLC法对提取物中多酚类化合物含量的分析结果表明产品中总多酚含量均在80％以上，产品纯度高，不同批次生产产品间化学成分组成稳定，质量波动小；我们在常温下就可提取完全，减少了升温加热需要的额外能耗。

(2)废物利用。从烟草净油和精油提取后的烟草废渣中提取分离多酚类物质实现了废弃物的再生资源化，大大降低了生产成本，具有较好的经济价值。真空浓缩后，回收液中的乙醇含量在75％以上，而且回收的乙醇可再次返回提取使用，也节约了生产成本。

(3)提取物的稳定性好、抗氧化效果显著、对感官评吸无负面影响。本发明的提取物具有突出的抗氧化活性，而且稳定性好，不易分解产生其他物质，80％以上的绿原酸和芸香苷能赋予烟气清甜香和烤香，有效克服了目前很多香精香料抗氧化剂稳定性差，在卷烟燃烧过程中容易产生有害成分以及对卷烟的感官质量产生影响的缺点。

提取物抗氧化活性测试和防控氧化变质实验结果表明：提取物对脂性自由基DPPH的半数清除浓度IC₅₀测定结果为3.57μg/L，高于对照维生素-C的IC₅₀(4.62μg/L)，具有突出的抗氧化活性；实际防控效果实验表明烟草内源多酚能够很好地延缓香料中香气成分的氧化，具有很好的延长香料保质期效果。由于提取物本身来源于烟草，使用安全，在香精香料中少量添加就能到达较好的防控氧化变质效果，添加后对卷烟烟支的化学平衡影响非常小，对感官评吸无负面影响，还能提升卷烟抽吸的柔和性。有效克服了目前很多香精香料抗氧化剂稳定性差，在卷烟燃烧过程中容易产生有害成分以及对卷烟的感官质量产生影响的缺点，可将其用作香精香料的抗氧化剂。

附图说明

图1为不同乙醇含量对多酚提取的影响；

图2为不同溶剂PH对多酚提取的影响；

图3为PH值对多酚提取率的影响；

图4为标样和发明的提取物的HPLC分析色谱图。

具体实施方式

下面将对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是对本发明一部分实例，而不是全部的实例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

1、从烟草废料中提取多酚类化合物

本实施例的从烟草废料中提取多酚类化合物的方法，包括如下步骤：

步骤(1)、收集烟草净油和精油提取后剩余的烟草废料；

步骤(2)、匀浆法提取：称取50kg的烟草废料，加入250L提取溶剂，在常温下，用高速匀浆机，5000r/min提取10分钟，过滤，得到第一滤液；提取溶剂为含0.1％氢氧化钠的20％乙醇溶液，提取溶剂的PH为10左右；

步骤(3)、减压蒸发：将第一滤液置于500L浓缩罐，在200mbar的真空度下，采用80℃浓缩第一滤液40min，直至第一滤液中乙醇残留量降低到5％以下；

步骤(4)、调节PH：采用食品级磷酸调节步骤(3)的第一滤液的PH至3.5，放置10分钟，待沉淀完全后过滤，得到沉淀物和第二过滤液；

步骤(5)、洗涤沉淀物：将步骤(4)的沉淀物离心过滤，得到滤饼，用0.1％的柠檬酸洗涤，脱水、真空干燥，即得到多酚类化合物，可作为抗氧化剂的烟草内源多酚产品。

离心过滤的具体工艺为：采用离心过滤机，在离心过滤机篮式转鼓壁面套上滤布，将步骤(4)的沉淀物放入过滤机转鼓中，在5000r/min转速下离心15min脱出水分，滤液可过转鼓上的滤布流出，滤饼沉积在滤袋内壁上。

步骤(6)、用MCI-GEL CHP50反相树脂吸附所步骤(4)中第二过滤液，然后用乙醇洗脱，将乙醇减压蒸发，即可充分回收第二滤液中残留的多酚。多酚的回收率可提高到95％以上。

本实施例中，投烟草废料50kg，可得干燥的多酚类化合物22kg，多酚提取物的产率为44％。

2、提取工艺的优化

多酚易溶于热水、乙醇、乙醚、乙酸乙酯等极性溶剂，在碱性条件下溶解度增加；不溶于氯仿、正丁烷等非极性溶剂，故用溶剂萃取法较多。由于酸性条件下，多酚以缔合分子形态存在，在水中的溶解度大大减少，碱性提取液调节pH后可沉淀出。该碱溶、酸沉淀的工艺有机溶剂消耗少，多酚提取效率高，操作简单、安全，因此本发明中采用该提取工艺。

2.1、提取溶剂的选择

根据文献调研，多酚在碱性条件下在水中的溶解性增加，一般采用碱性条件下提取，本发明采用水-乙醇混合溶剂(均含0.1％的氢氧化钠)提取多酚)，对提取溶剂进行了优化。结果表明，随混合溶剂中乙醇的比例增加，多酚的提取率提高，但当乙醇含量达到20％左右时，多酚的提取趋于完全，如图1所示，继续增加乙醇比例会增加生产成本，因此本研究中选用20％的乙醇溶液。本研究进一步试验了溶剂pH值对多酚提取率的影响，分别采用不同pH值的20％乙醇溶液进行提取，结果表明随pH增加，多酚的提取效率增加，当pH达到10左右时多酚的提取率达到趋于稳定，如图2所示，继续升高pH值会造成多酚氧化加速，提取物的颜色变深。因此本发明中选择在溶剂中加入0.1％的氢氧化钠，控制提取溶剂的pH值在10左右。

2.2、提取时间和温度的选择

匀浆提取是指生物组织通过加入溶剂进行组织匀浆或磨浆，以提取活体组织中有效成分的一种提取方法，该方法提取效率高，耗时短，近年来在植物组织活性成分提取中得到广泛应用，并收到了很好的效果；因此，本研究中选择用匀浆法提取。在50kg提取烟草净油后的废渣(重组分)中加入250L 20％乙醇(内含0.1％的氢氧化钠)，用高速匀浆机在5000r/min转速下提取8min，废渣中的烟草内源多酚类化合物可完全转移到溶剂中(提取液过滤后不溶部分再提取一次已经没有多酚检出)。因此本研究中选择中高速匀浆机5000r/min提取10min。提取温度也对多酚的提取效率有影响，提取温度高，多酚的溶出速度增加。但在本研究中，常温下就可提取完全，升温加热需要额外能耗，因此本研究选择在室温下提取，未选择升温加热。

2.3、酸沉淀条件的选择

提取液过滤后需根据多酚在酸性条件下以缔合分子的形态存在，容易在溶剂中沉淀出的特性，采用酸沉淀法分离多酚。多酚在溶剂中的溶解性除受pH影响外，还受到乙醇含量的影响，溶剂中乙醇含量越低，多酚溶解性越小，产品回收率越高。因此在酸沉淀前先减压蒸发回收乙醇。实验表明结果：采用500L的浓缩罐，在200mbar的真空度下80℃浓缩40min，溶剂中的乙醇残留了降到5％以下，对多酚的沉淀无明显影响，而回收液中的乙醇含量在75％以上。而且回收的乙醇可再次返回提取使用，节约了生产成本。

经过真空浓缩后的溶液加入食品级磷酸调节pH，实验结果表明，随pH值的降低，多酚的溶解度下降，在pH值达4.0左右时多酚的提取率趋于恒定，如图3所示，说明在该pH值下烟草多酚已经完全以缔合分子形态存在，继续降低pH对回收率没有明显影响。因此本研究选择酸沉淀的pH值为3.5。烟草多酚在降低pH值后瞬间就沉淀，10min内可沉淀完全，继续增加放置时间对多酚的回收率没有明显影响。因此本研究选择调节pH后放置10min再过滤分离多酚。

由于多酚类化合物在酸性条件下微溶于水，在过滤后的提取液中仍然含有少量的多酚，采用碱提取、酸沉淀的方法，多酚的回收率只有75％左右。本研究继续研究了过滤后的溶液经过MCI-GEL CHP50反相树脂吸附其中残留的少量多酚，吸附后的树脂用乙醇洗脱，此环节可充分回收滤液中残留的多酚，多酚的回收率可提高到95％以上。但MCI-GEL CHP50反相树脂价格较贵，增加该回收环节会增加成本。应结合实际生产过程中的成本综合考虑是否增加该回收工艺。

2.4、多酚类化合物的回收

经酸沉淀后的多酚可用过滤回收，采用离心过滤机，在离心过滤机篮式转鼓壁面套上滤布。沉淀后的多酚放入过滤机转鼓中，在5000r/min转速下离心15min脱出水分，滤液可穿过转鼓上的滤布流出，滤饼沉积在滤袋内壁上。脱完水后，滤饼再用0.1％的柠檬酸洗涤，取出滤饼干燥后即可得到可作为抗氧化剂的烟草内源多酚产品。每次投料50kg，可得干燥的多酚类化合物18-22kg，多酚提取物的产率在36-44％之间。

3、提取物中多酚的测定

采用高效液相色谱(HPLC)法测定最终产品中的多酚含量，取0.1g的样品，用80％甲醇100mL溶解，溶液用0.25μm的针头过滤器过滤，供液相色谱分析用。采用安捷伦公司Eclipse XDB-C₁₈ RRLC(50×4.6ID，1.8μm)色谱柱，0.1％甲酸水溶液(A)和乙腈(B)为流动相。

梯度条件为：90％的A与10％的B处理2分钟，然后依次为80％A与20％B处理2分钟、70％A与30％B处理5分钟，后续额外1.5分，最后以6.5分的线性渐变到10％B。流速为2.0毫升/分钟。检测波长为340nm。进样量为5μL。柱温30℃。

在选定实验条件下，标样(a)和实际样品(b)的色谱图如图4所示。图4中，1表示5-O-咖啡-d-奎尼酸、2表示绿原酸、3表示4-O-咖啡-d-奎尼酸、4表示咖啡酸、5表示七叶葶、6表示莨菪宁、7表示莨菪葶、8表示芸香苷、9表示山奈酚-3-芸香糖甙、10表示槲皮素。

根据工作曲线计算出的各多酚类化合物含量，然后加合计算总多酚含量。进行12个生产批次的多酚测定，总多酚含量为89.7％，说明以该工艺生产的烟草内源多酚多酚含量高，产品化学组成稳定。

4、提取物抗氧化活性测试

抗氧化活性以清除DPPH自由基能力的大小表示；以50μg/mL为初筛浓度，测定本实施例的提取物的清除脂性自由基DPPH的活性。

取一块costar 96孔板，加入新鲜配制的DPPH乙醇溶液(6.5×10⁵mol/L)190μL/孔，加入待测样品(本实施例的提取物)10μL/孔，空白孔加10μL生理盐水，充分混匀，用封板膜封板后室温下避光静置30分钟，于UV2401分光光度计上测定仪上测定各孔吸光度值，测定波长为517nm；样品对脂性自由基DPPH清除率按下式计算：

DPPH清除率(％)＝(A_空白-A_样品)/A_空白×100％

A_空白：空白对照组吸光度值；A_样品：加样品组吸光度值。

样品平行5次检测，计算半数清除浓度IC₅₀测定结果为3.57μg/L，高于对照维生素-C的IC₅₀(4.62μg/L)，表明本实施例中制备的烟草内源多酚具有突出的抗氧化活性。

5、提取物在烟用香精香料抗氧变质中的应用

选择烟草净油、柠檬精油、玫瑰精油和树苔精提物4种代表性的烟用香精香料，将本实施例的提取物添加到上述香精香料中，添加量分别为0.1％，0.2％和0.5％，在自然光照下敞开摆放；并以未添加的原样品为对照；观察其质变情况。结果表明：未添加内源多酚的样品在摆放4个月后低分子醛酮和过氧化值明显增加，已明显发生了氧化变质。而添加0.1％，0.2％和0.5％的本实施例的提取物后，对于三个不同添加量，其保质期可分别延长到8个月、11个月和15个月，说明本实施例的提取物能够很好地延缓香料中香气成分的氧化，具有很好的延长香料保质期效果。

进一步把添加0.5％本实施例提取物的香料样品添加到卷烟中进行感官评吸。评吸结果表明：在香精香料中添加本实施例提取物对卷烟感官评吸结果没有明显负面影响；而且卷烟抽吸的柔和性略有提升。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种从烟草废料中提取多酚类化合物的方法，其特征在于：

包括如下步骤：

步骤（1）、收集烟草净油和精油提取后剩余的烟草废料；

步骤（2）、匀浆法提取：称取一定量的烟草废料，加入提取溶剂，在常温下，用高速匀浆机，5000r/min提取10分钟，过滤，得到第一滤液；提取溶剂为含0.1%氢氧化钠的20%乙醇溶液，提取溶剂的PH为10，每千克烟草废料加入5L提取溶剂；

步骤（3）、减压蒸发：减压蒸发步骤（2）第一滤液中的乙醇，直至第一滤液中乙醇残留量降低到5%以下；

步骤（4）、调节PH：调节步骤（3）第一滤液的PH至3.5，待沉淀完全后过滤，得到沉淀物和第二过滤液；

步骤（5）、洗涤沉淀物：将步骤（4）的沉淀物离心过滤，得到滤饼，用柠檬酸洗涤，脱水、真空干燥，即得到多酚类化合物。

2.根据权利要求1所述的从烟草废料中提取多酚类化合物的方法，其特征在于：还包括步骤（6）、用MCI-GEL CHP50反相树脂吸附步骤（4）中第二过滤液，然后用乙醇洗脱，将乙醇减压蒸发，即可充分回收第二滤液中残留的多酚。

3.根据权利要求1所述的从烟草废料中提取多酚类化合物的方法，其特征在于：步骤（3）中，减压蒸发的具体工艺条件为：采用500 L的浓缩罐，在200 mbar 的真空度下，采用80℃浓缩第一滤液40 min。

4.根据权利要求3所述的从烟草废料中提取多酚类化合物的方法，其特征在于：步骤（4）中，采用食品级磷酸调节pH，放置10分钟后再进行过滤。

5.根据权利要求1所述的从烟草废料中提取多酚类化合物的方法，其特征在于：步骤（5）中，用0.1%的柠檬酸洗涤步骤（4）的沉淀物。

6.根据权利要求5所述的从烟草废料中提取多酚类化合物的方法，其特征在于：步骤（5）中，离心过滤的具体工艺为：采用离心过滤机，在离心过滤机篮式转鼓壁面套上滤布，将步骤（4）的沉淀物放入过滤机转鼓中，在5000 r/min 转速下离心15 min脱出水分，滤液过转鼓上的滤布流出，滤饼沉积在滤袋内壁上。

7.权利要求1-6之一所述的方法得到的多酚类化合物。

8.权利要求7所述的多酚类化合物作为抗氧化剂的应用。

9.权利要求7所述的多酚类化合物在制备烟用香精香料抗氧化剂中的应用。

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