一种废次烟草高值化综合利用方法

本发明涉及废次烟草再利用，具体的说是一种废次烟草高值化综合利用方法。

背景技术：

1、我国是烟草种植，生产和消费大国，由于受种植管理和加工技术的限制，在栽培、运输及制作卷烟过程中，约有25%的烟叶、下脚料不能被充分利用而遭废弃。全国每年有大量的废次烟叶、烟杆、烟末、烟梗等烟草固体废物产生。过去，废次烟草大多采取焚烧、填埋等处理方式，这容易导致水质污染和烟田的土壤硬化，从而引起生态环境污染、土壤肥效降低、烟农收入减少等问题。因此，废次烟草的高值化综合利用成为烟草加工企业和广大烟农亟需解决的问题。

2、烟草中含有多种活性物质，目前已经鉴定出3000多种化合物，其中茄尼醇、烟碱、芦丁、绿原酸、烟草精油、烟草蛋白和烟草多糖等重要化合物在化工、医药、农业等方面有着广泛应用，具有重要的开发利用价值。从烟草废次物中提取活性物质并将其开发利用，不仅可以使废次烟叶变为生产所需的原料，还能够有效减少环境污染，符合绿色发展的理念。茄尼醇是一种长链萜烯醇，在烟草中的含量约为0.3%-0.8%。茄尼醇也是一种重要的医药中间体，是泛醌类药物中间体不可替代的成分，是合成维生素k的侧链和辅酶q10以及合成抗溃疡药物、抗癌药物不可替代的天然原料。作为药用原料用茄尼醇的含量要求在90%以上，因此，制备纯度高于90%的茄尼醇是茄尼醇深入开发利用的关键。烟碱又名尼古丁，是一种用途十分广泛的生物碱。烟碱能够对人产生一定的生理刺激作用，从而产生成瘾性，这是使烟草具有商品价值的主要因素。另外，芦丁和绿原酸也是烟草中重要的活性物质，也具有重要的研究开发价值。芦丁可以作为食用抗氧化剂和营养增强剂等，另外，芦丁还具有抗炎作用，维持血管抵抗力、降低其通透性、减少脆性等作用，可用于防治脑溢血、高血压、视网膜出血、紫癜和急性出血性肾炎等疾病。绿原酸具有较广泛的抗菌作用，可提高大鼠的中枢兴奋性，增加大鼠及小鼠的小肠蠕动和大鼠子宫的张力；有利胆作用，能增进大鼠的胆汁分泌等。近年来，随着对烟草研究的深入，烟草中的活性物质的良好的应用价值逐渐被人们认识和接受。从废次烟中提取烟碱、茄尼醇、芦丁、绿原酸，以及烟草精油，烟草植物蛋白和植物多糖等物质，不仅具有很高的经济价值，为烟草相关企业和烟农带来新机遇；同时还对建设资源节约型、环境友好型社会做出一定的贡献。

3、近年来，废次烟草的利用主要包括直接作为原料经发酵制作有机肥；另外就是先提取烟碱和茄尼醇等高附加值的深加工产品，然后剩余残渣再作为制作有机肥的原料。这容易导致烟草中其它活性物质的浪费，因此，提高废次烟草高值化综合利用率，制备获得更多具有高附加值的活性物质具有重要意义。

4、公开号为cn104086425的专利研究了同步提取绿原酸、茄尼醇、烟碱和芸香苷的方法。该方法是采用乙醇为溶剂同时提取上述四种物质，然后在逐步分离的方法来实现的。所得烟碱纯度为40%的硫酸烟碱，得到的茄尼醇也是粗品，如果继续纯化，需要借助柱层析。公开号为cn103342628的专利公布了一种同时提取烟碱和茄尼醇的方法，采用碱性乙醇同时提取烟碱和茄尼醇，然后酸化萃取分离烟碱和茄尼醇。公开号为cn 114534361 a的专利公布了一种同时提取烟草精油、烟碱和浸膏的方法，该方法得到的产品纯度并不高，与本发明采用的方法不一致。

5、因此，目前对于废次烟草的开发利用还存在废次烟草的高值化综合利用价值不够，资源浪费严重，生产工艺复杂，产品纯度不高，能源消耗过高等突出问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种废次烟草高值化综合利用方法，该方法从废次烟草原料同时提取烟碱、茄尼醇、绿原酸、芦丁、烟草精油、烟草植物蛋白和植物多糖等具有较高应用价值的活性物质，有效解决废次烟草的高值化综合利用问题，提高了废次烟草的利用率。具有有机溶剂用量少，产品纯度高，生产成本低，工艺路线简单，适合规模化生产等优势。

2、为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

3、一种废次烟草高值化综合利用方法，包括如下步骤：

4、步骤一、废次烟草粉碎为10~20目，之后加入废次烟草质量10~14倍的碱溶液i，在40~60℃的温度下提取，提取时间为2~4 h；然后通入水蒸汽进行蒸馏，所得馏出液用ph为1~3的酸溶液i吸收，至吸收液ph≤5，得烟碱盐溶液；

5、步骤二、在烟碱盐溶液中加入体积为烟碱盐溶液体积1/3~1/2的有机溶剂i萃取2~3次，分液，得水相i和有机相i，有机相i经无水硫酸钠干燥回收溶剂后，得烟草精油；水相i进行过滤处理，即可得到纯度为40~45%的烟碱盐浓缩液；

6、步骤三、用碱溶液ii将烟碱盐浓缩液的ph值调整为11~13，然后加入有机溶剂ii萃取2~3次，收集有机溶剂萃取液；其中，有机溶剂ii的体积为待萃取溶液体积的1/3~1/2；

7、步骤四、采用精馏柱体系对有机溶剂萃取液进行减压蒸馏，分别收集有机溶剂和烟碱，所得到的烟碱即为纯度大于99%的高纯烟碱；

8、步骤五、对步骤一蒸馏所剩的残留物趁热过滤，得滤饼i和滤液i，滤饼i能够作为生产有机肥的原料，对滤液i进行如下操作：在60~70℃的温度下利用盐酸将滤液i的ph值调整为4，然后冷却结晶6~8 h，过滤，得滤饼ii和滤液ii，滤饼ii即为粗芦丁，粗芦丁用热水溶解，趁热过滤，然后进一步重结晶，即得到纯度大于98%的芦丁；滤液ii采用膜分子截留，分别得到水、浓缩液、大分子多糖和蛋白类大分子物质；其中，大分子多糖和蛋白类大分子物质能够作为饲料添加剂的原料，水能够循环利用；

9、步骤六、将膜浓缩得到的浓缩液溶解于有机溶剂iii中，加热至40~50℃，然后分液，得水相ii和有机相ii，有机相ii于8~12℃温度下冷却结晶24~36 h，然后过滤，得滤饼iii和滤液iii，滤饼iii即为植物蜡质，滤液iii即为茄尼醇稀溶液；水相ii用碳酸钠调至中性，然后用膜浓缩，浓缩物加入体积浓度为60~80%的甲醇溶液加热溶解，过滤，所得滤液即为绿原酸提取液，绿原酸提取液经浓缩后，用大孔吸附树脂富集，即得到纯度大于98%的绿原酸；

10、步骤七、向滤液iii中加入ph=2~4、滤液iii体积1/2~1的酸溶液ii进行萃取，萃取次数为2~3次，分液得有机相iii；将有机相iii在浓缩温度为40~60℃，浓缩压力为1000~5000 pa的条件下浓缩，得粗茄尼醇浸膏；

11、步骤八、将粗茄尼醇浸膏溶解于有机溶剂iv中，配置成饱和溶液，用膜分子截留浓缩处理，然后再加入饱和溶液质量1/6~1/3的活性炭进行吸附处理，得茄尼醇粗提物；

12、步骤九、将粗茄尼醇粗提物于-5℃~-40℃的温度下结晶12~24 h，过滤，得淡黄色茄尼醇晶体；将淡黄色茄尼醇晶体溶解于有机溶剂v中，配制成饱和溶液，然后于-5℃~-40℃的温度下重结晶12~24 h，即可得到纯度大于95%的茄尼醇。

13、进一步地，酸溶液i为盐酸或硫酸；碱溶液i为koh、naoh、cao、ca(oh)2、氨水、na2co3中的任意一种或几种。

14、进一步地，先利用板框压滤机结合微滤膜对水相i进行粗过滤，然后利用微滤膜、超滤膜、纳滤膜或反渗透膜进行膜过滤处理，膜截留除去的水分子能够作为提取用水进行再利用。

15、进一步地，所用的有机溶剂i为正己烷，石油醚，乙醚，氯仿中的任意一种或几种。

16、进一步地，碱溶液ii为koh、naoh、cao、ca(oh)2、氨水、na2co3中的任意一种或几种；

17、有机溶剂ii为正己烷、乙酸乙酯、氯仿、石油醚中的一种或几种。

18、进一步地，采用精馏柱体系对有机溶剂萃取液进行减压蒸馏，在40~60℃条件下收集有机溶剂，在150~160℃条件下收集烟碱，收集的有机溶剂经过精馏回收后能够在萃取过程中重复利用。

19、进一步地，有机溶剂iii为正己烷，氯仿，乙酸乙酯，乙醇，甲醇，丙酮、6号溶剂油中的一种或几种。

20、进一步地，酸溶液ii为盐酸或硫酸，其中，酸溶液ii的体积为滤液iii体积的1/2~1。

21、进一步地，膜分子截留时采用微滤膜，超滤膜或纳滤膜；

22、和/或；

23、步骤八中，膜分子截留时采用微滤膜，超滤膜或纳滤膜。

24、进一步地，有机溶剂iv为正己烷、乙醚、乙酸乙酯、乙醇、甲醇、氯仿、丙酮、6号溶剂油中的任意一种或几种；

25、和/或；

26、有机溶剂v为正己烷、乙醚、乙酸乙酯、乙醇、甲醇、氯仿、丙酮、6号溶剂油中的任意一种或几种。

27、有益效果：

28、1)、废次烟草原料的利用率大大提高：本方法从废次烟草原料同时提取和分离烟碱、茄尼醇、绿原酸、芦丁、烟草精油、烟草蛋白和多糖等具有较高价值的活性物质。解决了废次烟草单一提取烟碱，茄尼醇等所造成的原料浪费问题，有效提高了废次烟草原料的综合利用效率。实现了烟草原料的合理化利用，减少了资源的浪费，节约了生产成本。按照年处理10000吨废次烟草原料来算，可以得到超过100~150吨的纯度大于99%的高纯烟碱和30~50吨纯度超过95%的茄尼醇，2000~3500吨左右的植物蛋白和多糖，100~120吨左右的烟草精油，10~20吨纯度大于98%的芦丁和5~15吨纯度大于98%的绿原酸，实现了经济效益最大化。

29、2)、膜的广泛应用显著降低了能耗，简化了操作步骤：本发明在提取过程中采用膜过滤浓缩工艺来替代传统加热蒸发除水浓缩，以及通过膜分子截留除去蛋白多糖等大分子杂质的方法，使整个生产过程中能耗大大降低。这些不仅简化了工艺，还将会降低很大一部分能源消耗。按照一套年产处理10000吨废次烟草原料的处理规模，每年可以节省超过3000万的能源消耗支出；符合国家绿色低碳生产要求，有利于国家“双碳”战略实施。烟碱纯化过程中，通过膜分子截留除去多糖和蛋白等物质，然后再通过碱化处理、溶剂萃取、减压蒸馏等工艺，使体系中能够产生乳化杂质盐大部被除去，简化了后续操作。

30、3)、产品的纯度大大提高：在烟碱提取过程中膜分子截留，结合水蒸汽蒸馏，有机溶剂萃取等工艺，简化了生产工艺，提高了烟碱纯度，得到纯度大于99%的高纯烟碱。在茄尼醇提取过程中，经过溶剂提取，溶解，活性炭吸附，膜过滤，结晶等操作，使茄尼醇纯度大于95%，完全能够满足药物中间体用茄尼醇原料的要求。另外，芦丁和绿原酸也可以达到98%以上。这些大大提高了这些活性物质的利用价值，赋予产品更高的附加值。

31、4)、生产工艺简单，过程中几乎不产生废弃物：从生产流程可以看出，采用废次烟草原料同时提取和分离烟碱、茄尼醇、绿原酸、芦丁、烟草精油、烟草蛋白和多糖等具有较高价值的活性物质，制备工艺简单，易于工业化生产。在生产过程中，回收的水、有机溶剂等都可以作为原料来重复利用，这不仅降低了原料的消耗，节约了成本，还大大降低了生产过程中废弃物的排放，具有很好的环境效益，复合国家对环保的要求。