一种次生物碱含量低的烟碱及其应用
技术领域
本发明属于植物学
技术领域
，具体涉及一种次生物碱含量低的烟碱及其应用。背景技术
烟碱又名尼古丁，是一种吡啶型生物碱，存在于烟草属经济作物中，是烟草中最具标志性的化学成分。烟草制品烟碱含量高则劲头大，有强烈的刺激性，味辛辣，含量低则劲头小，吸食淡而无味。烟碱的用途很多，它可以用作杀虫剂。烟碱与硫酸反应得到的硫酸烟碱是世界上一种广泛使用的杀虫剂。科技工作者还根据烟碱的结构研究开发多种类型的烟碱杀虫剂，广泛用于植物病虫害防治，具有无残留、无公害的高效杀虫的优点。此外，烟碱在医药上的用途也越来越为人们所认识。研究发现在患有阿尔茨海默氏疾病和帕金森氏综合症的病人中，非吸烟者的患病率要远高于吸烟者，这意味着烟碱具有作为某些疾病药物的可行性。
近几年来，随着低温卷烟、无口含烟、电子烟等新型烟草制品正在快速兴起，新型烟草制品对烟碱的需求日趋旺盛，导致烟碱的价格不断的上涨，低成本制备高品质烟碱的方法市场前景非常广阔。烟碱也可通过人工合成。常用的合成路线为：以烟酸甲酯和N-丁烯基吡咯烷酮为原料通过缩合反应制备N-丁烯基-3-苯甲酰基-1-吡咯烷酮，再通过还原反应可得到(R,S-)尼古丁。但人工合成方法成本高，从烟草废弃物种提取仍然为制备商品化烟碱的主要途径。
提取烟碱的原料为卷烟生产过程中的废弃物(包含烟叶复考、卷烟加工过程中的碎末等)，提取方法有水蒸气蒸馏法、有机溶剂萃取法、亚临界萃取法、离子树脂交换法等。但是，卷烟生产过程中的废弃物受专卖管制，原料来源困难，且非常有限。为了克服上述技术问题，开发一种能解决上述技术问题的烟草生物碱制备方法显得非常必要。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种次生物碱含量低的烟碱；第二目的在于提供所述次生物碱含量低的烟碱应用。
本发明的第一目的是这样实现的，所述的次生物碱含量低的烟碱是采用烤烟采烤烟叶后新发出的杈枝为原料进行提取得到，包括原料获取、提取、纯化和后处理步骤。
所述的原料获取具体操作如下：
A、采烤烟叶后的烟株施肥。烤烟按正常种植规程进行种植，采收叶片进行烘烤。烟株叶片不完全采完(每株烟保留上部3-4片叶片)。采收烟叶后，每亩施三元素复合肥（N:P:K为15:15:15）15-20公斤、尿素5-10 kg。所述化肥可均匀的洒在烟沟中，为杈枝充分发育提供充足的养分，并提供充足的氮源、促进烟草生物碱的合成。
B、植物生长调节剂的配制和使用。配制植物生长调节剂，其组分和比例分别为：复硝酚钠0.3-0.5%、萘乙酸钠0.1-0.2%、芸苔素内酯0.001-0.002%、赤霉素0.05-0.1%、磷酸二氢钾2-5%、硝酸铵2-5%、其余量为水；按所述配比充分混匀后即可得植物生长调节剂。该植物生长调节剂再次用水稀释10-20倍，在烟株上喷施，每亩喷施稀释液10-20 kg，促进烟株杈枝快速生长。
在上述生长调节剂配方中：复硝酚钠和萘乙酸钠细胞分裂、赋活剂，其可以增加细胞液的流动性、促进细胞分裂，从而促进杈枝快速生长；芸苔素内酯和赤霉素为解毒剂，由于在烤烟栽培过程中，为了让叶片积累更多的营养，需使用抑芽剂抑制侧芽生长，而芸苔素内酯和赤霉素可对抑芽剂有很好的解毒作用，能促使侧芽生长；磷酸二氢钾和硝酸铵为植物生长所需的营养成分，通过烟株喷施可加快烟株营养吸收，促进新叶生长。
C、杈枝的采收。对采烤后的烟株施肥、喷施植物生长调节剂后，烟杆上快速长出大量杈枝，25-30天，杈枝长度可长到60厘米以上，约50%左右的杈枝进入现蕾，即可进行采收。把杈枝从烟杆上采下，铺在田间晒干，即可供烟碱提取用。每亩烟田杈枝产量(干重)可达140-170 kg。由于氮肥试用量充足，能促进烟株的烟碱合成，杈枝的植物总碱含量可达2.8-3.6%，高于正常烟叶的平均值。
所述的提取、纯化和后处理步骤具体操作如下：
A、烟草生物碱的提取。上述在田间晒干的杈枝粉碎到15-30目，置于超声提取罐中，然后在超声提取罐中加入杈枝粉末重量2-5倍的3-5%的氢氧化钾溶液，在70～80℃超声提取30-50 min。提取完后，压滤出萃取液。再次向提取罐中加入杈枝重量1-2倍的3-5%的氢氧化钾溶液，室温超声10-15 min洗涤杈枝粉末，压滤出洗涤液。合并提取液和洗涤液供烟碱萃取用。
B、烟草生物碱的萃取。将上述待萃取液置入分液装置中，加入待萃取液重量1/4-1/10的乙酸甲酯，充分搅拌进行萃取，然后静置分层，分出乙酸甲酯相；再次往萃残液中加入1/10乙酸甲酯，再萃取一次；合并两次萃取的乙酸甲酯相，蒸干乙酸甲酯可得植物总碱含量超过90%的粗烟碱。蒸馏回收得到的乙酸甲酯可再次用于下一批次的烟碱萃取。经过两次萃取后的萃残液经补充氢氧化钾后，可再次返回用于样品的提取。
C、烟草生物碱的纯化。上述所得粗烟碱在氮气保护下进行分子蒸馏，收集100~120℃的蒸馏组分，即可得到植物总碱含量超过96%的纯烟碱。对该纯烟碱进行了气相色谱-质谱测定，尼古丁含量超过96%，其他烟草次生物碱的比例不超过4%。和用传统方法从卷烟加工碎烟中提取的烟碱(烟草次生物碱含量在7%以上)相比，所得烟碱中尼古丁的比例大幅度提高，烟碱质量好。采用液相色谱-串联质谱法对烟碱中的烟草特有亚硝胺进行了测定，和用传统方法从卷烟加工碎烟中提取的烟碱相比，由于烟草特有亚硝胺前体化合物(烟草次生物碱)比例大幅度降低，其烟草特有亚硝胺降低超过40%。在新型烟草制品中使用，对提升产品的安全性非常有利。
D、试剂回收利用和废弃物处理。在烟碱萃取过程中，蒸干溶剂回收所得乙酸甲酯可再次用于烟碱的萃取。由于烟草是喜钾、厌氯植物，在烟草栽培过程中需施用大量硫酸钾提升烟叶品质，硫酸钾施用后会导致土壤酸性，又需用石灰进行调节。本发明中提取烟碱后的残渣、提取萃残液，均可直接返回烟田作为肥料，让废弃物得到充分综合应用。
本发明的第二目的是这样实现的，所述的次生物碱含量低的烟碱在制备亚硝胺含量低的口含烟、电子烟和加热不燃烧烟中的应用。
本发明所述的次生物碱含量低的烟碱和传统方法制备的烟碱相比，其对产品的感官质量无负面影响，而且产品的烟草特有亚硝胺含量显著降低。
本发明所述的次生物碱含量低的烟碱是用烟草采烤烟叶后新发出的杈枝制备烟草生物碱的方法制备得到的，烟株采烤烟叶后，进行施肥，喷施植物生长调节剂，让其充分生长出杈枝，生长出的杈枝进入现蕾期，采下杈枝在田间晒干，采用溶剂提取法提取可的粗烟碱，在经分子蒸馏净化可得纯烟碱。所述烟碱可用作口含烟、电子烟或加热不燃烧烟等新型烟草产品的原料。所述制备烟碱的方法成本低，操作方便环保，所得烟碱质量好。
本发明的有益效果：
(1)本发明原料烟草杈枝来源广泛，成本低，解决了传统提取烟碱卷烟生产过程中的废弃物(包含烟叶复考、卷烟加工过程中的碎末等)来源困有限的问题。
(2)本发明中还采用合理的施肥、植物生长调节剂调节的方法，显著提高的杈枝的产量和杈枝中的烟碱含量，有效降低了烟碱提取的成本；由于杈枝生长速度快、采收周期短，不影响下一茬作物的种植，有效提升了烟草种植的经济效益。
(3)本发明原料处理简单，把杈枝从烟杆上采下，铺在田间晒干，即可供烟碱提取用；而且，烟碱提取工艺简单，提取操作可在田边进行。采用氢氧化钾溶液为提取溶剂，萃取液可循环使用，而且废弃物可作为肥料(钾肥)回田得到充分综合应用。采用乙酸甲酯作为萃取剂，乙酸甲酯沸点低，蒸馏回收后无溶剂残留，避免了产品溶剂残留风险，而且乙酸甲酯蒸馏回收后可再次利用，整套提取工艺无污染物排放，对环境的影响和污染非常小。
(4)通过本发明方法提取所得烟碱中，尼古丁除外的次生物碱含量低，和传统方法所得烟碱相比，其烟草特有亚硝胺含量显著降低。在新型烟草制品中使用，对提升产品的安全性非常有利。
(5)本发明所得烟碱用于新型烟草制品，其口感和使用传统方法提取的烟碱的相同制品相比没有差异。而且产品的亚硝胺释放量显著降低，产品安全性得到提升。所述的提取烟碱新方法为新型烟草制品提供了来源管阔的优质烟碱来源。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或改进，均落入本发明的保护范围。
本发明所述的次生物碱含量低的烟碱是采用烤烟采烤烟叶后新发出的杈枝为原料进行提取得到，包括原料获取、提取、纯化和后处理步骤。
所述的次生物碱含量低的烟碱是采用烤烟采烤烟叶后新发出的杈枝为原料进行提取得到，包括原料获取、提取、纯化和后处理步骤，具体包括：
A、原料获取：在烟株采烤烟叶后，经施肥、喷施植物生长调节剂培育25~30天至杈枝长度60cm以上，40~60%杈枝进入现蕾期即进行采收、干燥得到原料a；
B、提取：
1）将原料a粉碎过15~30目筛，加入原料a重量2~5倍的质量百分浓度3~5%的氢氧化钾溶液于温度70~80℃超声提取30~50min，经压滤得到滤渣b和萃取液c；滤渣b中加入滤渣b重量1~2倍的质量百分浓度3~5%的氢氧化钾溶液，室温超声10~15洗涤滤渣b，经压滤得到洗涤液d和洗涤渣j；合并提取液c和洗涤液d得到物料e；
2）将物料e中加入物料e重量1/4~1/10的乙酸甲酯，充分搅拌进行萃取，静置分层得到乙酸甲酯相f和萃残液g；萃残液g中加入萃残液g重量1/10的乙酸甲酯，充分搅拌萃取得到乙酸甲酯相h和萃残液k，合并乙酸甲酯相f和乙酸甲酯相h，将乙酸甲酯进行溶剂回收后得到粗烟碱i；
C、纯化： 将粗烟碱i在氮气保护下进行分子蒸馏，收集100~120℃的蒸馏组分得到目标物纯烟碱；
D、后处理：将提取步骤中产生的废弃物洗涤渣j和萃残液k作为肥料返回烟田。
A步骤中所述的施肥是施用氮、磷、钾质量配比为（10~20）: （10~20）: （10~20）的三元素复合肥和尿素。
所述的三元素复合肥施用量为15~20kg/亩。
所述的尿素施用量为5~10kg/亩。
A步骤中所述的植物生长调节剂的组分为：复硝酚钠0.3~0.5%、萘乙酸钠0.1~0.2%、芸苔素内酯0.001~0.002%、赤霉素0.05~0.1%、磷酸二氢钾2~5%、硝酸铵2~5%，余量为水；
本发明所述的次生物碱含量低的烟碱的应用为所述的次生物碱含量低的烟碱在制备亚硝胺含量低的口含烟、电子烟和加热不燃烧烟中的应用。
除另有说明，本发明中所采用的百分数均为质量百分数。
下面以具体实施例对本发明做进一步说明：
实施例1
烟草品种为K326，按正常种植规程进行种植，采收叶片进行烘烤。叶片不完全采完(每株烟株保留上部3-4片叶片)。采收烟叶后，每亩施化肥：三元素复合肥（N:P:K为15:15:15）15公斤、尿素10 kg。所述化肥可均匀的洒在烟沟中，为杈枝充分发育提供充足的养分。
施完肥后，配制植物生长调节剂（硝酚钠0.5%、萘乙酸钠0.2%、芸苔素内酯0.002%、赤霉素0.6%、磷酸二氢钾5%、硝酸铵5%、其余量为水）。该植物生长调节剂再次用水稀释20倍，在烟株上喷施，每亩喷施稀释液20 kg，促进烟株杈枝生长。
对采烤后的烟株施肥、喷施植物生长调节剂后，烟杆上快速长出大量杈枝，25-30天，杈枝长度可长到60厘米以上，约50%左右的杈枝进入现蕾，可进行采收。把杈枝从烟杆上采下，铺在田间晒干，即可供烟碱提取用。每亩烟田杈枝产量(干重)可达160 kg。杈枝的植物总碱含量达3.4%。
实施例2
烟草品种为红花大金元，按正常种植规程进行种植，采收叶片进行烘烤。叶片不完全采完(每株烟株保留上部3-4片叶片)。采收烟叶后，每亩施化肥：三元素复合肥（N:P:K为15:15:15）15公斤、尿素6 kg。所述化肥可均匀的洒在烟沟中，为杈枝充分发育提供充足的养分。
施完肥后，配制植物生长调节剂（硝酚钠0.3%、萘乙酸钠0.15%、芸苔素内酯0.015%、赤霉素0.5%、磷酸二氢钾3%、硝酸铵4%、其余量为水）。该植物生长调节剂再次用水稀释20倍，在烟株上喷施，每亩喷施稀释液18 kg，促进烟株杈枝生长。
对采烤后的烟株施肥、喷施植物生长调节剂后，烟杆上快速长出大量杈枝，25-30天，杈枝长度可长到60厘米以上，约50%左右的杈枝进入现蕾，可进行采收。把杈枝从烟杆上采下，铺在田间晒干，即可供烟碱提取用。每亩烟田杈枝产量(干重)可达140 kg。杈枝的植物总碱含量达3.0%。
实施例3
实施例1所得杈枝粉碎到20目，置于超声提取罐中，然后在超声提取罐中加入杈枝重量3倍的3%的氢氧化钾溶液，在75℃超声提取40 min。提取完后，压滤出萃取液。再次向提取罐中加入杈枝重量1.5倍的3%的氢氧化钾溶液，室温超声10 min洗涤杈枝粉末，压滤出洗涤液。合并提取液和洗涤液供烟碱萃取用。
将上述待萃取液置入分液装置中，加入待萃取液重量1/6的乙酸甲酯，充分搅拌进行萃取，然后静置分层，分出乙酸甲酯相；再次往萃取残液中加入1/10乙酸甲酯，再萃取一次；合并两次萃取的乙酸甲酯相，蒸干乙酸甲酯得到植物总碱含量为94.2%的粗烟碱。
实施例4
实施例2所得杈枝粉碎到15目，置于超声提取罐中，然后在超声提取罐中加入杈枝重量4倍的3%的氢氧化钾溶液，在80℃超声提取40 min。提取完后，压滤出萃取液。再次向提取罐中加入杈枝重量1.6倍的3%的氢氧化钾溶液，室温超声10 min洗涤杈枝粉末，压滤出洗涤液。合并提取液和洗涤液供烟碱萃取用。
将上述待萃取液置入分液装置中，加入待萃取液重量1/5的乙酸甲酯，充分搅拌进行萃取，然后静置分层，分出乙酸甲酯相；再次往萃残液中加入1/10乙酸甲酯，再萃取一次；合并两次萃取的乙酸甲酯相，蒸干乙酸甲酯得到植物总碱含量为93.8%的粗烟碱。
实施例5
实施例3和4所得的粗烟碱在氮气保护下进行分子蒸馏，收集100~120 ℃的蒸馏组分，即可得到植物总碱含量分别为98.8%和97.9%的纯烟碱。对该纯烟碱进行了气相色谱-质谱测定，尼古丁含量均超过96%，其他烟草次生物碱的比例不超过4%。采用液相色谱-串联质谱法对烟碱中的烟草特有亚硝胺进行了测定，和用传统方法从卷烟加工碎烟中提取的烟碱相比，烟草特有亚硝胺降低超过40%。
实施例6
将实施例3经实施例5纯化所得烟碱用于口含烟。所述口含烟中各成分的质量配方以克计为：麦芽糖醇 4500 份、异麦芽酮糖醇 2500 份、食用氢化油 35 份、柠檬酸 35 份、薄荷香精 12 份、着色剂 10 份，以及部分所得粗烟碱300 份。将麦芽糖醇与烟草水提取物混合溶解，加热至刚好沸腾，将异麦 芽酮糖醇逐渐加入并不断搅拌混合均匀，导入糖液罐，常压熬煮至粘稠状，使水分含量降至 2％以下，整个过程应使糖液处于沸腾状态。将熬煮好的糖液冷却至100 ℃左右，加入食用氢化油、柠檬酸、着色剂调和均匀。进一步冷却去除气泡，浇注或冲压入模具，颗粒成型，脱模、 冷却，进入包装区域包装即得成品。成品的口感和使用传统方法提取的烟碱的口含烟相比没有差异。采用液相色谱-串联质谱法对成品中的烟草特有亚硝胺进行了测定，和用传统方法从卷烟加工碎烟中提取的烟碱相比，其烟草特有亚硝胺降低超过46%。
实施例7
将实施例4经实施例5纯化所得烟碱用于电子烟烟油。烟油配方组成，以重量份数计为：复合配方中药提取物 (1 份)、丙二醇 (10 份)、丙三醇 (80 份)、本发明制备所得粗烟碱 (5 份) 及烟用香精 (3.5 份)，室温下混合搅拌均匀即得电子烟烟油。该烟油用于电子烟，其口感和使用传统方法提取的烟碱的口含烟相比没有差异。采用液相色谱-串联质谱法对成品中的烟气亚硝胺释放量进行了测定，和用传统方法从卷烟加工碎烟中提取的烟碱相比，其烟草特有亚硝胺降低超过42%。
实施例8
将实施例3经实施例5纯化所得烟碱用于加热不燃烧烟。加热不燃烧卷烟用抽吸颗粒的配方，按重量分数计为：微晶纤维素8份、茶叶粉末80份、280℃津巴布韦烤烟裂解产物0.9份，本发明提取所得烟碱分0.5份，蔬菜甘油8份，烟用香精0.1份，丙二醇2份。茶叶干燥磨粉，在60 ℃条件下，控制含水量9.5%，然后过筛。取粒度为50-80目的茶叶粉末作为原料，与微晶纤维素、280℃津巴布韦烤烟裂解产物、烟碱、蔬菜甘油、烟用香精、丙二醇，充分混合均匀后，制成烟草颗粒半成品。将所得的烟草颗粒半成品，在真空度为20-40 Pa、50-65 ℃条件下，进行干燥，干燥后的颗粒含水量为11.5%即为加热不燃烧卷烟用抽吸颗粒成品。该颗粒用于加热不燃烧烟抽吸，其口感和使用传统方法提取的烟碱的口含烟相比没有差异。采用液相色谱-串联质谱法对成品中的烟气亚硝胺释放量进行了测定，和用传统方法从卷烟加工碎烟中提取的烟碱相比，其烟草特有亚硝胺降低超过46%。
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