一种无机催化剂改良近临界水提取烟叶生物质的方法

1.本发明涉及生物质提取技术领域，具体涉及一种无机催化剂改良近临界水提取烟叶生物质的方法。


背景技术：

2.当前，烟草产品不但品种丰富，而且产量巨大，但其附加值不高、利用率普遍低下，大量过剩的烟叶、烟梗、烟末被作为废弃物来处理。这些烟草废弃物主要通过填埋、堆放、焚烧等方式进行处理，也有采用酸、碱和酶催化等水解工艺的，但是这些方法和技术不仅没有很好地利用烟草废弃物而且还会对环境造成二次污染。目前，应用于烟草提取的方法有很多，有水蒸气蒸馏法、溶剂提取法、同时蒸馏萃取法、超临界co2提取法等，但这些传统方法都存在各自的缺点，不能彻底地提取烟草中可溶性成分。
3.近临界水技术作为近年来发展起来的一种高新技术，与超临界技术相比，近临界水反应所需的温度和压力较低，设备条件低，便于操作。在近临界水解反应中添加合适的催化剂，对制备目标生物油具有导向性，是实现生物质水解制备高品质生物油产业链推广的重要环节。因此，提供一种无机催化剂改良近临界水提取烟叶生物质的方法。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种无机催化剂改良近临界水提取烟叶生物质的方法，通过引入特定的无机催化剂和改变催化剂用量，提高烟叶转化率和生物质产率，使得提取物化学成分改变，进一步完善近临界水技术在烟叶提取领域的不足；材料为废弃烟叶，合理地回收再利用烟草废弃物，使之资源化，提高烟叶附加值。
5.为达到上述技术效果，本发明提供一种无机催化剂改良近临界水提取烟叶生物质的方法，采用如下技术方案：
6.一种无机催化剂改良近临界水提取烟叶生物质的方法，包括如下步骤：
7.s1、取料；
8.分别称取一定量的烟叶样品和蒸馏水，烟叶样品与蒸馏水的质量比为1:50-10:50；称取无机催化剂，无机催化剂为na2co3、nacl、naoh、k2co3、kcl和koh中的一种，无机催化剂的用量为烟叶样品的2％-16％；
9.s2、投料；
10.将装有s1中称取的烟叶样品、蒸馏水和无机催化剂的内衬投入到反应釜内，封闭反应釜；
11.s3、反应；
12.设置程序升温，使反应釜反应温度为140℃-280℃，在温度达到目标后，设置保温时间为0min-90min。
13.s4、离心；
14.反应结束，待反应釜冷却至室温，取出内衬，离心后固液分离。
15.进一步的，s1中，所述烟叶样品与蒸馏水的质量比为3:50。
16.进一步的，s1中，所述无机催化剂的用量为烟叶样品的8％。
17.进一步的，s3中，反应釜反应温度为240℃，设置保温时间为15min。
18.进一步的，所述反应釜采用高压微型反应釜。
19.进一步的，水溶性油得率测定方法：
20.取固液分离后的上层液体到量筒里，经过微孔滤膜真空抽滤，液体总体积记作v0；
21.取干净的梨形瓶进行称量，记作m1，取10ml液体到梨形瓶中，于温度45℃旋蒸至无水状态后称重，记作m2；
22.水溶性油得率p1(％)按式(1)计算；
[0023][0024]
其中，m0为烟叶样品干物质的质量。
[0025]
进一步的，残渣油得率测定方法：
[0026]
裁剪滤纸制作滤纸筒，放入烘箱中烘干后取出，称重，记作m3；
[0027]
用蒸馏水冲洗固液分离后的固体，并进行真空抽滤，室温放置24h，装入滤纸筒内，将装有残渣的滤纸筒和一定量丙酮转移至索氏提取器中，于(70
±
1)℃回流萃取24h，记空的旋蒸瓶为m4，将接收瓶中的丙酮萃取液转移至旋蒸瓶中，于45℃旋蒸称重，记作m5；
[0028]
残渣油得率p2(％)按式(2)计算；
[0029][0030]
进一步的，残渣率测定方法：
[0031]
经过索氏提取后的滤纸筒放入烘箱烘干至恒重，冷却称重，记作m6；
[0032]
残渣率p3(％)按式(3)计算；
[0033][0034]
本发明的上述技术方案至少包括以下有益效果：
[0035]
1、本发明使用的催化剂na2co3、nacl、naoh、k2co3、kcl和koh均为无机催化剂，催化剂的用量适度，实际催化效率高，对环境污染小；
[0036]
2、过引入无机催化剂和改变催化剂用量，提高烟叶转化率和生物质产率，进一步完善近临界水技术在烟叶提取领域的不足；
[0037]
3、本发明所使用的近临界水技术反应时间短，耗能少，操作简便；
[0038]
4、原材料为废弃烟叶，合理地回收再利用烟草废弃物，使之资源化，提高烟叶附加值；
[0039]
5、本发明制备的烟叶提取物中，含有较多的烟碱降解产物、酚类、萜类、杂环类、芳烃类等物质，有较多致香成分，可用于卷烟制品加香。
具体实施方式
[0040]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]
实施例1
[0042]
取一定量的烟叶样品和一定量的蒸馏水，烟叶与水的比例为3:50。
[0043]
选择na2co3作为无机催化剂，催化剂用量为烟叶样品干重的8％。
[0044]
将装有烟叶样品、无机催化剂和蒸馏水的内衬加入到反应釜里，封闭反应釜；设置程序升温，使反应釜反应温度为240℃；在温度达到目标后，设置保温时间为15min。
[0045]
反应结束，待反应釜冷却至室温，取出内衬，离心后固液分离。
[0046]
水溶性油得率测定：取固液分离后的上层液体到量筒里，经过微孔滤膜真空抽滤，液体总体积记作v0；
[0047]
取干净的梨形瓶进行称量，记作m1，取10ml液体到梨形瓶中，于温度45℃旋蒸至无水状态后称重，记作m2；
[0048]
水溶性油得率p1(％)按式(1)计算；
[0049][0050]
其中，m0为烟叶样品干物质的质量。
[0051]
残渣油得率测定：裁剪滤纸制作滤纸筒，放入烘箱中烘干后取出，称重，记作m3；
[0052]
用蒸馏水冲洗固液分离后的固体，并进行真空抽滤，室温放置24h，装入滤纸筒内，将装有残渣的滤纸筒和一定量丙酮转移至索氏提取器中，于(70
±
1)℃回流萃取24h，记空的旋蒸瓶为m4，将接收瓶中的丙酮萃取液转移至旋蒸瓶中，于45℃旋蒸称重，记作m5；
[0053]
残渣油得率p2(％)按式(2)计算；
[0054][0055]
残渣率测定：经过索氏提取后的滤纸筒放入烘箱烘干至恒重，冷却称重，记作m6；
[0056]
残渣率p3(％)按式(3)计算；
[0057][0058]
实施例2
[0059]
取一定量的烟叶样品和一定量的蒸馏水，烟叶与水的比例为3:50。
[0060]
选择nacl作为无机催化剂，催化剂用量为烟叶样品干重的8％。
[0061]
将装有烟叶样品、无机催化剂和蒸馏水的内衬加入到反应釜里，封闭反应釜；设置程序升温，使反应釜反应温度为240℃；在温度达到目标后，设置保温时间为15min。
[0062]
反应结束，待反应釜冷却至室温，取出内衬，离心后固液分离。
[0063]
水溶性油得率测定：取固液分离后的上层液体到量筒里，经过微孔滤膜真空抽滤，
液体总体积记作v0；
[0064]
取干净的梨形瓶进行称量，记作m1，取10ml液体到梨形瓶中，于温度45℃旋蒸至无水状态后称重，记作m2；
[0065]
水溶性油得率p1(％)按式(1)计算；
[0066][0067]
其中，m0为烟叶样品干物质的质量。
[0068]
残渣油得率测定：裁剪滤纸制作滤纸筒，放入烘箱中烘干后取出，称重，记作m3；
[0069]
用蒸馏水冲洗固液分离后的固体，并进行真空抽滤，室温放置24h，装入滤纸筒内，将装有残渣的滤纸筒和一定量丙酮转移至索氏提取器中，于(70
±
1)℃回流萃取24h，记空的旋蒸瓶为m4，将接收瓶中的丙酮萃取液转移至旋蒸瓶中，于45℃旋蒸称重，记作m5；
[0070]
残渣油得率p2(％)按式(2)计算；
[0071][0072]
残渣率测定：经过索氏提取后的滤纸筒放入烘箱烘干至恒重，冷却称重，记作m6；
[0073]
残渣率p3(％)按式(3)计算；
[0074][0075]
实施例3
[0076]
取一定量的烟叶样品和一定量的蒸馏水，烟叶与水的比例为3:50。
[0077]
选择naoh作为无机催化剂，催化剂用量为烟叶样品干重的8％。
[0078]
将装有烟叶样品、无机催化剂和蒸馏水的内衬加入到反应釜里，封闭反应釜；设置程序升温，使反应釜反应温度为240℃；在温度达到目标后，设置保温时间为15min。
[0079]
反应结束，待反应釜冷却至室温，取出内衬，离心后固液分离。
[0080]
水溶性油得率测定：取固液分离后的上层液体到量筒里，经过微孔滤膜真空抽滤，液体总体积记作v0；
[0081]
取干净的梨形瓶进行称量，记作m1，取10ml液体到梨形瓶中，于温度45℃旋蒸至无水状态后称重，记作m2；
[0082]
水溶性油得率p1(％)按式(1)计算；
[0083][0084]
其中，m0为烟叶样品干物质的质量。
[0085]
残渣油得率测定：裁剪滤纸制作滤纸筒，放入烘箱中烘干后取出，称重，记作m3；
[0086]
用蒸馏水冲洗固液分离后的固体，并进行真空抽滤，室温放置24h，装入滤纸筒内，将装有残渣的滤纸筒和一定量丙酮转移至索氏提取器中，于(70
±
1)℃回流萃取24h，记空的旋蒸瓶为m4，将接收瓶中的丙酮萃取液转移至旋蒸瓶中，于45℃旋蒸称重，记作m5；
[0087]
残渣油得率p2(％)按式(2)计算；
[0088][0089]
残渣率测定：经过索氏提取后的滤纸筒放入烘箱烘干至恒重，冷却称重，记作m6；
[0090]
残渣率p3(％)按式(3)计算；
[0091][0092]
实施例4
[0093]
取一定量的烟叶样品和一定量的蒸馏水，烟叶与水的比例为3:50。
[0094]
选择koh作为无机催化剂，催化剂用量为烟叶样品干重的8％。
[0095]
将装有烟叶样品、无机催化剂和蒸馏水的内衬加入到反应釜里，封闭反应釜；设置程序升温，使反应釜反应温度为240℃；在温度达到目标后，设置保温时间为15min。
[0096]
反应结束，待反应釜冷却至室温，取出内衬，离心后固液分离。
[0097]
水溶性油得率测定：取固液分离后的上层液体到量筒里，经过微孔滤膜真空抽滤，液体总体积记作v0；
[0098]
取干净的梨形瓶进行称量，记作m1，取10ml液体到梨形瓶中，于温度45℃旋蒸至无水状态后称重，记作m2；
[0099]
水溶性油得率p1(％)按式(1)计算；
[0100][0101]
其中，m0为烟叶样品干物质的质量。
[0102]
残渣油得率测定：裁剪滤纸制作滤纸筒，放入烘箱中烘干后取出，称重，记作m3；
[0103]
用蒸馏水冲洗固液分离后的固体，并进行真空抽滤，室温放置24h，装入滤纸筒内，将装有残渣的滤纸筒和一定量丙酮转移至索氏提取器中，于(70
±
1)℃回流萃取24h，记空的旋蒸瓶为m4，将接收瓶中的丙酮萃取液转移至旋蒸瓶中，于45℃旋蒸称重，记作m5；
[0104]
残渣油得率p2(％)按式(2)计算；
[0105][0106]
残渣率测定：经过索氏提取后的滤纸筒放入烘箱烘干至恒重，冷却称重，记作m6；
[0107]
残渣率p3(％)按式(3)计算；
[0108][0109]
对比例1
[0110]
取一定量的烟叶样品和一定量的蒸馏水，烟叶与水的比例为3:50。
[0111]
将装有烟叶样品和蒸馏水的内衬加入到反应釜里，封闭反应釜。
[0112]
设置程序升温，使反应釜反应温度为240℃，在温度达到目标后；设置保温时间为15min。
[0113]
反应结束，待反应釜冷却至室温，取出内衬，离心后固液分离。
[0114]
水溶性油得率测定：取固液分离后的上层液体到量筒里，经过微孔滤膜真空抽滤，液体总体积记作v0；
[0115]
取干净的梨形瓶进行称量，记作m1，取10ml液体到梨形瓶中，于温度45℃旋蒸至无水状态后称重，记作m2；
[0116]
水溶性油得率p1(％)按式(1)计算；
[0117][0118]
其中，m0为烟叶样品干物质的质量。
[0119]
残渣油得率测定：裁剪滤纸制作滤纸筒，放入烘箱中烘干后取出，称重，记作m3；
[0120]
用蒸馏水冲洗固液分离后的固体，并进行真空抽滤，室温放置24h，装入滤纸筒内，将装有残渣的滤纸筒和一定量丙酮转移至索氏提取器中，于(70
±
1)℃回流萃取24h，记空的旋蒸瓶为m4，将接收瓶中的丙酮萃取液转移至旋蒸瓶中，于45℃旋蒸称重，记作m5；
[0121]
残渣油得率p2(％)按式(2)计算；
[0122][0123]
残渣率测定：经过索氏提取后的滤纸筒放入烘箱烘干至恒重，冷却称重，记作m6；
[0124]
残渣率p3(％)按式(3)计算；
[0125][0126]
实施例1-4和对比例1中所使用到的设备和材料具体如下：
[0127]
高压微型反应釜，yzpr-250，生产商：岩征仪器(上海)公司，材质：316l，使用压力：0-10mpa，使用温度：50-300℃，采用石英材质内衬；
[0128]
电子天平，制造商：诸暨市超泽衡器设备有限公司，规格：max＝1000g、d＝0.01g、e＝10d；
[0129]
500ml索氏提取器，配套电热套：生产商：北京中兴伟业世纪仪器有限公司，型号sxkw-500ml，功率250w，最高使用温度350℃；
[0130]
旋转蒸发器，制造商：上海亚荣生化仪器厂，型号re-52aa，配套shz-d(ⅲ)型循环水式多用真空泵，制造商：河南省予华仪器有限公司；
[0131]
离心机，品牌：gaco高科，制造商：常州市金坛高科仪器厂，型号：tg18g，最大容量：400ml，最高转速：18000r/min，额定功率：450w。
[0132]
试验例1
[0133]
试验对象：实施例1-4及对比例1；
[0134]
试验项目及结果：见表1；
[0135][0136][0137]
表1。
[0138]
试验结论：。
[0139]
由表1可知，在反应温度、物料比、保温时间、催化剂用量保持相同得条件下，不同催化剂对近临界水液化烟叶的总生物油产率有不同程度的提高。其中，加入催化剂实施例1-4的总生物油产率大于未加催化剂的对比例1，实施例1得到的总生物质油率最高，达到55.12％，远远高于对比例1的37.92％。另一方面，加入催化剂实施例1-4的残渣率降低，这说明加入催化剂对近临界反应中烟叶大分子物质，木质素、纤维素的降解有促进作用，木质素降解生成的酚类物质增多，有利于进一步的加香应用。
[0140]
试验例2
[0141]
试验对象：实施例1；
[0142]
试验项目：gc-ms分析；
[0143]
试验结果：见表2、表3；
[0144]
表2gc-ms检测出16个化合物种类相对含量
[0145]
[0146][0147]
表3具有香味特征含量较多的65种化合物
[0148]
[0149]
[0150]
[0151]
[0152][0153]
试验结论：由表2和表3可知，经过正己烷萃取后，共得到16类，189种化合物，其中以杂环类、酚类、萜类、芳烃类化合物为主，占总化合物种类的68.9％。
[0154]
部分具有香气特征的化合物性质如表3所示，含量较多的有愈创木酚、2-乙酰基呋喃、薄荷醇等，这些化合物具有良好的香味特征，可以改善卷烟的香吃味，应用于卷烟加香、电子烟以及非烟草产品的加香加料。
[0155]
试验例3
[0156]
按照国标yc/t145.8的要求，将实施例1-4和对比例1得到的水溶性油，用蒸馏水将其稀释到固含量为3％，向空白卷烟中注射不同浓度的溶液(10ppm，、20ppm，30ppm)，开始注射点(烟丝端):2mm，结束注射点:58mm。将注射好香料的烟支放到温度((22
±
1)℃)和相对湿度((60
±
2)％)的恒温恒湿箱内平衡48h。之后进行专业人士评吸。
[0157]
表4评吸结果表
[0158][0159][0160]
试验结论：
[0161]
由表4评吸结果可知，加入催化剂的实施例1-4得到的水溶性油，经过稀释后加入卷烟中，对烟支的香气质、香气量均有提升，同时杂气减少，在烟气特征上，实施例2、3、4的烟气浓度上升，实施例1、2的烟气细腻柔和程度上升。在口感特征上，实施例1-4相较于对比例1，在回甜和余味上更加优秀。综合来看，加入催化剂的实施例1-4总评分均高于对比例1，说明经无机催化剂处理的烟叶提取物对卷烟感官评价有较好的促进效果，选择合适的无机催化剂可得到更有利于加香应用的烟叶提取物。
[0162]
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。