废弃烟叶中有效成分提取的研究进展
摘要烟叶中含有大量珍贵的天然成分，可供提取出来反添加到卷烟中，能够有效改善、提升卷烟品质。概述了烟叶中主要有效成分，综述了废弃烟叶中有效成分提取的主要方法，展望了废弃烟叶中有效成分提取的未来发展方向。
关键词废弃烟叶；有效成分；提取；研究进展
中图分类号S572文献标识码A文章编号0517-6611（2015）34-083-05
烟草产业目前已在全世界范围内发展成为一个异常庞大的产业，世界上生产烟叶国家超过120个，世界烟草消费达到4 000亿美元[1]。我国是烟草大国，种植面积大约13 300 km2，年产量约240×104 t，居世界首位。由于种植技术、地理环境、生产技术等原因制约，并不是所有的烟叶都可以用作加工与生产。每年有将近25%的烟叶以及烟末等下脚料被遗弃[2]，不仅造成自然资源的浪费，而且对环境造成严重污染。烟叶中含有大量珍贵的天然成分，可供提取出来反添加到卷烟中，能够有效改善、提升卷烟品质。现阶段超临界萃取、分子蒸馏等先进无污染的提取分离手段发展成熟，为有效利用废弃烟叶中珍贵的天然产物提供了可能，可以有效弥补我国乃至全世界天然产物领域的产能不足。目前，一大批研究学者对烟叶中有效成分的提取工艺做了大量研究，对烟叶中成百上千种致香物质的提取工艺进行了优化，并取得了显著的成就。我国加入世界贸易组织（WTO）以后，与国际烟叶市场竞争激烈，我国烟草行业面临着提高烟叶生产水平和质量水平的双重要求。有效利用废弃烟叶，将更加有利于我国烟草事业的可持续发展。
1烟叶中主要成分
烟叶中含有丰富的天然物质，目前检测到的已达到4 900余种[3]，主要包括生物碱、氨基酸、糖类、蛋白质、有机酸等物质。1956年，Rowland等从烟叶中分离茄尼醇、新植二烯等致香物质[4]。1968年，Stedman总结了烟草中发现的100多种酸性成分[5]。1992年，冼可法等利用多种提取方法，结合GCMS、GCIR等分析手段，对河南和云南烤烟成分进行了分析[6]，共发现烃类31种、醇类19种、醛类19种、酮类37种、酯类14种、酸类13种、呋喃及其他类化合物5种、含氮化合物5种。烟叶中的主要致香成分是含有OH、NH、SH等特定致香基团的有机物。按照所含香味基团的不同，烟草致香物质可以分为：醇类、酮类、醛类、酸类、酯类、酚类、氮杂环类、内酯类、酰胺类、呋喃类、醚类及烃类等[7]。
1.1挥发酸类化合物
烟叶中所含有机酸是指除了氨基酸以外的有机酸：脂肪酸、芳香酸、萜烯酸、羟基酸，是烟叶的重要组成部分。有机酸种类极其复杂，含量差异大，总含量一般达到烟叶总重12%～16%。其中挥发性有机酸仅占0.01%～0.20%，却是烟叶感官的最主要影响因素[8]。早在1955年，李炎强等利用水蒸气蒸馏并结合GCMS等设备考察了烟叶及烟梗中挥发性酸的含量，共发现挥发性酸二十余种[9]。并发现分子量小、挥发性强的酸主要聚集在烟叶中，而分子量大、挥发性弱的酸集中在烟梗之中。李海锋等采用全二维气相色谱-飞行时间质谱，对烟叶中有机酸进行了鉴定与含量分析，共鉴定出143种挥发性以及半挥发性有机酸[10]。薛超群等对44个国产和2个进口烟叶进行了对比分析，发现国产烟叶中半数以上普遍烟碱含量偏高，挥发酸总量均低于2个进口烟叶[11]；并指出烟叶中总挥发酸含量越高，其香气则越纯正。虽然挥发酸含量多少对烟气是否醇和有着至关重要的作用，但是低碳的挥发酸，如甲酸、乙酸和丙酸等刺激性较强，反而会影响烟气品质。
1.2醇类化合物
烟叶中醇类化合物主要分为苯甲醇、苯乙醇、茄尼醇、芳樟醇、糠醇、3甲基l丁醇、寸拜醇、西柏三烯二醇等。烟草中醇类化合物含量约占烟叶总量的0.77%～1.25%，并对烟叶香气质量有很大的影响。烟叶中醇类化合物的致香作用主要是由于羟基的存在，但是香气的强弱与羟基的多少成反比关系[12]。倪戈婷等采用同时蒸馏萃取法在云南K326烟叶中鉴定出18种醇类化合物的存在[13]。赵高坤等考察了不同烘烤工艺对烟叶内醇类化合物含量的影响，综合评价了不同烘烤工艺对烟叶醇类化合物含量的影响，对改善烟叶品质起到一定的指导作用[14]。宣晓泉等研究了烟叶内醇类化合物随烟叶不同成熟度的变化，发现烟叶内醇类化合物随着烟叶成熟度增加而增加，并在成熟后逐渐减少[15]。
1.3羰基化合物
烟叶中羰基化合物主要包括醛类和酮类有机物，其主要影响烟叶的味觉品质。其中大马酮、茄尼酮、紫罗兰酮、巨豆三烯酮以及香草醛、柠檬醛等是烟叶中重要的致香成分。武圣江等研究了烤烟烘烤方式对烤烟内所含羰基类化合物含量的影响[16]。张碰元等考察了津巴布韦烟叶等5种烟叶中羰基类化合物的含量，发现津巴布韦及白肋烟中羰基类化合物的含量较高[17]。徐华军等研究了烟叶中羰基类化合物对烟叶味觉特性的影响，发现甲醛致苦，丙烯醛、丙酮致甜，乙醛、丙醛与味觉特性多元线性相关[18]。
1.4烟碱
烟碱俗称尼古丁，是烟叶中含量最高的生物碱，在烟叶中多以S型存在，具有很强的生理活性。根据N甲基四氢吡咯环上取代基的种类与位置不同，可以分为α烟碱、β烟碱、γ烟碱等。常说的烟碱指的是β烟碱[19]，结构如图1所示。烟碱在室温下成无色或者淡黄色油状液体。多年来烟碱主要用于杀虫剂的制造产业，近年来逐渐深入到保健、食品、医药等行业。研究表明，烟碱对各种疾病，比如：精神分裂症、帕金森综合征、老年痴呆症、妥瑞氏症候群、大肠溃疡等有积极影响[20]。因此，市场对烟碱特别是高纯烟碱的需求巨大。目前应用于烟碱提取、提纯的工艺主要包括水蒸气蒸馏法、溶剂提取法、同时蒸馏萃取法、离子交换法、液膜法以及超临界萃取法等。
图1烟碱分子结构
1.5蒎烷
蒎烷有顺式、反式2种结构，其中顺式蒎烷（图2）较反式有更重要的用途。蒎烷是合成高级香料以及维生素A、E、K的重要原料，同时也是烟叶中的关键致香成分之一。目前蒎烷的获取途径主要是由蒎烯经加氢过程人工合成。早在1944年，A.L.Rummelsburg就研究了蒎烷的加氢合成工艺[21]。1991年，徐之雒等研究了硼化镍型催化剂用于α蒎烯液相常压加氢合成蒎烷的工艺过程[22]。蒎烷产率达到95%，其中顺式蒎烷选择性高达97%以上，蒎烯转化率接近100%。张献忠等[23]和冷璐等[24]分别报道在烟叶中发现蒎烷，但是二者所用提取方法提取产物蒎烷含量较低。