[发明专利]利用烟草的方法

说明书

本发明涉及由烟草生物质得到成分或产物的方法。具体而言，本发明涉及由单一烟草生物质原料取得两种以上成分或产物的方法，其中，在所述方法中，至少一种成分或产品，例如烟碱，从液相中提取，并且至少一种成分或产品，例如醇等有机分子，由固相产生。产生的任何有机分子均优选用于生产能够结合至塑料中的聚合物。

背景技术

吸烟是由于烟碱的刺激作用以及烟碱是高度成瘾性物质所导致的常见活动。然而，如一氧化碳和焦油等烟草烟雾的其他成分也严重损害人体健康。鉴于健康风险，吸烟的趋势在一些国家已经降低，而对能够仅提供烟碱的产品的需求已经升高。已开发出许多烟碱替代疗法，包括烟碱皮肤贴、含烟碱口香糖、烟碱药筒和烟碱吸入器。此外，仿真吸烟装置可以模拟吸烟活动，并具有在未来二十年间使用危害降低的替代物替代可燃烟草产品消费的潜力。

用于这些替代疗法和吸烟装置的烟碱可以通过加工烟草生物质以产生纯化形式的烟碱而获得。从烟草植株提取烟碱的标准方法描述于US 896,124、US 1,823,554和US 2,128,043中。

源于植物的生物质是有价值的可再生资源，并能用于生产如乙醇或“生物乙醇”等有机分子，所述有机分子可被用作生物燃料，或用作生产如生物塑料等材料及由其制造的产品。木质纤维素材料是最丰富的植物生物质资源。该材料的纤维素和半纤维素部分可以水解成如葡萄糖和木糖等糖，所述糖然后可通过发酵转化为乙醇。与使用木质纤维素植物材料相关的困难在于，纤维素和半纤维素通过木质素层而密堆积，这保护它们免于酶解。因此，该材料必须进行“预处理”步骤，以破坏木质纤维素生物质的结构，并促进该材料后续通过纤维素酶和半纤维素酶进行的水解。已研究了各种预处理方法，包括利用高温、压力爆破、利用酸和碱，和添加各种其他化学品。通常优选的是利用稀酸溶液，因为酸的成本较低。由植物木质纤维素生物质产生醇类的示例性方法描述于US2010/0143974和WO2012/047832中。

一些需要大量包装材料的公司已经开始由植物生物质获得其塑料。例如，作为US2009/0246430的主题，Coca-Cola PlantBottle就是使用来自如甘蔗等植物的生物质。在PepsiCo开发的可再生包装中，将如玉米皮等农业废品用作生物质来源。

烟草植物以前被描述为用于生产燃料乙醇的木质纤维素生物质来源。在C.Martín et al.,World J.Microb.Biot.2002,18,857中描述了一种方法，其中通过蒸汽爆破预处理的烟草梗暴露于纤维素酶，水解产物随后发酵以获得乙醇。在G.Shen et al.,J.Food Process Eng.2011,34,905中，作者对于用于调查不同预处理条件对于后续烟草茎中纤维素的酶水解效率的影响进行的研究作了报道。发现与只用碱的预处理相比，过氧化氢的纳入提供了更高的纤维素回收率和更佳的木质素和半纤维素去除率。这使得由该生物质产生的可发酵糖的收率增加。

发明内容

本发明建立在以下观察之上：现有的由烟草植株提取液相中的成分或产物的方法、特别是烟碱提取方法产生极大量残余固体材料，其通常被认作“废料”。另外，加工烟草植株以回收用于吸烟制品的叶子会留下包括茎、梗和根等植株类材料。

将烟草植株作为整体考虑，其通常含有以干重计小于2重量％的烟碱。其余部分包括木质纤维素材料，其适合用于生产附加值产品的加工。对于烟草植株，附加值产品的回收仅在近来才开始被考虑，这主要是由于在用于吸烟制品时烟叶的历史上的高价值。然而，随着这些吸烟制品市场的萎缩，由这些以前被认作“废料”的成分中获取价值变得越发重要。

烟碱提取方法通常获得包含烟碱的液相和包含木质纤维素物质的固体成分。由于用于提取方法的苛性碱溶液和有机溶剂所致，所产生的废料中有一些是有毒的。此外，所述固体物质通常被认为是废品，并被再循环或销售给农民作为肥料。

此外，在例如US896,124中所述的一些烟碱提取方法中，其目标是要保留烟叶的完整性，以使烟叶之后可被用于吸烟应用。这些方法并未充分破坏木质素的结构以便有效水解多糖。