浅析烟草废弃物的综合利用以及发展前景

姚建伟

摘 要：当前我国卷烟的原材料主要来源于烟草种植，在烟草种植中所产生的副产物及卷烟工业中所产生的废弃物占据大半的生物学产量，为了促进我国卷烟行业快速发展及持续发展，在工业生产过程中需要对烟草废弃物进行综合利用，本文主要是对烟草废弃物开发烟草植物蛋白、茄尼醇、烟碱等产品技术发展的现状及发展前景进行探究与分析。

关键词：烟草废弃物；综合利用；发展前景

烟草是我国重要的经济作物，每年烟草种植的产量及种植面积都排在世界的首位，对我国的国民经济发展具有积极的促进作用。但在卷烟生产过程中，烟叶利用方式较为单一，在生产过程中仍采用传统生产模式，主要是用于雪茄、水烟、卷烟等非生活嗜好品的制作，其生物学特性不能得到充分发挥和利用，烟草的烟叶、烟末等遭到废弃，难以用到卷烟生产过程中去。此外，还有大量烟草秸秆、烟花等废弃物占据卷烟生产原料总产量的比重较大，这些副产物不能得到有效的利用，不仅会造成严重的浪费，还会带来严重的环境污染问题，这也是当前我国烟草行业所面临的重要问题，为了促进我国烟草行业的发展，就要加强对烟草废弃物的利用效率，提高烟农经济效益。

一、烟草废弃物

烟草废弃物主要是指不能用于烟草制作行业中的烟草组成部分，卷烟加工中的等外级及低等级烟叶、以及卷烟企业中长期寄存的烟根、烟末等，主要包括烟杆（又称为烟梗、烟茎、烟秆）、烟花、烟种、烟筋（叶脉）、上部烟叶等，各部分会因烟草种类的不同而产生一定的变动。而烟草废弃物中所含的化学成分较多，目前在烟草体内检测出的化学成分主要包括芳香烃、各种烃、酯、醛、生物碱、醌、色素、氨基酸和蛋白类、类异戊二烯衍生物等共有1000多类。根据对其化学成分的进一步细分风险，其中化合物共有蛋白质、果胶、甘油三酯、纤维素、有机酸、植物碱、淀粉等3000多种，其使用价值较高。

二、烟草废弃物的综合利用

当前我国在卷烟生产和制造过程中造成大量烟草废弃物浪费的现象，对我国生态环境造成破坏，因此加强对烟草废弃物的综合利用具有重要的作用和意义，将烟草废弃物进行资源化处理，减少处理成本，提高烟草废弃物的经济效益，减少对环境污染和资源的浪费。

1.烟碱提取

烟碱又称为尼古丁，是天然烟叶中一种特殊的生物碱，具有无色或淡黄色、无嗅的油状液体，在制药、国防工业、农业、有机合成、精细化工等多个领域中得到广泛的应用，而硫酸烟碱还可以用于水果、蔬菜、油料、粮食等农作物的生物农药和高效杀虫剂，对菜青虫、苹果红蜘蛛、玉米螟、茶蛾等害虫的杀虫效果良好。

烟碱提取主要方法有溶剂萃取法、水蒸气蒸馏法、超临界溶剂萃取法、离子交换法等，但由于这些方法具有一定的局限性，如在采用水蒸气蒸馏法中，由于烟碱是一种水溶性生物碱，在萃取的过程中损失较大，提取效率低。再如超临界溶剂萃取法在烟碱的提取过程中能耗较大，产品的成本高，并会带来严重的污染问题，近年来我国相关行业在烟草废弃物中提取烟碱的方法有了新的进展，通过超声波辅助对烟草中的烟碱进行提取，经过研究结果表面，在最佳工艺条件下，烟碱提取率为91.24%。易卿等通过连续萃取法来对烟草中的烟碱进行提取，提取的纯度为97.52%，并同时提取了有机酸烟碱盐、甲苯烟碱等，用于生物质农药的配置，并采用12%的烟碱乳油用于对蚜虫的触杀，其校正死亡率为94.81%。许春平等通过酶促反应，利用微生物发酵的理念在废弃烟草中对烟碱进行提取，选用管囊酵母和白腐真菌，按照1：1的比例在微波辅助作用下提取的烟碱溶出浓度为4.524g/L。

2.植物蛋白

植物蛋白主要是从植物茎叶中所提取出的蛋白质制品，其中富含有多种氨基酸，如色氨酸和苏氨酸等，作为一种质地优良的饲料添加剂和天然营养食品添加原料。在烟草废弃物中可以提取大量高质量植物蛋白，其中植物蛋白的含量约为10%，曾有蛋白质化学家提出，在草料和绿色植物中所提取的蛋白中，烟草中的蛋白可以作为可食用蛋白，甚至这种蛋白是独一无二的，只有在烟草中才可以提取到纯晶态的可溶性蛋白，最为重要的一点是烟草中所含有的植物蛋白具有十分丰富的营养功能，在美国烟草种植环境下，每公顷烟草中可以获得的植物蛋白大约是每公顷大豆中所提取的蛋白的6倍。

随着我国对烟草化学的研究不断深入，部分科学家提出了在对烟草废弃物中提取烟碱等生物碱成分的同时，提出了对烟草植物蛋白提取的设想，并开展了长期的提取工艺和技术的研发，经过研究与实验表明，在烟碱提取及茄尼醇酸碱浸取中，首先可以将茄尼醇成分进行提取，再利用上层澄清部分对烟碱进行提取，而下层凝沉淀部分则可以用于对烟草植物蛋白的生产工作，也可以直接在烟草种植过程中将废弃的新鲜烟叶中进行植物蛋白提取。根据美国科学家经过研究结果表明，烟草中所提取的植物蛋白其营养成分及价值远远高于鸡蛋和酪蛋白，甚至可以作为鸡蛋及酪蛋白的替代物，在糕点制作中可以进行广泛应用，提高其营养价值，甚至也可以作为缺乏乳糖病人的牛奶替代品，也可以在糖果、鱼制品、蛋制品、肉食品的制作中去，为烟草废弃物的综合利用提出了新的途径和思路。

3.果胶

果胶属于一种天然的高分子化合物，是水溶性植物胶的一种，并广泛存在于植物细胞组织中，因其特有的胶凝作用在医药、食品及轻工业中得到广泛的应用。在烟草废弃物中烟梗中含有较高的果胶含量，其经济价值也相对较高，但在卷烟行业中通常将叶片中的烟梗作为薄片或是填充料生产，甚至在复烤厂中直接废弃，从而造成了大量果胶浪费。目前果胶提取的办法主要有盐沉淀法和乙醇沉淀法，而盐沉淀法又分为混合盐析法和盐析法，提取率一般为15%左右，且具有良好的脱色效果。这两种提取方法的主要原理是利用在果胶中羧酸和氨水作用下形成铵盐，并在铁离子的作用下形成铁盐沉淀，再用盐酸将沉淀进行洗涤，用氢离子置换铁离子，即可达到提取果胶的效果。

4.茄尼醇

茄尼醇是不饱和聚异戊二烯醇的一种，其分子式是C H O，是蜡状白色固体，不溶于水，但易溶于有机溶剂中，具有良好的止血、消炎、抗菌效果，在药物合成中作为一种重要的医药材料，通常在抗溃疡、抗癌、抗心血管疾病的药物合成中得到广泛的应用，同时也是对维生素K2和辅酶Q10合成的主要原料，在北美、西欧、韩国、日本等的销售市场庞大。国外现有的对茄尼醇提取的技术主要是将烟叶作为原料，通过高纯度的正己烷作为提取溶剂，并将其加热搅拌在过滤和滤液浓缩后得到粗茄尼醇。这种提取方式是将烟叶作为茄尼醇的原料制备，成本较高，同时在茄尼醇的提取过程中需要采用一定的正己烷，在烟渣中会含有一定的抽提溶剂，在加水蒸馏后会排放一定的废水和烟渣混合物，从而存在工业三废排放问题，并具有较高的能耗，因此这种提取方式具有一定的不足之处。而我国相关研究学者针对国外对茄尼醇提取技术的基础上研发了新的提取工艺，在原料、反应条件及溶剂上有明显的改进，采用烟草废弃物来制备茄尼醇。目前我国在对茄尼醇粗品的生产加工中主要有连续萃取法、间歇萃取法和超临界萃取法这三种提取方式，韩非等经过研究实验表明，在对烟草废弃物的烟叶、烟茎及烟根中对茄尼醇进行提取与回收，在最佳浸提环境下提取率分别为0.57%、0.48%和0.05%。而張占军等在超声波辅助下，提取温度为45℃，提取溶剂为丙酮，处理时间45min，茄尼醇的提取含量为18.52%。杨政明在烟草废弃物中所提取的茄尼醇及烟碱提取液在浸膏皂化后采用柱色谱法可以提取到纯度为97.27%的茄尼醇，其回收率高达86.41%。endprint

三、烟草废弃物的发展前景

1.制备活性炭

由于烟草中含有较高的纤维素与碳元素，利用烟杆来制取活性炭具有较高的利用价值。在活性炭材料制作中可以将烟杆作为原材料，采用氢氧化钾作为活化剂，对炭化温度进行调节，在活化条件相同的情况下制备孔隙结构不同的活性炭材料，在500℃环境下炭化样品在经过活化之后可以制得表面积约为3000m /g的活性炭材料，具有较高的表面积和中孔率。李和平等采用热重法在不同升温速率下对氮气气氛中的烟杆及浸渍烟杆的热解过程进行研究，经研究实验结果发现，KOH在加入后烟杆成分分解温度降低，使烟杆在炭化阶段中的活化性能降低，动力学参数具有补偿效应。

2.制作纤维板和纸张

曾在20C80S末期，我国已经有多个地区开始利用烟梗作为纸浆生产的原材料，同时菲律宾主要研究利用烟梗生产的纸浆产品来对纸板进行研制，并获得了一定的进展。袁鑫等研发出一种关于通过废弃烟梗来制作烟草栽培用纸方法，也就是说在萃取装置中通过对烟梗进行萃取，使其固液分离，并加入一定量的长纤维木浆，将混合浆料在加水稀释后成型，在干燥处理后得到纸幅，同时在纸幅涂布后再次进行干燥处理，就可以制成烟草栽培用纸。由于烟杆木质纤维具有易扭曲等特点，在高密度纤维板制作中作为一种理想的原材料，以烟杆作为原材料，并将酚醛树脂作为粘结剂可以制作出不同密度的纤维板。

3.制作堆肥

在烟草废弃物中含有一些微量元素及氮、钾等大量元素等，通过微生物降解可以将其转化为腐殖质，制成有机肥，使废弃物中的毒素含量较低，并可以对资源进行合理和充分的利用，减少了资源浪费现象。王新中等曾做过堆肥试验，即将烟末作为其基本的原材料，在不同微生物腐熟剂下采用人工翻堆的堆肥方式，可以研究烟末在高温堆肥环境下的腐熟过程，和纯烟末处理相比较而言，微生物腐熟剂可以有效提高腐熟堆肥的含量。袁鑫等研制出不同配置比例的猪粪对烟草废弃物在高温堆肥腐熟过程下的影响，经研究结果表明，在加入猪粪后可以有效缩短烟草废弃物的高温分解时间，使高温分解的持续时间增加，并提高了全氮含量，使堆肥腐熟时间明显缩短。通常烟草废弃物在厌氧发酵21d后，内含的沙门氏菌和大肠杆菌的去菌率较高，在经过沼气发酵后所产生的残余物也是一种良好的烟草有机肥料。目前在部分地区的农户家庭燃料中采用沼气池发酵腐熟的方式产生沼气，沼气料还可以作为有机肥改良土壤土质。

4.制作生物质类燃料

烟草废弃物还是固体废弃资源，单纯燃烧会带来较大的环境污染问题，如能将烟草废弃物得到充分利用制成生物质燃料，从而可以有效的解决能源问题，并提供新的科学依据。冯玉杰等通过烟草下脚料制取乙醇，当硫酸在一定时间、温度及固液比的条件下，经过过滤后的的酿用酵母在发酵后则会产生乙醇。此外，还有相关专家学者通过制糖发酵的方式使烟草废弃物在常压下进行蒸馏，从而制备出乙醇。王新中等在38摄氏度下，未经预处理的情况下展开烟杆的发酵实验，认为通过烟杆批量发酵的方式来生产沼气是切实可行的。

5.其他资源化利用

烟草废弃物是一种可利用的资源，近年来国内外诸多研究学者及相关领域的专家都通过多种途径来对烟草废弃物的综合利用方式及其技术展开了分析与研究。美国学者通过将烟草花叶病毒的基因进行改造后，通过病毒使烟草细胞生产人造载色体，在烟草中进行提取后放置到特定液体溶液中进行溶解，并将溶液喷洒到塑料基板或是玻璃上来制造太阳能电池。国内学者通过烟草废弃物研究出可完全生物降解的一种腐殖酸用于烟用液体地膜的生产方式，其生产的产品符合地膜覆盖栽培无害化的要求。除此之外，烟草废弃物中还含有大量的微量元素及蛋白質，在利用石灰碱液及高温流程处理后，可以支撑粉末状的饲料，营养价值较高。

四、结语

虽然我国烟草行业及农业方面投入比重在不断增加，但对于烟草废弃物的综合利用问题及处理方面仍存在一定的问题，造成了严重的资源浪费及环境污染现象，因此关于烟草废弃物的综合利用问题是当前及今后研究的重点，对烟草废弃物进行因地制宜、科学利用，实现情节农业，变废为宝，促进烟草行业的可持续发展。

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