烟草废弃物资源化利用研究进展

烟草废弃物资源化利用研究进展
彭国勋;李平;吴锡刚;朱先洲;王姗镒;淳阳;周昔元;杨汶锦;马庆荣
【摘要】结合国内外研究资料,对烟草废弃物的综合利用现状进行了综述,并就其研究前景进行了探讨.
【期刊名称】《安徽农业科学》
【年(卷),期】2013(041)009
【总页数】3页(P4036-4038)
【关键词】烟草废弃物;化学物质;烟碱;资源化;研究进展
【作者】彭国勋;李平;吴锡刚;朱先洲;王姗镒;淳阳;周昔元;杨汶锦;马庆荣
【作者单位】凉山州烟草公司,四川西昌615000;凉山州烟草公司西昌分公司,四川西昌615000;凉山州烟草公司西昌分公司,四川西昌615000;凉山州烟草公司西昌分公司,四川西昌615000;西昌学院农业科学学院,四川西昌615013;西昌学院农业科学学院,四川西昌615013;西昌学院农业科学学院,四川西昌615013;凉山州烟草公司西昌分公司,四川西昌615000;西昌学院农业科学学院,四川西昌615013【正文语种】中文
【中图分类】S572
在我国，烟草是一种十分重要的经济作物，具有特殊的经济价值，尤其在我国西南地区种植面积较大，其带来的经济价值也十分可观。

由于长期受传统农业的影响，烟草的种植、生产及经营方式仍然较为粗放，烟草的清洁生产和废弃物资源化利用
意识较为薄弱，致使大量的烟草废弃物未得到有效的处理和合理的利用。

这不仅对我国生态环境保护造成了影响，而且对可利用资源也是一种浪费［1－2］。

近年来，随着对环境保护和农业废弃物的资源化利用的日益重视，烟草行业也开始对烟草废弃物的资源化利用逐渐重视，国内外众多学者也在此方向上进行了大量的基础研究和技术开发［3－6］。

笔者综述了近年来烟草废弃物资源化的研究成果，并对其研究前景进行了展望，旨在为烟草废弃物的合理利用提供理论依据和方法。

1 烟草废弃物
1.1 烟草废弃物的定义烟草废弃物(waste tobacco)是指未能用于制烟的烟草组成部分(制烟包括了用下脚料制造的膨胀烟丝与薄片等)，包括烟茎(又称烟杆、烟秆、烟梗)、无法进行卷烟加工的低等级或者等外级烟叶、烟草植株的上部烟叶、烟花、烟种、叶脉(烟筋)、腋芽、卷烟企业积存的烟末、烟根、根出条［7］。

各组成部
分化学组成随烟草种类不同有很大变动。

1.2 烟草废弃物的化学成分烟草体内己经检测出的化学物超过1 000多类，主要
包括各种烃、芳香烃、醛、醌、酯、生物碱、色素、类异戊二烯衍生物、氨基酸和蛋白类等十几大类物质［3］。

进一步细分，鉴定出包括植物碱、有机酸、蛋白质、淀粉、甘油三脂、果胶、纤维素等3 000多种化合物，具有很高的使用价值［5－6］。

2 烟草废弃物资源化利用
目前，大量的烟草废弃物被丢弃，这对我国的生态环境带来了一定的影响，并对烟草废弃物这一可利用资源也是一种浪费。

因此，在探寻烟草废弃物处理措施的同时，将其进行有效的资源化处理，既能减少处理的成本，增加经济效益，又能达到变废为宝、减少污染的目的。

2.1 提取烟碱烟碱(nicotine)又名尼古丁，是一种生物碱，用途十分广泛。

含量40%的烟碱可用来配制用于生产粮食、油料、蔬菜、水果等农作物的无残留毒、无公害
的高效杀虫剂及生物性农药［8］。

提取烟碱的主要方法有水蒸气蒸馏法、离子交换法、超临界溶剂萃取法、溶剂萃取法等［9］。

近年来，从烟草废弃物中提取烟碱的研究取得了一定的进展。

艾心灵等［10］采用超声波辅助提取烟草中的烟碱，结果表明:在最佳工艺(pH=4的95%乙醇作溶剂，料液比1∶15，80℃提取2次，每次45 min)条件下，烟碱的提取率为95.42%。

郑奎玲等［11］采用连续萃取法使烟碱的纯度高达99%，同时得到了甲苯烟碱、有机酸烟碱盐，复配了生物质农药;利用10%的烟碱乳油对蚜虫触杀，处理48 h，1 000倍液处理的校正死亡率达93.22%。

王星敏等［12］采用酶促反应，利用微生物发酵从废弃烟叶中提取烟碱，其选用白腐真菌和管囊酵母(1∶1)，在微波协助处理下接种量40%，pH=6，30℃发酵48 h后得到的烟碱溶出浓度为3.291 g/L。

2.2 提取植物蛋白植物蛋白是从植物的茎叶中直接提取的一种蛋白质制品，其富
含多种氨基酸，尤其是苏氨酸和色氨酸等，是一种优良的天然营养食品添加原料和饲料添加剂。

烟草废弃物可以提供大量高质量的植物蛋白，烟草的植物蛋白含量为10.68%。

蛋白质化学家Wildman认为，在所有从绿色植物和草料中提取的蛋白中，从烟草中提取的蛋白“作为可食用叶蛋白是独一无二的”，因为只有从烟草中才可获取纯晶态的Fraction-1-protein(F-1-p-a与其同质物占了烟草植株可溶蛋
白的一半)，最为重要的是，烟草F-1-p可能是营养与功能最丰富的食用蛋白［7］。

在美国种植条件下，每公顷烟草中可获3 000 kg以上烟叶总蛋白和600 kg F-1-p蛋白，相当于每公顷大豆提供蛋白的5倍［13］。

2.3 提取果胶果胶是一种水溶性植物胶，属天然高分子化合物。

果胶广泛存在于
多种植物的细胞组织中，因其具有胶凝作用而在轻工、食品、医药等行业应用广泛。

研究表明，烟草废弃的烟梗中果胶含量较高，极具经济价值。

果胶提取的方法主要有乙醇沉淀法和盐沉淀法，盐沉淀法又分为盐析法和混合盐析法。

赵世民等［14］将脱色后的烟梗在酸性条件下加热，以浸出其中的果胶，然后用乙醇溶液将浸出液
中的果胶沉淀析出，果胶的最大收率高达9.4%左右。

金蓓蕙等［15］采用盐析法提取烟草中的果胶，原理是果胶中的羧酸与氨水作用形成铵盐，再与铁离子作用形成铁盐沉淀，此时用盐酸洗涤沉淀，用氢离子置换出铁离子。

鲁蕾等［16］采用“酸液浸提－铁盐沉析”的工艺制备烟梗果胶，结果表明:在浸提液pH 为1.3～1.6、溶比1∶24～1∶30、温度70 ℃、时间80 min条件下，样品中果胶质含量
为90.9%。

2.4 提取茄尼醇茄尼醇(solanesol)是一种不饱和的聚异戊二烯醇［17］，属四倍
半萜醇，分子式为C45H74O。

茄尼醇具有抗菌、消炎和止血作用，是药物合成重要的医药中间体，常用于合成抗心血管疾病、抗癌、抗溃疡等药物，同时也是合成辅酶Q10和维生素K2的主要原料［18］。

茄尼醇粗品生产工艺分为间歇萃取法、连续萃取法和超临界萃取法3种。

石展望等［19］的研究表明，在最佳浸提条件(浸提溶剂甲醇、正已烷体积比为40∶60，浸提温度40℃，浸提时间3 h，浸提液料比12∶1 ml/g)下，对废弃烟草的根、茎、叶进行了提取和回收率试验，其提取率分别为0.06%、0.45%、0.66%，其平均回收率(n=5)分别为 89.6%、98.4%、102.5%。

吴华伟等［20］研究了微波－超声波协同萃取烟叶中茄尼醇的适宜条件，结果表明:在50℃下，超声波辅助下，提取溶剂为丙酮，处理时间 30 min，固液
比1∶15(W/V，g∶ml)，所得茄尼醇含量为 17.21%。

周新光等［21］从废弃烟
草中提取得到茄尼醇浸膏和烟碱提取液，茄尼醇浸膏皂化后用柱色谱法，可得纯度95.7%的茄尼醇，回收率达80%。

2.5 制备活性炭烟草中纤维素含量较高，且碳元素含量也较高，所以烟杆主要用
来制取活性炭，具有较高的价值。

夏笑虹等［22］以烟杆为原料，氢氧化钾为活
化剂，通过调节炭化温度(500～800℃)在相同活化条件下制备了具有不同孔隙结
构的活性炭材料。

其中，600℃下炭化样品经KOH活化后可制得比表面积为3 333 m2/g，总孔容为2.47 cm3/g，中孔孔容达2.11 cm3/g的高中孔率、高比
表面积活性炭材料。

张利波等［23］利用热重法，对氮气气氛中的烟杆和浸渍KOH的烟杆在不同升温速率下(分别为5、15、30 K/min)的热解过程进行了研究，结果表明，随着KOH的加入，降低了烟杆主要成分的分解温度，KOH的存在可
将烟杆炭化阶段的活化能降低约30 kJ/mol，动力学参数存在补偿效应。

苏贤坤等［24］研究表明，烟杆经过高温炭化、化学试剂调节活化后可制成粉状活性炭，
并通过改变化学活化剂溶液的浓度和化学试剂间的配料比，得到不同用途的优质活性炭。

2.6 制造纸张或纤维板早在20世纪80年代末，我国云南、山东等地已经用烟梗
生产纸浆。

20世纪初，菲律宾致力于烟梗生产的原纸浆产品来生产纸板，并取得
一定进展。

刘维涓等［25］公布了一种利用废烟梗制造烟草栽培用纸的方法，即
将废烟梗送入萃取装置中进行萃取，然后固液分离和碎浆，加入重量百分数为10%～20%的长纤维木浆，再将混合浆料加水稀释后抄造成形，并进行前干燥处
理得到纸幅，将纸幅涂布后干燥处理，即获得烟草栽培用纸。

烟杆木质化纤维扁而宽、易扭曲，是制造高密度纤维板的理想原料。

Reynaldo等［26］以烟杆为原料、酚醛树脂为粘结剂，制造符合标准的低、中、高密度的纤维板，并获得了烟秆纤维板批量生产的许可。

蔡静蕊等［27］以烟秆为主要原料，配有杨树木材等纤维原料，采用半干法研制出了高密度烟秆纤维板。

2.7 制备堆肥废弃烟叶中含有大量的钾、氮以及其他一些大量和微量元素，利用
微生物降解转化为腐殖质，并制成良好的有机肥，不但可降解该废弃物的毒素含量，而且变废为宝，充分合理利用了资源。

李少明等［28］以烟末为基本原料进行堆
肥试验，在添加不同微生物腐熟剂条件下采用好氧人工翻堆堆肥方式，研究了烟末高温堆肥的腐熟进程;与纯烟末处理相比，添加微生物腐熟剂福贝、定制、榕枫的
腐熟堆肥NO－3-N 含量分别提高了18.7%、12.2%、4.7%。

竹江良等［29］研
究了配备不同比例猪粪对烟草废弃物高温堆肥腐熟进程的影响，发现加入猪粪能缩
短烟草废弃物进入高温分解阶段的时间，增加高温分解持续时间和全氮含量，缩短堆肥腐熟时间。

Ten［30］的研究结果表明，烟草废弃物原料在经过21 d厌氧发酵后，内含的大肠杆菌、沙门氏菌等细菌去除率都大于99.99%。

可见，烟草废弃物经过沼气发酵后，残余物也是一种很好的烟草有机肥料。

目前，四川省凉山烟区在处理不适用烟叶时，也采取沼气池发酵腐熟的方法，产生的沼气用于农户家庭燃料，沼气料作为有机肥还田改良土壤。

2.8 制备生物质类燃料烟草废弃物作为一种固体废弃物资源，单纯的燃烧将会造
成巨大的环境污染，如能有效地将其利用而成为生物质燃料，那么将为能源问题的解决提供科学依据。

谢丽萍等［31］采用烟草下脚料酸解法发酵制取乙醇，利用
硫酸(浓度20%～60%)在一定的固液比、时间和温度条件下，取经过滤后的水解
液用酿酒酵母发酵产生乙醇。

谢兆钟等［32］采用制糖发酵的方法，将烟草废弃
物在常压下蒸馏，而制备出96%的酒精。

陈智远等［33］在未经预处理的条件下，温度为38℃时进行烟杆发酵试验，认为采用烟秆批量发酵方式产沼气是可行的。

2.9 其他资源化利用研究烟草废弃物作为一种可利用资源，国内外研究者通过各
类途径对烟草废弃物资源化利用方法进行了多种方向的研究。

美国的研究者将烟草花叶病毒进行基因改造后，使病毒促使烟草细胞产生人造载色体，再从收割的烟草中提取出来，放入特定的液体溶液中溶解，然后将溶液喷洒在玻璃或者塑料基板上来制造太阳能电池［34］。

古君平等［35］研究了超声辅助提取废弃烟叶中的绿
原酸。

林辉忠等［36］利用烟草废弃物研究出了一种可完全生物降解的腐植酸生
产烟用液体地膜的方法，生产的产品符合烟用地膜覆盖栽培的无害化要求。

不仅如此，烟草废弃物中含有丰富的蛋白质和微量元素，因此利用浓度1%～2%石灰碱
液和高温流程处理烟茎后，能够制成营养齐全的粉末状饲料［37］。

3 展望
近年来，虽然我国在农业及烟草行业的投入显著增加，但是在烟草废弃物的处理上
仍然存在不足与困难，以至于对生态环境保护和废弃物资源利用都造成了较大的影响，所以烟草废弃物资源化利用仍是今后研究的重点方向。

目前的研究表明，烟草废弃物具有较大的利用价值，因地制宜科学地综合利用烟草废弃物，不但能够实现清洁农业和变废为宝的目的，还可以实现烟草生产的可持续性发展以及生态环境保护和经济效益的双重收益。

参考文献
［1］王敏.废次烟草中有效成分的综合利用［J］.中国资源综合利用，2003(2):16－17.
［2］徐永建，赵睿，谭海风.烟草废次物综合利用研究进展［J］.陕西科技大学学报，2012，30(5):16 －21.
［3］LIU W H，YONG G P，LI F，et al.Free and conjugated phytosterols in cured tobacco leaves:influence of genotype，growing region，and stalk po sition［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2008，
56(1):185 －189.
［4］张楠，刘东阳，杨兴明，等.分解纤维素的高温真菌筛选及其对烟杆的降解效果［J］.环境科学学报，2010，30(3):549 －555.
［5］王建安，翟新，徐发华，等.浅谈烤烟基本烟田废弃物的综合利用［J］.中国农学通报，2012，28(34):138 －142.
［6］郑奎玲，余丹梅.废弃烟叶的综合利用现状［J］.重庆大学学报:自然科学版，2004(3):61 －64.
［7］李军，李吉昌，吴晓华，等.烟草废弃物利用研究［J］.云南化工，2010，37(2):44－49.
［8］彭靖里，马敏象，吴绍情，等.论烟草废弃物的综合利用技术及其发展前景［J］.中国资源综合利用，2000(8):18－20.
［9］北京医学院，北京中医学院.中草药成分化学仁［M］.北京:人民卫生出版社，1983.
［10］艾心灵，王洪新，朱松.烟草中绿原酸、烟碱和茄尼醇的超声波辅助提取［J］.烟草科技，2007(4):45 －48.
［11］郑奎玲，余丹梅.废弃烟叶的综合利用现状［J］.重庆大学学报，2004，
27(3):61 －64.
［12］王星敏，徐龙君.微生物酶促高效提制废次烟草中烟碱的研究［J］.环境工
程学报，2010，4(12):2876 －2878.
［13］谢渝湘，刘强.烟碱预防帕金森氏综合症和老年痴呆症的分子机理［J］.中
国烟草学报，2006，12(4):25 －30.
［14］赵世民，吕清霞.从烟梗中提取果胶的条件研究［J］.现代农业科技，2010，39(1):337 －338.
［15］金蓓蕙，查正根.烟草中果胶的提取研究［J］.安徽化工，1999，13(9):7－9.
［16］鲁蕾.烟梗果胶的制备及其性质的研究［D］.成都:四川大学，2004.
［17］ZHOU H Y，LIU C Z.Rapid determination of solanesol in tobacco by high-performance liquid chromatography with evaporative light scattering detection following microwave-assisted extraction［J］.Journal of Chromatography B，2006，836(2):119 －122.
［18］WESTD D.Synthesis of coenzyme Q10 ubiquinone:US，20040151711［P］.2004－02－03.
［19］石展望，陈韵.从废次烟草中提取茄尼醇的工艺研究［J］.安徽农业科学，2012，40(18):9894 －9896.
［20］吴华伟，夏帆.微波－超声波协同提取烟叶中茄尼醇的工艺研究［J］.湖北
农业科学，2012，49(2):447 －449.
［21］周新光，薛华欣.废弃烟草中茄尼醇和烟碱的提取［J］.中国医药工业杂志，2006，37(7):458 －459.
［22］夏笑虹，石磊，何月德，等.炭化温度对烟杆基活性炭孔结构及电化学性能
的影响研究［J］.化学学报，2011，69(21):2627 －2631.
［23］张利波，彭金辉，李宁，等.KOH活化制备烟杆基活性炭的炭化过程［J］.
化学工程，2009，37(6):59 －62.
［24］苏贤坤，张晓海，廖德智.烟草综合利用现状及其前景［J］.贵州农业科学，2006，34(5):120 －122.
［25］刘维涓，周红光.利用废烟梗制造烟草栽培用纸的方法:CN，101871178A ［P］.2010 －10 －27.
［26］CASTRO REYNALDO C，AGRUPIS SHIRLEY C，LOREUZO JULIE L.利用烟杆制造纤维板的研究［J］.烟草科技，2000(7):32－34.
［27］蔡静蕊，李光沛，鹿振友，等.烟秆无胶纤维板的研制与应用前景［J］.林
产工业，2002，29(5):16 －18.
［28］李少明，汤利，范茂攀，等.不同微生物腐熟剂对烟末高温堆肥腐熟进程的
影响［J］.农业环境科学学报，2008，27(2):783 －786.
［29］竹江良，汤利，刘晓琳，等.猪粪比例对烟草废弃物高温堆肥腐熟进程的影
响［J］.农业环境科学学报，2010，29(4):779 －784.
［30］TEN BRUMMELER.Full scale experience with the Biocel Process ［J］.Water Science and Technology，2000，41:299 －304.
［31］谢丽萍.利用烟草下脚料发酵制取乙醇［D］.上海:东华大学，2010.
［32］谢兆钟，李汉民，吴进德，等.利用烟草废弃物生产酒精的方法:CN，101250560A［P］.2008.
［33］陈智远，姚建刚.秸秆厌氧干发酵产沼气的研究［J］.农业工程技术，
2009(10):24－26.
［34］卢利平.美国找到了利用烟草“种”出太阳能电池的方法［J］.功能材料信息，2010，7(2):56.
［35］古君平，魏万之.废次烟叶中绿原酸的提取与分离［J］.烟草科技，
2010(2):43 －47.
［36］林辉忠，刘玉，张锦.一种烟草废弃物腐植酸生产烟用液体地膜的方法:CN，101792672A［P］.2010.
［37］宋荣渊，朱春燕.烟草废弃物在畜牧业中的开发利用［J］.上海畜牧兽医通讯，2009(4):78－80.。