淺析煙草廢棄物的綜合利用以及發(fā)展前景

1、    淺析煙草廢棄物的綜合利用以及發(fā)展前景    姚建偉摘 要：當(dāng)前我國(guó)卷煙的原材料主要來(lái)源于煙草種植，在煙草種植中所產(chǎn)生的副產(chǎn)物及卷煙工業(yè)中所產(chǎn)生的廢棄物占據(jù)大半的生物學(xué)產(chǎn)量，為了促進(jìn)我國(guó)卷煙行業(yè)快速發(fā)展及持續(xù)發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中需要對(duì)煙草廢棄物進(jìn)行綜合利用，本文主要是對(duì)煙草廢棄物開(kāi)發(fā)煙草植物蛋白、茄尼醇、煙堿等產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀及發(fā)展前景進(jìn)行探究與分析。關(guān)鍵詞：煙草廢棄物；綜合利用；發(fā)展前景煙草是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，每年煙草種植的產(chǎn)量及種植面積都排在世界的首位，對(duì)我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有積極的促進(jìn)作用。但在卷煙生產(chǎn)過(guò)程中，煙葉利用方式較為單一，在生

2、產(chǎn)過(guò)程中仍采用傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，主要是用于雪茄、水煙、卷煙等非生活嗜好品的制作，其生物學(xué)特性不能得到充分發(fā)揮和利用，煙草的煙葉、煙末等遭到廢棄，難以用到卷煙生產(chǎn)過(guò)程中去。此外，還有大量煙草秸稈、煙花等廢棄物占據(jù)卷煙生產(chǎn)原料總產(chǎn)量的比重較大，這些副產(chǎn)物不能得到有效的利用，不僅會(huì)造成嚴(yán)重的浪費(fèi)，還會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，這也是當(dāng)前我國(guó)煙草行業(yè)所面臨的重要問(wèn)題，為了促進(jìn)我國(guó)煙草行業(yè)的發(fā)展，就要加強(qiáng)對(duì)煙草廢棄物的利用效率，提高煙農(nóng)經(jīng)濟(jì)效益。一、煙草廢棄物煙草廢棄物主要是指不能用于煙草制作行業(yè)中的煙草組成部分，卷煙加工中的等外級(jí)及低等級(jí)煙葉、以及卷煙企業(yè)中長(zhǎng)期寄存的煙根、煙末等，主要包括煙桿（又稱為煙梗、

3、煙莖、煙稈）、煙花、煙種、煙筋（葉脈）、上部煙葉等，各部分會(huì)因煙草種類的不同而產(chǎn)生一定的變動(dòng)。而煙草廢棄物中所含的化學(xué)成分較多，目前在煙草體內(nèi)檢測(cè)出的化學(xué)成分主要包括芳香烴、各種烴、酯、醛、生物堿、醌、色素、氨基酸和蛋白類、類異戊二烯衍生物等共有1000多類。根據(jù)對(duì)其化學(xué)成分的進(jìn)一步細(xì)分風(fēng)險(xiǎn)，其中化合物共有蛋白質(zhì)、果膠、甘油三酯、纖維素、有機(jī)酸、植物堿、淀粉等3000多種，其使用價(jià)值較高。二、煙草廢棄物的綜合利用當(dāng)前我國(guó)在卷煙生產(chǎn)和制造過(guò)程中造成大量煙草廢棄物浪費(fèi)的現(xiàn)象，對(duì)我國(guó)生態(tài)環(huán)境造成破壞，因此加強(qiáng)對(duì)煙草廢棄物的綜合利用具有重要的作用和意義，將煙草廢棄物進(jìn)行資源化處理，減少處理成本，提高煙

4、草廢棄物的經(jīng)濟(jì)效益，減少對(duì)環(huán)境污染和資源的浪費(fèi)。1.煙堿提取煙堿又稱為尼古丁，是天然煙葉中一種特殊的生物堿，具有無(wú)色或淡黃色、無(wú)嗅的油狀液體，在制藥、國(guó)防工業(yè)、農(nóng)業(yè)、有機(jī)合成、精細(xì)化工等多個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，而硫酸煙堿還可以用于水果、蔬菜、油料、糧食等農(nóng)作物的生物農(nóng)藥和高效殺蟲(chóng)劑，對(duì)菜青蟲(chóng)、蘋果紅蜘蛛、玉米螟、茶蛾等害蟲(chóng)的殺蟲(chóng)效果良好。煙堿提取主要方法有溶劑萃取法、水蒸氣蒸餾法、超臨界溶劑萃取法、離子交換法等，但由于這些方法具有一定的局限性，如在采用水蒸氣蒸餾法中，由于煙堿是一種水溶性生物堿，在萃取的過(guò)程中損失較大，提取效率低。再如超臨界溶劑萃取法在煙堿的提取過(guò)程中能耗較大，產(chǎn)品的成本高，

5、并會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的污染問(wèn)題，近年來(lái)我國(guó)相關(guān)行業(yè)在煙草廢棄物中提取煙堿的方法有了新的進(jìn)展，通過(guò)超聲波輔助對(duì)煙草中的煙堿進(jìn)行提取，經(jīng)過(guò)研究結(jié)果表面，在最佳工藝條件下，煙堿提取率為91.24%。易卿等通過(guò)連續(xù)萃取法來(lái)對(duì)煙草中的煙堿進(jìn)行提取，提取的純度為97.52%，并同時(shí)提取了有機(jī)酸煙堿鹽、甲苯煙堿等，用于生物質(zhì)農(nóng)藥的配置，并采用12%的煙堿乳油用于對(duì)蚜蟲(chóng)的觸殺，其校正死亡率為94.81%。許春平等通過(guò)酶促反應(yīng)，利用微生物發(fā)酵的理念在廢棄煙草中對(duì)煙堿進(jìn)行提取，選用管囊酵母和白腐真菌，按照1：1的比例在微波輔助作用下提取的煙堿溶出濃度為4.524g/l。2.植物蛋白植物蛋白主要是從植物莖葉中所提取出的蛋白

6、質(zhì)制品，其中富含有多種氨基酸，如色氨酸和蘇氨酸等，作為一種質(zhì)地優(yōu)良的飼料添加劑和天然營(yíng)養(yǎng)食品添加原料。在煙草廢棄物中可以提取大量高質(zhì)量植物蛋白，其中植物蛋白的含量約為10%，曾有蛋白質(zhì)化學(xué)家提出，在草料和綠色植物中所提取的蛋白中，煙草中的蛋白可以作為可食用蛋白，甚至這種蛋白是獨(dú)一無(wú)二的，只有在煙草中才可以提取到純晶態(tài)的可溶性蛋白，最為重要的一點(diǎn)是煙草中所含有的植物蛋白具有十分豐富的營(yíng)養(yǎng)功能，在美國(guó)煙草種植環(huán)境下，每公頃煙草中可以獲得的植物蛋白大約是每公頃大豆中所提取的蛋白的6倍。隨著我國(guó)對(duì)煙草化學(xué)的研究不斷深入，部分科學(xué)家提出了在對(duì)煙草廢棄物中提取煙堿等生物堿成分的同時(shí)，提出了對(duì)煙草植物蛋白提

7、取的設(shè)想，并開(kāi)展了長(zhǎng)期的提取工藝和技術(shù)的研發(fā)，經(jīng)過(guò)研究與實(shí)驗(yàn)表明，在煙堿提取及茄尼醇酸堿浸取中，首先可以將茄尼醇成分進(jìn)行提取，再利用上層澄清部分對(duì)煙堿進(jìn)行提取，而下層凝沉淀部分則可以用于對(duì)煙草植物蛋白的生產(chǎn)工作，也可以直接在煙草種植過(guò)程中將廢棄的新鮮煙葉中進(jìn)行植物蛋白提取。根據(jù)美國(guó)科學(xué)家經(jīng)過(guò)研究結(jié)果表明，煙草中所提取的植物蛋白其營(yíng)養(yǎng)成分及價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于雞蛋和酪蛋白，甚至可以作為雞蛋及酪蛋白的替代物，在糕點(diǎn)制作中可以進(jìn)行廣泛應(yīng)用，提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，甚至也可以作為缺乏乳糖病人的牛奶替代品，也可以在糖果、魚(yú)制品、蛋制品、肉食品的制作中去，為煙草廢棄物的綜合利用提出了新的途徑和思路。3.果膠果膠屬于一種天

8、然的高分子化合物，是水溶性植物膠的一種，并廣泛存在于植物細(xì)胞組織中，因其特有的膠凝作用在醫(yī)藥、食品及輕工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。在煙草廢棄物中煙梗中含有較高的果膠含量，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值也相對(duì)較高，但在卷煙行業(yè)中通常將葉片中的煙梗作為薄片或是填充料生產(chǎn)，甚至在復(fù)烤廠中直接廢棄，從而造成了大量果膠浪費(fèi)。目前果膠提取的辦法主要有鹽沉淀法和乙醇沉淀法，而鹽沉淀法又分為混合鹽析法和鹽析法，提取率一般為15%左右，且具有良好的脫色效果。這兩種提取方法的主要原理是利用在果膠中羧酸和氨水作用下形成銨鹽，并在鐵離子的作用下形成鐵鹽沉淀，再用鹽酸將沉淀進(jìn)行洗滌，用氫離子置換鐵離子，即可達(dá)到提取果膠的效果。4.茄尼醇茄尼醇是

9、不飽和聚異戊二烯醇的一種，其分子式是c h o，是蠟狀白色固體，不溶于水，但易溶于有機(jī)溶劑中，具有良好的止血、消炎、抗菌效果，在藥物合成中作為一種重要的醫(yī)藥材料，通常在抗?jié)?、抗癌、抗心血管疾病的藥物合成中得到廣泛的應(yīng)用，同時(shí)也是對(duì)維生素k2和輔酶q10合成的主要原料，在北美、西歐、韓國(guó)、日本等的銷售市場(chǎng)龐大。國(guó)外現(xiàn)有的對(duì)茄尼醇提取的技術(shù)主要是將煙葉作為原料，通過(guò)高純度的正己烷作為提取溶劑，并將其加熱攪拌在過(guò)濾和濾液濃縮后得到粗茄尼醇。這種提取方式是將煙葉作為茄尼醇的原料制備，成本較高，同時(shí)在茄尼醇的提取過(guò)程中需要采用一定的正己烷，在煙渣中會(huì)含有一定的抽提溶劑，在加水蒸餾后會(huì)排放一定的廢水和煙

10、渣混合物，從而存在工業(yè)三廢排放問(wèn)題，并具有較高的能耗，因此這種提取方式具有一定的不足之處。而我國(guó)相關(guān)研究學(xué)者針對(duì)國(guó)外對(duì)茄尼醇提取技術(shù)的基礎(chǔ)上研發(fā)了新的提取工藝，在原料、反應(yīng)條件及溶劑上有明顯的改進(jìn)，采用煙草廢棄物來(lái)制備茄尼醇。目前我國(guó)在對(duì)茄尼醇粗品的生產(chǎn)加工中主要有連續(xù)萃取法、間歇萃取法和超臨界萃取法這三種提取方式，韓非等經(jīng)過(guò)研究實(shí)驗(yàn)表明，在對(duì)煙草廢棄物的煙葉、煙莖及煙根中對(duì)茄尼醇進(jìn)行提取與回收，在最佳浸提環(huán)境下提取率分別為0.57%、0.48%和0.05%。而張占軍等在超聲波輔助下，提取溫度為45，提取溶劑為丙酮，處理時(shí)間45min，茄尼醇的提取含量為18.52%。楊政明在煙草廢棄物中所提取

11、的茄尼醇及煙堿提取液在浸膏皂化后采用柱色譜法可以提取到純度為97.27%的茄尼醇，其回收率高達(dá)86.41%。endprint三、煙草廢棄物的發(fā)展前景1.制備活性炭由于煙草中含有較高的纖維素與碳元素，利用煙桿來(lái)制取活性炭具有較高的利用價(jià)值。在活性炭材料制作中可以將煙桿作為原材料，采用氫氧化鉀作為活化劑，對(duì)炭化溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，在活化條件相同的情況下制備孔隙結(jié)構(gòu)不同的活性炭材料，在500環(huán)境下炭化樣品在經(jīng)過(guò)活化之后可以制得表面積約為3000m /g的活性炭材料，具有較高的表面積和中孔率。李和平等采用熱重法在不同升溫速率下對(duì)氮?dú)鈿夥罩械臒煑U及浸漬煙桿的熱解過(guò)程進(jìn)行研究，經(jīng)研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，koh在加入后

12、煙桿成分分解溫度降低，使煙桿在炭化階段中的活化性能降低，動(dòng)力學(xué)參數(shù)具有補(bǔ)償效應(yīng)。2.制作纖維板和紙張?jiān)?0c80s末期，我國(guó)已經(jīng)有多個(gè)地區(qū)開(kāi)始利用煙梗作為紙漿生產(chǎn)的原材料，同時(shí)菲律賓主要研究利用煙梗生產(chǎn)的紙漿產(chǎn)品來(lái)對(duì)紙板進(jìn)行研制，并獲得了一定的進(jìn)展。袁鑫等研發(fā)出一種關(guān)于通過(guò)廢棄煙梗來(lái)制作煙草栽培用紙方法，也就是說(shuō)在萃取裝置中通過(guò)對(duì)煙梗進(jìn)行萃取，使其固液分離，并加入一定量的長(zhǎng)纖維木漿，將混合漿料在加水稀釋后成型，在干燥處理后得到紙幅，同時(shí)在紙幅涂布后再次進(jìn)行干燥處理，就可以制成煙草栽培用紙。由于煙桿木質(zhì)纖維具有易扭曲等特點(diǎn)，在高密度纖維板制作中作為一種理想的原材料，以煙桿作為原材料，并將酚醛樹(shù)

13、脂作為粘結(jié)劑可以制作出不同密度的纖維板。3.制作堆肥在煙草廢棄物中含有一些微量元素及氮、鉀等大量元素等，通過(guò)微生物降解可以將其轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)，制成有機(jī)肥，使廢棄物中的毒素含量較低，并可以對(duì)資源進(jìn)行合理和充分的利用，減少了資源浪費(fèi)現(xiàn)象。王新中等曾做過(guò)堆肥試驗(yàn)，即將煙末作為其基本的原材料，在不同微生物腐熟劑下采用人工翻堆的堆肥方式，可以研究煙末在高溫堆肥環(huán)境下的腐熟過(guò)程，和純煙末處理相比較而言，微生物腐熟劑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豬糞對(duì)煙草廢棄物在高溫堆肥腐熟過(guò)程下的影響，經(jīng)研究結(jié)果表明，在加入豬糞后可以有效縮短煙草廢棄物的高溫分解時(shí)間，使高溫分解的持續(xù)時(shí)間增加，并提高

14、了全氮含量，使堆肥腐熟時(shí)間明顯縮短。通常煙草廢棄物在厭氧發(fā)酵21d后，內(nèi)含的沙門氏菌和大腸桿菌的去菌率較高，在經(jīng)過(guò)沼氣發(fā)酵后所產(chǎn)生的殘余物也是一種良好的煙草有機(jī)肥料。目前在部分地區(qū)的農(nóng)戶家庭燃料中采用沼氣池發(fā)酵腐熟的方式產(chǎn)生沼氣，沼氣料還可以作為有機(jī)肥改良土壤土質(zhì)。4.制作生物質(zhì)類燃料煙草廢棄物還是固體廢棄資源，單純?nèi)紵龝?huì)帶來(lái)較大的環(huán)境污染問(wèn)題，如能將煙草廢棄物得到充分利用制成生物質(zhì)燃料，從而可以有效的解決能源問(wèn)題，并提供新的科學(xué)依據(jù)。馮玉杰等通過(guò)煙草下腳料制取乙醇，當(dāng)硫酸在一定時(shí)間、溫度及固液比的條件下，經(jīng)過(guò)過(guò)濾后的的釀?dòng)媒湍冈诎l(fā)酵后則會(huì)產(chǎn)生乙醇。此外，還有相關(guān)專家學(xué)者通過(guò)制糖發(fā)酵的方式使煙

15、草廢棄物在常壓下進(jìn)行蒸餾，從而制備出乙醇。王新中等在38攝氏度下，未經(jīng)預(yù)處理的情況下展開(kāi)煙桿的發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為通過(guò)煙桿批量發(fā)酵的方式來(lái)生產(chǎn)沼氣是切實(shí)可行的。5.其他資源化利用煙草廢棄物是一種可利用的資源，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外諸多研究學(xué)者及相關(guān)領(lǐng)域的專家都通過(guò)多種途徑來(lái)對(duì)煙草廢棄物的綜合利用方式及其技術(shù)展開(kāi)了分析與研究。美國(guó)學(xué)者通過(guò)將煙草花葉病毒的基因進(jìn)行改造后，通過(guò)病毒使煙草細(xì)胞生產(chǎn)人造載色體，在煙草中進(jìn)行提取后放置到特定液體溶液中進(jìn)行溶解，并將溶液噴灑到塑料基板或是玻璃上來(lái)制造太陽(yáng)能電池。國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)煙草廢棄物研究出可完全生物降解的一種腐殖酸用于煙用液體地膜的生產(chǎn)方式，其生產(chǎn)的產(chǎn)品符合地膜覆蓋栽培無(wú)害

16、化的要求。除此之外，煙草廢棄物中還含有大量的微量元素及蛋白質(zhì)，在利用石灰堿液及高溫流程處理后，可以支撐粉末狀的飼料，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高。四、結(jié)語(yǔ)雖然我國(guó)煙草行業(yè)及農(nóng)業(yè)方面投入比重在不斷增加，但對(duì)于煙草廢棄物的綜合利用問(wèn)題及處理方面仍存在一定的問(wèn)題，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)及環(huán)境污染現(xiàn)象，因此關(guān)于煙草廢棄物的綜合利用問(wèn)題是當(dāng)前及今后研究的重點(diǎn)，對(duì)煙草廢棄物進(jìn)行因地制宜、科學(xué)利用，實(shí)現(xiàn)情節(jié)農(nóng)業(yè)，變廢為寶，促進(jìn)煙草行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。參考文獻(xiàn)：1. 節(jié)能減排 變廢為寶 湖南中煙對(duì)煙草廢棄物進(jìn)行環(huán)保處理和能源綜合利用取得突破j. 湖南煙草，2009，（05）：41. 2017-08-08.2董二慧，譚紅，包娜，袁

17、鑫，馬凱，何錦林. 我國(guó)煙葉中煙堿的研究現(xiàn)狀j. 廣州化工，2012，40（15）：33-35. 2017-08-08.3王建安，翟新，徐發(fā)華，陳雪，王新中，董安瑋，孫軍偉，劉國(guó)順. 淺談烤煙基本煙田廢棄物的綜合利用j. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2012，28（34）：138-142. 2017-08-08.4楊政明，尚海麗. 煙草廢棄物生產(chǎn)新型生物有機(jī)肥、有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥對(duì)核桃生長(zhǎng)的影響j. 云南農(nóng)業(yè)科技，2012，（06）：4-6. 2017-08-08.5張盼，謝松，易卿，張占軍，張博. 煙草廢棄物腐熟發(fā)酵生物有機(jī)肥在煙草種植上的應(yīng)用效果研究j. 農(nóng)業(yè)科技通訊，2016，（02）：113-115. 2017-08-08.6許春平，李萌姍，譚蘭蘭，戴亞. 不同產(chǎn)地?zé)煵莼ɡ倬偷囊志涂寡趸芰Ρ容^研究j. 中國(guó)煙草學(xué)報(bào)，2016，22（03）：72-7