廢棄煙葉的綜合利用

勾華+劉建程

摘要：綜述了廢棄煙葉的綜合利用情況。論述了煙葉中重要化合物（包括茄尼醇、煙堿、草酸、蛋白質、煙酸、酰胺等物質）的提取與利用；概述了廢棄煙葉在活性炭的制備、燃料乙醇的發酵、有機肥的制取、糙皮側耳的栽培、煙草薄片的生產等方面的利用；對廢棄煙葉的綜合利用前景進行了展望。

關鍵詞：廢棄煙葉；利用；煙堿；煙葉蛋白；煙酸

中圖分類號：X712文獻標志碼：A文章編號：1002-1302（2014）02-220-03

收稿日期：2013-07-02

基金項目：貴州省遵義市科學技術項目（編號：遵市科合社字[2008]18號）。

作者簡介：勾華（1962—），女，貴州遵義人，教授，主要從事電化學研究。E-mail：zygouhua515@163.com。在我國農產品收入之中，煙草次于稻、麥、棉、大豆、玉米，居第6位[1]。煙草是煙農脫貧致富的經濟作物，在我國國民經濟發展中有重要作用。我國的煙草種植面積和產量均在世界前列，但由于受種植管理技術和加工技術的限制，在栽培、運輸及制作卷煙過程中約25%的煙葉、下腳料不被充分利用而遭廢棄[2]。將這些廢棄煙葉焚燒或是隨意丟棄，不僅浪費，而且污染環境。經研究，煙葉中已經鑒定出300多種化合物，其中茄尼醇、煙堿、煙草蛋白等重要化合物在化工、醫藥、農業等方面有著廣泛應用[3]。如果可以將這些化合物提取并將其開發利用，使廢棄煙葉變為人們所需的原料，如利用其富含的各種有機化合物來制取有機肥代替合成化肥，則不但可以減少環境污染，還符合綠色發展的要求。本研究從廢棄煙葉中重要化合物（茄尼醇、煙堿）的提取及以廢棄煙葉為原料制取活性炭、發酵燃料乙醇、制取有機肥等2個方面，對廢棄煙葉的綜合利用進行了簡要綜述。

1煙葉中重要化合物的提取

1.1茄尼醇的提取和利用

茄尼醇是煙葉的重要組成成分之一，其含量在煙葉干重的0.5%～1%之間[4]，分子式為C45H74O，分子量631.079，熔點31～32 ℃，沸點52.6 ℃。純凈的茄尼醇通常是白色蠟狀固體，有時略帶黃色，在水中溶解度極小，而易溶于有機溶劑，如丙酮、乙醚等。茄尼醇含有醇羥基和多個非共軛雙鍵，能發生加成、還原、氧化等反應[5]，是合成新型藥物的重要原料之一，具有較強的生物活性和抗菌消炎能力，可用于合成治療心血管疾病的藥物輔酶Q10和維生素K2側鏈，還是合成抗癌增效劑SDB和抗潰瘍等重要新型藥物的中間體[6]。輔酶Q10是參與人體內代謝的重要活性物質之一，有順反2種異構體，只有全反式輔酶Q10對人體才有作用。以茄尼醇作為主要原料合成輔酶Q10，不但操作方便、條件溫和，而且最終產物均為反式輔酶Q10[7]。

以煙葉為原料提取茄尼醇的方法比較多，通常茄尼醇的提取工藝為原料粉碎、浸取，以正己烷作為抽提溶劑，加熱攪拌，然后抽提數次，過濾后即可得茄尼醇粗產品。粗品的提取方法有間歇萃取法、連續萃取法和超臨界萃取法[8]、噴淋萃取法等。間歇萃取法由于操作麻煩、勞動強度比較大、成本高等因素而被淘汰不再使用。連續萃取法工藝采用逆流萃取方式，具有溶劑用量少、提取率高、自動化程度強、需要的勞動強度低和技術先進等優點。超臨界萃取法效果好，但設備和操作費用過高[9]。噴淋萃取法通過多次噴淋萃取可使萃取率達90%以上，但具有溶劑用量較大等缺點[3]。為了解決溶劑用量過大等問題，貴州師范大學的鄧奎玲教授等提出了如下的三級浸提法工藝[5]：

1.2煙堿的提取與利用

煙葉中煙堿的含量約占其生物堿的95%，占煙草干重的0.5%～6%[4]。煙堿俗稱尼古丁，分子式為C10H14N2，分子量為162.23，沸點247 ℃，20 ℃時密度為1.007 1。高純度煙堿在常溫下為無色或淡黃色液體，容易潮解，易溶于有機溶劑如醇、氯仿、石油醚等[6]，具有左旋光性[10]，屬于二元有機弱堿。煙葉中煙堿通常以煙堿鹽的形式存在，易于分離和提取[11]。煙堿是制作綠色農藥的重要原料，可用于制取高效綠色殺蟲劑，具有低毒高效、殘效期長、對作物安全、無藥害、殺蟲譜廣、內吸和滲透較強等優點[12]。高純度煙堿在化工和醫藥方面也有重要用途，用作卷煙工業中的一種添加劑，可以去除卷煙雜氣而增加吸勁，還可用于纖維素的合成及戒煙膏的制備；在醫藥上可用來配制醫用香精，同時其合成的一系列藥物對治療心臟病、蛇咬傷、皮膚病等療效良好。因此煙堿有較高的開發利用價值。

煙堿的提取方法較多，各有其工藝特點及使用范圍，如萃取分離蒸餾法提取天然煙堿工藝流程為[2]原料→稀酸浸提→堿中和→水蒸氣蒸餾→草酸處理→堿化→成品煙堿，該方法耗能較高、收率低、產品濃度低。文獻[4]中介紹的水浸有機溶劑萃取法的工藝是將已經粉碎的煙葉用水浸取，再將浸取液用石灰水調pH值至9.5左右，然后再用碳酸鈉除鈣澄清，將澄清液用三氯乙烯、二氯丙烯、煤油等有機溶劑萃取，最后用硫酸液反萃取，由水相即可得到硫酸煙堿鹽。但是煙葉中含有較多易溶于水的生物堿，不利于煙堿的分離，阻礙了該工藝的發展。連續萃取法工藝如下[5]：原料粉碎浸提浸液萃取反萃取煙堿煙渣皂化水相萃取分離提純煙堿

該工藝成本低、效率高、操作簡單方便，提取所得的煙堿純度可達99%，但產生的廢水不便于處理。其他方法如離子交換萃取法，雖然周期短，但產品污染嚴重且樹脂也容易被污染；超臨界萃取法萃取率高、產品質量好、能量耗損低、勞動力強度小、溶劑用量少，但設備的投資及維修費比較昂貴，不適用于大規模生產。

1.3草酸的提取

草酸即乙二酸，常以鈣鹽和鉀鹽的形式存在于多種植物細胞中，是一種重要的化工原料，在藥物生產、稀土元素提取、皮革鞣制、高分子合成工業等方面應用廣泛。李鳳芹等經過研究得出從廢棄煙葉提取草酸的一種方法，即將提取煙堿后所剩的煙葉渣經過一定的處理后，在物料 ∶硝酸（65%） ∶硫酸（98%）=1 ∶（7.5～7.7） ∶（3.0～3.5）（該配比為重量配比）、溫度700 ℃條件下反應時間7 h，提取草酸的收率可達40%以上[13]。該工藝條件溫和易于控制，基本上無工業三廢，適用于草酸小規模生產。

1.4蛋白質、煙酸及酰胺等物質的提取

在2 000多種植物蛋白含量的研究中，煙草的蛋白質含量高達10.68%，與玉米、甘蔗等農作物相近。有研究發現，用廢棄煙葉提取茄尼醇和煙堿后，加酸或酸化后的下層凝沉淀部分可用于提取植物蛋白[2]。煙草植物蛋白營養價值較高，不僅可用于蛋白食品的生產，還可以用于生產功能性食品、香精香料、醫學輔助材料等，可作為天然營養食品添加劑和飼料添加劑[9]。

煙酸和煙酸胺是重要的醫藥中間體及電鍍光亮添加劑，同時煙酸也可用于日用化工等方面，如可以合成新型染發劑。一些國外科學家用煙草生物堿氧化來制取煙酸，氧化率可達到95%以上[2]。用廢棄煙葉制取煙酸具有成本低的優勢，是煙草化學研究的熱點。

煙葉中還含有氨基酸、有機酸和糖類等重要成分，經提取蛋白后的煙葉酸沉液濃縮后調整pH值，然后加適量的糖，經過Mailard反應生產香精香料，可使煙葉中的氨基酸得到合理利用。而煙葉中的糖也可以做Mailard反應的原料生產香精香料[5]；有機酸則可以通過各種化學方法和物理方法提取分離出來，用于生產實踐。

2廢棄煙葉的其他利用

2.1活性炭的制備

活性炭的化學性質穩定，具有較強的吸附性，是一種良好的吸附劑，還可用作催化劑或催化劑載體，具有足夠的機械強度及耐酸、耐熱、耐堿性能[7]，在化學和醫學工業等方面用途十分廣泛，在除臭、去色及污水處理等方面作用明顯。

利用廢次煙葉制備活性炭的主要工藝[14]：把廢次煙葉渣烘干、粉碎、過40目篩，用4倍于原料重量、濃度為15%的ZnCl2溶液浸泡活化，通入氮氣連續炭化4.5 h，再加入鹽酸煮沸，最后漂洗至中性，在105～110 ℃干燥2 h。該工藝操作簡單，原料易得，且節約成本，所制取的活性炭具有良好的吸附性能，可作為商業活性炭使用。

2.2燃料乙醇的發酵

燃料乙醇是一種新型綠色能源，既是優良燃料又是優良的燃油品改善劑，這種新能源已經受到國內外的重視。煙葉中含有較豐富的糖類，而糖類可經過一定的生物化學方法轉化為乙醇，根據這一原理，高榮天教授等研究了廢棄煙葉制取燃料乙醇的發酵工藝[15]，其主要工藝流程為：

廢棄煙葉清理粉碎去除煙堿處理煙堿半固態發酵蒸餾燃料乙醇

半固態發酵操作步驟簡單，生產成本相對低，乙醇產率高，過程節約時間，還可以提取煙堿；該工藝用石油醚做浸提劑，不僅煙堿提取率高，而且對原料污染較低，將煙堿分離更有利于乙醇產率的提高。

2.3有機肥的制取

大量化肥的使用使環境遭到嚴重的破壞，水體污染加劇。人工合成的無機化肥雖然具有高養分、高肥效等優點，但肥效持續時間短，對土壤有副作用，并會使水質變壞。有機肥養分齊全，肥效持久，可以改良土壤性質，肥效雖慢，但無毒素和重金屬殘留，適用于農作物生長。部分國家已經停止使用無機化肥，有機肥將逐步代替化肥，因此有機肥的開發和使用已經成為各國的熱點。煙葉中富含氮、鉀元素，而湖泊中的藍藻富含磷元素，二者混合制作有機肥可以起到互補作用，同時加入廢棄煙葉可增加藍澡泥的疏松度，改善通氣，有利于堆腐發酵，還可降低藍藻泥的毒素?，F有報道的制取工藝為[16]先將藍藻泥脫水處理至含水量90%，然后與經粉碎后粒度小于 2 mm 的廢棄煙葉?；旌?，機械攪拌后再與自配菌劑充分混合均勻，在室溫下發酵10～20 d，再干燥使水分小于20%即可成品。這樣制備的有機肥各項指標優于國家標準，同時藍藻泥的充分利用也可凈化湖泊。

2.4栽培糙皮側耳

糙皮側耳別稱平菇，是一種常見的食用菌，具有較高營養價值和藥用價值。具有追分散寒、疏經活絡、補腎壯陽的功效[17]。

通常糙皮側耳以棉籽殼為栽培主料，但由于生產規模的擴大，棉籽殼供不應求。研究發現，廢棄煙葉中富含氮、磷、鉀等糙皮側耳生長所必需的營養成分，可代替棉籽殼栽培糙皮側耳。李殿殿等以79%煙葉渣、10%麩皮、10%谷殼為培養料，再加入1%輔料（石膏 ∶碳酸鈣 ∶過磷酸鈣=2 ∶2 ∶1），研究了以廢棄煙葉培養糙皮側耳的方法，結果表明該方法既可以縮短平菇的出菇時間，培育過程操作方便、易于管理，又對環境無污染，降低了生產成本，產品營養價值高、無毒性，符合國家食用標準，為平菇的培育提供了一條新的可行途徑[18]。

2.5生產煙草薄片

煙草薄片是利用卷煙生產過程中所產生的煙末、煙梗、碎煙葉片等煙草廢棄物為原料制成絲狀或片狀的煙葉再生產品[19]，用作卷煙填充料，不但可以改變香煙的物理性能，去除CO、尼古丁、焦油等一些對人體有害的物質，增強香煙的吸勁，還可以提升部分煙葉的質量和檔次。煙草薄片的應用不僅可以提高煙葉的利用率，還可以降低卷煙生產的成本。目前煙草薄片的制造方法主要有輥壓法、稠漿法和造紙法3種[20]。其中造紙法由于具有較好的填充性能及密度小、強度高、低焦油量等優點而優于前2種方法，其生產工藝如下：原料浸提固態分離液體液處理濃縮加香加料固體制漿抄造涂布烘干再造煙葉基片浸涂液

3前景展望

綜上所述，廢棄煙葉具有極其廣泛的用途，在此基礎上，本研究擬出了廢棄煙葉的綜合利用方案（圖1）。

煙葉中含有很多有利用價值的物質，而廢棄煙葉的綜合利用常常被人們所忽視，近些年來，國內外研究者一直致力廢棄煙葉的開發利用研究，其潛在的有用物質將會進一步被開發，并應用于人們的生活及生產。廢棄煙葉的開發利用符合我國可持續發展要求；擴大廢棄煙葉的利用范圍，充分利用廢棄煙葉的有效成分為化學化工、醫藥工業、食品等方面提供原料，使其綜合利用程度增加，不但可以減少對環境的污染，也可以幫助煙農增加經濟收益，因此在這一領域還有很多工作要做。

參考文獻：

[1]董占能，白聚川，張皓東.煙草廢棄物資源化[J]. 中國煙草科學，2008，29（1）：39-42.

[2]彭靖里，馬敏象，吳紹情，等. 論煙草廢棄物的綜合利用技術及其發展前景[J]. 中國資源綜合利用，2001，19（8）：18-20.

[3]宋榮淵，朱春燕. 煙草廢棄物在畜牧業中的開發利用[J]. 上海畜牧獸醫通訊，2009，54（4）：78-79.

[4]胡偉，何洪城，譚利娟. 廢次煙草中有效成分研究發展[J]. 資源科學，2005，32（5）：83-85.

[5]饒國華，趙謀明，林偉鋒，等. 中國低次煙葉資源綜合利用研究[J]. 湖南林業科技，2005，27（5）：120-126.

[6]陳炳志，趙瑾，王超杰，等. 輔酶Q10的應用概況與合成進展[J]. 化學研究，1999，10（1）：29-33.

[7]宋華付，王俊鋒，丁紹民. 輔酶Q10的合成[J]. 化學與粘合，2002，24（6）：267-268.

[8]王建明. 煙葉中茄尼醇的提純和純化工藝研究[M]. 上海：上海人民出版社，1983.

[9]白聚川，董占能，張皓東.煙草廢棄物的綜合利用[J]. 中國野生植物資源，2007，26（5）：41-43.

[10]李德亮，趙瑾，丁穎，等. 煙堿的測量方法[J]. 化學通報，2002，65（3）：174-178.

[11]鄭奎玲，余丹梅. 廢棄煙葉的綜合利用現狀[J]，重慶大學學報：自然科學版，2004，27（3）：61-64.

[12]張國生，侯廣新. 煙堿類殺蟲劑的應用、開發現狀及展望[J]. 農藥科學與管理，2004，25（3）：22-26.

[13]李鳳芹，郝文輝，孫志忠，等. 廢煙葉制取草酸的研究[J]. 黑龍江大學自然科學學報，1996，13（4）：107-108.

[14]劉項，徐君龍. 利用廢次煙葉渣制備活性炭的研究[J]. 煤炭轉化，2004，1（1）：64-66.

[15]孫世中，高天榮，趙焱，等. 廢棄煙葉燃料酒精發酵工藝探索[J]. 農業工程學報，2009，25（6）：245-247.

[16]孫世中，高天榮，徐銳，等. 藍藻泥與廢棄煙葉混合制作有機肥料工藝優化[J]. 云南師范大學學報：自然科學版，2008，28（5）：35-38.

[17]戴玉成，圖力古爾. 中國東北野生食藥用真菌圖志[M]. 北京：科學出版社，2007：185.

[18]李殿殿，李志能，林娟. 利用廢棄煙葉栽培糙皮側耳初探[J]. 食用菌學報，2011，18（4）：9-11.

[19]彭琛，陳越立. 煙草薄片技術應用與研究[J]. 科技信息，2011，25（19）：453.

[20]吳宇航，李思東. 造紙法煙草薄片的研究進展[J]. 廣東化工，2012，39（5）：90-92.

[2]彭靖里，馬敏象，吳紹情，等. 論煙草廢棄物的綜合利用技術及其發展前景[J]. 中國資源綜合利用，2001，19（8）：18-20.

[3]宋榮淵，朱春燕. 煙草廢棄物在畜牧業中的開發利用[J]. 上海畜牧獸醫通訊，2009，54（4）：78-79.

[4]胡偉，何洪城，譚利娟. 廢次煙草中有效成分研究發展[J]. 資源科學，2005，32（5）：83-85.

[5]饒國華，趙謀明，林偉鋒，等. 中國低次煙葉資源綜合利用研究[J]. 湖南林業科技，2005，27（5）：120-126.

[6]陳炳志，趙瑾，王超杰，等. 輔酶Q10的應用概況與合成進展[J]. 化學研究，1999，10（1）：29-33.

[7]宋華付，王俊鋒，丁紹民. 輔酶Q10的合成[J]. 化學與粘合，2002，24（6）：267-268.

[8]王建明. 煙葉中茄尼醇的提純和純化工藝研究[M]. 上海：上海人民出版社，1983.

[9]白聚川，董占能，張皓東.煙草廢棄物的綜合利用[J]. 中國野生植物資源，2007，26（5）：41-43.

[10]李德亮，趙瑾，丁穎，等. 煙堿的測量方法[J]. 化學通報，2002，65（3）：174-178.

[11]鄭奎玲，余丹梅. 廢棄煙葉的綜合利用現狀[J]，重慶大學學報：自然科學版，2004，27（3）：61-64.

[12]張國生，侯廣新. 煙堿類殺蟲劑的應用、開發現狀及展望[J]. 農藥科學與管理，2004，25（3）：22-26.

[13]李鳳芹，郝文輝，孫志忠，等. 廢煙葉制取草酸的研究[J]. 黑龍江大學自然科學學報，1996，13（4）：107-108.

[14]劉項，徐君龍. 利用廢次煙葉渣制備活性炭的研究[J]. 煤炭轉化，2004，1（1）：64-66.

[15]孫世中，高天榮，趙焱，等. 廢棄煙葉燃料酒精發酵工藝探索[J]. 農業工程學報，2009，25（6）：245-247.

[16]孫世中，高天榮，徐銳，等. 藍藻泥與廢棄煙葉混合制作有機肥料工藝優化[J]. 云南師范大學學報：自然科學版，2008，28（5）：35-38.

[17]戴玉成，圖力古爾. 中國東北野生食藥用真菌圖志[M]. 北京：科學出版社，2007：185.

[18]李殿殿，李志能，林娟. 利用廢棄煙葉栽培糙皮側耳初探[J]. 食用菌學報，2011，18（4）：9-11.

[19]彭琛，陳越立. 煙草薄片技術應用與研究[J]. 科技信息，2011，25（19）：453.

[20]吳宇航，李思東. 造紙法煙草薄片的研究進展[J]. 廣東化工，2012，39（5）：90-92.

[2]彭靖里，馬敏象，吳紹情，等. 論煙草廢棄物的綜合利用技術及其發展前景[J]. 中國資源綜合利用，2001，19（8）：18-20.

[3]宋榮淵，朱春燕. 煙草廢棄物在畜牧業中的開發利用[J]. 上海畜牧獸醫通訊，2009，54（4）：78-79.

[4]胡偉，何洪城，譚利娟. 廢次煙草中有效成分研究發展[J]. 資源科學，2005，32（5）：83-85.

[5]饒國華，趙謀明，林偉鋒，等. 中國低次煙葉資源綜合利用研究[J]. 湖南林業科技，2005，27（5）：120-126.

[6]陳炳志，趙瑾，王超杰，等. 輔酶Q10的應用概況與合成進展[J]. 化學研究，1999，10（1）：29-33.

[7]宋華付，王俊鋒，丁紹民. 輔酶Q10的合成[J]. 化學與粘合，2002，24（6）：267-268.

[8]王建明. 煙葉中茄尼醇的提純和純化工藝研究[M]. 上海：上海人民出版社，1983.

[9]白聚川，董占能，張皓東.煙草廢棄物的綜合利用[J]. 中國野生植物資源，2007，26（5）：41-43.

[10]李德亮，趙瑾，丁穎，等. 煙堿的測量方法[J]. 化學通報，2002，65（3）：174-178.

[11]鄭奎玲，余丹梅. 廢棄煙葉的綜合利用現狀[J]，重慶大學學報：自然科學版，2004，27（3）：61-64.

[12]張國生，侯廣新. 煙堿類殺蟲劑的應用、開發現狀及展望[J]. 農藥科學與管理，2004，25（3）：22-26.

[13]李鳳芹，郝文輝，孫志忠，等. 廢煙葉制取草酸的研究[J]. 黑龍江大學自然科學學報，1996，13（4）：107-108.

[14]劉項，徐君龍. 利用廢次煙葉渣制備活性炭的研究[J]. 煤炭轉化，2004，1（1）：64-66.

[15]孫世中，高天榮，趙焱，等. 廢棄煙葉燃料酒精發酵工藝探索[J]. 農業工程學報，2009，25（6）：245-247.

[16]孫世中，高天榮，徐銳，等. 藍藻泥與廢棄煙葉混合制作有機肥料工藝優化[J]. 云南師范大學學報：自然科學版，2008，28（5）：35-38.

[17]戴玉成，圖力古爾. 中國東北野生食藥用真菌圖志[M]. 北京：科學出版社，2007：185.

[18]李殿殿，李志能，林娟. 利用廢棄煙葉栽培糙皮側耳初探[J]. 食用菌學報，2011，18（4）：9-11.

[19]彭琛，陳越立. 煙草薄片技術應用與研究[J]. 科技信息，2011，25（19）：453.

[20]吳宇航，李思東. 造紙法煙草薄片的研究進展[J]. 廣東化工，2012，39（5）：90-92.