烟草废弃物资源化利用现状?存在问题及建议

宋瑞芳 徐光辉 夏阳

摘要作为烟草大国，我国每年产生的烟草废弃物数量不容忽视。烟草废弃物的资源化利用是实现烟草行业可持续发展的有效途径，也是贯彻国家推进绿色生产方式、加快改善生态环境的现实需要。结合国内外研究资料，对目前烟草废弃物资源化利用现状进行了综述，并对烟草资源化利用中存在的问题及建议进行了探讨。

关键词烟草废弃物;资源化利用;存在问题;建议

中图分类号X712文献标识码A

文章编号0517-6611（2019）02-0064-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.02.019

烟草作为一种特殊的经济作物，优质烟叶作为原料用于制作卷烟，而其根、茎、杈、顶以及不适用烟叶则作为废物被丢弃。我国作为烟叶种植大国，生产中不可避免会产生大量的废弃物，这样既造成了资源浪费，也造成了环境污染。近年来，国家逐渐加大了环境保护和农业废弃物的资源化利用力度，烟草行业也不例外。国内外针对烟草的资源化利用也进行了大量研究[1-4]。笔者对目前国内外烟草资源化利用现状进行了综述，并对烟草资源化利用中存在的问题及建议进行了探讨，旨在为烟草废弃物的资源化利用提供参考。

1烟草废弃物资源化利用现状

在烟叶生产和加工的过程中，每年都产生大量的烟草废弃物。据统计，每年约有25%的烟叶、烟秆、烟末等下脚料不能用于卷烟生产而被废弃。若对这些废弃物进行“资源化”利用，不仅可获得符合绿色卫生标准的天然化工原料或燃料等，而且可达到清洁农业和变废为宝的目的，最终实现烟草生产的可持续发展以及生态环境保护和经济效益的双重收益。

烟叶中含有多种化合物，其中茄尼醇、烟碱、蛋白质、氨基酸等都具有较高的利用价值。研究表明，目前国内外对废弃烟草的资源化利用主要是从烟叶中提取茄尼醇、烟碱、植物蛋白等物质[5]，也可用于制作有机肥料、活性炭及生物质燃料等[6]。

1.1重要提取化合物的利用

1.1.1茄尼醇。

茄尼醇作为一种重要的医药原料，在生物化学和药物化学中有着非常重要的作用。它是广泛存在于高等植物、哺乳动物和微生物体内的一种天然产物，在烟草、马铃薯和桑叶中含量较高[7]。茄尼醇最早于1956年由Rowland等[8]从烟叶中分离得到，在烟叶中的含量高达叶片干重的3%[9]。茄尼醇具有抗菌、消炎和止血作用，是合成心血管疾病、抗癌、抗溃疡等新型药物的中间体，也是合成辅酶 Q10 和维生素 K2 的主要原料，在医学上用途十分广泛[10]。由于其特殊效果，

茄尼醇

在北美、日韩及西欧等地区均有较大的销售市场。虽然国际上以茄尼醇为原料的新药研制工作非常活躍，许多已实现药物的极性产品加工及应用，但由于其链长，合成步骤多，暂无法完成工业化合成，主要是从烟叶中提取[11-12]。

烟叶提取法在国内仅能实现工业化粗提纯，即提纯含量仅能达到17%左右。粗品茄尼醇不能直接作为药用原料，我国将粗品茄尼醇出口到日本、美国等国家后，被制成含量在90%以上的精品茄尼醇生产辅酶Q10，然后再以高昂的价格返销国内。

作为一个烟草大国，我国发展精品茄尼醇产业有着得天独厚的资源优势。从烟草尤其是废次烟草中提取茄尼醇，不仅能获得一种重要的医药原料，而且能将废次烟草加以利用，提高烟草的工业附加值。但是，目前我国高纯度茄尼醇工业化生产难度很大，亟待突破其精品和纯品的生产及其转化生产终端药物的技术，加强自主创新，抢占国际和国内市场。一旦解决技术及生产成本问题，高纯度茄尼醇将成为回报迅速、获利稳定的医药化工中间体。

1.1.2烟碱。

烟碱俗称尼古丁，是烟叶中生物碱的一种主要成分，约占烟草总生物碱的95%。烟碱是重要的化工和医药原料，其应用十分广泛[13-14]。烟碱可用于制备无残留、无污染、高效低毒的绿色杀虫剂[15]，高纯度烟碱可用于戒烟膏的制备[16]，同时其合成的一系列药物对于治疗心脏病、蛇咬伤、皮肤病等具有良好的疗效[17]。高纯度的天然烟碱在国际市场上备受青睐，含量为 98.5%的高纯度天然烟碱的价格高达100美元/kg左右[5]。由于通过化学合成的烟碱成本太高，很难进行工业化生产，目前使用的烟碱主要是从茄科植物中提取，因此烟碱具有较高的开发利用价值。

目前从烟叶中提取烟碱的常见方法有离子交换法[18]、水蒸汽蒸馏法[19]、超临界萃取法[20]等。这些方法各有优缺点，其中相当一部分方法因为设备昂贵或蒸馏操作费时等原因而很难进行推广应用[21]。采用超临界CO2提取的天然烟碱产品质量稳定，精制后能达到一级品要求，处理后的烟叶香味和物理性状基本不变，具有一定的工业化价值[22]。

烟碱和茄尼醇都是烟叶中重要的活性物质。目前报道的有关文献大多以烟碱和茄尼醇单独的提取工艺路线为主。如果能够实现对二者的联合提取，将大大降低生产成本。研究表明[23]，先从废烟叶中提取烟碱，再从烟叶渣中提取茄尼醇这条工艺路线是可行的，但实现联合提取的工业化生产还有待进一步研究。

1.1.3蛋白质。

从烟草中提取的蛋白质具有较高的营养价值和药用价值[24]。烟叶蛋白中含有10种氨基酸，营养价值远远高于其他植物蛋白，可以替代酪蛋白和鸡蛋，用于食品制作的添加剂，提高其营养价值，还可以用做牛奶替代品提供给乳糖不耐受病人。研究表明，烟草叶片中可溶性蛋白含量较高，从烟草中提取植物蛋白的产量是大豆产量的4倍，白肋烟中蛋白质含量高达20.48%[25]。烟叶中的蛋白质分为可溶性蛋白和不溶性蛋白。50%左右的可溶性蛋白是一种单独的叶绿体蛋白质（fraction Ⅰ protein，即FⅠ蛋白），另50%为所有其他可溶蛋白质的复合物（fraction Ⅱ protein，即FⅡ 蛋白）[26]。早期研究工作者提取FⅠ 蛋白的生产工艺复杂，投资大，产量低，人们难以接受。后来，科研工作者对烟叶中的FⅠ 蛋白进行了提纯，得到了高纯度的FⅠ蛋白，对烟叶FⅠ蛋白提纯方法的逐步简化做出了很大的贡献[27-28]。然而，这些提取方法因为提取过程比较繁琐，且需低温高速离心等步骤，难以适应大规模工厂化生产的需要[29]。FⅡ 蛋白的提取技术要比FI蛋白简单很多，国内外也进行了深入研究，并已经进入了应用阶段[30-31]。

1.2烟草废弃物的其他利用

1.2.1生产有机肥。

主要是利用生物腐熟技术将烟秆或废弃烟叶制成有机肥。该技术具有周期短、无环境污染及利用率高等特点。由于烟碱含量较高，经过腐化后形成的有机肥具有独特的抗病和生化作用。四川省凉山烟区在处理不适用烟叶时，采取沼气池发酵腐熟的方法，将产生的沼气用于农户家庭燃料，沼气物料则作为有机肥还田进行改良土壤[32]。湖北省恩施州利用烟草秸秆发酵技术成功生产出烟草秸秆生物有机肥，并形成“一厂四线”的生物有机肥生产布局，构建了“低碳烟草、清洁生产、循环农业”的烟区可持续发展全新模式[33]。云南省楚雄地区利用烟田废弃生物质堆捂发酵工艺生产的生物有机肥已被应用于楚雄州香蕉、葡萄、玉米、石榴、蔬菜、核桃等粮食和经济作物生产中，示范面积达1 000余hm2，产生了较好的经济效益和社会效益[34]。贵州省对烟草秸秆的资源化利用也进行了大量研究，并取得了丰硕的科研成果，2017年7月13日遵义市烟草公司被国家烟草专卖局认定为“烟草行业微生物有机肥工程中心”（国烟科〔2017〕176号）。

1.2.2制备活性炭。

活性炭的化学性质稳定，具有较强的吸附性，是一种良好的吸附剂，可用做催化剂或催化剂载体，具有足够的机械强度及耐酸、耐热、耐碱性能，在化学和医学工业等方面用途十分广泛，在除臭、去色及污水处理等方面作用明显。目前，我国活性炭生产的原料绝大部分是木质原料[35]，而烟秆含碳量在40%以上，化学组成与木材相似且来源广泛[36]。利用烟秆制备出的活性炭具有良好的吸附性能，可作为商业活性炭使用。因此，烟秆是制作高档次活性炭的优质原料。另外，还可以用烟草废弃物提取有用成分后的残渣生产活性炭[37]。这样既提高了综合利用效率，又实现了废物的综合利用，在经济和环保方面都具有重大的意义。

1.2.3制备生物质燃料。

生物质燃料是一种洁净新能源，具有原料多样性、资源可循环性等特点，此外还具有对环境无害、经济可行等优点。它可转化为常规的固态、液态和气态燃料，是一种可再生能源，资源利用率高，可代替煤炭[38]。生物质燃料在烟叶烘烤中的推广应用对于解决烟叶烘烤替代能源问题具有重要意义，是实现烘烤能源改革的新途径之一。

利用烟草废弃物制备生物质燃料，目前主要有3种方式。一是固化成型燃料。将烟秆压块作为燃料可烘烤烟叶。研究表明，将烟秆压块作为燃料烘烤烟叶，其烘烤工艺曲线与煤炭作燃料基本吻合[39]，且烘烤成本比使用煤炭更低[40]。因此，烟秆压块代煤烘烤烟叶是可行的。该技术目前比较成熟，有些烟区已经用于烟叶烘烤。二是乙醇。由于烟叶中含有較丰富的糖类，将废弃烟叶经发酵后可得到乙醇[41-42]。乙醇作为一种新型绿色能源，既是优良燃料又是优良的燃油品质改善剂，已经受到国内外的关注。三是沼气。将烟秆或烟叶打碎后进行厌氧发酵产生沼气和沼渣、沼液，沼气用做居民家庭烹饪或进行烟叶烘烤，沼渣沼液因富含多种营养元素，是理想的烟用肥料。沼肥施入烟田可以有效降低烟株早花和病虫害的发生率[43]。张晓辉[44]研究表明沼气发酵液对多种作物的30多种病虫害有良好的防治效果，有的已达到或超过农药的功效。利用沼液防治烟草赤星病，其防效优于现行农药[45]。

1.2.4其他用途。

烟秆富含纤维素，含量为38%～45%，纤维质量好，且比一般木材和草类秸秆纤维易于提取和加工，比木材、秸秆纸浆成本低。烟秆既可用于造纸业[46-47]，又可供卷烟厂按比例掺和在烟末中作烟草薄片，这样做出的薄片强度高、弹性好，燃烧性能好[48]。烟秆还可以制作纤维板。由于烟秆含有烟碱成分，用烟秆制成的纤维板具有防虫、杀虫作用，因而具有较高的使用价值和经济价值[49]。罗小芳等[50]研究表明，用烟秆可以生产可降解育苗盘，同样由于其含有烟碱，该育苗盘具有防虫效果，为幼苗的生长提供了良好的生存环境。以上烟秆的多用途开发为我国节约木材，提高烟草的综合利用，变废为宝，增加烟农收入和发展烟草生产开辟了广阔的前景。

2烟草废弃物资源化利用存在的问题

2.1研究目标单一，资源化利用缺乏统筹规划

从目前对烟草资源化利用的相关研究来看，大部分是从单一的技术入手，未能从循环经济的角度出发，暂未进行全局统筹规划。比如对主要化合物的提取，大部分研究将重点放在单一目标提取物上，将几种提取物进行联合提取的较少，也很难将提取过程中产生的废水、废气和废渣进行综合考虑并进行安全处理，在不同程度上对环境造成了污染，资源化利用也不充分。

2.2研究深度不够，行业内外缺乏交流

尽管行业内在烟草资源化利用方面做了不少的工作，也取得了一定的成效，但这些研究大多局限于用烟秆生产有机肥、活性炭等这些初级利用方面，在茄尼醇、烟碱、蛋白质等这些高端提取物方面研究深度不够。然而，行业外的研究机构在烟草有效成分的提取上做了大量的工作，尤其是一些生物科技公司、医药企业，在有效成分提取技术方面做了深入研究，且成效显著。

2.3产品成本偏高，社会普遍认识不够

据湖北省恩施州提供的数据核算，烟草秸秆生物有机肥生产成本达到1 350元/t，远远高于以畜禽粪便、城市污泥等为主要原料的有机肥（价格约为600元/t）[33]。加上烟秆生物有机肥见效慢、投入大、产投比低，烟农的关注点在于其经济效益，难以考虑到生态/社会效益。尤其是随着烟叶种植规模的逐年加大和农村青年劳动力外出务工人员的增多，土地流转现象较为普遍。在这种形势下，土地的“用养结合”显得更加困难。

2.4环保意识不强，烟田废弃物回收困难

根据传统的种植习惯和思想上认识的局限性，烟田废弃物对烟田和生态环境造成的危害一直没有引起烟农的重视。通常情况下，生产管理中产生的不适用鲜烟、烟花和烟叉被堆沤、掩埋，甚至是随意丢弃，而拔出来的烟秆则被堆放在田间地头。这样不仅会污染环境，而且不利于田间卫生，很容易造成病原物滋生。由于烟田废弃物的资源化利用还处于初步探索阶段，因此其回收利用的流程或者相关政策不完善，这样就造成烟田废弃物回收比较困难。

2.5推广面积不大，示范带动效应不强

烟草行业内对烟草资源化利用方面还处于探索阶段，取得的研究成果也只是在研究单位进行试点推广，技术体系还不够完善。湖北省恩施州生产的“清江源”有机肥，在恩施州推广面积达到100%，但在湖北省内的其他烟区推广面积有限。许昌市烟草公司与许昌同兴现代烟草科技有限公司开展的生物质烤房改造，虽然应用效果良好，但仍处于试验、示范阶段。示范推广面积较小，可能与使用生物质焚烧炉需要对现有的密集烤房进行改造，而烤房改造成本和设备投入较大缺乏政策扶持有关。

3烟草废弃物资源化利用的建议

目前我国烟草资源化利用还处于初级阶段，行业内开展的资源化利用大多集中在生物质燃料和有机肥生产上，并且也取得了较好的经济效益和生态效益。尽管还存在一些不足和困难，但已经开启了烟草资源化利用的新篇章。鉴于以上因素，对烟草资源化利用提出了一些建议。

3.1加强科技创新

由于烟草行业的特殊性，在技术开发某些方面存在一定的局限性，与行业外研究该领域的科研单位交流不够。通过搜集烟草资源化利用的资料发现，关于茄尼醇、烟碱等化合物的提取工艺文献中能查到的资料很少。一些提取工艺相对比较成熟，也有相应的提取设备，或因涉及到商业机密，关于这方面的核心技术未见报道。因此，加强烟草资源化利用科技创新，一方面要做好项目论证，要从多角度、全方位对行业内外的研究成果进行充分考察、总结、论证的基础上，更全面地了解烟草重要提取物的提取工艺研究进展及资源化利用的可行性;另一方面加强行业内外合作，可以通过科技立项、项目合作等形式，积极引进社会资源参与烟草废弃物资源化利用的研究与开发，充分发挥社会资源在人才、技术、市场等方面的优势，进一步拓宽烟草资源化利用空间，为烟草农业绿色生产、烟农增收、行业增效做出贡献。

安徽农业科学2019年

3.2加强政策支持

一是为生物质烤房的改造制定相应扶持政策。对于燃煤密集烤房，如果改用生物质燃料，其焚烧炉则需要进行改换，而改换生物质专用的焚烧炉需要一笔不小的资金。生物质焚烧炉改建需要相关政策支持，以利于生物质烤房的推广应用。二是要加大对烟草秸秆生物有机肥的扶持力度。一方面，行业要加大烟草秸秆有机肥的补贴力度，因为秸秆类生物有机肥生产成本明显高于其他有机肥。采用适当补贴方式可使烟农更易接受，从而促进烟草秸秆生物有机肥快速推广。另一方面，要积极争取当地政府、相关部门的政策支持，加大对烟草秸秆生物有机肥的宣传推广力度。三是烟田废弃物的回收需要政策引导。对烟田废弃物（包括“优化烟叶结构”打掉的不适用鲜烟叶、打顶抹杈产生的烟花、烟叉和烟叶采收后剩下烟秆等）的处理一直是烟叶生产中很难解决的问题。因此，对于烟田废弃物的回收利用，建议出台相关政策加强引导，并采取相应措施进行规范约束，打通烟田废弃物从“田间”到“车间”的通道，解决好烟田废弃物回收、转运成本的问题，为废弃烟草深加工提供原料保障和市场保障。

3.3加强技术推广

对行业内外比较成熟的技术，建议引进并进行示范推广，同时结合当地实际进行技术本地化研究。逐步建立完善的技术体系和推广体系，以点带面、因地制宜地进行推广。例如，用烟杆生产的生物有机肥效果良好，易于被烟农接受，也有利于推广应用。这样不仅能解决烟草废弃物资源化利用问题，而且能够解决烟草秸秆还田、减少化肥使用量和实现植烟土壤用养结合等问题。

3.4加强循环利用

烟草废弃物的资源化利用属于循环经济。如果在变废为宝的过程中不能综合考虑问题，不能将整个综合利用的过程形成链条，那么将失去资源化利用的意义。因此，在开展烟草废弃物资源化利用前，要做到总揽全局，综合考虑问题。对于要提取的目标成分（如茄尼醇和烟碱等）可以进行联合提取，提取有效物质后的废渣则可以作为生产有机肥、活性炭、纤维板、制备沼气等的原料，提取过程中产生的废液可循环利用或是经处理后用于灌溉农田，实现资源的有效利用，尽可能降低对环境的污染。

4结语

从行业长远发展和生态环境保护的重大意义来看，实现烟草资源化利用功在当代、利在未来，且具有划时代意义，也是烟草农业与卷烟工业可持续发展的必然要求。对烟草废弃物进行合理开发、综合利用，使烟草不仅作为卷烟工业原料，而且成为化工、食品以及医药的重要原料，将产生巨大的经济效益、良好的社会效益和生态效益。因此，因地制宜、科学有效地进行烟草资源化利用仍将是科研工作者今后研究的重点方向。

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