废弃烟叶的综合利用

勾华+刘建程

摘要：综述了废弃烟叶的综合利用情况。论述了烟叶中重要化合物（包括茄尼醇、烟碱、草酸、蛋白质、烟酸、酰胺等物质）的提取与利用；概述了废弃烟叶在活性炭的制备、燃料乙醇的发酵、有机肥的制取、糙皮侧耳的栽培、烟草薄片的生产等方面的利用；对废弃烟叶的综合利用前景进行了展望。

关键词：废弃烟叶；利用；烟碱；烟叶蛋白；烟酸

中图分类号：X712文献标志码：A文章编号：1002-1302（2014）02-220-03

收稿日期：2013-07-02

基金项目：贵州省遵义市科学技术项目（编号：遵市科合社字[2008]18号）。

作者简介：勾华（1962—），女，贵州遵义人，教授，主要从事电化学研究。E-mail：zygouhua515@163.com。在我国农产品收入之中，烟草次于稻、麦、棉、大豆、玉米，居第6位[1]。烟草是烟农脱贫致富的经济作物，在我国国民经济发展中有重要作用。我国的烟草种植面积和产量均在世界前列，但由于受种植管理技术和加工技术的限制，在栽培、运输及制作卷烟过程中约25%的烟叶、下脚料不被充分利用而遭废弃[2]。将这些废弃烟叶焚烧或是随意丢弃，不仅浪费，而且污染环境。经研究，烟叶中已经鉴定出300多种化合物，其中茄尼醇、烟碱、烟草蛋白等重要化合物在化工、医药、农业等方面有着广泛应用[3]。如果可以将这些化合物提取并将其开发利用，使废弃烟叶变为人们所需的原料，如利用其富含的各种有机化合物来制取有机肥代替合成化肥，则不但可以减少环境污染，还符合绿色发展的要求。本研究从废弃烟叶中重要化合物（茄尼醇、烟碱）的提取及以废弃烟叶为原料制取活性炭、发酵燃料乙醇、制取有机肥等2个方面，对废弃烟叶的综合利用进行了简要综述。

1烟叶中重要化合物的提取

1.1茄尼醇的提取和利用

茄尼醇是烟叶的重要组成成分之一，其含量在烟叶干重的0.5%～1%之间[4]，分子式为C45H74O，分子量631.079，熔点31～32 ℃，沸点52.6 ℃。纯净的茄尼醇通常是白色蜡状固体，有时略带黄色，在水中溶解度极小，而易溶于有机溶剂，如丙酮、乙醚等。茄尼醇含有醇羟基和多个非共轭双键，能发生加成、还原、氧化等反应[5]，是合成新型药物的重要原料之一，具有较强的生物活性和抗菌消炎能力，可用于合成治疗心血管疾病的药物辅酶Q10和维生素K2侧链，还是合成抗癌增效剂SDB和抗溃疡等重要新型药物的中间体[6]。辅酶Q10是参与人体内代谢的重要活性物质之一，有顺反2种异构体，只有全反式辅酶Q10对人体才有作用。以茄尼醇作为主要原料合成辅酶Q10，不但操作方便、条件温和，而且最终产物均为反式辅酶Q10[7]。

以烟叶为原料提取茄尼醇的方法比较多，通常茄尼醇的提取工艺为原料粉碎、浸取，以正己烷作为抽提溶剂，加热搅拌，然后抽提数次，过滤后即可得茄尼醇粗产品。粗品的提取方法有间歇萃取法、连续萃取法和超临界萃取法[8]、喷淋萃取法等。间歇萃取法由于操作麻烦、劳动强度比较大、成本高等因素而被淘汰不再使用。连续萃取法工艺采用逆流萃取方式，具有溶剂用量少、提取率高、自动化程度强、需要的劳动强度低和技术先进等优点。超临界萃取法效果好，但设备和操作费用过高[9]。喷淋萃取法通过多次喷淋萃取可使萃取率达90%以上，但具有溶剂用量较大等缺点[3]。为了解决溶剂用量过大等问题，贵州师范大学的邓奎玲教授等提出了如下的三级浸提法工艺[5]：

1.2烟碱的提取与利用

烟叶中烟碱的含量约占其生物碱的95%，占烟草干重的0.5%～6%[4]。烟碱俗称尼古丁，分子式为C10H14N2，分子量为162.23，沸点247 ℃，20 ℃时密度为1.007 1。高纯度烟碱在常温下为无色或淡黄色液体，容易潮解，易溶于有机溶剂如醇、氯仿、石油醚等[6]，具有左旋光性[10]，属于二元有机弱碱。烟叶中烟碱通常以烟碱盐的形式存在，易于分离和提取[11]。烟碱是制作绿色农药的重要原料，可用于制取高效绿色杀虫剂，具有低毒高效、残效期长、对作物安全、无药害、杀虫谱广、内吸和渗透较强等优点[12]。高纯度烟碱在化工和医药方面也有重要用途，用作卷烟工业中的一种添加剂，可以去除卷烟杂气而增加吸劲，还可用于纤维素的合成及戒烟膏的制备；在医药上可用来配制医用香精，同时其合成的一系列药物对治疗心脏病、蛇咬伤、皮肤病等疗效良好。因此烟碱有较高的开发利用价值。

烟碱的提取方法较多，各有其工艺特点及使用范围，如萃取分离蒸馏法提取天然烟碱工艺流程为[2]原料→稀酸浸提→碱中和→水蒸气蒸馏→草酸处理→碱化→成品烟碱，该方法耗能较高、收率低、产品浓度低。文献[4]中介绍的水浸有机溶剂萃取法的工艺是将已经粉碎的烟叶用水浸取，再将浸取液用石灰水调pH值至9.5左右，然后再用碳酸钠除钙澄清，将澄清液用三氯乙烯、二氯丙烯、煤油等有机溶剂萃取，最后用硫酸液反萃取，由水相即可得到硫酸烟碱盐。但是烟叶中含有较多易溶于水的生物碱，不利于烟碱的分离，阻碍了该工艺的发展。连续萃取法工艺如下[5]：原料粉碎浸提浸液萃取反萃取烟碱烟渣皂化水相萃取分离提纯烟碱

该工艺成本低、效率高、操作简单方便，提取所得的烟碱纯度可达99%，但产生的废水不便于处理。其他方法如离子交换萃取法，虽然周期短，但产品污染严重且树脂也容易被污染；超临界萃取法萃取率高、产品质量好、能量耗损低、劳动力强度小、溶剂用量少，但设备的投资及维修费比较昂贵，不适用于大规模生产。

1.3草酸的提取

草酸即乙二酸，常以钙盐和钾盐的形式存在于多种植物细胞中，是一种重要的化工原料，在药物生产、稀土元素提取、皮革鞣制、高分子合成工业等方面应用广泛。李凤芹等经过研究得出从废弃烟叶提取草酸的一种方法，即将提取烟碱后所剩的烟叶渣经过一定的处理后，在物料 ∶硝酸（65%） ∶硫酸（98%）=1 ∶（7.5～7.7） ∶（3.0～3.5）（该配比为重量配比）、温度700 ℃条件下反应时间7 h，提取草酸的收率可达40%以上[13]。该工艺条件温和易于控制，基本上无工业三废，适用于草酸小规模生产。

1.4蛋白质、烟酸及酰胺等物质的提取

在2 000多种植物蛋白含量的研究中，烟草的蛋白质含量高达10.68%，与玉米、甘蔗等农作物相近。有研究发现，用废弃烟叶提取茄尼醇和烟碱后，加酸或酸化后的下层凝沉淀部分可用于提取植物蛋白[2]。烟草植物蛋白营养价值较高，不仅可用于蛋白食品的生产，还可以用于生产功能性食品、香精香料、医学辅助材料等，可作为天然营养食品添加剂和饲料添加剂[9]。

烟酸和烟酸胺是重要的医药中间体及电镀光亮添加剂，同时烟酸也可用于日用化工等方面，如可以合成新型染发剂。一些国外科学家用烟草生物碱氧化来制取烟酸，氧化率可达到95%以上[2]。用废弃烟叶制取烟酸具有成本低的优势，是烟草化学研究的热点。

烟叶中还含有氨基酸、有机酸和糖类等重要成分，经提取蛋白后的烟叶酸沉液浓缩后调整pH值，然后加适量的糖，经过Mailard反应生产香精香料，可使烟叶中的氨基酸得到合理利用。而烟叶中的糖也可以做Mailard反应的原料生产香精香料[5]；有机酸则可以通过各种化学方法和物理方法提取分离出来，用于生产实践。

2废弃烟叶的其他利用

2.1活性炭的制备

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，还可用作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[7]，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。

利用废次烟叶制备活性炭的主要工艺[14]：把废次烟叶渣烘干、粉碎、过40目筛，用4倍于原料重量、浓度为15%的ZnCl2溶液浸泡活化，通入氮气连续炭化4.5 h，再加入盐酸煮沸，最后漂洗至中性，在105～110 ℃干燥2 h。该工艺操作简单，原料易得，且节约成本，所制取的活性炭具有良好的吸附性能，可作为商业活性炭使用。

2.2燃料乙醇的发酵

燃料乙醇是一种新型绿色能源，既是优良燃料又是优良的燃油品改善剂，这种新能源已经受到国内外的重视。烟叶中含有较丰富的糖类，而糖类可经过一定的生物化学方法转化为乙醇，根据这一原理，高荣天教授等研究了废弃烟叶制取燃料乙醇的发酵工艺[15]，其主要工艺流程为：

废弃烟叶清理粉碎去除烟碱处理烟碱半固态发酵蒸馏燃料乙醇

半固态发酵操作步骤简单，生产成本相对低，乙醇产率高，过程节约时间，还可以提取烟碱；该工艺用石油醚做浸提剂，不仅烟碱提取率高，而且对原料污染较低，将烟碱分离更有利于乙醇产率的提高。

2.3有机肥的制取

大量化肥的使用使环境遭到严重的破坏，水体污染加剧。人工合成的无机化肥虽然具有高养分、高肥效等优点，但肥效持续时间短，对土壤有副作用，并会使水质变坏。有机肥养分齐全，肥效持久，可以改良土壤性质，肥效虽慢，但无毒素和重金属残留，适用于农作物生长。部分国家已经停止使用无机化肥，有机肥将逐步代替化肥，因此有机肥的开发和使用已经成为各国的热点。烟叶中富含氮、钾元素，而湖泊中的蓝藻富含磷元素，二者混合制作有机肥可以起到互补作用，同时加入废弃烟叶可增加蓝澡泥的疏松度，改善通气，有利于堆腐发酵，还可降低蓝藻泥的毒素。现有报道的制取工艺为[16]先将蓝藻泥脱水处理至含水量90%，然后与经粉碎后粒度小于 2 mm 的废弃烟叶粒混合，机械搅拌后再与自配菌剂充分混合均匀，在室温下发酵10～20 d，再干燥使水分小于20%即可成品。这样制备的有机肥各项指标优于国家标准，同时蓝藻泥的充分利用也可净化湖泊。

2.4栽培糙皮侧耳

糙皮侧耳别称平菇，是一种常见的食用菌，具有较高营养价值和药用价值。具有追分散寒、疏经活络、补肾壮阳的功效[17]。

通常糙皮侧耳以棉籽壳为栽培主料，但由于生产规模的扩大，棉籽壳供不应求。研究发现，废弃烟叶中富含氮、磷、钾等糙皮侧耳生长所必需的营养成分，可代替棉籽壳栽培糙皮侧耳。李殿殿等以79%烟叶渣、10%麸皮、10%谷壳为培养料，再加入1%辅料（石膏 ∶碳酸钙 ∶过磷酸钙=2 ∶2 ∶1），研究了以废弃烟叶培养糙皮侧耳的方法，结果表明该方法既可以缩短平菇的出菇时间，培育过程操作方便、易于管理，又对环境无污染，降低了生产成本，产品营养价值高、无毒性，符合国家食用标准，为平菇的培育提供了一条新的可行途径[18]。

2.5生产烟草薄片

烟草薄片是利用卷烟生产过程中所产生的烟末、烟梗、碎烟叶片等烟草废弃物为原料制成丝状或片状的烟叶再生产品[19]，用作卷烟填充料，不但可以改变香烟的物理性能，去除CO、尼古丁、焦油等一些对人体有害的物质，增强香烟的吸劲，还可以提升部分烟叶的质量和档次。烟草薄片的应用不仅可以提高烟叶的利用率，还可以降低卷烟生产的成本。目前烟草薄片的制造方法主要有辊压法、稠浆法和造纸法3种[20]。其中造纸法由于具有较好的填充性能及密度小、强度高、低焦油量等优点而优于前2种方法，其生产工艺如下：原料浸提固态分离液体液处理浓缩加香加料固体制浆抄造涂布烘干再造烟叶基片浸涂液

3前景展望

综上所述，废弃烟叶具有极其广泛的用途，在此基础上，本研究拟出了废弃烟叶的综合利用方案（图1）。

烟叶中含有很多有利用价值的物质，而废弃烟叶的综合利用常常被人们所忽视，近些年来，国内外研究者一直致力废弃烟叶的开发利用研究，其潜在的有用物质将会进一步被开发，并应用于人们的生活及生产。废弃烟叶的开发利用符合我国可持续发展要求；扩大废弃烟叶的利用范围，充分利用废弃烟叶的有效成分为化学化工、医药工业、食品等方面提供原料，使其综合利用程度增加，不但可以减少对环境的污染，也可以帮助烟农增加经济收益，因此在这一领域还有很多工作要做。

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