煙梗綜合利用研究進展

張永良　周曉微　梁萌

摘要 作為煙草加工中重要的副產物，煙梗的綜合利用對于提高煙草行業的總體效益具有非常重要的意義。通過總結近年來的發展，對煙梗在卷煙工業中的應用、煙梗中化學成分的提取研究和作為生物質的利用進行了綜合分析，最后展望了煙梗綜合利用的未來發展。

關鍵詞 煙梗；綜合利用；有效成分；生物質

中圖分類號 TS49 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）08-0232-03

Abstract As the important by-product in tobacco processing， the utilization of tobacco stem is of significant meaning to the total benefit of tobacco industry. In this paper， the recent development of tobacco stem utilization technique was reviewed. The application of tobacco stem in tobacco industry， the research on chemical component extraction from tobacco stem， as well as the utilization of tobacco stem as biomass， had been separately discussed in details. In the end， the authors proposed the possible future directions for comprehensive utilization of tobacco stem.

Key words tobacco stem； complex utilization； active ingredient； biomass

煙草是一種重要的經濟作物和嗜好性消費品，中國煙草的種植面積及產量均位居世界第1位。而作為煙草加工重要的副產物，我國煙梗年產量達到60萬t左右，其中只有約40萬t（占比67%左右）被有效利用[1]。數十萬噸的煙梗被廢棄，既污染了環境，同時也造成了資源浪費。煙梗的細胞壁物質含量較高，在熱解時產生較多的低級醛類，在燃吸過程中產生刺激性氣味引起嗆咳，這是影響卷煙內在品質和風味的不利因素，也是導致煙梗在卷煙行業中利用率較低的主要原因。在資源短缺的今天，采用現代生物技術和化工技術，提高煙梗在卷煙生產中的利用率，提取煙堿、植物蛋白、煙酸等高附加值化合物，利用煙梗作為生物質原料加工，將為煙梗的綜合利用提供新的途徑，具有重要的意義和良好的經濟價值。

1 煙梗簡介

煙梗是煙葉中的粗葉脈，占葉重的25%～30%，將其切絲后可添加到卷煙中。煙梗的化學成分與種類基本與煙葉一致，但總氮、水溶性總糖及煙堿的含量較低。煙梗中細胞壁物質含量較高，占其干重的35%～40%，主要包括纖維素、半纖維素、果膠質和木質素等，且隨煙草等級的下降，含量也在增加[2]。

湯朝起等[3-5]研究不同產地的烤煙煙梗，發現煙梗總細胞壁物質含量平均為38.83%，其中果膠含量平均為11.63%，木質素含量平均為2.20%，半纖維素含量平均為3.47%，纖維素含量平均為21.69%，與煙葉的組成存在很大區別（表1）。煙梗中總糖含量低、纖維素和果膠等細胞壁物質含量高的特點，造成糖堿比的失調，影響煙草的感官品質，同時也限制了其在卷煙中的勾兌比例。

2 煙梗在卷煙工業中的應用

2.1 梗絲制造

梗絲是卷煙配方的重要組份之一，梗絲再造技術也是目前煙梗利用的主要途徑。卷煙企業出于減害降焦的目的，使梗絲在卷煙配方中的摻配比例逐漸增大，這是由于梗絲焦油釋放量低，可明顯降低卷煙的焦油量[6]，同時也可提高卷煙的透發性和細膩程度[7-8]。煙梗的添加同時也節約煙葉原料，降低卷煙成本。

煙梗加工技術非常重要，科研人員研究最多的是梗絲的大小和長度、梗絲分布形態、膨脹梗絲摻配量等對卷煙感官質量的影響。近年來，林凱[9]、黃天輝等[10]、許春平[11]等利用生物法處理煙梗，改善品質以提高煙梗在梗絲制造中的利用率。

2.2 制備煙草薄片

煙草薄片是利用煙梗、煙末、低次煙葉等煙草加工廢棄物作為原料制備的一種特殊煙草原料，也稱之為再造煙葉。煙草薄片可以在一定程度上節省煙草原料，改善卷煙的物理和化學性質，從而提高卷煙品質。

目前，國際上煙草薄片的生產技術主要包括輥壓法、稠漿法和造紙法[12]。國內對造紙法煙草薄片生產工藝的研究處于發展階段，與國外的成熟技術相比，還不夠完善[13]，生產過程中存在能耗高、得率低、薄片質量差、環境污染等突出問題。這些問題都是造紙法煙草薄片科研人員亟需解決的問題。黃思敏等[14]研究造紙法再造煙葉提取新工藝，唐向兵等[15]對造紙法煙草薄片生產廢水處理技術進行了優化改造，以減少對環境的影響，提高煙草薄片的質量。

2.3 制備復合型卷煙濾嘴

濾棒可有效濾除煙氣中的部分有害成分，是連接卷煙與消費者的橋梁。為了增強濾嘴的吸附功能，盡量多選擇空隙結構豐富、比表面積大的材料作為復合濾嘴的添加材料[16]。堯珍玉等[17]研究膨脹煙梗顆粒復合濾嘴，為卷煙功能復合濾嘴的開發提供新的材料，也為煙梗利用提供了一個新的研究方向。

2.4 提取煙用香料

作為煙草制品的重要添加劑，煙用香料可使煙支在燃吸過程中獲得良好的感官品質和煙氣效果[18]。根據其來源不同，可將其分為合成煙用香料和天然煙用香料。其中，天然香料是從煙草和其他動植物中提取得到的，而合成香料是通過化學反應由基本的有機原料合成而得[19]。馬海昌[20]利用煙梗制備天然煙用香料，提供了煙用香料的進一步研究參考和煙梗利用的新途徑。

3 特殊化學成分提取

3.1 提取煙堿

煙堿俗稱尼古丁（nicotine），主要應用于現代農業生產[21]和醫學生產[22-24]中。以煙梗為原料提取煙堿具有明顯的經濟效益。煙堿提取目前主要有以下幾種方法：蒸餾分離法、水浸-有機溶劑萃取法、酸堿抽提法和離子交換樹脂法。

煙堿在醫藥方面可作為藥物中間體，制造心血管類、神經類以及代謝功能類藥物，對帕金森綜合癥[21]、老年癡呆[25]及抑郁癥[26]有一定的治療和緩解作用。在農業生產中，煙堿殺蟲劑因其制作簡單、取材容易、使用安全而且無殘留，在防治果蔬、花卉和農作物的蚜蟲、卷葉蟲等害蟲上效果良好。

3.2 提取茄尼醇

煙草中的茄尼醇（solanesol）是目前研究的熱點之一[27-29]，通常占煙草總重的0.3%～3.0%。

茄尼醇具有較強的抗癌生物活性，是合成治療癌癥、潰瘍和心血管病等藥物的中間體，并可用于合成輔酶Q10等代謝激活劑，還具有消炎、止血、抗菌等功效[30]。國外從煙草中提取茄尼醇的技術中，工藝較為成熟的是日本的2項專利[31]。國內則以孫心齊等[32]為主率先對煙葉中的茄尼醇進行提取研究，但是都以溶劑提純為主，由于工藝流程復雜、成本昂貴、難以控制而未能進行工業化生產。

3.3 提取植物蛋白

從煙草中提取的植物蛋白營養價值高于酪蛋白和雞蛋，可作為人類的替代食物[33]。煙草蛋白在臨床上主要是供給腎臟病患者或忌鹽性患者使用[34]，也可以用于補充體能。據報道，美國佛羅里達生物技術研究所已經成功建立了一條煙草蛋白生產線，從煙草中提取蛋白質供給藥用。國內也對煙草蛋白質的提取工藝進行不斷的研究[35]。提取蛋白質以后的煙梗仍可以作為卷煙的原料，并不影響卷煙的質量。煙草中總共已經發現了43種氨基酸，含量約為煙葉干重的3%[36]，具有人體必需的8種氨基酸[37]。為此有人預言，煙草中的氨基酸、蛋白質和多糖類，有可能成為21世紀解決糧食緊缺的重要補充。

3.4 提取煙酸

煙酸（nicotinic acid）是維生素族的一員，主要用于醫藥[38]、食品行業印染、日化、精細化工和飼料添加劑。在醫藥上，煙酸是最穩定的B類維生素，能參與體內糖、脂、酸的代謝，具有廣泛的生理活性，可制備防止癲皮病和維生素缺乏癥的藥物，用于高血脂[39]、冠心病、腦血栓、中風、動脈硬化、偏頭痛等癥的治療。煙酸還可用于食品保鮮劑[40]和飼料添加劑[41]。

4 煙梗生物質的應用

4.1 提取果膠

果膠是一種水溶性植物膠，可用于食品、醫療等行業中，煙梗果膠屬于高脂果膠，占煙梗質量的5%～13%[42]。目前，沸水抽提法、酸水解法、微生物法（酶分離法）和離子交換樹脂法是果膠提取的常用方法[43-44]。

4.2 作為可再生能源利用

我國對燃料乙醇的需求量隨著經濟的發展而逐漸增加，基于生物質生產的燃料乙醇廣泛地引起了人們的關注和重視。近年來，利用煙梗作為生物質的研究越來越多，謝麗萍[45-46]研究利用煙草下腳料發酵制取乙醇，開展了煙梗利用的一個新的方向。利用生物質能源替代煤炭進行煙葉烘烤，就技術而言問題不大，已基本成熟。飛 鴻等[47]利用廢棄煙梗、煙桿等生物質烘烤煙葉，降低煙葉生產成本，惠及千萬煙農，帶來良好的經濟和社會效益。

4.3 其他

煙梗在其他方面的應用研究也受到了廣泛關注，例如利用煙梗制造纖維板[48]、制備活性炭[49]、作為發酵原料[50]和有機肥原料[51]。生物質中富含大量的堿性礦物質，其在燃燒過程中將會對煤和生物質產生一定的作用。研究發現K、Na、S、Cl、P、Ca、Mg、Fe、Si等參與反應可以改善煤的燃燒性，減少環境污染[52]。劉 強等[53]研究煙梗和煤的共氣化特性，發現煙梗中的堿金屬K、Ca、Mg對促進神華煤的氣化反應起到重要作用。

5 結論

煙梗是寶貴的自然資源，應拓寬其利用途徑，實現資源的最大化利用。目前，對于煙梗中有效成分的提取基本均停留在試驗階段，未大規模生產利用。作為常見的可再生資源之一，煙梗的綜合利用不僅僅可以減少污染，同時還可以提高煤等非可再生資源的利用率，將會在一定程度上緩解我國資源缺乏的問題。但這些研究僅僅處于試驗階段，大規模的利用還有一段路需要走。

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