煙草廢棄物資源化利用現狀?存在問題及建議

宋瑞芳 徐光輝 夏陽

摘要作為煙草大國，我國每年產生的煙草廢棄物數量不容忽視。煙草廢棄物的資源化利用是實現煙草行業可持續發展的有效途徑，也是貫徹國家推進綠色生產方式、加快改善生態環境的現實需要。結合國內外研究資料，對目前煙草廢棄物資源化利用現狀進行了綜述，并對煙草資源化利用中存在的問題及建議進行了探討。

關鍵詞煙草廢棄物;資源化利用;存在問題;建議

中圖分類號X712文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2019）02-0064-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.02.019

煙草作為一種特殊的經濟作物，優質煙葉作為原料用于制作卷煙，而其根、莖、杈、頂以及不適用煙葉則作為廢物被丟棄。我國作為煙葉種植大國，生產中不可避免會產生大量的廢棄物，這樣既造成了資源浪費，也造成了環境污染。近年來，國家逐漸加大了環境保護和農業廢棄物的資源化利用力度，煙草行業也不例外。國內外針對煙草的資源化利用也進行了大量研究[1-4]。筆者對目前國內外煙草資源化利用現狀進行了綜述，并對煙草資源化利用中存在的問題及建議進行了探討，旨在為煙草廢棄物的資源化利用提供參考。

1煙草廢棄物資源化利用現狀

在煙葉生產和加工的過程中，每年都產生大量的煙草廢棄物。據統計，每年約有25%的煙葉、煙稈、煙末等下腳料不能用于卷煙生產而被廢棄。若對這些廢棄物進行“資源化”利用，不僅可獲得符合綠色衛生標準的天然化工原料或燃料等，而且可達到清潔農業和變廢為寶的目的，最終實現煙草生產的可持續發展以及生態環境保護和經濟效益的雙重收益。

煙葉中含有多種化合物，其中茄尼醇、煙堿、蛋白質、氨基酸等都具有較高的利用價值。研究表明，目前國內外對廢棄煙草的資源化利用主要是從煙葉中提取茄尼醇、煙堿、植物蛋白等物質[5]，也可用于制作有機肥料、活性炭及生物質燃料等[6]。

1.1重要提取化合物的利用

1.1.1茄尼醇。

茄尼醇作為一種重要的醫藥原料，在生物化學和藥物化學中有著非常重要的作用。它是廣泛存在于高等植物、哺乳動物和微生物體內的一種天然產物，在煙草、馬鈴薯和桑葉中含量較高[7]。茄尼醇最早于1956年由Rowland等[8]從煙葉中分離得到，在煙葉中的含量高達葉片干重的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、抗潰瘍等新型藥物的中間體，也是合成輔酶 Q10 和維生素 K2 的主要原料，在醫學上用途十分廣泛[10]。由于其特殊效果，

茄尼醇

在北美、日韓及西歐等地區均有較大的銷售市場。雖然國際上以茄尼醇為原料的新藥研制工作非常活躍，許多已實現藥物的極性產品加工及應用，但由于其鏈長，合成步驟多，暫無法完成工業化合成，主要是從煙葉中提取[11-12]。

煙葉提取法在國內僅能實現工業化粗提純，即提純含量僅能達到17%左右。粗品茄尼醇不能直接作為藥用原料，我國將粗品茄尼醇出口到日本、美國等國家后，被制成含量在90%以上的精品茄尼醇生產輔酶Q10，然后再以高昂的價格返銷國內。

作為一個煙草大國，我國發展精品茄尼醇產業有著得天獨厚的資源優勢。從煙草尤其是廢次煙草中提取茄尼醇，不僅能獲得一種重要的醫藥原料，而且能將廢次煙草加以利用，提高煙草的工業附加值。但是，目前我國高純度茄尼醇工業化生產難度很大，亟待突破其精品和純品的生產及其轉化生產終端藥物的技術，加強自主創新，搶占國際和國內市場。一旦解決技術及生產成本問題，高純度茄尼醇將成為回報迅速、獲利穩定的醫藥化工中間體。

1.1.2煙堿。

煙堿俗稱尼古丁，是煙葉中生物堿的一種主要成分，約占煙草總生物堿的95%。煙堿是重要的化工和醫藥原料，其應用十分廣泛[13-14]。煙堿可用于制備無殘留、無污染、高效低毒的綠色殺蟲劑[15]，高純度煙堿可用于戒煙膏的制備[16]，同時其合成的一系列藥物對于治療心臟病、蛇咬傷、皮膚病等具有良好的療效[17]。高純度的天然煙堿在國際市場上備受青睞，含量為 98.5%的高純度天然煙堿的價格高達100美元/kg左右[5]。由于通過化學合成的煙堿成本太高，很難進行工業化生產，目前使用的煙堿主要是從茄科植物中提取，因此煙堿具有較高的開發利用價值。

目前從煙葉中提取煙堿的常見方法有離子交換法[18]、水蒸汽蒸餾法[19]、超臨界萃取法[20]等。這些方法各有優缺點，其中相當一部分方法因為設備昂貴或蒸餾操作費時等原因而很難進行推廣應用[21]。采用超臨界CO2提取的天然煙堿產品質量穩定，精制后能達到一級品要求，處理后的煙葉香味和物理性狀基本不變，具有一定的工業化價值[22]。

煙堿和茄尼醇都是煙葉中重要的活性物質。目前報道的有關文獻大多以煙堿和茄尼醇單獨的提取工藝路線為主。如果能夠實現對二者的聯合提取，將大大降低生產成本。研究表明[23]，先從廢煙葉中提取煙堿，再從煙葉渣中提取茄尼醇這條工藝路線是可行的，但實現聯合提取的工業化生產還有待進一步研究。

1.1.3蛋白質。

從煙草中提取的蛋白質具有較高的營養價值和藥用價值[24]。煙葉蛋白中含有10種氨基酸，營養價值遠遠高于其他植物蛋白，可以替代酪蛋白和雞蛋，用于食品制作的添加劑，提高其營養價值，還可以用做牛奶替代品提供給乳糖不耐受病人。研究表明，煙草葉片中可溶性蛋白含量較高，從煙草中提取植物蛋白的產量是大豆產量的4倍，白肋煙中蛋白質含量高達20.48%[25]。煙葉中的蛋白質分為可溶性蛋白和不溶性蛋白。50%左右的可溶性蛋白是一種單獨的葉綠體蛋白質（fraction Ⅰ protein，即FⅠ蛋白），另50%為所有其他可溶蛋白質的復合物（fraction Ⅱ protein，即FⅡ 蛋白）[26]。早期研究工作者提取FⅠ 蛋白的生產工藝復雜，投資大，產量低，人們難以接受。后來，科研工作者對煙葉中的FⅠ 蛋白進行了提純，得到了高純度的FⅠ蛋白，對煙葉FⅠ蛋白提純方法的逐步簡化做出了很大的貢獻[27-28]。然而，這些提取方法因為提取過程比較繁瑣，且需低溫高速離心等步驟，難以適應大規模工廠化生產的需要[29]。FⅡ 蛋白的提取技術要比FI蛋白簡單很多，國內外也進行了深入研究，并已經進入了應用階段[30-31]。

1.2煙草廢棄物的其他利用

1.2.1生產有機肥。

主要是利用生物腐熟技術將煙稈或廢棄煙葉制成有機肥。該技術具有周期短、無環境污染及利用率高等特點。由于煙堿含量較高，經過腐化后形成的有機肥具有獨特的抗病和生化作用。四川省涼山煙區在處理不適用煙葉時，采取沼氣池發酵腐熟的方法，將產生的沼氣用于農戶家庭燃料，沼氣物料則作為有機肥還田進行改良土壤[32]。湖北省恩施州利用煙草秸稈發酵技術成功生產出煙草秸稈生物有機肥，并形成“一廠四線”的生物有機肥生產布局，構建了“低碳煙草、清潔生產、循環農業”的煙區可持續發展全新模式[33]。云南省楚雄地區利用煙田廢棄生物質堆捂發酵工藝生產的生物有機肥已被應用于楚雄州香蕉、葡萄、玉米、石榴、蔬菜、核桃等糧食和經濟作物生產中，示范面積達1 000余hm2，產生了較好的經濟效益和社會效益[34]。貴州省對煙草秸稈的資源化利用也進行了大量研究，并取得了豐碩的科研成果，2017年7月13日遵義市煙草公司被國家煙草專賣局認定為“煙草行業微生物有機肥工程中心”（國煙科〔2017〕176號）。

1.2.2制備活性炭。

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，可用做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，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。目前，我國活性炭生產的原料絕大部分是木質原料[35]，而煙稈含碳量在40%以上，化學組成與木材相似且來源廣泛[36]。利用煙稈制備出的活性炭具有良好的吸附性能，可作為商業活性炭使用。因此，煙稈是制作高檔次活性炭的優質原料。另外，還可以用煙草廢棄物提取有用成分后的殘渣生產活性炭[37]。這樣既提高了綜合利用效率，又實現了廢物的綜合利用，在經濟和環保方面都具有重大的意義。

1.2.3制備生物質燃料。

生物質燃料是一種潔凈新能源，具有原料多樣性、資源可循環性等特點，此外還具有對環境無害、經濟可行等優點。它可轉化為常規的固態、液態和氣態燃料，是一種可再生能源，資源利用率高，可代替煤炭[38]。生物質燃料在煙葉烘烤中的推廣應用對于解決煙葉烘烤替代能源問題具有重要意義，是實現烘烤能源改革的新途徑之一。

利用煙草廢棄物制備生物質燃料，目前主要有3種方式。一是固化成型燃料。將煙稈壓塊作為燃料可烘烤煙葉。研究表明，將煙稈壓塊作為燃料烘烤煙葉，其烘烤工藝曲線與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，煙稈壓塊代煤烘烤煙葉是可行的。該技術目前比較成熟，有些煙區已經用于煙葉烘烤。二是乙醇。由于煙葉中含有較豐富的糖類，將廢棄煙葉經發酵后可得到乙醇[41-42]。乙醇作為一種新型綠色能源，既是優良燃料又是優良的燃油品質改善劑，已經受到國內外的關注。三是沼氣。將煙稈或煙葉打碎后進行厭氧發酵產生沼氣和沼渣、沼液，沼氣用做居民家庭烹飪或進行煙葉烘烤，沼渣沼液因富含多種營養元素，是理想的煙用肥料。沼肥施入煙田可以有效降低煙株早花和病蟲害的發生率[43]。張曉輝[44]研究表明沼氣發酵液對多種作物的30多種病蟲害有良好的防治效果，有的已達到或超過農藥的功效。利用沼液防治煙草赤星病，其防效優于現行農藥[45]。

1.2.4其他用途。

煙稈富含纖維素，含量為38%～45%，纖維質量好，且比一般木材和草類秸稈纖維易于提取和加工，比木材、秸稈紙漿成本低。煙稈既可用于造紙業[46-47]，又可供卷煙廠按比例摻和在煙末中作煙草薄片，這樣做出的薄片強度高、彈性好，燃燒性能好[48]。煙稈還可以制作纖維板。由于煙稈含有煙堿成分，用煙稈制成的纖維板具有防蟲、殺蟲作用，因而具有較高的使用價值和經濟價值[49]。羅小芳等[50]研究表明，用煙稈可以生產可降解育苗盤，同樣由于其含有煙堿，該育苗盤具有防蟲效果，為幼苗的生長提供了良好的生存環境。以上煙稈的多用途開發為我國節約木材，提高煙草的綜合利用，變廢為寶，增加煙農收入和發展煙草生產開辟了廣闊的前景。

2煙草廢棄物資源化利用存在的問題

2.1研究目標單一，資源化利用缺乏統籌規劃

從目前對煙草資源化利用的相關研究來看，大部分是從單一的技術入手，未能從循環經濟的角度出發，暫未進行全局統籌規劃。比如對主要化合物的提取，大部分研究將重點放在單一目標提取物上，將幾種提取物進行聯合提取的較少，也很難將提取過程中產生的廢水、廢氣和廢渣進行綜合考慮并進行安全處理，在不同程度上對環境造成了污染，資源化利用也不充分。

2.2研究深度不夠，行業內外缺乏交流

盡管行業內在煙草資源化利用方面做了不少的工作，也取得了一定的成效，但這些研究大多局限于用煙稈生產有機肥、活性炭等這些初級利用方面，在茄尼醇、煙堿、蛋白質等這些高端提取物方面研究深度不夠。然而，行業外的研究機構在煙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、醫藥企業，在有效成分提取技術方面做了深入研究，且成效顯著。

2.3產品成本偏高，社會普遍認識不夠

據湖北省恩施州提供的數據核算，煙草秸稈生物有機肥生產成本達到1 350元/t，遠遠高于以畜禽糞便、城市污泥等為主要原料的有機肥（價格約為600元/t）[33]。加上煙稈生物有機肥見效慢、投入大、產投比低，煙農的關注點在于其經濟效益，難以考慮到生態/社會效益。尤其是隨著煙葉種植規模的逐年加大和農村青年勞動力外出務工人員的增多，土地流轉現象較為普遍。在這種形勢下，土地的“用養結合”顯得更加困難。

2.4環保意識不強，煙田廢棄物回收困難

根據傳統的種植習慣和思想上認識的局限性，煙田廢棄物對煙田和生態環境造成的危害一直沒有引起煙農的重視。通常情況下，生產管理中產生的不適用鮮煙、煙花和煙叉被堆漚、掩埋，甚至是隨意丟棄，而拔出來的煙稈則被堆放在田間地頭。這樣不僅會污染環境，而且不利于田間衛生，很容易造成病原物滋生。由于煙田廢棄物的資源化利用還處于初步探索階段，因此其回收利用的流程或者相關政策不完善，這樣就造成煙田廢棄物回收比較困難。

2.5推廣面積不大，示范帶動效應不強

煙草行業內對煙草資源化利用方面還處于探索階段，取得的研究成果也只是在研究單位進行試點推廣，技術體系還不夠完善。湖北省恩施州生產的“清江源”有機肥，在恩施州推廣面積達到100%，但在湖北省內的其他煙區推廣面積有限。許昌市煙草公司與許昌同興現代煙草科技有限公司開展的生物質烤房改造，雖然應用效果良好，但仍處于試驗、示范階段。示范推廣面積較小，可能與使用生物質焚燒爐需要對現有的密集烤房進行改造，而烤房改造成本和設備投入較大缺乏政策扶持有關。

3煙草廢棄物資源化利用的建議

目前我國煙草資源化利用還處于初級階段，行業內開展的資源化利用大多集中在生物質燃料和有機肥生產上，并且也取得了較好的經濟效益和生態效益。盡管還存在一些不足和困難，但已經開啟了煙草資源化利用的新篇章。鑒于以上因素，對煙草資源化利用提出了一些建議。

3.1加強科技創新

由于煙草行業的特殊性，在技術開發某些方面存在一定的局限性，與行業外研究該領域的科研單位交流不夠。通過搜集煙草資源化利用的資料發現，關于茄尼醇、煙堿等化合物的提取工藝文獻中能查到的資料很少。一些提取工藝相對比較成熟，也有相應的提取設備，或因涉及到商業機密，關于這方面的核心技術未見報道。因此，加強煙草資源化利用科技創新，一方面要做好項目論證，要從多角度、全方位對行業內外的研究成果進行充分考察、總結、論證的基礎上，更全面地了解煙草重要提取物的提取工藝研究進展及資源化利用的可行性;另一方面加強行業內外合作，可以通過科技立項、項目合作等形式，積極引進社會資源參與煙草廢棄物資源化利用的研究與開發，充分發揮社會資源在人才、技術、市場等方面的優勢，進一步拓寬煙草資源化利用空間，為煙草農業綠色生產、煙農增收、行業增效做出貢獻。

安徽農業科學2019年

3.2加強政策支持

一是為生物質烤房的改造制定相應扶持政策。對于燃煤密集烤房，如果改用生物質燃料，其焚燒爐則需要進行改換，而改換生物質專用的焚燒爐需要一筆不小的資金。生物質焚燒爐改建需要相關政策支持，以利于生物質烤房的推廣應用。二是要加大對煙草秸稈生物有機肥的扶持力度。一方面，行業要加大煙草秸稈有機肥的補貼力度，因為秸稈類生物有機肥生產成本明顯高于其他有機肥。采用適當補貼方式可使煙農更易接受，從而促進煙草秸稈生物有機肥快速推廣。另一方面，要積極爭取當地政府、相關部門的政策支持，加大對煙草秸稈生物有機肥的宣傳推廣力度。三是煙田廢棄物的回收需要政策引導。對煙田廢棄物（包括“優化煙葉結構”打掉的不適用鮮煙葉、打頂抹杈產生的煙花、煙叉和煙葉采收后剩下煙稈等）的處理一直是煙葉生產中很難解決的問題。因此，對于煙田廢棄物的回收利用，建議出臺相關政策加強引導，并采取相應措施進行規范約束，打通煙田廢棄物從“田間”到“車間”的通道，解決好煙田廢棄物回收、轉運成本的問題，為廢棄煙草深加工提供原料保障和市場保障。

3.3加強技術推廣

對行業內外比較成熟的技術，建議引進并進行示范推廣，同時結合當地實際進行技術本地化研究。逐步建立完善的技術體系和推廣體系，以點帶面、因地制宜地進行推廣。例如，用煙桿生產的生物有機肥效果良好，易于被煙農接受，也有利于推廣應用。這樣不僅能解決煙草廢棄物資源化利用問題，而且能夠解決煙草秸稈還田、減少化肥使用量和實現植煙土壤用養結合等問題。

3.4加強循環利用

煙草廢棄物的資源化利用屬于循環經濟。如果在變廢為寶的過程中不能綜合考慮問題，不能將整個綜合利用的過程形成鏈條，那么將失去資源化利用的意義。因此，在開展煙草廢棄物資源化利用前，要做到總攬全局，綜合考慮問題。對于要提取的目標成分（如茄尼醇和煙堿等）可以進行聯合提取，提取有效物質后的廢渣則可以作為生產有機肥、活性炭、纖維板、制備沼氣等的原料，提取過程中產生的廢液可循環利用或是經處理后用于灌溉農田，實現資源的有效利用，盡可能降低對環境的污染。

4結語

從行業長遠發展和生態環境保護的重大意義來看，實現煙草資源化利用功在當代、利在未來，且具有劃時代意義，也是煙草農業與卷煙工業可持續發展的必然要求。對煙草廢棄物進行合理開發、綜合利用，使煙草不僅作為卷煙工業原料，而且成為化工、食品以及醫藥的重要原料，將產生巨大的經濟效益、良好的社會效益和生態效益。因此，因地制宜、科學有效地進行煙草資源化利用仍將是科研工作者今后研究的重點方向。

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