1、湖南农业大学2013生物技术与工程彭瀚辉导师：吴永尧 教授1烟叶生产中茎杆废弃物的利用烟叶生产中茎杆废弃物的利用 烟草是一种十分重要的经济作物，具有特殊的经济价值。很多国家都把烟草产业作为增加财政收入的重要手段，在我国财政收人中，尤其在云南省，烟草(包括农业、工业和商业在内)占的比重较大。自20世纪90年代后我国每年的烟叶产量在2000 kt以上，至2010年我国年产烟叶(45005000)kt，约产生25即(1100一1300)kt的烟草废弃物； 。然而，在摘收烟叶、完成烟叶的收购任务之后，各地大量的烟杆即变成废物，或丢弃于田间地头形成农业固体废弃物构成环境污染，或被晒干焚烧造成大气污染。这
2、不仅破坏了生态环境，而且浪费了可供利用的资源，严重违反了我国秸秆禁烧和综合利用管理办法的规定。烟草废弃物的定义与来源烟草废弃物(waste tobacco)，指的是未能用于制烟的烟草组成部分(这里的制烟包括了用下脚料制造膨胀烟丝与薄片等)，包括烟茎(又称烟杆，烟秆，烟梗)(stem)、无法进行卷烟加工的低等级或者等外级烟叶、烟草植株的上部烟叶、烟花、烟种、叶脉(mid rib，又称烟筋)、腋芽、卷烟企业积存的烟末(dust)、烟根、根出条(sucker)。各组成部分化学组成随烟草种类不同有很大变动。烟草废弃物主要来自于收获与加工。烟叶以外的烟株组成部分大多被抛弃，少量被挑选出来准备用来制造膨胀
3、烟丝，薄片或者浸膏。烟叶在收获过程中会产生约5的次级烟叶。在烟叶复烤及卷烟生产过程中，又会产生约13的烟梗，碎叶，碎末等。总的来讲，每亩烟草(6667 m2)产生干烟筋3040 kg，干烟茎150200 kg，烟根150200kg。此外，还有少量烟种，烟花。3烟草废弃物的成分烟草废弃物的成分与烟叶有很大不同，不同废弃物总类之间、不同烟草种类的同种废弃物之间也有很大不同，因此不同烟草种植地要根据本地烟草废弃物的成分决定利用方式。总的来讲，目前烟草废弃物中有用的成分主要包括烟碱、茄尼醇、菲汀、VE、综纤维素、木质素、烟草叶蛋白、果胶、木糖、色素。利用烟草废弃物的意义5 利用烟草废弃物的最初动机是为
4、了缓解污染。据说，玉溪烟厂1999年为此交环境保护费5000万元，随着时间推移环境治理成本也越来越高。后来随着对烟草废弃物的研究不断深入，从烟草废弃物中提取烟碱和茄尼醇的技术不断成熟，烟草废弃物的诸多应用如制取果胶，活性炭等也被开发出来，烟草废弃物已经逐渐的从有待处理的垃圾演变为可带来巨大经济效益的资源。未来对烟草废弃物的利用，盈利因素会大大超过环保因素。 在国家中长期科学和技术发展规划纲要(20062020年)中，已将“农林生物质综合开发利用”列为农业重点领域的优先主题，“重点研究生物质能以及生物基新材料和化工产品等生产关键技术、具有自主知识产权的生物基新材料装备等”。因此。研发烟杆综合利用
5、新技术符合国家产业政策，具有重要的现实意义，并对其它农林废弃物的资源化利用具有示范作用。烟叶生产中茎杆废弃物提取烟碱、茄尼醇等制造纤维板和刨花板焚烧利用植物蛋白和果胶烟杆造纸技术用烟杆制取活性炭家禽饲料肥料 图为云南省会泽县红云红河烟草（集团）有限责任公司免费将2360吨废烟梗堆沤优质有机肥，以支持该县绿色蔬菜基地的发展。在堆沤过程中采取下垫塑料膜防止沤液浸入地下污染地下水、上盖防雨蓬防止雨水浸淋、严格控制浇水量防产生过多沤液污染环境。据查，烟梗中氮、磷钾含量分别为1.63%、0.29%、2.71%，堆沤腐熟后是各种蔬菜最优质的肥料。该批废烟梗相当于尿素83.6吨，普钙57.0吨，硫酸钾127
6、.9吨，价值86万余元。肥料82012年4月，湖南回龙湖现代农业科技有限公司与湖南农业大学合作，按照高温无害化处理与微生物发酵技术有机结合的技术路线，研发了“蔬菜残体快速堆腐肥料化利用技术”，该技术能在24小时内完成植物残体无害化处理，制成优质功能型生物有机肥，通过了省科技厅组织的成果鉴定，技术水平达到国内领先。目前国内已有公司使用此设备处理烟梗。提取烟碱及其衍生物 烟碱（Nicotine），俗名尼古丁，是一种存在于茄科植物（茄属）中的生物碱。烟碱是无色透明的油状挥发性液体，为烟草的重要成分广泛应用于精细化工、制药、有机合成、国防工业和农业等领域。烟酸(nicotinic acid)，又名尼古
7、丁酸，由烟碱经氧化得到。烟酸是维生素B族的一员，可制备防止癞皮病和维生素缺乏症的药物。烟碱和喹啉经氧化制得异烟酸，再与水合肼缩合得异烟肼。异烟肼是高效、低毒、价廉的抗结核药物。烟酸与氨反应可得烟酰胺(Niacinamide)，用于治疗末梢血管痉挛、动脉硬化等。硫酸烟碱(Nicotine Sulphate)：可用作杀虫剂，还可以用作原料药。柠檬酸烟碱是生产高级香烟品质改良剂的主要组份。提取茄尼醇及其衍生物茄尼醇在生物化学和药物化学中有着非常重要的作用，是药物合成的重要原料。它含有多个非共轭双键，具有非常强烈的吸收自由基的性能，且具有较强的抗癌生物活性，是合成心血管疾病、抗癌、抗溃疡等新型药物的中
8、间体，而且自身也有药用价值，在医学上用途广泛。2003年7月22日，从废弃烟叶中提取茄尼醇合成辅酶Q10、年产3吨的一条龙工业化生产线建成。此项目由云南高新创业投资有限公司出资1200万元参与陆良云大通发生物产业有限公司在省科技厅立项，与云南大学组织技术力量潜心研发辅酶Q10的合成工艺，历时三年。预计每年将为云南烟农增加近千万元的收入。茄尼醇在日本、韩国、西欧、北美均有市场，质量分数17的茄尼醇与醇酯混合物售价7万/吨，质量分数25的茄尼醇不皂化物售价2025万/吨。茎杆焚烧传统的处理方法是直接焚烧，焚烧后的草木灰可以作为肥料肥田。但是这样利用效率低下，且对环境污染严重。目前国内某些企业利用新
9、型锅炉焚烧粉碎后的烟叶废弃物碎料或者颗粒焚烧供能，大大提高了利用率。植物蛋白和果胶的利用烟草的植物蛋白含量为1068，与玉米，甘蔗相当，且营养价值高于奶酪蛋白和鸡蛋。果胶作为食品添加剂大量应用于果冻、果酱、玛兰菜及糖果制品中，同时还可作为冷饮食品的稳定剂。在医药方面，作为金属中毒的解毒剂，可防止血液凝固、肠出血和便秘等病症。在纺织行业是一种良好的乳化剂。制造饲料13 将烟草生产废弃物烟筋、烟杆、碎末晒干,粉碎成粉状掺到其它词料中喂禽畜，禽畜特别爱 吃，生长快，可增重，对禽畜产和品质无不良影 响。据有关测试分析烟 草茎秆富含糖，还含有某些微量元素，是值得推广的新型词料。 右图为家禽饲料颗粒剂，可
10、将处理后的烟草废弃物干燥压缩至颗粒状用于饲养。烟杆制取活性炭因为烟草中纤维素含量较高，且碳元素含量也较高，所以烟杆主要被用来制取活性炭及纤维板和刨花板。云南省烟杆自然风干后的成分：水分883，挥发分6853，固定碳1903，灰分364。活性炭的售价因品质不同而变化。一级活性炭售价在1万/吨以上。烟杆经过炭化、化学活化后可制成粉状活性炭，通过改变氯化锌等活化剂溶液的浓度和配料比，可生产出适合各种用途的优质粉状活性炭。右图为两种活性炭制取工艺流程。14制造纤维板和刨花板烟杆木质化纤维扁而宽、易扭曲，是制造高密度纤维板的理想原料。烟杆纤维中含有的果胶和木质素，在165175下变粘，在高压加热作用下可
11、将纤维彼此粘结起来，纤维表面的纤维分子之间的分子引力和氢键结合力的作用，可以实现无胶制板。普通刨花板是将木质碎料用合成树脂胶粘接而成的板材， 而600 kg烟杆即可生产l 立方米刨花板，该技术在我国和世界各国都得到很大发展，为提高木材利用率和保护森林资源起到十分重要的作用。福建松溪刨花厂用烟杆成功开发非木质人造板，把木材原料与烟杆原料按6：4比例搭配生产，生产出来的板材与全木料生产的板材质量基本相同，成本节约13。15烟草废弃物造纸技术16 现有主流造纸技术将适合于纸张质量的纸浆，用水稀释至一定浓度，在造纸机的网部初步脱水，形成湿的纸页，再经压榨脱水，然后烘干成纸。其原材料多采用纤维素含量高的物质，而烟草废弃物正好符合这一特点。山东瑞博斯有限公司烟草废弃物造纸生产工艺流程图我的下一步工作 筛选菌种，优化条件，提高烟草废弃物中纤维素降解的效率，从而制造安全环保具有产业化价值的有机肥料。18 谢谢大家谢谢大家！
