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湖南農業(yè)大學2013生物技術與工程彭瀚輝導師：吳永堯教授1煙葉生產中莖桿廢棄物的利用
1煙草是一種十分重要的經濟作物，具有特殊的經濟價值。很多國家都把煙草產業(yè)作為增加財政收入的重要手段，在我國財政收人中，尤其在云南省，煙草(包括農業(yè)、工業(yè)和商業(yè)在內)占的比重較大。自20世紀90年代后我國每年的煙葉產量在2000kt以上，至2010年我國年產煙葉(4500～5000)kt，約產生25％即(1100一1300)kt的煙草廢棄物；。然而，在摘收煙葉、完成煙葉的收購任務之后，各地大量的煙桿即變成廢物，或丟棄于田間地頭形成農業(yè)固體廢棄物構成環(huán)境污染，或被曬干焚燒造成大氣污染。這不僅破壞了生態(tài)環(huán)境，而且浪費了可供利用的資源，嚴重違反了我國《秸稈禁燒和綜合利用管理辦法》的規(guī)定。
2煙草廢棄物的定義與來源煙草廢棄物(wastetobacco)，指的是未能用于制煙的煙草組成部分(這里的制煙包括了用下腳料制造膨脹煙絲與薄片等)，包括煙莖(又稱煙桿，煙稈，煙梗)(stem)、無法進行卷煙加工的低等級或者等外級煙葉、煙草植株的上部煙葉、煙花、煙種、葉脈(midrib，又稱煙筋)、腋芽、卷煙企業(yè)積存的煙末(dust)、煙根、根出條(sucker)。各組成部分化學組成隨煙草種類不同有很大變動。煙草廢棄物主要來自于收獲與加工。煙葉以外的煙株組成部分大多被拋棄，少量被挑選出來準備用來制造膨脹煙絲，薄片或者浸膏。煙葉在收獲過程中會產生約5％的次級煙葉。在煙葉復烤及卷煙生產過程中，又會產生約1／3的煙梗，碎葉，碎末等?？偟膩碇v，每畝煙草(666．7m2)產生干煙筋30～40kg，干煙莖150—200kg，煙根150—200kg。此外，還有少量煙種，煙花。3
3煙草廢棄物的成分煙草廢棄物的成分與煙葉有很大不同，不同廢棄物總類之間、不同煙草種類的同種廢棄物之間也有很大不同，因此不同煙草種植地要根據(jù)本地煙草廢棄物的成分決定利用方式?？偟膩碇v，目前煙草廢棄物中有用的成分主要包括煙堿、茄尼醇、菲汀、VE、綜纖維素、木質素、煙草葉蛋白、果膠、木糖、色素。
4利用煙草廢棄物的意義5利用煙草廢棄物的最初動機是為了緩解污染。據(jù)說，玉溪煙廠1999年為此交環(huán)境保護費5000萬元，隨著時間推移環(huán)境治理成本也越來越高。后來隨著對煙草廢棄物的研究不斷深入，從煙草廢棄物中提取煙堿和茄尼醇的技術不斷成熟，煙草廢棄物的諸多應用如制取果膠，活性炭等也被開發(fā)出來，煙草廢棄物已經逐漸的從有待處理的垃圾演變?yōu)榭蓭砭薮蠼洕б娴馁Y源。未來對煙草廢棄物的利用，盈利因素會大大超過環(huán)保因素。在國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)中，已將“農林生物質綜合開發(fā)利用”列為農業(yè)重點領域的優(yōu)先主題，“重點研究生物質能以及生物基新材料和化工產品等生產關鍵技術、具有自主知識產權的生物基新材料裝備等”。因此。研發(fā)煙桿綜合利用新技術符合國家產業(yè)政策，具有重要的現(xiàn)實意義，并對其它農林廢棄物的資源化利用具有示范作用。
5煙葉生產中莖桿廢棄物提取煙堿、茄尼醇等制造纖維板和刨花板焚燒利用植物蛋白和果膠煙桿造紙技術用煙桿制取活性炭家禽飼料肥料
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8提取煙堿及其衍生物煙堿（Nicotine），俗名尼古丁，是一種存在于茄科植物（茄屬）中的生物堿。煙堿是無色透明的油狀揮發(fā)性液體，為煙草的重要成分——廣泛應用于精細化工、制藥、有機合成、國防工業(yè)和農業(yè)等領域。煙酸(nicotinicacid)，又名尼古丁酸，由煙堿經氧化得到。煙酸是維生素B族的一員，可制備防止癩皮病和維生素缺乏癥的藥物。煙堿和喹啉經氧化制得異煙酸，再與水合肼縮合得異煙肼。異煙肼是高效、低毒、價廉的抗結核藥物。煙酸與氨反應可得煙酰胺(Niacinamide)，用于治療末梢血管痙攣、動脈硬化等。硫酸煙堿(NicotineSulphate)：可用作殺蟲劑，還可以用作原料藥。檸檬酸煙堿是生產高級香煙品質改良劑的主要組份。
9提取茄尼醇及其衍生物茄尼醇在生物化學和藥物化學中有著非常重要的作用，是藥物合成的重要原料。它含有多個非共軛雙鍵，具有非常強烈的吸收自由基的性能，且具有較強的抗癌生物活性，是合成心血管疾病、抗癌、抗?jié)兊刃滦退幬锏闹虚g體，而且自身也有藥用價值，在醫(yī)學上用途廣泛。2003年7月22日，從廢棄煙葉中提取茄尼醇合成輔酶Q10、年產3噸的一條龍工業(yè)化生產線建成。此項目由云南高新創(chuàng)業(yè)投資有限公司出資1200萬元參與陸良云大通發(fā)生物產業(yè)有限公司在省科技廳立項，與云南大學組織技術力量潛心研發(fā)輔酶Q10的合成工藝，歷時三年。預計每年將為云南煙農增加近千萬元的收入。茄尼醇在日本、韓國、西歐、北美均有市場，質量分數(shù)≥17％的茄尼醇與醇酯混合物售價7萬/噸，質量分數(shù)>25％的茄尼醇不皂化物售價20～25萬/噸。
10莖桿焚燒傳統(tǒng)的處理方法是直接焚燒，焚燒后的草木灰可以作為肥料肥田。但是這樣利用效率低下，且對環(huán)境污染嚴重。目前國內某些企業(yè)利用新型鍋爐焚燒粉碎后的煙葉廢棄物碎料或者顆粒焚燒供能，大大提高了利用率。
11植物蛋白和果膠的利用煙草的植物蛋白含量為10．68％，與玉米，甘蔗相當，且營養(yǎng)價值高于奶酪蛋白和雞蛋。果膠作為食品添加劑大量應用于果凍、果醬、瑪蘭菜及糖果制品中，同時還可作為冷飲食品的穩(wěn)定劑。在醫(yī)藥方面，作為金屬中毒的解毒劑，可防止血液凝固、腸出血和便秘等病癥。在紡織行業(yè)是一種良好的乳化劑。
12制造飼料13將煙草生產廢棄物煙筋、煙桿、碎末曬干,粉碎成粉狀摻到其它詞料中喂禽畜，禽畜特別愛吃，生長快，可增重，對禽畜產和品質無不良影響。據(jù)有關測試分析煙草莖稈富含糖，還含有某些微量元素，是值得推廣的新型詞料。右圖為家禽飼料顆粒劑，可將處理后的煙草廢棄物干燥壓縮至顆粒狀用于飼養(yǎng)。
13煙桿制取活性炭因為煙草中纖維素含量較高，且碳元素含量也較高，所以煙桿主要被用來制取活性炭及纖維板和刨花板。云南省煙桿自然風干后的成分：水分8．83％，揮發(fā)分68．53％，固定碳19．03％，灰分3．64％。活性炭的售價因品質不同而變化。一級活性炭售價在1萬/噸以上。煙桿經過炭化、化學活化后可制成粉狀活性炭，通過改變氯化鋅等活化劑溶液的濃度和配料比，可生產出適合各種用途的優(yōu)質粉狀活性炭。右圖為兩種活性炭制取工藝流程。14
14制造纖維板和刨花板煙桿木質化纖維扁而寬、易扭曲，是制造高密度纖維板的理想原料。煙桿纖維中含有的果膠和木質素，在165—175℃下變粘，在高壓加熱作用下可將纖維彼此粘結起來，纖維表面的纖維分子之間的分子引力和氫鍵結合力的作用，可以實現(xiàn)無膠制板。普通刨花板是將木質碎料用合成樹脂膠粘接而成的板材，而600kg煙桿即可生產l立方米刨花板，該技術在我國和世界各國都得到很大發(fā)展，為提高木材利用率和保護森林資源起到十分重要的作用。福建松溪刨花廠用煙桿成功開發(fā)非木質人造板，把木材原料與煙桿原料按6：4比例搭配生產，生產出來的板材與全木料生產的板材質量基本相同，成本節(jié)約1／3。15
15煙草廢棄物造紙技術16現(xiàn)有主流造紙技術將適合于紙張質量的紙漿，用水稀釋至一定濃度，在造紙機的網部初步脫水，形成濕的紙頁，再經壓榨脫水，然后烘干成紙。其原材料多采用纖維素含量高的物質，而煙草廢棄物正好符合這一特點。
16山東瑞博斯有限公司煙草廢棄物造紙生產工藝流程圖
17我的下一步工作篩選菌種，優(yōu)化條件，提高煙草廢棄物中纖維素降解的效率，從而制造安全環(huán)保具有產業(yè)化價值的有機肥料。18
18謝謝大家！
