重庆烟区废弃烟秆再利用探讨

2017-05-30曹学鸿唐小波田维华

安徽农业科学 2017年25期

曹学鸿唐小波田维华

摘要介绍了当前烟秆利用的研究现状，综述了烟秆利用的主要方式及特点，并针对目前重庆烟区的自身特点，对重庆烟区废弃烟秆再利用进行了探讨。

关键词废弃烟秆；再利用；重庆

中图分类号 TS49 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）25-0086-03

Abstract The current research status of tobacco stem utilization was introduced， and the main methods and characteristics of tobacco stem utilization were summarized. In view of the present characteristics of Chongqing tobacco growing areas， the reuse of waste tobacco stems in Chongqing tobacco growing areas was discussed.

Key words Waste tobacco pole；Reuse；Chongqing

烤烟是重庆山区的重要经济作物，常年种植烤烟面积在4万hm2左右。烟秆是烤烟生产的必然产物，烟草生产中可产干烟秆2 250～3 000 kg/hm2[1]。长期以来，烟农采用焚烧、丢弃田边的方式处理烟秆，不但会成为来年烟叶生产的病源，也会造成环境污染。烟秆通常都残留着病菌、病毒，因此不适宜直接还田，也不适宜直接作燃料。烟秆的处理一直是困扰烤烟生产的重要问题。特别是在山地特征明显、耕地资源相对较少的重庆地区，更是制约烤烟产业可持续发展的重要因素。如何将烟秆“变废为宝”合理利用，实现烟叶生产的“绿色、生态、优质、安全”是亟待解决的难题。

笔者分析了目前烟秆利用的研究进展，并结合重庆烟区实际情况，探讨了不同的利用方式，旨在为重庆烟区推进废弃烟秆再利用提供参考。

1 废弃烟秆利用现状

目前，废弃烟秆综合利用的研究已受到研究人员的广泛关注，利用方式和手段越来越多样化，大体可分为两大类：一是提取有效物质，如烟碱、烟酸、茄尼醇、果胶、蛋白质等重要化合物；二是深加工，如烟秆制作纤维板、有机肥、活性炭、压块燃料等。

1.1 烟秆提取有效物质

烟草体内已经检测出的化学物质超过 1 000种，主要包括烃、醛、醌、酯、生物碱、色素、类异戊二烯衍生物、氨基酸和蛋白类等物质[2]，其中许多物质具有较高的利用价值和良好的应用前景。而烟秆中含有烟碱、果胶、蛋白质、茄尼醇、氨基酸、有机酸和糖类等化合物，特别是烟碱、茄尼醇等物质是烟草所特有的组分，在医药领域应用广泛。将这些化合物加以提取分离，将极大地提高烟秆资源的利用率和经济价值。

1.1.1 提取烟碱。

烟碱是茄科植物（茄属）含有的一种特殊生物碱，在烟秆中的含量为2.1%～2.6%[3]。烟碱广泛应用于精细化工、制药、有机合成、农药等领域，可用于制取高效绿色杀虫剂和杀菌剂，具有低毒高效、残效期长等优点；高纯度烟碱可配制成烟用香精，作为卷烟工业中的添加剂，能提高卷烟的等级[4]；烟碱在医药工业上可用于研制治疗皮肤、蛇虫咬伤和无名肿痛等疾病的药物[5]。烟碱和过渡金属配合使用，制成烟碱和铁、铜、锰、钼等微量元素肥料，用于田间后更兼具肥料和杀虫的双重作用。

从烟秆中提取烟碱的方法较多，主要有蒸馏萃取法、离子交换法、复合萃取法、超临界萃取法[6]、超声波萃取法[7]、膜分离技术、微波萃取法等，其中蒸馏法、离子交换树脂法和常规的溶剂萃取已实现了工业化生产[8]。

1.1.2 提取果胶。

果胶是一种天然提取物，在烟秆中的含量为3.89%[9]，没有毒性，使用安全可靠，可作为胶凝剂和增稠剂运用于果冻、果酱及糖果制品中；在纺织行业它还是一种良好的乳化剂；在医药方面，可作为重金属盐和甲醇中毒的解毒剂[10]，可防止血液凝固、肠出血和便秘等病症。果胶的提取方法有酸提取法[11]、离子交换法[12]、微波法[13]等，其中酸提取法操作简便、工艺成熟，是工业上广泛运用的生产方法。但提取液中的果胶浓度低，为果胶的沉析分离带来一定困难，如果pH控制不当，易引起果胶分子降解或降低果胶提取率[14]。

1.1.3 提取茄尼醇。

烟秆中的茄尼醇含量在0.037%[15]。茄尼醇具有抗菌、消炎和止血作用，是一种重要的医药中间体，是泛醌类药物中间体不可替代的成分，是合成心血管疾病、抗癌、抗溃疡等新型药物的中间体，如辅酶 Q10和维生素K2[16-18]。

提取茄尼醇的方法有常规溶剂萃取法、微波辅助萃取法[19]、超临界CO2流体萃取法[20-21]等，其中常规溶剂萃取法工艺较成熟，易于工业化，但是其“三废”排放大，溶剂消耗量大。

1.1.4 提取其他物质。

烟秆中还含有植物蛋白质、氨基酸、有机酸和糖类等其他重要化合物，这些化合物在食品、医药等领域均得到广泛应用，但其在烟秆中含量相对较低且提取成本较高，一般作为副产品进行回收利用。

1.2 废弃烟秆深加工

1.2.1 烟秆制作有机肥。

烟秆中含量较高的纤维素（77%）和木质素（18%），可以作为土壤腐殖质的重要来源。其N含量1.44%，P2O5含量1.69%，K2O含量1.85%，高于稻草、小麥秆、玉米秆的N、P、K含量[22-23]，还存在锌、锰、硼、铜、铁等微量元素[9]，可作为制作有机肥的原料。通过添加适宜的微生物菌剂，将烟秆与鸡粪、猪粪[24-25]等畜禽粪便进行混合发酵，调整投料比例以配比适宜的 C/N；同时堆肥腐熟过程中产生的高温，可有效杀灭烟秆中所含的病原微生物，实现无害化，可制成良好的烟用有机肥料。因此，将烟秆用于制作有机肥料是可行的。

1.2.2 烟秆制作生物质燃料。

在能源日趋紧张的今天，生物质能源因其清洁、安全、可再生及来源广泛等优点越来越多受到关注。在众多生物质利用技术中，生物质固体成型燃料具有原料丰富、生产工艺简单、操作方便、成本低等优点[26]，是较适合在我国大规模推广和应用的技术之一。目前，我国生物质固体成型的关键技术已取得突破，特别是压模辊压式成型技术，已经达到国际同类产品先进水平，并已实行商业化。烟秆在秸秆类样品中干质量热值较高，可作为生物质成型燃料制作的理想原料[27]。目前以烤烟秸秆为原料的固体成型燃料研究和生产工艺较多[28-29]，且研究表明，烟秆压块做燃料能够满足烤烟烘烤工艺要求[30-31]。

1.2.3 烟秆制作活性炭。

烟秆中木质素和纤维素含量高，有机碳含量在45%以上[32]，可作为制备活性炭的原料，一般分为常规加热和微波加热条件下系列活化剂活化制备活性炭。杨丽萍[33]采用常规加热化学活化法制备活性炭，得到该法制备烟秆基活性炭的最佳条件；夏洪应等[34]以二氧化碳为活化剂，研究了烟秆制备活性炭；张利波等[35]采用微波法，以碳酸钾为催化剂制备出烟秆活性炭；王平[36]以磷酸作为活化剂进行烟秆基活性炭的制备。这些新的制备手段，为烟秆综合利用提供了新的途径，也改变了传统制备方法劳动强度较大、加热时间偏长、操作条件落后、环境染严重等缺点，对于开发优质活性炭具有一定的指导意义。

1.2.4 其他深加工方式。

由于烟秆中存在木素和果胶，在高温高压作用下可以将纤维粘结起来，实现无胶制板。李晓薇等[37]采用半干法探索了烟秆制造无胶纤维板的工艺，研制出烟夹板和高密度纤维板；李全喜等[38]和曲桉等[39]验证了烟秆用于造纸业的可能性；张先进[40]等以烟秆为原料制备出可为烟草薄片提供优质浆料的纤维浆板；刘传森[41]和李为民等[42]研究了烟秆在食用菌栽培原料上的应用。这些研究为废弃烟秆再利用提供了一些新的思路和领域。

2 重庆烟区废弃烟秆利用前景

重庆烟区年产烟秆在8.4万～11.2万t/a，数量巨大。虽然意识到烟秆处理不当可能出现的问题，但一直缺少行之有效的解决方法。目前烟叶采收结束后由烟农将烟秆及时拔除，远离烟田集中堆放。虽然在一定程度上减少了烟秆的焚烧和病虫害的传播，但堆放的烟秆自然分解较慢，对环境仍有一定的影响。综合上述烟秆利用研究进展，结合重庆烟区实际，考虑到工业化提取有效物质对设施设备要求较高，资金投入较大，且能够实现工业化生产的提取方式存在能源耗费量大、预处理及再生较为繁琐、溶剂消耗量大、污染环境严重等问题。烟秆深加工设备简单、成熟，投入较少，无二次污染，特别是制作有机肥和制作燃料2种方式，既能够解决烟秆污染问题，又能够与烤烟生产有机结合，是当前重庆烟区较为合适的选择。

近年来，重庆烟区注重土壤保育，大力推行减少无机肥，增施有机肥的措施。特别是加大了农家肥的施用，制订了农家肥制作标准，由烟农合作社集中堆沤发酵，施量增加至2 250 kg/hm2，用以改良土壤理化性质，改善土壤微生物菌落，提高烟叶品质。如进一步扩大推广应用，则存在原料来源不稳定及秸秆收集运输成本高等瓶颈，而将烟秆作为主要原料代替秸秆，通过生物发酵制作有机肥，不但能解决烟秆污染问题，还可节约农家肥成本，减少烟农生产投入，增加种烟收入。利用废弃烟草生产有机复合肥分别在核桃[43]、夏玉米[44]、水稻[45]种植上施用取得了较好的肥效，能使农作物产量显著增加，而在烟草上的应用研究却鲜见报道。重庆部分烟区已开展了一些有益的探索应用，但应在充分论证的基础上从菌种选择、投料比例等方面制订出最适配方，确保无害化处理到位，开展相应的区域试验充分论证，为推广应用提供有力的技术支撐。

在烤烟调制过程中，需燃煤3 750 kg/hm2左右，煤炭燃烧产生二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及大量粉尘和难以处理的煤渣，能耗高、排放高、污染大。虽然烟草行业正积极探索推动传统调制方式的转型，引进太阳能热泵、电煤混合、太阳能光伏发电、生物质等新能源烤房，推动节能减排、清洁烘烤、走可持续发展之路。但新能源烤房存在设备昂贵、电力不配套等问题，短期内难以实现大面积推广应用。而重庆地区正积极落实煤炭行业供给侧结构性改革，淘汰落后产能，加快煤矿关闭退出。截至2017年上半年，已累积有13个区县整体退出煤炭行业，导致区域烤烟燃煤供应紧张，外调价格上涨，增加烟农生产投入成本，寻求新的替代能源是今后一段时期烤烟生产面临的迫切问题。烟秆通过压块作为燃料设备投入少，燃烧稳定，点火容易，污染排放较少，烟农易接受。依托烟农合作社和烘烤工场，可以实现规模化就地生产，降低生产成本，提供就业岗位，多方位减工降本，促农增收。此外，烟草为喜钾作物，烟秆燃烧后灰分中含有较多的钾元素，可作为钾肥还田，可实现绿色循环经济。

3 结语

目前，针对烟秆再利用的研究大多只停留在实验室阶段，真正工业化利用较少，真正结合烟区实际情况进行市场化利用的研究更少。因此，在大力开展科研攻关的同时，更要加快成果的转化和推广。重庆烟区也一直在积极借鉴、引进新的技术设备，通过试验示范来推动烟秆再利用工作，从而促进烟草产业持续健康稳定发展。

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