姚浩東，馮書(shū)強(qiáng)，郭金梁，闞相成，張春朝，劉歡*

1.山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青島卷煙廠(chǎng)（青島 266101）；2.南昌大學(xué)食品科學(xué)與資源挖掘全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（南昌 330047）

我國(guó)是煙草生產(chǎn)大國(guó)和消費(fèi)大國(guó)，我國(guó)的煙草種植面積、煙草產(chǎn)量及銷(xiāo)售量均居世界首位。2015年我國(guó)煙葉種植面積約160萬(wàn) hm2，生產(chǎn)煙葉220萬(wàn)余 t，伴隨產(chǎn)生煙梗120萬(wàn) t[1]。煙梗含有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、導(dǎo)管結(jié)構(gòu)和纖維氣室，是制備多孔材料的理想材料。煙梗還含有大量高附加值的天然植物素，在醫(yī)藥、食品、化工等領(lǐng)域都發(fā)揮舉足輕重的作用。同時(shí)，煙梗多集中于煙葉復(fù)烤廠(chǎng)，來(lái)源豐富、成本低、集中且方便購(gòu)置。但煙梗作為煙草制品生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)品，只有少量會(huì)被用于卷煙的生產(chǎn)，大部分被直接填埋或集中焚燒，而填埋會(huì)占用大量土地，易污染土壤和地下水，集中焚燒會(huì)產(chǎn)生大量焦油、一氧化碳等污染空氣環(huán)境[2-3]。因此，煙梗廢棄物合理的處理方法和對(duì)煙梗廢棄物的開(kāi)發(fā)是重要和不可或缺的。

綜述煙梗在各領(lǐng)域中的應(yīng)用，旨在為煙草行業(yè)科研人員對(duì)煙梗的綜合利用研發(fā)提供參考，拓展煙梗綜合利用的渠道，能夠有效地進(jìn)行綜合利用煙梗，既能有效處理廢物保護(hù)生態(tài)環(huán)境，又能增加農(nóng)民收入，提升經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)助力農(nóng)業(yè)發(fā)展。

1 煙梗在卷煙工業(yè)中的應(yīng)用

煙梗是煙葉的粗硬葉脈部分，約占煙葉總質(zhì)量的25%。煙梗組成的化學(xué)成分種類(lèi)與煙葉相似且煙梗具有更高的填充性，在卷煙的減害降焦、降本減耗方面發(fā)揮重要作用[4]。由于煙梗的物理性質(zhì)和化學(xué)成分含量與煙葉差別較大，因此必須對(duì)煙梗進(jìn)行一定處理，改善煙梗的理化性質(zhì)，使煙梗制品與煙絲有好的配伍性，更好滿(mǎn)足卷煙生產(chǎn)的工藝需求。

1.1 膨脹梗絲

膨脹梗絲一般是煙梗經(jīng)過(guò)浸梗、潤(rùn)梗、貯梗、蒸梗、壓梗、切梗、加料、膨脹、加香等工藝制備而成，其膨脹工藝采用的技術(shù)通常有氣流膨脹、微波膨脹、真空膨脹等[5]。膨脹梗絲的填充值較高、可燃性好、焦油量低，被廣泛應(yīng)用于各大卷煙廠(chǎng)的卷煙產(chǎn)品中[6]。早期膨脹梗絲的制備主要是采用高溫高濕氣流膨脹技術(shù)，該技術(shù)的工藝流程較復(fù)雜、膨脹率不高。而微波穿透能力強(qiáng)，加熱煙?？烨揖鶆?，能使梗絲迅速膨脹[7]，同時(shí)微波能夠有效撕裂梗及制品的細(xì)胞壁，使煙梗的物理性質(zhì)發(fā)生較大改變，從而使梗絲的填充能力、吸濕能力、形態(tài)發(fā)生較大改善[8]?？渍榈萚9]研究發(fā)現(xiàn)微波膨脹梗絲的平均填充值為6.06 cm3/g，比傳統(tǒng)梗絲的填充值高19.3%，其保濕能力也優(yōu)于傳統(tǒng)梗絲，因此微波膨脹梗絲可存儲(chǔ)于較低濕度的環(huán)境中，有利于節(jié)約能源。廖曉祥等[10]研究發(fā)現(xiàn)微波膨脹梗絲的摻配均勻度為97.67%，高于傳統(tǒng)氣流膨脹梗絲的94.85%。趙云川等[11]研究發(fā)現(xiàn)與氣流烘絲相比，微波膨脹梗絲的致香物質(zhì)含量更高，感官質(zhì)量和綜合品質(zhì)更優(yōu)。此外，微波膨脹技術(shù)能避免高溫高濕而造成的環(huán)境污染和能耗，現(xiàn)已逐漸成為應(yīng)用廣泛的梗絲膨脹技術(shù)。

1.2 煙草薄片

煙草薄片能以卷煙生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的殘次煙梗、煙葉碎片、煙末等為原料，通過(guò)輥壓法、稠漿法或造紙法制備的類(lèi)似天然煙葉的薄片，對(duì)煙草原料有很高的利用率[12]。相較于輥壓法和稠漿法，造紙法制備的煙草薄片可塑性強(qiáng)，透氣性、燃燒性好，且生產(chǎn)時(shí)可人為地改變和調(diào)整生產(chǎn)配方，因此也成為現(xiàn)在薄片生產(chǎn)的主流技術(shù)[13]。造紙法制備煙草薄片一般需經(jīng)過(guò)浸泡、打漿、調(diào)香、涂布、干燥、分切等工序，其制備的煙草薄片顏色和感官等性能與天然煙葉相似，切成絲可與煙絲摻配，這既能對(duì)煙梗、碎煙葉等進(jìn)行綜合利用，提升經(jīng)濟(jì)效益，又能有效地處理煙草廢物，還可在一定程度上改善卷煙品質(zhì)[14]。白曉莉等[15]研究發(fā)現(xiàn)隨著薄片摻配比例的增加，主流煙氣中苯酚含量明顯降低；余其昌等[16]用氫氧化鈉結(jié)合甘油處理煙梗后制得低木質(zhì)素的煙草薄片，該薄片主流煙氣的煙氣品質(zhì)有較大提升；王鳳蘭等[17]用銨堿法預(yù)處理煙梗后并制得煙草薄片，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該薄片的物理性能和感官質(zhì)量有明顯改善。此外，煙草薄片在加熱非燃燒性卷煙中得到普遍應(yīng)用，進(jìn)一步提升其在新型煙草制品中的應(yīng)用潛能[18]。

1.3 膨脹梗粒

膨脹梗粒是先將廢梗、短?；蚬：炦M(jìn)行膨脹，再制成一定粒徑的顆粒物。因?yàn)榕蛎浌Ａ５闹苽溥^(guò)程不需要經(jīng)過(guò)壓梗，所以膨脹梗粒的填充值比膨脹梗絲更高，傳統(tǒng)氣流膨脹梗絲的填充值約5 cm3/g，微波膨脹梗絲的填充值為6.06 cm3/g，而膨脹梗粒的填充值為9.2 cm3/g[19-20]。根據(jù)煙梗的膨脹方式不同，可分為微波梗粒膨脹、間歇式蒸汽膨脹和連續(xù)式過(guò)熱蒸汽膨脹3種方式[9]。蔣光偉[19]研究發(fā)現(xiàn)摻配膨脹梗粒的卷煙煙氣中的焦油量和一氧化碳量均有明顯降低，而煙氣煙堿含量并未大幅降低，這既提高了卷煙的安全性，又保證了卷煙的滿(mǎn)足感。堯珍玉等[21]將膨脹梗粒添加到卷煙濾嘴里，結(jié)果發(fā)現(xiàn)膨脹煙?？山档途頍熃褂?，且對(duì)煙氣中的苯并芘有較強(qiáng)的吸附作用。膨脹梗粒較膨脹梗絲的成品率低，汽爆法制備膨脹梗粒的出品率僅60%，但膨脹梗粒對(duì)煙梗原料的要求低，可利用不能用于膨脹梗絲加工的短梗、梗簽和廢梗，從這個(gè)角度說(shuō)，膨脹梗粒技術(shù)提高煙梗的利用率。膨脹梗粒還可用作煙草薄片的填料，能有效提高薄片厚松度；膨脹梗粒加到濾嘴中，能有效吸附煙氣中的有害成分，提高卷煙的安全性，達(dá)到減害降焦的目的。

1.4 復(fù)切梗絲

傳統(tǒng)梗絲的加工工藝流程一般為水洗梗、蒸梗、貯梗、壓梗、切梗、加料、膨脹、烘梗絲、風(fēng)選等，只經(jīng)過(guò)一次切梗，最終得到的梗絲多為片狀，與卷煙中葉絲的形狀差異明顯，兩者配伍性不高，這也限制了梗絲在卷煙中的應(yīng)用，一般卷煙中梗絲的添加量不超過(guò)10%[22]。為提高梗絲在卷煙煙絲中的摻配比例，要使梗絲的物理形狀更接近葉絲，復(fù)切梗絲可以很好地滿(mǎn)足需求。復(fù)切梗絲工藝不經(jīng)過(guò)壓梗工序，用切梗絲機(jī)切至指定的厚度，加料后用切葉絲機(jī)切至一定寬度，膨脹干燥得到復(fù)切梗絲。復(fù)切梗絲呈現(xiàn)絲狀，能有效提高梗絲在卷煙中的分布均勻性和燃燒性能，降低卷煙煙氣的焦油和一氧化碳含量，改善卷煙的感官品質(zhì)。陳景云等[23]將復(fù)切梗絲添加到卷煙中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其分布均勻性最好、煙氣焦油含量最低、煙支吸阻最小，很好地解決傳統(tǒng)梗絲在煙支中的摻配均勻度和感官質(zhì)量差的問(wèn)題。周利軍等[24]研究發(fā)現(xiàn)復(fù)切梗絲較傳統(tǒng)梗絲有更高的填充值和抗破碎度，成絲效果明顯。許衡等[25]將復(fù)切梗絲摻配到卷煙中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)卷煙的質(zhì)量和穩(wěn)定性均有所提高，主流煙氣品質(zhì)有所改善。

2 煙梗中天然活性成分的應(yīng)用

煙梗含有豐富的果膠、蛋白質(zhì)、煙堿、茄尼醇、煙酸、煙草香精香料等高價(jià)值的天然活性成分，這些天然活性成分在生物、醫(yī)藥、食品、化工等領(lǐng)域都展現(xiàn)出巨大市場(chǎng)潛力，從廢棄煙梗中提取出活性成分也是煙梗資源的循環(huán)利用重要措施。

2.1 煙堿

煙堿，又稱(chēng)尼古丁，是煙草中最重要的生物堿，約占煙草中生物堿總量的95%，在農(nóng)業(yè)、化工和醫(yī)藥領(lǐng)域有重大的應(yīng)用價(jià)值[26]。煙梗中的煙堿含量雖不如煙葉中豐富，但質(zhì)量分?jǐn)?shù)仍有2.7%～4.4%[27]，純度較高的煙堿每噸能賣(mài)出近百萬(wàn)元，顯然從煙梗廢棄物中提取煙堿具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。煙堿的提取方法主要有蒸汽蒸餾法、有機(jī)溶劑萃取法、離子交換樹(shù)脂法、微波協(xié)助提取法和酸堿抽提法，多數(shù)方法對(duì)煙堿的提取率可超過(guò)90%[28]。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，煙堿類(lèi)殺蟲(chóng)劑具有高效的殺蟲(chóng)活性，但對(duì)哺乳動(dòng)物的毒性很低，具有環(huán)境友好性特點(diǎn)[29]。同時(shí)，煙堿類(lèi)殺蟲(chóng)劑制作簡(jiǎn)便、安全無(wú)殘留，使用范圍涵蓋果蔬、林業(yè)、畜牧業(yè)、景觀(guān)、糧谷和寵物衛(wèi)生等方面[29]。在化工領(lǐng)域，高純度煙堿被作為卷煙的添加劑，能去除卷煙燃燒產(chǎn)生的異味氣體，同時(shí)提高吸食感。在醫(yī)藥領(lǐng)域，煙堿可作為藥物中間體，制造代謝類(lèi)、神經(jīng)類(lèi)和心血管類(lèi)藥物，對(duì)阿爾茲海默癥、帕金森綜合癥、抑郁癥、精神分裂癥和癲癇有一定緩解和治療作用[30-31]，同時(shí)還是最成功的戒煙藥的主要功能成分[32]。

2.2 茄尼醇

茄尼醇被發(fā)現(xiàn)較多地存在于桑葉、馬鈴薯葉和煙葉中，尤以煙葉中質(zhì)量含量最高，為0.45%，煙梗中的茄尼醇含量較煙葉比較低，為0.037%[33-34]。從煙梗中提取茄尼醇的方法主要有超臨界萃取法、室溫浸提法、加熱回流提取法和微波輔助提取法[35]。茄尼醇是煙草化學(xué)研究的熱點(diǎn)之一，國(guó)內(nèi)外的煙草茄尼醇產(chǎn)品均供不應(yīng)求。茄尼醇產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)格較高，較好品質(zhì)的茄尼醇價(jià)格約為1 200元/kg，品質(zhì)較差的也能賣(mài)出100元/kg的價(jià)格。茄尼醇之所以受到追捧，主要是因?yàn)槠湓诙囝I(lǐng)域的出色表現(xiàn)。在醫(yī)藥行業(yè)，茄尼醇具有抗癌、抗菌、抗?jié)?、抗氧化、清除自由基、治療心血管疾病等功效，同時(shí)茄尼醇還是合成維生素K2、輔酶Q10、抗?jié)兒涂拱┰鲂㏒DB等的中間體[36-38]，另外，茄尼醇還可被用于治療先天障礙貧血、老年癡呆癥和抗艾滋病藥物等。在化妝品行業(yè)，茄尼醇常被用于預(yù)防肌膚老化、除皺和去斑等化妝品，也是高檔化妝品中含有的輔酶Q10的原材料，其受到諸多化妝品公司的青睞。

2.3 煙草蛋白

蛋白質(zhì)作為煙梗的主要組成成分，與煙梗的品質(zhì)密切相關(guān)，燃燒產(chǎn)生的氣味直接影響卷煙的感官品質(zhì)。煙梗中蛋白質(zhì)提取的工藝流程簡(jiǎn)單，且提取的蛋白質(zhì)純度高，這為煙梗蛋白的工業(yè)化大規(guī)模提取提供了有利條件。從煙梗中提取煙草蛋白的方法主要有直接加熱沉淀法、柱層析結(jié)晶法、雙水相萃取法和直接稀釋結(jié)晶法[39]。煙梗中蛋白質(zhì)的含量豐富，質(zhì)量分?jǐn)?shù)在9%左右[40]，煙草蛋白由可溶性蛋白和不溶性蛋白組成，兩者含量各占一半，其中可溶性蛋白質(zhì)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%的FⅠ蛋白和50%的FⅡ蛋白，F(xiàn)Ⅰ蛋白是唯一可以結(jié)晶化的植物源的核酮糖二磷酸縮化酶，在醫(yī)藥、食品、飼料等領(lǐng)域具有巨大潛力。在醫(yī)藥領(lǐng)域，F(xiàn)Ⅰ蛋白是維生素D的有用和有效載體，可以制備煙葉硒蛋白預(yù)防肝損傷，防止肝病轉(zhuǎn)化為癌癥。此外，腎功能不足的人及術(shù)后患者，都可以從營(yíng)養(yǎng)完整均衡、易于消化和無(wú)異味的FⅠ蛋白中獲益[41]；在食品領(lǐng)域，煙草蛋白可作為素食者或乳糖不耐癥人群酪蛋白的替代品，還可以直接添加到肉制品、蛋制品和糖果等食品中；在飼料領(lǐng)域，F(xiàn)Ⅱ蛋白的氨基酸相對(duì)不是很均衡，但仍有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。FⅡ蛋白可作為優(yōu)質(zhì)的蛋白飼料或動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)添加劑。

2.4 煙酸

煙酸，又可稱(chēng)尼克酸，主要是由煙堿氧化生成，與氨反應(yīng)能生成煙酰胺。煙酸是最穩(wěn)定的B族維生素，可以參與機(jī)體的酸、糖、脂的氧化還原反應(yīng)[42]。煙酸在醫(yī)藥行業(yè)、畜牧行業(yè)、食品行業(yè)和化工行業(yè)應(yīng)用廣泛。在醫(yī)藥行業(yè)，煙酸被廣泛用于治療中樞性呼吸衰竭及循環(huán)系統(tǒng)衰竭、動(dòng)脈硬化、高血脂、冠心病、腦血栓、中風(fēng)等癥的治療，煙酸及其衍生物還有控制神經(jīng)興奮性的功效并可作麻醉劑使用，此外煙酸制劑可用于各類(lèi)皮炎和神經(jīng)性障礙的治療。在畜牧行業(yè)，煙酸可作為飼料的添加劑以提高畜禽的抗氧化、抗炎癥能力，促進(jìn)畜禽生長(zhǎng)，改善肉品質(zhì)，提高畜的泌乳性能，在動(dòng)物飼料中添加煙酸還可以治療動(dòng)物乳腺炎、血脂異常等疾病，提高動(dòng)物的抗病能力[43]。在食品行業(yè)，煙酸被廣泛添加于乳制品、面食和米粉等，可預(yù)防人體缺乏煙酸導(dǎo)致的粗皮膚病等的發(fā)生[44]。在化工行業(yè)，煙酸被應(yīng)用于電鍍光亮添加劑、合成染發(fā)劑染發(fā)等[45]。近年來(lái)醫(yī)藥、畜牧、食品和化工等行業(yè)對(duì)煙酸及其制品的需求量劇增。與化學(xué)合成法制備煙酸相比，用煙梗廢棄資源制取煙酸的生產(chǎn)成本大幅降低，已有研究者通過(guò)氧化煙草生物堿制備煙酸，氧化率達(dá)95%以上[46]。

2.5 果膠

果膠是煙葉和煙梗等煙草作物細(xì)胞壁的重要組成成分，在煙草及其制品中的含量為5%～13%，煙梗中果膠含量較高，為11%～12%[47]。果膠是一種親水膠體，煙草中的果膠可以維持濕潤(rùn)和韌性，但過(guò)高含量的果膠可能會(huì)使煙草及其制品吸濕，導(dǎo)致霉變，且會(huì)使其燃燒不充分影響吸味品質(zhì)。同時(shí)，果膠在煙草醇化時(shí)產(chǎn)生1.5%的乙酸，吸食時(shí)產(chǎn)生辛辣味，使人嗆咳、灼燒喉嚨，對(duì)吸食健康不利[48]。因此從煙草及其制品中提取果膠可以提升卷煙的品質(zhì)，且提取出的果膠也具有不菲的商業(yè)價(jià)值[49]。提取果膠的方法主要有酸堿提取法、超聲波提取、酶法提取和微波輔助提取[50]。果膠是一種無(wú)毒、可降解、具有良好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)的天然多糖，被廣泛用于食品行業(yè)和醫(yī)藥行業(yè)。在食品行業(yè)中，果膠是被聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織和中國(guó)認(rèn)證過(guò)的食品添加劑，可以作為凝膠劑、乳化劑和穩(wěn)定劑[51]。在醫(yī)藥行業(yè)中，果膠是理想的藥物靶向釋放包衣材料，另外，富含鼠李半乳糖醛酸I型的果膠具有降血糖、抗癌、免疫調(diào)節(jié)和細(xì)胞遷移抑制等功效[52-53]。

2.6 煙草香料

作為卷煙生產(chǎn)過(guò)程中重要的添加劑，煙草香料可以賦予卷煙煙氣特殊的煙氣效果和感官品質(zhì)。煙草香料根據(jù)來(lái)源不同可分為天然或合成煙草香料，天然煙草香料一般是從動(dòng)植物或煙草材料中提取，合成香料一般是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)合成的。煙梗中含有散發(fā)煙草香味的天然煙草香料，將其提取出添加到膨脹梗絲、膨脹梗粒、煙草薄片中可以使煙氣更加飽滿(mǎn)、香氣更加濃郁。提取煙草精油的方法主要是超臨界萃取法、超聲輔助溶劑法和水蒸氣蒸餾法[54-56]，所得粗產(chǎn)品為煙草浸膏，經(jīng)純化后即可得到煙草精油。冀唯妮等[57]先采用萃取法制取煙梗浸膏，后采用分子蒸餾法分離提純浸膏得到煙梗精油，在最佳工藝條件下精油得率為10.49%，精油中的香氣成分均大幅提升，其中富集倍數(shù)最高達(dá)112倍，與浸膏相比，添加精油的再造煙葉產(chǎn)品的香氣濃度增加，雜氣降低。易聰華等[58]應(yīng)用超臨界CO2萃取法制取煙梗浸膏，在最佳工藝條件下浸膏的得率為1.70%，該浸膏含有多種煙草的關(guān)鍵致香物質(zhì)。段焰青等[59]使用兩種菌株發(fā)酵煙梗制備得到的煙梗浸膏，萃取濃縮后加入卷煙制品中能明顯掩蓋雜氣和降低刺激性，同時(shí)增加了煙草本香，使煙氣更加細(xì)膩、飽滿(mǎn)。

3 煙梗中生物質(zhì)資源的應(yīng)用

煙梗中含有豐富的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、果膠、蛋白質(zhì)等有機(jī)成分和礦物元素，但我國(guó)對(duì)煙梗這種生物質(zhì)能的利用比重很小。合理開(kāi)發(fā)利用煙梗的生物質(zhì)能可以緩解國(guó)內(nèi)資源緊缺的窘境，還可以減小煙梗廢棄物對(duì)生態(tài)的破壞。

3.1 微生物培養(yǎng)基

煙梗中含有大量碳水化合物和氮類(lèi)化學(xué)物，可作為微生物培養(yǎng)基孵育微生物以利用微生物的發(fā)酵作用[60]。陳興等[60]在30 ℃用微生物菌株制劑處理梗絲48 h后，梗絲的總糖、還原糖和香氣物質(zhì)有所上升，果膠和纖維素含量都顯著降低，評(píng)吸品質(zhì)明顯上升。周元清等[61]研究表明采用木質(zhì)素降解微生物對(duì)煙梗纖維素、木質(zhì)素和總細(xì)胞壁物質(zhì)均有顯著降低作用，其中的木質(zhì)素的降幅為64.7%～68.4%，煙梗填充值增加35.2%～42.8%，明顯提升煙梗的使用價(jià)值。徐世濤等[62]在煙梗上接種微生物，在最佳工藝條件下，煙梗中的果膠、纖維素和木質(zhì)素含量較未接種微生物的對(duì)照組分別下降8.77%，12.78%和33.55%，煙梗的抽吸品質(zhì)有效提高。陳興等[63]利用復(fù)合酶處理梗絲發(fā)現(xiàn)，處理后的梗絲含糖量上升、香氣成分含量增加，有利于提升卷煙的感官質(zhì)量。生物技術(shù)處理煙?？捎行Ы档蜔煿Ｖ挟a(chǎn)生的雜氣或有害物質(zhì)的成本，改善煙氣質(zhì)量，并提高煙梗煙氣的香氣成分含量。此外，微生物技術(shù)除了可以改善煙梗及其制品的內(nèi)在品質(zhì)，還可通過(guò)微生物的發(fā)酵作用制取高附加值的生物質(zhì)資源。尚兵等[64]在廢棄煙梗上接種粘紅酵母CA815，通過(guò)固態(tài)發(fā)酵后提取得到微生物油脂；朱大恒等[65]在廢棄煙梗上接種干酪乳桿菌，發(fā)酵后提取得到L-乳酸；馬海昌[66]在廢棄煙梗上接種生香酵母，發(fā)酵后提取得到天然煙草香精；李殿殿等[67]以煙葉渣為主要培養(yǎng)基，加入1%輔料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該培養(yǎng)基可以加快平菇出菇，且對(duì)環(huán)境無(wú)污染，符合國(guó)家食用標(biāo)準(zhǔn)，為培育平菇探索出一條新途徑。

3.2 制備活性炭

醋酸纖維自20世紀(jì)50年代開(kāi)始就被用于濾嘴的制造，但當(dāng)前僅用醋酸纖維制備的濾嘴已不能滿(mǎn)足對(duì)減害降焦的訴求。在濾嘴中添加多孔材料來(lái)吸附主流煙氣中的有害成分已成為減害降焦的研究熱點(diǎn)，活性炭在降低煙氣中有害成分有顯著效果，是應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)吸附劑[68]?；钚蕴渴且环N比表面積大、孔隙結(jié)構(gòu)多的吸附材料，其良好的理化、機(jī)械穩(wěn)定性使其成為最成功的濾嘴添加劑之一。煙梗有大量纖維細(xì)胞與導(dǎo)管結(jié)構(gòu)，同時(shí)還含有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和纖維氣室，且煙梗纖維中碳含量高，是制備活性炭的理想原料[69]。煙梗制備活性炭不僅能解決伴隨卷煙生產(chǎn)產(chǎn)生的大量煙梗廢棄物的問(wèn)題，而且還避免焚燒廢棄煙梗所造成的環(huán)境污染?；钚蕴康闹苽浞椒ㄖ饕形锢砘罨?、化學(xué)活化法和物理化學(xué)法。劉恒等[70]以5種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鋅溶液活化煙梗，均制備出能很好吸附煙氣中有害物質(zhì)的活性炭，這些活性炭對(duì)煙氣中NH3、B(a)P、NNK、HCN、CO、巴豆醛和苯酚最高降低率依次為47%，61%，55%，20%，37%，55%和69%。Guo等[71]將煙梗原料在500 ℃條件下進(jìn)行預(yù)炭化，與氫氧化鉀以1∶4質(zhì)量比混合，并在700 ℃下處理2 h，所得活性炭的比表面積為1 416 m2/g，對(duì)陽(yáng)離子染料龍膽紫的最大吸附量為926 mg/g。

3.3 制備堆肥

煙梗中含有顯著高于其他農(nóng)作物秸稈的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和礦物質(zhì)，可以有效增加土壤的肥力，使農(nóng)作物增產(chǎn)增收，是重要的有機(jī)肥源之一。與來(lái)源分散、難以收集的其他作物秸稈相比，煙梗多集中于復(fù)烤企業(yè)中，來(lái)源豐富、成本低、集中，是復(fù)烤企業(yè)地區(qū)有機(jī)肥的首選。然而，煙梗中含有的煙堿、尼古丁、茄尼醇等對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)有害，一般是通過(guò)微生物發(fā)酵，以達(dá)到降解煙梗所攜帶對(duì)農(nóng)作物有害的物質(zhì)。有學(xué)者探討煙梗作為有機(jī)肥在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用潛力，并得出肯定結(jié)論。王亞麒[72]研究表明，化肥摻配煙梗有機(jī)肥比僅用化肥更能改良土壤養(yǎng)分狀況、增強(qiáng)土壤酶活性、加速土壤生化反應(yīng)速率和土壤的養(yǎng)分循環(huán)，提高花椰菜、辣椒、玉米與楊梅的產(chǎn)量品質(zhì)。魯賢等[73]研究發(fā)現(xiàn)施用煙梗有機(jī)肥的萵筍的產(chǎn)量分別較不施肥和施化肥高20.4%和18.2%，提高每畝萵筍的價(jià)值和效益，并大幅降低化肥用量。耿明明等[74]研究發(fā)現(xiàn)，煙梗有機(jī)肥可顯著降低煙草花葉病、青枯病、黑脛病及赤星病的發(fā)病率及病情指數(shù)，且煙梗有機(jī)肥摻配化肥施肥的效果更優(yōu)于單施煙梗有機(jī)肥。

3.4 利用生物質(zhì)能

生物質(zhì)可以捕捉和儲(chǔ)存能量，是一種重要的可再生資源，具有碳中性、清潔、綠色可再生等優(yōu)點(diǎn)，繼煤炭、石油和天然氣后成為第四大能源，也是化石能源的重要替代品。生物質(zhì)能被推薦用作家庭燃沼氣燃料，提供電網(wǎng)電力、熱能和液體、氣體生物燃料。煙梗也同樣是生物質(zhì)的一種，與需要消耗大量勞動(dòng)力和成本來(lái)收集、運(yùn)輸?shù)霓r(nóng)業(yè)秸稈相比，煙梗多集中于復(fù)烤廠(chǎng)，收集簡(jiǎn)單成本低，是一種潛力巨大的生物質(zhì)能原料。王曉劍等[75]研究發(fā)現(xiàn)煙梗與木屑復(fù)配壓制的生物質(zhì)燃料的發(fā)熱量雖然較煤炭燃料低，但其他燃燒指標(biāo)均達(dá)到煙葉烘烤的要求，可作為煙葉烘烤的替代能源。飛鴻等[76]對(duì)煙梗和煙桿進(jìn)行控氧燃燒，可分解可燃?xì)怏w用于煙葉烘烤。煙梗生物質(zhì)能的應(yīng)用技術(shù)主要有物理轉(zhuǎn)換、生物化學(xué)轉(zhuǎn)換和熱化學(xué)轉(zhuǎn)換[77]。物理轉(zhuǎn)換技術(shù)是通過(guò)物理方法改變煙梗的物理狀態(tài)，使其更好地釋放儲(chǔ)存的能量，但同時(shí)伴隨著較多的焦油釋放量；生物化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)是通過(guò)微生物的生長(zhǎng)繁殖，發(fā)酵煙梗制得甲烷、乙醇等可燃?xì)怏w或液體；熱化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)通過(guò)熱解將能低能量密度的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換為高能量密度的燃料，是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化的最有效方式[78]。

4 結(jié)語(yǔ)

作為煙草種植大國(guó)和生產(chǎn)大國(guó)，我國(guó)每年產(chǎn)生大量的廢棄煙梗，除少量被制成薄片或膨脹制品摻配到卷煙中外，其余大部分煙梗均未被有效利用，造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)和環(huán)境的破壞。匯總近十幾年煙梗的研究，總結(jié)出煙梗的應(yīng)用方向。一是繼續(xù)深化煙梗在卷煙行業(yè)中減害降焦的作用，通過(guò)改善工藝條件獲得高膨脹率、低危害且風(fēng)味飽滿(mǎn)的煙梗制品；二是從廢棄煙梗中提取高純度的高附加值天然活性成分，這既能減弱廢棄煙梗不當(dāng)處理對(duì)環(huán)境的危害，又能獲得高附加值產(chǎn)品，還能在一定程度上緩解國(guó)內(nèi)相關(guān)資源匱乏的困境；三是利用煙梗的高碳、多孔、多纖維的特性，將其制備成多孔材料，一方面可將其加到卷煙煙絲配方或?yàn)V嘴中來(lái)吸附煙氣中的焦油等有害物質(zhì)，另一方面也可運(yùn)用于污水處理凈化等領(lǐng)域；四是將煙梗廢棄物用作微生物的培養(yǎng)基床，一方面可以培育微生物，另一方面可以利用微生物的發(fā)酵作用改善煙梗的感官質(zhì)量，使其更好地滿(mǎn)足卷煙生產(chǎn)需要；五是將煙梗的生物質(zhì)能充分發(fā)揮，在煙梗燃燒熱值不高的前提下，將其用在合適的場(chǎng)合，可以緩解國(guó)內(nèi)化石能源短缺狀況。合理開(kāi)發(fā)、綜合利用，不僅可以使煙草廢次物作為卷煙工業(yè)原料，還可以作為化工、食品以及醫(yī)藥的重要原料。如此，煙草的生產(chǎn)將會(huì)產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益。