烟梗综合利用研究进展

摘要 作为烟草加工中重要的副产物，烟梗的综合利用对于提高烟草行业的总体效益具有非常重要的意义。通过总结近年来的发展，对烟梗在卷烟工业中的应用、烟梗中化学成分的提取研究和作为生物质的利用进行了综合分析，最后展望了烟梗综合利用的未来发展。

关键词 烟梗；综合利用；有效成分；生物质

中图分类号 TS49 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）08-0232-03

Abstract As the important by-product in tobacco processing， the utilization of tobacco stem is of significant meaning to the total benefit of tobacco industry. In this paper， the recent development of tobacco stem utilization technique was reviewed. The application of tobacco stem in tobacco industry， the research on chemical component extraction from tobacco stem， as well as the utilization of tobacco stem as biomass， had been separately discussed in details. In the end， the authors proposed the possible future directions for comprehensive utilization of tobacco stem.

Key words tobacco stem； complex utilization； active ingredient； biomass

烟草是一种重要的经济作物和嗜好性消费品，中国烟草的种植面积及产量均位居世界第1位。而作为烟草加工重要的副产物，我国烟梗年产量达到60万t左右，其中只有约40万t（占比67%左右）被有效利用[1]。数十万吨的烟梗被废弃，既污染了环境，同时也造成了资源浪费。烟梗的细胞壁物质含量较高，在热解时产生较多的低级醛类，在燃吸过程中产生刺激性气味引起呛咳，这是影响卷烟内在品质和风味的不利因素，也是导致烟梗在卷烟行业中利用率较低的主要原因。在资源短缺的今天，采用现代生物技术和化工技术，提高烟梗在卷烟生产中的利用率，提取烟碱、植物蛋白、烟酸等高附加值化合物，利用烟梗作为生物质原料加工，将为烟梗的综合利用提供新的途径，具有重要的意义和良好的经济价值。

1 烟梗简介

烟梗是烟叶中的粗叶脉，占叶重的25%～30%，将其切丝后可添加到卷烟中。烟梗的化学成分与种类基本与烟叶一致，但总氮、水溶性总糖及烟碱的含量较低。烟梗中细胞壁物质含量较高，占其干重的35%～40%，主要包括纤维素、半纤维素、果胶质和木质素等，且随烟草等级的下降，含量也在增加[2]。

汤朝起等[3-5]研究不同产地的烤烟烟梗，发现烟梗总细胞壁物质含量平均为38.83%，其中果胶含量平均为11.63%，木质素含量平均为2.20%，半纤维素含量平均为3.47%，纤维素含量平均为21.69%，与烟叶的组成存在很大区别（表1）。烟梗中总糖含量低、纤维素和果胶等细胞壁物质含量高的特点，造成糖碱比的失调，影响烟草的感官品质，同时也限制了其在卷烟中的勾兑比例。

2 烟梗在卷烟工业中的应用

2.1 梗丝制造

梗丝是卷烟配方的重要组份之一，梗丝再造技术也是目前烟梗利用的主要途径。卷烟企业出于减害降焦的目的，使梗丝在卷烟配方中的掺配比例逐渐增大，这是由于梗丝焦油释放量低，可明显降低卷烟的焦油量[6]，同时也可提高卷烟的透发性和细腻程度[7-8]。烟梗的添加同时也节约烟叶原料，降低卷烟成本。

烟梗加工技术非常重要，科研人员研究最多的是梗丝的大小和长度、梗丝分布形态、膨胀梗丝掺配量等对卷烟感官质量的影响。近年来，林凯[9]、黄天辉等[10]、许春平[11]等利用生物法处理烟梗，改善品质以提高烟梗在梗丝制造中的利用率。

2.2 制备烟草薄片

烟草薄片是利用烟梗、烟末、低次烟叶等烟草加工废弃物作为原料制备的一种特殊烟草原料，也称之为再造烟叶。烟草薄片可以在一定程度上节省烟草原料，改善卷烟的物理和化学性质，从而提高卷烟品质。

目前，国际上烟草薄片的生产技术主要包括辊压法、稠浆法和造纸法[12]。国内对造纸法烟草薄片生产工艺的研究处于发展阶段，与国外的成熟技术相比，还不够完善[13]，生产过程中存在能耗高、得率低、薄片质量差、环境污染等突出问题。这些问题都是造纸法烟草薄片科研人员亟需解决的问题。黄思敏等[14]研究造纸法再造烟叶提取新工艺，唐向兵等[15]对造纸法烟草薄片生产废水处理技术进行了优化改造，以减少对环境的影响，提高烟草薄片的质量。

2.3 制备复合型卷烟滤嘴

滤棒可有效滤除烟气中的部分有害成分，是连接卷烟与消费者的桥梁。为了增强滤嘴的吸附功能，尽量多选择空隙结构丰富、比表面积大的材料作为复合滤嘴的添加材料[16]。尧珍玉等[17]研究膨胀烟梗颗粒复合滤嘴，为卷烟功能复合滤嘴的开发提供新的材料，也为烟梗利用提供了一个新的研究方向。

2.4 提取烟用香料

作为烟草制品的重要添加剂，烟用香料可使烟支在燃吸过程中获得良好的感官品质和烟气效果[18]。根据其来源不同，可将其分为合成烟用香料和天然烟用香料。其中，天然香料是从烟草和其他动植物中提取得到的，而合成香料是通过化学反应由基本的有机原料合成而得[19]。马海昌[20]利用烟梗制备天然烟用香料，提供了烟用香料的进一步研究参考和烟梗利用的新途径。

3 特殊化学成分提取

3.1 提取烟碱

烟碱俗称尼古丁（nicotine），主要应用于现代农业生产[21]和医学生产[22-24]中。以烟梗为原料提取烟碱具有明显的经济效益。烟碱提取目前主要有以下几种方法：蒸馏分离法、水浸-有机溶剂萃取法、酸碱抽提法和离子交换树脂法。

烟碱在医药方面可作为药物中间体，制造心血管类、神经类以及代谢功能类药物，对帕金森综合症[21]、老年痴呆[25]及抑郁症[26]有一定的治疗和缓解作用。在农业生产中，烟碱杀虫剂因其制作简单、取材容易、使用安全而且无残留，在防治果蔬、花卉和农作物的蚜虫、卷叶虫等害虫上效果良好。

3.2 提取茄尼醇

烟草中的茄尼醇（solanesol）是目前研究的热点之一[27-29]，通常占烟草总重的0.3%～3.0%。

茄尼醇具有较强的抗癌生物活性，是合成治疗癌症、溃疡和心血管病等药物的中间体，并可用于合成辅酶Q10等代谢激活剂，还具有消炎、止血、抗菌等功效[30]。国外从烟草中提取茄尼醇的技术中，工艺较为成熟的是日本的2项专利[31]。国内则以孙心齐等[32]为主率先对烟叶中的茄尼醇进行提取研究，但是都以溶剂提纯为主，由于工艺流程复杂、成本昂贵、难以控制而未能进行工业化生产。

3.3 提取植物蛋白

从烟草中提取的植物蛋白营养价值高于酪蛋白和鸡蛋，可作为人类的替代食物[33]。烟草蛋白在临床上主要是供给肾脏病患者或忌盐性患者使用[34]，也可以用于补充体能。据报道，美国佛罗里达生物技术研究所已经成功建立了一条烟草蛋白生产线，从烟草中提取蛋白质供给药用。国内也对烟草蛋白质的提取工艺进行不断的研究[35]。提取蛋白质以后的烟梗仍可以作为卷烟的原料，并不影响卷烟的质量。烟草中总共已经发现了43种氨基酸，含量约为烟叶干重的3%[36]，具有人体必需的8种氨基酸[37]。为此有人预言，烟草中的氨基酸、蛋白质和多糖类，有可能成为21世纪解决粮食紧缺的重要补充。

3.4 提取烟酸

烟酸（nicotinic acid）是维生素族的一员，主要用于医药[38]、食品行业印染、日化、精细化工和饲料添加剂。在医药上，烟酸是最稳定的B类维生素，能参与体内糖、脂、酸的代谢，具有广泛的生理活性，可制备防止癫皮病和维生素缺乏症的药物，用于高血脂[39]、冠心病、脑血栓、中风、动脉硬化、偏头痛等症的治疗。烟酸还可用于食品保鲜剂[40]和饲料添加剂[41]。

4 烟梗生物质的应用

4.1 提取果胶

果胶是一种水溶性植物胶，可用于食品、医疗等行业中，烟梗果胶属于高脂果胶，占烟梗质量的5%～13%[42]。目前，沸水抽提法、酸水解法、微生物法（酶分离法）和离子交换树脂法是果胶提取的常用方法[43-44]。

4.2 作为可再生能源利用

我国对燃料乙醇的需求量随着经济的发展而逐渐增加，基于生物质生产的燃料乙醇广泛地引起了人们的关注和重视。近年来，利用烟梗作为生物质的研究越来越多，谢丽萍[45-46]研究利用烟草下脚料发酵制取乙醇，开展了烟梗利用的一个新的方向。利用生物质能源替代煤炭进行烟叶烘烤，就技术而言问题不大，已基本成熟。飞 鸿等[47]利用废弃烟梗、烟杆等生物质烘烤烟叶，降低烟叶生产成本，惠及千万烟农，带来良好的经济和社会效益。

4.3 其他

烟梗在其他方面的应用研究也受到了广泛关注，例如利用烟梗制造纤维板[48]、制备活性炭[49]、作为发酵原料[50]和有机肥原料[51]。生物质中富含大量的碱性矿物质，其在燃烧过程中将会对煤和生物质产生一定的作用。研究发现K、Na、S、Cl、P、Ca、Mg、Fe、Si等参与反应可以改善煤的燃烧性，减少环境污染[52]。刘 强等[53]研究烟梗和煤的共气化特性，发现烟梗中的碱金属K、Ca、Mg对促进神华煤的气化反应起到重要作用。

5 结论

烟梗是宝贵的自然资源，应拓宽其利用途径，实现资源的最大化利用。目前，对于烟梗中有效成分的提取基本均停留在试验阶段，未大规模生产利用。作为常见的可再生资源之一，烟梗的综合利用不仅仅可以减少污染，同时还可以提高煤等非可再生资源的利用率，将会在一定程度上缓解我国资源缺乏的问题。但这些研究仅仅处于试验阶段，大规模的利用还有一段路需要走。

6 参考文献

[1] 李晓，纪晓楠，姚二民，等.烟用梗丝加工工艺研究进展[J].贵州农业科学，2013（8）：182-186.

[2] 左天觉.烟草的生产、生理和生物化学[M].朱尊权，译.上海：上海远东出版社，1993：371-373.

[3] 汤朝起，盛科，金永明，等.不同产地不同部位烤烟烟梗品质评价[C]//上海市烟草系统2012年度优秀学术论文集（工程技术类）.2011：28.

[4] 刘春奎，蔡佳，杨靖，等.烤烟细胞壁物质与烟叶质量的关系研究[J].广东农业科学，2012（12）：33-35.

[5] 周正红，高孔荣，张水华.烟草中化学成分对卷烟色香味品质的影响及其研究进展[J].烟草科技，1997（2）：22-25.

[6] 钟科军，蒋腊梅，黄建国.卷烟降焦综合技术方法与实践[J].烟草科技，2001（2）：4-8.

[7] 丁美宙，熊安言，王海滨，等.微波膨胀条状梗丝应用效果评价[J].烟草科技，2015（2）：79-84.

[8] 陈兴，申晓锋，巩效伟，等.提升梗丝品质技术研究进展[J].安徽农业科学，2013（5）：2274-2276.

[9] 林凯.酶法对烟梗丝降解效果的研究[J].安徽农业科学，2011（11）：6500-6501.

[10] 黄天辉，桂金鹏，郑丽沙.利用酶制剂改善再造烟叶品质研究进展[J].东北农业大学学报，2015（10）：102-108.

[11] 许春平，孙斯文，郝辉，等.烟梗果胶酶解条件优化及热裂解分析[J].浙江农业学报，2015（4）：657-664.

[12] 缪应菊，刘维涓，刘刚，等.烟草薄片制备工艺的现状[J].中国造纸，2009（7）：55-60.

[13] 尚善斋，雷萍，吴恒，等.造纸法烟草薄片的研究进展[J].纸和造纸，2015（4）：45-49.

[14] 黄思敏，马林.造纸法再造烟叶提取新工艺的研究应用[J].黑龙江造纸，2015（1）：1-3，7.

[15] 唐向兵，胡德武，胡丽军，等.造纸法烟草薄片生产废水处理技术优化改造[J].武汉工程大学学报，2010（1）：78-80+86.

[16] 许保鑫.复合滤嘴吸附性能的热脱附研究[D].昆明：昆明理工大学，2007.

[17] 尧珍玉，马涛，温东奇，等.微波膨胀烟梗颗粒在卷烟滤嘴中的应用[J].应用化工，2010（9）：1432-1435.

[18] 黄映凤.烟用香精香料的分析研究[D].杭州：浙江大学，2007.

[19] 刘绍华，毛多斌，李志华，等.天然烟用香料提取技术研究进展[J].郑州轻工业学院学报（自然科学版），2013（4）：24-28.

[20] 马海昌.生物法处理烟梗制备天然烟用香料的研究[D].广州：华南理工大学，2013.

[21] BECK M E， GUTBROD O， MATTHIESEN S.Insight into the Binding Mode of Agonists of the Nicotinic Acetylcholine Receptor from Calculated Electron Densities[J].Chemphyschem：a European Journal of Chemical Physics and Physical Chemistry， 2015， 16（13）：2760-2767.

[22] 佚名.《科学报告》：尼古丁或可治疗神经和精神疾病[J].现代生物医学进展，2015（21）：4203.

[23] 崔广宾，李晓武，苗建军，等.尼古丁对重度急性胰腺炎保护作用的研究[J].重庆医学，2015（25）：3460-3462.

[24] 赵保路.尼古丁预防帕金森氏综合症和老年痴呆症的分子机理研究[J].生物物理学报，2007（2）：81-92.

[25] FAGERSTRM K O， POMERLEAU O， GIORDANI B， et al.Nicotine may relieve symptoms of Parkinson's disease[J].Psychopharmacology， 1994， 116（1）：117-119.

[26] SALIN-PASCUAL R J， ROSAS M，JIMENEZ-GENCHI A.Antidepressant effect of transdermal nicotine patches in nonsmoking patients with major depression[J].The Journal of Clinical Psychiatry， 1996， 57（9）：387-389.

[27] 陈爱国，申国明，梁晓芳，等.茄尼醇的研究进展与展望[J].中国烟草科学，2007（6）：44-48.

[28] 姚建华，肖竦.茄尼醇的提取及其应用[J].广州化工，2015（7）：37-38+54.

[29] 杨紫涵.从烟草中提取精品茄尼醇的研究[D].西安：西北大学，2010.

[30] 金凌.废烟叶源茄尼醇的制备及其生物转化产辅酶Q_（10）的研究[D].杭州：浙江工业大学，2007.

[31] 于华忠.废次烟叶中茄尼醇的提取、分离技术研究[D].长沙：湖南农业大学，2006.

[32] 孙心齐，赵瑾，王超杰，等.从废次烟叶中提取茄尼醇的研究[J].河南大学学报（自然科学版），1995（2）：37-40.

[33] ZHANG Chen-ming， JACKIE C，DAVID V，et al.Lysozyme purification from tobacco extract by polyelectrolyte precipitation[J].Journal of Chro-matography A， 2005， 1069：107-112.

[34] 郭俊成，苏勇，刘强，等.烟草叶蛋白利用价值研究进展[J].中国烟草科学，2006（1）：8-10.

[35] 魏赫楠，谭红，朱平，等.烟草中蛋白质超滤提取工艺研究[J].河南农业科学，2013（11）：154-157.

[36] 赵田，史宏志，姬小明，等.不同类型烟草游离氨基酸组成和含量的差异分析[J].中国烟草学报，2011（2）：13-17.

[37] 杨红燕，杨柳，朱文辉，等.烟草中游离氨基酸的超高效液相色谱快速分析及化学计量学研究[J].分析科学学报，2010（3）：310-314.

[38] YAROSH D B， GALVIN J W， NAY S L， et al.Anti-inflammatory activity in skin by biomimetic of Evodia rutaecarpa extract from traditional Chinese medicine[J].Journal of Dermatological Science， 2006， 42（1）：13-21.

[39] GRUNDY S M，CLEEMAN J I，BAIREY MERZ C N，et al.Implications of Recent Clinical Trials for the National Cholesterol Education Program Adult Treatment Panel III Guidelines[J].Journal of the American College of Cardiology， 2004， 44 （3）：720-732.

[40] 李艳云，尹振晏，宫彩红.烟酸的研究进展[J].北京石油化工学院学报，2006（1）：59-64.

[41] 王斐英，张伟，谢海蓉，等.2种不同维生素B_3补充物质的理化性状及稳定性对比研究[J].中国畜牧杂志，2013（22）：30-34.

[42] 王志勇，邵岩，周清明，等.果胶及其对烟草生理和品质性状的影响[J].中国农业科技导报，2013（1）：130-135.

[43] 陈熠，熊远福，文祝友，等.果胶提取技术研究进展[J].中国食品添加剂，2009（3）：80-84.

[44] KAJSHEVA N S.Configuration of central metals in polyuronates studied by EPR spectroscopy[J].Pharmaceutical Chemistry Journal，2012，46（8）：516-518.

[45] 谢丽萍.利用烟草下脚料发酵制取乙醇[D].上海：东华大学，2010.

[46] 谢丽萍，赵晓祥，杨虹蛟，等.烟草下脚料发酵制取乙醇[J].环境工程学报，2010（6）：1417-1420.

[47] 飞鸿，蔡正达，胡坚，等.利用生物质烘烤烟叶的研究[J].当代化工，2011（6）：565-567，592.

[48] 刘维涓，周红光.利用废烟梗制造烟草栽培用纸的方法：中华人民共和国，CN101871178[P].2010-10-27.

[49] 刘峥.活性炭吸附法净化丙酮和二氧化硫的研究[D].长沙：中南大学，2014.

[50] 席宇，高明，郭东衡，等.废弃烟梗发酵生产真菌吸附剂及其脱色作用[J].烟草科技，2012（6）：72-75.

[51] 高明，郭灵燕，席宇，等.烟梗生物发酵制造有机肥[J].烟草科技，2010（12）：57-60，65.

[52] AYHAN D.Potential applications of renewable energy sources， biomass combustion problems in boiler power systems and combustion related environmental issues[J].Progress in Energy and Combustion Science， 2005（31）：171-192.

[53] 刘强.烟梗与煤共气化特性研究[D].郑州 ：华北电力大学，2014.