烟草综合利用现状及其前景

烟草是我国最主要的经济作物之一，种植面积以及产量均居世界首位，在我国国民经济中占有举足轻重的地位。但我国对烟叶的利用方式比较单一，至今仍沿袭传统的生产模式，专用于制作卷烟、旱烟、水烟及雪茄烟等一类非生活必须的嗜好品，而没有充分发挥其多种功效的生物学特性，把吸用、饲用、药用以及食用产品的开发结合起来，综合加以利用。此外，在烟草栽培过程中约占烟草产量一半以上的副产物根、茎、芽、顶等，以及在卷烟加工过程中的烟末、粉尘等大量的副产物至今都未被利用，不仅白白浪费，还造成了环境污染。显然这是我国烟草业发展的忧患和潜在的危机所在，因此如何合理综合利用烟草关系到我国烟草农业以及卷烟工业的可持续发展。为此，笔者从烟草各个部位、卷烟工业废次物以及转基因烟草三个方面对国内外烟草综合利用的现状作一简要综述，并对烟草的综合利用前景进行了展望。

1 烟草各部位的综合利用

烟草属茄科一年生草本经济作物，其化学成分主要由蛋白质、烟碱、α-氨基酸、甲酸、柠檬酸、果胶质、粒纤维系及钙、钾等矿物质所组成。就其各种化学成分含量之高来看，烟草农业生产上应该远远不只是收获烟叶供应卷烟工业，而且还应该充分利用烟草的各个部位，用于生产食品、饲料、医药以及农药等。

1.1 烟叶

烟叶约占烟草生物产量的一半，是烟草生产的主产品，主要作为卷烟工业的主要原料供人们吸食。但因其各种化学成分的含量高，也是多种功效的工业原料，可以制成食品、饲料、医药及农药等许多产品。

在1942年前后，国外就致力于开辟烟草资源新用途的研究，利用烟叶蛋白质的呼声尤其强烈，当时美国开始着手开发烟叶蛋白的种植，至1981年这项新种植的烟叶产量已达到94~140t/hm2，并在烟草加工利用的工艺和设备方面取得了很大的进展。研究表明[1]，绿色烟叶可提供的蛋白质无论在数量上还是质量上都相当可观。舒特·希思在美国化学会发表研究报告烟草除去尼古丁等毒素后，可制成高蛋白粉，每667m2烟草可产56kg高蛋白粉或151kg含50%蛋白的饲料。美国加利福尼亚绿叶蛋白公司，威廉等人研究表明，在美国种植条件下，每667m2可获200kg以上烟叶总蛋白，40kgF-1-P蛋白。在未成熟的绿色鲜叶中F-1-P蛋白质约占可溶性蛋白质的50%，其营养价值高于酪蛋白和鸡蛋，可以成为它们的

替代物，用于配制精美的糕点，提高营养价值；作乳糖缺乏病人的牛奶代用品，制成白嫩的豆腐，在冰冻下制成松软的乳油，添加到肉食品、蛋制品、鱼制品和糖果中。因此有理由相信，即使将来不吸烟、不造烟，烟叶仍会以其他形式的产品走进人们的生活［2］。

1.2 烟茎

烟叶收获后的烟茎每667m2约有150~200kg.烟茎富含纤维素，含量为38%~45%，纤维质量好，且比一般木材和草类秸秆纤维易于提取和加工，比木材秸秆纸浆成本低。其纸浆造纸，既可作民用纸，又可供卷烟厂按比例掺和在烟末中作烟草薄片，这样做出的薄片强度高、弹性好，燃烧性能好。

1988年6月，哈尔滨市晨光应用化学化工研究所成功地研制出了烟秆刨花板，并已取得国家专利。该产品的研制成功，为我国节约木材、提高烟草的综合利用，变废为宝，增加烟农收入和发展烟草生产开辟了广阔的前景。由于烟秆刨花板含有烟碱成分，具有防虫、杀虫效力，因而有较高的使用价值和经济价值[3]。Reynaldo C. Castro等[4]成功地利用烟茎制造出了纤维板，这种纤维板符合菲律宾制定的标准，批量生产表明，用烟茎生产的纤维板比用木材生产的纤维板便宜。李光沛[5]以烟茎为主，搭配以杨木等无异味木材纤维原料，用半干法研制出了烟茎无胶高密度纤维板。这种无胶高密度纤维板无异味，可作为烟草加工行业所需的烟夹板，经板面装饰后可作为绿色装饰材料。

烟茎经过炭化、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，可生产出适合于各种用途的优质活性炭。用以10%的烟草废料和90%树皮并加氮素后堆制混合肥料，可作为有效的生长基质。烟茎含N2.5 %~3%，P2O50.5%~0.8%，K2O3%~5.5%，MgO0.12%，这些含量是一般植物茎类含量的几倍乃至10多倍，经适当的处理可制作极好的元素有机肥料或烟用特征元素肥料［6］。

1.3烟草花蕾、腋芽

烟草打顶所弃的花蕾含有丰富的香精香料，是天然植物香源之一，经提取可作为极好的烟草香精香料。用烟草花蕾制作的香膏新产品，于1991年1月22日在武汉通过了由中国烟草总公司组织的技术鉴定。经鉴定委员会制样验证和现场评吸，香膏在烟草薄片、混合型、烤烟型卷烟中应

用后，能增加烟气浓度，提高卷烟香味，改善吃味，减轻梗丝木质气息，对改善膨胀梗丝和薄片的色泽有一定效果［6］。烟草腋芽是高植物蛋白源，比一般植物叶片中的蛋白质和微量元素含量要高几倍，用1%的石灰水处理后可成为极好的猪饲料；也可从中提取制药工业所需的特殊蛋白和高级饲料蛋白［2］。

1.4 烟籽

烟籽含有42%~43%醚浸出物，20%蛋白质，14%~15%粗纤维，8%~4%碳水化合物，3%~4%灰分，8%~4%氮，8%~6%水分和10%的其它化合物［7］。烟籽的主要化学成分为油脂，其有机固体物质含量占整个植株的20%，因此烟籽是烟草一个不可忽视的部分。据报道［7］，成熟的烟籽中一般不含烟碱，因而可直接用作畜禽饲料，最近菲律宾有关科研单位对肉鸡日粮中添加烟籽的效果进行了试验并取得了良好的效果。烟籽因含油脂较高可用于榨油，烟籽土榨出油率为25%，浸提法出油率可达30%。烟籽油可作油漆、肥皂、医药及其它化工产品原料。烟籽榨油后的饼粕为烟籽饼，其含蛋白质高达29.7%，因此可作为畜禽蛋白质饲料资源加以开发利用。

2 烟草废次物的综合利用

烟草废次物中含有数百种化学成分，其中有许多是宝贵的成分。如烟碱、茄尼醇、果胶、菲汀、纤维素、木质素、戊聚糖、烟草叶蛋白、木糖、色素等，可以用一系列的化学方法，对其进行提取、精制或加工，从而应用于农业、医药、化工、造纸、食品等行业［8］。

2.1 烟碱

烟碱是一种生物碱，通常与柠檬酸、苹果酸等结合成盐而存在于烟草中。烟碱在天然烟叶中的含量较高，一般可达12%~16%，而在烟梗中的含量稍低一些，大约为5%~7%。因此，废次烟叶及其下脚料（烟渣）是提取天然烟碱的丰富而廉价的原料。天然烟碱的用途十分广泛，含量40%的烟碱可用来配制专门用于生产粮食、油料、蔬菜、水果等农作物的无残留毒、无公害的高效杀虫剂及生物性农药。随着烟草工业、精细化工、制药、有机合成、农业等迅速发展，市场上对天然烟碱的需求量与日俱增，尤其是高纯度的天然烟碱在国际市场上倍受青睐［10］。2.2 茄尼醇

茄尼醇是重要的医药原料，是一种三倍半萜烯醇，1956年R.L.Rowland 等人首先从烟草中分离得到。大量的研究结果表明［8］，茄尼醇具有较强的抗癌生物活性，是合成治疗心血管疾病、抗癌、抗溃疡等药物的中间体，如作为合成辅酶Q10和维生素K2的侧链，在医学上用途广泛。茄尼醇在日本、韩国、西欧及北美均有较大的销售市场，仅日本每年需从中国进口350t左右茄尼醇。目前，除了从烟草废次物中提取茄尼醇以外，国内有关单位已经正在开展完全以收获鲜叶生产茄尼醇为目的的生产栽培技术研究，烟草作为医药原料生产已经取得了良好的经济效益并有着广阔的发展前景。

2.3 果胶

果胶是一种广泛分布于植物中的胶体性多糖类，主要用于果酱、果冻、食品添加剂、食品包装膜以及生物培养基的制造，也广泛应用于医药工业和轻工业。烟叶中果胶含量较大，烤烟一般可达6%~7%［11］。目前卷烟工业上一般把叶片中的烟梗只是用做填充料及薄片生产，甚至不少复烤厂将烟梗弃之不用，造成了很大的浪费。肖厚荣［12］等利用混酸萃取和乙醇沉淀法从烟梗中提取果胶，提取率达12.4%左右，脱色效果理想。从综合利用方面考虑，烟梗提取果胶后剩余的细胞壁物质和纤维素、半纤维素、木质素等，可用作纸浆生产的原料，还可用作烟草薄片生产的增强剂。因此，从烟梗中提取果胶也是一个值得研究开发的课题。

2.4 烟酸和烟酰胺

烟酸和烟酰胺系B类维生素物质，存在于肝、肾、肌肉、乳汁、蛋黄、花生、水果和蔬菜中，含量不等，是很有发展前途的重要生物精细化学品。烟酸是人体中不可缺少的组分，能与体内蛋白质结合辅酶参与机体的氧化还原作用，促进新陈代谢过程，是治疗皮炎及神经性障碍的药物，也可作为医药中间体产品。烟酸和烟酰胺还是一类重要的饲料添加剂和食品添加剂。烟酸还可用于日用化工、染料工业和电镀工业等领域。近年来，医药、食品和饲料等行业对烟酸、烟酰胺产品的需求量急剧增加。与合成法制取烟酸的初步经济性分析结果表明，用烟草废弃物制取烟酸的生产成本则大大降低［10］。烟酸及其衍生物作为一种精细化工产品随着它的应用领域的不断深入，已引起世人注目。可以预言，利用烟草废弃物制取烟酸及烟酰胺将成为烟草化学研究的又一个新的热

点。

3 转基因烟草的利用

烟草是典型的基因工程模式植物，在医药基因工程方面的研究和利用中，转基因烟草更是取得了其他植物难以比拟的巨大成就，已经成功地作为生物反应器应用于多种药用蛋白、抗体以及疫苗的生产。

3.1 药用蛋白

转基因烟草被成功表达生产其他多种医用蛋白质［13~16］，如α-干扰素、人胰岛素、人生长激素、葡萄脑苷脂酶和水蛙素等，其中值得重视的是葡萄脑苷脂酶和人体外激素的产生。葡萄脑苷脂酶用于人类Gaucher氏病的临床治疗，是世界上最昂贵的药物之一。现在利用转基因烟草则可大量且低成本地生产葡萄脑苷脂酶。此外，韩国研究者利用转基因烟草生产人的胰岛素［16］；北京大学已将对早中期妊娠引产极为有效的天花粉蛋白基因导入烟草并成功表达该种蛋白［16］。1999年，美国学者宣称他们成功地将人体必需基因导入烟草以生产人体血液成分［14］。

3.2 抗体

抗体是由人或动物免疫系统产生的免疫性球蛋白，通过与侵染性抗原结合达到抵御病原感染的目的。抗体的医用潜力无疑是巨大的，但由于抗体的大批量生产非常困难，从而限制了它的临床应用。Hiutt等1989年首先在烟草中表达重组抗体6Dd，其表达量达烟叶总蛋白量的1.3%。按照这种表达水平，美国只需将其烟草种植面积的1%用来种植这种转基因烟草，就可以生产出270kg的6Dd抗体，足以供给27万癌症患者1年治疗之用［16］。付钰等［17］首次将抗膀胱癌单链抗体基因在烟草中成功表达，表达量最高的一株转基因烟草，抗体含量为可溶性蛋白的1.4%。

3.3 疫苗

转基因烟草亦被成功生产大量用于预防人和动物疾病的疫苗。美国的Arntzen等获得表达乙型肝炎表面抗原（HbsAg）的转基因烟草，并证明这种抗原与从人血清和酵母中诱导获得的抗原几乎相同，可以作为乙肝疫苗使用［16］。Roy Curtis等成功利用转基因烟草生产防御龋齿细菌的疫苗［14］。国内李缨等［18］也成功地将乙肝表明抗原基因在烟草

中表达［14］。李霞等［19］报道了霍乱毒素B亚基和多种疟原虫抗原表位融合的AWTE-CTB基因在烟草中的表达，这是国内外首次将疟疾多抗原基因导入到烟草中表达并保持了CTB和AWTE的抗原性。此外，国内有关实验室利用转基因烟草表达的口蹄疫疫苗也已经进入大动物接种试验阶段，展示了良好的应用前景。

4 前景展望

烟草的综合利用是烟草行业21世纪的重要研究方向，也是烟草农业与卷烟工业可持续发展的必然要求。从烟草中提取烟碱、茄尼醇、泛酮等用作制药原料；从烟草中提取高纯度烟草蛋白质、烟草糖，也可能成为解决人类21世纪粮食问题的一种途径。随着基因工程的进步以及“烟医合作”的深入，利用转基因烟草生产治疗癌症的生物药物和防治其它疾病的疫苗已成为高科技发展的前沿课题。因此，合理开发、综合利用，使烟草不仅作为卷烟工业原料，而且主要成为化工、食品以及医药的重要原料，这样整个烟草的生产将会产生巨大的经济效益和良好的社会效益与生态效益。

随着人类健康意识的增强，全球禁烟呼声的日益高涨，烟草这一历来备受争议的作物发展也面临着前所未有的巨大压力。我们致力于降低或消除烟草对人类健康有害物质的同时也应该认识到，烟草的危害并不在于烟草本身，而是在于人类的利用方式。相信随着人类对烟草吸用、饲用、药用以及食用等多种用途的综合开发利用，烟草作物必将为人类做出巨大的贡献，烟草的未来也将呈现出无穷的生机。

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