蔬菜廢棄物綜合利用研究進(jìn)展

孫健+程雅芳+關(guān)紅艷+唐昭+付晶晶

摘要：應(yīng)用文獻(xiàn)檢索及歸納總結(jié)的方法，分析了近些年對(duì)蔬菜廢棄物處理及綜合利用的研究現(xiàn)狀。研究發(fā)現(xiàn)目前主要處理方法有生產(chǎn)飼料、好氧堆肥、提取有效成分及轉(zhuǎn)化為能源等。研究旨為蔬菜廢棄物處理及綜合利用研究方向，及如何提高蔬菜廢棄物附加值的綜合利用提供思路。

關(guān)鍵詞：蔬菜廢棄物；綜合利用；資源化

中圖分類號(hào)：TS255 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-4374（2016）06-0046-04

Abstract：【Objective】With the rapid development of economic， quantity of vegetable wastes increase year by year. Due to various reasons such as storage and processing， 30% of vegetables become wastes. It leads to economic losses and environmental pollution. Comprehensive utilization of vegetable wastes not only can reduce the waste of resources， can also improve product added value and reduce environmental pollution.【Method】Using methods of literature retrieval and summarize， the researches on vegetable waste treatment and comprehensive utilization had been reviewed.【Result】The main processing methods include production of feed， aerobic composting， extraction the effective components and energy conversion.【Conclusion】The future research orientation on vegetable waste treatment was analyzed and a train of thought was also provided for the comprehensive utilization of vegetable wastes in this paper.

Key words： Vegetable wastes； comprehensive utilization； resource

0 引言

我國是蔬菜大國，近年來廣西蔬菜產(chǎn)量也呈逐年遞增的趨勢(shì)，2015年廣西壯族自治區(qū)蔬菜產(chǎn)量2731萬噸。有研究表明蔬菜產(chǎn)量與真實(shí)攝取量的比例為1：0.7，即30%的蔬菜產(chǎn)量不可食用，成為廢棄物，理論上廣西每年的廢棄物達(dá)819.3萬噸，直接經(jīng)濟(jì)損失80余億元。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的限制，蔬菜廢棄物多被丟棄，作為垃圾最終進(jìn)入填埋場(chǎng)進(jìn)行處理，如果按基本生活垃圾處理費(fèi)用每噸150元計(jì)算，廣西區(qū)2015年僅僅是用于蔬菜廢棄物的垃圾處理費(fèi)理論上為123億元。但由于蔬菜廢棄物有機(jī)物質(zhì)含量高，水分大，易腐敗，產(chǎn)生惡臭，處理成本高，所以實(shí)際費(fèi)用會(huì)更高。因此，對(duì)蔬菜廢棄物進(jìn)行綜合利用，減少其作為垃圾的數(shù)量，不僅有利于減少資源浪費(fèi)，提高產(chǎn)品附加值，同時(shí)可以更好的保護(hù)環(huán)境，減少環(huán)境污染。

蔬菜廢棄物來源主要有兩個(gè)方面，一是蔬菜食品成品及半成品生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生的下腳料。如蔬菜罐頭或蔬菜汁加工中占有原料比例30-50%的皮，種子及根莖等構(gòu)成的廢棄物；凈菜加工中很多質(zhì)量稍差的原料蔬菜以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的根、莖、葉等[1]。另一方面，由于各大農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)中蔬菜類交易占了很大比例，市場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)生的垃圾很大部分為蔬菜廢棄物，故農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)成為蔬菜廢棄物的另一大來源。

蔬菜廢棄物不論是從經(jīng)濟(jì)上還是從環(huán)境上都給我們帶來不利的影響，所以對(duì)蔬菜收獲后處理、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加工、銷售及消費(fèi)等階段產(chǎn)生的蔬菜廢棄物進(jìn)行綜合利用勢(shì)在必行。目前，對(duì)蔬菜廢棄物的綜合利用主要有兩個(gè)方面，一是直接用于動(dòng)物飼養(yǎng)或作為原料通過發(fā)酵生產(chǎn)飼料；二是用來進(jìn)行好氧堆肥。另外，蔬菜廢物通過生物轉(zhuǎn)化也可生產(chǎn)再生能源；當(dāng)然通過提取蔬菜廢棄物中有效成分對(duì)其綜合利用并提高產(chǎn)品附加值也是一條有效的利用途徑。

1 用于飼料生產(chǎn)

蔬菜廢棄物具有水分含量高，營養(yǎng)成分含量高（碳水化合物、蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)等）等特點(diǎn)，用來生產(chǎn)青貯飼料，可以為動(dòng)物提供其所需要的營養(yǎng)物質(zhì)。另外，由于蔬菜廢棄物中的的營養(yǎng)物質(zhì)亦可以作為微生物生長(zhǎng)的天然培養(yǎng)基，微生物在生長(zhǎng)繁殖過程中生產(chǎn)蛋白飼料。蛋白飼料營養(yǎng)豐富，不僅蛋白質(zhì)含量高，還含有動(dòng)物生長(zhǎng)所必須的各種營養(yǎng)物質(zhì)如碳水化合物、脂肪、維生素和礦物質(zhì)。較植物蛋白飼料有更大的優(yōu)越性，應(yīng)用前景較好。

1.1 蛋白飼料生產(chǎn)

蛋白飼料的生產(chǎn)大多數(shù)是以工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的廢棄物為主，研究的主要目的一是彌補(bǔ)飼料生產(chǎn)的不足，二是資源的可持續(xù)利用和減少環(huán)境污染。蔬菜廢棄物作為蛋白飼料生產(chǎn)的重要原料之一，主要是通過微生物對(duì)其進(jìn)行發(fā)酵，將蛋白飼料的生產(chǎn)、廢棄物綜合利用和環(huán)境保護(hù)有機(jī)結(jié)合起來[2]。鞏莉等[3]以番茄醬加工副產(chǎn)品—番茄廢渣為原料，利用霉菌及酵母菌對(duì)其進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵產(chǎn)品中蛋白質(zhì)含量可達(dá)35%（干基）。程方等[4]采用8株菌種對(duì)馬鈴薯廢渣進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，并對(duì)菌種進(jìn)行雙菌組合優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，黑曲霉Z9和啤酒酵母PJ組合為最佳，且當(dāng)菌種比例為1：1時(shí)，粗蛋白含量可達(dá)41.72%。張繼等[5]以高山娃娃菜加工過程中產(chǎn)生的廢棄物作為原料，利用綠色木霉、白地霉、產(chǎn)朊假絲酵母三種微生物作為混合菌對(duì)其進(jìn)行發(fā)酵，生產(chǎn)蛋白飼料。結(jié)果表明高山娃娃菜廢棄物添加麩皮，1%尿素、1.5%硫酸銨、0.2%硫酸鎂、0.4%磷酸氫二鉀以及0.4%過磷酸鈣作為培養(yǎng)基，接種混合菌種，產(chǎn)物蛋白質(zhì)含量高達(dá)15.97%。

1.2 青貯飼料

早熱古麗·熱合曼等[6]以番茄渣為原料生產(chǎn)青貯飼料，番茄渣經(jīng)乳酸桿菌噴灑發(fā)酵后可增加乳酸和乙酸含量，降低飼料pH值，可以提高飼料的保存性，但營養(yǎng)成分無明顯變化。

1.3 直接喂食

Vizzini等[7]將蔬菜廢棄物（花椰菜、甘藍(lán)、萵苣等）直接喂食海膽，成功地用應(yīng)用于海膽水產(chǎn)養(yǎng)殖。為其飲食提供新的資源，增加了海膽性腺（海膽可食部分）的含量，將廢棄物再循環(huán)成新的有機(jī)物質(zhì)，解決由于海膽飲食對(duì)海洋生物（大型藻類）造成的巨大壓力。

2 用于堆肥

蔬菜廢棄物由于水分含量高、營養(yǎng)成分高等特點(diǎn)，比較適合作為堆肥原料。堆肥可以使蔬菜廢棄物中的有機(jī)物質(zhì)在微生物的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)楦迟|(zhì)，是處理有機(jī)廢物的有效方法。對(duì)蔬菜廢棄物進(jìn)行發(fā)酵堆肥，一方面可以解決蔬菜廢棄物帶來的環(huán)境污染問題，另一方面也可獲得一定的經(jīng)濟(jì)利益。蔬菜廢棄物用于堆肥的研究主要集中在三個(gè)方面，一是研究不進(jìn)行微生物接種直接堆肥；二是通過接種微生物，控制堆肥過程中的菌種狀況；三是在前兩種的基礎(chǔ)上深入研究，解決堆肥過程中的質(zhì)量及環(huán)境問題。

2.1 未接種微生物的堆肥

張相鋒等[8]利用西芹、石竹及雞舍廢棄物進(jìn)行聯(lián)合堆肥的中試研究，通過對(duì)兩次發(fā)酵后腐熟度和養(yǎng)分分析結(jié)果表明，產(chǎn)物穩(wěn)定性好，養(yǎng)分含量高，獲得了高質(zhì)量的堆肥產(chǎn)品。楊巖等[9]以生菜的廢棄菜葉和玉米秸稈為原料，通過添加過磷酸鈣對(duì)蔬菜廢棄物堆肥過程中氨氣和溫室氣體排放的影響進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得出結(jié)論：過磷酸鈣的合理添加可以減少蔬菜廢棄物堆肥過程中氨揮發(fā)、降低溫室氣體排放及提高堆肥品質(zhì)。

2.2 接種微生物的堆肥

郭雅妮等[10]通過控制蓮花白、芹菜廢棄物接種微生物的接種量以及接種階段等手段，探討堆肥過程中菌種對(duì)有機(jī)物降解的影響。結(jié)果表明，接種率的提高以及分段接種均可以提高蔬菜廢棄物中有機(jī)物的降解。席旭東等[11]利用白菜、花椰菜、甘藍(lán)、西芹、胡蘿卜等廢物進(jìn)行堆肥，向其中加入從自然堆肥中分離的微生物菌種，研究了不同的堆肥方法對(duì)堆肥效果的影響。發(fā)現(xiàn)地上好氧處理所得到的堆肥效果最好。

2.3 堆肥應(yīng)用研究

徐兵劃等[12]研究蔬菜廢棄物液體有機(jī)肥的合理使用量及對(duì)小麥產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明隨著施用有機(jī)肥量的增加，小麥分蘗數(shù)不斷增加。劉松毅等[13]對(duì)北京地新發(fā)農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場(chǎng)果蔬垃圾進(jìn)行批式厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明發(fā)酵后的廢棄物產(chǎn)生的沼氣可用于發(fā)電及供熱，且發(fā)酵產(chǎn)物經(jīng)過處理亦可作為優(yōu)質(zhì)肥料。呂育財(cái)?shù)萚14]利用木薯皮、木薯酒糟等進(jìn)行堆肥，研究堆肥前期、中期、后期各種成分的變化，分析堆肥過程中劇毒物質(zhì)氰化物的去除效果，表明堆肥后30天氰化物分解率高達(dá)94.16%。

3 蔬菜廢棄物中有效成分提取

王振強(qiáng)等[15]以番茄皮渣為原料超聲輔助提取番茄紅素，考量不同因素對(duì)提取量的影響，經(jīng)工藝優(yōu)化，番茄紅素的提取量可達(dá)到250.1mg/kg，有效的提高了提取量。De等[16]也以番茄廢料為原料進(jìn)行了活性多糖的提取，通過抗氧化活性分析表明獲得的多糖具有很好的生物性能。孫健等[17]對(duì)蘆筍加工過程中老莖和筍皮等下腳料中的皂苷進(jìn)行提取，通過應(yīng)用超聲強(qiáng)化技術(shù)及工藝優(yōu)化其提取得率為7.5%（干基）。

4 廢棄物轉(zhuǎn)化為能源

能源已經(jīng)成為制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要因素。目前，我們國家的能源主要依賴于化石燃料。這些能源具有許多缺點(diǎn)，燃燒過程會(huì)產(chǎn)生污染，且不可再生，因此，開發(fā)利用新能源就顯得格外重要。目前，利用蔬菜廢棄物生產(chǎn)可再生能源已成為國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的內(nèi)容。Singh等[18]通過研究發(fā)現(xiàn)，利用蔬菜廢物生產(chǎn)生物甲烷和生物乙醇在經(jīng)濟(jì)上是可行的。通過利用蔬菜廢棄物生產(chǎn)生物氫氣也是一種用于將廢物轉(zhuǎn)化為能源并解決可持續(xù)性，環(huán)境排放和能源安全問題的清潔方法。有機(jī)廢物處理目前應(yīng)用最為廣泛的方法是厭氧消化，蔬菜廢棄物厭氧消化過程中產(chǎn)生的酸性物質(zhì)較多，可以通過加入糞便混合發(fā)酵處理減少酸性物質(zhì)的產(chǎn)生[19]。Saev等[20]用廢棄的番茄和牛糞生產(chǎn)沼氣，將番茄廢物與牛糞在圓柱形厭氧反應(yīng)器中共消化，牛糞和番茄廢物的比例為80：20，結(jié)果表明沼氣產(chǎn)率為0.70 L/d。Bansal S K 等[21]使用經(jīng)過加熱預(yù)處理（50-100℃）牛糞作為混合接種物，降解蔬菜廢物產(chǎn)生生物氫，使得產(chǎn)甲烷活性被抑制。結(jié)果當(dāng)接種物在100℃預(yù)處理時(shí)產(chǎn)生的最大生物氫是總氣體的98.80%，在未處理的接種物中僅產(chǎn)生17.7%的氫，說明接種物的熱預(yù)處理增強(qiáng)了生物氫的產(chǎn)生。這可能是因?yàn)闊崽幚須⑺懒讼臍涞募?xì)菌或產(chǎn)甲烷菌，而產(chǎn)氫的微生物孢子則可以在不利的環(huán)境中生存。

5 其它

Donato P D等[22]使用來自農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)及果汁、罐頭、酒類生產(chǎn)中的胡蘿卜、番茄及檸檬等廉價(jià)廢棄物，代替合成培養(yǎng)基來培養(yǎng)極端微生物（夠在具有大的溫度波動(dòng)和高鹽環(huán)境中生長(zhǎng)），考量其作為低成本培養(yǎng)基的可能性。

6 結(jié)論

以上研究對(duì)蔬菜廢棄物的利用提供了一些可供選擇的參考。目前蔬菜廢棄物主要的應(yīng)用方向還是堆肥及飼料的生產(chǎn)，堆肥及飼料生產(chǎn)過程中微生物的種類及配比對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)及生產(chǎn)工藝影響較大，應(yīng)作為為今后工作的重點(diǎn)。但是堆肥及飼料均具有準(zhǔn)公共產(chǎn)品的性質(zhì)，導(dǎo)致技術(shù)應(yīng)用動(dòng)力不足、推廣不暢[23]，因此應(yīng)在成本控制方面下功夫，增加產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。另外，蔬菜廢棄物轉(zhuǎn)化為新能源產(chǎn)品可以很好解決能源的可持續(xù)性，但蔬菜廢棄物的選擇及生產(chǎn)工藝有待于進(jìn)一步探討；對(duì)于很多蔬菜廢棄物來說，品質(zhì)較好，且基本無毒無害，可用于天然產(chǎn)物的提取原料。蔬菜廢棄物中有效成分提取附加值較高，但是受到提取率及有效成分含量的影響，應(yīng)用并不廣泛。因此，如何開展高附加值及綜合利用蔬菜廢棄物仍是今后需要思考的方向。

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