城郊區(qū)果蔬垃圾處理及資源化利用技術(shù)研究現(xiàn)狀

秦 玉，李慧莉，徐圣君，鄭效旭，侯德印

（1深圳市北林苑景觀及建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 深圳 518038；2蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院，蘭州 730050；3中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京 100085；4中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心（義烏）長(zhǎng)三角中心，浙江 義烏 322000）

0 引言

隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整及人們膳食結(jié)構(gòu)的不斷變化，果蔬種植業(yè)迅速發(fā)展，由此造成果蔬垃圾產(chǎn)量劇增[1-2]。果蔬垃圾指水果蔬菜在生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和銷售過程中所產(chǎn)生的可生物降解的有機(jī)垃圾[3]。據(jù)估計(jì)，世界上每年有1/3的糧食在到達(dá)消費(fèi)者之前就被浪費(fèi)了，這種浪費(fèi)現(xiàn)象在中國(guó)、菲律賓、印度、意大利、日本和美國(guó)尤為嚴(yán)重[4-6]。有研究表明果蔬行業(yè)產(chǎn)生的垃圾占總食品垃圾的60%，僅日本產(chǎn)生的果蔬垃圾就約1000萬t/年，印度產(chǎn)生的果蔬垃圾也超過5400萬t/年[7-8]，中國(guó)產(chǎn)生的果蔬垃圾更是高達(dá)1億t/年[9]。果蔬垃圾產(chǎn)量的增多提高了由于銷售損失而產(chǎn)生的市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)成本，甚至導(dǎo)致通貨膨脹，此現(xiàn)象引起人們的極大關(guān)注[10-11]。

果蔬垃圾含水率通常在90%以上，揮發(fā)性固體占總固體的(VS/TS)80%以上，其中纖維素、木質(zhì)素、糖類和半纖維素所占比例大約分別為9.0%、5.0%、75.0%，氮含量為3.0%～4.0%，總磷含量為0.3%～0.5%，鉀含量為1.8%～5.3%[12-13]。在微生物作用下，果蔬垃圾中有機(jī)物會(huì)發(fā)生腐敗產(chǎn)生強(qiáng)烈惡臭和有害的氨氣、硫化氫等氣體，影響空氣質(zhì)量。與一般生活垃圾不同，果蔬垃圾，尤其是其濾液中有農(nóng)藥殘留，經(jīng)自然分解后可能具有更大的毒性，這些有毒物質(zhì)可通過水體、土壤等介質(zhì)進(jìn)入食物鏈中，危害人體健康。因此，需要采取更為有效的技術(shù)手段對(duì)果蔬垃圾進(jìn)行處理，發(fā)揮其在再利用、再循環(huán)和再回收方面的潛力，實(shí)現(xiàn)“減量化、無害化、資源化”的目標(biāo)[3]。本研究概括了果蔬垃圾常規(guī)處理技術(shù)及新型資源化利用技術(shù)，以期為研究高效且經(jīng)濟(jì)環(huán)保的果蔬垃圾處理模式提供借鑒。

1 果蔬垃圾常規(guī)處理技術(shù)

1.1 熱處理

熱處理技術(shù)分為焚燒與熱解。果蔬垃圾焚燒是指其可燃組分在高溫作用下與空氣中的氧發(fā)生劇烈反應(yīng)，在釋放熱量的同時(shí)轉(zhuǎn)化為煙氣、底渣和飛灰等。果蔬垃圾經(jīng)過焚燒后，體積一般可減少80%～90%，有的甚至可達(dá)到95%以上。與此同時(shí)有害物質(zhì)被分解，產(chǎn)生的煙氣可用于發(fā)電等，固體殘?jiān)芍苯犹盥馵14-15]。20世紀(jì)90年代開始焚燒技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已逐步應(yīng)用起來，主要焚燒方式有層狀焚燒、流化床焚燒、旋轉(zhuǎn)焚燒，國(guó)內(nèi)外很多地區(qū)采用焚燒技術(shù)來處理果蔬垃圾，如新加坡、日本、瑞士等地。但果蔬垃圾含水率較高，直接焚燒效果不佳，且焚燒易產(chǎn)生二次污染，特別是二噁英，作為一級(jí)致癌物，二噁英還具有生殖毒性和遺傳毒性。德國(guó)、荷蘭、比利時(shí)等歐洲國(guó)家相繼頒布了《焚燒爐禁建令》，日本到2000年7月也已有4600座垃圾焚燒設(shè)施被停止使用。因此，焚燒難以成為果蔬垃圾處理的主流方式[16]。

熱解技術(shù)是將垃圾中有機(jī)物在無氧或缺氧狀態(tài)下加熱，使之分解為可燃性氣體、可燃油和炭黑。該過程所產(chǎn)生的氣體、固體和液體都可回收處理，且相對(duì)焚燒而言成本較低。由于具有技術(shù)設(shè)備成熟、可行性高的優(yōu)點(diǎn)，熱解技術(shù)在歐美和日本等一些發(fā)達(dá)國(guó)家被廣泛研究。中國(guó)對(duì)熱解技術(shù)也有一定研究，如佛山南海市的垃圾熱解氣化焚燒發(fā)電廠就采用2臺(tái)美國(guó)Basic拋式爐排熱解氣化焚燒爐，單臺(tái)處理量為200 t/天[17]。熱解作為一種有前景的果蔬垃圾處理技術(shù)仍需深入研究。

1.2 填埋

果蔬垃圾填埋分為傳統(tǒng)填埋與衛(wèi)生填埋。傳統(tǒng)填埋是在自然條件下，利用坑、塘、洼地將垃圾集中露天堆放，不加掩蓋，是一種早期填埋方式。由于其難以滿足當(dāng)?shù)丨h(huán)保與衛(wèi)生需求，現(xiàn)已被絕大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)摒棄。

衛(wèi)生填埋則是對(duì)垃圾填埋廠按照環(huán)境工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，采用防滲、覆蓋、沼氣收集及利用等方法，使垃圾在自然狀態(tài)下利用自身成分，經(jīng)物理、化學(xué)、生物降解分解產(chǎn)生沼氣、滲濾液，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的處理技術(shù)[18]。垃圾填埋廠產(chǎn)生的填埋氣成分復(fù)雜，其中揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)含量占1%左右，是填埋場(chǎng)惡臭氣體的主要成分，其組成與含量受季節(jié)、時(shí)間、技術(shù)等因素影響。夏秋季溫度較高且果蔬垃圾產(chǎn)量較多，VOCs含量也較大；且隨著填埋齡的增加，填埋場(chǎng)VOCs濃度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，填埋時(shí)間為5～7年時(shí)VOCs濃度達(dá)到最大值；同時(shí)不同的填埋技術(shù)也會(huì)導(dǎo)致VOCs濃度出現(xiàn)變化，相較于土覆蓋處理技術(shù)，采用膜覆蓋技術(shù)的填埋過程產(chǎn)生的VOCs較少[19]。除填埋氣外，果蔬垃圾的高含水率使其產(chǎn)生的滲濾液較多，大大增加填埋場(chǎng)運(yùn)行成本，且會(huì)占用大量的填埋庫容資源，無法滿足“無害化、減量化、資源化”的處理要求。因此，填埋一般僅作為果蔬垃圾剩余物的最終處置方式[20]。

1.3 好氧堆肥

好氧堆肥堆體溫度一般為55～65℃，亦稱作高溫堆肥，是一種在氧氣充足的條件下，利用好氧菌對(duì)廢物進(jìn)行吸收、氧化以及分解，并通過高溫殺死其中病原體的技術(shù)，其產(chǎn)生的溫室氣體和滲濾液較少，是國(guó)內(nèi)外果蔬垃圾處理技術(shù)的一大研究熱點(diǎn)[21-22]。

常見好氧堆肥技術(shù)包括直接堆肥和蚯蚓堆肥。直接堆肥是將果蔬垃圾放置在特定地點(diǎn)，通過自然產(chǎn)生的微生物和空氣來降解其中有機(jī)物的過程。堆肥方式主要有地下窯藏式、地下開放式、地上密閉式和地上開放式等，其中地上密閉式堆肥效果最佳[23]。

蚯蚓堆肥，是指將蚯蚓引入到果蔬垃圾中進(jìn)行的堆肥過程。蚯蚓在堆肥過程中參與有機(jī)物的降解，有利于總碳含量的下降。同時(shí)蚯蚓含有粘液、酶和含氮排泄物，且其活動(dòng)會(huì)使微生物活性和固氮細(xì)菌濃度增加，使產(chǎn)品中氮含量增加[24]。一般而言，蚯蚓堆肥采用混合系統(tǒng)進(jìn)行，其中基質(zhì)和床層材料混合在一起。而新鮮的果蔬垃圾中含有許多水分，蚯蚓無法存活，因此應(yīng)將基質(zhì)和床層材料很好地分離，從而避免果蔬垃圾產(chǎn)生的水分對(duì)蚯蚓的危害[25]。此外，復(fù)合微生物群落在蚯蚓堆肥過程中起著關(guān)鍵作用，接種合適的微生物菌株可以增強(qiáng)蚯蚓堆肥效果[26]。剩余活性污泥(EAS)作為污水處理過程的主要副產(chǎn)物，由數(shù)量和多樣性較大的微生物組成，如各種固氮菌和聚磷菌，可對(duì)果蔬垃圾蚯蚓堆肥起到一定促進(jìn)作用[27]。Li等[28]采用一種基質(zhì)和床室分開的新型蚯蚓反應(yīng)器，在添加和不添加EAS的情況下，分別處理了香蕉皮、卷心菜、萵苣、胡蘿卜和馬鈴薯5種果蔬垃圾。結(jié)果發(fā)現(xiàn)EAS促進(jìn)了蚯蚓的生長(zhǎng)和產(chǎn)繭，提高了蚯蚓的分解效率。此外，脫氫酶活性變化表明，除胡蘿卜外，EAS提高了所有處理過程的微生物活性。添加EAS后，果蔬垃圾的有機(jī)質(zhì)含量、總碳含量和C/N比均顯著降低，堆肥產(chǎn)品中氮、磷含量也有所提高。

堆肥要求成品含水量為15%～25%，含水量較少的堆肥可能沒有完全穩(wěn)定，而如果堆肥太潮濕，那么堆肥產(chǎn)品孔隙中就會(huì)充滿水，限制生物體獲得氧氣；其次，pH接近中性時(shí)微生物活性最強(qiáng)，因此堆肥產(chǎn)品最佳酸堿度為pH 6.5～7.5；C/N對(duì)堆肥處理效果的影響也較大，理想的堆肥原料初始C/N應(yīng)為35:1左右，而成熟堆肥的應(yīng)在15:1～25:1之間[29]。由于果蔬垃圾含水率較高，且易混入各種雜物如塑料袋、碎石等，影響堆肥處理效果。另外，水分蒸發(fā)會(huì)帶走熱量，使堆體溫度升高速度較慢，降低堆肥處理效率。為了保證好氧堆肥的處理效果，前期應(yīng)采用脫水壓榨與挑揀裝置將雜物去除并將脫水率降至40%～50%，同時(shí)添加一定量的調(diào)節(jié)劑來調(diào)節(jié)C/N，采取通氣、翻堆或加入膨松劑的方法來保持堆體處于好氧狀態(tài)，克服堆料互相粘連的難題，并可在初始狀態(tài)下加入成熟堆肥作為微生物接種劑以加速微生物群落演替和保持微生物多樣性，同時(shí)還可減少堆肥產(chǎn)生的溫室氣體，增加空氣流動(dòng)并調(diào)節(jié)堆肥基質(zhì)濕度，縮短堆肥周期，從而進(jìn)一步提高堆肥處理效果[30]。Yang等[31]將成熟堆肥（占堆肥原料總濕重的10%）混合到堆肥原料中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)NH3、CH4和N2O排放分別減少了58.0%、44.8%和73.6%，溫室氣體排放總量減少了69.2%。

1.4 厭氧消化

厭氧消化通常用于污水處理廠中污泥的處理，若將其應(yīng)用在果蔬垃圾處理中也存在巨大潛力[32-34]。厭氧消化是指在無氧或厭氧條件下，微生物分解果蔬垃圾生物質(zhì)中的有機(jī)成分，使有機(jī)物分解并趨于穩(wěn)定，在產(chǎn)生沼氣的同時(shí)合成微生物細(xì)胞物質(zhì)。處理后的沼氣可用于供熱、發(fā)電、生產(chǎn)壓縮液化天然氣等，而富含氮的消化液可用作肥料[35]。

厭氧消化的效果通常與反應(yīng)器有機(jī)負(fù)荷率(OLR)、固體停留時(shí)間(SRT)、水力停留時(shí)間(HRT)等工藝參數(shù)有關(guān)。此外，厭氧消化中產(chǎn)甲烷菌比水解產(chǎn)酸菌對(duì)高揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)濃度下的pH降低更敏感，且果蔬垃圾屬易降解物質(zhì)，因此，過高的OLR可能會(huì)導(dǎo)致水解和產(chǎn)酸速率高于產(chǎn)甲烷速率，導(dǎo)致果蔬垃圾厭氧消化過程發(fā)生不可逆酸化，降低處理效果。而在厭氧消化前采取適當(dāng)?shù)念A(yù)處理有助于提高其最終處理效果。裴占江等[36]采用堿化和高壓滅菌聯(lián)合對(duì)厭氧消化進(jìn)行預(yù)處理，與對(duì)照組相比，COD和VS降解率分別提高58%和23%，沼氣產(chǎn)率增加47%；VFA從2865 mg/L增加到17600 mg/L，提高了6倍，厭氧消化后VFA降解了15000 mg/L，而對(duì)照組僅為2300 mg/L。

厭氧消化技術(shù)有單相與兩相之分，由于果蔬垃圾中糖分和半纖維素含量較高，而單相厭氧消化過程中有機(jī)負(fù)荷過高會(huì)導(dǎo)致VFAs積累，抑制產(chǎn)甲烷菌活性，影響處理效果。采用兩相厭氧消化工藝處理果蔬垃圾具有對(duì)揮發(fā)性有機(jī)酸的積累、對(duì)pH下降的緩沖、總水力停留時(shí)間和反應(yīng)時(shí)間短、負(fù)荷高、甲烷產(chǎn)量高的優(yōu)點(diǎn)[37]。除單相與兩相厭氧消化技術(shù)外，共消化技術(shù)也可用作果蔬垃圾的處理，常見的共消化基質(zhì)有畜禽糞便、餐廚垃圾、剩余污泥。與這些基質(zhì)共消化減少了消化過程中的停留時(shí)間，加速了消化進(jìn)程，增加了消化中的氮、磷和鉀的養(yǎng)分含量，不僅改善了消化產(chǎn)品的品質(zhì)，剩余物還田還可以減少固體廢棄物的污染，提高土壤肥力[38]。

1.5 小結(jié)

表1對(duì)比了填埋、熱處理、好氧堆肥和厭氧消化4種果蔬垃圾常規(guī)處理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，并從減量化、無害化、資源化角度進(jìn)行了分級(jí)評(píng)估。除以上4種果蔬垃圾常規(guī)處理方式外，有些地區(qū)采取將果蔬垃圾粉碎后排入市政污水管網(wǎng)與污水一同進(jìn)入污水處理廠進(jìn)行處理，這種方法雖易于操作，但國(guó)內(nèi)下水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)未將果蔬垃圾的處理納入設(shè)計(jì)條件范圍，容易造成管道堵塞，無法在全國(guó)推廣。其次，果蔬垃圾進(jìn)入市政污水收集系統(tǒng)后，將集中排入城市污水處理廠，其高有機(jī)質(zhì)、高鹽等性質(zhì)不僅加重了污水處理廠的運(yùn)行負(fù)荷，也會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。

2 果蔬垃圾資源化利用技術(shù)

果蔬垃圾可通過一定處理方式或提取技術(shù)產(chǎn)生在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、藥業(yè)等領(lǐng)域具有較大應(yīng)用價(jià)值的物質(zhì)。隨意丟棄不僅會(huì)導(dǎo)致環(huán)境衛(wèi)生狀況的迫害，還會(huì)造成可利用的生物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損失。國(guó)內(nèi)外對(duì)新型果蔬垃圾資源化利用技術(shù)的研究正逐漸成為熱點(diǎn)[39-40]。

2.1 新型發(fā)酵技術(shù)

常規(guī)發(fā)酵技術(shù)將果蔬垃圾進(jìn)行減量化與無害化處理后通過填埋或焚燒進(jìn)行最終處置，并未發(fā)揮其潛在價(jià)值。新型發(fā)酵技術(shù)可提取果蔬垃圾中有價(jià)值物質(zhì)，并制造飼料、生物燃料、生物塑料、酶和胞外多糖等，實(shí)現(xiàn)果蔬垃圾合理化處置與資源化利用雙重目標(biāo)。

2.1.1 飼料 各種研究表明果蔬垃圾中含有許多化學(xué)成分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是潛在的畜牧業(yè)飼料資源。利用微生物發(fā)酵技術(shù)將果蔬垃圾制成飼料可以對(duì)其營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行更好的利用[41-42]。張麗芝等[43]發(fā)現(xiàn)葡萄皮渣中不僅存在著大量脂肪、纖維素、蛋白質(zhì)和無機(jī)鹽等可利用營(yíng)養(yǎng)成分，而且其較低的pH有利于抑制微生物的有害發(fā)酵，從而使飼料生產(chǎn)效率更高。同時(shí)，從果蔬垃圾中制備飼料具有成本效益，因其銷售價(jià)格低于市場(chǎng)飼料的特點(diǎn)而更有競(jìng)爭(zhēng)力[44]。但果蔬垃圾制備飼料也存在一定的局限性。果蔬垃圾的成分因季節(jié)而異，一些果蔬垃圾的低蛋白質(zhì)含量和高難消化化合物含量并不適合制備飼料，因此還需在實(shí)際制備飼料時(shí)不斷調(diào)整配方與技術(shù)工藝。

2.1.2 生物燃料 生物燃料指由生物質(zhì)組成或萃取的固體、液體或氣體燃料，是可再生能源開發(fā)利用的重要方向。甘蔗渣、葡萄和蘋果渣等這些富含碳水化合物的果蔬垃圾具有生產(chǎn)生物燃料的能力，其主要是通過厭氧、好氧發(fā)酵等過程轉(zhuǎn)變成生物甲烷、生物氫、生物乙醇和生物丁醇等。

生物甲烷主要是通過厭氧發(fā)酵產(chǎn)生。在適當(dāng)?shù)臏囟群蚿H下，多種兼性菌和厭氧菌將果蔬垃圾中的脂類、蛋白質(zhì)和碳水化合物等水解代謝成氫、二氧化碳和低分子有機(jī)酸等，然后產(chǎn)甲烷菌再將這些物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物甲烷[45]。在厭氧發(fā)酵前進(jìn)行研磨、超聲、酸、堿、微生物或酶等適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，有助于縮短處理周期并提高生物甲烷產(chǎn)量。Rodriguez-Valderrama等[46]利用果蔬垃圾和玉米秸稈生產(chǎn)生物甲烷時(shí)，當(dāng)通過堿性或酸性預(yù)處理對(duì)底物進(jìn)行處理后，能被微生物利用的可溶性有機(jī)物增加，甲烷生成量增加。此外，Mi-Sun等[47]采用果蔬垃圾與畜禽糞便共底物發(fā)酵時(shí)，由于不同來源廢物基質(zhì)的建立以及不同營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的加入使反應(yīng)效率提高，顯著改善了厭氧發(fā)酵性能?？梢?，厭氧共發(fā)酵不僅有助于穩(wěn)定發(fā)酵過程，還可以提高生物甲烷產(chǎn)量。利用生物甲烷生產(chǎn)的合成氣（一種主要由氫氣和一氧化碳組成的氣體）可用作生產(chǎn)化學(xué)品、合成燃料的原料，也可以進(jìn)一步加工為生物氫用作生物燃料[48]。目前關(guān)于果蔬垃圾發(fā)酵生產(chǎn)生物乙醇的研究較少，利用果蔬垃圾生產(chǎn)生物乙醇時(shí)，果蔬垃圾組成對(duì)生物乙醇的產(chǎn)率有很大影響，木質(zhì)纖維素含量高的果蔬垃圾產(chǎn)生的生物乙醇量更高。提高生物乙醇轉(zhuǎn)化率的關(guān)鍵因素是水解和糖化，通常采用酸、堿、熱和酶等手段對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理，以增加纖維組分的消化率，提高產(chǎn)生物乙醇的效率[49]。生物丁醇具有能量密度高、揮發(fā)性低、腐蝕性小、穩(wěn)定性較高的優(yōu)點(diǎn)，目前利用果蔬垃圾中木質(zhì)纖維素生產(chǎn)生物丁醇的研究正在進(jìn)行中[50]。

2.1.3 酶和胞外多糖 酶是在溫和條件下，作為特定化學(xué)反應(yīng)的活性和選擇性催化劑的蛋白質(zhì)，在食品、化妝品、制藥、紡織、化工和燃料等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。由于原材料和制造成本較高等問題，市場(chǎng)上售賣的酶價(jià)格普遍較高。利用果蔬垃圾生產(chǎn)酶如淀粉酶（芒果、香蕉、木薯）、果膠酶（菠蘿、橘子皮、葡萄）、蛋白酶（石榴、芒果、馬鈴薯）等是降低成本的一個(gè)不錯(cuò)選擇。果蔬垃圾酶生產(chǎn)工藝分為深層發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵2類。其中固態(tài)發(fā)酵是在沒有自由液相的情況下，在固體和潮濕的基質(zhì)上培養(yǎng)微生物。果蔬垃圾可為微生物提供一個(gè)與自然棲息地相似的環(huán)境，適合進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵[51]。

微生物胞外多糖是一種多功能的多糖，由于其獨(dú)特的物理和流變特性，已廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域。工業(yè)化生產(chǎn)這些胞外多糖的首選底物是葡萄糖和蔗糖。不僅生產(chǎn)成本昂貴，而且合成過程通常受到過量碳源的影響，同時(shí)受到氮或氧的限制。已有研究表明，可利用果蔬垃圾作為碳源來降低微生物胞外多糖生產(chǎn)成本。優(yōu)化反應(yīng)條件和對(duì)產(chǎn)生這些多糖的不同菌株進(jìn)行遺傳操作有助于提高果蔬垃圾發(fā)酵產(chǎn)胞外多糖效率[52]。

2.1.4 生物塑料 塑料因降解率低及碳足跡高而成為環(huán)境中最豐富和持久的污染物之一，開發(fā)生物可降解塑料具有重要意義。生物塑料在塑料市場(chǎng)的增長(zhǎng)主要受高制造成本限制，利用果蔬垃圾作為原料將有助于降低生產(chǎn)成本。聚乳酸(PLA)和聚羥基烷酸鹽(PHAs)是目前最重要的合成生物塑料。聚乳酸在骨固定材料、藥物輸送和組織工程等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用，但PLA脆性大、結(jié)晶度不好、氣體阻隔性差，需通過與其他聚合物共混來改善其性能。果蔬垃圾因具有高纖維含量可與PLA共混，如富含纖維（約60%）的西番蓮果皮可作為PLA的共混基質(zhì)[53]。聚羥基烷酸鹽(PHAs)是僅次于聚乳酸的第二大類合成生物塑料?？赏ㄟ^物理共混改善PHAs的結(jié)晶度高、強(qiáng)度低、硬而脆、加工熱穩(wěn)定性差的性能。利用果蔬垃圾作為原料，將混合微生物培養(yǎng)物用于PHAs生產(chǎn)，不僅可改善其性能，還可在彌補(bǔ)由于碳源不足而導(dǎo)致生產(chǎn)率較低的同時(shí)實(shí)現(xiàn)低成本操作[54]。

2.2 生物活性化合物提取技術(shù)

生物活性化合物可與蛋白質(zhì)、DNA和其他生物分子相互作用，在促進(jìn)健康和降低疾病風(fēng)險(xiǎn)方面對(duì)人類產(chǎn)生有益影響[55]。果蔬本身就是功能性食品，它們的莖、葉、果皮、果肉等都含有大量的生物活性化合物，如類胡蘿卜素（葉黃素和玉米黃質(zhì)）、類黃酮（橙皮素、槲皮素、染料木黃酮和山奈酚）和酚酸等。這些生物活性化合物可以直接添加到食品中。例如，酚類化合物是果蔬垃圾中最受關(guān)注的生物活性化合物，它們起著抗炎、抗氧化、抗癌和心臟保護(hù)等作用。Machado等[56]發(fā)現(xiàn)葡萄酒副產(chǎn)品（葡萄渣、葡萄皮、葡萄莖、葡萄渣）中富含酚類化合物，可作為進(jìn)一步提取的基質(zhì)。除葡萄外，還有土豆、洋蔥、柑橘、石榴、芒果、香蕉和胡蘿卜等多種果蔬垃圾可作為酚類化合物的良好來源[57-58]。此外，Thomas等[59]發(fā)現(xiàn)花椰菜、卷心菜等蔬菜中存在硫代葡萄糖苷及其降解產(chǎn)物異硫氰酸鹽，這些化合物可減輕心血管疾病并預(yù)防一些癌癥如膀胱癌、結(jié)腸癌和肺癌等。硫代葡萄糖苷還可用于抗菌劑、食品功能化成分或作為膳食補(bǔ)充劑。

果蔬垃圾中此類化合物含量較多，對(duì)如何提取這些化合物的方法有很多，如酶輔助提取、加壓液相萃取、微波輔助萃取、超聲波輔助萃取等。Ricarte等[60]采用酶輔助提取方法，從向日葵廢棄物（花瓣和小花）中提取了類胡蘿卜素和酚類化合物。Syahariza等[61]采用加壓液相萃取法在乙醇濃度為80%的溶液中從苦瓜里提取出了抗氧化物質(zhì)。Yu等[62]采用微波輔助提取法從無花果葉片中提取出了咖啡酰水楊酸、補(bǔ)骨脂酸葡萄糖苷、蘆丁、補(bǔ)骨脂素、柏木黃酮5種靶向生物活性化合物，提取率分別達(dá)到了9.7、5.9、4.7、15.6和3.5 mg/g。Sungpud等[63]采用超聲波輔助萃取從芒果皮中分離出了可直接作為乳狀食品、中性藥品和化妝品的生物酚類活性化合物。近年來隨著人們生活方式的改變，一些新的提取技術(shù)逐漸出現(xiàn)，例如納米乳液技術(shù)。納米乳液是粒徑在100 nm范圍內(nèi)的微乳液，具有運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、液滴尺寸?。▎挝惑w積比表面積高）、光學(xué)透明的特點(diǎn)，可作為不同應(yīng)用的輸送系統(tǒng)。因此基于納米乳液的傳遞系統(tǒng)在食品領(lǐng)域功能性化合物的有效傳遞方面具有較大應(yīng)用前景，其在食品領(lǐng)域的各種應(yīng)用包括包封難溶性化合物（天然保鮮劑、保健品、著色劑、香料）、結(jié)構(gòu)修飾以及提高生物利用度、控制成分釋放、調(diào)節(jié)產(chǎn)品質(zhì)地、防止成分降解等多種功能。因此，在果蔬垃圾中使用納米乳液技術(shù)，可使這些生物活性化合物的功能和結(jié)構(gòu)特性得到提高[64]。

3 結(jié)論與展望

目前果蔬垃圾常規(guī)處理方式主要是熱處理、填埋、好氧堆肥和厭氧消化。熱處理技術(shù)方式簡(jiǎn)單，減量化的效果較好，但所需的能耗高，且產(chǎn)生廢氣污染。填埋技術(shù)最為便捷，在成本上具有很大優(yōu)勢(shì)，但因其對(duì)土地資源的危害而只能作為果蔬垃圾的終端處置方式。好氧堆肥與厭氧消化在資源化利用方面具有更大的潛力，但也面臨堆肥效果較差、缺乏成熟設(shè)備、投資較高的問題。

果蔬垃圾可通過新型發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)多種有價(jià)值物質(zhì)，如飼料、生物燃料、生物塑料酶和胞外多糖等，未來的技術(shù)研究重點(diǎn)在于如何優(yōu)化果蔬垃圾發(fā)酵技術(shù)，將其有利成分加以提取制造，并研究更高效且低能的分離技術(shù)來提取生物活性化合物，促進(jìn)其價(jià)值化的實(shí)現(xiàn)。此外，由于果蔬垃圾總固體含量低，揮發(fā)性固體含量高，在消化過程中會(huì)迅速水解，導(dǎo)致快速酸化并抑制消化過程，因此應(yīng)多研究果蔬垃圾與其他有機(jī)廢物的共消化，并研究能夠很好地適應(yīng)果蔬垃圾的微生物，優(yōu)化反應(yīng)器設(shè)計(jì)，使反應(yīng)以最佳條件進(jìn)行。對(duì)于果蔬垃圾脫水廢液與生活污水混合處置而造成污水處理廠運(yùn)行負(fù)荷較高的問題，應(yīng)研究小型果蔬垃圾處理設(shè)備應(yīng)用于農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，將其產(chǎn)生的果蔬垃圾就地處理后達(dá)標(biāo)排放，既方便各個(gè)市場(chǎng)的經(jīng)營(yíng)管理，也不會(huì)造成因運(yùn)輸而帶來的環(huán)境影響及成本問題。