筍殼廢棄物處理技術研究進展

吳孔陽，朱玉杰，吳金秋，李 雪，陳雪冬，史明艷

（洛陽師范學院，河南 洛陽 471934）

竹子是由大型禾本科組成的分類群，具有豐富的長纖維。全世界竹子約有1 670種，分布在22個國家，我國是世界上竹資源比較富饒的國家之一，竹林面積超過600萬hm。當前竹類資源的開發(fā)利用主要在建筑、建材、食品等領域，竹材利用率為35%～40%。就原竹而言，利用率僅為12%。我國每年約六成竹筍用于加工，其產品主要有干制筍、鹽漬筍、清水筍、調味筍等，多為初級加工產品。在竹筍加工過程中會產生以筍殼和筍頭為主的大量竹筍廢棄物。筍殼廢棄物一般被遺棄在山林或作為普通燃料使用，對環(huán)境和人類健康造成不良影響，亟需治理和管理。目前，國內學者就竹廢棄物資源化開發(fā)和利用相關研究進行了歸納和分析，而針對筍殼廢棄物處理方式未見較系統(tǒng)的概述。基于此，本文綜述了筍殼廢棄物物理、化學和生物處理方式，以期為我國竹筍資源綜合利用提供思路。

1 筍殼廢棄物的主要成分

筍殼廢棄物含有豐富的纖維素、半纖維素、木質素、蛋白質、粗脂肪及多種礦物元素等成分要素（表1）。筍殼中的活性成分物質具有抗衰老、降血脂、調節(jié)血糖等藥用功效，是一種營養(yǎng)價值和藥用價值都較高的天然產品。

表1 不同品種的筍中各個營養(yǎng)成分的含量

2 筍殼廢棄物的處理技術

2.1 物理處理

物理處理為傳統(tǒng)筍殼預處理方式，一般采取粉碎法和水浸提法。近年來，有關物理方式預處理筍殼的主要研究見表2。研究發(fā)現(xiàn)，利用機械粉碎、過篩等方式將筍殼碾碎成直徑為0.85 mm以下的粉末狀物，借助液相等離子技術下可快速將預處理后的筍殼液化，該方法簡單有效，無需額外加熱。王慶福等開展了竹筍殼對金頂側耳生長的影響及營養(yǎng)成分分析的研究。研究人員采用水浸提方式制備筍殼浸提液，用清水浸泡筍殼2 h，煮沸30 min，所制備的浸提液可作為食用菌優(yōu)質輔料。Gao等利用水浸提法處理筍殼，結果發(fā)現(xiàn)，當筍殼顆粒與去離子水以一定比例處理時，能有效降低灰分質量，提高穩(wěn)定性。在筍殼物理處理方式中，研究人員也會將不同預處理方式結合起來使用。鄧斌等采用超聲輔助-水提法研究了提取時間、超聲功率、料液比以及提取次數(shù)對筍殼棕色素提取效果的影響，結果表明該方法可以有效提取筍殼棕色素。盡管物理處理方式適用面廣，但操作步驟繁瑣、耗時。

表2 不同用途下的筍殼物理處理方式

2.2 化學處理

筍殼廢棄物化學處理主要是針對里面的木質纖維原料，通過化學手段有效破壞其致密結構，增加試劑與底物接觸機會，化學處理主要分為酸堿法、化學改性和熱解技術，近年來相關主要研究見表3。

表3 不同用途下的筍殼化學處理方式

酸堿法主要是將筍殼干燥、粉碎后，利用酸堿試劑處理筍殼，從而得到預期產物的方法。其工藝流程為將預處理的筍殼進行酸堿液浸提，再用蒸餾水沖洗，干燥后即得預期產物。常用的酸堿試劑為硫酸、鹽酸、氫氧化鈉。王昕岑等在堿性條件下（pH值12，80 min，70℃）從筍殼粉末中提取膳食纖維，該方法具有成本低、簡便快速等優(yōu)點，但容易對設備造成腐蝕。研究表明，化學處理可通過制備改性吸附劑，從而提高筍殼廢棄物的吸附能力。方慧蘭研究發(fā)現(xiàn)，將筍殼粉末在硫酸溶液中水浴加熱1 h后，筍殼的吸附能力得到顯著提高。熱解技術是指筍殼在隔絕氧氣條件下，通過加熱發(fā)生熱化學反應，得到炭黑的過程。筍殼廢棄物本身具有多孔結構，可通過熱解技術制成用于土壤改良、環(huán)境修復及儲能的生物炭。Hu等以筍殼粉末為原料，經(jīng)過預處理在200℃加熱0.5 h后，將其充入N中性環(huán)境清洗即可得生物炭。利用此技術所得生物炭能夠有效吸附溶液中的Cr和Cu，為重金屬的處理方式提供了新的思路。該方法操作簡單、成本低廉，但熱解技術過程中產生的揮發(fā)性氣體易造成環(huán)境污染。

2.3 生物處理

筍殼生物處理主要是選擇特定的微生物處理筍殼廢棄物，利用其生長代謝將筍殼廢物中的纖維素、半纖維素、蛋白質等分解。目前，生物處理主要有3種方式：酶解技術、青貯技術和堆肥技術。

2.3.1 酶解技術 酶解技術是利用酶的特異性除去原料中蛋白質、脂肪、淀粉等物質，進而達到純化目的產物的一種方法。林良美利用纖維素酶、中性蛋白酶和α淀粉酶提取毛竹筍殼膳食纖維，可溶性膳食纖維得率為8.674%，不可溶性膳食纖維得率為56.21%。賈燕芳等采用纖維素酶提取食品添加劑膳食纖維，在溫度50℃，pH值4.5，反應時間1 h條件下進行催化反應，使筍殼膳食纖維增加了18.03%。Zheng等利用纖維素酶、蛋白酶和淀粉酶在40℃對筍殼粉末進行1.6 h酶解反應，最終提取到膳食纖維。劉煥燕等利用復合酶法對毛竹筍殼進行多糖提取試驗，結果發(fā)現(xiàn)，當復合酶添加量為1.6%、酶解溫度為51℃、酶解時間為105 min時，多糖得率為1.98%。研究發(fā)現(xiàn)，借助堿聯(lián)合超高壓技術預處理筍殼后，筍殼在纖維素酶的作用下酶解率高達97.89%。

2.3.2 青貯技術 青貯技術是利用在厭氧條件下乳酸菌的發(fā)酵作用，使青貯飼料的pH值降至3.8～4.2，從而抑制各種微生物的生命活動。青貯有很多種方式，分為一般青貯、半干青貯和添加劑青貯。對于筍殼廢棄物的處理，常收集新鮮竹筍殼蒸煮干燥至含水量70%～80%后，將其切斷、壓實、密封，并置于青貯窖內進行發(fā)酵，從而得到適口性好、營養(yǎng)豐富、利于保存的飼料。劉大群等用麥麩和乳酸菌混合液對筍殼開展青貯品質研究，結果表明，當麥麩添加量為10%，乳酸菌混合液（干酪乳桿菌∶植物乳桿菌體積比為1∶1，菌數(shù)密度≥10cfu·g）添加量為15%時，青貯筍殼飼料香味明顯、質地松軟、質量較高。姜俊芳等研究結果表明，青貯發(fā)酵筍殼飼料中添加稻草與否，對飼料質量、營養(yǎng)成分等有顯著影響，其中添加20%稻殼對青貯筍殼飼料的改善效果優(yōu)于添加30%稻殼，添加20%稻殼時乳酸含量明顯增加，無丁酸產生。高慧等開展對筍殼和麥麩混合青貯的研究，結果表明筍殼與麥麩以不同的鮮質量比進行青貯時，青貯料的粗蛋白、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維均會隨著青貯天數(shù)的增加而降低，從而增強了筍殼的適口性。

2.3.3 堆肥技術 堆肥技術是指在微生物的作用下將有機物分解，并使其中的病原菌失活，從而使有機物轉化為腐殖質的過程。根據(jù)氧氣的有無，通常將筍殼廢棄物堆肥分為好氧堆肥和厭氧堆肥，好氧堆肥技術又分為條垛式堆肥技術、靜態(tài)垛式堆肥技術、槽式堆肥技術和反應器式堆肥技術。在對筍殼廢棄物進行堆肥時，把經(jīng)消毒的筍殼加入到預先培養(yǎng)的菌液中，并將處理好的樣品放置于堆肥罐中，當有淡香出現(xiàn)，并在堆體內見到白色菌絲時，堆肥即結束。在堆肥過程中加入微生物菌劑能有效加快腐熟速度，程旺開等利用菌株黑曲霉A-3，粉孢霉A-1，芽孢桿菌A-4和放線菌A-5制備復合菌劑來降解筍殼，結果發(fā)現(xiàn)筍殼在復合菌劑的作用下有明顯的裂紋。王音篩選出木霉N2、曲霉N8、芽孢桿菌BX2、酵母菌H7和乳酸菌G16等菌株，研究發(fā)現(xiàn)，木霉N2、曲霉N8、芽孢桿菌BX2按體積比3∶2∶1的配比，按照20%的接種量發(fā)酵1 d，添加2%的酵母菌H7和2%的乳酸菌G16，共同發(fā)酵2 d，筍殼中粗蛋白含量可達24.36%。

3 展望

隨著我國筍加工業(yè)的快速發(fā)展，筍殼廢棄物產生量巨大，也成為筍加工業(yè)主要污染源。筍殼廢棄物營養(yǎng)豐富，具有優(yōu)良的開發(fā)利用價值，筍殼廢棄物處理與資源化利用迫在眉睫，而合理有效的技術處理是資源化利用的前提。目前，物理處理方式應用范圍廣、技術成熟，但操作步驟繁瑣、耗時；化學處理具有經(jīng)濟、簡便等優(yōu)點，但易造成環(huán)境污染和設備腐蝕；而生物處理技術條件溫和、操作方便?？偟膩碚f，在試驗研究條件下，采用物理或化學處理筍殼廢棄物是一種行之有效的方式，然而規(guī)?；幚砣匀幻媾R挑戰(zhàn)，比如浸提之后的筍殼去向問題、酸堿處理之后的廢液回收問題、設備及能耗問題等。筆者認為實現(xiàn)筍殼廢棄物的終極處理，在兼顧理化處理技術優(yōu)勢的基礎上，可以考慮加強生物處理筍殼廢棄物研究，通過各種途徑選育高效筍殼降解菌劑，積極探索堆肥化處理筍殼廢棄物工藝條件或者固態(tài)發(fā)酵制備飼料的路徑。