蔬菜废弃物综合利用研究进展

孙健+程雅芳+关红艳+唐昭+付晶晶

摘要：应用文献检索及归纳总结的方法，分析了近些年对蔬菜废弃物处理及综合利用的研究现状。研究发现目前主要处理方法有生产饲料、好氧堆肥、提取有效成分及转化为能源等。研究旨为蔬菜废弃物处理及综合利用研究方向，及如何提高蔬菜废弃物附加值的综合利用提供思路。

关键词：蔬菜废弃物；综合利用；资源化

中图分类号：TS255 文献标识码：A 文章编号：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

我国是蔬菜大国，近年来广西蔬菜产量也呈逐年递增的趋势，2015年广西壮族自治区蔬菜产量2731万吨。有研究表明蔬菜产量与真实摄取量的比例为1：0.7，即30%的蔬菜产量不可食用，成为废弃物，理论上广西每年的废弃物达819.3万吨，直接经济损失80余亿元。由于农业生产技术的限制，蔬菜废弃物多被丢弃，作为垃圾最终进入填埋场进行处理，如果按基本生活垃圾处理费用每吨150元计算，广西区2015年仅仅是用于蔬菜废弃物的垃圾处理费理论上为123亿元。但由于蔬菜废弃物有机物质含量高，水分大，易腐败，产生恶臭，处理成本高，所以实际费用会更高。因此，对蔬菜废弃物进行综合利用，减少其作为垃圾的数量，不仅有利于减少资源浪费，提高产品附加值，同时可以更好的保护环境，减少环境污染。

蔬菜废弃物来源主要有两个方面，一是蔬菜食品成品及半成品生产加工过程中产生的下脚料。如蔬菜罐头或蔬菜汁加工中占有原料比例30-50%的皮，种子及根茎等构成的废弃物；净菜加工中很多质量稍差的原料蔬菜以及生产过程中产生的根、茎、叶等[1]。另一方面，由于各大农贸市场中蔬菜类交易占了很大比例，市场内产生的垃圾很大部分为蔬菜废弃物，故农贸市场成为蔬菜废弃物的另一大来源。

蔬菜废弃物不论是从经济上还是从环境上都给我们带来不利的影响，所以对蔬菜收获后处理、储存、运输、加工、销售及消费等阶段产生的蔬菜废弃物进行综合利用势在必行。目前，对蔬菜废弃物的综合利用主要有两个方面，一是直接用于动物饲养或作为原料通过发酵生产饲料；二是用来进行好氧堆肥。另外，蔬菜废物通过生物转化也可生产再生能源；当然通过提取蔬菜废弃物中有效成分对其综合利用并提高产品附加值也是一条有效的利用途径。

1 用于饲料生产

蔬菜废弃物具有水分含量高，营养成分含量高（碳水化合物、蛋白质、维生素、矿物质等）等特点，用来生产青贮饲料，可以为动物提供其所需要的营养物质。另外，由于蔬菜废弃物中的的营养物质亦可以作为微生物生长的天然培养基，微生物在生长繁殖过程中生产蛋白饲料。蛋白饲料营养丰富，不仅蛋白质含量高，还含有动物生长所必须的各种营养物质如碳水化合物、脂肪、维生素和矿物质。较植物蛋白饲料有更大的优越性，应用前景较好。

1.1 蛋白飼料生产

蛋白饲料的生产大多数是以工农业生产的废弃物为主，研究的主要目的一是弥补饲料生产的不足，二是资源的可持续利用和减少环境污染。蔬菜废弃物作为蛋白饲料生产的重要原料之一，主要是通过微生物对其进行发酵，将蛋白饲料的生产、废弃物综合利用和环境保护有机结合起来[2]。巩莉等[3]以番茄酱加工副产品—番茄废渣为原料，利用霉菌及酵母菌对其进行发酵，发酵产品中蛋白质含量可达35%（干基）。程方等[4]采用8株菌种对马铃薯废渣进行固态发酵，并对菌种进行双菌组合优化实验。结果表明，黑曲霉Z9和啤酒酵母PJ组合为最佳，且当菌种比例为1：1时，粗蛋白含量可达41.72%。张继等[5]以高山娃娃菜加工过程中产生的废弃物作为原料，利用绿色木霉、白地霉、产朊假丝酵母三种微生物作为混合菌对其进行发酵，生产蛋白饲料。结果表明高山娃娃菜废弃物添加麸皮，1%尿素、1.5%硫酸铵、0.2%硫酸镁、0.4%磷酸氢二钾以及0.4%过磷酸钙作为培养基，接种混合菌种，产物蛋白质含量高达15.97%。

1.2 青贮饲料

早热古丽·热合曼等[6]以番茄渣为原料生产青贮饲料，番茄渣经乳酸杆菌喷洒发酵后可增加乳酸和乙酸含量，降低饲料pH值，可以提高饲料的保存性，但营养成分无明显变化。

1.3 直接喂食

Vizzini等[7]将蔬菜废弃物（花椰菜、甘蓝、莴苣等）直接喂食海胆，成功地用应用于海胆水产养殖。为其饮食提供新的资源，增加了海胆性腺（海胆可食部分）的含量，将废弃物再循环成新的有机物质，解决由于海胆饮食对海洋生物（大型藻类）造成的巨大压力。

2 用于堆肥

蔬菜废弃物由于水分含量高、营养成分高等特点，比较适合作为堆肥原料。堆肥可以使蔬菜废弃物中的有机物质在微生物的作用下转变为腐殖质，是处理有机废物的有效方法。对蔬菜废弃物进行发酵堆肥，一方面可以解决蔬菜废弃物带来的环境污染问题，另一方面也可获得一定的经济利益。蔬菜废弃物用于堆肥的研究主要集中在三个方面，一是研究不进行微生物接种直接堆肥；二是通过接种微生物，控制堆肥过程中的菌种状况；三是在前两种的基礎上深入研究，解决堆肥过程中的质量及环境问题。

2.1 未接种微生物的堆肥

张相锋等[8]利用西芹、石竹及鸡舍废弃物进行联合堆肥的中试研究，通过对两次发酵后腐熟度和养分分析结果表明，产物稳定性好，养分含量高，获得了高质量的堆肥产品。杨岩等[9]以生菜的废弃菜叶和玉米秸秆为原料，通过添加过磷酸钙对蔬菜废弃物堆肥过程中氨气和温室气体排放的影响进行监测，得出结论：过磷酸钙的合理添加可以减少蔬菜废弃物堆肥过程中氨挥发、降低温室气体排放及提高堆肥品质。

2.2 接种微生物的堆肥

郭雅妮等[10]通过控制莲花白、芹菜废弃物接种微生物的接种量以及接种阶段等手段，探讨堆肥过程中菌种对有机物降解的影响。结果表明，接种率的提高以及分段接种均可以提高蔬菜废弃物中有机物的降解。席旭东等[11]利用白菜、花椰菜、甘蓝、西芹、胡萝卜等废物进行堆肥，向其中加入从自然堆肥中分离的微生物菌种，研究了不同的堆肥方法对堆肥效果的影响。发现地上好氧处理所得到的堆肥效果最好。

2.3 堆肥应用研究

徐兵划等[12]研究蔬菜废弃物液体有机肥的合理使用量及对小麦产量的影响，结果表明随着施用有机肥量的增加，小麦分蘖数不断增加。刘松毅等[13]对北京地新发农产品批发市场果蔬垃圾进行批式厌氧发酵产气试验，实验表明发酵后的废弃物产生的沼气可用于发电及供热，且发酵产物经过处理亦可作为优质肥料。吕育财等[14]利用木薯皮、木薯酒糟等进行堆肥，研究堆肥前期、中期、后期各种成分的变化，分析堆肥过程中剧毒物质氰化物的去除效果，表明堆肥后30天氰化物分解率高达94.16%。

3 蔬菜废弃物中有效成分提取

王振强等[15]以番茄皮渣为原料超声辅助提取番茄红素，考量不同因素对提取量的影响，经工艺优化，番茄红素的提取量可达到250.1mg/kg，有效的提高了提取量。De等[16]也以番茄废料为原料进行了活性多糖的提取，通过抗氧化活性分析表明获得的多糖具有很好的生物性能。孙健等[17]对芦笋加工过程中老茎和笋皮等下脚料中的皂苷进行提取，通过应用超声强化技术及工艺优化其提取得率为7.5%（干基）。

4 废弃物转化为能源

能源已经成为制约经济社会发展的重要因素。目前，我们国家的能源主要依赖于化石燃料。这些能源具有许多缺点，燃烧过程会产生污染，且不可再生，因此，开发利用新能源就显得格外重要。目前，利用蔬菜废弃物生产可再生能源已成为国内外学者关注的内容。Singh等[18]通过研究发现，利用蔬菜废物生产生物甲烷和生物乙醇在经济上是可行的。通过利用蔬菜废弃物生产生物氢气也是一种用于将废物转化为能源并解决可持续性，环境排放和能源安全问题的清洁方法。有机废物处理目前应用最为广泛的方法是厌氧消化，蔬菜废弃物厌氧消化过程中产生的酸性物质较多，可以通过加入粪便混合发酵处理减少酸性物质的产生[19]。Saev等[20]用废弃的番茄和牛粪生产沼气，将番茄废物与牛粪在圆柱形厌氧反应器中共消化，牛粪和番茄废物的比例为80：20，结果表明沼气产率为0.70 L/d。Bansal S K 等[21]使用经过加热预处理（50-100℃）牛粪作为混合接种物，降解蔬菜废物产生生物氢，使得产甲烷活性被抑制。结果当接种物在100℃预处理时产生的最大生物氢是总气体的98.80%，在未处理的接种物中仅产生17.7%的氢，说明接种物的热预处理增强了生物氢的产生。这可能是因为热处理杀死了消耗氢的细菌或产甲烷菌，而产氢的微生物孢子则可以在不利的环境中生存。

5 其它

Donato P D等[22]使用来自农贸市场及果汁、罐头、酒类生产中的胡萝卜、番茄及柠檬等廉价废弃物，代替合成培养基来培养极端微生物（够在具有大的温度波动和高盐环境中生长），考量其作为低成本培养基的可能性。

6 结论

以上研究对蔬菜废弃物的利用提供了一些可供选择的参考。目前蔬菜废弃物主要的应用方向还是堆肥及饲料的生产，堆肥及饲料生产过程中微生物的种类及配比对产品的品质及生产工艺影响较大，应作为为今后工作的重点。但是堆肥及饲料均具有准公共产品的性质，导致技术应用动力不足、推广不畅[23]，因此应在成本控制方面下功夫，增加产品的竞争力。另外，蔬菜废弃物转化为新能源产品可以很好解决能源的可持续性，但蔬菜废弃物的选择及生产工艺有待于进一步探讨；对于很多蔬菜废弃物来说，品质较好，且基本无毒无害，可用于天然产物的提取原料。蔬菜废弃物中有效成分提取附加值较高，但是受到提取率及有效成分含量的影响，应用并不广泛。因此，如何开展高附加值及综合利用蔬菜废弃物仍是今后需要思考的方向。

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