笋壳废弃物处理技术研究进展

吴孔阳，朱玉杰，吴金秋，李 雪，陈雪冬，史明艳

（洛阳师范学院，河南 洛阳 471934）

竹子是由大型禾本科组成的分类群，具有丰富的长纤维。全世界竹子约有1 670种，分布在22个国家，我国是世界上竹资源比较富饶的国家之一，竹林面积超过600万hm。当前竹类资源的开发利用主要在建筑、建材、食品等领域，竹材利用率为35%～40%。就原竹而言，利用率仅为12%。我国每年约六成竹笋用于加工，其产品主要有干制笋、盐渍笋、清水笋、调味笋等，多为初级加工产品。在竹笋加工过程中会产生以笋壳和笋头为主的大量竹笋废弃物。笋壳废弃物一般被遗弃在山林或作为普通燃料使用，对环境和人类健康造成不良影响，亟需治理和管理。目前，国内学者就竹废弃物资源化开发和利用相关研究进行了归纳和分析，而针对笋壳废弃物处理方式未见较系统的概述。基于此，本文综述了笋壳废弃物物理、化学和生物处理方式，以期为我国竹笋资源综合利用提供思路。

1 笋壳废弃物的主要成分

笋壳废弃物含有丰富的纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、粗脂肪及多种矿物元素等成分要素（表1）。笋壳中的活性成分物质具有抗衰老、降血脂、调节血糖等药用功效，是一种营养价值和药用价值都较高的天然产品。

表1 不同品种的笋中各个营养成分的含量

2 笋壳废弃物的处理技术

2.1 物理处理

物理处理为传统笋壳预处理方式，一般采取粉碎法和水浸提法。近年来，有关物理方式预处理笋壳的主要研究见表2。研究发现，利用机械粉碎、过筛等方式将笋壳碾碎成直径为0.85 mm以下的粉末状物，借助液相等离子技术下可快速将预处理后的笋壳液化，该方法简单有效，无需额外加热。王庆福等开展了竹笋壳对金顶侧耳生长的影响及营养成分分析的研究。研究人员采用水浸提方式制备笋壳浸提液，用清水浸泡笋壳2 h，煮沸30 min，所制备的浸提液可作为食用菌优质辅料。Gao等利用水浸提法处理笋壳，结果发现，当笋壳颗粒与去离子水以一定比例处理时，能有效降低灰分质量，提高稳定性。在笋壳物理处理方式中，研究人员也会将不同预处理方式结合起来使用。邓斌等采用超声辅助-水提法研究了提取时间、超声功率、料液比以及提取次数对笋壳棕色素提取效果的影响，结果表明该方法可以有效提取笋壳棕色素。尽管物理处理方式适用面广，但操作步骤繁琐、耗时。

表2 不同用途下的笋壳物理处理方式

2.2 化学处理

笋壳废弃物化学处理主要是针对里面的木质纤维原料，通过化学手段有效破坏其致密结构，增加试剂与底物接触机会，化学处理主要分为酸碱法、化学改性和热解技术，近年来相关主要研究见表3。

表3 不同用途下的笋壳化学处理方式

酸碱法主要是将笋壳干燥、粉碎后，利用酸碱试剂处理笋壳，从而得到预期产物的方法。其工艺流程为将预处理的笋壳进行酸碱液浸提，再用蒸馏水冲洗，干燥后即得预期产物。常用的酸碱试剂为硫酸、盐酸、氢氧化钠。王昕岑等在碱性条件下（pH值12，80 min，70℃）从笋壳粉末中提取膳食纤维，该方法具有成本低、简便快速等优点，但容易对设备造成腐蚀。研究表明，化学处理可通过制备改性吸附剂，从而提高笋壳废弃物的吸附能力。方慧兰研究发现，将笋壳粉末在硫酸溶液中水浴加热1 h后，笋壳的吸附能力得到显著提高。热解技术是指笋壳在隔绝氧气条件下，通过加热发生热化学反应，得到炭黑的过程。笋壳废弃物本身具有多孔结构，可通过热解技术制成用于土壤改良、环境修复及储能的生物炭。Hu等以笋壳粉末为原料，经过预处理在200℃加热0.5 h后，将其充入N中性环境清洗即可得生物炭。利用此技术所得生物炭能够有效吸附溶液中的Cr和Cu，为重金属的处理方式提供了新的思路。该方法操作简单、成本低廉，但热解技术过程中产生的挥发性气体易造成环境污染。

2.3 生物处理

笋壳生物处理主要是选择特定的微生物处理笋壳废弃物，利用其生长代谢将笋壳废物中的纤维素、半纤维素、蛋白质等分解。目前，生物处理主要有3种方式：酶解技术、青贮技术和堆肥技术。

2.3.1 酶解技术 酶解技术是利用酶的特异性除去原料中蛋白质、脂肪、淀粉等物质，进而达到纯化目的产物的一种方法。林良美利用纤维素酶、中性蛋白酶和α淀粉酶提取毛竹笋壳膳食纤维，可溶性膳食纤维得率为8.674%，不可溶性膳食纤维得率为56.21%。贾燕芳等采用纤维素酶提取食品添加剂膳食纤维，在温度50℃，pH值4.5，反应时间1 h条件下进行催化反应，使笋壳膳食纤维增加了18.03%。Zheng等利用纤维素酶、蛋白酶和淀粉酶在40℃对笋壳粉末进行1.6 h酶解反应，最终提取到膳食纤维。刘焕燕等利用复合酶法对毛竹笋壳进行多糖提取试验，结果发现，当复合酶添加量为1.6%、酶解温度为51℃、酶解时间为105 min时，多糖得率为1.98%。研究发现，借助碱联合超高压技术预处理笋壳后，笋壳在纤维素酶的作用下酶解率高达97.89%。

2.3.2 青贮技术 青贮技术是利用在厌氧条件下乳酸菌的发酵作用，使青贮饲料的pH值降至3.8～4.2，从而抑制各种微生物的生命活动。青贮有很多种方式，分为一般青贮、半干青贮和添加剂青贮。对于笋壳废弃物的处理，常收集新鲜竹笋壳蒸煮干燥至含水量70%～80%后，将其切断、压实、密封，并置于青贮窖内进行发酵，从而得到适口性好、营养丰富、利于保存的饲料。刘大群等用麦麸和乳酸菌混合液对笋壳开展青贮品质研究，结果表明，当麦麸添加量为10%，乳酸菌混合液（干酪乳杆菌∶植物乳杆菌体积比为1∶1，菌数密度≥10cfu·g）添加量为15%时，青贮笋壳饲料香味明显、质地松软、质量较高。姜俊芳等研究结果表明，青贮发酵笋壳饲料中添加稻草与否，对饲料质量、营养成分等有显著影响，其中添加20%稻壳对青贮笋壳饲料的改善效果优于添加30%稻壳，添加20%稻壳时乳酸含量明显增加，无丁酸产生。高慧等开展对笋壳和麦麸混合青贮的研究，结果表明笋壳与麦麸以不同的鲜质量比进行青贮时，青贮料的粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维均会随着青贮天数的增加而降低，从而增强了笋壳的适口性。

2.3.3 堆肥技术 堆肥技术是指在微生物的作用下将有机物分解，并使其中的病原菌失活，从而使有机物转化为腐殖质的过程。根据氧气的有无，通常将笋壳废弃物堆肥分为好氧堆肥和厌氧堆肥，好氧堆肥技术又分为条垛式堆肥技术、静态垛式堆肥技术、槽式堆肥技术和反应器式堆肥技术。在对笋壳废弃物进行堆肥时，把经消毒的笋壳加入到预先培养的菌液中，并将处理好的样品放置于堆肥罐中，当有淡香出现，并在堆体内见到白色菌丝时，堆肥即结束。在堆肥过程中加入微生物菌剂能有效加快腐熟速度，程旺开等利用菌株黑曲霉A-3，粉孢霉A-1，芽孢杆菌A-4和放线菌A-5制备复合菌剂来降解笋壳，结果发现笋壳在复合菌剂的作用下有明显的裂纹。王音筛选出木霉N2、曲霉N8、芽孢杆菌BX2、酵母菌H7和乳酸菌G16等菌株，研究发现，木霉N2、曲霉N8、芽孢杆菌BX2按体积比3∶2∶1的配比，按照20%的接种量发酵1 d，添加2%的酵母菌H7和2%的乳酸菌G16，共同发酵2 d，笋壳中粗蛋白含量可达24.36%。

3 展望

随着我国笋加工业的快速发展，笋壳废弃物产生量巨大，也成为笋加工业主要污染源。笋壳废弃物营养丰富，具有优良的开发利用价值，笋壳废弃物处理与资源化利用迫在眉睫，而合理有效的技术处理是资源化利用的前提。目前，物理处理方式应用范围广、技术成熟，但操作步骤繁琐、耗时；化学处理具有经济、简便等优点，但易造成环境污染和设备腐蚀；而生物处理技术条件温和、操作方便。总的来说，在试验研究条件下，采用物理或化学处理笋壳废弃物是一种行之有效的方式，然而规模化处理仍然面临挑战，比如浸提之后的笋壳去向问题、酸碱处理之后的废液回收问题、设备及能耗问题等。笔者认为实现笋壳废弃物的终极处理，在兼顾理化处理技术优势的基础上，可以考虑加强生物处理笋壳废弃物研究，通过各种途径选育高效笋壳降解菌剂，积极探索堆肥化处理笋壳废弃物工艺条件或者固态发酵制备饲料的路径。