尾菜處理利用技術研究進展與研究思路探討

彭章普， 王 潔， 麻和平，張文齊，劉彩云， 邵建寧*

（1.甘肅省科學院，甘肅蘭州730000；2.甘肅省科學院生物研究所，甘肅蘭州730000）

尾菜是蔬菜在生長、采收、加工、物流、消費等環節產生的廢棄葉、根、莖和果實等，也稱“蔬菜廢棄物”。隨著我國蔬菜生產水平的提高，蔬菜種植面積的不斷擴大和蔬菜種植布局的不斷集中，在蔬菜產區蔬菜采收與初加工過程中常伴有大量的尾菜產生。由于缺乏科學有效、經濟適用的尾菜處理與利用技術，大部分尾菜被當作垃圾隨意堆棄或者簡單填埋，導致尾菜資源浪費，造成環境污染，對蔬菜產區的農業生產、農民生活、農村生態及蔬菜產業的健康可持續發展造成了嚴重影響。尾菜進行無害化處理和資源化利用，對保障蔬菜產業健康發展和保護農業農村生態環境意義重大。本文從尾菜飼料化、肥料化、基質化、原料化和能源化介紹了當前國內外尾菜處理利用技術的研究進展，并根據尾菜的種類、分級及來源，對進一步研發適用尾菜處理利用技術和選用尾菜處理利用技術進行了探討。

1 尾菜處理利用技術研究進展

1.1 尾菜飼料化 尾菜中雖然含有纖維素和蛋白質等營養物質，但是因其含水量高或可消化性差等原因，直接飼喂不易被動物高效吸收利用，需要對其進一步的加工處理（徐妙云和陳志敏，2007）。

1.1.1 尾菜顆粒飼料 尾菜經清洗、打漿、壓榨、烘干、造粒、過篩等工序生產加工成尾菜顆粒飼料，其關鍵是降低含水量和延長貯藏期，壓濾是去除水分簡單、經濟的方法之一。尾菜經壓濾后含水量可降至30%～60%，加入吸水劑、黏合劑等輔料，通過造粒、制塊，制成供畜禽自由采食的粗飼料。目前飼料所用吸水和黏合物料主要為膨潤土、次粉、玉米蛋白粉、稻殼粉等（Mustafa和Baurhoo，2016）。楊富民等（2014）利用芹菜、白菜、蓮花菜的尾菜，采用畜禽粗飼料制粒和制塊工藝，生產的粗飼料營養豐富、適口性好、耐儲存。Retnani等（2014）利用尾菜制備的薄片飼料飼喂綿羊比傳統飼料多增重25.6%。

1.1.2 尾菜青貯飼料 尾菜青貯飼料是利用乳酸菌等微生物的發酵改變尾菜的理化性狀，在缺氧環境中乳酸菌大量繁殖從而將尾菜中的碳水化合物變成乳酸，乳酸積累到一定濃度抑制了腐敗菌的生長，使尾菜得以長期保存，通過青貯處理可以使原來尾菜變軟熟化，增加適口性、提高營養價值及消化吸收率。李勇等（2007）在白菜中添加玉米粉、小麥麩和2%乙酸進行混合青貯，取得了良好的青貯效果。何元翔等（2013）、馮煒弘等（2013）研究發現，萎蔫處理后的花椰菜莖葉適宜青貯發酵，添加乳酸菌劑可以得到品質優良的花椰菜莖葉青貯飼料。

1.1.3 尾菜發酵蛋白飼料 尾菜發酵蛋白飼料是利用微生物在尾菜中的生長繁殖和新陳代謝，積累有用菌體、酶和中間代謝產物來生產和調制的飼料。尾菜中的成分一般都能被微生物分解利用，這些微生物含有較多的蛋白質及較豐富的維生素，加到飼料中可提高飼料飼喂效果。武光朋（2007）以蔬菜廢棄物為主料，以麩皮等作輔料，采用不滅菌的固體發酵技術，生產單細胞蛋白飼料，產物蛋白質含量可提高75%。李海玲等（2015）對尾菜與小麥秸稈進行混合發酵試驗，并比較分析發酵前后的營養物質含量變化發現，通過發酵可提高白菜混合物中的粗蛋白質和脂肪含量。

1.2 尾菜肥料化 尾菜肥料化是尾菜在一定條件下通過微生物或酶制劑作用，釋放出其中的礦物質養分、分解成的有機質、腐殖質供作物吸收利用的產品生產過程。尾菜制成的有機肥料，具有營養全面、肥效長、易于被作物吸收等特點，可提高作物的產量和品質、防病抗逆。在提高土壤肥力，增加土壤有機質，改善土壤結構等方面有其獨特的作用（徐兵劃等，2016；黃鴻翔等，2006）。

1.2.1 尾菜堆肥 尾菜堆肥是利用自然界微生物或商業腐熟菌劑，有控制地進行尾菜有機物向穩定腐殖質轉化的生物化學過程，堆肥的腐熟過程，既是有機物分解和再合成的過程，又是一個無害化處理的過程（Varma等，2015；李國學等，2003；魏源送等，1999）。尾菜進行堆肥處理，首先可以將其中的易腐有機物轉化為土壤易接受的有機營養土；其次堆肥過程中的高溫發酵使尾菜中的致病菌、寄生蟲卵基本被殺死。按照堆肥的基本原理分為好氧堆肥和厭氧堆肥。好氧堆肥依靠專性和兼性好氧菌的作用使有機物降解，堆肥溫度高，可以最大限度的消滅病原菌，有機物的分解速率較快，堆肥周期較短。厭氧堆肥依靠專性和兼性厭氧菌的作用降解有機物，不需要經常翻攪堆肥原料，可減少勞動量，堆肥周期相對較長，多用于含水率高的尾菜（王麗英等，2014）。席旭東等（2010）以蔬菜廢物為主要原料通過地下厭氧、地下好氧、地上厭氧和地上好氧4種堆肥處理發現，地上好氧處理溫度上升快、含水率下降明顯、腐熟度好、堆肥質量高，可以實現蔬菜廢物的高效轉化。龔建英等（2012）進行微生物菌劑和雞糞對蔬菜廢棄物堆肥化處理的影響研究發現，利用小麥秸稈、蔬菜廢物和動物糞便進行聯合堆肥，并添加微生物菌劑，可促進對蔬菜廢物堆肥的快速無害化，減少此類有機廢物直接施用后造成的風險，可以提高蔬菜廢物的無害化循環利用。張相鋒等（2003）以蔬菜廢物、花卉廢物和雞舍廢物為原料，進行了不同配比的聯合堆肥中試研究，通過堆肥工藝的優化控制，可以獲得高質量的堆肥產品。

1.2.2 尾菜漚肥 尾菜漚肥是在淹水條件下，以厭氧和兼性厭氧菌為主的微生物對尾菜中有機物的分解過程，好氧性細菌、放線菌和真菌的作用很弱。李吉進等（2012）選用白菜廢棄物、西紅柿秧廢棄物為原料，采用桶裝漚制96 d制得的漚肥不僅可溶性氮、磷、鉀含量較高，而且肥效也好。劉安輝等（2011）對蔬菜廢棄物漚肥和化肥對油菜產量、品質的影響研究表明，蔬菜廢棄物漚肥可以明顯增加油菜產量、提高品質。

1.2.3 尾菜微生物復合肥 微生物肥料利用微生物的生命活動及其代謝產物，改善作物養分供應，向農作物提供營養元素、生長物質，調控其生長，達到改善作物品質，提高產量和土壤肥力的目的（孟瑤等，2008）。尾菜微生物復合肥是尾菜經過堆漚肥處理后，加入功能微生物，配以一定比例的無機氮、磷、鉀，復混形成的一種融有機、無機肥及功能微生物于一體的 “三合一”尾菜微生物復合肥料。尾菜微生物復合肥料集有機肥、化學肥料和微生物肥料的優點于一體，實現氮、磷、鉀平衡和有機無機平衡。可以增加土壤有機質，改良土壤結構，提高土壤肥力，改善農產品質量并提高產量（毛開云等，2014）。

1.3 尾菜基質化 尾菜基質化是指尾菜經特定處理，作為栽培基質栽培食用菌、蔬菜或作為養殖基質養殖黃粉蟲、蚯蚓等高蛋白蟲類（范如芹等，2014；田赟等，2011）。

1.3.1 尾菜作為栽培基質 尾菜經適當處理可作為食用菌栽培的基質。食用菌是一類子實體肉質或膠質可供食用的大型真菌。食用菌可分解尾菜基質中的纖維素、半纖維素，通過分解吸收組合成自身的菌體蛋白。李瑞琴等（2016）在蔬菜廢棄物發酵后熟期滿后，將充分腐熟并經過暴曬后的發酵產物過10 mm篩，混合均勻，作為蔬菜有機生態型栽培基質，對番茄的生長發育和營養品質有一定的促進作用。

1.3.2 尾菜養殖黃粉蟲 黃粉蟲可以取食各種蔬菜廢棄物，通過黃粉蟲的過腹轉換處理尾菜，將低值的尾菜轉變成高附加值的昆蟲蛋白，尾菜養殖黃粉蟲有著更高的飼用安全性和營養價值。楊文樂和徐敬明（2013）探討豆渣、麥麩、卷心菜對黃粉蟲幼蟲生長發育的影響發現，飼喂效果明顯的飼料配方中均有10%卷心菜。徐世才等（2013）研究混合飼料和青菜葉對黃粉蟲生長發育的影響，結果表明混合飼料和青菜葉對幼蟲體質量增長、幼蟲歷期、幼蟲粗蛋白質含量、幼蟲化蛹率和成蟲羽化率影響顯著。

1.3.3 尾菜養殖蚯蚓 蚯蚓的食物非常廣泛，各類畜禽糞便、菜葉、農業生產廢棄物等無毒有機物經過腐熟后均可作為其食物（Bakar等，2014；Rani等，2013）。以尾菜為蚯蚓養殖的基料，可顯著提高蚯蚓的日增重、產繭數和孵化幼蚓數（張志劍等，2013）。

1.4 尾菜原料化 尾菜原料化是以尾菜為原料通過有效成分提取分離或生物發酵等生產高附加值產物。目前有研究報道利用尾菜加工蔬菜紙、活性炭，從尾菜中分離提取葉蛋白、纖維素、葉綠素、蘿卜硫素、酚酸等有效成分和通過微生物發酵生產聚羥基烷酸脂、聚乳酸等 （Baiano等，2015；Kabir 等，2015；Bayer 等，2014；Babbar 等 ，2014；Sundari等，2014；Luthria等，2012）。

1.4.1 尾菜提取葉蛋白 尾菜中含有蛋白質，為得到尾菜蛋白提取最佳方法，汪建旭等（2013）以花椰菜廢棄莖葉為原料，分別采用直接加熱法、酸沉淀法、堿沉淀法、酸熱沉淀法、堿熱沉淀法、酸絮凝劑法提取葉蛋白，得到花椰菜廢棄莖葉蛋白提取最佳方法為酸絮凝劑法。林燕如等（2013）以莧菜為試材，研究了浸提劑pH、打漿時間、料液比、提浸時間對葉蛋白提取效果的影響，并在此基礎上研究了不同絮凝溫度及提取液pH對葉蛋白沉淀的影響，結果表明莧菜葉蛋白提取的最佳工藝條件為浸提劑pH 5，打漿時間5 min，料液比1∶7，浸提時間6 min，當絮凝溫度為85℃，提取液選用pH為3和9時，莧菜葉蛋白的提取率為2.90%，得率為23.69%。

1.4.2 尾菜提取蘿卜硫素 蘿卜硫素（1-異硫氰酸-4-甲磺酰基丁烷）是十字花科植物中發現的一種活性最強的抗癌成分。胡翠珍等（2016）以西蘭花鮮食部分綠色幼嫩花莖和花蕾為試驗材料，利用響應面法對添加劑和超聲波輔助酶解西蘭花提取蘿卜硫素工藝進行優化。蘿卜硫素理論最大提取率達 1858.20 μg/g， 經試驗驗證達 1813.26 μg/g，其相對誤差為2.48%，表明該提取工藝參數在西蘭花中提取蘿卜硫素是可行的。

1.4.3 尾菜提取纖維素和加工蔬菜紙 尾菜提取膳食纖維的制備有物理、化學方法和酶法。王遂等（2000）以玉米皮為原料研究提取堿性半纖維素，提出了適合于工業化生產的提取途徑。吳慧昊等（2013）以富硒白菜、菠菜為原料，通過添加不同的膠黏劑，研究其制成蔬菜紙的最佳配比條件，通過正交試驗確定其復配最佳添加量：CMC-Na 0.3%，海藻酸鈉0.4%，明膠0.6%，果膠0.6%，將產品在75℃烘烤6 h，得到的產品色澤鮮亮、平整、易揭片，咀嚼不黏牙。隋海濤等（2012）以紫甘藍為原料，研究了不同因素對紫甘藍蔬菜紙成型的影響，并優化了制取的試驗條件，從而改善了紫甘藍蔬菜紙的產品質量及產量。

1.4.4 尾菜提取葉綠素 謝惠波等（2010）以空心菜為原料提取葉綠素、葉黃素兩種色素，提取的色素能溶于水，顏色鮮艷、明亮；在最佳試驗條件下葉綠素的提取率為0.21 g，葉黃素為0.056 g（以100 g新鮮空心菜計）。黃曉德等（2007）研究以西蘭花葉為原料提取葉綠素制備葉綠素銅鈉鹽的工藝條件，通過正交試驗對西蘭花葉葉綠素提取工藝進行了優化。

1.4.5 發酵產品 聚羥基烷酸酯是一種生物合成的環境友好塑料，是細胞內碳源和能源的儲存物，可完全生化降解，其物化特性與傳統塑料相近且具有光學活性等特殊功能，未來可代替傳統石化塑料。綜合利用芥藍有機廢棄物，接種特定的細菌和酵母菌，采用固態發酵技術，將聚羥基烷酸酯逐漸積累到微生物體內，然后通過技術手段從微生物中分類回收其富含的聚羥基烷酸酯。菜心有機廢棄物用乳酸菌發酵制成粗乳酸，然后提純乳酸，通過聚合反應制成可降解的塑料聚乳酸。這種塑料具有普通塑料的物理性質，又可自然降解，不會造成污染，還能降低成本（耿安靜等，2012）。

1.5 尾菜能源化 尾菜能源化利用主要集中在尾菜制沼氣、制氫及發酵乙醇等技術研究。

1.5.1 尾菜發酵沼氣 沼氣發酵又稱甲烷發酵，指在特定的厭氧條件下，微生物將有機物質進行分解，其中一部分碳素物質轉化為甲烷和二氧化碳的過程（Goel等，2014）。 劉芳等（2013）以菜花、甘藍、白菜、西紅柿廢棄葉與牛糞為原料，對厭氧發酵產氣規律和特性進行研究發現，蔬菜廢棄莖葉與牛糞混合厭氧發酵呈現發酵周期延長、產氣量升高、甲烷體積分數增加的趨勢。劉榮厚等（2008）以廢棄的甘藍菜葉為發酵原料，采用小型沼氣發酵裝置和厭氧發酵工藝進行處理，當接種物濃度為30%時，揮發酸含量、氨態氮含量以及pH都在正常范圍內，且總產氣量最高，從而證實蔬菜廢棄物厭氧處理的可行性。董曉瑩等（2015）對蔬菜垃圾產酸特性和產甲烷特性進行產沼氣研究，通過自行設計的兩相厭氧發酵裝置獲得了良好的產氣效果。張艷等（2015）以娃娃菜廢棄物為原料，在實驗室小型厭氧發酵裝置和農村戶用沼氣池進行了厭氧發酵試驗，通過對發酵過程中各項指標的測定，結果表明接種物濃度為30%，碳氮比為20∶1試驗組的pH、揮發酸含量及氨態氮含量都在正常范圍內，沼氣產量和CH4含量明顯高于其他組；在8 m3的戶用沼氣池采用沼液浸泡酸化前處理的工藝，60 d沼氣產量達到59.42 m3，CH4含量穩定在47%左右，能夠滿足農村日常生活能源供應。

1.5.2 尾菜發酵制氫 微生物制氫技術是利用異養型的厭氧菌或固氮菌分解小分子的有機物制氫的過程，具有產氫速率高、不受光照時間限制、可利用的有機物范圍廣、工藝簡單等優點（Marone等，2014）。張相鋒等（2012）以厭氧活性污泥為產氫菌種，研究了氮源對蔬菜廢棄物厭氧生物制氫的pH、產氣能力、產氫能力以及氣體成分的影響，結果表明添加適量的氮源能有效增加產氫量，延長產氫周期；氮源添加量為0%～0.1%時，對蔬菜廢棄物產氫能力具有促進作用，超過0.1%，則有明顯的抑制作用。

1.5.3 尾菜發酵乙醇 將尾菜轉化成密度高、品位高的液體燃料是合理利用生物質能的有效途徑。利用的主要形式有：糖與淀粉發酵制酒精和纖維素發酵制酒精，糖與淀粉發酵制酒精技術已成熟（孫清，2010）。姜瑜倩（2013）利用果蔬廢棄物發酵生產酒精，通過對原料發酵特點的研究，確定前處理、滅菌、腐爛度、營養鹽、相關酶等對酒精產率的影響，篩選最佳酵母并優化發酵條件，濃縮小試后進行了經濟可行性分析。

2 尾菜處理利用技術研究思路探討

2.1 根據尾菜分類研發 尾菜種類繁多，養分含量、碳氮比差異較大，因此，尾菜處理利用時可按照尾菜種類進行研發和選擇處理利用技術。尾菜參照蔬菜產品器官可分為葉菜類、根莖類、瓜果類，在對其成分分析的基礎上再有目的地進行尾菜處理利用。根據尾菜的種類結合尾菜物料性質、尾菜特點進行尾菜資源化技術研發，改進和優化。有針對性地選擇適合的處理與利用方式。

2.2 根據尾菜分級研發 對尾菜進行分級可以根據尾菜品質有針對性的進行處理利用，一級尾菜是清洗后可直接食用，可用于蔬菜汁、蔬菜粉、蔬菜紙等食品生產。二級尾菜是經過分撿后，無腐爛變質，可用于飼料生產、有效物質提取及高蛋白蟲類飼養等。三級尾菜是動物無法食用，可用于栽培基質制備、肥料生產、沼氣生產等。

2.3 根據尾菜來源研發 尾菜的產生相對集中，主要產生于蔬菜產區、蔬菜集散地和蔬菜加工場所，具備單獨收集和處理的優勢和條件。在蔬菜產區針對蔬菜種植戶建議采用就地處理模式，選擇經濟適用的尾菜處理利用方式和技術，采取田間堆肥、漚肥及直接還田等方式，就地消化田間地頭產生的尾菜。集中處理適合蔬菜集散地和蔬菜加工場所等收集的尾菜，可采取工業化飼料加工、有機肥生產、有效物質提取、能源化利用等作為尾菜處理資源化利用的主要方向。

3 結語

目前國內外尾菜處理利用技術研發已由消除尾菜污染向尾菜資源化利用和高值化開發轉變。雖然尾菜處理利用研發工作已經開展多年，尾菜處理利用方向也已經比較全面，但由于尾菜種類、分級、來源等不同，難有統一的處理利用技術，加之蔬菜季節性強，尾菜不能長期均衡供應，影響到現有尾菜處理利用技術的推廣應用，尾菜的利用率并未得到提高。因此，在今后的尾菜處理應用技術研發中從尾菜種類、分級、來源等入手，與其他農業廢棄物聯合處理利用，不斷改進完善現有尾菜處理利用技術，探索開辟尾菜處理利用的新途徑、新方法，研發出低成本、高效處理尾菜的技術，逐步建立完善的尾菜資源化利用標準技術體系和技術保障體系，從而消除尾菜污染、實現尾菜資源化利用和促進蔬菜產業健康可持續發展。