尾菜处理利用技术研究进展与研究思路探讨

彭章普， 王 洁， 麻和平，张文齐，刘彩云， 邵建宁*

（1.甘肃省科学院，甘肃兰州730000；2.甘肃省科学院生物研究所，甘肃兰州730000）

尾菜是蔬菜在生长、采收、加工、物流、消费等环节产生的废弃叶、根、茎和果实等，也称“蔬菜废弃物”。随着我国蔬菜生产水平的提高，蔬菜种植面积的不断扩大和蔬菜种植布局的不断集中，在蔬菜产区蔬菜采收与初加工过程中常伴有大量的尾菜产生。由于缺乏科学有效、经济适用的尾菜处理与利用技术，大部分尾菜被当作垃圾随意堆弃或者简单填埋，导致尾菜资源浪费，造成环境污染，对蔬菜产区的农业生产、农民生活、农村生态及蔬菜产业的健康可持续发展造成了严重影响。尾菜进行无害化处理和资源化利用，对保障蔬菜产业健康发展和保护农业农村生态环境意义重大。本文从尾菜饲料化、肥料化、基质化、原料化和能源化介绍了当前国内外尾菜处理利用技术的研究进展，并根据尾菜的种类、分级及来源，对进一步研发适用尾菜处理利用技术和选用尾菜处理利用技术进行了探讨。

1 尾菜处理利用技术研究进展

1.1 尾菜饲料化 尾菜中虽然含有纤维素和蛋白质等营养物质，但是因其含水量高或可消化性差等原因，直接饲喂不易被动物高效吸收利用，需要对其进一步的加工处理（徐妙云和陈志敏，2007）。

1.1.1 尾菜颗粒饲料 尾菜经清洗、打浆、压榨、烘干、造粒、过筛等工序生产加工成尾菜颗粒饲料，其关键是降低含水量和延长贮藏期，压滤是去除水分简单、经济的方法之一。尾菜经压滤后含水量可降至30%～60%，加入吸水剂、黏合剂等辅料，通过造粒、制块，制成供畜禽自由采食的粗饲料。目前饲料所用吸水和黏合物料主要为膨润土、次粉、玉米蛋白粉、稻壳粉等（Mustafa和Baurhoo，2016）。杨富民等（2014）利用芹菜、白菜、莲花菜的尾菜，采用畜禽粗饲料制粒和制块工艺，生产的粗饲料营养丰富、适口性好、耐储存。Retnani等（2014）利用尾菜制备的薄片饲料饲喂绵羊比传统饲料多增重25.6%。

1.1.2 尾菜青贮饲料 尾菜青贮饲料是利用乳酸菌等微生物的发酵改变尾菜的理化性状，在缺氧环境中乳酸菌大量繁殖从而将尾菜中的碳水化合物变成乳酸，乳酸积累到一定浓度抑制了腐败菌的生长，使尾菜得以长期保存，通过青贮处理可以使原来尾菜变软熟化，增加适口性、提高营养价值及消化吸收率。李勇等（2007）在白菜中添加玉米粉、小麦麸和2%乙酸进行混合青贮，取得了良好的青贮效果。何元翔等（2013）、冯炜弘等（2013）研究发现，萎蔫处理后的花椰菜茎叶适宜青贮发酵，添加乳酸菌剂可以得到品质优良的花椰菜茎叶青贮饲料。

1.1.3 尾菜发酵蛋白饲料 尾菜发酵蛋白饲料是利用微生物在尾菜中的生长繁殖和新陈代谢，积累有用菌体、酶和中间代谢产物来生产和调制的饲料。尾菜中的成分一般都能被微生物分解利用，这些微生物含有较多的蛋白质及较丰富的维生素，加到饲料中可提高饲料饲喂效果。武光朋（2007）以蔬菜废弃物为主料，以麸皮等作辅料，采用不灭菌的固体发酵技术，生产单细胞蛋白饲料，产物蛋白质含量可提高75%。李海玲等（2015）对尾菜与小麦秸秆进行混合发酵试验，并比较分析发酵前后的营养物质含量变化发现，通过发酵可提高白菜混合物中的粗蛋白质和脂肪含量。

1.2 尾菜肥料化 尾菜肥料化是尾菜在一定条件下通过微生物或酶制剂作用，释放出其中的矿物质养分、分解成的有机质、腐殖质供作物吸收利用的产品生产过程。尾菜制成的有机肥料，具有营养全面、肥效长、易于被作物吸收等特点，可提高作物的产量和品质、防病抗逆。在提高土壤肥力，增加土壤有机质，改善土壤结构等方面有其独特的作用（徐兵划等，2016；黄鸿翔等，2006）。

1.2.1 尾菜堆肥 尾菜堆肥是利用自然界微生物或商业腐熟菌剂，有控制地进行尾菜有机物向稳定腐殖质转化的生物化学过程，堆肥的腐熟过程，既是有机物分解和再合成的过程，又是一个无害化处理的过程（Varma等，2015；李国学等，2003；魏源送等，1999）。尾菜进行堆肥处理，首先可以将其中的易腐有机物转化为土壤易接受的有机营养土；其次堆肥过程中的高温发酵使尾菜中的致病菌、寄生虫卵基本被杀死。按照堆肥的基本原理分为好氧堆肥和厌氧堆肥。好氧堆肥依靠专性和兼性好氧菌的作用使有机物降解，堆肥温度高，可以最大限度的消灭病原菌，有机物的分解速率较快，堆肥周期较短。厌氧堆肥依靠专性和兼性厌氧菌的作用降解有机物，不需要经常翻搅堆肥原料，可减少劳动量，堆肥周期相对较长，多用于含水率高的尾菜（王丽英等，2014）。席旭东等（2010）以蔬菜废物为主要原料通过地下厌氧、地下好氧、地上厌氧和地上好氧4种堆肥处理发现，地上好氧处理温度上升快、含水率下降明显、腐熟度好、堆肥质量高，可以实现蔬菜废物的高效转化。龚建英等（2012）进行微生物菌剂和鸡粪对蔬菜废弃物堆肥化处理的影响研究发现，利用小麦秸秆、蔬菜废物和动物粪便进行联合堆肥，并添加微生物菌剂，可促进对蔬菜废物堆肥的快速无害化，减少此类有机废物直接施用后造成的风险，可以提高蔬菜废物的无害化循环利用。张相锋等（2003）以蔬菜废物、花卉废物和鸡舍废物为原料，进行了不同配比的联合堆肥中试研究，通过堆肥工艺的优化控制，可以获得高质量的堆肥产品。

1.2.2 尾菜沤肥 尾菜沤肥是在淹水条件下，以厌氧和兼性厌氧菌为主的微生物对尾菜中有机物的分解过程，好氧性细菌、放线菌和真菌的作用很弱。李吉进等（2012）选用白菜废弃物、西红柿秧废弃物为原料，采用桶装沤制96 d制得的沤肥不仅可溶性氮、磷、钾含量较高，而且肥效也好。刘安辉等（2011）对蔬菜废弃物沤肥和化肥对油菜产量、品质的影响研究表明，蔬菜废弃物沤肥可以明显增加油菜产量、提高品质。

1.2.3 尾菜微生物复合肥 微生物肥料利用微生物的生命活动及其代谢产物，改善作物养分供应，向农作物提供营养元素、生长物质，调控其生长，达到改善作物品质，提高产量和土壤肥力的目的（孟瑶等，2008）。尾菜微生物复合肥是尾菜经过堆沤肥处理后，加入功能微生物，配以一定比例的无机氮、磷、钾，复混形成的一种融有机、无机肥及功能微生物于一体的 “三合一”尾菜微生物复合肥料。尾菜微生物复合肥料集有机肥、化学肥料和微生物肥料的优点于一体，实现氮、磷、钾平衡和有机无机平衡。可以增加土壤有机质，改良土壤结构，提高土壤肥力，改善农产品质量并提高产量（毛开云等，2014）。

1.3 尾菜基质化 尾菜基质化是指尾菜经特定处理，作为栽培基质栽培食用菌、蔬菜或作为养殖基质养殖黄粉虫、蚯蚓等高蛋白虫类（范如芹等，2014；田赟等，2011）。

1.3.1 尾菜作为栽培基质 尾菜经适当处理可作为食用菌栽培的基质。食用菌是一类子实体肉质或胶质可供食用的大型真菌。食用菌可分解尾菜基质中的纤维素、半纤维素，通过分解吸收组合成自身的菌体蛋白。李瑞琴等（2016）在蔬菜废弃物发酵后熟期满后，将充分腐熟并经过暴晒后的发酵产物过10 mm筛，混合均匀，作为蔬菜有机生态型栽培基质，对番茄的生长发育和营养品质有一定的促进作用。

1.3.2 尾菜养殖黄粉虫 黄粉虫可以取食各种蔬菜废弃物，通过黄粉虫的过腹转换处理尾菜，将低值的尾菜转变成高附加值的昆虫蛋白，尾菜养殖黄粉虫有着更高的饲用安全性和营养价值。杨文乐和徐敬明（2013）探讨豆渣、麦麸、卷心菜对黄粉虫幼虫生长发育的影响发现，饲喂效果明显的饲料配方中均有10%卷心菜。徐世才等（2013）研究混合饲料和青菜叶对黄粉虫生长发育的影响，结果表明混合饲料和青菜叶对幼虫体质量增长、幼虫历期、幼虫粗蛋白质含量、幼虫化蛹率和成虫羽化率影响显著。

1.3.3 尾菜养殖蚯蚓 蚯蚓的食物非常广泛，各类畜禽粪便、菜叶、农业生产废弃物等无毒有机物经过腐熟后均可作为其食物（Bakar等，2014；Rani等，2013）。以尾菜为蚯蚓养殖的基料，可显著提高蚯蚓的日增重、产茧数和孵化幼蚓数（张志剑等，2013）。

1.4 尾菜原料化 尾菜原料化是以尾菜为原料通过有效成分提取分离或生物发酵等生产高附加值产物。目前有研究报道利用尾菜加工蔬菜纸、活性炭，从尾菜中分离提取叶蛋白、纤维素、叶绿素、萝卜硫素、酚酸等有效成分和通过微生物发酵生产聚羟基烷酸脂、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 尾菜提取叶蛋白 尾菜中含有蛋白质，为得到尾菜蛋白提取最佳方法，汪建旭等（2013）以花椰菜废弃茎叶为原料，分别采用直接加热法、酸沉淀法、碱沉淀法、酸热沉淀法、碱热沉淀法、酸絮凝剂法提取叶蛋白，得到花椰菜废弃茎叶蛋白提取最佳方法为酸絮凝剂法。林燕如等（2013）以苋菜为试材，研究了浸提剂pH、打浆时间、料液比、提浸时间对叶蛋白提取效果的影响，并在此基础上研究了不同絮凝温度及提取液pH对叶蛋白沉淀的影响，结果表明苋菜叶蛋白提取的最佳工艺条件为浸提剂pH 5，打浆时间5 min，料液比1∶7，浸提时间6 min，当絮凝温度为85℃，提取液选用pH为3和9时，苋菜叶蛋白的提取率为2.90%，得率为23.69%。

1.4.2 尾菜提取萝卜硫素 萝卜硫素（1-异硫氰酸-4-甲磺酰基丁烷）是十字花科植物中发现的一种活性最强的抗癌成分。胡翠珍等（2016）以西兰花鲜食部分绿色幼嫩花茎和花蕾为试验材料，利用响应面法对添加剂和超声波辅助酶解西兰花提取萝卜硫素工艺进行优化。萝卜硫素理论最大提取率达 1858.20 μg/g， 经试验验证达 1813.26 μg/g，其相对误差为2.48%，表明该提取工艺参数在西兰花中提取萝卜硫素是可行的。

1.4.3 尾菜提取纤维素和加工蔬菜纸 尾菜提取膳食纤维的制备有物理、化学方法和酶法。王遂等（2000）以玉米皮为原料研究提取碱性半纤维素，提出了适合于工业化生产的提取途径。吴慧昊等（2013）以富硒白菜、菠菜为原料，通过添加不同的胶黏剂，研究其制成蔬菜纸的最佳配比条件，通过正交试验确定其复配最佳添加量：CMC-Na 0.3%，海藻酸钠0.4%，明胶0.6%，果胶0.6%，将产品在75℃烘烤6 h，得到的产品色泽鲜亮、平整、易揭片，咀嚼不黏牙。隋海涛等（2012）以紫甘蓝为原料，研究了不同因素对紫甘蓝蔬菜纸成型的影响，并优化了制取的试验条件，从而改善了紫甘蓝蔬菜纸的产品质量及产量。

1.4.4 尾菜提取叶绿素 谢惠波等（2010）以空心菜为原料提取叶绿素、叶黄素两种色素，提取的色素能溶于水，颜色鲜艳、明亮；在最佳试验条件下叶绿素的提取率为0.21 g，叶黄素为0.056 g（以100 g新鲜空心菜计）。黄晓德等（2007）研究以西兰花叶为原料提取叶绿素制备叶绿素铜钠盐的工艺条件，通过正交试验对西兰花叶叶绿素提取工艺进行了优化。

1.4.5 发酵产品 聚羟基烷酸酯是一种生物合成的环境友好塑料，是细胞内碳源和能源的储存物，可完全生化降解，其物化特性与传统塑料相近且具有光学活性等特殊功能，未来可代替传统石化塑料。综合利用芥蓝有机废弃物，接种特定的细菌和酵母菌，采用固态发酵技术，将聚羟基烷酸酯逐渐积累到微生物体内，然后通过技术手段从微生物中分类回收其富含的聚羟基烷酸酯。菜心有机废弃物用乳酸菌发酵制成粗乳酸，然后提纯乳酸，通过聚合反应制成可降解的塑料聚乳酸。这种塑料具有普通塑料的物理性质，又可自然降解，不会造成污染，还能降低成本（耿安静等，2012）。

1.5 尾菜能源化 尾菜能源化利用主要集中在尾菜制沼气、制氢及发酵乙醇等技术研究。

1.5.1 尾菜发酵沼气 沼气发酵又称甲烷发酵，指在特定的厌氧条件下，微生物将有机物质进行分解，其中一部分碳素物质转化为甲烷和二氧化碳的过程（Goel等，2014）。 刘芳等（2013）以菜花、甘蓝、白菜、西红柿废弃叶与牛粪为原料，对厌氧发酵产气规律和特性进行研究发现，蔬菜废弃茎叶与牛粪混合厌氧发酵呈现发酵周期延长、产气量升高、甲烷体积分数增加的趋势。刘荣厚等（2008）以废弃的甘蓝菜叶为发酵原料，采用小型沼气发酵装置和厌氧发酵工艺进行处理，当接种物浓度为30%时，挥发酸含量、氨态氮含量以及pH都在正常范围内，且总产气量最高，从而证实蔬菜废弃物厌氧处理的可行性。董晓莹等（2015）对蔬菜垃圾产酸特性和产甲烷特性进行产沼气研究，通过自行设计的两相厌氧发酵装置获得了良好的产气效果。张艳等（2015）以娃娃菜废弃物为原料，在实验室小型厌氧发酵装置和农村户用沼气池进行了厌氧发酵试验，通过对发酵过程中各项指标的测定，结果表明接种物浓度为30%，碳氮比为20∶1试验组的pH、挥发酸含量及氨态氮含量都在正常范围内，沼气产量和CH4含量明显高于其他组；在8 m3的户用沼气池采用沼液浸泡酸化前处理的工艺，60 d沼气产量达到59.42 m3，CH4含量稳定在47%左右，能够满足农村日常生活能源供应。

1.5.2 尾菜发酵制氢 微生物制氢技术是利用异养型的厌氧菌或固氮菌分解小分子的有机物制氢的过程，具有产氢速率高、不受光照时间限制、可利用的有机物范围广、工艺简单等优点（Marone等，2014）。张相锋等（2012）以厌氧活性污泥为产氢菌种，研究了氮源对蔬菜废弃物厌氧生物制氢的pH、产气能力、产氢能力以及气体成分的影响，结果表明添加适量的氮源能有效增加产氢量，延长产氢周期；氮源添加量为0%～0.1%时，对蔬菜废弃物产氢能力具有促进作用，超过0.1%，则有明显的抑制作用。

1.5.3 尾菜发酵乙醇 将尾菜转化成密度高、品位高的液体燃料是合理利用生物质能的有效途径。利用的主要形式有：糖与淀粉发酵制酒精和纤维素发酵制酒精，糖与淀粉发酵制酒精技术已成熟（孙清，2010）。姜瑜倩（2013）利用果蔬废弃物发酵生产酒精，通过对原料发酵特点的研究，确定前处理、灭菌、腐烂度、营养盐、相关酶等对酒精产率的影响，筛选最佳酵母并优化发酵条件，浓缩小试后进行了经济可行性分析。

2 尾菜处理利用技术研究思路探讨

2.1 根据尾菜分类研发 尾菜种类繁多，养分含量、碳氮比差异较大，因此，尾菜处理利用时可按照尾菜种类进行研发和选择处理利用技术。尾菜参照蔬菜产品器官可分为叶菜类、根茎类、瓜果类，在对其成分分析的基础上再有目的地进行尾菜处理利用。根据尾菜的种类结合尾菜物料性质、尾菜特点进行尾菜资源化技术研发，改进和优化。有针对性地选择适合的处理与利用方式。

2.2 根据尾菜分级研发 对尾菜进行分级可以根据尾菜品质有针对性的进行处理利用，一级尾菜是清洗后可直接食用，可用于蔬菜汁、蔬菜粉、蔬菜纸等食品生产。二级尾菜是经过分捡后，无腐烂变质，可用于饲料生产、有效物质提取及高蛋白虫类饲养等。三级尾菜是动物无法食用，可用于栽培基质制备、肥料生产、沼气生产等。

2.3 根据尾菜来源研发 尾菜的产生相对集中，主要产生于蔬菜产区、蔬菜集散地和蔬菜加工场所，具备单独收集和处理的优势和条件。在蔬菜产区针对蔬菜种植户建议采用就地处理模式，选择经济适用的尾菜处理利用方式和技术，采取田间堆肥、沤肥及直接还田等方式，就地消化田间地头产生的尾菜。集中处理适合蔬菜集散地和蔬菜加工场所等收集的尾菜，可采取工业化饲料加工、有机肥生产、有效物质提取、能源化利用等作为尾菜处理资源化利用的主要方向。

3 结语

目前国内外尾菜处理利用技术研发已由消除尾菜污染向尾菜资源化利用和高值化开发转变。虽然尾菜处理利用研发工作已经开展多年，尾菜处理利用方向也已经比较全面，但由于尾菜种类、分级、来源等不同，难有统一的处理利用技术，加之蔬菜季节性强，尾菜不能长期均衡供应，影响到现有尾菜处理利用技术的推广应用，尾菜的利用率并未得到提高。因此，在今后的尾菜处理应用技术研发中从尾菜种类、分级、来源等入手，与其他农业废弃物联合处理利用，不断改进完善现有尾菜处理利用技术，探索开辟尾菜处理利用的新途径、新方法，研发出低成本、高效处理尾菜的技术，逐步建立完善的尾菜资源化利用标准技术体系和技术保障体系，从而消除尾菜污染、实现尾菜资源化利用和促进蔬菜产业健康可持续发展。