竹笋壳废弃物的开发利用

竹笋壳废弃物的开发利用李海彬;郑钢勇;罗集丰;罗洁彬;李晓波;陈少雄【摘要】竹笋壳废弃物含有纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、粗脂肪和矿物元素等成分，可开发为动物饲料、液体燃料、纺织纤维、功能性食品、净化材料和食用菌栽培原料，可提取天然色素、活性物质和活性酶及制备工业原料.【期刊名称】《清远职业技术学院学报》【年(卷)，期】2018(011)001【总页数】5页(P45-49)【关键词】竹笋壳;开发利用;综述【作者】李海彬;郑钢勇;罗集丰;罗洁彬;李晓波;陈少雄【作者单位】揭阳职业技术学院化学工程系广东揭阳522000;揭阳职业技术学院化学工程系,广东揭阳522000;揭阳职业技术学院化学工程系,广东揭阳522000;北良初级中学广东揭阳522000;普宁市广太中学广东揭阳515350;揭阳职业技术学院化学工程系广东揭阳522000【正文语种】中文［中图分类】S38在竹笋生产和加工过程中被剔除并丢弃的笋壳和不宜食用的笋节与笋头下脚料占50%以上［1］。大量笋业加工废弃物的丢弃，不但形成生物资源浪费，更因腐烂霉变造成严重环境污染。随着不断的研究与探索，竹笋壳废弃物的开发利用取得了一定进展。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，具有较高利用价值。通过对不同品种的化学组成分析，发现竹笋壳中含有丰富的纤维素、半纤维素和蛋白质，含量分别为36%~41.66%［2,3］、28.12%~46%［2,3］和8.1185%~12.91%［4,5］。周兆祥等［4］发现含笋头的笋壳废料不仅含有19种微量元素，还含有丰富的粗纤维(22.87%)、糖分(9.54%)和粗脂肪(1.79%)；新鲜毛竹笋壳和杂竹笋壳分别含有15和14种氨基酸，其中苏氨酸含量最高，分别为52.82%和51.54%。通过对大叶麻竹的分析，王兴菊等［5］发现笋壳的中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、粗灰分、钙和磷的含量分别为78.9044%、45.7423%、4.2793%、0.1190%和0.1487%。2竹笋壳的开发利用2.1动物饲料开发鲜笋壳废弃物含有丰富的营养物质成分，具有较高的营养价值，可开发为动物饲料。周兆祥等［4］通过比较，发现竹笋罐头生产的笋壳废料中粗蛋白(12.76%)含量比糠粉(2.03%)约高6倍，粗纤维(22.87%)含量低于糠粉(45.26%)1倍，且含有19种微量元素和15种氨基酸，营养成分高于包括豆杆、甘蔗渣及玉米杆等农作物废料饲料3倍，达到生长和肥育猪的要求。刘力等［6］测得高节竹竹笋壳含有12.3%的蛋白质，高于玉米杆2倍；加工废料笋蔸蛋白质含量高达20.6%，约为玉米秸和稻草秆的5倍。通过与稻草、玉米秸、小麦秸等6种粗饲料比较，王兴菊等［5］发现大叶麻竹笋壳的有机物含量较高，粗蛋白含量比稻草高，与其它几种粗饲料相当；大叶麻竹笋壳的干物质和有机物在山羊瘤胃内的降解率分别为29.5577%和25.9155%，高于象草和丝瓜秧，接近稻草和麦秸等农作物秸秆。LiuJianxin等［7］将竹笋壳制成青贮饲料对山羊进行饲养试验，发现向竹笋壳添加10%稻草桔梗、10%麦皮及5%稻草桔梗和5%麦皮混合物均能提高山羊对竹笋壳的利用率，粗蛋白摄入量分别可增加18%、232%和55%，干物质摄入量分别可增加32%、120%和67%。ZhaoLiping等［8］报道通过碱性化学物(氨水、Ca(OH)2、NaOH、Ca(OH)2和NaOH混合物)预处理，能提高竹笋壳在牛瘤胃中的发酵效果和降解效果，同时还能增加能量值。竹笋壳经微生物发酵利用后，能提高其营养价值及适口性，具有较高的动物饲料开发价值。刘力等［6］测得笋壳废料经里氏木霉菌利用后的产酶渣蛋白质含量比原料提高了1倍，经纤维素酶水解后大部分纤维素被降解为单糖，饲用营养价值得到提高。梁磊等［9］报道，经食药用菌固态发酵后，笋壳总纤维含量减少28%~55%,粗蛋白质含量由原来的7%提高到11%~15%，多糖含量增加2倍以上。另外，竹笋壳经混合菌黑曲霉和产阮假丝酵母混合发酵后产生的单细胞蛋白可作为饲料蛋白添加剂［10］。2.2液体燃料开发笋壳纤维素和半纤维素含量丰富，略高于水稻秆和小麦秆，与玉米秆、椰子壳相当［3］，可开发为液体燃料。陈云平等［11］和YeLigi等［12］以乙二醇为液化剂、浓硫酸为催化剂对笋壳进行液化处理，液化率分别为82.51%和99.79%；陈云平等［11］发现液化产物的平均燃烧值为27.94kJ/g，比笋壳原料燃烧值提高57%;YeLiyi等［12］测得液化物中的水馏成分和丙酮可溶物发热值分别为20.07MJ/kg和23.81MJ/kg，均高于原料的15.70MJ/kg，可作为潜在的液体燃料；ChongGanggang等［13］通过氨水和LiCl/N,N-二甲基甲酰胺溶液体系对竹笋壳进行联合水解预处理，然后利用酿酒酵母菌对水解物进行发酵生产乙醇，每克水解产物(葡萄糖)的乙醇产量为0.43-0.44g，可达理论值的84.5-86.1%。2.3纺织纤维开发笋壳纤维具有较高的结晶度和热稳定性，较好的吸湿性和放湿性，一定的抱合力和可纺性［3］,是一种潜在的天然纤维资源，可开发为天然纺织材料。倪海燕等［14,15］报道竹笋壳纤维属于典型的纤维素纤维，其吸湿性和放湿性均高于芒麻纤维和棉纤维；其结晶度和启始热分解温度分别为68.2%和3451左右，均比棉纤维高，具有良好的热稳定性能，可应用于纺织领域。陈延兴等［16］采用化学脱胶法，获得具备转杯纺条件的竹笋壳纤维，其结晶度、细度、长度和断裂强度分别为68%、1.98tex、64mm和2.00cN/dtex。2.4功能性食品开发笋壳中粗纤维和膳食纤维分别高达73.8%（干基）［7］和73.12%［17］,具有很高的膳食纤维开发潜力。贾燕芳等［17］采用纤维素酶酶解工艺，制得持水性为5.01g/g、溶胀性为5.80mL/g和总膳食纤维含量为86.3%的毛竹笋壳膳食纤维食品添加剂。谢碧霞等［18］发现笋壳通过乳酸菌发酵后，部分不溶性膳食纤维可转化为可溶性膳食纤维；经过发酵处理或酸碱处理后，膳食纤维的持水性和溶胀力适中，具有较高的开发利用价值。笋壳含有丰富的半纤维素，是制备功能性食品低聚木糖的良好资源。通过碱提取法，余能富等从毛竹笋壳半纤维素中提取木聚糖［19］，并用酶解法制得纯度和平均聚合度为80.63%和1.5的木二糖［20］。陈显群等［21］采用稀硫酸溶液水解竹笋壳半纤维素,获得转化率为69.31%的木糖制取工艺。祝燕燕等［22］利用热带假丝酵母对竹笋壳水解液进行木糖醇生物转化，转化率达（61.5±2.5）%。2.5环境净化材料开发竹笋壳内部有大量孔隙、粗糙的表面与可吸附阳离子的羟基和羰基［23］，具有较好的吸附作用，可开发为生物吸附剂材料，应用于环境污染的净化与修复。斯建锋等［23］发现竹笋壳对阳离子染料废水的吸附是一个自发和放热的物理吸附过程；经处理后，竹笋壳对阳离子染料（亚甲蓝、亮甲酚蓝、中性红）废水的污染物去除率均高于80%。ZhangJingmiao等［24］认为竹笋壳是一种高效的生物吸附剂，并通过实验测得其对亚甲基蓝的吸附能力和对亚甲基蓝染料分子的去除率分别达到225.71mg/g和98.96%。蒋新龙等［25］报道，改性竹笋壳是重金属离子Cr(VI)的优良生物吸附剂，在最佳吸附条件下，吸附率可达99.9%；未改性竹笋壳的同条件吸附率也可达92.8%。YeLiyi等［26］报道向土壤中添加10%的竹笋壳活性碳能有效地吸附土壤污染中的重金属离子Pb(II)、Cr(III)和Cd(II)，吸附率分别为42%、38%和55%。另有学者［27］发现以竹笋壳为反硝化碳源和生物膜载体能有效去除水中的硝酸盐，去除率达90%以上。2.6天然棕色素提取开发以竹笋壳为原材料可提取天然棕色素，是医药、食品和化妆品等行业中的理想色素添加剂。孙静亚等［28］通过浸提法从竹笋壳中获得带有竹笋独特清香味的天然棕色素(黄酮类化合物)，具有较好的耐光性、耐热性、耐还原性、耐弱氧化性和耐碱性。杨小敏等［29］采用超声辅助方法从竹笋壳中获得提取率为0.3004g/g的天然棕色素。2.7生物活性物提取开发竹笋壳可提取黄酮类和多酚类等生物活性物质，具有抗氧化性、抑菌和抑酪氨酸酶活力等生理活性和药理作用，能广泛用于医药、食品等行业。武静文等［30］通过对毛竹、麻竹和雷竹的研究，发现不同品种的笋壳醇提取物均具有良好的抗氧化活性。杨乐等［31］发现采用热乙醇提取法从方竹竹笋壳中提取的总黄酮物质粗提物和纯化产物均具有一定的抗氧化性，对羟基自由基、1,1-二苯基-2-苦基肼自由基和超氧阴离子自由基均具有良好的清除作用。林珊等［32］也从竹笋壳获得具有良好抗氧化性能的黄酮类乙醇提取物，当其浓度达到60ug/mL时，对羟基自由基(・OH)的清除率达58.02%。利用超声波辅助技术，江丽等［33］和吕萍等［34］分别从竹笋壳中提取对植物油具明显抗氧化性的黄酮物质和具多种生理活性功能的多酚类物质，提取率分别为0.7226mg/g和5.57%。GongWeihua等［35］从竹笋壳中提取具有强抗氧化活性的乙酸木素，提取率为74%。另外，许丽旋等［36］采用有机溶剂回流技术从竹笋壳中获取具抑制细菌作用的黄酮类化合质；王文文等［37］发现笋壳乙醇提取物对酪氨酸酶双酚酶和单酚酶的酶活力均具有抑制作用，可用于预防和治疗色素疾病；ZhengYafeng等［38］报道从竹笋壳中提取的B毗喃多糖具有良好的降血糖、血脂和胆固醇的功能，降低效果分别为48.7%、34.8%和26.5%。2.8食用菌栽培竹笋壳废弃物含有丰富的营养物质，可开发为食用菌栽培基原料。有学者报道竹笋壳提取液能促进平菇菌丝体的生长发育，添加竹笋壳的栽培基质能有效提高平菇产量和对培养基质的生物转化率［39］;在灵芝的栽培生产培养基中添加20%竹笋壳废弃物不影响其产量及对栽培料的生物转化率［40］;采用麻竹笋加工废弃物栽培蘑菇可有效提高经济效益［41］。宋瑞生等［42］利用毛竹竹笋加工废料笋壳作为培养基质进行平菇和榆黄蘑生产试验，产量分别为592.59kg/100m2和187.50kg/100m2。罗曼等［43］利用经压榨提取过氧化物酶后的竹笋壳湿蒲渣进行种植草菇或凤尾菇，生物学效应为80%。2.9制备工业原料竹笋壳经化工技术开发可制备成多种化工产品的基本原料，应用于造纸、食品、日化和医药等领域。史晋辉等［44］通过对从毛竹笋壳提取的纤维素进行化学改性合成羧甲基纤维素钠，产品取代度为0.86，黏度为22mPa・S，达到医药行业的应用标准。贺杨等［45］从毛竹笋壳废料中制得取代度为0.9341,黏度为35mPa・S的羧甲基纤维素。ZhouCunshan等［46］使用离子液体［C4mim］HSO4为催化剂水解竹笋壳制备乙酰丙酸，产率为(71±0.41)%(摩尔比例)，可应用于多种轻化工产品的生产。2.10活性酶提取及酶的固定化材料开发通过生化工程技术可从竹笋壳中提取广泛应用于临床诊断、食品卫生检测、海关检疫及污水处理等方面的过氧化物酶。罗曼等［43］用压榨法从竹笋壳中提取RZ（酶纯度）值达3.25，比活为406U/mg的过氧化酶，提取率为8.0g/t。从竹笋壳中提取的天然木质素开发为生物酶的固定化材料具有环保、无毒害且成本低的优点，其固定的酶可广泛应用于食品和药品行业。GongWeihua等［47］利用竹笋壳木质素对a淀粉酶进行吸附固定化处理，结果使酶的催化活性提高为原来的2倍，固定化酶的最高酶比活力、酶蛋白固载量和酶活力回收率分别为92.4U/mg、19.0mg/g和111%。3展望目前对利用竹笋壳废弃物生产能源物质的研究较少，技术不成熟，原料的液化率和液化产物的产热值不高，应加强相关化工技术工艺的研究与开发，以提高对竹笋壳废弃物的能源资源利用效率，解决早已倍受关注的能源危机。至今只有少量有关竹笋壳膳食纤维、低聚糖和天然色素的开发利用，未见关于其它类型功能性食物和食品添加剂的利用研究报道；生物活性物质的开发利用较集中在抗氧化活性的研究上。学者应深入对竹笋壳成分的研究与探索，以期开发更多的功能性食物、安全食品添加剂和更多活性功能的生物活性物质，以解决人们日益关注的食品安全和疾病健康问题。随着工业的发展，环境污染日益严重，应加大对竹笋壳生物吸附功能的研究与利用，以开发高效环保的生物净化材料，治理水质及土壤环境中的重金属、染料废水及无机盐等污染，吸附净化空气中的污染气体和微尘物质，修复破坏的环境。通过动物饲养、食用菌栽培和纺织纤维的开发利用，竹笋壳废弃物可转化为人类的食物资源和纺织资源，应加强对相关基础理论的研究和应用技术的开发，既可改善人类生存资源紧缺问题，又能提高竹笋产业经济效益，同时还能解决竹笋业生产产生的废弃物污染问题。【相关文献】王卫民，赵关木,刘根生，等.鲜笋壳综合开发利用[J].杭州科技,1992(1):12-13.周晓洁，李建强,陈延兴.竹笋壳化学成分分析[J].武汉科技学院学报,2010,23(1):1-3.贾燕芳，石伟勇.几种笋壳的化学成分及其纤维素特征[J].浙江大学学报：农业与生命科学版2011,37(3):338-342.周兆祥，田荆祥,赖椿根.竹笋壳的化学成分[J].浙江林学院学报,1991,8(1):54-59.王兴菊，李周权,唐正菊，等.大叶麻竹笋壳饲用价值的研究[J].四川畜牧兽医,2010(12):30-32.刘力，周建钟,余世袁，等.高节竹笋加工废料的纤维素酶水解及饲料开发[J].浙江林学院学报,l997，14(3):262-26.LiuJianxn,WangXiaoqn,ShiZhanqan.AdditionofRiceStrawor/andWheatBranonComposition，RuminalDegradabilityandVoluntaryintakeofBambooShootShellsSilageFedtoSheep[J].AnimalFeedScienceandTechnology.2001(91):129-138.ZhaoLiping,RenLiping,ZhouZheming,etal.ImprovingRuminalDegradabilityandEnergeticValuesofBambooShootShellUsingChemicalTreatments[J].AnimalScienceJournal,2016(87):896-903.梁磊,黄清铧涨柳莲，等.食药用茵固态发醇竹笋壳生产功能性饲料研究[J].中国饲料,2016(5):14-16,20.郑锐东.混菌发酵竹笋壳产单细胞蛋白培养基及发酵条件的研究[J].河南工业大学学报：自然科学版,2012,33(5):70-74.陈云平，陈婷.竹笋壳液化处理制备燃料的影响因素研究[J].纤维素科学与技术,2012,20(4):12-16.YeLiyi,ZhangJingmiao,ZhaoJie,etal.LiquefactionofBambooShootShellfortheProductionofPolyols[J].BioresourceTechnology,2014(153):147-153.ChongGanggang,HeYucai,LiuQiuxiang,etal.SequentialAqueousAmmoniaExtractionandLiCl/N,N-DimethylFormamidePretreatmentforEnhancingEnzymaticSaccharificationofWinterBambooShootShell[J].ApplBiochemBiotechnol,2017(182):1341-1357.倪海燕，陈东生,付世伟.竹笋壳纤维的吸湿性能[J].纺织学报,2016,35(6):20-24.倪海燕，付世伟,甘应进，等.竹笋壳纤维的微观结构与热性能测定[J].南方农业学报,2014，45(5):829-832.[16]陈延兴，李建强,严娜娜，等.竹笋壳纤维的提取与其基本结构特性[J].天津工业大学学报,2009,28(6):32-34.贾燕芳，石伟勇.毛竹笋壳膳食纤维添加剂的制备研究[J].科技通报,2010,26(3):458-476.谢碧霞,钟海雁，谢涛，等.竹笋膳食纤维开发和主要功能性质的研究[J].经济林研究,2000,18(2):8-11.[19]余能富，吴能良，王玉，等.从笋壳中提取木聚糖研究[J].中国食品添加剂,2012(6):107-110.余能富，王小东，黄慧.竹笋壳木聚糖酶法降解及产物的分离纯化[J].中国食品添加剂,2014(1):102-106.陈显群，杨胜利.竹笋壳半纤维素水解液的制备[J].上海化工,2015,40(11):1-4.[22]祝燕燕，王贝，陈宏，等.竹笋壳水解液中生物转化木糖醇发酵条件优化[J].中国酿造,2016,35(4):118-121.[23]斯建锋，陈维波，曾琴，等.竹笋壳对阳离子染料废水的吸附脱色研究[J].浙江树人大学学报,2011,11(2):25-30.ZhangJingmiao,ZhongZhiwei,ZhuDapan,etal.ApplicationofBambooShootShellinColorRemovalfromMethyleneBlueSolution[J].AppliedMechanicsandMaterials,2014,675-677:489-492.蒋新龙，蒋益花.改性竹笋壳生物吸附剂的制备及其对Cr(VI)的吸附工艺研究[J].浙江树人大学学报,2012,12(1):16-20.YeLiyi,ZhangJingmiao,ZhaoJie,etal.PropertiesofBiocharObtainedfromPyrolysisofBambooShootShell[J].JournalofAnalyticalandAppliedPyrolysis,2015(114):172-178.张耀,叶晓娟.竹笋壳为生物膜载体的废水处理技术研究[J].中国环保产业,2016(4):60-64.孙静亚，王惠君，杨玉霞.竹笋壳色素的提取及性质的研究[J].中国食品添加剂,2004(5):8-10,15.[29]杨小敏，刘建平,李倩倩，等.响应面法优化竹笋壳中棕色素提取工艺[J].食品工业,2011(12):42-45.武静文，袁艺，王文文，等.不同种竹笋及笋壳提取物抗氧化活性的研究[J].激光生物学报,2011,20(2):245-249,260.杨乐,王洪新.笋壳黄酮分离纯化工艺及其抗氧化性[J].食品与发酵工业,2010,36(8):184-189.林珊，林梅芳,吴娇瑜，等.竹笋壳黄酮类化合物的提取及其抗氧化活性的研究[J].应用化工,2012,41(3):465-468.江丽,蒋立科，陈科文.笋壳黄酮提取工艺及对油脂抗氧化性研究[J]天然产物研究与开发,2009(21):146-151.吕萍，李茜，薛波，等.超声波辅助提取燕竹笋壳中多酚的工艺优化[J].现代食品科技,2012,28(12):1734-1738.GongWeihua,XiangZhuoya,YeFayin,etal.CompositionandStructureofanAntioxidantAceticAcidLigninIsolatedfromShootShellofBamboo(DendrocalamusLatiforus)[J].IndustrialCropsandProducts,2016(91):340-349.许丽旋，蔡建秀.竹笋壳黄酮提取液抑菌效果初步研究[J].农产品加工:学刊,20067):63-65.[37]王文文，袁艺，武静文.竹笋醇提取物对酪氨酸酶活力的影响[J].江苏农业学报,2010,26(6):1197-1200.[38]ZhengYafeng,ZhangShuai,WangQi,etal.CharacterizationandHypoglycemicA