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竹笋加工废弃物中纤维再生利用研究及产业链设计

贾燕芳  
【摘要】:我国既是竹笋生产大国,也是消费大国。除鲜销外,60%以上的竹笋均用于加工。但近年来竹笋产品市场趋于饱和,加工企业效益低下、资源利用率低和废弃物污染严重等,成为传统竹笋加工业发展中面临的难题。 本文通过开展竹笋加工废弃物中纤维资源的特征研究和保存方法摸索,以及生产加工和废弃物再生利用相结合的集约型模式,以期为竹笋加工业可持续发展谋求新的出路。 主要结果如下: 1.初步比较了竹笋加工副产物与食用部分的差异。结果表明:加工副产物的笋头和笋壳中,纤维明显高于食用部分,而粗蛋白、粗脂肪、灰分等含量较低。不同品种笋壳中粗纤维含量在30-40%,灰分为1.67-3.54%,粗脂肪为0.71-1.97%。该特征明确了竹笋加工废弃物的纤维利用方向。 2.从膳食纤维原料开发的角度,考察了竹笋及其加工废弃物中膳食纤维特征。结果表明:①毛竹笋笋体从上至下,IDF和TDF含量依次增加。竹笋食用部分TDF含量为20-26%,SDF高达11.07%,SDF/IDF值在1:2左右。不同品种笋壳中,TDF含量为58.24~79.15%,显著高于常见膳食纤维原料,但以IDF为主;②毛竹笋与笋壳膳食纤维中持水力和膨胀力适当,分别为3.59~9.11g水/gDW,1.34~7.67 mL水/g DW;③毛竹笋与笋壳中多酚的含量均高于一般果蔬膳食纤维原料,且具有较强的抗氧化能力。毛竹笋笋肉中多酚含量最高,为22.96 gGAE/100g。但笋壳抗氧化能力较高,达到了29.79mg TEAC/g,与ABTS法测定结果一致。因此,竹笋及其加工废弃物是一类较好的膳食纤维补充来源。 3.从植物纤维原料开发的角度,采用TEM、FT-IR、TGA等手段,分析了笋壳纤维素纤维的形态与结构特征。结果表明:①不同品种笋壳中,纤维素含量为36-40%,与玉米杆、椰子壳相当。半纤维素含量丰富,占35-46%,木质素含量仅1-8%;②笋壳纤维呈圆柱形,表面有明显的沟槽、脊、裂缝和螺旋扭曲,说明具有一定的抱和力和可纺性。平均直径为5-15μm,低于一般天然纤维;③不同品种的笋壳纤维的FT-IR图谱相似,具有纤维素的特征吸收峰,属于典型的纤维素Ⅰ型。笋壳纤维结晶度低于棉、麻纤维;④在热重分析曲线中,190℃左右开始热分解,主失重温度越为310℃左右。应用中的参考加工温度须低于190℃。⑤将竹笋壳纤维与竹原纤维和竹浆纤维比较可知,三者均为纤维素纤维。笋壳纤维的结晶度和热稳定性均低于竹纤维。 4.从新型肥料开发角度,通过添加纤维分解菌为主的微生物发酵菌剂,经堆置发酵,开发了符合NY525-2002标准的笋壳有机肥产品和有机无机复混肥产品。经农户施用,效果显著,并申请了发明专利。同时,将废弃笋壳转化为商品重新输入农产品生产产业链,形成资源的循环利用。 5.从再生利用中原料的保存角度,考察了不同青贮方式的保存效果。经90天厌氧发酵证实,添加0.5%丙酸和2.5g/t乳酸可获得较理想的保存效果。青贮后,笋壳的结晶度和热稳定性均得到了提高,分别从43.23%提高到53.06%和从320℃提高到了327℃,但纤维类型并没有发生改变。因此,青贮可以作为长期保存笋壳原料的方式,为笋壳纤维的后续资源化利用提供充足的原料。 6.从宏观竹产业链构建的角度,围绕未来一个时期发展的趋势,分析了我国竹产业发展的优势、劣势和机遇,提出构建低碳竹产业链。从竹基地建设、竹产品加工、加工废弃物的综合利用和进一步挖掘竹产业的旅游资源几个方面展开,以达到充分发挥竹林的碳汇能力和产业链中资源合理配置、物质循环利用,实现经济效益、社会效益和环境效益共赢的目的。


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