有机废渣的利用

第三节　有机废渣的利用

各种有机废渣如生物渣及工业的有机物下脚料，包括原粮、果蔬、甘蔗、油料作物以及诸多有机化工制品加工后留下的废渣中，还有许多可用的甚至是宝贵的物质，将它们提出后，可以大大提高其附加值。这类有机渣的深加工已引起科学界的普遍重视。

一、麸皮

麸皮是小麦或燕麦加工成优质面粉后留下的废弃物，通常用作精饲料。近年来，已知麸皮汁可以防止人体内胆固醇升高，这是因为其中可溶性纤维含量较高，其有效成分是β－葡聚糖。这种物质像淀粉，可以被消化，摄入后能使血葡萄糖及胰岛素和胆固醇降低。将燕麦β－葡聚糖浓缩可制得燕麦胶。在喂饲雏鸡时，饲料中搀入24%的这种胶，10天后可使鸡的胆固醇降低18%。这种胶还可作为冰淇淋、软饮料、啤酒、沙拉及调味品的添加剂，可收到明显降低胆固醇的功效。这种麸皮纤维还具有多种保健作用：如吸附胆汁酸，抑制脂肪合成；因含大量纤维素，能增加肠蠕动，因而可防止大肠癌、便秘、糖尿病、胆结石等。食用麸皮纤维的提取方法是：将100份麸皮纤维用蒸汽熏蒸15分钟，再于150℃热风中干燥15分钟，粉碎成末；搅拌下加入到由1.5份柠檬酸、3份蔗糖和40份去离子水配成的溶液中，使粉末料均匀吸收溶液；于烘箱中，在110℃下搅拌干燥30分钟，得成品。

二、米糠

米糠是稻谷脱壳后依附在糙米上的表层残留物，约占稻谷粒重的7%～7.5%。米糠中可供利用的主要成分有粗蛋白18%、粗脂肪22%、粗纤维9%、灰分10%等。我国是世界第一产米大国，年产稻谷约2亿吨、副产品米糠1500万吨，其开发和深加工有广阔前景。而且米糠是可再生资源，原料来源不枯，只要产品质量稳定，打入市场后就容易占领市场。过去只把它作为家禽或牲畜的饲料，近年来米糠油已形成规模生产。米糠含油率与大豆相仿，但米糠油营养丰富，为食油中上品，不仅脂肪酸品种较全，而且含有较多的维生素E及谷维素，有降低血压的作用，是高血压患者的理想食用油。将米糠油深加工，可得到精细化工产品用于制作高级表面活性剂、黏合剂、塑料助剂、合成润滑剂及纤维柔软剂等。脱脂后的米糠粕的植酸钙含量达10%以上。植酸及其盐在医药上最重要的应用是制造肌醇，可用于处理脂肪与胆固醇新陈代谢失调，治疗肝硬化。

除米糠油的生产外，我国已研制出30余个产品，但整个米糠综合利用尚处在初级阶段。从米糠利用的程序上看，制油是第一道工序，而且效益最大。制油主要有压榨法和浸出法两种。压榨法是通过加压米糠制油，是目前国内的主要方法。它具有适应性强、工艺简单、设备和技术要求低、维修方便、经济安全等特点，但生产效率低，出油率只有8%～10%，干饼残油率高达7%～8%。浸出法是利用有机溶剂如己烷等将米糠中的油脂浸出，其出油率高达12%～15%，残油率只有1.5%～2%。该法劳动强度低，生产效率高，溶剂可循环利用，工艺先进，代表未来制米糠油的方向。从米糠的综合利用看，制油潜力还很大，主要途径可能有：增加糠油和食用油新品种，例如糠油与红花籽油按7∶3比例调合而成的健康油，糠油与棕榈油按1∶1比例配制而成的方便面煎炸油等；直接利用米糠发展各种营养食品，如日本新开发的米糠煎饼、美国的米糠松饼等，有良好保健功能；提取米糠的化工产品，特别是油脂化工制品如应用广泛的二聚酸，美国年产量在2万吨以上，我国产量甚微，天然维生素E的产量我国不足20吨，而日本在1984年即达30万吨；米胚芽是大米的精华，在碾米中随米糠脱落混入，开发其食品强化剂国外已很普遍，而我国尚属空白。

三、甘蔗渣

甘蔗渣（包括残叶）是许多蔗糖生产国如古巴、巴西重要的农田废物之一。废渣约占甘蔗收获量的10%～20%，数量巨大。例如在印度，年产甘蔗2.2亿吨，可得蔗渣2200万～4400万吨。以往大多就地烧掉，温度可达600℃～800℃，使土壤中的微生物和蚯蚓等被杀死，从而导致土壤板结。其实，蔗渣是优良的造纸原料和富糖饲料，将其加工可制成优质纸和牲畜的催长添加剂，通常用于提取木糖。木糖为白色的针状晶形粉末，易溶于水，味甜爽口，甜度为蔗糖的60%，不易被人体吸收，适于做忌糖者（如糖尿病患者）的甜味添加剂。

提取木糖的过程如下：将蔗渣晒干至含水量为12%左右，粉碎至米糠状，用1.5倍量的1%的氢氧化钠溶液浸泡1天，间或搅拌，过滤。滤渣用等量清水搅拌洗涤4次，过滤，抽干。将风干的滤渣加4倍量6%的硫酸，煮沸搅拌4小时，冷至室温，过滤。滤渣用清水搅拌洗涤4次，合并滤液和洗液，然后在剧烈搅拌下徐徐加入相当于硫酸量90%的饱和石灰水；残酸再用碳酸钙中和，静置24小时（控制pH值为7），过滤，得中性糖液，用磷酸调至pH值为6.0。水浴加热，搅拌下加入总量5%的活性炭，升温至80℃，保温搅拌半小时，趁热过滤。滤液蒸发，在乙醇中结晶，即得粗品。

四、稻壳

稻壳是稻谷加工成大米时脱出的壳状物，过去主要用作家畜的粗饲料或建筑用的搀和料。占稻谷重量的20%，内含粗纤维30%～45%、木质素21%～26%、蛋白质2.5%～3%、多缩戊糖16%～22%、灰分7%～9%和水分10%左右。干馏100千克稻壳，可得糠炭35～40千克、糠醛1千克、甲醇0.2千克、丙酮0.1千克、杂酚油0.6千克、醋酸和沥青各1.4千克及糠煤气26立方米等。用于操作的干馏炉，是一种自然通风式内燃炉。干馏时不需另加燃料，可先将一箩稻壳铺在炉桥上点火燃烧，待火旺后，再倒一层，如此数次，待装至100～125千克后，加盖密封，收集的干馏液量可达稻壳的30%～32%。干馏所得的黑色糠炭经酸、碱处理后，可变成活性炭。干馏液为黄色油状液，静置24小时后，可分成三层：上为轻油层，中为色浅而清的醋酸层，下为黑色油状焦油层。用分液漏斗将三层分离，可分别提取内含的各种有机化合物。

五、酒糟

酒糟是酒厂发酵后的有机渣，每生产1吨酒大约产生14吨这类废弃物，通常多用做饲料。用现代生物工程方法将其深加工，可制得甲烷和菌丝索蛋白。酒的生产量在世界各国都很大，仅我国淮河流域就有100多家酒厂，其年产酒量约为100多万吨，废渣量达数千万吨，处理效益相当可观。用酒糟厌氧发酵生产甲烷甚为方便，其操作和条件已如前节所述，只要有足够容量的发酵罐及贮罐，这类废渣容易消纳。生产菌丝索蛋白的关键在于筛选合适的真菌。这是一种重要的饲料蛋白。将酒糟即酒厂的发酵釜馏物加入真菌，在合适的pH值下（一般用氢氧化钠溶液调到pH值为4.0），充分搅拌，加入约26倍量的水，静置12小时，虹吸出上层清液，将下层沉淀离心分离。合并滤液，减压加热脱水，于60℃下干燥，得灰色的粗品。其产量和品质取决于原废渣中蛋白质的含量和性质。释出甲烷及分离蛋白后的残渣仍是一种高效的有机肥。

六、油渣

在油料和乳制品加工业中要排放许多油渣滤饼，它们有很大的利用潜力。例如，埃及亚历山大城区的食用油精炼中，每年约丢弃5000吨各种油渣，造成严重的环境问题。这些废渣中含有多达5%的残余油，如用碱处理，可以回收70%以上。可用来生产低档肥皂、有漂白能力的活性黏土、纤维素等。奶厂每生产1吨奶酪要产生约7吨高浓度的乳清副产品，其中含有大量乳糖和蛋白质。可先脱水，然后用一种酸介质凝结提取蛋白质，超滤分离；乳糖则通过微生物分解制得。

七、饼粕

许多饼粕是提取蛋白质的好原料。例如：从花生饼粕中可提取组织蛋白，俗称人造肉；大豆饼粕可制取蛋白肉等。将花生饼粕粉碎，加清水制成含水25%的浆料，加入饼粕量0.44%的硬脂酸钠－2－乳酸酯和1.4%的食用油，于120℃下经过挤压机，可得到更具肉组织结构的成品。将大豆饼粕晒干，磨成粉状，取此粉25千克，加入纯碱200克、盐250克和开水11千克，充分搅匀，做成重200克的圆团若干个，依次进入膨爆机，加压加热，使团子熟透，并压延成4厘米×0.5厘米的带条，干燥，可得17.5千克成品大豆蛋白肉。此蛋白肉含蛋白质40%以上，其中含有人体必需的氨基酸、微量元素（钙、磷和铁）及维生素等。

八、茶叶

茶叶是我国特产及主要创外汇商品之一；但我国每年约有10万吨低档茶叶积压库存难以销售，此外还有大量副产品，如茶叶加工过程中产生的茶末、茶树修剪下来的枝叶等。它们都是很有用的资源，进行深加工后可得到许多有价值的物质如茶多酚、咖啡碱、茶色素、单宁、多糖复合体等。这些在食品、医药、日化诸行业中应用广泛，而且提取操作简便、成本低廉、附加值高。其中的茶多酚在低档茶叶和茶末中含量高达20%，主要是儿茶素及其衍生物，将茶叶在较高压力下加热水解即可提取出。茶多酚可作为油脂食品的抗氧化剂，其抗氧化活性远比人工合成的BHT（二丁基羟甲苯）、BHA（丁基羟基茴香醚）、维生素E（α－生育酚）等强。中国农科院茶叶研究所推出的“维多酚”粉剂，用于油脂、火腿、月饼和花生酱等的保鲜，可延长保质期4～5倍。用茶多酚浸泡过的肉类，冷藏后其过氧化物含量比普通方法冷藏的低70%～80%。

九、蚕沙

我国盛产的丝绸，素有“纤维皇后”的美称。蜀锦、湘绣、苏杭绸缎驰名全球。可是在桑、蚕、茧、丝、绸一条龙生产过程中，不少有用的物质被当作弃物。例如桑皮可制成高级纸和优质棉；蚕蛹、煮茧水、废丝等皆可提取蛹油及复合氨基酸，用于食品、化妆品及医药等工业；特别是家蚕食用桑叶后的代谢物蚕沙（俗称蚕屎），目前主要用作农家肥，其实它有很高的深加工附加值，是提取叶绿素、胡萝卜素、正三十烷醇、植物醇和果胶等的优质原料。叶绿素有良好的临床效果，还作为一种重要添加剂广泛用于食品、日化等行业，通常在绿色植物中含量仅0.2%～0.3%，提取率低，成本高。而家蚕在消化桑叶过程中，叶绿素基本上未被破坏，起到富集作用，干蚕沙中其含量高达1%，用丙酮或乙醇溶浸蚕沙即可提取，利润可观。

这里介绍丙酮提取法。将新鲜蚕沙筛除残桑及枝梗，日晒至含水量低于10%（可贮藏2年），用清水均匀喷洒，使蚕沙充分吸水、松软，达含水量30%～40%，堆放4～6小时待用。将处理好的蚕沙投入提取罐中，加入丙酮漫过蚕沙10厘米，于室温下搅拌提取4小时，仿此提取3次。过滤，合并4次滤液，注入蒸发罐中，热至60℃～70℃，减压蒸馏回收丙酮，浓缩罐内物料。升温至80℃，驱尽残留丙酮，出料，冷却至室温，静置，分层。放出下层黑褐色下脚水相，收集上层糊状墨绿色胶状物，即得叶绿素成品，其中含本品10%，水分约25%。废渣及废液中可提取植物醇和正三十烷醇。前者可做合成维生素E和K₁的原料；后者是一种植物生长激素，用于促进农作物及蔬菜的增产。蚕沙中含有15%左右的果胶，加酸浸提，再用乙醇冻胶沉淀即得，产品广泛用做食品的增稠剂和稳定剂。

十、革渣

皮革和毛纺业有不少废弃物可加工利用，它们大都可制成蛋白质或氨基酸。例如，铬革渣就是制革厂在牛皮或猪皮鞣剥削匀及剪裁时产生的有害废渣，在制革业发达的国家及地区已成为一大公害；但铬革渣蛋白质含量丰富，且以胶原蛋白为主。胶原蛋白由于其结构特殊，富有营养价值，特别适宜于制成饲料蛋白添加剂。目前从革渣中提取蛋白质已有酸法、碱法及生物化学法等多种途径。现试举一例。将由1.42份硫酸钠、1份氢氧化钠和10份清水配成的溶液，加入到制革下脚料中，至刚好浸没，搅匀，静置2天，每4小时搅拌一次，捞出，沥干。用15%的硫酸钠溶液浸泡8小时，每2小时搅拌1次，捞出，沥干。放入由0.5份硫酸钠、10份浓盐酸和10份清水配制的溶液中，浸泡24小时，每4小时搅拌1次，捞出，沥干。用清水搅拌洗净，至洗液呈中性，干燥、粉碎得成品，内含蛋白质42%～80%。从革渣中提取氨基酸的方法亦多，常用的是酸解法。将渣先行脱脂，办法是刮去油脂后，用稀碱溶液洗涤，再洗净，切碎，晾干，用等量的氯仿振摇脱脂一次，移去溶剂。加入4倍量的8摩尔/升盐酸，用沙浴热至100℃～112℃，保温回流10小时，减压蒸馏除酸，使之成糖浆状液。用等量清水稀释，加入总液量3%的活性炭，用水浴热至70℃，保温搅拌半小时，趁热过滤，得淡黄色滤液。用浓氨水或氢氧化钠溶液中和至pH值为6.5～6.8，之间得含混合氨基酸的溶液。当溶液含水量低于50%时，可铺成薄层用50℃～80℃的热风干燥，成品总氨基酸量不少于20%～30%。它也可用麸皮、血粉、豆饼或米糠等吸收，做饲料用。

十一、籽壳

前面已经提到稻壳的多种用途，其实还有花生壳制葡萄糖、向日葵壳制糠醛、核桃壳制活性炭、桐籽壳制磷酸二氢钾以及禽蛋壳的综合利用等，都是很有意义的。

将花生壳碎成粉，投入水解罐中，加入占粉料量40%的6%～7%的硫酸，煮沸，保温搅拌水解5小时。壳中的纤维素水解成葡萄糖，木质素则不水解。过滤，滤液用15%的石灰水中和至pH值在6～7之间，温度应不超过50℃，过滤，得黄色透明糖液。于水浴上热至70℃，在搅拌下加入总量3%的糖用活性炭，保温搅拌1小时，趁热过滤，得无色透明糖液。加热浓缩得糖浆，在糖浆中加入葡萄糖含量16.25%的精盐，静置8小时，滤取其晶体。于28.5℃以下的环境中，将其晶体与定量清水混合，在搅拌下使晶体中的氯化钠溶于水，而葡萄糖仍呈晶体形式存在于溶液中；滤取晶体，用少量清水冲洗2次，甩干，60℃干燥得成品。

葵花籽壳含有大约20%～26%的多缩戊糖，是制备糠醛的良好原料。糠醛又称呋喃甲醛，具有类似杏仁油的刺激性气味，是一种无色或琥珀色的透明油状液体，系重要的有机化工原料之一，在合成树脂、石油炼制、染料、医药和轻化工等工业部门有广泛应用，用盐酸或硫酸处理戊糖即得。反应式为：

将向日葵壳粉碎，加入占壳量50%的6%～7%的硫酸，拌匀，投入水解罐中，在蒸汽压力为500～600千帕时蒸煮5小时。罐内排出的糠醛气，经管路进入蒸馏塔，馏分冷却后得粗品。用10%的碳酸钠溶液将粗品中和至pH值为7.0，再减压蒸馏，得精品。

核桃是一种常见的富营养干果，其壳木质致密，是制备活性炭的好原料。将核桃壳粉碎过40目筛，加入3倍量的用盐酸调至pH值为1的25%的氯化铵溶液，充分搅拌浸渍，静置吸收5小时；再充分搅拌，复静置吸收5小时，至氯化铵溶液全部吸干。移入敞口平底炭化炉中密闭炭化，于400℃炭化3小时，隔半小时彻底搅拌一次，搅拌前将炉温降到100℃以下，搅拌后再升温密闭炭化，直至变成黑焦，表明炭化完成。出料冷却，用2倍量上述氯化铵溶液浸渍，充分搅拌，直至氯化铵溶液全部被吸收。

移入活化炉中于650℃活化70分钟。出料冷却，移入木桶内，加入等量的10%氯化铵溶液，充分搅洗；静置澄清，虹吸出清液，依次用5%、2.5%、1%氯化铵溶液搅洗；再用等量6摩尔/升的盐酸搅洗；滤取炭料入锅，加入等体积清水，煮沸洗涤几次，至洗液无氯离子。取出炭料，加热、搅拌、翻炒，弃去水分，烘干，研细，过120目筛，密封包装即得。制取本品1吨，需耗核桃壳3～4吨。

桐籽壳是我国南方盛产的油桐子实的壳，富含钾，可作为制取磷酸二氢钾的原料。先将壳晒干，用焖火烧成暗蓝色的块状壳灰，加入清水浸没；充分搅拌，静置浸泡24小时，每3小时搅拌一次，过滤；滤渣粉碎后，用等量清水搅浸2天，过滤。合并各次滤液，移于锅内煮沸，浓缩；加入总液量1%的活性炭，升温至沸，搅拌、浓缩，趁热过滤；将滤液继续浓缩，加入等量的已热至70℃～75℃的磷酸至pH值在3～4之间。用水浴加热至沸，浓缩至溶液变稠，有晶体析出；冷却，静置12小时，滤取晶体；母液再浓缩析晶。合并两次晶体，干燥，得成品，产率约3%。

十二、蛋壳

禽蛋壳（主要是鸡蛋壳）历来被当作废物扔弃。初步估计，北京每月仅各食品厂、蛋品加工厂扔弃的鸡蛋壳就有上百吨，不及时处理，会严重污染环境。而它的利用潜力却很大。蛋壳占整个鸡蛋重量的10%～12%，由壳上膜、壳下膜和壳体三部分组成。壳上膜又称胶质薄膜或外蛋壳膜，覆盖于蛋壳表面，由白色透明的胶质黏液干燥而成；壳下膜在蛋壳内层，由靠近壳体的蛋壳膜和靠近蛋清的蛋白膜组成。这两层膜都是由角质蛋白纤维交织成的网状结构。前者较粗糙，空隙大；后者较致密，细菌不易侵入。壳体为石灰质硬壳，位于壳上膜和壳下膜之间，其化学成分通常为：碳酸钙93%，碳酸镁1.0%，磷酸镁2.8%，有机物3.2%。实际上扔掉的蛋壳中还残留达蛋壳重量27%～31%的蛋清，用清水洗涤即可将它们分离。对蛋壳各部分分别进行处理，可制得许多有用物质。

蛋清液含水分85%～88%，蛋白质11%～13%，溶菌酶0.03%，另含其他少量的营养成分，主要从中提取酶和蛋白质。提取溶菌酶的办法如下：控制蛋清液浓度在30%～50%左右，用阳离子交换树脂吸附后，经分离、多级洗脱、超滤浓缩、脱盐、冷冻干燥，制得溶菌酶。其提取率可达0.25%～0.28%，酶活力平均为15000单位/毫克，最高达18000单位/毫克。溶菌酶有强消炎作用。可制成口服片，用于治疗慢性咽炎；制成滴眼剂，可治疗眼睑炎及其他炎症；可加入鲜牛奶中，制成近似人乳的牛奶（人乳中溶菌酶含量为牛奶中的60～70倍），强化抗病能力。溶菌酶在食品工业中可做包装膜的防腐剂，加在食品如香肠、肉类、糕点及饮料中做防腐保鲜剂，可延长保存期4～5倍。

将提取溶菌酶后的蛋清液调整到一定浓度后，可用酸或碱或酶法水解制成水解蛋白；用酶法将蛋清液经过滤、调pH值、搅拌预热、葡萄糖氧化酶处理、间隙加双氧水、升温调pH值、胰酶处理、过滤、烘干，可制成干蛋白片；将含蛋白质的溶液经喷雾干燥后可制成蛋白粉，等等。其中水解蛋白具有能直接营养人体的皮肤、毛发和加速新陈代谢的功能，有抗衰、防皱的特效，广泛用于洗发香波、染发剂和冷烫液中。

蛋壳壳体的主要成分是碳酸钙，可作为优质生理性钙源。将洗净的蛋壳晒干粉碎，用5%～10%的醋酸或其他酸浸泡，加热、过滤，滤液即为钙汁，可制成优良含钙调料。如事先未分离蛋清，则此调料中还含有溶菌酶、氨基酸等杀菌剂及营养素等成分，是婴幼儿及老年人的极佳补钙剂。而滤质即滤得的剩余渣质为蛋卵膜，包括蛋壳膜和蛋白膜。将其晾干、研细，所得粉末俗称凤凰衣，可入药，有润肺、止咳、止喘、开音、明目之效。也可加入凡士林或雪花膏内制成护肤霜，以消除皮肤斑点、保持皮肤光泽及治疗水火烫伤。还可将洗净的蛋壳在铁锅里温火烘黄、粉碎过筛，制成蛋壳粉。此粉装入胶囊即为成药，有止痛、解毒功能，对感冒、胃病及十二指肠溃疡、疮疖等有良好疗效。蛋壳粉内含有家禽生长发育所需营养成分，是优良的家禽钙质饲料添加剂。蛋壳粉与动物废血混合拌匀，阴干粉碎即成花卉和蔬菜育苗的优质肥料。蛋壳粉经高温煅烧后可做高档瓷器的辅助材料。据资料记载，我国早在宋朝就用蛋壳合成著名的“白色碎文釉”，煅烧温度为1250℃～1350℃，所得釉面呈均匀网络状。国外已用蛋壳粉合成了淡紫红色的色料，日本已用蛋壳制成了天然型不含任何有毒成分的防霉剂。