孫健，何雪梅，趙謀明，*，董怡，李麗，李昌寶

（1.華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州 510640；2.廣西農業(yè)科學院農產品加工研究所，廣西南寧 530007；3.廣西作物遺傳改良重點開放實驗室，廣西南寧 530007）

甘蔗是禾本科（Graminaeeae）甘蔗屬（SaccharumL.）植物，是我國制糖的主要原料。我國是世界三大甘蔗起源中心之一，目前已成為居巴西、印度之后的世界第三大食糖生產國，其中廣西為我國甘蔗生產第一大省，約占全國總面積的50%[1]。蔗梢，又稱甘蔗尾葉，是收獲甘蔗時頂上最嫩節(jié)和青綠葉片的統(tǒng)稱，不同于其他部位葉片，是甘蔗生產中的主要副產物之一，約占甘蔗生物總量的20%[2]，我國每年有幾千萬噸的蔗梢廢棄物，如能加以合理利用，將避免大量的資源浪費和生態(tài)環(huán)境污染。本文就近年來國內外蔗梢的綜合加工利用現(xiàn)狀進行了綜述，分析了存在的主要問題，對提高我國蔗梢的綜合利用程度，促進甘蔗產業(yè)高效、可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 我國甘蔗種植現(xiàn)狀與蔗梢資源

甘蔗主要分布在北緯33°至南緯30°之間，其中以南北緯25°之間面積比較集中。作為重要的能源和糖料作物，甘蔗在世界農業(yè)經濟中占有重要地位。我國自2000年開始一直保持甘蔗種植面積和總產量世界第三的位置[3]。圖1為2004年～2011年份我國甘蔗種植面積趨勢圖。

由圖1可知2004年～2009年之間，甘蔗種植面積逐年遞增，2009年后有小幅的回落。根據(jù)我國農業(yè)部公布的“雙高”甘蔗優(yōu)勢區(qū)域規(guī)劃，我國甘蔗產業(yè)的發(fā)展未來主要集中在“桂中南優(yōu)勢產業(yè)帶”、“滇西南優(yōu)勢產業(yè)帶”以及“粵西優(yōu)勢產業(yè)帶”等3個產業(yè)帶區(qū)，制糖基地移向廣東、廣西、云南3個省份。圖2即顯示了這種趨勢的變化，2011年廣西、云南、廣東等優(yōu)勢蔗區(qū)的種植面積由2004年的107萬hm2增加到145萬hm2。

圖1 2004年~2011年我國甘蔗種植面積變化趨勢圖Fig.1 Change trend graph of China’s sugarcane planting area of from 2004 to 2011

圖2 2004年~2011年我國各主產區(qū)甘蔗種植面積Fig.2 The sugarcane planting area of main producing areas of China from 2004 to 2011

2 蔗梢的營養(yǎng)價值

對鮮甘蔗稍進行營養(yǎng)測定，結果表明鮮甘蔗梢含干物質（DM）22.6%，干物質中粗蛋白（CP）、粗脂肪（EE）、粗纖維（CF）、無氮浸出物（NFE）的含量分別為5.1%、2.0%、41.5%、47.8%[4]，其所含營養(yǎng)成分絕大部分可被動物吸收利用。蔗梢是蔗莖生長點所在部位，在甘蔗發(fā)育過程中（除開花以后），蔗莖的養(yǎng)料盡量提供給生長點，故含有多種無機元素、蛋白質、淀粉、維生素、氨基酸、酚類、酶類等。蔗梢成分與蔗莖成分比較，蔗糖含量、纖維含量較低，而單糖、蛋白質、氨基酸、酚類、礦物質含量較高[5]，見表1。

表1 蔗梢與蔗莖中營養(yǎng)成分的對比Table 1 The nutrient component comparison of sugarcane tops and sugarcane stems

3 蔗梢的綜合利用現(xiàn)狀

3.1 留種

蔗梢最傳統(tǒng)的利用方式就是留種。梢頭部分葡萄糖多數(shù)還未轉化為蔗糖，能夠直接被蔗芽吸收，具有出苗快，出苗齊的特點。試驗表明，用蔗梢（蔗莖生長點70 cm左右的部分）作種，一個月就可以出苗，出苗率達98%，在出苗速度和出苗率方面遠優(yōu)于用蔗莖中段和老頭作種[6]。

3.2 粉碎還田

蔗莖收獲后，廢棄的蔗梢通過粉碎還田技術返回到田里，蔗梢中富含的氮、磷、鉀、鎂、鈣等多種營養(yǎng)元素回歸土壤中，可有效地改善土壤的團粒結構和理化性狀，增加土壤有機質含量，并可改善土壤生物環(huán)境和土壤結構，提高土壤自身調節(jié)水、肥、濕、氣的能力，增加土壤孔隙度和含水率，對甘蔗長年連作的可持續(xù)穩(wěn)定增產具有非常重要的意義[7]。近年來，蔗梢粉碎還田技術越來越成熟，國內多家研究單位都致力于改進機械的撿拾性、粉碎效果及對宿根的保護。在國外北昆士蘭，種植者將蔗梢粉碎回田覆蓋地表來控制雜草和保持水分[8]。

3.3 用作飼料

蔗梢收獲期在11月至翌年4月，正值枯草期，利用蔗梢做動物飼料，可以解決牲畜越冬飼料不足矛盾。蔗梢干物質含有豐富的營養(yǎng)物質，含糖量高，適口性好，是一種良好的飼料資源[9]。蔗梢用作飼料的主要方式是青貯或氨化，還有將蔗梢與其他飼料配比，提高飼料的營養(yǎng)價值和利用率。研究發(fā)現(xiàn)，利用氨化的蔗梢飼喂肥肉牛，發(fā)現(xiàn)氨化后的蔗梢可以改善飼料的適口性，提高消化率和采食量，提高飼料的營養(yǎng)價值，帶來了可觀的經濟效益，并解決了秋冬季節(jié)青綠飼料不足的問題[10]。韋正宇等利用鮮甘蔗尾葉添加尿素為主育肉牛，每天每頭補充精飼料0.4 kg～0.5 kg，每頭?？稍黾?00多元收益[11]。Puga等用60%蔗梢、30%玉米茬、10%牧草，并添加不同量的尿素飼喂綿羊，研究了瘤胃的發(fā)酵[12]。結果顯示，高纖維飼料添加尿素能改善瘤胃的發(fā)酵，氨的供給和揮發(fā)性脂肪酸的產生。Ortiz-Rubio證實了蔗梢是一種潛在的肉牛飼料資源，但是作為單一的飼料是不足的，要適當添加不同氮源，每公斤干蔗梢添加家禽肥料100 g、尿素8 g、500 g高氮補充物就能滿足瘤胃微生物發(fā)酵[13]。日本模擬了一種將肉牛幼崽飼育與甘蔗生產有機結合的模式，調查了甘蔗作為替代飼料的可行性和這種模式的經濟效益。模式分為兩個子系統(tǒng)：肉牛幼崽飼育與甘蔗生產產業(yè)，肥料生產，該模式能模擬在成牛的生殖循環(huán)和幼崽的生長過程中能量、蛋白質的總需求和隨后經糞便和尿液排出的氮損耗，蔗梢作為主要的粗飼料來源，牛糞便作為甘蔗種植的無機肥料。結果發(fā)現(xiàn)此方案中飼育與肥料消耗要低，綜合利用蔗梢和肥料是經濟可行的[14]。

3.4 直燃發(fā)電

利用農業(yè)廢棄物取代石油、煤炭等資源是能源短缺的國家正在研究的熱點。利用甘蔗副產物直燃發(fā)電能較好地回收利用甘蔗，帶來良好的環(huán)保效應和經濟效應。我國首個利用甘蔗葉進行直燃發(fā)電項目于2010在廣西壯族自治區(qū)柳城縣正式投產[3]，以2008年的蔗葉總量計算，如果蔗葉全部用來發(fā)電，可供應約93個年發(fā)電量1.8×109kW·h的電廠，總發(fā)電量約167.4×109kW·h，與同等發(fā)電廠相比年可減少二氧化碳排放量約930萬t、二氧化硫排放量約5.58萬t、煙塵排放量約3.72萬t。毛里求斯糖廠利用甘蔗梢和甘蔗渣生物發(fā)電，每噸原料蔗有565 kg纖維性甘蔗生物質可用來發(fā)電。僅用蔗渣發(fā)電，其每噸原料蔗利用率為28%，能提供60 kW·h～180 kW·h的電力。在利用蔗渣的同時，把蔗梢和蔗葉也加以利用，每噸原料蔗的利用率可達 60%，能提供 146 kW·h～401 kW·h的電量[15]。澳大利亞東南部的新南威爾士州在2009年11月建成了世界上第一座以甘蔗葉直燃發(fā)電的工廠，年發(fā)電量為4.2×109kW·h，每年減少約40萬t溫室氣體的排放，同時也因收購甘蔗葉為當?shù)剞r民增加了收入[16]。

3.5 生產工業(yè)乙醇

Raveendran等首次報道了利用蔗梢生產生物乙醇的研究，作者用響應面分析法優(yōu)化了工藝中的各影響因素，包括生物質上樣量、加酶量、表面活性劑濃度和孵育溫度[17]。在最佳水解條件下，還原糖得率為0.685 g/g預處理生物質。利用酵母對水解產物發(fā)酵，得到11.365 g/L生物乙醇，效率達到50%左右。Raveendran又用一種新的表面活性劑輔助超聲波預處理蔗梢，能有效地去除半纖維素和木質素，并能提高蔗梢還原糖得率[18]。研究并優(yōu)化了預處理和水解的操作因素，在優(yōu)化水解條件下，預處理的生物質中還原糖的得率為0.661 g/g表面活性劑輔助超聲預處理蔗梢是一種潛在的制造生物乙醇的原料。

3.6 生產蔗梢汁飲料

蔗汁性寒味甘，具有清熱生津、潤燥止渴、消積下氣的功能，是四季保健的佳飲。廣州甘蔗糖業(yè)研究所檢測中心比較了蔗汁和蔗梢汁中氨基酸、有機酸、礦物質等的含量，發(fā)現(xiàn)蔗梢汁營養(yǎng)更為豐富，蛋白質、氨基酸、維生素、多酚類、酶類的含量是蔗汁中的幾倍[19]，可生產風味獨特的蔗梢汁保健飲料。藥理研究結果表明，蔗梢汁具有抗癌作用[20]，蔗梢汁對小白鼠肉瘤S180的生長有明顯的抑制作用，能延長艾氏腹水小鼠的純活期，其抗癌作用與其富含天門冬酰胺、天門冬氨酸、谷氨酸等20多種氨基酸和豐富的多酚類物質有關。蔗梢汁富含礦物質，作為飲料可補充人體需要的微量元素。蔗梢汁飲料的制造工藝為提汁后采用石灰法或加豆?jié){加熱法澄清，以保持風味，澄清后可配VC等抗氧化和酸味劑護色，榨汁后可先濃縮成糖漿貯存，入夏季再稀釋裝瓶[21]。

3.7 提取抗氧化活性成分

現(xiàn)代醫(yī)學研究證明，人體許多疾病與生物氧化及過剩的自由基有關，當人體內的自由基產生過多或清除過慢的時候就會對各種細胞器官造成損傷，從而加速機體衰老并誘發(fā)各種疾病，抗氧化劑能清除人體內的自由基而具有抗衰老和預防疾病的作用[22-24]?？寡趸钚猿煞种饕欠宇惢衔铮收嶂泻胸S富的多酚類化合物，具有較強的抗氧化作用。通過測定多種蔬菜水果的自由基清除能力發(fā)現(xiàn)，水果以梅子最高，為5 770/100 g，蔬菜最高為甘藍1 770/100 g，而蔗莖壓榨汁為26 400/100 g，其抗氧化能力極為可觀[25]。蔗梢雖然只占蔗莖的小部分，但多酚類物質含量比蔗莖還多，且比較集中[26]。Li等比較了中國甘蔗蔗梢、蔗莖、蔗根和蔗葉中黃酮和花青素的含量，發(fā)現(xiàn)蔗梢和蔗根中黃酮含量高于蔗莖[27]。以上研究都表明，蔗梢的抗氧化能力非常強，是一種潛在的抗氧化劑資源。孫曉雪等對蔗梢中酚類物質進行了定性和定量分析，并對其抗氧化和保鮮應用做了研究，結果顯示，蔗梢多酚的得率為185 mg/100 g蔗梢，富含表兒茶素，蔗梢多酚可以抑制花生油的氧化、延長冷鮮肉的貨架期，對胡蘿卜汁的護色有一定作用[28]。

3.8 其他利用方式

蔗梢還可用于生產廄肥，將干燥好的蔗梢放在廄棚內，經牲畜踩踏，混合吸收其糞便，掏出堆集自然漚制，然后還田，這種方法雖效果好，但效率低。蔗梢汁富含氨基酸，可用于提取氨基酸生產混合或單一的氨基酸提取液，目前仍限于實驗室規(guī)模研究與應用階段。

4 蔗梢綜合利用中存在的問題與對策建議

4.1 基礎研究薄弱

我國是甘蔗種植大國，制糖工業(yè)發(fā)達，甘蔗產業(yè)的基礎研究主要集中在甘蔗品種改良和制糖工藝的改進上，對甘蔗副產物開發(fā)利用的研究很少，甘蔗副產物的基礎研究則更少。如蔗梢的營養(yǎng)功能性成分、加工特性，蔗梢青貯或氨化過程中營養(yǎng)成分的變化及飼喂效果等的基礎研究缺乏或不夠深入，限制了蔗梢精深加工，致使蔗梢的價值得不到充分的開發(fā)。國家應加大對此類方向的科研投入，支持深入開展蔗梢的基礎研究工作，為進一步提高甘蔗的附加經濟效益奠定理論基礎。

4.2 重視度不足

目前蔗梢最主要的處理方式還是最傳統(tǒng)的焚燒、簡單的堆漚等，利用程度非常低，既造成了資源浪費又污染環(huán)境，副產物綜合利用的觀念比較淡薄。隨著國家對可再生資源開發(fā)利用的重視，我們應對蔗梢的再利用重新認識，使廢棄物的剩余價值得到充分開發(fā)，實現(xiàn)資源的高效利用。

4.3 關鍵技術亟待解決

蔗梢的精深加工與開發(fā)利用方式由于涉及的技術問題較多，產生的經濟效益不好，被擱置在實驗室探索階段，無法進一步工業(yè)化生產應用，很大程度上制約了蔗梢綜合利用的開展。因此，今后我們要集中力量在這些領域解決關鍵問題，促進蔗梢綜合利用的快速發(fā)展。

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