大豆秸秆中蛋白质含量较高,质量较好,另外还含有粗脂肪、粗纤维、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、钙和磷等营养成分(表2)[8]。
NO.2大豆秸秆开发利用现状
2.1造纸
我国木材资源短缺,目前国内造纸用原料(木浆、废纸和木片)50%以上依赖进口,非木材纤维资源(主要包括竹子、芦苇、麦草和甘蔗渣等)作为补充。随着社会环境保护意识的增强及造纸资源日渐短缺,开展利用大豆秸秆作为造纸原料的工艺技术研究,既能补充国内造纸纤维资源的不足,又能减少林木消耗,有利于保护生态环境。向松明等[10]对大豆秸秆的化学成分进行分析,然后提取大豆秸秆中的木素—碳水化合物和磨木木质素,并对其进行傅里叶红外光谱分析。结果表明(表3),大豆秸秆中的纤维素和木质素含量与木材中的纤维素和木质素含量相近,从化学组成上说明大豆秸秆是比较适合的制浆造纸非木材纤维原料。杨会斌[11]对大豆秸秆的化学组成成分进行了分析检测,结果显示,大豆秸秆中的灰分含量高于木材,低于草类,与竹类相当,其中纤维素含量和木质素含量与阔叶木接近,适合做造纸原料;通过进一步的造纸试验测定浆张强度和抄片的物理指标,检测结果表明大豆秸秆可用于生产一般工业用包装纸。
2.2食用菌培养
食用菌营养丰富,其中蛋白质和氨基酸的含量是蔬菜和水果的几倍至几十倍;脂肪含量很低,大部分是对人体有益的不饱和脂肪酸;还含有多种维生素和矿物质元素;另外食用菌中含有很多对维护人体健康有重要作用的生物活性物质,如多糖、天然有机锗、核酸降解物和三萜类化合物等。食用菌人工栽培产业具有很好的经济效益、生态效益和社会效益,在我国已成为继粮食、蔬菜、水果、糖料之后的第五大农业种植产业,目前我国是世界上最大的食用菌生产国与消费国(图1),食用菌产业在我国农村经济发展中发挥着重要作用。
2.3饲料
大豆秸秆蛋白质含量高,因品种、产地而不同,一般为10%~12%,还含有纤维素和半纤维素,可被反刍动物消化利用,但是大豆秸秆粗纤维含量高、木质化程度高,其作为饲料直接饲喂时,消化率低、适口性差,牲畜不爱吃。国内大豆秸秆用作饲料比例很少,而国外大约有40%的大豆秸秆被用作牛、羊的配合饲料,利用情况较好。对比可知,我国的大豆秸秆资源具有很大的开发利用潜力,因此研究出合适的大豆秸秆处理方式,改善适口性,提高消化率,提高饲料品质,对发展资源节约型畜牧业具有重要意义。
孙忠银等[21]将大豆秸杆揉丝后饲喂奶牛,提高了产奶量。李波等[22]将大豆秸杆制作成大豆秸杆粉,替代10%的日粮并添加一定比例的酶制剂,对育肥猪增重与节粮效果明显。王星凌等[23]使用大豆秸饲喂肉牛,生产性能与饲喂黄贮玉米秸秆没有显著差异,由于大豆秸秆成本远低于黄贮玉米秸秆,从而大幅度降低饲料成本。
大豆秸秆经过益生菌发酵后,可以提高饲料在动物体内的消化利用率,从而提高动物的生长性能。汪源泉[24]使用乳酸菌、枯草芽孢杆菌和塔宾曲霉共同发酵大豆秸秆替代普通大豆秸秆饲喂肉羊,可以提高肉羊的生长性能和肝、肾代谢功能。申瑞瑞[25]利用微生物发酵剂对马铃薯渣和大豆秸秆进行混贮,提高了混贮饲料的有氧稳定性,减少了干物质的损失,还降低了中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的含量,提高了混贮饲料瘤胃降解率。王其邦[9]16利用微生物发酵大豆秸秆,可降低其中的粗纤维、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量,提高无氮浸出物含量;发酵豆秸饲喂肉兔,可提高日增重和饲料转化率。王玉[26]使用益生菌发酵大豆秸秆替代50%的青贮饲料饲喂肉羊,可以提高肉羊生长性能、屠宰性能及经济效益。
以上研究均表明,大豆秸秆经过适当的加工处理后,能够改善适口性,提高消化率,增加营养价值。大豆秸秆作为粗饲料,不仅有利于缓解人畜争粮的矛盾,还具有较大的社会效益、经济效益和生态效益。
2.4生物基化学品
低聚木糖(xylo-oligosaccharides,XOS)是由2~7个木糖分子通过β-1,4糖苷键结合而成的一种重要的功能性低聚糖,又称木寡糖。XOS不被人和动物吸收,机体摄入后可以增加肠道内特定益生菌的数量和选择性地抑制有害菌和致病菌的生长[27]。XOS具有调节肠道微生态平衡、提高动物生长性能、增强机体免疫力及调节血脂等重要作用[28],其作为一种新型的绿色添加剂,在农业、保健品、化妆品、医药、食品等领域有着重要的应用。工业生产中普遍使用玉米芯、甘蔗渣、小麦秸秆及稻壳等农业废弃物作为原料生产XOS,大豆秸秆中木聚糖含量较高,也可用于提取XOS。唐艳斌等[29]以大豆秸秆为原材料,利用碱法提取不溶性木聚糖,再用酶法水解得到XOS,在工业上具有较高的应用价值。
2.5环保
含硫化物矿石或矿渣经过生物化学反应形成的酸性矿山废水(acidminedrainage,AMD),通常具有硫酸盐浓度高、pH值低及重金属含量高的特点,需要进行治理后排放,全球较多采用硫酸盐还原菌(sulfate-reducingbacteria,SRB)处理酸性废水。SRB利用乳酸钠作为碳源将硫酸盐转化为硫化物,该过程相对稳定且硫酸盐去除率较高,但运行成本过高。秸秆富含丰富的有机质,因而可考虑用秸秆替代乳酸钠作为缓释碳源,达到以废治废的目的,同时降低SRB运行成本。吴开轩等[31]用玉米秸秆、大豆秸秆和水稻秸秆浸提液替代乳酸钠作为SRB碳源,结果表明:大豆秸秆浸提液作碳源对硫酸盐还原的效果最好。3种秸秆浸提液体系硫酸盐去除率均高于乳酸钠体系,因而可用大豆秸秆浸提液作碳源处理此类废水。