孙健，何雪梅，赵谋明，*，董怡，李丽，李昌宝

（1.华南理工大学轻工与食品学院，广东广州 510640；2.广西农业科学院农产品加工研究所，广西南宁 530007；3.广西作物遗传改良重点开放实验室，广西南宁 530007）

甘蔗是禾本科（Graminaeeae）甘蔗属（SaccharumL.）植物，是我国制糖的主要原料。我国是世界三大甘蔗起源中心之一，目前已成为居巴西、印度之后的世界第三大食糖生产国，其中广西为我国甘蔗生产第一大省，约占全国总面积的50%[1]。蔗梢，又称甘蔗尾叶，是收获甘蔗时顶上最嫩节和青绿叶片的统称，不同于其他部位叶片，是甘蔗生产中的主要副产物之一，约占甘蔗生物总量的20%[2]，我国每年有几千万吨的蔗梢废弃物，如能加以合理利用，将避免大量的资源浪费和生态环境污染。本文就近年来国内外蔗梢的综合加工利用现状进行了综述，分析了存在的主要问题，对提高我国蔗梢的综合利用程度，促进甘蔗产业高效、可持续发展具有重要意义。

1 我国甘蔗种植现状与蔗梢资源

甘蔗主要分布在北纬33°至南纬30°之间，其中以南北纬25°之间面积比较集中。作为重要的能源和糖料作物，甘蔗在世界农业经济中占有重要地位。我国自2000年开始一直保持甘蔗种植面积和总产量世界第三的位置[3]。图1为2004年～2011年份我国甘蔗种植面积趋势图。

由图1可知2004年～2009年之间，甘蔗种植面积逐年递增，2009年后有小幅的回落。根据我国农业部公布的“双高”甘蔗优势区域规划，我国甘蔗产业的发展未来主要集中在“桂中南优势产业带”、“滇西南优势产业带”以及“粤西优势产业带”等3个产业带区，制糖基地移向广东、广西、云南3个省份。图2即显示了这种趋势的变化，2011年广西、云南、广东等优势蔗区的种植面积由2004年的107万hm2增加到145万hm2。

图1 2004年~2011年我国甘蔗种植面积变化趋势图Fig.1 Change trend graph of China’s sugarcane planting area of from 2004 to 2011

图2 2004年~2011年我国各主产区甘蔗种植面积Fig.2 The sugarcane planting area of main producing areas of China from 2004 to 2011

2 蔗梢的营养价值

对鲜甘蔗稍进行营养测定，结果表明鲜甘蔗梢含干物质（DM）22.6%，干物质中粗蛋白（CP）、粗脂肪（EE）、粗纤维（CF）、无氮浸出物（NFE）的含量分别为5.1%、2.0%、41.5%、47.8%[4]，其所含营养成分绝大部分可被动物吸收利用。蔗梢是蔗茎生长点所在部位，在甘蔗发育过程中（除开花以后），蔗茎的养料尽量提供给生长点，故含有多种无机元素、蛋白质、淀粉、维生素、氨基酸、酚类、酶类等。蔗梢成分与蔗茎成分比较，蔗糖含量、纤维含量较低，而单糖、蛋白质、氨基酸、酚类、矿物质含量较高[5]，见表1。

表1 蔗梢与蔗茎中营养成分的对比Table 1 The nutrient component comparison of sugarcane tops and sugarcane stems

3 蔗梢的综合利用现状

3.1 留种

蔗梢最传统的利用方式就是留种。梢头部分葡萄糖多数还未转化为蔗糖，能够直接被蔗芽吸收，具有出苗快，出苗齐的特点。试验表明，用蔗梢（蔗茎生长点70 cm左右的部分）作种，一个月就可以出苗，出苗率达98%，在出苗速度和出苗率方面远优于用蔗茎中段和老头作种[6]。

3.2 粉碎还田

蔗茎收获后，废弃的蔗梢通过粉碎还田技术返回到田里，蔗梢中富含的氮、磷、钾、镁、钙等多种营养元素回归土壤中，可有效地改善土壤的团粒结构和理化性状，增加土壤有机质含量，并可改善土壤生物环境和土壤结构，提高土壤自身调节水、肥、湿、气的能力，增加土壤孔隙度和含水率，对甘蔗长年连作的可持续稳定增产具有非常重要的意义[7]。近年来，蔗梢粉碎还田技术越来越成熟，国内多家研究单位都致力于改进机械的捡拾性、粉碎效果及对宿根的保护。在国外北昆士兰，种植者将蔗梢粉碎回田覆盖地表来控制杂草和保持水分[8]。

3.3 用作饲料

蔗梢收获期在11月至翌年4月，正值枯草期，利用蔗梢做动物饲料，可以解决牲畜越冬饲料不足矛盾。蔗梢干物质含有丰富的营养物质，含糖量高，适口性好，是一种良好的饲料资源[9]。蔗梢用作饲料的主要方式是青贮或氨化，还有将蔗梢与其他饲料配比，提高饲料的营养价值和利用率。研究发现，利用氨化的蔗梢饲喂肥肉牛，发现氨化后的蔗梢可以改善饲料的适口性，提高消化率和采食量，提高饲料的营养价值，带来了可观的经济效益，并解决了秋冬季节青绿饲料不足的问题[10]。韦正宇等利用鲜甘蔗尾叶添加尿素为主育肉牛，每天每头补充精饲料0.4 kg～0.5 kg，每头牛可增加100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饲喂绵羊，研究了瘤胃的发酵[12]。结果显示，高纤维饲料添加尿素能改善瘤胃的发酵，氨的供给和挥发性脂肪酸的产生。Ortiz-Rubio证实了蔗梢是一种潜在的肉牛饲料资源，但是作为单一的饲料是不足的，要适当添加不同氮源，每公斤干蔗梢添加家禽肥料100 g、尿素8 g、500 g高氮补充物就能满足瘤胃微生物发酵[13]。日本模拟了一种将肉牛幼崽饲育与甘蔗生产有机结合的模式，调查了甘蔗作为替代饲料的可行性和这种模式的经济效益。模式分为两个子系统：肉牛幼崽饲育与甘蔗生产产业，肥料生产，该模式能模拟在成牛的生殖循环和幼崽的生长过程中能量、蛋白质的总需求和随后经粪便和尿液排出的氮损耗，蔗梢作为主要的粗饲料来源，牛粪便作为甘蔗种植的无机肥料。结果发现此方案中饲育与肥料消耗要低，综合利用蔗梢和肥料是经济可行的[14]。

3.4 直燃发电

利用农业废弃物取代石油、煤炭等资源是能源短缺的国家正在研究的热点。利用甘蔗副产物直燃发电能较好地回收利用甘蔗，带来良好的环保效应和经济效应。我国首个利用甘蔗叶进行直燃发电项目于2010在广西壮族自治区柳城县正式投产[3]，以2008年的蔗叶总量计算，如果蔗叶全部用来发电，可供应约93个年发电量1.8×109kW·h的电厂，总发电量约167.4×109kW·h，与同等发电厂相比年可减少二氧化碳排放量约930万t、二氧化硫排放量约5.58万t、烟尘排放量约3.72万t。毛里求斯糖厂利用甘蔗梢和甘蔗渣生物发电，每吨原料蔗有565 kg纤维性甘蔗生物质可用来发电。仅用蔗渣发电，其每吨原料蔗利用率为28%，能提供60 kW·h～180 kW·h的电力。在利用蔗渣的同时，把蔗梢和蔗叶也加以利用，每吨原料蔗的利用率可达 60%，能提供 146 kW·h～401 kW·h的电量[15]。澳大利亚东南部的新南威尔士州在2009年11月建成了世界上第一座以甘蔗叶直燃发电的工厂，年发电量为4.2×109kW·h，每年减少约40万t温室气体的排放，同时也因收购甘蔗叶为当地农民增加了收入[16]。

3.5 生产工业乙醇

Raveendran等首次报道了利用蔗梢生产生物乙醇的研究，作者用响应面分析法优化了工艺中的各影响因素，包括生物质上样量、加酶量、表面活性剂浓度和孵育温度[17]。在最佳水解条件下，还原糖得率为0.685 g/g预处理生物质。利用酵母对水解产物发酵，得到11.365 g/L生物乙醇，效率达到50%左右。Raveendran又用一种新的表面活性剂辅助超声波预处理蔗梢，能有效地去除半纤维素和木质素，并能提高蔗梢还原糖得率[18]。研究并优化了预处理和水解的操作因素，在优化水解条件下，预处理的生物质中还原糖的得率为0.661 g/g表面活性剂辅助超声预处理蔗梢是一种潜在的制造生物乙醇的原料。

3.6 生产蔗梢汁饮料

蔗汁性寒味甘，具有清热生津、润燥止渴、消积下气的功能，是四季保健的佳饮。广州甘蔗糖业研究所检测中心比较了蔗汁和蔗梢汁中氨基酸、有机酸、矿物质等的含量，发现蔗梢汁营养更为丰富，蛋白质、氨基酸、维生素、多酚类、酶类的含量是蔗汁中的几倍[19]，可生产风味独特的蔗梢汁保健饮料。药理研究结果表明，蔗梢汁具有抗癌作用[20]，蔗梢汁对小白鼠肉瘤S180的生长有明显的抑制作用，能延长艾氏腹水小鼠的纯活期，其抗癌作用与其富含天门冬酰胺、天门冬氨酸、谷氨酸等20多种氨基酸和丰富的多酚类物质有关。蔗梢汁富含矿物质，作为饮料可补充人体需要的微量元素。蔗梢汁饮料的制造工艺为提汁后采用石灰法或加豆浆加热法澄清，以保持风味，澄清后可配VC等抗氧化和酸味剂护色，榨汁后可先浓缩成糖浆贮存，入夏季再稀释装瓶[21]。

3.7 提取抗氧化活性成分

现代医学研究证明，人体许多疾病与生物氧化及过剩的自由基有关，当人体内的自由基产生过多或清除过慢的时候就会对各种细胞器官造成损伤，从而加速机体衰老并诱发各种疾病，抗氧化剂能清除人体内的自由基而具有抗衰老和预防疾病的作用[22-24]。抗氧化活性成分主要是酚类化合物，甘蔗中含有丰富的多酚类化合物，具有较强的抗氧化作用。通过测定多种蔬菜水果的自由基清除能力发现，水果以梅子最高，为5 770/100 g，蔬菜最高为甘蓝1 770/100 g，而蔗茎压榨汁为26 400/100 g，其抗氧化能力极为可观[25]。蔗梢虽然只占蔗茎的小部分，但多酚类物质含量比蔗茎还多，且比较集中[26]。Li等比较了中国甘蔗蔗梢、蔗茎、蔗根和蔗叶中黄酮和花青素的含量，发现蔗梢和蔗根中黄酮含量高于蔗茎[27]。以上研究都表明，蔗梢的抗氧化能力非常强，是一种潜在的抗氧化剂资源。孙晓雪等对蔗梢中酚类物质进行了定性和定量分析，并对其抗氧化和保鲜应用做了研究，结果显示，蔗梢多酚的得率为185 mg/100 g蔗梢，富含表儿茶素，蔗梢多酚可以抑制花生油的氧化、延长冷鲜肉的货架期，对胡萝卜汁的护色有一定作用[28]。

3.8 其他利用方式

蔗梢还可用于生产厩肥，将干燥好的蔗梢放在厩棚内，经牲畜踩踏，混合吸收其粪便，掏出堆集自然沤制，然后还田，这种方法虽效果好，但效率低。蔗梢汁富含氨基酸，可用于提取氨基酸生产混合或单一的氨基酸提取液，目前仍限于实验室规模研究与应用阶段。

4 蔗梢综合利用中存在的问题与对策建议

4.1 基础研究薄弱

我国是甘蔗种植大国，制糖工业发达，甘蔗产业的基础研究主要集中在甘蔗品种改良和制糖工艺的改进上，对甘蔗副产物开发利用的研究很少，甘蔗副产物的基础研究则更少。如蔗梢的营养功能性成分、加工特性，蔗梢青贮或氨化过程中营养成分的变化及饲喂效果等的基础研究缺乏或不够深入，限制了蔗梢精深加工，致使蔗梢的价值得不到充分的开发。国家应加大对此类方向的科研投入，支持深入开展蔗梢的基础研究工作，为进一步提高甘蔗的附加经济效益奠定理论基础。

4.2 重视度不足

目前蔗梢最主要的处理方式还是最传统的焚烧、简单的堆沤等，利用程度非常低，既造成了资源浪费又污染环境，副产物综合利用的观念比较淡薄。随着国家对可再生资源开发利用的重视，我们应对蔗梢的再利用重新认识，使废弃物的剩余价值得到充分开发，实现资源的高效利用。

4.3 关键技术亟待解决

蔗梢的精深加工与开发利用方式由于涉及的技术问题较多，产生的经济效益不好，被搁置在实验室探索阶段，无法进一步工业化生产应用，很大程度上制约了蔗梢综合利用的开展。因此，今后我们要集中力量在这些领域解决关键问题，促进蔗梢综合利用的快速发展。

[1] 李杨瑞.正在崛起的中国甘蔗糖业[J] .广西农业科学,2005,36(1):79-81

[2] 张艳兰.蔗叶循环利用改良土壤理化性状[J] .广西热带农业,2008(2):28-29

[3] 郑勇,王金丽,李明,等.热带农业废弃物资源利用现状与分析-甘蔗废弃物综合利用[J] .广东农业科学,2011(1):15-26

[4] 李乔仙,高月娥,尚德林,等.云南甘蔗梢饲用现状及其青贮营养成分测定[J] .养殖与饲料,2011(10):45-47

[5] 保国裕.从甘蔗中提制若干保健品的探讨(上)[J] .甘蔗糖业,2003(1):40-46

[6] 彭胜军.蔗梢虽然短,留种效益高[J] .湖南农业,1995(10):12

[7] 谭裕模,黎焕光,许树宁,等.蔗田农业废弃物资源化利用对土壤养分的影响[J] .中国糖料,2010(1):1-4

[8] Wood A W,Saffgna P G.在北昆士兰将尿素施于回田甘蔗梢叶层时氮的损失[J] .国外农学:甘蔗,1992(1):47-51

[9] 王贵华.甘蔗的饲料价值及其产业化发展前景[J] .甘蔗,2004,11(3):42-45

[10] 江明生,韦英明,邹隆树,等.氨化与微贮处理甘蔗叶梢饲喂水牛试验[J] .1999(2):49-51

[11] 韦正宇,蒋柳平,韦定尚.利用鲜甘蔗尾叶肥育肉牛的效果[J] .中国畜牧杂志,2002,38(6):32-33

[12] Puga D C,Galina H M,Pérez-Gil R F,et al.Effect of a controlled-release urea supplement on rumen fermentation in sheep fed a diet of sugar cane tops(Saccharum officinarum),corn stubble(Zea mays)and King grass(Pennisetum purpureum)[J] .Small Ruminant Research,2001,39(3):269-276

[13] Ortiz-Rubio M A,Ørskov E R,Milne J,et al.Effect of different sources of nitrogen on in situ degradability and feed intake of Zebu cattle fed sugarcane tops(Saccharum officinarum)[J] .Animal Feed Science and Technology,2007,139(3):143-158

[14] Gradiz L,Sugimoto A,Ujihara K et al.Beef cow–calf production system integrated with sugarcane production:Simulation model development and application in Japan[J] .Agricultural Systems,2007,94(4):750-762

[15] Revin Panray Beeharry.Strategies for augmenting sugarcane biomass availability for power production in Mauritius[J] .Biomass and Bioenergy,2001,20(2):421-429

[16] Justin Vallejo.Sugar cane makes power in world-first[M] .The Daily Telegraph,2009:11

[17] Raveendran S,Mathiyazhakan K,Parameswaran B.,et al.Dilute acid pretreatment and enzymatic saccharification of sugarcane topsfor bioethanol production[J] .Bioresource Technology,2011,102:10915-10921

[18] Raveendran S,Mathiyazhakan K,Varghese E P,et al.A novel surfactant-assisted ultrasound pretreatment of sugarcane tops for improved enzymatic release of sugars[J] .Bioresource Technology,2013,135:67-72

[19] 冯容保.国外氨基酸产业的发展 [J] .发酵科技通讯,2002,31(3):17-18

[20] 林兴舜,郭美雅,戴玉莲,等.蔗梢汁抑瘤等作用的药理研究[J] .厦门大学学报:自然科学版,1992(5):548-550

[21] 保国裕.从甘蔗中提制若干保健品的探讨(上)[J] .甘蔗糖业,2003(1):40-46

[22] DuBok C,Ki-An C,Myung-Sun N,et al.Effect of bamboo oil on antioxidative activity and nitrite scavenging activity[J] .Journal of Industrial and Engineering Chemistry,2008,14(4):765-770

[23] Aldwin S R,David I P,Michael J D.Photo-oxidant-induced inactivation of the selenium-containing protective enzymes thioredoxin reductase and glutathione peroxidase[J] .Free Radical Biology and Medicine,2012,53:1308-1316

[24] Perumal S,Sellamuthu M.The antioxidant activity and free radicalscavenging capacity of dietary phenolic extracts from horse gram(Macrotyloma uniflorum(Lam.)Verdc.)seeds[J] .Food Chemistry,2007,105(3):950-958

[25] 扶雄,于淑娟,闵亚光,等.从甘蔗中提取天然抗氧化活性物质[J] .甘蔗糖业,2003(5):37-41

[26] 沈参秋.外国专家来华讲学汇编[M] .1987:79-80

[27] LiXY,ShunY,TuB,etal.Determinationandcomparisonof flavonoids and anthocyanins in Chinese sugarcane tips,stems,roots and leaves[J] .Journal of Separation Science,2010,33:1216-1223

[28] 孙晓雪.甘蔗梢中酚类物质的提取与应用研究[D] .广西大学,2007