一、食品工業廢渣的來源和基本特征
食品工業作為我國國民經濟的重要產業，近年來發展迅速。我國食品資源豐富，糧食、油料、蔬菜、水果、肉類和水產品等產量均居世界首位。隨著食品工業的快速發展，如何處理國內食品工業的大量廢棄物和下腳料已經成為新世紀的大課題。根據食品工業特征，食品工業廢渣主要可分為水果殘渣、酒糟、魚類及肉類加工廢棄物、澱粉質廢棄物和纖維素廢棄物等。
（一）水果殘渣的來源及特征
隨著水果種植業和加工業的發展，果渣產量逐年增加。以蘋果加工業為例，每年都有大量的蘋果加工下腳料產生（加工1t原料平均可產生0.3t下腳料）。蘋果渣中不僅含有纖維素和果膠等多糖類成分，而且還富含低聚糖、單糖、氨基酸、有機酸、維生素和香氣成分等多種有用物質。目前，除一小部分蘋果渣作為肥料和家畜飼料被利用外，大部分殘渣尚未得到利用而作為廢物丟棄，造成嚴重的資源浪費和環境汙染。
（二）酒糟的來源及特征
我國是世界最大酒類生產國和消費國。生產白酒、黃酒主要用大米、高粱米、小米、玉米、紅薯幹以及糯米等為原料。在酒釀成後剩下的酒糟大多作為飼料。以大米為原料發酵法生產白酒為例，發酵過程中隻消耗了糧食中的部分澱粉，而蛋白質、脂肪等營養成分大部分留在酒糟中。但是鮮酒糟水分含量高，長途運輸困難，並不能混合到飼料中去，因此酒糟的利用率很低。大部分堆漚作肥料或是排入江河，不僅造成資源浪費，而且汙染環境。
（三）魚類及肉類加工廢棄物的來源及特征
魚品在加工過程中必然會產生大量的下腳料（包括魚頭、魚皮、魚鰭、魚尾、魚骨及殘留魚肉）。鰱魚魚頭、魚皮、魚骨刺混合物中蛋白質含量達14%，油脂為9.22%。鰻骨、鰻頭等廢棄物中含有豐富的蛋白質、磷脂質、軟骨素、維生素等。目前，發達國家的水產品加工率在80%以上，而我國的水產品加工率不足30%，下腳料的加工更是少之又少，往往被直接拋棄，造成資源浪費和環境汙染。
目前我國有大中型生豬屠宰加工肉聯廠1500多家，每年宰殺生豬約8000萬頭以上，家禽數量就更難以估算，產生的大量屠宰下腳料更難以預計。屠宰下腳料中含有豐富的蛋白質，可以用來生產動物性蛋白飼料。然而屠宰下腳料目前的利用率不到30%，多數廠隻是當作農肥處理或直接拋棄，造成環境汙染。
（四）澱粉質廢棄物的來源及特征
澱粉工業廢棄物主要指澱粉加工過程中產生的大量廢渣，根據澱粉來源的不同分為薯渣和玉米渣。我國木薯產區廣闊，主要產於廣西、廣東、福建等省。全國年產木薯1000多萬t。目前，木薯主要用於製取澱粉，生產後有大量的木薯渣殘餘，以幹物質計有30萬t左右。薯渣中澱粉和膳食纖維含量比較高，澱粉含量達45%左右，膳食纖維量達30%左右，但是粗蛋白含量很低，用來喂養禽畜效果很差，因此大部分的薯渣無法被直接利用，造成極大的浪費。玉米也是生產澱粉、酒精的主要原料。生產玉米澱粉的副產物玉米渣中蛋白質含量約60%，然而玉米蛋白水溶性差、組成複雜、口感粗糙，嚴重影響了其在食品中的應用。又加之原料豐富、價格低廉，玉米渣很多未經利用即自然排放，這不僅是對可利用糧食資源的極大浪費，而且對環境造成一定程度的汙染。
（五）纖維素質廢棄物的來源及特征
蔗渣是製糖工業的主要副產物，是甘蔗機械壓製後所剩的主要部分。我國有多個省份可以種植甘蔗，海南、廣東、廣西、福建、雲南都是我國重要的產糖地區。每生產1t的蔗糖，就會產生2t的甘蔗渣，蔗渣來源集中，產量大，是取之不盡用之不竭的再生性資源。甘蔗渣中纖維素占蔗渣總幹質量的30%～40%，半纖維素占蔗渣總幹質量的20%左右。纖維素廢棄物是一種主要的可再生能源和初等原材料，因此通過有效的方法利用纖維素廢棄物具有重大的意義和前景。
二、廢渣生物治理技術及綜合利用
（一）纖維素廢棄物發酵產乙醇技術
雖然目前生產燃料和有機化工產品工業仍然采用石油和天然氣等礦物原料作為原材料，但是20世紀70年代石油價格的急驟上漲，促使了人們對替代能源的研究和開發，乙醇被譽為“綠色石油”而捷足先登，被認為是一個特別具有發展潛力的替代品。乙醇作為燃料的突出優點有：①產能效率高；②在燃燒過程中不生成有毒的CO，其汙染程度低於其他常用的燃料；③可通過微生物發酵大量生產，其成本相對較低。因此，利用乙醇替代化石燃料很容易被人們所采納和推廣。
乙醇燃料的生產首先需要政府部門投入大量的資金及保持大規模產業化生產，小農經濟體係不適合大規模產業化生產的需要。再者，目前用於乙醇生產的原料大多是農產品的精料，在人口膨脹、糧食短缺及其價格較高的當今世界，以糧食為原料進行乙醇的大規模生產，顯然是有限度的。因此，廉價生產原料的開發和使用，成為乙醇發酵生產工業發展的關鍵之一。表9-6列出了可用於微生物發酵生產乙醇的原料。
所總結的資料可以看出，雖然可用於微生物發酵生產乙醇的原材料很多，但其中的多數原料都是人及動物的糧食和食品，僅在纖維素一欄中所列出的原材料不能作為糧食及飼料使用。因此，如能開發出可以高效利用纖維素來代替糧食作為生產乙醇原材料的技術，那麼用乙醇替代石油完全是有可能的。從現在生產乙醇的技術來分析，生物技術是最有希望在較短時間內實現這種可能性的技術。
研究表明，木質纖維經過化學或生物學處理後，可轉化為各種各樣的產品，例如，纖維素可轉化為葡萄糖、醇類、有機酸類和SCP類等；半纖維素可以轉化為五碳糖、糖醛和乙醇等；由木質素的轉化可以獲得香草素、二甲基硫醚和苯酚等。其種類之多幾乎囊括了所有石油化工產品，因此它已成為很有前途的無汙染的工業原料。
目前，國內外許多生產乙醇的高活性菌株均不能直接利用纖維素作為發酵原料，纖維素必須經過一係列酸堿處理，轉化成微生物可利用的糖類，例如蔗糖、葡萄糖後，才能成為這些高活性菌株的發酵底物。但纖維素類物質的酸解中存在不少問題，如酸解條件苛刻，對設備有很強的腐蝕作用，要求設備耐酸堿；酸解成本較高等。堿解法水解纖維素為糖類同樣存在類似的問題。因此，酸堿水解法不適合用於水解纖維素作為微生物發酵生產乙醇的底物。
降解纖維素成為低分子糖類的另一種方法是酶水解法。完全水解纖維素需要葡聚糖內切酶、纖維二糖水解酶和β-葡萄糖酶這三種酶的協同作用。能產生這三種酶並分泌到體外的微生物大多是真菌，而不是細菌。顯然，如利用這些微生物對纖維素進行直接發酵，就不需要對纖維進行酸堿預處理。這種發酵工藝所需的設備簡單，工藝流程短，但由於乙醇產量不高，成本也會因之提高。
混合發酵法是目前探討直接利用纖維素發酵生產乙醇的熱點之一，也是潛在的最有發展前途的技術。它可避免利用酸堿法和酶法處理纖維素轉化為糖時所引發的部分問題。例如，熱纖維梭菌（Clostridum themocellum）能分解纖維素，但乙醇產量低（50%），而熱硫化氫梭菌（C.thermohydrosulopaircum）不能利用纖維素，但發酵乙醇產量相當高，因此，如把這兩種微生物進行混合培養，直接發酵纖維素，不僅避免了纖維素的糖化預處理，而且其乙醇產率可達75%以上。
（二）澱粉工業廢棄物發酵產乳酸技術
目前用於乳酸發酵的原料，多為玉米、小麥、大米、馬鈴薯等農作物的澱粉。從資源利用和降低生產成本方麵考慮，利用含豐富澱粉及纖維素類的廢物進行乳酸發酵無疑更具有優勢。當前國際上常常采用的有機廢物原料主要是食品工業廢物（玉米渣、馬鈴薯渣、麥糠、麩皮等）。美國最大的聚合物生產企業Cargilldow公司最近已研製成功將玉米渣作為起始原料，商品化生產聚乳酸的技術。M.Chatterjee等（1997）利用纖維二糖乳杆菌（Lb.cellobiosus）從製作馬鈴薯沙拉後的殘渣中製取乳酸，48h後澱粉的50%被轉化成乳酸。此外，還有用麩皮水解液、甘蔗渣、幹酪工廠的下腳料、麵包廢物、造紙汙泥以及貝類加工後的廢物進行乳酸發酵的報道。