生物技术在果蔬加工副产物的综合利用 摘要：我国果蔬种类繁多，面广量大，每年收获季节，除大量供给市场新鲜果蔬和贮藏加工外，往往还有大量的副产品，果蔬加工过程中往往会产生大量的下脚料。目前，果蔬加工副产物利用中经常使用发酵工程技术、酶工程技术和蛋白质工程技术等对果蔬废弃物进行再次利用，包括有机酸的提取、果渣制酒和生物单细胞蛋白饲料等。 关键词：生物技术 果蔬 副产物 综合利用 概述 我国果蔬种类繁多，面广量大，每年收获季节，除大量供给市场新鲜果蔬和 贮藏加工外，往往还有大量的副产品，果蔬加工过程中往往会产生大量的下脚 料。如在制作果蔬汁中，下脚料占加工原料的重量分别为：苹果20％～25％； 柑橘50％～55％；葡萄30％～32％；菠萝50％～60％；西番莲50％～66％；香 蕉30％；番茄10％；胡萝卜40％；青豌豆60％；芦笋28％；辣椒24％。如此 之多的下脚料，弃之为草，用之为宝，其综合利用可提取很多有价值的营养成 分，利用价值很高[1]。如利用柑橘皮可生产乙醇、果酒、果胶、甲烷、香精，制橘皮小食品，柑橘废水可提取单细胞蛋白质；从葡萄皮中提取色素、乙醇、酒石酸，从葡萄核中提取葡萄核油；从核果类果仁中提取苦杏仁苷、油脂竞技宝JJb、蛋白质； 用胡萝卜、西葫芦、青豌豆的下脚料可作畜禽饲料等。另外，在原料生产基地， 从栽培至收获的整个生产过程中，竞技宝JJb还会有很大数量的落花、落果及残次果实，而 这些原料中又含有很多有用的成分，可以加工或提取有相当价值的产品。这些下 脚料是可再生资源，若充分利用，可节省大量物资，不仅提高了原料的利用率， 增加经济效益，而且还大大减少环境的污染，保护生态环境，既利国又利民。据 统计进行综合利用可降低成本45％以上。果蔬副产品因其化学成分不同，性质 不同，制品不同，作用也不同，有的有很高的利用价值及经济价值。 目前，在果蔬加工副产物利用中经常使用的生物技术是发酵工程技术、酶工程技术和蛋白质工程技术。发酵工程技术是利用微生物的特殊功能生产有用物质的一种技术体系。这项技术包括菌种的选育和改造、代谢产物的分离与提纯等操作。它涉及到新食品原料、食品加工催化剂、食品保藏稳定剂、D-氨基酸及其衍生物以及废弃物的发酵。其中，后者就是利用果蔬生产加工中的废弃物作为原料，通过发酵工程生产出酒精、单细胞到白、食品添加剂、有机酸和氨基酸等产品。 目前，我国果蔬加工副产物通常情况是直接抛弃或者只是做简单处理，果蔬加工副产物的利用还比较单一，集中在果蔬渣的利用，生物技术在其中的应用主要是生产酶制剂，单细胞蛋白饲料竞技宝JJb、和发酵酒精等。 二、有机酸的提取 果蔬中的有机酸主要有柠檬酸、苹果酸、酒石酸、草酸等。如柑橘中柠檬 酸含量达5％，李子达0．4％～3．5％，杏达0．2％～2．6％，葡萄达0．3％～ 2．1％。不论柠檬酸来源于果蔬废弃物的发酵，还是来源于国是本身，都需要吧柠檬酸提取出来。未成熟的果实中含柠檬酸比较多，因此常利用未成熟的落果及残次果做提取柠檬酸的原料。伍时华[2]等对柠檬酸的提取通过发酵手段分别作了3种不同的方法进行实验。 2.1钙盐法 钙盐法也称石灰一硫酸法，是目前我国柠檬酸生产厂家主要采用的提取工艺，是一种传统的从发酵液中提取柠檬酸的方法。该工艺是利用柠檬酸钙不溶于水、但能溶于酸的特点，来进行分离提取。钙盐法是一种传统的从发酵液中提取柠檬酸的方法，它具有工艺成熟、原材料易得、操作方便、产品质量稳定等优点。但随之暴露出的缺点也不少，主要有以下几方面：①提取过程中单元操作多，损失大，总收率低，即使每一步都能规范操作，总收率也很难高于80％，国内厂家一般在60～75％，超过70％的很少[3]；②取过程中柠檬酸经过多次相变，不仅消耗大量的化工原材料，而且用于固液分离的能耗也大；⑧提取过程中产生大量的废水、废渣，严重污染了环境，同时加大了工人的劳动强度。近年来，为了使该工艺更环保、更节能，也为了改善工人的工作环境，人们对这一传统方法提出了一些改进措施。例如，用氢氧化钙代替碳酸钙中和，大大减少了气体二氧化碳的排放量，改善了劳动环境，而且产量稳定[4’5]。用柠檬酸代替硫酸进行柠檬酸钙的酸解，不产生硫酸钙废渣，节省了硫酸，减少了环境污染[6]。另外，将柠檬酸母液用浓硫酸净化处理后直接返回酸解工序，可以有效地除去易碳化物，降低原材料消耗[7]。 2.2 离子交换吸附法 上世纪七、八十年代，离子交换吸附法开始应用于发酵液中柠檬酸的提取分离过程。它是利用特定的有机高分子树脂的高选择吸附性，通过寻找使用适当的树脂，直接从过滤后的发酵液中提取柠檬酸或其盐类。离子交换吸附法工艺简单，与钙盐法相比，由于减少了柠檬酸的相变过程，能耗大大降低；生产过程中不产生大量的石膏废渣，大大降低了工人的劳动强度，也改善了周围环境；重要的是柠檬酸的收率由70％提高到85％以上。当然，该工艺也存在一些缺点，例如，离子交换树脂在使用中需要频繁再生，会产生大量废液；再之，离子交换树脂具有一定的寿命，也需要经常更换，会产生大量的固体废弃物。因此，寻求或研制高效、寿命长、易回收利用的离子交换树脂，就成为该工艺得以工业化推广的关键。国外有文献报道，在洗脱时直接用稀无机酸，如盐酸、硫酸、硝酸等，不用氨水或碱液，可以直接得到稀的柠檬酸溶液，省去了使用阴离子转型这一步[8,9]。国内秦涛[10]等引入工业色谱原理，采用多级串联离子交换柱模拟移动床分离、提纯柠檬酸，不需要转型，总收率可达95％以上，而且费用较低。 2.3溶剂萃取技术 溶剂萃取技术用于提取分离发酵法生产的生物产品，已有几十年的历史了，我国从上世纪70年代即开始了用溶剂萃取柠檬酸的研究。该工艺的原理是，利用发酵液中柠檬酸和其他杂质组分在萃取剂中溶解度的不同，把柠檬酸萃取到溶剂相中。然后，提高温度，用水对溶剂相进行反萃取，使柠檬酸重新进入水相，再经过离子交换、蒸发、结晶，最后得到产品。溶剂萃取法与前面两种工艺相比，有其自身的特点。与钙盐法相比，省去了中和与酸解两道工序，节省了大量的化工原料，降低了能耗，在提取过程中不会产生大量废渣，有利于环保。与离子交换法相比，具有处理能力大、分离效果好、回收率高、可连续操作等优点。而且萃取剂可以反复使用，也降低了生产成本。但到目前为止，溶剂萃取法还很难以工业化，主要原因是萃取剂的选择问题。由于柠檬酸发酵液的组成复杂(含有糖、蛋白质、色素、菌丝等杂质)，要求萃取剂具有高效的选择性，而且无毒、无腐蚀、价廉、易回收。但目前常用的有机胺、酯类萃取剂虽有较理想的萃取效果，但均有一定的毒性、异味，一般只能得到工业品，而不能满足医药、食品的要求。 果蔬渣的综合利用 3.1对葡萄皮渣的综合利用 葡萄在酿酒和制汁过程中，有大量的下脚料，如皮渣、种子、酒石等。先进 国家已普遍将葡萄籽榨取食用油、单宁及酒精；果皮提取色素；榨汁皮渣经发酵 与酿酒剔去的酒渣，经蒸馏提纯制得白兰地；利用酒石提取酒石酸及酒石酸盐， 剩余的残渣还是优质的饲料和肥料。在法国玛尔利用果渣生产出格拉帕酒，别称“果渣地”，是一种独具风格的果渣酒。此酒质纯味浓，风格独特。酒精度分45度、50度两种[1]。 随着我国葡萄种植和加工业的发展，葡萄果实的开发研究必将受到人们的重视。 由白葡萄酒或葡萄汁制造过程经压榨分离出来的皮渣，或红葡萄酒在前发酵完成后分离的皮渣，含有不少糖分或酒精，这些糖分可经酒精发酵成酒。另外，利用生物技术提取天然抗氧化剂也是葡萄皮渣综合利用的热点之一。 3.2苹果皮渣的综合利用 苹果渣是果汁加工厂的下脚料，含水量高达80％，偏酸性，堆积在一起很快会腐烂变质，既浪费了资源，又污染了环境。我国年产苹果量占世界l／4以上，居世界首位，其中45％用于生产苹果汁，产生_广大量苹果渣，除少数进行深加工外，绝大多数没有被充分利用。王艳华[11]等以苹果渣为原料采用生物发酵技术，采用合理配伍的微生物复合菌种，使生物发酵后的果皮渣营养价值大为提高，产品除粗蛋白质含量大大提高外，还含有有益的微生态因子，成为一种优良的兼具蛋白饲料与微生态制剂双重特性的绿色生物饲料。以苹果皮渣为主料生产新型生物饲料，由于采用固态法生产，工艺简单可行，生产成本很低，生产厂家容易接受。苹果皮渣的利用，减少了因发酵酸败引起的资源浪费和环境污染等一系列问题，为农产品的综合利用开辟了一条新的途径。 生物单细胞蛋白饲料 据有关报道，20世纪以来，世界人口增长速度很快，目前已达60多亿，不久的将来可能达到l00亿。面对如此巨大的人口增长压力，粮食特别是蛋白质需求矛盾凸现。果渣是果类加工厂的废渣，竞技宝JJb以前主要是罐头厂的废弃物，随着果汁饮料的发展，很多大型饮料厂也有不少果渣。由于水果种类很多，果渣类型也很多，加工形式的不同使水果渣的形状和成分也不同。有的是皮片状，有的是浓浆状，这些果渣大都可作饲用，但其能量值低，仅相当于青饲料的饲用价值。近年来，有人把菠萝渣用于提取菠萝蛋白酶或作为种植草菇等食用菌的原料，取得一定成绩。 4.1 菠萝蛋白酶 菠萝历年来除一部分鲜果供应市场，大部分用来加工糖水菠萝罐头，少量如工成果蜡。由于产品单一，生产过程中削弃的余料都在原料单量的60%以上。据分析，上述废弃物的榨出汁中，含糖分约10%，维生素C12~14mg/100g，柠檬酸0.5%，以及丰富的菠萝蛋白酶等。菠萝蛋白酶是一种宝贵的生化制剂。目前，从菠萝外皮汁中提取酶的方法有单宁沉淀法[12]、高岭土吸附法和盐析法[13]。 4.2鲜苹果渣发酵生产饲料蛋白 常显波[14]等采用混合培养法研究接菌加氮对未灭菌和灭菌鲜苹果渣发酵生产饲料蛋白的影响。结果表明，鲜苹果渣接菌发酵后发酵产物纯蛋白含量明显高于未接菌处理黑曲霉和酵母菌混合发酵产物纯蛋白含量高于酵母菌单菌发酵，表明鲜苹果渣接菌发酵是提高果渣纯蛋白含量的有效途径在混菌发酵条件下蛋白质提高幅度更大；在鲜苹果渣发酵中加入无机氮源调节C/N为微生物提供了充足的氮源能有效提高发酵产物纯蛋白含量；用鲜苹果渣直接发酵（未灭菌）时发酵产物纯蛋白含量高于灭菌鲜苹果渣发酵表明鲜苹果渣更有利于微生物生长及发酵产物纯蛋白含量的提高同时可简化工艺节约能源；在单菌发酵中黑曲霉UA8发酵产物的纯蛋白含量高于其他5株酵母菌混菌不同菌株组合的纯蛋白含量不同但不同菌株间无明显差异即供试菌株均可用于果渣发酵生产饲料蛋白；鲜苹果渣发酵产物回收率与其纯蛋白含量呈负相关即发酵产物中纯蛋白含量越高其回收率则越低；鲜苹果渣在自然酸度（PH4）下发酵时发酵产物纯蛋白含量高于加碱处理(PH6 )供试菌的这一特性有利于苹果渣发酵饲料的生产。 结束语 长期以来，我国没有很好地对果蔬进行综合利用，其主要问题是：国内多数食品生产企业的生产线没有能力加工过程中产生的废弃物和下脚料转化为有一定经济价值的产品，即使有的企业能做到，其产品质量也不稳定。目前我国主要研究和建立果蔬综合利用体系主要有柑橘皮渣、苹果皮渣、葡萄皮渣、猕猴桃皮渣和胡萝卜皮渣等利用体系，这些体系在实践应用中将得到不断的完善[15]，生物技术在果蔬加工副产物中也将发挥越来越重要的作用。 参考文献： 1、张柏林,杜为民,郑彩霞等编著,生物技术与食品加工,化学工业出版社,2005年03月第1版,第4页 2、伍时华,路敏,童张法等.从发酵液中提取柠檬酸的研究进展[J].广西工学院学报,2005,16(3) 3、王传怀,张国宝，吕希化，等．电渗析提取柠檬酸技术[J].膜科学与技术，1992，12 4、曹海星．我国柠檬酸生产概况及发展趋势[J].湖北化工，1988，(1)：34—36． 5、彭跃莲，姚仕仲，纪树兰，等．从柠檬酸发酵液中提取柠檬酸的方法[J]．北京工业大学学报，2002，28 6、蔡永峰．我国柠檬酸工业的现状及进展[J]．应用微生物，1989，(2)：1—5． 7、曹海星,喻宗沅,张红敏.柠檬酸母液净化处理工艺[P].中国专利:c 8、高年发，杨枫，李颖宪．分离提纯柠檬酸工艺[P]．中国专利：CNll56183A，1997-08-06． 9、德雷兹FGH，范德旺迪伦PI.J．碱金属柠檬酸盐的制备方法[P]．中国专利：cNl035611，1 10、秦涛．从柠檬酸发酵液中提取柠檬酸的方法[P]．中国专利：CNl035000c，1 11、王艳华,张庆华,陈顺等.以苹果皮渣为主料生产生物饲料的研究[J].中国饲 料,2004,(8) 12、胡莉娟.提取菠萝蛋白酶工艺研究[J].陕西林业科技，2009，（3）20-21,25 13、张桂香，王元秀，矫强，等.研发提取菠萝蛋白酶的研究[J].食品工业科技，2004,25（6）：103-104 14、常显波,薛泉宏,来航线等.鲜苹果渣发酵生产饲料蛋白研究[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2004,32(1): 15、曾峰，赵坤，等.食品生物技术在农产品副产物中的综合利用[J].食品科学，2011,32

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