果蔬加工副產物的利用現狀及發展趨勢研究進展

楊文晶，許泰百，馮敘橋，*，程　丞，呂佳煜，侯　宇

（1.渤海大學食品科學研究院，遼寧省食品安全重點實驗室，遼寧錦州121013；2.沈陽農業大學食品學院，遼寧沈陽110866）

果蔬加工副產物的利用現狀及發展趨勢研究進展

楊文晶1，許泰百1，馮敘橋1，*，程丞2，呂佳煜1，侯宇1

（1.渤海大學食品科學研究院，遼寧省食品安全重點實驗室，遼寧錦州121013；2.沈陽農業大學食品學院，遼寧沈陽110866）

我國果蔬加工業發展迅速，果蔬加工副產物也隨之增多，由此而引發的廢棄物污染越來越嚴重。同時，果蔬加工副產物含有的多種有效成分，沒有加以利用而造成的資源損失也不可忽視。本文闡述了果蔬加工副產物的利用現狀，分析了果蔬加工副產物的發展趨勢，并就果蔬加工副產物的綜合利用提出建議。

果蔬加工，副產物，營養成分，資源利用

果蔬加工副產物是指在果蔬加工過程中產生的如果皮、果核、果渣、種子、葉、莖、花、根、等副產物［1-2］。近年來我國果蔬生產和加工業發展迅速，是農村經濟的支柱產業。據中國統計年鑒記錄［3］，2013年全國蔬菜種植面積為2020萬公頃，同比增長1.1%；產量達到7.06億噸，同比增長1.2%；2013年全國果園面積為1280萬公頃，同比增長4.1%，產量為1.50億噸，同比增長3.7%。果蔬加工中會產生很多副產物，果蔬產量的龐大也就決定了加工副產物的增多。據統計，中國每年果蔬加工產生的廢棄物高達1億噸［4］，并且持續增多，絕大部分沒有得到資源化利用而直接丟棄或者填埋，對人們的生活環境造成污染的同時也造成了資源的浪費［5］。

果蔬加工副產物的利用率不高是全球問題，在歐洲，每年的果蔬加工副產物多達幾百萬噸，主要通過填埋來處理，廢棄物中有價值的成分未得到充分利用［6］。根據聯合國糧農組織的統計數據，印度是世界第二大水果生產國，水果加工過程中產生大量的皮、籽、渣等廢棄物，因為沒有合適的技術和方法去處理，所以這些可利用資源沒有得到有效利用。目前印度正在積極研究如何利用這些廢渣中的生物活性成分，并應用于食品、化妝品、醫藥等行業［7］。由此可見，加強果蔬加工副產物的綜合利用成為果蔬加工業面對的重大問題。本文闡述了果蔬加工副產物的利用現狀，并分析了未來發展趨勢，以期為果蔬加工副產物的綜合利用提供參考。

1　果蔬加工副產物中可利用成分

果蔬加工副產物的主要成分有糖分、纖維素、半纖維素及礦質元素（表1）。劉松毅等［8］對北京市某農貿市場的垃圾做了調研，其中大部分為果蔬垃圾，通常占垃圾總量的90%以上，其pH較低（4.46），含水量高（81.71%），還含有各種營養元素，因此容易腐敗變質。就蔬菜渣來說，大多數屬于高纖維、低蛋白、高含水量物質，如果處理不當，造成堆積，在高溫雨季極易發生腐爛變質，傳播疾病［9］。在有害微生物的作用下，能產生大量的熱量和NH3、H2S、CO2、CH4、C2H4及其他CH化合物［10］，對農業生態環境造成嚴重污染。

表1　果蔬加工副產物中的可利用成分［8，11］Table 1　Available components of by-product of fruit and vegetable processing［8，11］

我國每年果蔬廢棄物產量可達果蔬總產量的25%～30%，約有1億多噸的水果和蔬菜廢棄物被丟棄［4，12］。如木瓜的加工過程約造成木瓜總重50%的廢棄物［13］，每年蘋果深加工產生的蘋果渣有幾百萬噸［11］。果蔬加工廢棄物中含有一定量的可利用成分（表2），如能合理加以利用，不僅能創造一定的價值，還能在一定程度上解決因處理不當而造成的環境污染問題。

我國是水果生產大國，水果產量連年增加，其加工副產物也越來越多，而果皮在整個水果中占較大比重［19］，是水果加工業副產物中的主要部分。以我國四大水果蘋果、香蕉、梨、柑橘為例，果皮占有率分別為10%～15%、35%～41%、11%～16%、16%～23%［20］。水果果皮中的可利用成分比較多，菠蘿皮中的水分、總糖等成分比例與果肉相差無幾，粗蛋白和灰分的含量還高于果肉，分別是果肉的250%和300%；菠蘿皮中還含有大量纖維素且還是良好的碳源，可以為微生物發酵所利用［13］。另外，香蕉皮中的營養成分也很豐富，香蕉果肉與香蕉皮中的含水量都很高（73.1%，90.8%），另外還含有蛋白質、纖維素、總糖、脂肪等營養成分（圖1）。香蕉皮中脂肪（0.76%）和粗纖維（3.38%）含量均高于果肉中的含量（分別為0.5%和0.9%），蛋白質含量約為0.74%［20］。Gonzalez-Montelongo等［21］研究發現香蕉皮中含有多巴胺和左旋多巴，兒茶酚胺等大量的抗氧化活性成分，使其成為一種開發保健品的潛在可利用原料。

柑橘在加工生產橘子汁時，約產生40%～50%的皮渣［22］，而柑橘皮中含有豐富的維生素C、胡蘿卜素、蛋白質、糖類和多種微量元素，營養價值高［23-24］。梨皮中含有多酚，黃酮類化合物［25］，在生產糖水梨罐頭時，去除的梨皮占水果的17%～20%［26］；西瓜皮中含有豐富的維生素C、黃酮類活性物質［27］，西瓜在鮮食后，占西瓜總重約1/3的瓜皮被丟棄［28］。由此可見，大量果皮被浪費，勢必造成可利用物質的損失和環境污染，現階段水果果皮的回收再利用情況實際上沒有怎樣進行，絕大部分果皮被丟棄，僅食品加工廠對果皮有一定的利用，主要加工成果皮醬及蜜餞等［23］。

圖1　香蕉/香蕉皮主要營養成分含量［20］Fig.1　The main nutrients of banana pulp and peel［20］

表2　幾種果蔬殘渣的可利用成分Table 2　Useful components of several kinds of fruit and vegetable scraps

2　果蔬加工副產物的利用途徑

目前，果蔬加工副產物主要作為動物飼料或者被填埋，深加工很少［29］。如前所述，果蔬加工副產物富含有機物，含有抗氧化物質、果膠、膳食纖維、天然色素等功能性成分。因此，果蔬加工副產物的綜合利用，無論從資源合理利用、活躍經濟，還是從環境保護、低碳生活的角度來說，都是非常必要的。目前，果蔬加工副產物綜合利用的途徑主要包括提取果膠、制造膳食纖維、提取色素和抗氧化物質等幾個方面。

2.1提取果膠

果膠是一種雜多糖，主要從陸生植物的細胞壁中獲得，是一種非常重要的食物原材料和藥物成分［30］。果膠具有降血脂、降膽固醇、抗輻射、吸附重金屬離子、潤腸通便和抗癌等作用［31］，廣泛應用于食品、醫療、化工、紡織等行業［32］。果膠也是一種高附加值的功能性食品成分，作為膠凝劑和穩定劑已在果醬、果凍中廣泛應用［33］。果膠的提取一般有酸提法、醇沉法、鹽析法、微波輔助提取及超聲波輔助提取等方法，在果蔬廢棄物中提取對象主要是蘋果渣或柑橘皮［34-35］，因為這兩種副產物在果蔬加工業中產生多而且集中。長期以來，果膠生產技術主要由國外公司所壟斷，而國內對果膠的研究開發起步較晚，工業化生產水平相對較低，主要體現在所提果膠品質較低、色澤凝膠強度較差、提取技術不成熟，相對低端的工藝生產技術導致果膠生產規模較小、產量低且成本較高。目前，國內仍普遍采用傳統酸法提取果膠［36］，從柑橘皮中提取果膠時采用此方法會導致部分可溶性果膠水解且提取率低（2.8%）［37］。孫悅等［38］采用超聲波輔助提取法，在pH1.5、提取溫度70℃、提取時間45min、固液比20∶1的條件下提取柑橘皮中的果膠，得率高達20.8%。白麗娟等［39］采用醇沉法對蘋果渣中的果膠進行提取，提取果膠的得率較高，工藝條件為酸提液pH1.5，料液比1∶14，酸提時間1.5h，重復三次，果膠的平均提取率為7.85%，且所得果膠純度高、質量優。李朋亮等［40］采用酸提鹽析法對蘋果渣中的果膠進行了提取，在溫度85℃、pH1.5、提取時間2.0h、料液比為1∶14（v/v）的條件下，研究了飽和Al2（SO4）3溶液的加入量對果膠提取率的影響，在添加量為果膠液的3%（v/v）時，提取率可達到17%，為工業化生產果膠提供了參考。上述研究為更加高效利用皮渣，減少浪費，保護環境，進一步提高果蔬加工副產物的附加值，提供了技術上的支持。

2.2制造膳食纖維

在果蔬加工過程中約有1/3的原材料被剔除［41］，果蔬是人們飲食中膳食纖維的主要來源，在其廢棄物中膳食纖維含量也較豐富［42］。如甘薯廢渣中含有20%～30%的膳食纖維［43］，是制造膳食纖維產品的良好原料來源。美國谷物學家定義的膳食纖維是由可食性植物的一部分或類似的碳水化合物組成，能抗人體小腸消化吸收，同時對人體有有益的生理效應，如降血糖、降低人體膽固醇以及潤腸通便等，此外還可預防心臟病和癌癥等［44-45］。膳食纖維具有較好的保健性能，適合做食品添加劑、保健品或者輔助藥品。目前，通過膳食纖維減肥越來越受到人們的重視，開發新型功能性減肥產品是一個好的發展方向，果蔬廢棄物中含有的果膠、膳食纖維都是制造減肥產品潛在的資源。

提取膳食纖維主要有酶法、發酵法、熱水提取法、化學提取法等方法。鄔建國等［43］以甘薯渣為原料，采用藥用真菌液態發酵，對甘薯渣制取膳食纖維的工藝進行了研究，在搖床水平，采用甘薯渣9%，麩皮0.8%的培養基發酵4d后發酵液中的膳食纖維含量可達到29.63g/L，膳食纖維產量得到較大提高。張晶等［46］利用磷酸鹽緩沖液從香蕉皮中提取可溶性膳食纖維，在溫度95℃，濃度0.09mol/L，pH6.8，提取時間80min的條件下，可溶性膳食纖維的提取率為5.03%。廢渣的利用不僅在很大程度上緩解了果蔬殘渣造成的污染問題，還能擴展廢棄物產品開發和應用的領域，同時產生更大的經濟效益與社會效益。目前，國內外提取膳食纖維方法以化學法為主，雖然成本低，但對膳食纖維產品的理化性質和生理功能有一定影響［47］。積極探索采用較為溫和的工藝方法和高新技術提取分離膳食纖維，以進一步提高膳食纖維的品質，是將來膳食纖維提取分離與利用研究中值得重視的一個方面。

2.3提取色素

植物中的色素均為天然色素，大多為花青素類、黃酮類、類胡蘿卜類化合物，對人體無毒無害，具有一定的營養價值和生物活性。從果蔬加工副產物中提取這些色素可作為良好的保健品材料和調味品，在食品工業中主要用作著色劑，并被大多數人所接受。

提取色素的方法很多，主要有超聲波輔助提取、微波萃取、有機溶劑法、膜分離法等。傳統的溶劑萃取法具有耗時長和耗能大的缺點，且成品中溶劑易殘留，影響到產品的安全性，現在正積極開發提取效率高、得率高并且環境友好（不使用或極少使用有機溶劑）的提取方法［48］。鄧濤等［49］采用超聲波輔助提取法對柑橘皮中的色素進行提取，提取溶劑為無水乙醇，橘皮粉碎粒度為80目（0.198mm），料液比為1∶9，超聲波功率為300W，提取時間為17min，提取溫度為79℃，該條件下所提色素的吸光度值較大，說明提取率較高。紫甘薯渣是紫甘薯淀粉提取過程中產生的副產物，含有豐富的紫色素。李帥等［50］以新鮮紫甘薯渣為原料，采用微波萃取法對其中的紫色素進行了提取，在pH2鹽酸水溶液，料液比1∶5（g/mL），溫度70℃，時間5min，功率600W的條件下，紫色素的吸光度值為0.791，提取效果較好。紫山藥皮中含有大量的花青素，因而呈現出鮮艷的玫瑰色，而且具有很強的抗氧化性和一些獨特的保健功效。李時佼等［51］對紫山藥皮中的花青素進行了提取，以吸光度為指標，在提取溫度70℃，提取時間1.5h，料液比1∶8，提取劑濃度30%的條件下，提取率最高可達0.647%。

2.4提取抗氧化物質

無論是花青素、黃酮類等多酚類物質，還是維生素C，均具有抗氧化作用，能清除人體內的自由基，預防心血管疾病，提高人體免疫力［52］。提取抗氧化成分的方法主要有溶劑法、微波輔助、超聲波輔助、超臨界萃取等方法。王艾平等［53］發現我國對葛根資源的研究和利用主要是從葛根中提取淀粉和黃酮類化合物，隨后對葛根渣中的抗氧化物質進行了提取，以蒸餾水為溶劑，在料液比1∶40（g/mL），回流時間2.0h，回流溫度95℃條件下，提取出的抗氧化物質對O2-的清除率為73.65%，抗氧化能力強，為葛根渣的綜合利用提供了依據。芒果無論是加工還是鮮食，果皮都被丟棄，沒有得到有效利用。周毅剛等［54］采用DPPH法和ABTS法對5種芒果果皮和果肉的抗氧化能力進行了分析，證明芒果作為鮮食或者加工廢棄物的芒果皮，其抗氧化物質的含量明顯高于芒果果肉，可作為一種潛在的功能性食品原料。葡葡中含有的多酚是一種植物多酚類活性物質，包括酚酸（phenolic acids）、類黃酮類（flavonoids）、原花色素類（proanthocyanidins）、白藜蘆醇（Resveratrol）等，主要存在于葡萄皮與葡萄籽中，籽中含量可達50%～70%，紅葡萄（Vitis vinifera）的果皮中可達25%～50%，葡萄中的多酚物質不僅能夠延緩動脈粥樣硬化，減少血栓的形成，還具有抗菌抗癌、抗過敏、抗氧化等多種藥理活性，在醫藥領域具有十分重要的應用價值［55］。如何更高效地提取抗氧化物質等功能性成分是需要進一步研究和關注的問題。

3　果蔬加工副產物綜合利用的發展趨勢

隨著人們對果蔬制品需求的增加，加工過程中產生的廢棄物也會大量增加，為了果蔬加工業的可持續性發展，最大程度地減少浪費，有效利用資源，必須尋求這些廢棄物的合理利用途徑。從果蔬加工廢棄物的特點和現代果蔬加工技術的發展來綜合考慮，果蔬加工廢棄物的利用將具有下述發展趨勢。

首先，果蔬加工廢棄物可利用來生產系列膳食纖維減肥產品。據統計，2005～2010年我國肥胖率最高達到12%［56］，雖尚低于歐美等發達國家，但是肥胖問題仍不可忽視。作為代謝紊亂性疾病，肥胖往往伴隨糖代謝異常、高血壓、高血脂、異位脂質沉積、脂肪肝、心血管疾病等［57］，還有患甲狀腺癌的風險［58］，因此減肥相當必要。而果蔬加工廢棄物因為富含纖維素，是生產系列膳食纖維減肥產品的比較理想的原料。

其次，果蔬廢棄物的利用途徑將得到進一步擴展。例如，可以利用某些果蔬廢棄物特殊的香味來制作調味料，像柑橘類果皮的應用一直不高，大部分被丟棄，但是它們香味獨特，可制成調味品，柑橘類果皮直接磨碎后可添加于家常小甜餅、蛋糕、調味汁、水果、沙拉和飯中；可以利用椰子殼、杏仁殼等堅果殼制造食品醫藥等行業廣泛應用的活性炭，理論上絕大部分含碳物質均可用于制備活性炭，適宜制備活性炭的原料應是固定碳和揮發性成分含量較高而灰分較少的物質［59］，農林副產品通常具備這一特征且來源廣泛價格低廉，因此可以考慮應用杏殼、桃殼、椰子殼等物質制備活性炭；利用果蔬廢棄物作為能源物質，通過焚燒爐焚燒、發酵產生沼氣等方式發電等。

另外，高新技術在果蔬廢棄物處理中的應用范圍將大幅度擴大。如利用微波輔助提取、超臨界萃取、膜分離技術等高新技術從果蔬廢棄物中提取生物活性成分，能夠提高提取率，減少有效成分的損失。在保證衛生和質量的前提下，可以利用高新技術將果蔬加工副產物直接制造成成品，如利用真空濃縮及冷殺菌技術將果蔬廢棄物加工成果醬、蔬菜醬，利用超微粉碎技術將果蔬廢棄物加工成果蔬粉等，可以真正地變廢為寶。

當今世界是低碳的世界，環保的世界，建設資源節約型、環境友好型社會一直是人類共同的追求。果蔬加工副產物的綜合利用，既能消除農業污染，又能變廢為寶。尋求低投入、低能耗、無害化、高效能的果蔬加工副產物資源化利用技術是果蔬加工廢棄物綜合利用的研究重點和發展方向。

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The research progress of utilization and developmental trend on by-products from processing industry of fruit and vegetables

YANG Wen-jing1，XU Tai-bai1，FENG Xu-qiao1，*，CHENG Cheng2，LV Jia-yu1，HOU Yu1
（1.Food Science Research Institute of Bohai University，Food Safety Key Lab of Liaoning Province，Jinzhou 121013，China；2.College of Food Science，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110866，China）

By-product of fruit and vegetable processing industry had increased extensively in our country as the industry develops rapidly，which resulted in serious waste pollution.At the same time，resources loss could not be ignored because of the under-utilization of the by-product as it contains a variety of active ingredients.The present utilization situation of the by-product of fruit and vegetable processing and its developmental trend were described and offered referable suggestions for its comprehensive utilization in the future.

processing of fruits and vegetables；by-product；nutrients；resource utilization

TS255

A

1002-0306（2015）14-0379-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.14.070

2014－10－08

楊文晶（1990-），女，碩士研究生，研究方向：農產品加工與貯藏工程。

馮敘橋（1961-），男，博士，教授，研究方向：農產品貯藏與加工工程。

遼寧省科技廳農業攻關及成果產業化項目（2011205001）；渤海大學人才引進基金項目（BHU20120301）。