蘋果副產(chǎn)物資源化利用調(diào)查研究

焦孝平

（慶陽(yáng)市科學(xué)技術(shù)開發(fā)中心，甘肅 慶陽(yáng) 745000）

1 蘋果副產(chǎn)物資源化利用現(xiàn)狀

我國(guó)是世界蘋果生產(chǎn)大國(guó)，蘋果種植面積、產(chǎn)量和出口總量均居世界之首。據(jù)調(diào)查，目前全國(guó)蘋果種植總面積206萬hm2、總產(chǎn)量達(dá)4 100萬t，年鮮果加工量230萬t。按每平方米蘋果園每年疏花疏果“廢棄”幼果2 250 kg、每加工1 t蘋果排渣0.25 t計(jì)算，全國(guó)每年廢棄的幼果達(dá)450萬t、蘋果渣達(dá)57.5萬t。由于受蘋果加工的季節(jié)性限制以及相關(guān)研究技術(shù)的欠缺，加之許多企業(yè)重引進(jìn)、輕研發(fā)，重產(chǎn)品生產(chǎn)、輕廢棄物綜合利用，這些廢棄的幼果和蘋果皮渣基本都不能在企業(yè)內(nèi)部就地利用和轉(zhuǎn)化，除30%左右被用于普通農(nóng)家肥料或簡(jiǎn)單加工成養(yǎng)殖場(chǎng)飼料外，絕大部分以垃圾形式被廢棄，既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境，這一問題已經(jīng)成為制約我國(guó)蘋果加工業(yè)持續(xù)發(fā)展的“瓶頸”。“十二五”以來，隨著蘋果種植業(yè)的發(fā)展壯大和國(guó)家相關(guān)扶持政策的出臺(tái)，業(yè)界人士和專家在蘋果皮渣綜合利用方面進(jìn)行了一些探索，取得了初步的研究成果，特別是利用蘋果皮渣加工飼料和生物有機(jī)肥的研究技術(shù)趨于成熟，也實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。然而，利用蘋果副產(chǎn)物提取生物活性物質(zhì)、加工食品的技術(shù)研究，還停留在實(shí)驗(yàn)室或中試階段，技術(shù)還不夠成熟，且現(xiàn)有研究成果多數(shù)還未能得到轉(zhuǎn)化，產(chǎn)業(yè)化程度低；或加工成本過高，得不償失；或在加工中會(huì)出現(xiàn)新的污染，環(huán)保達(dá)不到要求，致使蘋果生產(chǎn)副產(chǎn)物未能實(shí)現(xiàn)真正意義上的資源化和產(chǎn)業(yè)化利用。以全國(guó)最佳蘋果適生區(qū)和第二大蘋果主產(chǎn)區(qū)慶陽(yáng)市為例，全市蘋果園（掛果）面積和產(chǎn)量分別為46 113 hm2與43.97萬t，建有2萬t蘋果濃縮汁生產(chǎn)線2條、規(guī)模以上蘋果脆片和果脯加工企業(yè)4家，2019年濃縮蘋果汁和蘋果脆片產(chǎn)量分別為21 429 t和900 t。全市每年廢棄的蘋果幼果10萬t；僅生產(chǎn)蘋果濃縮汁和蘋果脆片每年產(chǎn)生的蘋果皮渣達(dá)15 300萬t，但由于對(duì)蘋果副產(chǎn)物深加工和綜合利用技術(shù)水平有限，每到生產(chǎn)旺季，因大量蘋果副產(chǎn)物無法得到有效處理，不得已以每車20～30元的價(jià)格讓周圍的農(nóng)民當(dāng)垃圾深埋，不僅造成了資源的巨大浪費(fèi)，還對(duì)環(huán)保造成巨大壓力。如何充分利用青蘋果和蘋果皮渣進(jìn)行深加工和資源化利用，已成為科技界迫切需要研究的主要課題。

2 蘋果副產(chǎn)物資源化利用存在的主要問題分析

2.1 引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的綜合性專業(yè)化重大成果不足

由于缺乏科技投入和政策支持的長(zhǎng)效機(jī)制，致使成果輸出缺乏原動(dòng)力和大項(xiàng)目支持，用于轉(zhuǎn)化的成果總量，特別是能夠使蘋果副產(chǎn)物真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的高質(zhì)量科技成果數(shù)量很少。雖然已有一些科研單位開展了蘋果副產(chǎn)物資源化利用研究，少數(shù)企業(yè)也以蘋果副產(chǎn)物為原料在蘋果果膠提取、飼料加工等方面建立了生產(chǎn)線，但真正能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化、專業(yè)化綜合利用的成套技術(shù)很少，甚至有的處理利用模式經(jīng)不起實(shí)踐檢驗(yàn)，容易造成新的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，或用于加工的高附加值產(chǎn)品少，沒有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，達(dá)不到批次高效利用的目的。

2.2 蘋果副產(chǎn)物資源化利用技術(shù)的實(shí)用性、實(shí)效性不強(qiáng)

國(guó)內(nèi)的一些高校和院所在實(shí)驗(yàn)室對(duì)蘋果皮渣綜合利用進(jìn)行了小批量的研究，工業(yè)化放大的可行性研究和技術(shù)推廣效益的認(rèn)證還不夠,而且多數(shù)研究主要集中在單一技術(shù)方案,往往忽視了資源利用的效益最大化。此外,在鏈接高校、院所與企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)的中間環(huán)節(jié)還存在基礎(chǔ)研究“最先一公里”和成果轉(zhuǎn)化、市場(chǎng)應(yīng)用“最后一公里”脫節(jié)問題。這在一定程度上影響了蘋果副產(chǎn)物資源化利用技術(shù)的實(shí)用性和實(shí)效性。有必要從蘋果加工企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展與民生改善急迫需要和長(zhǎng)遠(yuǎn)需求出發(fā)，凝練科技問題，布局戰(zhàn)略力量，激發(fā)創(chuàng)新主體活力，加強(qiáng)技術(shù)供需對(duì)接，優(yōu)化配置創(chuàng)新資源，推進(jìn)形成特色鮮明、快速高效，政產(chǎn)學(xué)研用緊密結(jié)合的資源化、產(chǎn)業(yè)化綜合利用新技術(shù)、新模式。

2.3 蘋果副產(chǎn)物用作飼料或食品原料的質(zhì)量安全無法得到保障

新鮮蘋果皮渣中70%以上是水，此外還含有可溶性糖，果膠、淀粉、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、脂肪、蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和微量元素，而且由于其pH值呈酸性，非常適合腐敗菌等微生物生長(zhǎng)繁殖。蘋果加工企業(yè)大都沒有對(duì)自身產(chǎn)生的蘋果皮渣進(jìn)行資源化再利用的技術(shù)和設(shè)備，或工藝落后、產(chǎn)品單一，使主打產(chǎn)品生產(chǎn)產(chǎn)生的蘋果皮渣往往得不到及時(shí)處理，輕則氧化褐變，重則會(huì)滋生大量微生物而腐爛變質(zhì)，失去用作食品或飼料原料的基本性能，甚至存在安全隱患，進(jìn)而無法實(shí)現(xiàn)資源化利用。

2.4 現(xiàn)有生產(chǎn)模式下難以實(shí)現(xiàn)就地就近集約化處理和利用

一方面，廢棄蘋果幼果的農(nóng)戶和排放蘋果皮渣的蘋果加工企業(yè)由于普遍規(guī)模較小，自身產(chǎn)生的蘋果副產(chǎn)物不足以滿足專門生產(chǎn)線的原料需求，且沒有專業(yè)化利用技術(shù)和設(shè)備，無法對(duì)企業(yè)自身產(chǎn)生的蘋果副產(chǎn)物進(jìn)行無害化處理和資源化利用，眼看著大量可以資源化利用的蘋果幼果和皮渣白白浪費(fèi)而無能為力；另一方面，專業(yè)化的加工利用企業(yè)由于用作生產(chǎn)原料的蘋果皮渣供不應(yīng)求，而長(zhǎng)期停工停產(chǎn)，造成大量人力資源浪費(fèi)和設(shè)施設(shè)備閑置，企業(yè)在定期維護(hù)設(shè)備的同時(shí)還需支付一定的勞動(dòng)力工資來維持下一年的生產(chǎn)，這給企業(yè)生存帶來了巨大壓力。

3 蘋果副產(chǎn)物資源化利用的對(duì)策建議

3.1 加強(qiáng)蘋果加工企業(yè)技術(shù)升級(jí)改造

按照“循環(huán)利用、全值利用、梯次利用”理念，通過政策引導(dǎo)、財(cái)政支持等措施，鼓勵(lì)和規(guī)范蘋果加工企業(yè)在優(yōu)化主打產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的同時(shí)，加強(qiáng)蘋果皮渣保色、護(hù)色和制干技術(shù)創(chuàng)新，建立蘋果皮渣烘干生產(chǎn)線和幼果收購(gòu)中轉(zhuǎn)站，促進(jìn)蘋果副產(chǎn)物在企業(yè)內(nèi)部就地及時(shí)得到無害化處理；確保蘋果皮渣及時(shí)得到干燥，使其水分達(dá)到安全存放標(biāo)準(zhǔn)，符合飼料或食品原料的理化和微生物指標(biāo)，為下游蘋果副產(chǎn)物資源化利用企業(yè)提供安全、適宜原料的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)自身企業(yè)效益最大化。充分發(fā)揮環(huán)保、食藥監(jiān)等部門的監(jiān)管作用，禁止未經(jīng)任何處理的蘋果皮渣隨意廢棄或無害化處理不合格、不安全的蘋果皮渣流向市場(chǎng)。

3.2 推進(jìn)蘋果副產(chǎn)物資源化利用及其綜合配套技術(shù)研究和創(chuàng)新

重點(diǎn)強(qiáng)化資源利用高值化、生產(chǎn)能力規(guī)模高效化、再次利用加工環(huán)境友好化等核心技術(shù)的研究與開發(fā)，加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)和設(shè)備的研發(fā)和推廣，并給予適當(dāng)?shù)呢?cái)政補(bǔ)助。探索以“廢棄”的幼果和蘋果皮渣為原料，采用冷凍干燥技術(shù)生產(chǎn)果粉后，再通過有機(jī)溶劑提取工藝生產(chǎn)蘋果多酚等生物活性物質(zhì)，最后利用剩余的“廢渣”生產(chǎn)富含膳食纖維的保健食品，研究、探索以蘋果皮渣為原料加工蘋果粉、蘋果多酚等生物活性物質(zhì)和蘋果膳食纖維的生產(chǎn)最佳生產(chǎn)工藝，為帶動(dòng)蘋果皮渣綜合利用開辟一條新的途徑。

3.3 建立高質(zhì)量專業(yè)化蘋果副產(chǎn)物加工再利用企業(yè)

堅(jiān)持“創(chuàng)新引領(lǐng)、需求導(dǎo)向、特色鮮明、協(xié)同高效”原則，具備條件的企業(yè)，采取先進(jìn)的提取、分離、制備技術(shù)，挖掘蘋果副產(chǎn)物的綜合利用新模式，開發(fā)新能源、新材料、新產(chǎn)品等，進(jìn)一步完善技術(shù)模式。同時(shí)，要從保障食品、飼料安全，防止二次污染等多角度進(jìn)行綜合考量，培育更多低成本、低能耗、低排放、高效率的蘋果皮渣綜合利用新業(yè)態(tài)，使蘋果副產(chǎn)物真正實(shí)現(xiàn)“吃干榨凈”、變廢為寶，延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)高值化綜合利用。

4 以蘋果皮渣為原料適宜加工的新型產(chǎn)品

4.1 蘋果皮膳食纖維咀嚼片

膳食纖維對(duì)人體具有其他營(yíng)養(yǎng)素不能代替的生理功能: 具有高吸水性和持水性，促進(jìn)排便;吸附膽固醇、腸毒素，影響體內(nèi)膽固醇代謝，促進(jìn)腸內(nèi)毒素的排出;吸水后對(duì)胃腸有填充作用，減少人體對(duì)脂肪的吸收，可預(yù)防肥胖。膳食纖維能夠調(diào)節(jié)血糖，促進(jìn)腸道蠕動(dòng)，促進(jìn)消化和固體廢物排泄，改善腸道微生物菌群，是預(yù)防各種“富貴病”和降低結(jié)腸癌患病風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)良助劑，也是一種具有優(yōu)良膠凝化和乳化作用的天然食品添加劑，被譽(yù)為人類“第七營(yíng)養(yǎng)素”。經(jīng)測(cè)定，風(fēng)干的蘋果皮渣膳食纖維含量高達(dá)3.8%，是用于加工富含膳食纖維保健食品（蘋果皮膳食纖維咀嚼片）的優(yōu)質(zhì)資源，其加工工藝為：鮮蘋果皮→水洗→擠壓膨化→烘干→超微粉碎→混合配料→制軟材（加潤(rùn)濕劑）→壓片→滅菌→包裝。

4.2 提取蘋果多酚

蘋果多酚具有清除體內(nèi)自由基、抗脂質(zhì)氧化、改善肺功能和抑菌、抑病毒等多種功能，可防止食品氧化變質(zhì)，延長(zhǎng)保質(zhì)期，是一種優(yōu)良的天然抗氧化劑和功能食品基料，可以添加到食品和化妝品中，還可以防止衰老，抗腫瘤、過敏和齲齒，抑制高血壓和高脂血癥，其抗氧化能力是維生素E的50倍，生理功能是茶多酚的100倍[1]。據(jù)測(cè)定，蘋果皮渣總多酚含量高達(dá)13 g/kg左右。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用乙醇提取蘋果多酚，其穿透力強(qiáng)，工藝簡(jiǎn)單，條件容易控制，提取率較高，且乙醇易除干凈，該工藝用于工業(yè)化生產(chǎn)，成本較低且安全，其最佳工藝條件為：料液比1∶14、溶液pH5.5、乙醇濃度50%、提取溫度70 ℃、浸提時(shí)間35 min、超聲波頻率40 kHz，該工藝條件下蘋果多酚的得率可以達(dá)到2.979 8 mg/g。通過靜態(tài)吸附、解吸實(shí)驗(yàn)篩選出純化蘋果多酚的最佳樹脂為D101型大孔吸附樹脂，它不僅對(duì)蘋果渣中的多酚物質(zhì)具有較強(qiáng)的吸附能力，而且易于洗脫，是吸附分離蘋果渣多酚的優(yōu)良材料，蘋果多酚分離、純化最佳工藝條件為:上柱濃度1.5 mg/mL、pH4.5、上樣速度1.25 mL/min；洗脫劑優(yōu)選為乙醇、洗脫劑濃度為60%。

4.3 生產(chǎn)蘋果果膠

果膠具有卓越的凝膠性和乳化穩(wěn)定性，是食品工業(yè)優(yōu)良的添加劑，而且果膠作為可溶性膳食纖維具有抗癌、防腹瀉、治療糖尿病等功效，是保健品和化妝品重要的輔助原料[2]。據(jù)調(diào)查，全世界果膠的年需求量超過2萬t，而且其需求量在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)仍將以每年13%的速度增長(zhǎng)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年果膠需求量將近2 000 t，其中進(jìn)口量超過70%，且其需求量呈高速增長(zhǎng)趨勢(shì)。有關(guān)研究顯示，蘋果干渣中果膠含量達(dá)15%～18%[3]。當(dāng)前，酸水解法是以蘋果渣為原料提取果膠的首選工藝，其生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品得率高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，影響果膠提取的主要因素是pH，其次分別是提取溫度、提取時(shí)間、料液比。其加工工藝流程為：蘋果皮渣→預(yù)處理→分離→酸解→分離→脫色→過濾→濃縮→沉析→分離→干燥→包裝；最佳工藝條件是：pH2.5、提取溫度80 ℃、提取時(shí)間110 min、料液比1∶15（g/mL）。在此條件下，果膠的提取率最高可達(dá)10.20%。

4.4 發(fā)酵蘋果果醋

果醋與糧食醋相比，鉀、鋅離子含量較高，利于調(diào)節(jié)人體內(nèi)鈉鉀平衡，保護(hù)心血管，很受消費(fèi)者喜愛，特別在沿海開放城市，果醋產(chǎn)品可用作西餐菜肴和海鮮調(diào)料，市場(chǎng)供給非常緊俏。以蘋果渣為原料經(jīng)科學(xué)方法釀造的果醋，不僅酸度能達(dá)到食用醋的標(biāo)準(zhǔn)，而且還保留了水果特有的的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。蘋果渣固態(tài)發(fā)酵果醋工藝流程為：蘋果渣→除雜→水洗→粉碎→配料→接種酵母菌→攪拌→酒精發(fā)酵→加麩皮→接種醋酸菌→醋酸發(fā)酵→淋醋→滅菌→陳釀→灌裝。其酒精發(fā)酵適宜工藝參數(shù)為：加酶量0.06%、酵母接種量8%、初始糖度16°Brix；醋酸發(fā)酵最優(yōu)技術(shù)參數(shù)為配料比1∶10、醋酸菌接種量15%、發(fā)酵溫度32 ℃[4]。

4.5 蘋果皮渣飼料

蘋果皮渣（干）中粗纖維含量15.3%，粗蛋白含量5.6%、粗脂肪含量6.2%，總糖含量高達(dá)6%，以蘋果皮渣為原料加工飼料無疑是蘋果皮大量利用的有效途徑，但因蘋果皮中含有果膠和單寧成分，對(duì)家畜和家禽消化有不良影響。因此，利用蘋果皮加工飼料需經(jīng)過發(fā)酵、干燥處理。目前，最便捷、最高效的生產(chǎn)途徑是果皮青貯和生產(chǎn)蛋白顆粒飼料。其中，利用蘋果皮渣生產(chǎn)生物蛋白飼料，不僅解決了蘋果皮的污染問題，還能提高果皮利用率，降低飼料成本，提高綜合效益。