果蔬加工副产物的利用现状及发展趋势研究进展

杨文晶，许泰百，冯叙桥，*，程　丞，吕佳煜，侯　宇

（1.渤海大学食品科学研究院，辽宁省食品安全重点实验室，辽宁锦州121013；2.沈阳农业大学食品学院，辽宁沈阳110866）

果蔬加工副产物的利用现状及发展趋势研究进展

杨文晶1，许泰百1，冯叙桥1，*，程丞2，吕佳煜1，侯宇1

（1.渤海大学食品科学研究院，辽宁省食品安全重点实验室，辽宁锦州121013；2.沈阳农业大学食品学院，辽宁沈阳110866）

我国果蔬加工业发展迅速，果蔬加工副产物也随之增多，由此而引发的废弃物污染越来越严重。同时，果蔬加工副产物含有的多种有效成分，没有加以利用而造成的资源损失也不可忽视。本文阐述了果蔬加工副产物的利用现状，分析了果蔬加工副产物的发展趋势，并就果蔬加工副产物的综合利用提出建议。

果蔬加工，副产物，营养成分，资源利用

果蔬加工副产物是指在果蔬加工过程中产生的如果皮、果核、果渣、种子、叶、茎、花、根、等副产物［1-2］。近年来我国果蔬生产和加工业发展迅速，是农村经济的支柱产业。据中国统计年鉴记录［3］，2013年全国蔬菜种植面积为2020万公顷，同比增长1.1%；产量达到7.06亿吨，同比增长1.2%；2013年全国果园面积为1280万公顷，同比增长4.1%，产量为1.50亿吨，同比增长3.7%。果蔬加工中会产生很多副产物，果蔬产量的庞大也就决定了加工副产物的增多。据统计，中国每年果蔬加工产生的废弃物高达1亿吨［4］，并且持续增多，绝大部分没有得到资源化利用而直接丢弃或者填埋，对人们的生活环境造成污染的同时也造成了资源的浪费［5］。

果蔬加工副产物的利用率不高是全球问题，在欧洲，每年的果蔬加工副产物多达几百万吨，主要通过填埋来处理，废弃物中有价值的成分未得到充分利用［6］。根据联合国粮农组织的统计数据，印度是世界第二大水果生产国，水果加工过程中产生大量的皮、籽、渣等废弃物，因为没有合适的技术和方法去处理，所以这些可利用资源没有得到有效利用。目前印度正在积极研究如何利用这些废渣中的生物活性成分，并应用于食品、化妆品、医药等行业［7］。由此可见，加强果蔬加工副产物的综合利用成为果蔬加工业面对的重大问题。本文阐述了果蔬加工副产物的利用现状，并分析了未来发展趋势，以期为果蔬加工副产物的综合利用提供参考。

1　果蔬加工副产物中可利用成分

果蔬加工副产物的主要成分有糖分、纤维素、半纤维素及矿质元素（表1）。刘松毅等［8］对北京市某农贸市场的垃圾做了调研，其中大部分为果蔬垃圾，通常占垃圾总量的90%以上，其pH较低（4.46），含水量高（81.71%），还含有各种营养元素，因此容易腐败变质。就蔬菜渣来说，大多数属于高纤维、低蛋白、高含水量物质，如果处理不当，造成堆积，在高温雨季极易发生腐烂变质，传播疾病［9］。在有害微生物的作用下，能产生大量的热量和NH3、H2S、CO2、CH4、C2H4及其他CH化合物［10］，对农业生态环境造成严重污染。

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

我国每年果蔬废弃物产量可达果蔬总产量的25%～30%，约有1亿多吨的水果和蔬菜废弃物被丢弃［4，12］。如木瓜的加工过程约造成木瓜总重50%的废弃物［13］，每年苹果深加工产生的苹果渣有几百万吨［11］。果蔬加工废弃物中含有一定量的可利用成分（表2），如能合理加以利用，不仅能创造一定的价值，还能在一定程度上解决因处理不当而造成的环境污染问题。

我国是水果生产大国，水果产量连年增加，其加工副产物也越来越多，而果皮在整个水果中占较大比重［19］，是水果加工业副产物中的主要部分。以我国四大水果苹果、香蕉、梨、柑橘为例，果皮占有率分别为10%～15%、35%～41%、11%～16%、16%～23%［20］。水果果皮中的可利用成分比较多，菠萝皮中的水分、总糖等成分比例与果肉相差无几，粗蛋白和灰分的含量还高于果肉，分别是果肉的250%和300%；菠萝皮中还含有大量纤维素且还是良好的碳源，可以为微生物发酵所利用［13］。另外，香蕉皮中的营养成分也很丰富，香蕉果肉与香蕉皮中的含水量都很高（73.1%，90.8%），另外还含有蛋白质、纤维素、总糖、脂肪等营养成分（图1）。香蕉皮中脂肪（0.76%）和粗纤维（3.38%）含量均高于果肉中的含量（分别为0.5%和0.9%），蛋白质含量约为0.74%［20］。Gonzalez-Montelongo等［21］研究发现香蕉皮中含有多巴胺和左旋多巴，儿茶酚胺等大量的抗氧化活性成分，使其成为一种开发保健品的潜在可利用原料。

柑橘在加工生产橘子汁时，约产生40%～50%的皮渣［22］，而柑橘皮中含有丰富的维生素C、胡萝卜素、蛋白质、糖类和多种微量元素，营养价值高［23-24］。梨皮中含有多酚，黄酮类化合物［25］，在生产糖水梨罐头时，去除的梨皮占水果的17%～20%［26］；西瓜皮中含有丰富的维生素C、黄酮类活性物质［27］，西瓜在鲜食后，占西瓜总重约1/3的瓜皮被丢弃［28］。由此可见，大量果皮被浪费，势必造成可利用物质的损失和环境污染，现阶段水果果皮的回收再利用情况实际上没有怎样进行，绝大部分果皮被丢弃，仅食品加工厂对果皮有一定的利用，主要加工成果皮酱及蜜饯等［23］。

图1　香蕉/香蕉皮主要营养成分含量［20］Fig.1　The main nutrients of banana pulp and peel［20］

表2　几种果蔬残渣的可利用成分Table 2　Useful components of several kinds of fruit and vegetable scraps

2　果蔬加工副产物的利用途径

目前，果蔬加工副产物主要作为动物饲料或者被填埋，深加工很少［29］。如前所述，果蔬加工副产物富含有机物，含有抗氧化物质、果胶、膳食纤维、天然色素等功能性成分。因此，果蔬加工副产物的综合利用，无论从资源合理利用、活跃经济，还是从环境保护、低碳生活的角度来说，都是非常必要的。目前，果蔬加工副产物综合利用的途径主要包括提取果胶、制造膳食纤维、提取色素和抗氧化物质等几个方面。

2.1提取果胶

果胶是一种杂多糖，主要从陆生植物的细胞壁中获得，是一种非常重要的食物原材料和药物成分［30］。果胶具有降血脂、降胆固醇、抗辐射、吸附重金属离子、润肠通便和抗癌等作用［31］，广泛应用于食品、医疗、化工、纺织等行业［32］。果胶也是一种高附加值的功能性食品成分，作为胶凝剂和稳定剂已在果酱、果冻中广泛应用［33］。果胶的提取一般有酸提法、醇沉法、盐析法、微波辅助提取及超声波辅助提取等方法，在果蔬废弃物中提取对象主要是苹果渣或柑橘皮［34-35］，因为这两种副产物在果蔬加工业中产生多而且集中。长期以来，果胶生产技术主要由国外公司所垄断，而国内对果胶的研究开发起步较晚，工业化生产水平相对较低，主要体现在所提果胶品质较低、色泽凝胶强度较差、提取技术不成熟，相对低端的工艺生产技术导致果胶生产规模较小、产量低且成本较高。目前，国内仍普遍采用传统酸法提取果胶［36］，从柑橘皮中提取果胶时采用此方法会导致部分可溶性果胶水解且提取率低（2.8%）［37］。孙悦等［38］采用超声波辅助提取法，在pH1.5、提取温度70℃、提取时间45min、固液比20∶1的条件下提取柑橘皮中的果胶，得率高达20.8%。白丽娟等［39］采用醇沉法对苹果渣中的果胶进行提取，提取果胶的得率较高，工艺条件为酸提液pH1.5，料液比1∶14，酸提时间1.5h，重复三次，果胶的平均提取率为7.85%，且所得果胶纯度高、质量优。李朋亮等［40］采用酸提盐析法对苹果渣中的果胶进行了提取，在温度85℃、pH1.5、提取时间2.0h、料液比为1∶14（v/v）的条件下，研究了饱和Al2（SO4）3溶液的加入量对果胶提取率的影响，在添加量为果胶液的3%（v/v）时，提取率可达到17%，为工业化生产果胶提供了参考。上述研究为更加高效利用皮渣，减少浪费，保护环境，进一步提高果蔬加工副产物的附加值，提供了技术上的支持。

2.2制造膳食纤维

在果蔬加工过程中约有1/3的原材料被剔除［41］，果蔬是人们饮食中膳食纤维的主要来源，在其废弃物中膳食纤维含量也较丰富［42］。如甘薯废渣中含有20%～30%的膳食纤维［43］，是制造膳食纤维产品的良好原料来源。美国谷物学家定义的膳食纤维是由可食性植物的一部分或类似的碳水化合物组成，能抗人体小肠消化吸收，同时对人体有有益的生理效应，如降血糖、降低人体胆固醇以及润肠通便等，此外还可预防心脏病和癌症等［44-45］。膳食纤维具有较好的保健性能，适合做食品添加剂、保健品或者辅助药品。目前，通过膳食纤维减肥越来越受到人们的重视，开发新型功能性减肥产品是一个好的发展方向，果蔬废弃物中含有的果胶、膳食纤维都是制造减肥产品潜在的资源。

提取膳食纤维主要有酶法、发酵法、热水提取法、化学提取法等方法。邬建国等［43］以甘薯渣为原料，采用药用真菌液态发酵，对甘薯渣制取膳食纤维的工艺进行了研究，在摇床水平，采用甘薯渣9%，麸皮0.8%的培养基发酵4d后发酵液中的膳食纤维含量可达到29.63g/L，膳食纤维产量得到较大提高。张晶等［46］利用磷酸盐缓冲液从香蕉皮中提取可溶性膳食纤维，在温度95℃，浓度0.09mol/L，pH6.8，提取时间80min的条件下，可溶性膳食纤维的提取率为5.03%。废渣的利用不仅在很大程度上缓解了果蔬残渣造成的污染问题，还能扩展废弃物产品开发和应用的领域，同时产生更大的经济效益与社会效益。目前，国内外提取膳食纤维方法以化学法为主，虽然成本低，但对膳食纤维产品的理化性质和生理功能有一定影响［47］。积极探索采用较为温和的工艺方法和高新技术提取分离膳食纤维，以进一步提高膳食纤维的品质，是将来膳食纤维提取分离与利用研究中值得重视的一个方面。

2.3提取色素

植物中的色素均为天然色素，大多为花青素类、黄酮类、类胡萝卜类化合物，对人体无毒无害，具有一定的营养价值和生物活性。从果蔬加工副产物中提取这些色素可作为良好的保健品材料和调味品，在食品工业中主要用作着色剂，并被大多数人所接受。

提取色素的方法很多，主要有超声波辅助提取、微波萃取、有机溶剂法、膜分离法等。传统的溶剂萃取法具有耗时长和耗能大的缺点，且成品中溶剂易残留，影响到产品的安全性，现在正积极开发提取效率高、得率高并且环境友好（不使用或极少使用有机溶剂）的提取方法［48］。邓涛等［49］采用超声波辅助提取法对柑橘皮中的色素进行提取，提取溶剂为无水乙醇，橘皮粉碎粒度为80目（0.198mm），料液比为1∶9，超声波功率为300W，提取时间为17min，提取温度为79℃，该条件下所提色素的吸光度值较大，说明提取率较高。紫甘薯渣是紫甘薯淀粉提取过程中产生的副产物，含有丰富的紫色素。李帅等［50］以新鲜紫甘薯渣为原料，采用微波萃取法对其中的紫色素进行了提取，在pH2盐酸水溶液，料液比1∶5（g/mL），温度70℃，时间5min，功率600W的条件下，紫色素的吸光度值为0.791，提取效果较好。紫山药皮中含有大量的花青素，因而呈现出鲜艳的玫瑰色，而且具有很强的抗氧化性和一些独特的保健功效。李时佼等［51］对紫山药皮中的花青素进行了提取，以吸光度为指标，在提取温度70℃，提取时间1.5h，料液比1∶8，提取剂浓度30%的条件下，提取率最高可达0.647%。

2.4提取抗氧化物质

无论是花青素、黄酮类等多酚类物质，还是维生素C，均具有抗氧化作用，能清除人体内的自由基，预防心血管疾病，提高人体免疫力［52］。提取抗氧化成分的方法主要有溶剂法、微波辅助、超声波辅助、超临界萃取等方法。王艾平等［53］发现我国对葛根资源的研究和利用主要是从葛根中提取淀粉和黄酮类化合物，随后对葛根渣中的抗氧化物质进行了提取，以蒸馏水为溶剂，在料液比1∶40（g/mL），回流时间2.0h，回流温度95℃条件下，提取出的抗氧化物质对O2-的清除率为73.65%，抗氧化能力强，为葛根渣的综合利用提供了依据。芒果无论是加工还是鲜食，果皮都被丢弃，没有得到有效利用。周毅刚等［54］采用DPPH法和ABTS法对5种芒果果皮和果肉的抗氧化能力进行了分析，证明芒果作为鲜食或者加工废弃物的芒果皮，其抗氧化物质的含量明显高于芒果果肉，可作为一种潜在的功能性食品原料。葡葡中含有的多酚是一种植物多酚类活性物质，包括酚酸（phenolic acids）、类黄酮类（flavonoids）、原花色素类（proanthocyanidins）、白藜芦醇（Resveratrol）等，主要存在于葡萄皮与葡萄籽中，籽中含量可达50%～70%，红葡萄（Vitis vinifera）的果皮中可达25%～50%，葡萄中的多酚物质不仅能够延缓动脉粥样硬化，减少血栓的形成，还具有抗菌抗癌、抗过敏、抗氧化等多种药理活性，在医药领域具有十分重要的应用价值［55］。如何更高效地提取抗氧化物质等功能性成分是需要进一步研究和关注的问题。

3　果蔬加工副产物综合利用的发展趋势

随着人们对果蔬制品需求的增加，加工过程中产生的废弃物也会大量增加，为了果蔬加工业的可持续性发展，最大程度地减少浪费，有效利用资源，必须寻求这些废弃物的合理利用途径。从果蔬加工废弃物的特点和现代果蔬加工技术的发展来综合考虑，果蔬加工废弃物的利用将具有下述发展趋势。

首先，果蔬加工废弃物可利用来生产系列膳食纤维减肥产品。据统计，2005～2010年我国肥胖率最高达到12%［56］，虽尚低于欧美等发达国家，但是肥胖问题仍不可忽视。作为代谢紊乱性疾病，肥胖往往伴随糖代谢异常、高血压、高血脂、异位脂质沉积、脂肪肝、心血管疾病等［57］，还有患甲状腺癌的风险［58］，因此减肥相当必要。而果蔬加工废弃物因为富含纤维素，是生产系列膳食纤维减肥产品的比较理想的原料。

其次，果蔬废弃物的利用途径将得到进一步扩展。例如，可以利用某些果蔬废弃物特殊的香味来制作调味料，像柑橘类果皮的应用一直不高，大部分被丢弃，但是它们香味独特，可制成调味品，柑橘类果皮直接磨碎后可添加于家常小甜饼、蛋糕、调味汁、水果、沙拉和饭中；可以利用椰子壳、杏仁壳等坚果壳制造食品医药等行业广泛应用的活性炭，理论上绝大部分含碳物质均可用于制备活性炭，适宜制备活性炭的原料应是固定碳和挥发性成分含量较高而灰分较少的物质［59］，农林副产品通常具备这一特征且来源广泛价格低廉，因此可以考虑应用杏壳、桃壳、椰子壳等物质制备活性炭；利用果蔬废弃物作为能源物质，通过焚烧炉焚烧、发酵产生沼气等方式发电等。

另外，高新技术在果蔬废弃物处理中的应用范围将大幅度扩大。如利用微波辅助提取、超临界萃取、膜分离技术等高新技术从果蔬废弃物中提取生物活性成分，能够提高提取率，减少有效成分的损失。在保证卫生和质量的前提下，可以利用高新技术将果蔬加工副产物直接制造成成品，如利用真空浓缩及冷杀菌技术将果蔬废弃物加工成果酱、蔬菜酱，利用超微粉碎技术将果蔬废弃物加工成果蔬粉等，可以真正地变废为宝。

当今世界是低碳的世界，环保的世界，建设资源节约型、环境友好型社会一直是人类共同的追求。果蔬加工副产物的综合利用，既能消除农业污染，又能变废为宝。寻求低投入、低能耗、无害化、高效能的果蔬加工副产物资源化利用技术是果蔬加工废弃物综合利用的研究重点和发展方向。

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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

杨文晶（1990-），女，硕士研究生，研究方向：农产品加工与贮藏工程。

冯叙桥（1961-），男，博士，教授，研究方向：农产品贮藏与加工工程。

辽宁省科技厅农业攻关及成果产业化项目（2011205001）；渤海大学人才引进基金项目（BHU20120301）。