柑桔属水果皮渣资源化利用综述

2021-12-07陈庭园黄家威王倡宪

现代园艺 2021年1期

陆羽，白杨，陈庭园，黄家威，王倡宪

（黑龙江大学现代农业与生态环境学院/农业资源与环境安全重点实验室，黑龙江哈尔滨 150080）

我国是世界柑桔主要生产国之一，2017 年柑桔种植面积为258.72 万hm2，产量达3816.78 万t，占世界柑桔年产量的30%[1-2]。柑桔为芸香科（Rutaceae）柑桔亚科柑桔属（Citrus）植物，包括柑桔、葡萄柚、柠檬等17 种水果，该属水果除部分鲜食外，约1/3 用于果汁及罐头生产，与此同时产生柑桔皮渣等副产品，柑桔皮渣占柑桔鲜重的45%～60%，包括果皮、种子、桔络及残余果肉等，皮渣中富含多种活性成分，是一种极具开发价值与应用潜力的植物资源[3-4]。

我国每年产生柑桔皮渣高达1000 万t 以上[5]。受研究与技术的限制，绝大部分皮渣被废弃或填埋，不仅污染环境，而且造成了资源浪费。因此，如何将丰富的柑桔皮渣资源有效化是我国柑桔产业必须面对的现实问题。鉴于此，就柑桔属植物果皮的主要成分及其功效进行了介绍，并总结了该资源的主要利用方式及存在的问题，以期为正确认识及合理利用该资源提供必要的理论依据。

1 柑桔果皮的主要成分

1.1 香精油

香精油是天然植物香料最主要的成分之一，是从花朵、果皮等植物体内通过蒸馏加工等方式得到的具有香味的液体，这其中含有一些可挥发性物质。柑桔皮中含有丰富的香精油，约占果皮鲜重的0.5%～2%[6]。柑桔皮中提取得到的香精油在食品、医药、化妆品等领域被广泛开发与利用[7]。

1.2 色素

柑桔属植物果实的色素源于脂溶性类胡萝卜素与水溶性花青素，其中，类胡萝卜素包含胡萝卜素和叶黄素。研究发现，柑桔类果皮是类胡萝卜素的主要贮存库，包含叶黄素、玉米黄素、β-隐黄质等[8-9]。类胡萝卜是人体自身无法合成的天然色素，其在自由基清除、癌症治疗及疾病预防等方面表现卓越[10]。

1.3 果胶

果胶是广泛存在于植物细胞壁的杂多糖。柑桔皮是果胶的重要来源，果胶含量占其干重20%～30%[11]。果胶在食品上常用作食品添加剂，主要有乳化、稳定、胶凝、增香等作用；在医药品上，果胶因其特殊的结构，具有吸附重金属离子、抗辐射、降低肠道pH 值、促进有益菌增殖和降血糖、血脂、胆固醇等作用，果胶经改性后，在疾病防控及水处理方面有了新的应用[12]。

1.4 膳食纤维

膳食纤维是指能抗小肠消化吸收的而在人体大肠可部分或全部发酵的可食用的植物成分、碳水化合物及其相类似物质的总和[13]。依据其溶解性分为可溶性膳食纤维与不溶性膳食纤维。不溶性成分主要作用于肠道并产生机械蠕动，而可溶性成分则更多地发挥代谢功能，2 种成分的配比关系到其生理活性[5，14]。柑桔类果皮中含有丰富的膳食纤维，作为人类的第七营养素，膳食纤维经改性后具有诸多重要的生理功能[15-16]。

1.5 橙皮苷

橙皮苷是一种黄酮类糖苷，在成熟的柑桔类水果果皮中，橙皮苷含量超过干质量的2%。橙皮苷具有抗菌、抗氧化、抗癌等功效，具有重要的保健和药用价值[17-18]。

2 柑桔果皮资源化利用的主要方式

2.1 柑桔皮渣填埋处理

填埋是处理城市垃圾的传统方式，也是目前柑桔加工厂处理柑桔皮渣的主要方式。但是，对柑桔皮渣进行填埋处理不仅占用大量土地，而且填埋处理时会产生大量高酸度、高COD 值的渗滤液，污染环境。另外，卫生填埋是厌氧的不完全降解过程，皮渣的降解过程不仅时间长，而且还会产生大量有毒有害的物质，污染环境[19]。因此，填埋柑桔皮渣虽然操作简单，但效果差、成本高，不仅造成了资源的浪费，而且污染环境。在人们越来越注重“绿水青山”的今天，需要更为环保的处理方式。

2.2 柑桔果皮的沼气化处理

沼气化处理柑桔果皮是目前比较新颖的处理方式。有研究表明，柑桔皮的厌氧发酵产沼气潜力比较大，即单位原料质量产沼气量达1.05m3/kg TS；从产气成分看，CH4含量最高，可达69.50%[20]。当然，该研究成果应用于实践还需要一定的时间，但这也为柑桔果皮资源化利用提供了新的思路。

2.3 柑桔果皮的堆肥处理

柑桔皮渣中含有大量水分，植物所必需的氮、磷、钾等营养元素及有机质的含量也非常丰富，这为利用柑桔皮渣制取有机肥提供了有利条件。以柑桔皮渣为原料，在微生物的作用下，配合稻草、秸秆等其他农业有机废弃物，经高温发酵无害化处理后生产有机肥。相关研究表明，利用柑桔果皮制成的皮渣有机肥肥效稳定且养分释放持久，与作物生长协调一致。施用皮渣肥不仅可以改善柑桔树体氮、磷、钾营养，而且能提高果实亮度，改善风味，提高品质，促进柑桔园优质增效[21]。另在烟草上的研究发现，化肥与皮渣有机肥配合施用，不仅能显著提高烟叶的产量和产值，还可显著增加烟叶中的钾元素含量及糖碱比，而烟碱含量却明显降低，有益于烟株生长和品质提升[22]。

2.4 柑桔果皮的提取物处理

随着我国农业的快速发展，长期使用农药加剧环境污染，不符合我国“既要金山银山，又要绿水青山”的发展理念，而且长期使用农药还会使病原体的抗性增强，不利于病虫害防治。因此，开发高效、低毒、低残留且环境友好型的杀菌剂，有助于保障我国的粮食安全，促进我国农业健康发展。

柑桔果皮中含有丰富的生物活性物质，其中，大部分具有抗菌、杀虫、抗氧化、抗病毒等作用。有试验表明，柑桔属植物果皮精油能较好地抑制常见的革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌，而且表现出了较好的广谱菌性，能有效抑制金黄色葡萄球菌、蜡状芽孢杆菌、增生李斯特单胞菌等[23-24]。柑桔属植物果皮精油对霉菌也有较好的抑制作用。柠檬精油、柑桔精油、葡萄柚精油和橙子精油对黑曲霉、黄曲霉、产黄青霉和青霉菌都显示出较好的抑制作用。其中，橙子精油对黑曲霉抑制效果最好，柑桔精油对黄曲霉抑制效果最好[25]。

这些精油因其抑菌特性，在防治植物病害中也有着非常广泛的应用，在荞麦上的研究发现，柑桔精油对立枯丝核菌具有一定的抑制作用，其抑制效果与供试浓度呈正相关[26]。类似的研究证实，采后香蕉施用青香蕉果皮的抗病物质后，其抗病性增强[27]。此外，果皮中的橙皮苷在清除自由基与控制肥胖等方面的作用更是不容小觑[28-32]。

柑桔属植物的果皮提取物在抑制水华，保护水体健康等方面也表现出巨大潜力。有研究表明，柑桔类果皮水提液可以抑制铜绿微囊藻叶绿素a 的合成，从而抑制其生长[33]。柑桔果皮的提取物除了能抑制微生物的生长，在一定浓度下，还能增加土壤微生物的数量，改善土壤环境。研究表明，土壤浇灌桔皮浸提液后，有机质和速效磷含量都有所增加，提高了土壤肥力[34]。

2.5 生产饲料

柑桔果皮中富含碳水化合物、纤维素、半纤维素、维生素、矿物质和氨基酸等营养成分，是很好的饲料来源。有研究表明：用柑桔皮渣发酵制备饲料，1t 柑桔皮渣发酵饲料可产生280 元的利润，不仅产生可观的经济效益，而且可节省大量的粮食[35]。

2.6 加工食品

将水果果皮制成食品是我国的传统做法，众所周知，有些桔皮制成“陈皮”后，具有理气化痰、除燥湿的功效，陈皮干还可当作零食。柑桔皮中有丰富的葡萄糖、果糖、氨基酸和一定量的类胡萝卜素、核黄素、维生素、生物类黄酮等生理活性物质，使得柑桔果皮成为良好的饮品制作材料。柑桔果皮除了制作饮料，还可以用来酿酒，柑桔果酒清亮透明，呈金黄色，有特殊的柑桔香味，口味醇和，而且营养丰富，含有多种人体所需的氨基酸。因此，柑桔酒类是最有竞争潜力的果酒之一[36]。此外，果皮中的膳食纤维在食品加工领域因其特殊的“营养素”功能而被广泛应用[37-39]。

3 柑桔果皮资源化利用存在的问题

3.1 果皮的农药、化肥残留

造成水果果皮农药化肥超标的直接原因主要有3个：一是来自工业“三废”的排放对环境的污染；二是滥用农药和化肥，导致水果、蔬菜等农药残留和硝酸盐含量严重超标；三是部分商家为了水果的卖相和其他商业用途，而过分使用有毒有害药剂对农产品进行催熟[40]。

近年来，我国政府非常重视农药和肥料的残留问题，制定了农药肥料的使用标准以及水果表皮的农药化肥残留标准。但是，由于部分农民环保意识不高，为了增产过分使用化肥农药的现象依然存在，这也在一定程度上限制了果皮资源的再利用。

3.2 对果皮资源潜在的利用价值认识不足

目前，我国柑桔类水果主要是对果肉加工，对于果皮的潜在价值认识较为缺乏，因而很少有工厂愿意为果皮果渣设立专门的生产线。而且，国内的一些研究所和高校对果皮应用的研究大多都停留在实验室的基础上，实践性应用研究不足。在这些因素的作用下，果皮产品的效益又会弱于果肉产品，不利于果皮的开发利用。因此，需要向民众进行科普宣传，提高果皮的关注度，促进高校和工厂合作，提高果皮的工业化利用程度。

3.3 对果皮提取物的研究不够深入

综上所述，果皮中具有生物活性的提取物种类较多，但对每类提取物的研究深度不一。目前尚未有系统的理论解释果皮精油对于细菌、真菌等微生物的作用机理，相关的机制研究大多是处于假说阶段，更深入的研究是必然趋势。此外，将果皮精油的抑菌功效应用于食品领域，还应深入研究其作用的食品种类、效果、使用量、安全性、以及对人体肠道微生物的作用等。