苹果副产物资源化利用调查研究

焦孝平

（庆阳市科学技术开发中心，甘肃 庆阳 745000）

1 苹果副产物资源化利用现状

我国是世界苹果生产大国，苹果种植面积、产量和出口总量均居世界之首。据调查，目前全国苹果种植总面积206万hm2、总产量达4 100万t，年鲜果加工量230万t。按每平方米苹果园每年疏花疏果“废弃”幼果2 250 kg、每加工1 t苹果排渣0.25 t计算，全国每年废弃的幼果达450万t、苹果渣达57.5万t。由于受苹果加工的季节性限制以及相关研究技术的欠缺，加之许多企业重引进、轻研发，重产品生产、轻废弃物综合利用，这些废弃的幼果和苹果皮渣基本都不能在企业内部就地利用和转化，除30%左右被用于普通农家肥料或简单加工成养殖场饲料外，绝大部分以垃圾形式被废弃，既浪费资源又污染环境，这一问题已经成为制约我国苹果加工业持续发展的“瓶颈”。“十二五”以来，随着苹果种植业的发展壮大和国家相关扶持政策的出台，业界人士和专家在苹果皮渣综合利用方面进行了一些探索，取得了初步的研究成果，特别是利用苹果皮渣加工饲料和生物有机肥的研究技术趋于成熟，也实现了产业化。然而，利用苹果副产物提取生物活性物质、加工食品的技术研究，还停留在实验室或中试阶段，技术还不够成熟，且现有研究成果多数还未能得到转化，产业化程度低；或加工成本过高，得不偿失；或在加工中会出现新的污染，环保达不到要求，致使苹果生产副产物未能实现真正意义上的资源化和产业化利用。以全国最佳苹果适生区和第二大苹果主产区庆阳市为例，全市苹果园（挂果）面积和产量分别为46 113 hm2与43.97万t，建有2万t苹果浓缩汁生产线2条、规模以上苹果脆片和果脯加工企业4家，2019年浓缩苹果汁和苹果脆片产量分别为21 429 t和900 t。全市每年废弃的苹果幼果10万t；仅生产苹果浓缩汁和苹果脆片每年产生的苹果皮渣达15 300万t，但由于对苹果副产物深加工和综合利用技术水平有限，每到生产旺季，因大量苹果副产物无法得到有效处理，不得已以每车20～30元的价格让周围的农民当垃圾深埋，不仅造成了资源的巨大浪费，还对环保造成巨大压力。如何充分利用青苹果和苹果皮渣进行深加工和资源化利用，已成为科技界迫切需要研究的主要课题。

2 苹果副产物资源化利用存在的主要问题分析

2.1 引领产业发展的综合性专业化重大成果不足

由于缺乏科技投入和政策支持的长效机制，致使成果输出缺乏原动力和大项目支持，用于转化的成果总量，特别是能够使苹果副产物真正实现产业化的高质量科技成果数量很少。虽然已有一些科研单位开展了苹果副产物资源化利用研究，少数企业也以苹果副产物为原料在苹果果胶提取、饲料加工等方面建立了生产线，但真正能够实现规模化、产业化、专业化综合利用的成套技术很少，甚至有的处理利用模式经不起实践检验，容易造成新的资源浪费和环境污染，或用于加工的高附加值产品少，没有市场竞争力，达不到批次高效利用的目的。

2.2 苹果副产物资源化利用技术的实用性、实效性不强

国内的一些高校和院所在实验室对苹果皮渣综合利用进行了小批量的研究，工业化放大的可行性研究和技术推广效益的认证还不够,而且多数研究主要集中在单一技术方案,往往忽视了资源利用的效益最大化。此外,在链接高校、院所与企业技术创新活动的中间环节还存在基础研究“最先一公里”和成果转化、市场应用“最后一公里”脱节问题。这在一定程度上影响了苹果副产物资源化利用技术的实用性和实效性。有必要从苹果加工企业高质量发展与民生改善急迫需要和长远需求出发，凝练科技问题，布局战略力量，激发创新主体活力，加强技术供需对接，优化配置创新资源，推进形成特色鲜明、快速高效，政产学研用紧密结合的资源化、产业化综合利用新技术、新模式。

2.3 苹果副产物用作饲料或食品原料的质量安全无法得到保障

新鲜苹果皮渣中70%以上是水，此外还含有可溶性糖，果胶、淀粉、纤维素、半纤维素、木质素、脂肪、蛋白质和矿物质等营养物质和微量元素，而且由于其pH值呈酸性，非常适合腐败菌等微生物生长繁殖。苹果加工企业大都没有对自身产生的苹果皮渣进行资源化再利用的技术和设备，或工艺落后、产品单一，使主打产品生产产生的苹果皮渣往往得不到及时处理，轻则氧化褐变，重则会滋生大量微生物而腐烂变质，失去用作食品或饲料原料的基本性能，甚至存在安全隐患，进而无法实现资源化利用。

2.4 现有生产模式下难以实现就地就近集约化处理和利用

一方面，废弃苹果幼果的农户和排放苹果皮渣的苹果加工企业由于普遍规模较小，自身产生的苹果副产物不足以满足专门生产线的原料需求，且没有专业化利用技术和设备，无法对企业自身产生的苹果副产物进行无害化处理和资源化利用，眼看着大量可以资源化利用的苹果幼果和皮渣白白浪费而无能为力；另一方面，专业化的加工利用企业由于用作生产原料的苹果皮渣供不应求，而长期停工停产，造成大量人力资源浪费和设施设备闲置，企业在定期维护设备的同时还需支付一定的劳动力工资来维持下一年的生产，这给企业生存带来了巨大压力。

3 苹果副产物资源化利用的对策建议

3.1 加强苹果加工企业技术升级改造

按照“循环利用、全值利用、梯次利用”理念，通过政策引导、财政支持等措施，鼓励和规范苹果加工企业在优化主打产品生产工艺的同时，加强苹果皮渣保色、护色和制干技术创新，建立苹果皮渣烘干生产线和幼果收购中转站，促进苹果副产物在企业内部就地及时得到无害化处理；确保苹果皮渣及时得到干燥，使其水分达到安全存放标准，符合饲料或食品原料的理化和微生物指标，为下游苹果副产物资源化利用企业提供安全、适宜原料的同时，实现自身企业效益最大化。充分发挥环保、食药监等部门的监管作用，禁止未经任何处理的苹果皮渣随意废弃或无害化处理不合格、不安全的苹果皮渣流向市场。

3.2 推进苹果副产物资源化利用及其综合配套技术研究和创新

重点强化资源利用高值化、生产能力规模高效化、再次利用加工环境友好化等核心技术的研究与开发，加强相关技术和设备的研发和推广，并给予适当的财政补助。探索以“废弃”的幼果和苹果皮渣为原料，采用冷冻干燥技术生产果粉后，再通过有机溶剂提取工艺生产苹果多酚等生物活性物质，最后利用剩余的“废渣”生产富含膳食纤维的保健食品，研究、探索以苹果皮渣为原料加工苹果粉、苹果多酚等生物活性物质和苹果膳食纤维的生产最佳生产工艺，为带动苹果皮渣综合利用开辟一条新的途径。

3.3 建立高质量专业化苹果副产物加工再利用企业

坚持“创新引领、需求导向、特色鲜明、协同高效”原则，具备条件的企业，采取先进的提取、分离、制备技术，挖掘苹果副产物的综合利用新模式，开发新能源、新材料、新产品等，进一步完善技术模式。同时，要从保障食品、饲料安全，防止二次污染等多角度进行综合考量，培育更多低成本、低能耗、低排放、高效率的苹果皮渣综合利用新业态，使苹果副产物真正实现“吃干榨净”、变废为宝，延长产业链，实现高值化综合利用。

4 以苹果皮渣为原料适宜加工的新型产品

4.1 苹果皮膳食纤维咀嚼片

膳食纤维对人体具有其他营养素不能代替的生理功能: 具有高吸水性和持水性，促进排便;吸附胆固醇、肠毒素，影响体内胆固醇代谢，促进肠内毒素的排出;吸水后对胃肠有填充作用，减少人体对脂肪的吸收，可预防肥胖。膳食纤维能够调节血糖，促进肠道蠕动，促进消化和固体废物排泄，改善肠道微生物菌群，是预防各种“富贵病”和降低结肠癌患病风险的优良助剂，也是一种具有优良胶凝化和乳化作用的天然食品添加剂，被誉为人类“第七营养素”。经测定，风干的苹果皮渣膳食纤维含量高达3.8%，是用于加工富含膳食纤维保健食品（苹果皮膳食纤维咀嚼片）的优质资源，其加工工艺为：鲜苹果皮→水洗→挤压膨化→烘干→超微粉碎→混合配料→制软材（加润湿剂）→压片→灭菌→包装。

4.2 提取苹果多酚

苹果多酚具有清除体内自由基、抗脂质氧化、改善肺功能和抑菌、抑病毒等多种功能，可防止食品氧化变质，延长保质期，是一种优良的天然抗氧化剂和功能食品基料，可以添加到食品和化妆品中，还可以防止衰老，抗肿瘤、过敏和龋齿，抑制高血压和高脂血症，其抗氧化能力是维生素E的50倍，生理功能是茶多酚的100倍[1]。据测定，苹果皮渣总多酚含量高达13 g/kg左右。实验结果表明，用乙醇提取苹果多酚，其穿透力强，工艺简单，条件容易控制，提取率较高，且乙醇易除干净，该工艺用于工业化生产，成本较低且安全，其最佳工艺条件为：料液比1∶14、溶液pH5.5、乙醇浓度50%、提取温度70 ℃、浸提时间35 min、超声波频率40 kHz，该工艺条件下苹果多酚的得率可以达到2.979 8 mg/g。通过静态吸附、解吸实验筛选出纯化苹果多酚的最佳树脂为D101型大孔吸附树脂，它不仅对苹果渣中的多酚物质具有较强的吸附能力，而且易于洗脱，是吸附分离苹果渣多酚的优良材料，苹果多酚分离、纯化最佳工艺条件为:上柱浓度1.5 mg/mL、pH4.5、上样速度1.25 mL/min；洗脱剂优选为乙醇、洗脱剂浓度为60%。

4.3 生产苹果果胶

果胶具有卓越的凝胶性和乳化稳定性，是食品工业优良的添加剂，而且果胶作为可溶性膳食纤维具有抗癌、防腹泻、治疗糖尿病等功效，是保健品和化妆品重要的辅助原料[2]。据调查，全世界果胶的年需求量超过2万t，而且其需求量在相当长的时间内仍将以每年13%的速度增长。据不完全统计，我国每年果胶需求量将近2 000 t，其中进口量超过70%，且其需求量呈高速增长趋势。有关研究显示，苹果干渣中果胶含量达15%～18%[3]。当前，酸水解法是以苹果渣为原料提取果胶的首选工艺，其生产成本低，产品得率高。实验结果表明，影响果胶提取的主要因素是pH，其次分别是提取温度、提取时间、料液比。其加工工艺流程为：苹果皮渣→预处理→分离→酸解→分离→脱色→过滤→浓缩→沉析→分离→干燥→包装；最佳工艺条件是：pH2.5、提取温度80 ℃、提取时间110 min、料液比1∶15（g/mL）。在此条件下，果胶的提取率最高可达10.20%。

4.4 发酵苹果果醋

果醋与粮食醋相比，钾、锌离子含量较高，利于调节人体内钠钾平衡，保护心血管，很受消费者喜爱，特别在沿海开放城市，果醋产品可用作西餐菜肴和海鲜调料，市场供给非常紧俏。以苹果渣为原料经科学方法酿造的果醋，不仅酸度能达到食用醋的标准，而且还保留了水果特有的的营养物质。苹果渣固态发酵果醋工艺流程为：苹果渣→除杂→水洗→粉碎→配料→接种酵母菌→搅拌→酒精发酵→加麸皮→接种醋酸菌→醋酸发酵→淋醋→灭菌→陈酿→灌装。其酒精发酵适宜工艺参数为：加酶量0.06%、酵母接种量8%、初始糖度16°Brix；醋酸发酵最优技术参数为配料比1∶10、醋酸菌接种量15%、发酵温度32 ℃[4]。

4.5 苹果皮渣饲料

苹果皮渣（干）中粗纤维含量15.3%，粗蛋白含量5.6%、粗脂肪含量6.2%，总糖含量高达6%，以苹果皮渣为原料加工饲料无疑是苹果皮大量利用的有效途径，但因苹果皮中含有果胶和单宁成分，对家畜和家禽消化有不良影响。因此，利用苹果皮加工饲料需经过发酵、干燥处理。目前，最便捷、最高效的生产途径是果皮青贮和生产蛋白颗粒饲料。其中，利用苹果皮渣生产生物蛋白饲料，不仅解决了苹果皮的污染问题，还能提高果皮利用率，降低饲料成本，提高综合效益。