板栗加工副产物综合利用研究进展

王铁龙，高磊，许凌云，李莉

（1.中国检验检疫科学研究院，北京 100176；2.燕山大学经济管理学院，河北 秦皇岛 066004；3.国家市场监督管理总局认证认可技术研究中心，北京 100013）

板栗（Castanea mollissima Blume），壳斗科栗属植物。作为一种独特的坚果作物[1]，板栗已经种植了数千年，具有宝贵的经济和生态功能[2]。据联合国粮食及农业组织统计，我国作为世界上板栗第一生产大国，2018年中国板栗的收获面积已扩大至34.1 万hm2，产量达196.5 万t，收获面积是第二大板栗生产国家玻利维亚的近6 倍，产量是玻利维亚的23 倍[3]。随着板栗产业多年的良种化调整和栽培技术的提升，板栗产量呈逐年递增的趋势。在板栗的生产和加工过程中会产生大量的板栗栗苞、板栗壳、板栗花和板栗次果及次品等加工副产物，仅板栗栗苞就占板栗产量的60%～90%（干重）[4]。板栗加工副产物中不仅含有多酚、单宁、黄酮、多糖、原花青素等多种活性物质[5]，其水提取物、醇提取物等还可以作为一种较为有效的天然抑菌剂和食品防腐剂大力推广使用[6]。因此，板栗加工副产物的随意丢弃或大量堆积不仅会造成环境的污染，还会严重浪费板栗资源。如何有效利用板栗栗苞、板栗壳等加工副产物成为亟待解决的问题。

本文依托板栗加工副产物综合利用的研究现状，包括在农业种植利用、工业应用、活性物质及其抑菌作用的应用、化妆品与食品领域的应用等方面对其进行综述，以期为板栗加工副产物的综合利用和深度挖掘其潜在应用价值提供理论依据和数据支撑。

1 板栗加工副产物的组成

板栗加工副产物是由板栗栗苞、板栗壳、板栗花、板栗次果及次品组成，其中含有丰富的营养物质，包括蛋白质、矿物质、膳食纤维等[7]。

板栗栗苞是指板栗坚果壳外面密被针刺的球形总苞，带刺且不易腐烂。板栗栗苞作为板栗主要加工副产物，其产量约为板栗产量的60%～90%（干重），常被当作农林废弃物废弃[5]。板栗栗苞不仅含有包括多个酚酸衍生物在内的大量生物活性成分，还可以作为原料制备出品质较好的糠醛和生物质炭等工业用品[8]。板栗壳是指板栗坚果的外果皮，其不仅含有香豆素、植物甾醇和鞣质等多种生物活性物质，还具有降血脂、抑菌、抗肿瘤活性等功效，常被用来制备成吸附重金属的材料[9]，但实际生活中多被丢弃或焚烧[10-11]。板栗花是指板栗花序中的雄性花序。板栗作为雌雄同株的植物，雄花多，雌花少，雄花与雌花比例高达350∶1。为了提高板栗的产量，实际生产过程中会将90%～95%的雄花摘除，大部分被摘除的板栗花会被当作废物丢弃[12]。板栗花不仅可以作为植物制剂用以治疗感冒、腹泻或咳嗽，其含有的大量生物活性物质还具有预防心血管疾病产生、具有较强的抗氧化作用和抗炎作用等功效[13]。板栗次果及次品则是指板栗加工过程中出现的粒径较小、质量略差的产品，其不仅广泛应用在医疗保健、医药和材料领域，如为高胆固醇、糖尿病和乳糜泻患者开发无麸质食品，探索板栗抗氧化剂的功能，制备吸附材料等[14-15]，还可以利用改性板栗淀粉调节盲肠上皮微生物群中某些基因的表达，通过短链脂肪酸受体来帮助减轻饮食引起的肥胖等[16]。

2 板栗加工副产物的资源化利用

2.1 农业种植利用

板栗加工副产物中的板栗栗苞含有微生物生长发育所需的碳素和无机盐等基础营养物质。研究表明，以板栗栗苞作为全部或部分碳源，适当添加氮源物质、矿物质和微量的维生素进行食用菌栽培，可以收到良好的栽培效果。王德芝等[17]发现，经生物发酵处理后的板栗栗苞栽培茶薪菇效果远好于石灰水浸泡和直接拌料，经生物发酵处理后的茶薪菇菌丝生长旺盛、生物转化率高。此外，殷宇腾等[18]研究发现利用生物发酵处理过的板栗栗苞栽培榆黄蘑，其菌丝生长健壮，子实体产量较高，生物学效率达99.8%，栽培成本降低0.40 元/kg，投入产出比达1∶2.8。由此可见，经生物发酵技术处理后的板栗栗苞，可以作为栽培基料和培养基添加剂用于茶薪菇等食用菌的栽培[19]，在显著提高食用菌长势、降低栽培成本的同时，还可以最大化利用农业废弃物资源，有效降低板栗栗苞采后对环境的危害。覃宝山等[20]则利用板栗栗苞开展了食用菌周年栽培试验，研究结果表明，灵芝-秀珍菇-平菇是食用菌周年化栽培比较理想的品种搭配模式，3 种食用菌不仅菌丝体长势良好，生物学效率、总产值和毛利率等也都较高。由此可见，利用板栗栗苞进行食用菌周年化栽培是切实可行的，充分挖掘并提高板栗栗苞利用率的同时，还能使其经济效益最大化。

板栗栗苞也可以作为辅料进行堆肥。吴凯[21]发现，以鸡粪为主料，菌渣+枯枝落叶+板栗壳为辅料，借助膜式堆肥技术混合发酵后，其腐熟状态最好。牛俊玲等[4]也发现，以板栗栗苞和牛粪为原料，堆肥40 d 后可以达到腐熟状态，可以用于水果和蔬菜的种植[22]，但是目前关于板栗栗苞堆肥技术及相关工艺的研究尚不成熟，需要进一步深化相关研究。

综上可知，板栗栗苞不仅可以经生物发酵技术处理后作为茶薪菇等食用菌的栽培基质，还可以制定食用菌周年化栽培计划，深度挖掘板栗栗苞利用率的同时，还能最大化利用农业废弃物资源。此外，板栗栗苞作为辅料开展堆肥计划也是切实可行的。

2.2 工业应用

板栗加工副产物中含有丰富的粗纤维、单宁物质[23]和优质的可再生富碳资源[24]，不仅可以作为生产栲胶的优质新材料[25]，还可以应用于工业上碳材料和储能材料的制备[19]，如制备活性炭[26]、吸附水中重金属[9]和高性能超级电容器电极材料的制备等[24]。

栲胶是从植物的皮、根、茎和果实中提取的具有鞣制作用的混合有机物，其有效成分是单宁[23]。作为一种天然植物鞣制，栲胶是制革工业中不可或缺的原材料[27]。板栗加工副产物的板栗栗苞中含有大量的单宁物质可用于生产栲胶，有效解决现有植物栲胶提取方法工艺繁琐且耗时等劣势的同时，还能使废弃板栗资源得到良好的开发利用，并减轻环境的污染。王丽卫等[28]通过均匀试验和偏最小二乘回归建模分析得出板栗栗苞提取栲胶的最佳工艺：粉碎粒度100 目，50%丙酮溶液，料液比1∶18 g/mL，超声功率400 W，此工艺条件下栲胶的提取率为31.28%，单宁含量达63.68%，pH3.81，总色值为22。以板栗栗苞为原料提取的栲胶达到了橡椀栲胶冷溶合格品的指标，由此可见，依托板栗栗苞提取栲胶的工艺是切实可行的，如果采用新鲜板栗栗苞作为原料则可大幅度降低栲胶产品的色值并提高其单宁含量，未来可高值化利用板栗栗苞开发新的栲胶原料，从而为栲胶产业发展提供新路径。此外，板栗栗苞提取栲胶前后，还可通过常压水蒸气裂解的方式得到糠醛、5-甲基糠醛和2-甲氧基苯酚等具有较高价值的化学品[8]；提取栲胶后的残渣也可用于天然色素和纤维素等的提取，通过这些方法可以大幅度提高板栗栗苞资源利用率。

板栗栗苞自然含碳量约为40%，是优质的可再生富碳资源，因此可以用来制备活性炭等炭产品[29]。杨俊等[30]利用板栗栗苞制备获得的活性炭，不仅孔隙多为中孔结构、总孔容积达0.86 cm3/g、比表面积为1 300.3 m2/g，且其吸附和脱色性能都超过了活性炭质量国家标准GB/T 13803.1—1999《木质味精精制用颗粒活性炭》，缩短生产周期的同时，还减少了能源消耗。此外，板栗栗苞还可以用来制备木炭系列产品，如将板栗栗苞加工成可以加热和取暖的柱状木炭燃料等。由此可见，板栗栗苞作为优质的可再生富碳资源，可以大力开发活性炭和木炭等系列炭产品。

板栗加工副产物中的板栗栗苞和板栗壳均可开发成吸附材料，使其具有吸附水中重金属的能力。相关研究表明，经磷酸改性后的板栗栗苞可以有效吸附水中重金属Cr（VI），吸附率可达99.33%。改性后的板栗栗苞不仅有效去除了附着的杂质，还能使褶皱铺展开，孔隙结构更发达，更有利于吸附Cr（VI）[31]。板栗壳色素隶属黑色素，其富含羟基、羧基和氨基，这些官能团可以与水中的重金属离子结合，达到吸附重金属的目的[32]。如黄剑等[33]利用板栗壳色素和丙烯酸合成水凝胶来吸附水中的铅，其最大单层饱和吸附容量可达315.6 mg/g，是很具应用潜力的铅吸附剂；白双成等[34]则利用碱催化法将板栗壳色素、甲醛和苯酚制备成了可以吸附锌的树脂，该树脂对锌的单层饱和吸附量可达45.05 mg/g；蒋冬梅等[35]利用反向悬浮法合成的糠醛交联板栗壳色素树脂则可以很好的吸附水中的铜离子，该树脂饱和吸附量为68.03 mg/g。板栗壳色素除可以吸附水中的重金属外，还可以作为吸附剂对含乳化油的废水，对甲基橙和亚甲基蓝、中性红和中性蓝等印染染料进行吸附。由此可见，板栗栗苞和板栗壳等板栗加工副产物是可以通过改性或合成树脂等方式实现吸附水中重金属的目的，且板栗加工副产物来源广泛、产量丰富、成本低，未来若能将板栗栗苞或板栗壳更好地应用到实际的废水处理或染料处理中，以废治废，将大大节约废水处理成本。

板栗栗苞和板栗壳等板栗加工副产物除制备栲胶、活性炭、木炭等系列产品，改性或合成树脂吸附水中重金属、染料等外，还可以作为碳源制备生物碳电极材料，如马婧等[36]将板栗壳炭化后用KOH 活化，制备得到了CC700-OH 电极材料；王芳平等[24]用700 ℃炭化板栗壳后，利用ZnCl2将其活化，成功制备了高性能的超级电容器电极材料（CC700-Zn），并将其组装成对称的超级电容器。由此可见，利用板栗壳作为碳源制备对称性超级电容器电极材料是切实可行的，作为利用农业生物质废物制备可持续电极材料的绿色方法，未来可加大研究开发力度。

综上可知，板栗栗苞和板栗壳等板栗加工副产物不仅可以制备活性炭系列产品，还可以吸附水中的重金属和燃料，作为碳源制备生物碳电极材料等也是切实可行的。未来可进一步挖掘板栗栗苞和板栗壳等加工副产物在工业应用的潜在价值，进一步深化并制备相应工业产品，从而进一步完善和提高板栗加工副产物的工业产业链。

2.3 活性物质及其抑菌作用的应用

板栗加工副产物中活性物质的提取应用及其抑菌效果的应用是对板栗加工副产物资源化利用的最直接、最高效的方法[19]。板栗加工副产物中的生物活性物质主要是多酚、单宁、黄酮、多糖和原花青素等，并且具有一定的抑菌、抗氧化、抗肿瘤、抗疲劳、抑制黑色素生成及降血糖、降血脂等功效[5-6]。如板栗栗苞和板栗壳中的多酚与单宁物质在治疗糖尿病方面的应用价值较高[5]；板栗壳可以通过生物转化增强对自由基清除活性、紫外线吸收和酪氨酸酶的活性，从而抑制黑色素的形成、利于皮肤美白，可以作为化妆品的原材料[37]；板栗花则可以通过脂多糖来治疗炎症和氧化应激，改善宏观和组织学参数[13]；板栗次果及次品中提取的多糖物质则具有抗氧化、抗肿瘤、抗疲劳活性及抑制黑色素生成活性[5]。

除上述功效外，板栗加工副产物还具有抑菌功效。刘绍雄等[38]发现，板栗栗苞提取物对思茅松毛虫肠道细菌具有抑菌作用；王凤春等[39]发现，板栗花提取物对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌肺炎链球菌、绿色链球菌、大肠杆菌和肠炎沙门氏菌均有较强的抑制作用，此外，板栗花提取物还表现出高抗菌和抗真菌活性以及抗生物膜、抗反群体感应和抗反集群活动[13]。由此可见，板栗加工副产物的提取物具有抑制细菌的潜能，未来可作为新型植物源农药或药用材料加大开发应用力度。

2.4 化妆品与食品领域的应用

板栗加工副产物中的板栗花因其独特的香味，使其具有很强的趋避活性，常被用来提取精油和制作饮品。如刘俊芳等[40]利用CO2超临界萃取技术对板栗花挥发油进行了提取，提取率为1.16%，并在板栗花中首次发现了26 种化合物；王凤春等[39]则发现，盛花期板栗花在最佳工艺条件下精油提取率可达6.808%。此外，板栗花还常被用来制备饮品，如张洁等[41]以板栗花浸提液和大麦芽为主要原料，发现在接种阶段投入5%板栗花浸提液，主发酵温度15 ℃的条件下发酵的板栗花啤酒风味和口感最佳；张军等[42]则以河北迁西县板栗花为原料酿造板栗花酒，发现板栗花需与其他配料共酵效果才会更好，由此可见，板栗花在酿酒产业上发展空间较大，未来可结合传统发酵工艺并借鉴黄酒、葡萄酒等酿造工艺，酿造出更多香型的板栗花酒。

板栗次果及次品不仅可以作为辅料研制风味饼干，如王恩胜[43]以低筋面粉为主料，板栗、黑米为辅料，研制了既满足大众口味，又符合嗜糖又惧糖者的口感，还是糖尿病患者一种较好选择的元贞糖板栗黑米饼干；还可以作为一种营养强化成分酿造板栗黄酒，如胡美怡等[44]以糯米为主要原料，板栗作为营养强化成分酿造出一种具有丰富营养成分的新型板栗黄酒，为板栗深加工产品的研究和利用提供了理论参考；此外，板栗次果及次品还可以制备成板栗超微粉，用于添加赋予蛋糕更好的品质，如胡欣宇等[45]发现，添加质量分数为5%～10%的板栗超微粉可以赋予海绵蛋糕更好的品质。由此可见，板栗次果及次品等加工副产物可以作为辅料或制备成超微粉用于生产食品或饮料制品，扩大加工副产物用途的同时，还节约了原料成本，未来可逐步提高板栗次果及次品的利用率。

3 总结与展望

板栗加工副产物用途广泛，不仅可以作为堆肥原料和栽培食用菌基质用于农业种植生产，还可以作为生产栲胶、制备活性炭、吸附水中重金属、高性能超级电容器电极材料制备等工业应用的原材料，作为生物活性物质及抑菌提取基质的同时，还可以深度挖掘化妆品与食品的潜在应用价值，这在一定程度上对板栗产业的经济效益、资源利用率及生态环境的保护起到了正面作用，但目前板栗种植户及相关企业对于板栗栗苞、板栗壳、板栗花及板栗次果及次品等板栗加工副产物几乎是被直接丢弃或部分用作堆肥、食用菌栽培饲料，对于板栗加工副产物的研究和实际应用尚有较大差距。本文综述板栗加工副产物综合利用的研究现状，为板栗加工副产物的综合利用和深度挖掘其潜在利用价值提供理论依据和数据支撑。通过文献综述，结合板栗种植户及企业对板栗加工副产物利用现状，提出如下建议：1）依托现有的板栗加工副产物资源化利用技术，科学合理地构建符合板栗加工副产物的“周年化”栽培利用模式；2）围绕板栗加工副产物工业应用，深入挖掘并开发板栗加工副产物制备栲胶、活性炭、高性能超级电容器电极材料等方面，并加快应用转化；3）围绕板栗加工副产物功能性物质提取纯化、工厂化应用开展研究，深入挖掘多酚、单宁、黄酮和原花青素等活性物质的功能及作用机制，并加快应用转化；4）加大板栗加工副产物在化妆品及食品方面的研究力度。综上所述，板栗加工副产物资源丰富，可利用形式多种多样，随着不断深入挖掘板栗加工副产物应用潜力，其未来应用前景将会更加广阔。