果蔬综合利用：生物技术应用效果

从果蔬加工的下脚料和废弃物中，不但可以提取果胶、香精油、色素、黄酮类物质、油脂、蛋白质、可食纤维等可食性产品；而且还能够以果蔬皮渣为原料，制取酒精、沼气等发酵产品。其中，综合利用做得比较完全的有苹果、柑橘、葡萄、胡萝卜和猕猴桃等。

（一）苹果皮渣的综合利用

我国有大量的苹果资源，年产量约占世界总产量的40%。苹果加工的主要产品有浓缩果汁、糖水罐头、果脯、果酒、果酱、果冻、果醋等。但在苹果加工中还会产生大量副产品——由果皮、果心、种子及残余果肉组织等混合而成的苹果渣。目前，对苹果渣的利用主要有两条途径：一是直接利用其天然成分提取功能因子，如果胶、香精、色素、纤维素、柠檬酸、苹果籽油等；二是利用其营养成分经微生物发酵后来生产柠檬酸、乙醇、饲料、活性炭及用作制造天然气的能源。苹果渣中各成分含量见表8-2。

表8-2　苹果下脚料中各成分平均含量

1.提取果胶

苹果皮渣及残次果、落果均能用于提取果胶。一般苹果果皮的果胶含量为1.24%～2%，苹果渣的果胶含量为1.5%～2.5%，干苹果渣果胶含量为10%～15%。因此，苹果渣是制取果胶的一个重要资源。

（1）工艺流程：

苹果皮渣→清洗→干燥→粉碎→酸液水解→过滤→浓缩→沉析→干燥→粉碎→检验→标准化处理→成品

（2）操作要点：

①原料处理。苹果皮渣原料来源于苹果浓缩汁厂或罐头厂，一般新鲜的苹果皮渣含水量较高，极易腐烂变质，要及时处理。一般是将新鲜苹果渣用90～95℃热处理10～30min，钝化其中的果胶酶，防止果胶水解，再用30℃的温水反复漂洗，洗去原料中的糖分、色素等，在温度为65～70℃的条件下烘干后，粉碎到180μm左右待用。为了加强脱糖、脱色效果，可用75℃的0.5%NaHSO3溶液浸泡果渣后洗至滤液无色，然后再微波辐射5min，70～80℃干燥备用。也可加入体积分数95%的乙醇，加热1.5h后过滤，以乙醇洗涤多次，再以乙醚处理，除去全部糖类、脂类及色素，乙醚挥发去除。

②提取。果胶的提取方法多采用传统的酸水解法，可辅助微波、超声波、高压脉冲电场等技术提高萃取效果，也可采用乙醇、酶（微生物）等方法。

酸法提取：是一种最古老的工业果胶生产方法，基本原理是利用果胶在酸性溶液中的可溶性，将其从植物组织中萃取出来。通常用热的酸性溶液，如HCl、H2SO4、H3PO4、H2SO3等，也可用柠檬酸、酒石酸、乙酸、乳酸和苹果酸等有机酸。以HCl的提取效果最为理想。用H3PO4和H2SO4水解提取果胶时，可将粉碎后苹果皮渣粉末加入8倍左右皮渣粉末质量的水，用盐酸调节pH为2～2.5进行酸解。在85～90℃下酸解1～1.5h完成提取，然后过滤，收集滤液待用。

乙醇提取：以乙醇为提取剂，水解温度90℃，用盐酸调节pH为2.0，水解1.5h，提取的苹果果胶产品外观较好，提取效率较高。

微波辅助提取：微波用于提取果胶，具有快速、选择性强、操作时间短、溶剂耗量小、提取率高、成本低和果胶色度纯、质量好等诸多优点，是果胶提取中一种非常有发展潜力的新技术。研究发现，在pH为1.0、提取时间20.8min，功率499W，料液比1：14.5（m/V）的微波辅助提取条件下处理苹果渣，其果胶得率、纯度和总离子含量均显著高于传统工艺（pH为2.0、提取时间1.5h、温度85℃，料液比1：13）。

超声波辅助提取：超声波能够引起空化效应，对细胞壁有很大的破坏作用。在料液比1：10、超声处理时间60min、温度70℃、功率400W的超声波辅助提取条件下处理苹果渣，果胶得率达到7.53%。得率相同的条件下，与普通的提取方法比较，超声波提取所用的温度低，时间短，这样就可以节约能源，降低成本。超声波辅助提取将为果胶工业开辟出一条新的发展途径。

高压脉冲电场法提取：高压脉冲电场是近年来兴起的非热处理技术，在处理热敏性物质方面具有巨大的优势，已被广泛应用于商业杀菌。同时高压脉冲电场可成功破坏植物细胞膜，并在增加细胞内物质溶出方面取得了显著效果。在电场强度为15kV/cm、pH为3、脉冲数为10、料液比为1：19、温度为62℃，该条件下处理苹果渣，果胶得率最高为14.12%，优于酸法、超声波法及微波法。是一种较为有效的辅助提取果胶的方法。

③浓缩。将提取过滤后的滤液在温度为50～54℃、真空度为0.085MPa条件下进行浓缩。

④沉析。浓缩后所得浓缩液要及时冷却并进行沉析。一般有盐沉析、酒精沉析法、果胶酸钙沉析等多种方法。

⑤纯化。

脱色：在果胶提取液中加入0.5%～1.0%的活性炭，于80℃加热20min进行脱色和除异味，趁热抽滤。但活性炭不易除去，易造成果胶灰分过高。也可用大孔树脂脱色。

脱蛋白：在脱色后利用低浓度三氯乙酸可脱除61.49%左右的蛋白质。

⑥干燥与粉碎。将所得湿果胶在60～70℃以下进行真空干燥8～12h，然后粉碎到180μm左右，即成为果胶粉。必要时可添加18%～35%的蔗糖进行标准化处理，以达到商品果胶的要求。

2.提取苹果多酚

（1）乙醇提取法

①工艺流程：

果渣→乙醇提取→过滤→蒸发→真空干燥→粉碎→成品

②操作要点：称取冷冻果渣，按料液比1：（10～20）加入60%乙醇，浸提温度60℃，浸提时间4h，过滤。30℃旋转蒸发除去有机溶剂，真空干燥，粉碎，即为成品。

（2）微波萃取法

①工艺流程：

果渣→加入60%乙醇→微波萃取→过滤→蒸发→真空干燥→粉碎成品

②操作要点：将苹果渣粉碎过140目筛，放入微波萃取仪容器中，按1：50的料液比加入60%的乙醇溶液，设置微波辅助功率750W，萃取时间60s，将提取液置于离心机中，以4200r/min离心15min，然后真空抽滤，真空干燥，粉碎，即为成品。

（3）超高压法

①工艺流程：

②操作要点：将苹果渣粉碎过140目筛，按1：50的料液比加入80%的乙醇溶液，在200MPa压力下处理时间2min，将提取液置于离心机中，以4200r/min离心15min，然后真空抽滤，真空干燥，粉碎，即为成品。

3.发酵生产蛋白饲料(www.chuimin.cn)

苹果渣是鲜苹果加工后的下脚料，主要是由果皮、果核和部分残余果肉组成。苹果渣经过适当加工处理即可用作畜禽的饲料。苹果渣的营养价值较高，适口性好，各种畜禽都喜欢采食。据分析，风干的苹果渣粉含粗蛋白质3%～5%、粗脂肪5%～7%、粗纤维13%～16%、无氮浸出物（包括各种糖类、淀粉、黏液物质、水果酸、果胶、单宁、色素）65%～75%。苹果渣中的赖氨酸是玉米粉的1.7倍，精氨酸是玉米粉的2.75倍，其消化能为11388kJ/kg，代谢能为9337kJ/kg，1.5～2.0kg的苹果渣粉相当于1.0kg玉米粉的营养价值。

（1）菌株筛选　采用苹果渣双层平板法筛选。从长期堆放的甜菜渣、苹果渣、淀粉渣等富含半纤维素、果胶的区域采集出15个样品，分别配成1%的悬浮液，取少量悬浮液混入上层培养基中，30℃下培养2～3d，挑选菌落直径最大的酵母菌，经纯化、镜检，保存在斜面培养基上。经初步筛选的数株酵母菌装入有30mL培养基的300mL的培养瓶中，在30℃的摇床上培养适当时间，离心收集菌体，测粗蛋白含量及分析氨基酸组分。最后得到粗蛋白含量最高、氨基酸组成齐全的一株酵母菌，作为固态发酵的菌种。

（2）发酵　给苹果渣中添加2.5%～3.0%苹果渣重的尿素作为氮源，同时调节pH为6～6.5，保持苹果渣的水分含量为55%左右，添加已筛选出的酵母菌，在35℃下，发酵24～36h后，即为蛋白动物饲料。

（二）柑橘皮渣的综合利用

柑橘属芸香科柑橘亚科植物果实，是人们日常生活中必不可少的果品之一。中国是世界柑橘主产国，2006年柑橘种植面积171.4万公顷，约占世界柑橘种植总面积的24%，年产量高达1900万吨，占世界总产量的16%，种植面积和年产量分居世界第一位和第二位。目前，柑橘主要用来加工成罐头和压榨成柑橘汁，还可以用于生产果醋、果酒、果冻等各类产品。

目前，我国柑橘加工的主要产品有柑橘汁、糖水橘瓣罐头、柑橘果冻和果酱、柑橘果酒、柑橘蜜饯等，可是在加工中还剩有40%～55%的柑橘皮渣未能得到充分加工利用。柑橘果皮中含有果胶20%～30%，橘皮苷、橘香油0.2%，橙色素0.2%以及磷、钾、钙、铁等微量元素，因此若将这些柑橘皮渣或质次的柑橘整果经过适当的物理、化学处理，可得到具有很高使用价值的柑橘香精、果胶、天然类胡萝卜素、黄酮苷（如橙皮苷、柚皮苷）、柑橘籽油、膳食纤维素、饲料以及半合成衍生物甲基橙皮苷、二氢查耳酮和食用纤维素粉等天然食品添加剂、医药日化原料。美国每年处理柑橘皮渣300多万吨，转化成100多种产品，其中有30万吨用于提炼果胶、精油和植物蛋白，其余则烘干成饲料。

1.提取柠檬酸

果蔬中的有机酸主要有柠檬酸、苹果酸、酒石酸、草酸等。其中柑橘中柠檬酸含量高达5%。未成熟的果实中含柠檬酸比较多，因此常利用未成熟的落果及残次果作提取柠檬酸的原料。以柑橘残次落果提取柠檬酸为例，介绍柠檬酸的发酵生产及提取工艺。

（1）提取方法　用石灰中和柠檬酸生成柠檬酸钙而沉淀，然后用硫酸将柠檬酸钙重新分解，硫酸取代柠檬酸生成硫酸钙，而将柠檬酸重新析出。这种提取方法是由柑橘果的特性所决定的，由于果汁中的胶体、糖类、无机盐等均会妨碍柠檬酸结晶的形成，所以要达到这种沉淀，用酸碱交互进行的方法，将柠檬酸分离出来，获得比较纯净的晶体。

（2）提取过程

①榨汁。将原料捣碎后用压榨机榨取橘汁。残渣加清水浸湿，进行第二次甚至第三次压榨，以充分榨出所含的柠檬酸。

②发酵。榨出的果汁因含有蛋白质、果胶、糖等，故十分浑浊，经发酵，有利于澄清、过滤、提取柠檬酸。方法是：将浑浊橘汁加酵母液1%，经4～5d发酵，使溶液变清，酌加少量的单宁物质，并搅拌均匀加热，促使胶体物质沉淀；再过滤，得澄清液。

③中和。这一步是提取柠檬酸的最重要工序，直接关系到柠檬酸的产量和质量，要严格按操作规程进行。柠檬酸钙在冷水中易溶解，所以要将澄清橘汁加热煮沸，中和的材料为氧化钙、氢氧化钙或碳酸钙。中和时，将石灰乳慢慢加热，不断搅拌，终点以柠檬酸钙完全沉淀后汁液呈微酸性为准。鉴定柠檬酸钙是否完全沉淀，可以加少许碳酸钙于汁液中，如果不再起泡沫说明反应完全。将沉淀的柠檬酸钙分离出来，沉淀分离后，再将溶液煮沸，促进残余的柠檬酸钙沉淀，最后用虹吸法将上部黄褐色清液排出。余下的柠檬酸钙用沸水反复洗涤，过滤后再次洗涤。

④酸解及晶析柠檬酸。将洗涤的柠檬酸钙放在有搅拌器及蒸汽管的木桶中，加入清水，加热煮沸，不断搅拌，再缓缓加入1.26g/cm3硫酸，继续煮沸，搅拌30min以加速分解，使生成硫酸钙沉淀；然后用压滤法将硫酸钙沉淀分离，用清水洗涤沉淀，并将洗液加入到溶液中。滤清的柠檬酸溶液用真空浓缩法浓缩至30°Bé冷却。如有少量硫酸钙沉淀，再经过滤，滤液继续浓缩到40～42°Bé，将此浓缩液倒入洁净的缸内，经3～5d结晶即析出。

⑤离心干燥。上述柠檬酸结晶还含有一定量的水分与杂质，用离心机进行清洗处理。在离心时每隔5～10min喷一次热蒸汽，可冲掉一部分残存的杂质，甩干水分，得到比较洁净的柠檬酸结晶，随后以75℃以下的温度进行干燥，直至含水量达到10%以下时为止。最后将成品过筛、分级、包装。

2.提取香精油

柑橘香精油是柑橘表皮油胞中含有的一类具有芳香气味、在常温下能挥发的油状液体的总称，由萜烯类、醇类、醛类和酯类组成，主要成分有柠檬烯、香叶烯、石竹烯、松油醇、柠檬醛、芳樟醇、月桂烯、α-蒎烯、β-蒎烯等。萜烯的主要成分为萜二烯，它本身对柑橘香精的风味影响不大，但因其对热、光敏感，易被氧化和进行酶促反应产生香芹酮、香芹醇等异味物质而导致香精油品质下降。醇类对香精油影响较大，主要是沉香醇和α-萜烯醇，冷榨柑橘香精油中的沉香醇质量分数为0.5%～2.8%。

（1）直接压榨法　柑橘类果皮中精油位于外果皮的表层，含精油的油囊直径一般可达0.3～0.7mm，周围由退化的细胞堆积包围而成。压榨法是以强大压力压榨柑橘皮，使其油细胞破裂，导致精油与皮汁一起射出，通过离心分离而得到精油。用此法榨取晚熟系温州蜜柑鲜皮的得油率0.3%左右。

（2）水蒸气蒸馏法　橘子油有一定沸点和挥发性。而在用水蒸气蒸馏法蒸馏时，因温度升高和水分的侵入，使油细胞涨破，油便随水蒸气蒸馏出来。蒸汽通过冷凝器冷凝成液体，经导液管流入分离器，因油轻水重，油便浮在水的上面。这样，油水便可分离。

3.提取色素

柑橘皮色素是一类性能较稳定、安全可靠的天然色素，可代替人工合成色素用于食品着色。主要成分是柠檬烯和类胡萝卜素，同时含有维生素E和稀有元素硒，可防止癌细胞的生长，尤其能够治疗皮肤癌，延迟细胞衰老和增强人体免疫力。

（1）工艺流程　柑橘皮渣→清洗→干燥→粉碎→有机溶剂萃取→分离→浓缩→真空干燥→色素

（2）操作要点　对于从柑橘果皮渣中提取色素的原料，可以用柑橘加工厂废弃的柑橘皮渣，也可以用提取香精后的渣。粉碎后皮渣的粒度对橙黄色素的提取率有很大影响。一般而言，皮渣粒度越小，溶剂渗透的能力越强，提取率越高。萃取是从柑橘果皮渣中提取橙黄色素的关键工序。一般采用有机溶剂，如丙酮、氯仿、石油醚、乙醇、乙酸乙酯等。萃取后，先进行有机溶剂的回收，然后进行低温真空浓缩，就可以得到黏稠、膏状色素。若要粉末状色素，还需进行真空干燥。

（三）葡萄皮渣的综合利用

葡萄是世界上普遍栽培的水果之一，据统计，全世界年产葡萄约7000万吨，中国年产葡萄约140万吨，而且还在逐年增加，其中约80%用于酿酒、7%用于加工果汁及其他葡萄产品、13%用作食用。葡萄酿酒或进行果汁加工的主要副产品是葡萄皮与葡萄籽，两者约占鲜果的30%，其中葡萄皮渣约占25%，它含有丰富的葡萄籽油、葡萄红色素、天然的多酚类抗氧化剂。

葡萄中酒石酸含量为0.43%～0.74%。酒石酸（包括左旋体和右旋体）为无色半透明晶体或白色细至粗结晶粉末，有酸味。化学名称为2，3-二羟基丁二酸。酒石酸广泛用于食品、化工等工业，在食品工业中主要作饮料和其他食品的酸味剂。迄今为止，酒石酸主要来源是葡萄酒生产厂。欧洲各大葡萄酒厂是世界最大的酒石酸的主要生产基地。可利用酒石酸盐在高温溶解、低温结晶的性质从葡萄皮渣中制取酒石酸。一般是利用葡萄酒生产厂产生的葡萄皮渣、酒脚、葡萄酒桶壁以及白兰地蒸馏后的废渣中提取粗酒石（酒石酸的酸式盐）后，然后再纯化得到纯酒石（酒石酸氢钾），或粗酒石在经过进一步处理制取酒石酸或其他酒石酸盐。

此外，葡萄皮渣经发酵后纤维素含量可由23%降至15%以下，蛋白质含量可由12%升至25%以上。从葡萄皮渣中经过发酵而蒸馏出酒精，再经过陈酿和调配，制造出高级葡萄酒。同时，利用生物技术提取白藜芦醇、花色苷、酒石酸等也是葡萄渣综合利用的热点之一。

（四）猕猴桃皮渣的综合利用

猕猴桃皮渣可以制取蛋白酶，用于防止啤酒冷却时生产的浑浊，也可以作为肉质嫩化剂，在西药方面作为消化剂和酶制剂。猕猴桃皮渣中提取蛋白酶的工艺为：猕猴桃皮渣锤磨粉碎→通入SO2（200mg/g果胶）→压滤去渣→离心收集液体→加入食盐（24%）→沉淀过夜→离心获得粗制酶→精制→冷冻干燥→成品。

猕猴桃皮渣也可以经固态发酵生产柠檬酸和食用酒精。

（五）胡萝卜加工过程的综合利用

蔬菜综合加工的技术手段跟水果类似，只是原材料和产品有所不同。以胡萝卜为例，在胡萝卜的加工过程中得到大量的胡萝卜渣，占原料的30%～50%，它含有较高的胡萝卜素、矿物质、氨基酸和纤维素。以前，胡萝卜渣基本上作为动物饲料处理，经济价值很低。目前，胡萝卜渣用作酿制的原料，大大提高了产品的附加值。用胡萝卜渣酿成的醋相较粮食酿制的醋更具有风味和营养。

另外，利用核果类的种仁中含有的苦杏仁苷，经苦杏仁酶水解后（50℃，1h），可生产苯甲醛和杏仁香精；利用姜汁的加工废弃物提取生姜蛋白酶，可用于凝乳。其他果蔬原料的综合利用方面，也有大量的研究。