果实废弃物中生物活性物质综合利用研究进展_许佳玉.pdf

果实废弃物中生物活性物质综合利用研究进展许佳玉，王 菲，黄佳瑜，薛岩伟，周春华*(扬州大学园艺与植物保护学院，江苏扬州 225009)摘要在食用的水果或坚果中，部分种类果皮与种子所占比例较大，一般作为果实废弃物直接丢弃或简单焚烧，不仅造成资源的浪费，而且会对环境产生污染。现代研究表明果实种子富含淀粉、油脂以及抗氧化成分等，坚果的果壳可以用来生产棕色素，果皮果渣中富含膳食纤维等多种生物活性物质，应该分门别类地加以利用。根据前人的研究，详细阐述了果实废弃物在淀粉、色素、精油与食用油、抗氧化物质、膳食纤维、蛋白质等方面的提取利用，并提出了未来果实废弃物中生物活性物质综合利用关注的重点方面，为果实废弃物的深入研究和综合开发利用提供参考，真正做到物尽其用，减少环境压力，既提高果实资源的综合利用效率，同时也是提高经济效益的重要途径。关键词果实废弃物;生物活性物质;综合利用中图分类号TS209文献标识码A文章编号05176611(2023)01002207doi:103969/jissn05176611202301005开放科学(资源服务)标识码(OSID):esearch Advances on Comprehensive Utilization of Bioactive Compounds in Fruit WastesXU Jia-yu，WANG Fei，HUANG Jia-yu et al(College of Horticulture and Plant Protection，Yangzhou University，Yangzhou，Jiangsu225009)AbstractAmong the edible fruits or nuts，pericarp and seed of some species account for a large proportionGenerally，it is directly discardedor simply incinerated as fruit wasteIt will not only cause a waste of resources，but also pollute the environmentModern research demonstratedfruit seeds are rich in starch，oil and antioxidants，the shell of nuts can be used to produce brown pigment，the peel and pomace contain rich di-etary fiber and other bioactive substances，which should be used in different categoriesIn this paper，the extraction and utilization of fruit wastein starch，pigment，essential oil and edible oil，antioxidant substances，dietary fiber，protein and other aspects were elaborated in detail，and alsoput forward key aspects of bioactive compounds comprehensive utilization being concerned in the future，so as to provide reference for furtherresearch，comprehensive development and utilization of fruit waste，hoping to make the best use of the material and reduce environmental pres-sureIt not only improves the comprehensive utilization efficiency of fruit resources，but also is an important way to increase economic benefitsKey wordsFruit waste;Bioactive compounds;Comprehensive utilization基金项目国家自然科学基金项目(31372042);扬州大学优秀青年骨干教师项目(2014)。作者简介许佳玉(1996)，女，江苏宿迁人，硕士研究生，研究方向:果实品质形成与调控。*通信作者，教授，博士，从事果实品质形成与调控研究。收稿日期20220223近年来，随着食品加工业的迅猛发展，水果罐头、果酒、果酱等即食加工产品越来越受到人们的青睐，人们也倾向于购买加工后的去壳坚果，这就导致了果核、果皮等大量加工废弃物的产生。通常这些废弃物会被简单焚烧或直接丢弃，既造成污染环境，又不能做到物尽其用，发挥不了种核、果壳、果皮、果渣等废弃物的潜在价值。因此，如何对果品加工后产生的废弃物进行综合利用已成为目前果业发展中亟待解决的重要问题。国内外许多专业人员早已注意到这个问题，并对果实种核、果壳、果皮、果渣等废弃物的开发利用进行了研究和报道。例如，板栗等坚果的果壳可以用来提取天然色素1，研究证实其稳定性好，具有抗氧化、抗菌、抗炎等功能2;菠萝蜜种子可用于生产抗性淀粉3，且种子蛋白含量高于大米、玉米等谷物，矿物质元素含量也较高4;可可豆荚和香蕉果皮煅烧可作为合成棕榈仁油甲酯的催化剂5。该研究综述果核、果仁、果壳等果实废弃物在淀粉、色素、精油与食用油、抗氧化物质、膳食纤维、蛋白质等方面的提取利用研究，为果实废弃物综合开发利用提供参考，以期真正做到物尽其用，减少环境压力，提高果实资源的综合利用效率与经济效益。1淀粉及抗性淀粉的提取利用淀粉是一种常见的高分子碳水化合物，主要由直链淀粉和支链淀粉组成，为人类生活提供营养和能量6。淀粉作为食品原料，广泛用作增稠剂、稳定剂、糊化剂、填充剂、超吸收性聚合物和黏合剂等材料。由于对传统淀粉供应的限制增加，需要寻找天然淀粉的新来源，人们开始探索从不同的植物或者食品加工业产生的废弃果核中寻找淀粉提取新的可能性，并且期望这些非常规来源的淀粉能够提供新的效能7。Guo 等8 从芒果、荔枝、枇杷、菠萝蜜、龙眼 5 种水果的果仁中分离出淀粉，测定它们的淀粉含量均超过 50%，枇杷果核淀粉含量高达 71%。赖小玲等9 以菠萝蜜为种子为原料提取淀粉，并分析其理化性质，证实菠萝蜜籽是一种良好的淀粉来源。廖夏云等10 采用超声辅助提取荔枝核中的淀粉，并且与玉米、马铃薯淀粉作比较，观察 3 种淀粉的理化性质，结果表明，荔枝核淀粉有巨大的潜力。聂红梅等11 采用正交法对芒果核提取淀粉的工艺进行优化，当料液比 1 3、pH 8、浸泡时间 18 h、烘干温度 60 时得到最佳提取率79.45%。Turola Barbi 等12 研究了枇杷核淀粉在成熟与未成熟的两个时期的理化性质等，发现枇杷核淀粉可以适用于工业生产。但是人们并不仅仅满足从果核中提取淀粉(表 1)，还开发了这些淀粉新的可能性。Nawab 等13 将4%的芒果仁淀粉糊化，与甘油和山梨醇 11配比制作用于番茄涂膜，可使番茄在保藏期间推迟成熟 20 d，并且对番茄品质几乎没有不良影响。Cao 等14 从枇杷种子中提取淀粉，与牛至精油一起制备不影响生物活性的可食用性降解膜。安徽农业科学，JAnhui AgricSci 2023，51(1):2228表 1果实加工废弃物的分类利用Table 1Classification and utilization of fruit processing wastes部位Part成分Component利用方式Use果壳 Shell天然色素食品色素抗氧化活性成分保健品、药物中间体果皮、果渣花青素、原花青素保健品、食品色素Peel and pomace精油化妆品、保健品膳食纤维营养强化剂果胶食品添加剂种子、果仁淀粉抗性淀粉、可食膜Seeds and nuts籽油食用油、化妆品蛋白保健品、动物饲料抗氧化活性成分保健品、药物中间体抗性淀粉指的是不能被人体的小肠吸收，但是能在结肠中发酵的淀粉或淀粉类食品的总称15。抗性淀粉分为物理包埋淀粉(S1)、抗性淀粉颗粒(S2)、回生淀粉(S3)、化学改性淀粉(S4)，常被用来研究的是 S316。抗性淀粉属于多糖类，是一种有利于人体的膳食纤维，具有降低血糖、改善肥胖等作用，它能改变结肠微生物群落，促进肠道有益菌繁殖。在一些心血管疾病与慢性病的治疗上也有益处17，在结肠癌预防方面被证明具有重要的意义1819。抗性淀粉常见的提取方法有压热法20、压热酶解法21、超声协同酶解法22 等。方桂红等23 利用酶法制备菠萝蜜籽抗性淀粉，采用单因素和正交试验对提取工艺进行优化。2天然色素的提取利用中国人的传统饮食在意色、香、味俱全，颜色鲜亮的食物往往会令人食欲大增，食品的颜色除了来源于其本身的性质外，还来源于各种色素。常见的色素分为天然色素与人工合成色素，人工合成色素因为价格低廉、合成容易、着色稳定性好，一段时间内占据了市场的大部分份额，但是近年来人工合成色素常见有害性报道以及一些商家违规使用人工合成色素，使得人们越来越倾向于无害且有益身体健康的天然色素。天然色素一般从植物体内提取，不仅无毒，大多数还具备一定的药理作用24。被废弃的果核与果壳中就存在天然色素，如何通过利用这些废弃物来提取天然色素也就成为了研究人员关注的焦点。21棕色素果壳富含黄酮类物质已经被证明可以被用来提取色素(表 1)，天然棕色素主要从板栗、核桃、山核桃、榛子等坚果的果壳中提取25，提取方法主要有浸提法、超声波提取法、微波法、超临界萃取法、酶解法等2526。赵婉莹等27 用纤维素酶水解法提取板栗壳棕色素，在温度 60、料液比 120、酶添加量 10%、提取时间 25 h 条件下获得的棕色素染色效果最好。邓涛等28 用碱溶液为提取剂，利用超声波辅助法提取核桃壳棕色素，提高了核桃棕色素的得率，稳定在 39%左右。罗维巍等29 以榛子壳为原料，利用乙醇提取榛子壳棕色素，优化了提取工艺，用乙醇做溶剂提取棕色素比水溶剂的提取时间更短更高效。展亚莉等30 用大孔树脂吸附法纯化板栗壳棕色素，纯化后的板栗壳棕色素得率可达 953%，色价可达 523，均优于传统方法。王转莉等31 也使用了乙醇作为溶剂提取山核桃果壳棕色素，在山核桃壳粗粉中加入质量分数为 50%的乙醇，浸提一段时间后，通过正交试验得出最优条件。22黑色素天然黑色素广泛存在于动物、植物及微生物的体内。人们常常会从黑米、黑木耳、黑芝麻、黑豆角、黑豆、黑加仑等植物中提取黑色素32，自然资源十分丰富。相较于人工合成黑色素而言，天然黑色素富含黄酮类物质和大量人体所需的微量元素，还具备氧化、保护神经和增强人体免疫力等特征。目前，研究人员对多种植物黑色素进行探究，黑色素提取工艺日趋完善。这为果核棕色素的提取奠定了理论基础、提供了可行性。目前果实废弃物中，主要从香蕉皮、杏仁种皮、花椒籽、桂花种子皮、葵花籽壳3337 提取黑色素。梁敏等33 以水为提取剂，再用有机溶液纯化桂花种子皮，提取黑色素，得率为 034%，并且测定其理化性质，证明其性质稳定。董小华34 把花椒籽粉经石油醚脱脂后用碱液浸提，反复沉降离心后得到黑色素。对花椒籽黑色素进行抗氧化能力和抗菌性的测定，通过试验证明黑色素具有良好的清除自由基和 DPPH 的能力，多酚和黄酮的含量都较多。赵萍等35 利用葵花籽壳提取黑色素，采用正交分析得出最佳提取工艺。李红姣等36 利用多种酶提取山杏种皮黑色素，通过试验筛选，胃蛋白酶的提取效果最好，可用于进一步的提取工艺优化。闵莉静等37 用碱酸法、超声辅助提取法、酶协同超声辅助提取法 3 种方法对香蕉皮中黑色素进行