生物技术在果蔬加工副产物的综合利用
摘要：我国果蔬种类繁多，面广量大，每年收获季节，除大量供给市场新鲜果蔬和贮藏加工外，往往还有大量的副产品，果蔬加工过程中往往会产生大量的下脚料。目前，果蔬加工副产物利用中经常使用发酵工程技术、酶工程技术和蛋白质工程技术等对果蔬废弃物进行再次利用，包括有机酸的提取、果渣制酒和生物单细胞蛋白饲料等。
关键词：生物技术 果蔬 副产物 综合利用
一、概述
我国果蔬种类繁多，面广量大，每年收获季节，除大量供给市场新鲜果蔬和 贮藏加工外，往往还有大量的副产品，果蔬加工过程中往往会产生大量的下脚 料。如在制作果蔬汁中，下脚料占加工原料的重量分别为：苹果20％～25％； 柑橘50％～55％；葡萄30％～32％；菠萝50％～60％；西番莲50％～66％；香 蕉30％；番茄10％；胡萝卜40％；青豌豆60％；芦笋28％；辣椒24％。如此 之多的下脚料，弃之为草，用之为宝，其综合利用可提取很多有价值的营养成 分，利用价值很高[1]。如利用柑橘皮可生产乙醇、果酒、果胶、甲烷、香精，制橘皮小食品，柑橘废水可提取单细胞蛋白质；从葡萄皮中提取色素、乙醇、酒石酸，从葡萄核中提取葡萄核油；从核果类果仁中提取苦杏仁苷、油脂、蛋白质； 用胡萝卜、西葫芦、青豌豆的下脚料可作畜禽饲料等。另外，在原料生产基地， 从栽培至收获的整个生产过程中，还会有很大数量的落花、落果及残次果实，而 这些原料中又含有很多有用的成分，可以加工或提取有相当价值的产品。这些下 脚料是可再生资源，若充分利用，可节省大量物资，不仅提高了原料的利用率， 增加经济效益，而且还大大减少环境的污染，保护生态环境，既利国又利民。据 统计进行综合利用可降低成本45％以上。果蔬副产品因其化学成分不同，性质 不同，制品不同，作用也不同，有的有很高的利用价值及经济价值。
目前，在果蔬加工副产物利用中经常使用的生物技术是发酵工程技术、酶工程技术和蛋白质工程技术。发酵工程技术是利用微生物的特殊功能生产有用物质的一种技术体系。这项技术包括菌种的选育和改造、代谢产物的分离与提纯等操作。它涉及到新食品原料、食品加工催化剂、食品保藏稳定剂、D-氨基酸及其衍生物以及废弃物的发酵。其中，后者就是利用果蔬生产加工中的废弃物作为原料，通过发酵工程生产出酒精、单细胞到白、食品添加剂、有机酸和氨基酸等产品。
目前，我国果蔬加工副产物通常情况是直接抛弃或者只是做简单处理，果蔬加工副产物的利用还比较单一，集中在果蔬渣的利用，生物技术在其中的应用主要是生产酶制剂，单细胞蛋白饲料、和发酵酒精等。
二、有机酸的提取
果蔬中的有机酸主要有柠檬酸、苹果酸、酒石酸、草酸等。如柑橘中柠檬 酸含量达5％，李子达0．4％～3．5％，杏达0．2％～2．6％，葡萄达0．3％～ 2．1％。不论柠檬酸来源于果蔬废弃物的发酵，还是来源于国是本身，都需要吧柠檬酸提取出来。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做提取柠檬酸的原料。伍时华[2]等对柠檬酸的提取通过发酵手段分别作了3种不同的方法进行实验。
2.1钙盐法
钙盐法也称石灰一硫酸法，是目前我国柠檬酸生产厂家主要采用的提取工艺，是一种传统的从发酵液中提取柠檬酸的方法。该工艺是利用柠檬酸钙不溶于水、但能溶于酸的特点，来进行分离提取。钙盐法是一种传统的从发酵液中提取柠檬酸的方法，它具有工艺成熟、原材料易得、操作方便、产品质量稳定等优点。但随之暴露出的缺点也不少，主要有以下几方面：①提取过程中单元操作多，损失大，总收率低，即使每一步都能规范操作，总收率也很难高于80％，国内厂家一般在60～75％，超过70％的很少[3]；②取过程中柠檬酸经过多次相变，不仅消耗大量的化工原材料，而且用于固液分离的能耗也大；⑧提取过程中产生大量的废水、废渣，严重污染了环境，同时加大了工人的劳动强度。近年来，为了使该工艺更环保、更节能，也为了改善工人的工作环境，人们对这一传统方法提出了一些改进措施。例如，用氢氧化钙代替碳酸钙中和，大大减少了气体二氧化
碳的排放量，改善了劳动环境，而且产量稳定[4’5]。用柠檬酸代替硫酸进行柠檬酸钙的酸解，不产生硫酸钙废渣，节省了硫酸，减少了环境污染[6]。另外，将柠檬酸母液用浓硫酸净化处理后直接返回酸解工序，可以有效地除去易碳化物，降低原材料消耗[7]。
2.2 离子交换吸附法
上世纪七、八十年代，离子交换吸附法开始应用于发酵液中柠檬酸的提取分离过程。它是利用特定的有机高分子树脂的高选择吸附性，通过寻找使用适当的树脂，直接从过滤后的发酵液中提取柠檬酸或其盐类。离子交换吸附法工艺简单，与钙盐法相比，由于减少了柠檬酸的相变过程，能耗大大降低；生产过程中不产生大量的石膏废渣，大大降低了工人的劳动强度，也改善了周围环境；重要的是柠檬酸的收率由70％提高到85％以上。当然，该工艺也存在一些缺点，例如，离子交换树脂在使用中需要频繁再生，会产生大量废液；再之，离子交换树脂具有一定的寿命，也需要经常更换，会产生大量的固体废弃物。因此，寻求或研制高效、寿命长、易回收利用的离子交换树脂，就成为该工艺得以工业化推广的关键。国外有文献报道，在洗脱时直接用稀无机酸，如盐酸、硫酸、硝酸等，不用氨水或碱液，可以直接得到稀的柠檬酸溶液，省去了使用阴离子转型这一步[8,9]。国内秦涛[10]等引入工业色谱原理，采用多级串联离子交换柱模拟移动床分离、提纯柠檬酸，不需要转型，总收率可达95％以上，而且费用较低。
2.3溶剂萃取技术
溶剂萃取技术用于提取分离发酵法生产的生物产品，已有几十年的历史了，我国从上世纪70年代即开始了用溶剂萃取柠檬酸的研究。该工艺的原理是，利用发酵液中柠檬酸和其他杂质组分在萃取剂中溶解度的不同，把柠檬酸萃取到溶剂相中。然后，提高温度，用水对溶剂相进行反萃取，使柠檬酸重新进入水相，再经过离子交换、蒸发、结晶，最后得到产品。溶剂萃取法与前面两种工艺相比，有其自身的特点。与钙盐法相比，省去了中和与酸解两道工序，节省了大量的化工原料，降低了能耗，在提取过程中不会产生大量废渣，有利于环保。与离子交换法相比，具有处理能力大、分离效果好、回收率高、可连续操作等优点。而且萃取剂可以反复使用，也降低了生产成本。但到目前为止，溶剂萃取法还很难以工业化，主要原因是萃取剂的选择问题。由于柠檬酸发酵液的组成复杂(含有糖、