果蔬加工副產物的活性成分及其在食品工業中的應用

謝婕　齊洪鑫　韓梅梅　蔣黎艷

摘要 隨著我國果蔬加工業的迅速發展和人民生活水平的不斷提高，由此產生的大量果蔬加工副產物不僅容易帶來環境污染，同時因其富含的營養素和營養外化合物不能有效利用，還會造成寶貴資源的浪費。在介紹源于果蔬加工副產物的多種活性成分的基礎上，著重闡述了果蔬加工副產物在開發創新性食品、酶制劑、抗氧化劑、抑菌劑、天然食品調味料、發酵固定化載體等食品工業中的應用，并對其發展前景進行了展望。

關鍵詞 果蔬加工副產物;活性成分;食品工業

中圖分類號 TS255文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2020）11-0021-05

Abstract With the rapid development of fruit and vegetable processing industry and the improvement of peoples living standards，a large number of fruit and vegetable processing byproducts not only had a negative impact on the environment，but also led to the waste of resources as they are rich in nutrients and extranutrients.Various active ingredients derived from byproducts of fruit and vegetable processing were introduced，and their application in developing innovative foods，enzymes，antioxidants，antimicrobial agents，natural food seasonings，fermentation immobilized carriers and other food industries were expounded.Finally their development was prospected.

Key words Fruit and vegetable byproducts;Bioactive ingredients;Food industry

據統計，果蔬加工過程中可產生大約相當于50%原材料的果皮、果核、果渣、未成熟或損壞的水果和蔬菜等副產物[1-2]。這些副產物大多直接被丟棄，極易造成環境污染。此外，果蔬加工副產物因其富含各類營養素和非營養素成分，是蛋白質、多糖、維生素、粗纖維、礦物質、植物甾醇、必需脂肪酸和抗氧化劑等良好的天然來源，可作為高附加值產品的回收資源[3-5]。更重要的是，與化學合成物相比，用果蔬加工副產物提取的天然成分來開發具有生物活性的產品更容易被消費者接受。目前，國內外對果蔬加工副產物中的活性成分有一定的應用研究，然而這些研究與每年產生的副產物

數量相比，其利用率和開發程度遠遠不夠，且目前的開發主

要是針對具體果品的副產物進行處理，缺乏從活性成分上進行全面的綜合分析和利用。鑒于此，筆者對果蔬加工副產物中的活性成分進行了介紹，著重闡述了其在開發創新性食品、酶制劑、抗氧化劑、抑菌劑、天然食品調味料、發酵固定化載體等食品工業中的應用，以期為更加合理利用果蔬加工副產物、降低環境污染風險和支持食品工業經濟發展提供科學指導。

1 果蔬加工副產物中的活性成分

果蔬加工副產物主要由水、有機物質和礦質元素組成，營養物質豐富[6]（表1）。研究表明，在果蔬加工副產物中廣泛存在多種活性成分，這些化合物基本上是植物的初級和次級代謝產物，主要有膳食纖維、果膠、酚類、脂肪酸等[7]。

1.1 膳食纖維

膳食纖維是非淀粉多糖的多種植物物質，通常分為兩大類：水溶性的果膠、樹膠和不溶性的纖維素、木質素、部分半纖維素等。果蔬加工副產物是膳食纖維的天然來源（表2），例如蘋果渣中干物質的含量達93.2%，而膳食纖維占干物質的60.1%[8]。Amaya-Cruz等[9]對芒果、番石榴和桃汁加工后的副產物中的膳食纖維進行了研究，結果顯示芒果和桃子副產物表現出不溶性/可溶性膳食纖維的充分平衡以及高含量的類胡蘿卜素和多酚;番石榴副產物中不溶性膳食纖維的含量最高達74%。Zhang等[10]對葡萄果實加工后產生的副產物紅葡萄渣中的膳食纖維和多酚類化合物進行了提取研究，結果顯示提取物中總膳食纖維含量較高，達5724%，其中不溶性纖維含量高達51.70%。

膳食纖維在體內不易消化，但在大腸中可被微生物（如雙歧桿菌）酵解，同時產生短鏈脂肪酸（乙酸、丙酸和丁酸），促進有益菌的增殖，改善腸道環境，提高腸道消化系統免疫力，降低患結腸癌和直腸癌的風險[11]。由此分析，果蔬加工副產物富含的膳食纖維活性成分應用前景廣泛，如在食品工業中可以用來強化食品，增加其膳食纖維含量，賦予食品適當的流變學特性，改善食品的風味和質構，并生產出低卡路里、低膽固醇和低脂肪的健康產品[12]。

1.2 果膠

果膠是一種直線型天然高分子多糖聚合物，是水果和蔬菜細胞壁中間層的主要構成成分，具有良好的凝膠性和乳化穩定性，在化妝品、食品及醫藥保健品中應用廣泛。果蔬加工副產物中含有豐富的果膠，是天然優質果膠的良好來源。Wang等[13]研究發現，與市售果膠相比，從蘋果渣中提取的果膠多糖的分子量、半乳糖醛酸含量、干物質和蛋白質含量較低，灰分含量和中性糖含量較高;同時還發現提取的果膠多糖在體外顯示出比商業果膠更高的抗氧化能力和對HT-29結腸腺癌細胞更強的抑制作用。Jiang等[14]以發酵山楂酒渣（FHP）和浸泡山楂酒渣（SHP）為原料，采用酸法來提取山楂酒渣和浸泡山楂酒渣中的果膠，并進行詳細的比較，結果發現提取出來的這2種果膠均為高甲氧基果膠，SHP的分子量高于FHP。差示掃描量熱分析表明，SHP的熔體溫度低于FHP，分子排列比FHP有序。FHP和SHP溶液具有剪切稀釋性能，但SHP具有較強的抗剪切能力。隨著濃度的增加，FHP趨向于彈性固體，在SHP中不顯著。研究還表明，FHP和SHP都有可能成為果膠的新來源，這2種果膠均可作為食品加工中的增稠穩定劑。近年來，醫療保健行業通過合成和改性果膠在免疫、抗癌、材料行業等方面取得巨大成功，隨著人們對營養健康食品的追求，食品行業中各種低酯果膠、酰胺化果膠以及脂肪替代品果膠會是今后發展的一個方向，因此果蔬加工副產物在這方面也具有較大的應用前景。

1.3 多酚

果蔬加工副產物還具有多酚含量高的特點。許多水果和蔬菜被歸入100種最豐富的多酚膳食來源中[15]。蘋果副產物是多酚類化合物的重要來源，這些化合物主要包括黃烷醇類、酚酸類、兒茶素及花青素類等[16]。葡萄籽也是多酚的良好來源，特別是酚酸、鞣花苷、黃酮、黃烷-3-醇，如兒茶素、花青素、二苯乙烯和白藜蘆醇，均具有抗氧化、抗腫瘤、抗微生物、抗衰老的功能，對肝臟具有抗毒性和抗炎作用[17]。Yilmaz等[18]研究發現，葡萄籽粉和葡萄皮的總酚含量的抗氧化能力與藻紅蛋白的氧自由基吸收能力有類似的趨勢，表明葡萄皮和葡萄籽粉的健康功能成分與水果和蔬菜相當。甘蔗渣也可用作多酚類物質的潛在來源，并可能在功能性藥劑的開發和農業工業收入的增加中發揮作用。Zheng等[19]研究了甘蔗渣提取物中酚類物質的組成，發現甘蔗皮渣總酚含量為（7.83±0.24）mg/g，包括自由酚（EF）（7.35±0.25）mg/g和結合酚（0.48±0.01）mg/g。此外，還有研究表明花生皮[20]、蔓越莓果渣[21]也富含多酚類物質。近年來，從植物中尋找天然抗氧化劑的需求日益增加，果蔬加工副產物中具有豐富的多酚類物質，是天然抗氧化劑的良好來源，因此從果蔬副產物中提取多酚類物質具有較大的應用前景。

1.4 脂肪酸和脂溶性物質

水果加工行業產生越來越多的種子和果仁的副產品，這些副產品可以作為油脂類物質的天然來源，與化學合成物質相比，這些天然來源的物質更容易被消費者接受。Górna等[4-5]對西瓜、石榴、獼猴桃等9種工業水果副產物種子中油脂的回收及其脂肪酸和植物甾醇組分進行了研究，發現果實種子的出油率為11.8%～28.5%，每種籽油中脂肪酸成分都不一樣;大部分樣品中亞油酸含量較高（38.0%～70.7%），而石榴籽油中石榴酸含量極高（862%）。此外，還發現酸櫻桃副產物的產油率為17.5%～37.1%，平均為31.8%，主要脂肪酸有亞油酸（35.50%～4606%）、油酸（25.25%～45.30%）、α-欖香酸（7.43%～1576%）和棕櫚酸（5.06%～7.38%）。Petkova等[22]對3個品種甜瓜種子中的油脂含量及成分進行了研究，發現油脂中甾醇、磷脂和生育酚的含量分別為0.6%、0.7%～1.7%、435～828 mg/kg，脂類中的主要脂肪酸為亞油酸（51.1%～585%），其次為油酸（24.8%～25.6%），證實了將該油用于制藥或化妝品工業的可能性。綜上所述，果蔬加工副產物是油脂類物質的天然來源，如果能夠采用合理的技術手段和加工方法對其進行純化并加以利用，果蔬加工副產物可以作為食用油的新資源，具有較大的開發利用空間。

2 果蔬加工副產物在食品工業中的應用

2.1 開發創新性食品

目前果蔬加工副產物在開發創新性食品的應用研究較多。大量的研究發現蘋果渣可以作為膳食纖維的補充成分，在不同的產品中加入可以起到一定的作用。Rocha等[23]以蘋果渣為原料制備無麩質（GF）烘焙產品，發現蘋果渣中的纖維含量很高，纖維含量越高，粘合性越低。Choi等[24]研究了蘋果渣纖維和豬肉脂肪含量對未經加工、低脂雞肉香腸品質的影響，結果表明，在配方中加入蘋果渣纖維可以成功地降低乳化香腸中的脂肪含量，同時與常規脂肪（30%）對照組相比，發現可以改善乳化香腸的質量特性。還有研究表明，從干蘋果渣中提取的纖維可以成功地用于制備嗜酸性酸奶、芒果飲料、蘋果飲料等富含纖維的產品[25]。

此外，果蔬加工副產物在創新性食品的營養組成上也可以發揮一定的作用。Bertagnolli等[26]以不同用量（30%、50%和70%）番石榴皮粉來開發餅干配方，感官分析表明，含有30%番石榴皮粉的餅干在香氣、風味和質地特性方面令人滿意，含50%和70% 番石榴皮粉的餅干僅在香氣方面令人滿意，研究還表明添加番石榴皮粉的典型特征是纖維、礦物質、多酚和β-胡蘿卜素等的含量較高，脂類和碳水化合物含量低。因此，番石榴皮粉可部分替代小麥粉用于生產餅干，以提高營養價值，而不影響產品的感官質量。Selani等[27]研究了冷凍干燥菠蘿副產物和菜籽油作為脂肪替代品對低脂肪牛肉漢堡包的氧化穩定性、膽固醇含量和脂肪酸組成的影響，結果表明菠蘿副產物和菜籽油可作為食品成分在更健康的牛肉漢堡開發中進行應用。綜上，果蔬加工副產物中營養成分豐富，尤其是膳食纖維含量較高，可以作為開發創新性食品的潛力資源。

2.2 制備酶制劑的原料

果蔬加工副產物含有大量的果膠、碳水化合物、蛋白質，且脂肪含量低，可以用作微生物產酶的原料。Hours等[28]以蘋果渣為原料，采用固態發酵法小規模生產果膠酶，發現蘋果渣是果膠酶生產的適宜原料。Reddy等[29]以芒果干果加工工業產生的廢料為碳源，利用真菌菌株生產果膠酶，結果發現在溫度28 ℃、pH 6.0、接種量0.024 mL/mL、培養時間72 h、底物濃度為0.006 g/mL、碳源-果糖（1%）條件下，果膠酶產量較高。在最佳條件下，果膠酶活力最高可達81.971 8 U/mL。Ruiz等[30]以檸檬皮渣為底物，黑曲霉Aa-20為載體，采用固態發酵法來生產果膠酶，結果表明檸檬皮渣是一種生產果膠酶的良好原料。還有研究報道來自葡萄酒和果汁生產的葡萄渣已被用于生產木聚糖酶和果膠酶[31]。隨著對酶的深入研究和越來越多的認識，各種酶制劑在食品工業中的應用越來越普遍，酶的提取和合成也是目前的研究熱點，充分利用果蔬副產物作為各種酶底物的來源將具有非常廣闊的應用前景。

2.3 提取抗氧化劑和抑菌劑

果蔬加工副產物中含有的花青素、類黃酮、維生素C等具有強大的抗氧化作用，能夠清除機體內自由基、延緩機體衰老，預防心血管、老年癡呆、糖尿病等疾病[32]。因此抗氧化劑提取也成為果蔬加工副產物的重要應用。目前有關果蔬加工副產物中抗氧化劑的應用開發研究較多，并且對它們的作用效果也進行了一定的鑒定。Albuquerque等[33]對分別來自熱帶島嶼的四個品種番荔枝的果肉、果皮和種子的抗氧化活性進行了研究，結果表明番荔枝及其副產品均具有較強的抗氧化能力，可以作為有價值的天然提取物。Rodrigues等[34]綜述了橄欖副產物的組成及其所含的生物活性成分，表明橄欖副產物含有豐富的生物活性化合物，如抗氧化劑、脂肪酸和礦物質，可以成為抗老化化妝品活性成分的來源。此外，還有研究表明[35]把橄欖廢棄物中的多酚提取物用于動物試驗中，通過與對照組相比，發現飼喂橄欖研磨廢棄物多酚日糧的仔豬在血液和大部分受試組織中的抗氧化機制顯著增強，表現為總抗氧化能力（TAC）、谷胱甘肽（GSH）和過氧化氫酶活性（CAT）升高。

果蔬加工副產物還可以作為潛在的天然抑菌劑，主要是因為其具有抗氧化性和自由基清除活性，可以延緩或抑制DNA的氧化以及蛋白質和脂質的氧化，在防止病原體入侵和保護食品中扮演著重要角色[36]。Rodríguez-Carpena等[37]研究發現，牛油果的果皮、果肉和種子中的提取物對革蘭氏陽性細菌顯示出中度的抗菌作用。Chacko等[38]以柑橘、菠蘿、石榴、香蕉等果皮為原料來制作果醬，并對其抑菌性能進行了評價，結果發現石榴果醬對志賀氏菌的抗菌活性最高。此外，果蔬加工副產物的提取物還可以通過聯合不同的處理方法來增強其抑菌活性。Sanz-Puig等[39]研究了花椰菜和柑橘副產物在37和10 ℃浸泡條件下對腸桿菌傷寒沙門氏菌的滅活效果，發現副產物單獨使用具有較強的抗菌效果，當聯合高水壓處理（200 MPa，2 min）時，對鼠傷寒沙門氏菌的抗菌作用增強。Vodnar等[40]研究了羅馬尼亞主要農用工業廢物（蘋果皮、胡蘿卜漿、白葡萄和紅葡萄皮、紅甜菜肉和皮）中的生物活性物質，并對這些物質的抗微生物活性進行了評價，結果發現胡蘿卜提取物對兩種菌株（傷寒沙門氏菌TA98和TA100）均無抑菌作用，而經過熱處理（10 min，80 ℃）后的紅葡萄渣對兩種菌株抑菌效果最好。

2.4 合成天然調味料

果蔬加工副產物中的提取物還可用于各種菜肴的調味品。目前由于天然調味料提取成本較高，大多數商業調味品都是通過化學合成來獲得。果蔬副產物或者食品殘渣均可作為化學合成的替代品，這是一個潛在的風味來源。Rossi等[41]研究了檸檬漿在固態發酵中利用蠟狀囊菌生產芳香揮發物的應用，發現以檸檬汁生產工業的廢棄物為原料來制作檸檬漿，在檸檬漿中添加大豆麩、甘蔗糖蜜和礦質鹽溶液，可產生強烈的水果香氣。Mantzouridou等[42]對柑桔皮固態發酵選育工業酵母菌株進行了研究，發現利用柑橘皮渣進行固態發酵生產具有“果味”特性和高工業價值的酵母揮發性芳香酯是可行的，還發現這主要與橙子廢料的高活性有關，因為其含有高含量的可發酵碳水化合物，即來自于水解后自然產生的簡單糖（葡萄糖、果糖）和多糖（纖維素、半纖維素、果膠）以及氨基氮。Christen等[43]研究發現小麥麩皮、木薯渣和甘蔗渣是菲氏角胞桿菌生長和產香的適宜基質。在所測試的營養培養基中，甘蔗渣與含有葡萄糖（200 g/L）的合成培養基中可產生水果香氣，而與含亮氨酸或纈氨酸的培養基產生強烈的香蕉香氣。Soares等[44]研究報道在以蒸汽處理過的咖啡殼與葡萄糖聯合作為底物進行固態發酵時，可產生強烈的菠蘿香味，增加亮氨酸的含量可產生強烈的香蕉氣味。Martínez等[45]利用克魯維酵母菌，以甘蔗渣/甜菜糖蜜為原料，通過甘蔗渣/甜菜糖蜜混合物的固態發酵生產水果氣味的化合物。目前在各種調味料的生產方面，越來越多的研究主要基于微生物的生物合成或食品廢棄物的生物轉化，因而果蔬加工副產物作為香辛料天然來源的前體物質，具有巨大的應用潛力。

2.5 其他應用

果蔬加工副產物如果皮、果核、果梗、果肉等固體殘渣回收利用價值高，殘余物質可以轉化為商業產品，作為二級過程的原料、操作供應品或作為新產品的成分。Orzua等[46]研究發現椰殼、蘋果渣、檸檬皮和橙皮具有較高的吸水能力和良好的微生物生長速率，是固態發酵（SSF）中具有較大潛力的固定化載體，且具有成本優勢以及豐富的適用性。Borah等[47]以馬鈴薯皮和甜萊姆果渣為原材料，來開發可生物降解包裝膜，發現該膜能有效地降低面包樣品的重量損失、降低硬度和抑制表面微生物負載。Santos等[48]研究發現熱解橙皮可用作生產固體生物燃料過濾器和重金屬生物吸附劑，特別是鉛吸附材料，其性質隨著熱解溫度的升高而提高。

果蔬加工副產物還可以作為功能性飼料成分用于農畜飼養，迎合消費者 “清潔”“天然”和“生態/綠色”的需求。Guil-Guerrero等[49]發現采用植物性副產物（棉籽粕、綠茶、蘋果和紅酒渣）作為飼料補充，因其含有適當濃度的抑菌劑和健康促進劑（天然替代品），能夠減少抗生素的使用。上述副產物還可以引起體內微生物的變化，比如減少回腸大腸桿菌數量，改善小腸指示微生物的多樣性，對畜禽免疫系統也有積極作用。此外，血糖、尿素、肌酐、甘油三酯、膽固醇和皮質醇濃度通常在植物性副產物攝入后降低，這些副產物還能導致肌肉的抗氧化活性增加。雖然果蔬加工副產物在營養和衛生方面適合用于動物飼料，能夠有效地用于畜牧業營養生產，提高畜產品的品質，但是也有研究發現，果蔬加工副產物含水量過高，在作為動物飼料成分加入的時候必須通過一些干燥方法來減少水分含量[50];此外，還發現咖啡和葡萄酒副產物中亞硝酸鹽含量很高，如果蔬菜副產物中的亞硝酸鹽含量低于規定的最大允許限度，那么將其用作動物飼料的原料將是可行的。

3 結論

果蔬加工副產物具有來源廣泛、價格低廉、無二次污染等優點，同時也是膳食纖維、果膠、多酚類物質和脂肪酸等營養功能成分的良好來源，因此應該加大果蔬加工副產物在食品工業中的應用。未來可以在以下幾個方面對果蔬加工副產物開展深入研究：①采用先進的提取和加工技術，對果蔬加工副產物進行梯次利用，最大化利用其膳食纖維、果膠、酚類、脂肪酸等有效成分;②拓展開發果蔬副產物中的活性化合物的利用途徑，討論不同果蔬副產物中活性成分的區別;③針對果蔬加工副產物提取的活性成分，更深入地研究這些生物活性分子在受到食品加工和儲存的影響之后，再從食物基質中釋放，被生物體吸收、分布、代謝、消除的生物過程。

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