蘋果副產物資源化利用調查研究

焦孝平

（慶陽市科學技術開發(fā)中心，甘肅 慶陽 745000）

1 蘋果副產物資源化利用現(xiàn)狀

我國是世界蘋果生產大國，蘋果種植面積、產量和出口總量均居世界之首。據(jù)調查，目前全國蘋果種植總面積206萬hm2、總產量達4 100萬t，年鮮果加工量230萬t。按每平方米蘋果園每年疏花疏果“廢棄”幼果2 250 kg、每加工1 t蘋果排渣0.25 t計算，全國每年廢棄的幼果達450萬t、蘋果渣達57.5萬t。由于受蘋果加工的季節(jié)性限制以及相關研究技術的欠缺，加之許多企業(yè)重引進、輕研發(fā)，重產品生產、輕廢棄物綜合利用，這些廢棄的幼果和蘋果皮渣基本都不能在企業(yè)內部就地利用和轉化，除30%左右被用于普通農家肥料或簡單加工成養(yǎng)殖場飼料外，絕大部分以垃圾形式被廢棄，既浪費資源又污染環(huán)境，這一問題已經成為制約我國蘋果加工業(yè)持續(xù)發(fā)展的“瓶頸”?！笆濉币詠恚S著蘋果種植業(yè)的發(fā)展壯大和國家相關扶持政策的出臺，業(yè)界人士和專家在蘋果皮渣綜合利用方面進行了一些探索，取得了初步的研究成果，特別是利用蘋果皮渣加工飼料和生物有機肥的研究技術趨于成熟，也實現(xiàn)了產業(yè)化。然而，利用蘋果副產物提取生物活性物質、加工食品的技術研究，還停留在實驗室或中試階段，技術還不夠成熟，且現(xiàn)有研究成果多數(shù)還未能得到轉化，產業(yè)化程度低；或加工成本過高，得不償失；或在加工中會出現(xiàn)新的污染，環(huán)保達不到要求，致使蘋果生產副產物未能實現(xiàn)真正意義上的資源化和產業(yè)化利用。以全國最佳蘋果適生區(qū)和第二大蘋果主產區(qū)慶陽市為例，全市蘋果園（掛果）面積和產量分別為46 113 hm2與43.97萬t，建有2萬t蘋果濃縮汁生產線2條、規(guī)模以上蘋果脆片和果脯加工企業(yè)4家，2019年濃縮蘋果汁和蘋果脆片產量分別為21 429 t和900 t。全市每年廢棄的蘋果幼果10萬t；僅生產蘋果濃縮汁和蘋果脆片每年產生的蘋果皮渣達15 300萬t，但由于對蘋果副產物深加工和綜合利用技術水平有限，每到生產旺季，因大量蘋果副產物無法得到有效處理，不得已以每車20～30元的價格讓周圍的農民當垃圾深埋，不僅造成了資源的巨大浪費，還對環(huán)保造成巨大壓力。如何充分利用青蘋果和蘋果皮渣進行深加工和資源化利用，已成為科技界迫切需要研究的主要課題。

2 蘋果副產物資源化利用存在的主要問題分析

2.1 引領產業(yè)發(fā)展的綜合性專業(yè)化重大成果不足

由于缺乏科技投入和政策支持的長效機制，致使成果輸出缺乏原動力和大項目支持，用于轉化的成果總量，特別是能夠使蘋果副產物真正實現(xiàn)產業(yè)化的高質量科技成果數(shù)量很少。雖然已有一些科研單位開展了蘋果副產物資源化利用研究，少數(shù)企業(yè)也以蘋果副產物為原料在蘋果果膠提取、飼料加工等方面建立了生產線，但真正能夠實現(xiàn)規(guī)模化、產業(yè)化、專業(yè)化綜合利用的成套技術很少，甚至有的處理利用模式經不起實踐檢驗，容易造成新的資源浪費和環(huán)境污染，或用于加工的高附加值產品少，沒有市場競爭力，達不到批次高效利用的目的。

2.2 蘋果副產物資源化利用技術的實用性、實效性不強

國內的一些高校和院所在實驗室對蘋果皮渣綜合利用進行了小批量的研究，工業(yè)化放大的可行性研究和技術推廣效益的認證還不夠,而且多數(shù)研究主要集中在單一技術方案,往往忽視了資源利用的效益最大化。此外,在鏈接高校、院所與企業(yè)技術創(chuàng)新活動的中間環(huán)節(jié)還存在基礎研究“最先一公里”和成果轉化、市場應用“最后一公里”脫節(jié)問題。這在一定程度上影響了蘋果副產物資源化利用技術的實用性和實效性。有必要從蘋果加工企業(yè)高質量發(fā)展與民生改善急迫需要和長遠需求出發(fā)，凝練科技問題，布局戰(zhàn)略力量，激發(fā)創(chuàng)新主體活力，加強技術供需對接，優(yōu)化配置創(chuàng)新資源，推進形成特色鮮明、快速高效，政產學研用緊密結合的資源化、產業(yè)化綜合利用新技術、新模式。

2.3 蘋果副產物用作飼料或食品原料的質量安全無法得到保障

新鮮蘋果皮渣中70%以上是水，此外還含有可溶性糖，果膠、淀粉、纖維素、半纖維素、木質素、脂肪、蛋白質和礦物質等營養(yǎng)物質和微量元素，而且由于其pH值呈酸性，非常適合腐敗菌等微生物生長繁殖。蘋果加工企業(yè)大都沒有對自身產生的蘋果皮渣進行資源化再利用的技術和設備，或工藝落后、產品單一，使主打產品生產產生的蘋果皮渣往往得不到及時處理，輕則氧化褐變，重則會滋生大量微生物而腐爛變質，失去用作食品或飼料原料的基本性能，甚至存在安全隱患，進而無法實現(xiàn)資源化利用。

2.4 現(xiàn)有生產模式下難以實現(xiàn)就地就近集約化處理和利用

一方面，廢棄蘋果幼果的農戶和排放蘋果皮渣的蘋果加工企業(yè)由于普遍規(guī)模較小，自身產生的蘋果副產物不足以滿足專門生產線的原料需求，且沒有專業(yè)化利用技術和設備，無法對企業(yè)自身產生的蘋果副產物進行無害化處理和資源化利用，眼看著大量可以資源化利用的蘋果幼果和皮渣白白浪費而無能為力；另一方面，專業(yè)化的加工利用企業(yè)由于用作生產原料的蘋果皮渣供不應求，而長期停工停產，造成大量人力資源浪費和設施設備閑置，企業(yè)在定期維護設備的同時還需支付一定的勞動力工資來維持下一年的生產，這給企業(yè)生存帶來了巨大壓力。

3 蘋果副產物資源化利用的對策建議

3.1 加強蘋果加工企業(yè)技術升級改造

按照“循環(huán)利用、全值利用、梯次利用”理念，通過政策引導、財政支持等措施，鼓勵和規(guī)范蘋果加工企業(yè)在優(yōu)化主打產品生產工藝的同時，加強蘋果皮渣保色、護色和制干技術創(chuàng)新，建立蘋果皮渣烘干生產線和幼果收購中轉站，促進蘋果副產物在企業(yè)內部就地及時得到無害化處理；確保蘋果皮渣及時得到干燥，使其水分達到安全存放標準，符合飼料或食品原料的理化和微生物指標，為下游蘋果副產物資源化利用企業(yè)提供安全、適宜原料的同時，實現(xiàn)自身企業(yè)效益最大化。充分發(fā)揮環(huán)保、食藥監(jiān)等部門的監(jiān)管作用，禁止未經任何處理的蘋果皮渣隨意廢棄或無害化處理不合格、不安全的蘋果皮渣流向市場。

3.2 推進蘋果副產物資源化利用及其綜合配套技術研究和創(chuàng)新

重點強化資源利用高值化、生產能力規(guī)模高效化、再次利用加工環(huán)境友好化等核心技術的研究與開發(fā)，加強相關技術和設備的研發(fā)和推廣，并給予適當?shù)呢斦a助。探索以“廢棄”的幼果和蘋果皮渣為原料，采用冷凍干燥技術生產果粉后，再通過有機溶劑提取工藝生產蘋果多酚等生物活性物質，最后利用剩余的“廢渣”生產富含膳食纖維的保健食品，研究、探索以蘋果皮渣為原料加工蘋果粉、蘋果多酚等生物活性物質和蘋果膳食纖維的生產最佳生產工藝，為帶動蘋果皮渣綜合利用開辟一條新的途徑。

3.3 建立高質量專業(yè)化蘋果副產物加工再利用企業(yè)

堅持“創(chuàng)新引領、需求導向、特色鮮明、協(xié)同高效”原則，具備條件的企業(yè)，采取先進的提取、分離、制備技術，挖掘蘋果副產物的綜合利用新模式，開發(fā)新能源、新材料、新產品等，進一步完善技術模式。同時，要從保障食品、飼料安全，防止二次污染等多角度進行綜合考量，培育更多低成本、低能耗、低排放、高效率的蘋果皮渣綜合利用新業(yè)態(tài)，使蘋果副產物真正實現(xiàn)“吃干榨凈”、變廢為寶，延長產業(yè)鏈，實現(xiàn)高值化綜合利用。

4 以蘋果皮渣為原料適宜加工的新型產品

4.1 蘋果皮膳食纖維咀嚼片

膳食纖維對人體具有其他營養(yǎng)素不能代替的生理功能: 具有高吸水性和持水性，促進排便;吸附膽固醇、腸毒素，影響體內膽固醇代謝，促進腸內毒素的排出;吸水后對胃腸有填充作用，減少人體對脂肪的吸收，可預防肥胖。膳食纖維能夠調節(jié)血糖，促進腸道蠕動，促進消化和固體廢物排泄，改善腸道微生物菌群，是預防各種“富貴病”和降低結腸癌患病風險的優(yōu)良助劑，也是一種具有優(yōu)良膠凝化和乳化作用的天然食品添加劑，被譽為人類“第七營養(yǎng)素”。經測定，風干的蘋果皮渣膳食纖維含量高達3.8%，是用于加工富含膳食纖維保健食品（蘋果皮膳食纖維咀嚼片）的優(yōu)質資源，其加工工藝為：鮮蘋果皮→水洗→擠壓膨化→烘干→超微粉碎→混合配料→制軟材（加潤濕劑）→壓片→滅菌→包裝。

4.2 提取蘋果多酚

蘋果多酚具有清除體內自由基、抗脂質氧化、改善肺功能和抑菌、抑病毒等多種功能，可防止食品氧化變質，延長保質期，是一種優(yōu)良的天然抗氧化劑和功能食品基料，可以添加到食品和化妝品中，還可以防止衰老，抗腫瘤、過敏和齲齒，抑制高血壓和高脂血癥，其抗氧化能力是維生素E的50倍，生理功能是茶多酚的100倍[1]。據(jù)測定，蘋果皮渣總多酚含量高達13 g/kg左右。實驗結果表明，用乙醇提取蘋果多酚，其穿透力強，工藝簡單，條件容易控制，提取率較高，且乙醇易除干凈，該工藝用于工業(yè)化生產，成本較低且安全，其最佳工藝條件為：料液比1∶14、溶液pH5.5、乙醇濃度50%、提取溫度70 ℃、浸提時間35 min、超聲波頻率40 kHz，該工藝條件下蘋果多酚的得率可以達到2.979 8 mg/g。通過靜態(tài)吸附、解吸實驗篩選出純化蘋果多酚的最佳樹脂為D101型大孔吸附樹脂，它不僅對蘋果渣中的多酚物質具有較強的吸附能力，而且易于洗脫，是吸附分離蘋果渣多酚的優(yōu)良材料，蘋果多酚分離、純化最佳工藝條件為:上柱濃度1.5 mg/mL、pH4.5、上樣速度1.25 mL/min；洗脫劑優(yōu)選為乙醇、洗脫劑濃度為60%。

4.3 生產蘋果果膠

果膠具有卓越的凝膠性和乳化穩(wěn)定性，是食品工業(yè)優(yōu)良的添加劑，而且果膠作為可溶性膳食纖維具有抗癌、防腹瀉、治療糖尿病等功效，是保健品和化妝品重要的輔助原料[2]。據(jù)調查，全世界果膠的年需求量超過2萬t，而且其需求量在相當長的時間內仍將以每年13%的速度增長。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年果膠需求量將近2 000 t，其中進口量超過70%，且其需求量呈高速增長趨勢。有關研究顯示，蘋果干渣中果膠含量達15%～18%[3]。當前，酸水解法是以蘋果渣為原料提取果膠的首選工藝，其生產成本低，產品得率高。實驗結果表明，影響果膠提取的主要因素是pH，其次分別是提取溫度、提取時間、料液比。其加工工藝流程為：蘋果皮渣→預處理→分離→酸解→分離→脫色→過濾→濃縮→沉析→分離→干燥→包裝；最佳工藝條件是：pH2.5、提取溫度80 ℃、提取時間110 min、料液比1∶15（g/mL）。在此條件下，果膠的提取率最高可達10.20%。

4.4 發(fā)酵蘋果果醋

果醋與糧食醋相比，鉀、鋅離子含量較高，利于調節(jié)人體內鈉鉀平衡，保護心血管，很受消費者喜愛，特別在沿海開放城市，果醋產品可用作西餐菜肴和海鮮調料，市場供給非常緊俏。以蘋果渣為原料經科學方法釀造的果醋，不僅酸度能達到食用醋的標準，而且還保留了水果特有的的營養(yǎng)物質。蘋果渣固態(tài)發(fā)酵果醋工藝流程為：蘋果渣→除雜→水洗→粉碎→配料→接種酵母菌→攪拌→酒精發(fā)酵→加麩皮→接種醋酸菌→醋酸發(fā)酵→淋醋→滅菌→陳釀→灌裝。其酒精發(fā)酵適宜工藝參數(shù)為：加酶量0.06%、酵母接種量8%、初始糖度16°Brix；醋酸發(fā)酵最優(yōu)技術參數(shù)為配料比1∶10、醋酸菌接種量15%、發(fā)酵溫度32 ℃[4]。

4.5 蘋果皮渣飼料

蘋果皮渣（干）中粗纖維含量15.3%，粗蛋白含量5.6%、粗脂肪含量6.2%，總糖含量高達6%，以蘋果皮渣為原料加工飼料無疑是蘋果皮大量利用的有效途徑，但因蘋果皮中含有果膠和單寧成分，對家畜和家禽消化有不良影響。因此，利用蘋果皮加工飼料需經過發(fā)酵、干燥處理。目前，最便捷、最高效的生產途徑是果皮青貯和生產蛋白顆粒飼料。其中，利用蘋果皮渣生產生物蛋白飼料，不僅解決了蘋果皮的污染問題，還能提高果皮利用率，降低飼料成本，提高綜合效益。