柑橘渣飼用固體發(fā)酵研究進(jìn)展

程善燕,劉國(guó)華，于繼英,陳 達(dá),劉世杰,蔡輝益,*

(1.生物飼料開(kāi)發(fā)國(guó)家工程研究中心，北京 100081；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所，北京 100081 )

柑橘包括橙、橘、柑、柚、檸檬等，是世界種植量排名第一的果樹(shù)，約占世界水果總產(chǎn)量的15%[1]。2014年全球柑橘產(chǎn)量1.39×108t，我國(guó)3492.66×104t，2015年產(chǎn)量增至3660.08×104t[2]。湖南、江西、廣東、廣西、四川、湖北、福建、浙江和重慶 9 個(gè)主產(chǎn)區(qū)的柑橘栽培面積、產(chǎn)量分別占全國(guó)的 95% 和 93% 以上，柑橘商品合格率達(dá)80%以上。我國(guó)柑橘果品采后隨柑橘買賣難易腐損時(shí)高時(shí)低，總腐損率10%～15%，高于美國(guó)、西班牙、土耳其和日本等柑橘主產(chǎn)國(guó)[3]。

隨著柑橘加工業(yè)的發(fā)展，由于季節(jié)性生產(chǎn)和易腐敗特點(diǎn)，田間腐損柑橘和加工產(chǎn)生的柑橘渣的處理問(wèn)題日益突出。柑橘渣具有特殊的多孔結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，富含許多功能性物質(zhì)，如果膠、膳食纖維、黃酮類、脂溶性類胡蘿卜素、水溶性黃色色素、香精油等，是良好的開(kāi)發(fā)性資源。目前，柑橘渣處理方法主要有提取精深加工、衛(wèi)生堆肥、制沼、烘干或發(fā)酵飼用等[4]。本文就已報(bào)道的柑橘渣飼用固體發(fā)酵相關(guān)研究作一綜述，為其飼用資源化提供參考。

1 柑橘的加工利用

柑橘是世界第一大類水果，21世紀(jì)以來(lái)柑橘增產(chǎn)速度持續(xù)加快， 占世界水果總產(chǎn)量的比重呈穩(wěn)定增進(jìn)趨勢(shì)，據(jù)FAO 數(shù)據(jù)，2000～2015年，世界柑橘產(chǎn)量由11517.80×104t增至17848.22×104t，用于鮮食的大約占2/3，剩余的1 /3用于加工業(yè)[5]。不論是巴西或是美國(guó)橙汁加工業(yè)十分發(fā)達(dá)，不僅70%～80%的甜橙用來(lái)加工各種橙汁，而且對(duì)皮渣等進(jìn)行綜合利用，開(kāi)發(fā)幾百種產(chǎn)品，變廢為寶，提升了效益。我國(guó)橙汁加工起步晚、規(guī)模小，皮渣等綜合開(kāi)發(fā)利用也有很大差距[6]。柑橘的加工利用可以歸納為加工和加工副產(chǎn)物的綜合利用兩方面。

1.1 柑橘產(chǎn)量和加工量

我國(guó)柑橘加工產(chǎn)品有罐頭、濃縮汁、干片等，罐頭生產(chǎn)大部分采用溫州蜜柑。我國(guó)橘罐頭品牌有廣西桂林的皇冠、廣東的歡樂(lè)家、山東的盛德泰、湖北的喜慶紅、江西的愛(ài)杰鑫、河北的芝麻官、大連的林家鋪?zhàn)拥?。橙汁生產(chǎn)多用甜橙，我國(guó)橙汁較為知名的品牌有匯源、美汁源、統(tǒng)一、康師傅、派森百等[7-9]。干片則以檸檬為代表，知名品牌有安岳綠峰。

我國(guó)是世界上臍橙種植面積最大的國(guó)家，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)區(qū)在贛南-湘南-桂北-三峽庫(kù)區(qū)，橙子產(chǎn)量約690×104t，冷凍濃縮橙汁總量約為5×104t，每年尚需進(jìn)口。柚子全球產(chǎn)量為610×104t，我國(guó)的產(chǎn)量預(yù)計(jì)為390×104t。檸檬的總產(chǎn)量預(yù)計(jì)為43×104t。安岳是我國(guó)的檸檬之鄉(xiāng)，產(chǎn)量占全國(guó)的80%[10]。我國(guó)柑橘產(chǎn)地集中，產(chǎn)品鮮售為主，主產(chǎn)地具有較大的加工發(fā)展空間。

1.2 副產(chǎn)物加工利用

柑橘加工產(chǎn)生大量廢棄皮渣，包括果皮、種子、橘絡(luò)和殘余果肉等，約占果實(shí)重量的50%。臍橙皮約占整個(gè)果實(shí)重量的 20%，資源量豐富，但大部分為白色內(nèi)囊，苦味和澀味較重[11]。2012年，我國(guó)柑橘罐頭的年產(chǎn)量超過(guò)80×104t，柑橘濃縮汁年產(chǎn)量在1～2×104t，全國(guó)每年產(chǎn)生的柑橘渣多達(dá)500×104t[12]。

柑橘加工后皮渣類通常首先用于其他功能性物質(zhì)的提取。柑橘、柚子等果皮中果膠含量 8.0%左右，是果膠最豐富來(lái)源之一，商業(yè)上以纖維素酶液為浸提液提取。柑橘皮中可溶性膳食纖維含量高達(dá) 15%，兼含維生素 C、Ca、K以及較高濃度的黃酮，具有一些別的纖維類產(chǎn)品難以比擬的優(yōu)點(diǎn)，是膳食纖維的良好來(lái)源[13]。柑橘皮中總黃酮、橘皮水溶性和油溶性色素等則采用超聲波和微波等技術(shù)提取。柑橘皮渣精深加工后產(chǎn)生的廢渣，最后通過(guò)飼用、生產(chǎn)乙醇、有機(jī)肥或衛(wèi)生填埋實(shí)現(xiàn)減量。研究表明,柑橘渣引起洋蔥分裂細(xì)胞的染色體畸變，有生態(tài)毒性、遺傳毒性和致突變性，排放進(jìn)環(huán)境中需要謹(jǐn)慎[14]。

2 飼用固體發(fā)酵形式

2.1 混合青貯

混合青貯是柑橘渣飼用較為傳統(tǒng)的固體發(fā)酵形式。Scerra等[15]用柑橘渣80%+麥秸20%青貯60 d，替代燕麥干草飼喂Merinizzata Italiana羔羊。研究表明,羔羊瘦肉率高，皮下脂肪少，肌肉水分含量提高，柑橘渣青貯飼料有經(jīng)濟(jì)、方便、可持續(xù)改善肉品的特點(diǎn)。姚焰礎(chǔ)等[16]研究發(fā)現(xiàn)鮮柑橘渣75.9%、麥麩 15%、酒糟 8%、添加劑1.1 %，混合青貯產(chǎn)品的pH、感官品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量較高。志莉等[17]用玉米芯、柑橘渣、尿素、玉米按一定比例充分混勻，接種含植物乳酸桿菌、乳酸片球菌和細(xì)菌生長(zhǎng)促進(jìn)劑的青貯劑，壓實(shí)、密封，青貯料水分65%～75%，青貯后替代部分牛鞭草飼喂肉牛，研究發(fā)現(xiàn)肉牛采食量、平均日增重和養(yǎng)分消化率均提高。

2.2 飼用固體發(fā)酵

柑橘渣具有較好的產(chǎn)氣特性和較高的干物質(zhì)消化率，產(chǎn)氣特性較好，高于象草、紅苕藤和花生藤等原料[18]，且體外干物質(zhì)消化率比較高[19]。雖然蔬菜和水果等鮮基物料發(fā)酵時(shí)首選原著乳酸菌啟動(dòng)更有益，副干酪乳桿菌(Lactobacillusparacasei)和雙歧桿菌(Bifidobacteriumstrains)在橙汁中活性也較穩(wěn)定[20]，但柑橘渣飼用固體發(fā)酵菌種研究較多的是真菌類。

李赤翎等[21]用柑橘渣接種3%酵母菌進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵后，柑橘渣中酵母菌數(shù)量上升，粗蛋白質(zhì)的含量由發(fā)酵前的8.17%增加到28.06%。楊柳等[22]用白地霉(Geotrichumcandidum)∶米酒酵母(Ricewineyeast)∶黑曲霉(Aspergillusniger)=4∶1∶5配比，接種到柑橘渣進(jìn)行固體發(fā)酵，經(jīng)30 ℃，64 h發(fā)酵，研究發(fā)現(xiàn)粗蛋白含量由未發(fā)酵時(shí)的6.47%提高至10.12%。周煉等[23]用黑曲霉(Aspergillusniger)∶康寧木霉(Trichodermakoningii)∶產(chǎn)朊假絲酵母(Candidautilis)=1∶2∶3接種到甜橙皮渣中，添加約15%的麩皮，29 ℃，pH自然條件下培養(yǎng)4～5 d，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)飼料的粗蛋白含量比對(duì)照組高出80%左右。張海濤等[24]研究發(fā)現(xiàn)以柚子皮渣為原料，白地霉(Geotrichumcandidum)與康寧木霉(Trichodermakoningii)組合菌發(fā)酵效果較好，培養(yǎng)基發(fā)酵7 d后蛋白質(zhì)含量占培養(yǎng)基干重的19%左右，發(fā)酵最適pH 5.5，溫度25℃，接種量15%，培養(yǎng)基含水量65%，且各因素對(duì)發(fā)酵影響大小依次為發(fā)酵溫度>培養(yǎng)基含水量>接種量>pH。De GAMG等[25]研究發(fā)現(xiàn)用漿狀檸檬渣接種黑曲霉(Aspergillusniger)和綠色木霉(Trichodermaviride)發(fā)酵，綠色木霉發(fā)酵產(chǎn)品粗蛋白含量和果膠酶的酶活高于黑曲霉組。

2.3 酶制劑生產(chǎn)

柑橘渣的精深加工技術(shù)中，酶制劑的生產(chǎn)較為多見(jiàn)。以橘子皮、柚子皮、檸檬皮橘皮為發(fā)酵底物，接種黑曲霉固態(tài)發(fā)酵可得到高活力的酶蛋白[13]。采用廉價(jià)橙皮渣為基質(zhì)，接種不同菌種生產(chǎn)的工業(yè)酶制劑有果膠酶、聚半乳糖醛酸酶、木聚糖酶、纖維素酶等[26]。肉色曲霉(Aspergilluscarneus)漿狀柑橘渣發(fā)酵可生產(chǎn)果膠酶[27]。楊闖等[28]以富含果膠的柑橘渣作為誘導(dǎo)物，添加到培養(yǎng)基中發(fā)酵，pH4.5，柑橘渣與麩皮比例為1∶3，料液比為1∶16，研究發(fā)現(xiàn)黑曲霉接種量8% 時(shí)發(fā)酵生產(chǎn)的果膠酶效果最好。Poondla等[29]利用柑橘渣+花生油餅+MnSO4，接種來(lái)自果渣的釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)生產(chǎn)的果膠酶粗酶，可促進(jìn)柑橘渣果膠的酶解。甘蔗渣∶柑橘渣∶麥麩=1∶2∶2，接種產(chǎn)內(nèi)切葡萄糖酶的嗜熱毀絲霉(ThermophilicTrichoderma)和里氏木霉(Trichodermaspp.)，固態(tài)發(fā)酵效果較好[30]。宇佐美曲霉(Aspergillususamil)作為柑橘渣發(fā)酵生產(chǎn)菌株，可同時(shí)產(chǎn)木聚糖酶、纖維素酶和酸性蛋白酶。以爪哇正青霉(Eupenicilliumjavanicum)為菌種，用甜橙皮渣廢料固態(tài)發(fā)酵可同時(shí)產(chǎn)內(nèi)切葡聚糖酶、β-萄糖苷酶、果膠酶和木聚糖酶[27]。可見(jiàn)，用柑橘渣真菌發(fā)酵產(chǎn)酶較為豐富。

2.4 其他生物產(chǎn)品制取

以篩選自酸敗柑橘果實(shí)的漢遜氏葡糖酸醋桿菌(Gluconacetobacterhansenii)為發(fā)酵菌株，以柑橘果渣為主要原料，加水以 1∶8(W/V)的比例混合打漿，先果膠酶復(fù)配纖維素酶酶解后發(fā)酵，柑橘渣水能夠顯著提高葡糖酸醋桿菌的細(xì)菌纖維素產(chǎn)量[31]。 接種釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)紅酒菌種Vitilevure MT，柑橘渣固體發(fā)酵可生產(chǎn)酯類香味活性物質(zhì)。檸檬渣高壓滅菌和去除檸檬精油后，酵母細(xì)胞加速合成己酸乙酯[32]。檸檬渣先氣爆，然后用果膠酶、纖維素酶、L-葡萄糖苷酶進(jìn)行同步水解，再接種釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)發(fā)酵生產(chǎn)生物乙醇，相應(yīng)可濃縮提取糖、半乳糖醛酸、L-檸檬油和柑橘渣顆粒[33]。柑橘渣的精深加工有很大的挖掘空間。

3 柑橘渣的脫苦研究

3.1 青貯脫苦

重慶市三峽庫(kù)區(qū)的柑橘渣消化能和鈣含量較高，粗蛋白質(zhì)和總磷含量低，水分、粗纖維和苦味物質(zhì)含量高，鮮基中柚皮苷和檸檬苦素含量分別為2.18 mg/kg和77.09 mg/kg[34]。青貯過(guò)程中柑橘渣營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和苦味物質(zhì)含量發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，隨著青貯時(shí)間延長(zhǎng)，柚皮苷和檸檬苦素的含量逐漸下降，柑橘渣適口性改善，飼用價(jià)值提高[35]。

3.2 柚苷酶生產(chǎn)菌種

由β-鼠李糖苷酶和β-葡萄糖苷酶組成的柚苷酶具有降低苦味物質(zhì)的作用。其機(jī)理是柚苷先經(jīng)β-鼠李糖苷酶水解為鼠李糖與普魯寧野櫻素，無(wú)苦味但有澀味；野櫻素再由β-葡萄糖苷酶水解成為全部無(wú)苦味、無(wú)澀味的柚配質(zhì)和葡萄糖[1]。

常用的柚苷酶生產(chǎn)菌為黑曲霉、米曲霉和青霉屬的一些菌種。柚皮固水比1∶1接種棘孢曲霉(Aspergillusaculeatus)固態(tài)發(fā)酵柑橘加工副產(chǎn)物可產(chǎn)柚苷酶[36]。黑曲霉與根霉組合液體發(fā)酵，當(dāng)接種時(shí)間間隔為36 h，接種量為10%，接種比例為2∶1，發(fā)酵初始pH為5.5，共培養(yǎng)發(fā)酵時(shí)間為72 h時(shí)，柚苷酶的酶活成倍數(shù)增加[37]。此外，單獨(dú)接種黑曲霉[38]、青霉(Penicilliumsp.)[39]和解淀粉芽孢桿菌[40]進(jìn)行液體發(fā)酵產(chǎn)柚苷酶也有報(bào)道。

4 結(jié) 語(yǔ)

柑橘渣是我國(guó)柑橘產(chǎn)業(yè)中伴生的可飼用資源，處理方式存在季節(jié)性和區(qū)域性特點(diǎn)。在添加劑、發(fā)酵飼料多方向應(yīng)用過(guò)程中，研制開(kāi)發(fā)和選用適宜的菌種，有助于柑橘產(chǎn)業(yè)中的飼用資源化安全利用。