我國食品工業(yè)副產(chǎn)物資源化利用現(xiàn)狀

李建科， 孟永宏， 劉 柳， 王曉宇， 王曉龍， 吳曉霞， 駱 瑩

(陜西師范大學 食品工程與營養(yǎng)科學學院/食品加工副產(chǎn)物深度開發(fā)與高值化利用重點實驗室/西部果品資源高值利用教育部工程研究中心， 陜西 西安 710119)

據(jù)不完全統(tǒng)計，2020年國內各類可再生資源可回收量約3億t。在農(nóng)產(chǎn)品和食品加工業(yè)中，副產(chǎn)物一般要占農(nóng)產(chǎn)品總質量的20%～30%，有些甚至高達50%以上。然而這些副產(chǎn)物大多未被充分利用，或被低值利用，甚至被廢棄。這不僅增加環(huán)保排放壓力，還造成資源極大浪費。其實這些副產(chǎn)物蘊含著巨大的開發(fā)價值和潛力，從另一個角度看，也是一個寶貴的資源，正如人們常言道，世上本來就沒有什么廢物，只有放錯位置的資源。目前，食品工業(yè)副產(chǎn)物資源化利用問題，已上升到國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略層面，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部印發(fā)的《關于促進農(nóng)產(chǎn)品加工環(huán)節(jié)減損增效的指導意見》提出，到2025年農(nóng)產(chǎn)品加工環(huán)節(jié)損失率需降到5%以下。近年來，隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展和人們認識水平的提高，對食品工業(yè)副產(chǎn)物深度開發(fā)和利用的研究與實踐已取得長足進步，許多副產(chǎn)物資源開發(fā)所產(chǎn)生的價值和效益甚至超過主產(chǎn)物，副產(chǎn)物深度開發(fā)和高值化利用已顯示出巨大潛力和前景。由于農(nóng)業(yè)與食品資源領域廣，副產(chǎn)物種類繁多，資源量巨大，難于完全統(tǒng)計和全面闡述。本研究主要針對常見大宗農(nóng)產(chǎn)品及食品加工業(yè)副產(chǎn)物，如小麥加工業(yè)副產(chǎn)物、大豆加工業(yè)副產(chǎn)物、油脂工業(yè)副產(chǎn)物、蠶桑業(yè)副產(chǎn)物、石榴及葡萄等果品加工業(yè)副產(chǎn)物的深度開發(fā)和資源化利用，結合筆者研究團隊成員在該領域的研究與實踐展開論述，以期拋磚引玉，為我國食品工業(yè)副產(chǎn)物的深度開發(fā)與高值化利用提供借鑒和參考。

1 小麥加工業(yè)副產(chǎn)物資源及其高值化利用

小麥是人類最重要的大宗糧食之一，全世界有1/3以上的人口以小麥為主食。2019年，世界小麥總產(chǎn)量為7.66億t，其中，中國小麥產(chǎn)量為1.34億t，居世界第一[1]。小麥的主要加工方式為制粉，小麥制粉后的副產(chǎn)物主要有麩皮和次粉。

1.1 小麥麩皮的資源化利用

小麥麩皮約占小麥籽粒質量的15%，我國小麥麩皮的產(chǎn)量每年約有2010萬t，是小麥制粉工業(yè)的主要副產(chǎn)物。小麥麩皮主要由小麥籽粒的皮層和糊粉層組成，因脫皮程度不同含有數(shù)量不等的殘余淀粉和胚乳。小麥麩皮中含有較為豐富的膳食纖維、蛋白質、酶、維生素和礦物質等，其中蛋白質含量不僅高于胚乳，所含多種必需氨基酸、維生素、礦物質等的含量也較胚乳豐富，特別是小麥麩皮中膳食纖維含量高達35%～50%，是人體優(yōu)質膳食纖維的重要來源之一。

小麥麩皮的傳統(tǒng)利用途徑，主要用于釀造和飼料行業(yè)，約占85%以上。由于小麥麩皮中含有豐富的特殊營養(yǎng)成分和生物活性物質，對其進行深度開發(fā)和利用，可帶來很高的經(jīng)濟效益和社會效益。目前對小麥麩皮的深度開發(fā)途徑，主要集中在對其水溶性膳食纖維、蛋白質和多糖的提取分離上，采用輔助超聲、酶解、細胞破壁技術，可有效提高膳食纖維及麥麩蛋白得率。此外，麥麩還可用于提取谷氨酸、維生素E、酚類、淀粉酶等其他活性成分，也可作為氮源發(fā)酵生產(chǎn)丙酮、丁醇?，F(xiàn)有研究表明：物理加工協(xié)同生物處理，特別是復合酶解技術，是提高小麥麩皮中營養(yǎng)成分和功能成分得率的有效途經(jīng)，但在實際生產(chǎn)中，除了高提取率，也要考慮溫度、pH值等因素對產(chǎn)物功能活性的影響。

近年來，將麥麩直接應用于食品加工顯示出更廣闊的前景。如小麥麩皮被添加到面包、饅頭、面條等主食中，以提高膳食纖維等食物營養(yǎng)價值。劉麗婭[2]將不同含量的小麥麩皮添加到饅頭中，添加粗麩的面團延展性差、口感粗糙，但添加186.7 μm粒徑麩皮制作的饅頭，其彈性、韌性和黏度均顯著提高。制作面包時，小麥麩皮的添加質量分數(shù)一般約為10%，加入量增大會對面包體積、色澤和口感產(chǎn)生不利影響；中等粒徑的麥麩適合面包制作，粒徑減小會導致面筋質量的下降，引起面包品質變差，粒徑的增大又會引起口感變差[3]。為了提高小麥麩皮在面制品中的利用率，有研究者通過對麩皮進行擠壓或酶解改性，以達到提高麥麩添加量，同時改善高麥麩含量面制品營養(yǎng)和食用品質的目標[4]。可以看出，麥麩的加入在提高面制品膳食纖維含量和營養(yǎng)價值的同時，其含量的增加會對面筋形成、食品質構、口感等產(chǎn)生不利影響，可以考慮通過酶解、預糊化、粒度控制等技術，針對不同面制品的品質要求對麥麩進行個性化預處理，以達到加工品質、營養(yǎng)價值和口感的平衡。麥麩也可用于肉制品和飲料的加工。肉制品雖富含蛋白質、脂肪、礦物質等營養(yǎng)成分，但缺乏膳食纖維。高曉光等[5]在乳化香腸中添加質量分數(shù)為6%的麥麩，發(fā)現(xiàn)其質構、口感和營養(yǎng)均有所提升。麥麩改性加工后也可用于飲料，程細菊[6]用酶法水解麥麩，制備具有濃郁小麥風味的麥麩飲料，味道獨特，富含低聚木糖。此外，麩皮還可用于油面筋等素食食品及可食用包裝材料的制作。

1.2 小麥次粉的資源化利用

次粉是小麥磨粉的副產(chǎn)物，來源于胚乳和皮層結合部位，主要由表皮、糊粉層和胚芽及面粉組成，富含蛋白質、礦物質和纖維素。小麥次粉的總纖維質量分數(shù)一般不超過10%，灰分質量分數(shù)為1.4%～4.0%，根據(jù)灰分高低可將其進一步分為黃粉和工業(yè)粉。黃粉的灰分在2.5%～4.0%，主要由糊粉層、外層胚乳和部分麩皮組成，其出粉率一般控制在4%左右，產(chǎn)量較大；工業(yè)粉主要由糊粉層、胚乳和少部分細麩組成，灰分在1.4%～2.5%，其出粉率一般在3%左右。

小麥次粉粗蛋白含量較高，常被用于動物飼料的加工。小麥次粉也可用于食品加工，雖然小麥次粉對面粉的粉質參數(shù)和口感有不利影響，但對面條的蒸煮品質有所提升。隋勇等[7]研究表明：添加質量分數(shù)為25%的小麥次粉對酥性餅干的感官、比容及質構品質無顯著影響，但可提升餅干延展性。次粉中蛋白以清單白和球蛋白為主，營養(yǎng)價值高但難于形成高質量面筋，適用于餅干、蛋糕等低筋食品的制作。與小麥麩皮相比，小麥次粉的纖維含量較低，但優(yōu)質蛋白、維生素、脂肪等的含量高于麩皮，將其用于功能成分的提取和高附加值食品的開發(fā)，是進一步提高小麥副產(chǎn)物資源化利用的重要途徑。

2 豆制品工業(yè)副產(chǎn)物資源及其高值化利用

大豆原產(chǎn)于中國，是我國第四大糧食作物，占糧食種植面積的10%，我國是大豆生產(chǎn)和消費大國，每年大豆消費量超過1億t，進口量接近9 000萬t[8]。大豆除直接食用外，豆制品工業(yè)主要包括制取大豆油及制作豆腐等各種豆制品，豆制品加工業(yè)占大豆消耗量的84.07%。大豆加工過程中會產(chǎn)生大量副產(chǎn)物，如大豆預處理時會產(chǎn)生大量豆皮，大豆制油會產(chǎn)生大量豆粕，生產(chǎn)豆腐、豆?jié){、腐竹等豆制品時會產(chǎn)生大量豆渣。豆制品行業(yè)每年會產(chǎn)生約2 000萬t的鮮豆渣及9 000萬t的豆粕等副產(chǎn)物。豆渣和豆粕中含有豐富的營養(yǎng)物質，豆渣干基中的總膳食纖維高達64.8%(質量分數(shù))，蛋白質18.2%，脂質6.8%。豆渣蛋白質中含有18種氨基酸，其中8種為人體必需氨基酸，是優(yōu)質蛋白質資源。然而豆渣口感粗糙，有豆腥味，新鮮豆渣含水量在83%～85%，易腐敗變質，運輸也很不便，使豆渣的利用受到重重困難。目前對大豆副產(chǎn)物的利用還比較單一，主要是用于生產(chǎn)飼料或者廢棄。然而這些副產(chǎn)物中含有很豐富的營養(yǎng)物質，對其深度開發(fā)和高值化利用具有十分重要的意義。

2.1 豆渣的資源化利用

豆渣可廣泛用于各種食品加工。在制作面制品時，在面粉中適量添加豆渣粉可改善面團的粉質特性，使面團吸水性增強，增加面團中膳食纖維含量。用這種混合面粉制作的面條、饅頭等面制品，是糖尿病患者和肥胖人群的理想食物。制作面包、蛋糕等烘焙食品時，添加適量的濕豆渣，可賦予烘焙食品豆香氣和雜糧口感。有研究表明：面粉中添加質量分數(shù)為5%的大豆纖維，不僅不會影響面包的品質，還可以改善面包的風味[9]。豆渣還可以作為仿生素肉制品的主要原料，其口感、味道、外形都與肉制品相似，可以作為素食主義者和肥胖者的肉食替代品。豆渣也可以加工膳食纖維飲料，劉昊飛[10]使用豆渣作為穩(wěn)定劑加入酸性乳飲料，其效果比果膠和阿拉伯膠更優(yōu)。劉暢等[11]在紅棗汁中添加質量分數(shù)為9%的豆渣，口味獨特。林雪嬌等[12]研究了發(fā)酵豆乳飲料，豆渣經(jīng)過發(fā)酵后，許多營養(yǎng)物質會發(fā)生變化，如蛋白質、脂肪、膳食纖維等活性成分增多，制作發(fā)酵豆乳飲料口感好，分散體系均勻，穩(wěn)定性良好。管瑛等[13]用米根霉、少孢根霉為發(fā)酵菌株，對鮮豆渣進行發(fā)酵，結果表明：發(fā)酵后的豆渣中還原糖含量、蛋白質及可溶性膳食纖維含量均有增加。劉曉慶等[14]研究了利用豆渣制作醬油，結果表明：濕豆渣和干面粉質量比7∶4，高壓蒸煮30 min，接種質量分數(shù)為0.05%醬油曲精，置于制曲室培養(yǎng)36 h，制得的豆渣醬油曲繼續(xù)進行后續(xù)發(fā)酵，產(chǎn)品品質優(yōu)良，與傳統(tǒng)工藝方法生產(chǎn)的醬油沒有顯著差異。此外豆渣還可以用來制作豆渣醬和霉豆渣等制品。

豆渣的傳統(tǒng)用途是加工飼料。豆渣雖含有豐富的營養(yǎng)物質，是用作生產(chǎn)動物飼料的優(yōu)良原料，但是鮮豆渣不僅適口性差，其含有的胰蛋白酶抑制劑等抗營養(yǎng)因子，會阻礙動物的消化吸收，引起腹瀉，影響生長，因此鮮豆渣不適合直接作為飼料。但豆渣經(jīng)發(fā)酵后，可改善其營養(yǎng)組分，增強適口性，提高營養(yǎng)物質利用率。童丹等[15]對發(fā)酵豆渣在牛飼料中的應用研究表明：育肥牛日糧中添加質量分數(shù)為5%的發(fā)酵豆渣，能夠在不影響適口性的前提下，顯著提高牛肉的料重比。張永根等[16]研究了固態(tài)發(fā)酵豆渣生產(chǎn)反芻動物的飼料，將豆渣和麥麩按照7∶3的比例(質量比)混合，接種1∶1的乳酸菌和枯草芽孢桿菌，接種量為5%，在35 ℃下發(fā)酵，得到適合反芻動物的低pH值耐儲藏飼料。

豆渣還有一些其他用途。Zhang等[17]利用豆渣和蟹殼廢棄物作為兩階段堆肥的綠色添加劑，在兩階段堆肥過程中加入質量分數(shù)分別為35%的豆渣和25%的蟹殼粉，僅在22 d內就產(chǎn)生了高質量的堆肥產(chǎn)品。方晶等[18]以豆渣為氮源基質，栽培香菇、杏鮑菇、雞腿菇等食用菌，菌體長勢旺盛，產(chǎn)量更高。蔣瑞生等[19]用鮮豆渣代替麩皮等傳統(tǒng)基質栽培金針菇，可以在確保產(chǎn)量的前提下節(jié)約成本。

2.2 豆粕的資源化利用

豆粕是以大豆為原料，經(jīng)預壓榨及浸提取油后，適當熱處理與干燥所得的副產(chǎn)物。大豆粕中蛋白質質量分數(shù)高達30%～50%，必需氨基酸含量高，氨基酸組成比例好，異亮氨酸、蘇氨酸和色氨酸的含量是各類餅粕中最高的，賴氨酸和精氨酸的比例適當，賴氨酸質量分數(shù)高達2.45%～2.80%。另外，大豆粕中異黃酮、B族維生素含量也很豐富。

1)在食品加工領域。低溫加工的高蛋白質分散指數(shù)(protein dispersion index, PDI)脫脂豆粕，可用于大豆分離蛋白、大豆?jié)饪s蛋白、肉制品、代乳制品和烘焙食品的生產(chǎn)。高溫加工的低PDI脫脂豆粕，可用于擠壓組織化植物蛋白、餃子、包子、肉餅肉丸、焙烤食品、蛋白飲料、水解植物蛋白等食品的加工，以及用于肉制品的吸油、保水和乳化作用。脫脂豆粕粉，可以作為甜食制品中乳粉的部分或全部替代品，若將脫脂豆粕制成加脂或加磷脂的豆粉，還可以增加其應用功能。胡光耀等[20]以豆粕、紅薯粕、小麥粉為主要配料制作擠壓膨化食品，得出的較佳工藝及配方為：10%豆粕粉(質量分數(shù))，20%紅薯粉，70%小麥粉，物料含水率為12%，擠壓機?？谥睆?.3 cm，機筒溫度140 ℃，螺桿轉速400 r/min。豆粕還可用作釀造醬油及發(fā)酵食醋的原料。

2)在飼料工業(yè)領域。未經(jīng)處理的豆粕雖然含有豐富的營養(yǎng)物質，但因含有抗營養(yǎng)因子，如蛋白酶抑制劑等，影響動物對蛋白質的吸收利用。而發(fā)酵后的豆粕有改善消化能力，提高生長性能等效果。固態(tài)發(fā)酵是豆粕飼料生產(chǎn)中更為常用的方式。發(fā)酵豆粕常用菌種有酵母菌、芽孢桿菌、乳酸菌、霉菌等。發(fā)酵豆粕在豬飼料、反芻動物飼料、禽類飼料以及水產(chǎn)飼料中都有很廣泛的應用。辛娜等[21]提出豆粕固態(tài)發(fā)酵的較佳發(fā)酵條件為，納豆芽孢桿菌和米曲霉同時接種，28 ℃發(fā)酵3 d，翻盤次數(shù)以兩次為宜，淺盤發(fā)酵和厚層通風發(fā)酵兩種方式效果都較好。以發(fā)酵豆粕為基礎飼料飼養(yǎng)魚類，可以促進魚類腸道中乳酸菌的生長，增加腸道中粘蛋白的產(chǎn)生，有利于腸道健康。

3)在天然產(chǎn)物提取領域。豆粕中含有豐富的生物活性物質，如大豆異黃酮等可以提取利用。王丹[22]研究了脫脂豆粕中提取大豆異黃酮的較佳工藝條件為，80%食用乙醇，固液比11∶16(g/mL)，70 ℃加熱回流3 h，大豆異黃酮的提取得率可達到0.04%。Jiang等[23]采用泡沫分離法，先從浸出液中提取大豆皂苷，再用樹脂分離純化，對大豆皂苷的富集率、回收率和純度分別達到4.45%、74%和67%。大豆低聚糖是大豆中含有的可溶性碳水化合物的總稱，大豆低聚糖的主要成分是水蘇糖、蔗糖和棉籽糖，可作為腸道益生菌的益生元。謝瑩等[24]研究了從脫脂豆粕中提取低聚糖的工藝，經(jīng)堿提酸沉，活性炭脫色，離子交換脫鹽，減壓蒸餾濃縮，乙醇沉淀離心、烘干，每10 g豆粕可提取0.565 g大豆低聚糖。大豆中的膳食纖維對于促進腸道蠕動、緩解便秘、預防結腸癌等有重要生理功能。李楊等[25]通過氣流噴爆- 復合酶解處理，結果表明：以220 ℃的溫度噴爆30 s，纖維素酶與α-淀粉酶質量比為2∶1酶解2 h，水溶性膳食纖維的提取得率較高，可達到(26.03±0.02)%。譚敬儀等[26]采用酸法水解豆粕提取小分子大豆肽，以鹽酸濃度為3 mol/L，料液比為1∶5(g/mL)，水解時間為5 h，水解度在30%～50%，可得到2～3個氨基酸的大豆小肽。

2.3 豆皮及黃漿水的資源化利用

大豆皮是大豆制油過程中大豆脫皮的副產(chǎn)物，其富含粗蛋白、粗脂肪和纖維素等。豆皮占整個大豆體積的10%，質量的8%，產(chǎn)生量大。大豆皮可以用來提取過氧化物酶、膳食纖維等。此外，還可以大豆皮為原料，發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，制取乙醇后還可再用于飼料。

黃漿水是豆腐生產(chǎn)中的副產(chǎn)物，又稱為“大豆乳清”，為淡黃色或棕黃色液體。黃漿水中含有許多營養(yǎng)成分，直接排放不僅造成資源的浪費，還很容易導致水體富營養(yǎng)化而造成環(huán)境污染。黃漿水可以用來提取大豆異黃酮、B族維生素、大豆低聚糖、大豆乳清蛋白等活性成分。還可以用來制備酵母、釀造白酒和醬油、制作酸漿豆腐、發(fā)酸生產(chǎn)飲料等，復合發(fā)酵黃漿水作為發(fā)酵劑能夠賦予豆腐濃香風味，并增強了營養(yǎng)效果。此外，利用黃漿水生物轉化還可生產(chǎn)細菌纖維素，筆者研究團隊利用豆腐加工產(chǎn)生的黃漿水發(fā)酵生產(chǎn)細菌纖維素，細菌纖維產(chǎn)量可達0.412 g/100 mL，以2 L淺盤為最小單位進行擴大培養(yǎng)，9 d為一周期，每個淺盤大約可以生產(chǎn)800 g左右的濕重細菌纖維素，36 g左右的干質量細菌纖維素。近年來還有利用黃漿水發(fā)酵生產(chǎn)單細胞蛋白及生產(chǎn)谷胱甘肽等研究[27-28]。對于黃漿水的資源化利用，不僅可以使其變廢為利，也可解決豆制品廠的高污染廢水排放問題。

3 油脂工業(yè)副產(chǎn)物資源及其高值化利用

中國每年消耗食用油脂約3 000萬t，油脂工業(yè)生產(chǎn)中會產(chǎn)生15%約450萬t的廢棄油脂，精煉過程還會產(chǎn)生大量的油腳和脫臭餾出物等副產(chǎn)物。油腳是油脂在脫膠工序產(chǎn)生的副產(chǎn)品，油腳的主要成分為水、磷脂、中性油脂、膠質等，其中磷脂極具營養(yǎng)價值。皂腳是在化學脫酸工序產(chǎn)生的副產(chǎn)品，皂腳的主要成分為脂肪酸鈉、中性油脂等，皂腳的質量一般為毛油質量的4%～6%。脫臭餾出物是油脂在脫臭過程或物理精煉過程中從植物油水蒸氣蒸餾時收集到的各種餾分的混合物，其主要成分為游離脂肪、中性油脂、維生素E、植物甾醇、角鯊烯等。大豆油脫臭餾出物中α-生育酚質量分數(shù)為7%～10%、γ-生育酚質量分數(shù)高達67%～70%，米糠油和棕櫚油腳中提取的天然維生素E中不僅α-生育酚質量分數(shù)較高，而且生育三烯酚質量分數(shù)也較高。通過色譜分離技術可以制備高純度的生育三烯酚混合物和單體。植物甾醇對人體健康有很多益處，如降低膽固醇、抗癌、消炎、抗病毒、調節(jié)體內激素和調節(jié)代謝等。大豆油、菜籽油、米糠油脫臭餾出物中植物甾醇的質量分數(shù)一般分別在22%～31%、24%～37%、10%～15%[29]。角鯊烯具有促進新陳代謝及抗氧化作用，能有效地防止細胞的老化和癌變、抗疲勞、保護心血管、提高機體免疫力。植物油脫臭餾出物中的角鯊烯一般以生育酚- 角鯊烯、甾醇- 角鯊烯聚集化合物的形式存在。米糠油、大豆油、棕櫚油脫臭餾出物中角鯊烯的質量分數(shù)一般分別在1.90%、1.83%、0.5%～0.8%，橄欖油脫臭餾出物中角鯊烯的質量分數(shù)最高，一般在10%～30%。糧油加工下腳料中的蠟含有豐富的二十八烷醇，如米糠蠟、甘蔗蠟、亞麻桿蠟、高梁蠟、豌豆表皮蠟、葡萄表皮蠟、巴西棕櫚蠟、向日葵蠟等。其中米糠蠟是生產(chǎn)二十八醇的較佳原料，也是米糠油產(chǎn)業(yè)鏈中極為重要的副產(chǎn)物。

對油脂工業(yè)副產(chǎn)物的深度開發(fā)和高值化利用，主要是提取一些高附加值的醫(yī)藥保健成分，如提取天然維生素E、植物甾醇、角鯊烯等。

從脫臭餾出物中提取維生素E，多采用酯化法、尿素絡合法、酶法、溶劑萃取法、分子蒸餾法、離子交換法、吸附法、柱層析法、超臨界萃取法等兩種或多種方法的組合進行富集和純化。由于天然維生素E的安全性和生物活性優(yōu)于合成品，在醫(yī)藥、食品、化妝品等行業(yè)中備受青睞。

從脫臭餾出物中提取植物甾醇的方法很多，通常分兩步，先從原料中提取粗甾醇，然后采用溶劑結晶、絡合法、吸附法、酶法等方法精制甾醇。國外多將植物甾醇進一步分離成谷甾醇和豆甾醇兩部分，谷甾醇用發(fā)酵法生產(chǎn)甾體藥物半合成的重要中間體雄甾-4-烯-3，17-二酮(androst-4-ene-3, 17-dione, 4-AD)和雄甾-1，4-二烯-3，17-二酮(androsta-1, 4-diene-3, 17-dione, ADD)。豆甾醇通過化學法從C-22雙鍵處切斷，再進行結構修飾可制造出多種甾體皮質激素藥物。膽甾醇、谷甾醇通過生物降解，C-17位側鏈切斷，生成4-AD和ADD，由此通過幾步合成，可制得當今藥物市場上包括口服避孕藥和治療高血壓藥等甾體藥物。

從脫臭餾出物中提取角鯊烯，通常是采用超臨界CO2萃取、色譜分離、分子蒸餾法、吸附分離法等進一步提取角鯊烯。工業(yè)上多采用兩種或多種方法綜合應用來提取高質量分數(shù)的角鯊烯。角鯊烯目前主要應用于保健品的生產(chǎn)，如角鯊烯軟膠囊等。在醫(yī)藥行業(yè)，角鯊烯具有較好的抗腫瘤作用和一定的藥物緩釋作用。此外，角鯊烯具有抗氧化、清除自由基及降血脂功能。在化妝品行業(yè)，角鯊烯可用于膏霜(冷霜、潔膚霜、潤膚霜)、乳液、發(fā)油、發(fā)乳、唇膏、芳香油和香粉等化妝品中作保濕劑。

4 蠶桑業(yè)副產(chǎn)物資源及其高值化利用

我國種桑養(yǎng)蠶歷史悠久，目前全國桑園面積近93萬ha，蠶桑業(yè)分布在全國 26個省(區(qū)、市)1 000 多個縣，涉及農(nóng)戶近2 000萬戶，蠶桑繅絲業(yè)的主要副產(chǎn)物是蠶蛹，全國每年產(chǎn)生60余萬t的蠶蛹。蠶蛹(干質量)含有約60%的蛋白質，25%～30%的脂肪。蠶蛹蛋白是一種優(yōu)質動物蛋白，富含18種氨基酸，氨基酸組成符合FAO/WHO提出的理想模式。研究表明：蠶蛹蛋白具有促進提高免疫力，緩解運動性疲勞，降低血清膽固醇、抗氧化，降血壓，抗腫瘤等作用。蠶蛹油中不飽和脂肪酸質量分數(shù)約占70%，主要為油酸和亞麻酸等。大量研究表明：蠶蛹油具有降血脂、促進膽固醇代謝轉化、保護胃腸組織及降血糖等作用[30-32]。此外，蠶蛹提取蛋白質和油脂后的渣，還可提取甲殼素及制備殼聚糖[33]。蠶蛹中還含有多種微量元素，如鐵、銅、鋅、硒和錳等微量元素，其質量分數(shù)高于牛奶、豆制品及豬肝，尤其是蠶蛹蛋白中鋅和硒的質量分數(shù)較高，維生素B2、維生素E質量分數(shù)也比較豐富、同時還含有魚類生長促進劑和抗菌多肽等特殊功能成分。

4.1 蠶蛹蛋白及活性多肽的開發(fā)利用

蠶蛹經(jīng)提取油脂后的脫脂蠶蛹蛋白粉可用于優(yōu)質蛋白質補充劑。閔建華[34]利用提油后的脫脂蠶蛹，采用堿溶酸沉法提取蠶蛹蛋白，得到灰白色基本無異味的蠶蛹蛋白粉，蛋白質質量分數(shù)達95.2%。高艷慧[35]利用超聲波細胞破碎儀對蠶蛹蛋白改性處理，對比了改性前后的加工特性、氨基酸組成和分子結構，發(fā)現(xiàn)可提高蠶蛹蛋白的利用率。

在蠶蛹蛋白多肽制備方面，多利用蛋白酶的特異性酶解獲得特定種類的多肽分子。李國榮等[36]采用堿性蛋白酶和復合蛋白酶雙酶水解蠶蛹蛋白，獲得有降糖功能的蠶蛹多肽，其降糖作用與拜糖平相當，并制備了降糖多肽含片。楊安樹等[37]利用復合酶水解蠶蛹蛋白，發(fā)現(xiàn)酶水解液中小分子多肽可增強小鼠網(wǎng)狀內皮系統(tǒng)吞噬功能。張衛(wèi)民等[38]發(fā)現(xiàn)柞蠶抗菌肽在體外對人結腸癌細胞株具有選擇性殺傷作用，可明顯降低大鼠大腸腫瘤發(fā)生率。閔建華[34]和王朝陽[39]分別研究了多酶組合制備的蠶蛹多肽的自由基清除能力和對血管緊張素轉換酶(angiotensin converting enzyme, ACE)抑制活性，發(fā)現(xiàn)相對分子質量小于1 000 Da的多肽清除自由基能力最強，相對分子質量在1 200～1 500 Da的蠶蛹多肽的ACE抑制活性最強。

利用蠶蛹蛋白水解也可制備復合氨基酸產(chǎn)品。李國榮等[36]利用酶解制備了蠶蛹蛋白多肽氨基酸口服液，該口服液中含多肽18.20 g/L，游離氨基酸23.44 g/L，其中必需氨基酸質量分數(shù)為41.29%。盧汝梅等[40]采用微波輔助酸水解蠶蛹蛋白大大提高了水解效率，氨基氮生成率達到52.4%，復合氨基酸收率為43.7%，游離氨基酸收率為34.0%。周建軍等[41]在利用鹽酸常規(guī)水解的基礎上，對水解液進行減壓濃縮、真空干燥得到復合氨基酸粉，氨基酸質量分數(shù)高達67.9%，其中7種必需氨基酸占40.65%。謝書越[42]用電解電滲析脫鹽技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)的離子交換樹脂脫鹽，應用于復合氨基酸生產(chǎn)，克服了操作麻煩、產(chǎn)物產(chǎn)量低、樹脂易碎易堵等缺點，并且可以批量生產(chǎn)。也有以蠶蛹蛋白和基礎營養(yǎng)物質為原料進行微生物發(fā)酵，將發(fā)酵液與牛奶、葡萄糖按比例進行配制，得到口感良好、營養(yǎng)豐富的發(fā)酵型蛋白飲料。

4.2 蠶蛹油的開發(fā)利用

蠶蛹油中的不飽和脂肪酸質量分數(shù)高達75%，其中含35%的α-亞麻酸，33%的油酸和8%的亞油酸，另外還有1%以上的β-甾醇、膽甾醇與菜油甾醇等不皂化物。目前對蠶蛹油多不飽和脂肪酸及α-亞麻酸分離方法研究較多。吳曉霞[30]采用尿素包合結合梯度冷凍結晶法分離蠶蛹油α-亞麻酸，得到的α-亞麻酸質量分數(shù)達91.3%。陳晨[43]利用常壓堿水皂化分離蠶蛹油不飽和脂肪酸，得到不飽和脂肪酸質量分數(shù)可達到95.96%，其中，油酸質量分數(shù)為42.84%，亞麻酸質量分數(shù)為44.88%，得到油酸和α-亞麻酸約為1∶1的產(chǎn)品。為了克服多不飽和脂肪酸含量高難儲存的問題，陳晨[43]和劉猻[44]分別探索了噴霧干燥法制備蠶蛹油多不飽和脂肪酸微膠囊，增加了其附加值并延長其保質期。

關于蠶蛹油功能方面，吳曉霞[30]研究證明蠶蛹油具有較好的預防和治療大鼠高脂血癥的作用；龍興瑤[31]研究表明：蠶蛹油能保護胃組織，緩解鹽酸/乙醇對胃組織的傷害，保護肝臟，促進排便，降低腸道內炎癥的發(fā)生；Luo等[45]研究證明：蠶蛹油多不飽和脂肪酸可通過LXRα-/PPAR-ABCA1/ABCG1-CYP7A1通路促進肝細胞膽固醇代謝轉化，抑制肝細胞脂肪變性；謝園沁[32]研究證明：蠶蛹油具有劑量依賴性地降血糖效果，可以通過抑制葡萄糖苷酶活性以及提高己糖激酶、丙酮酸激酶活性來達到降血糖的目的。

4.3 蠶蛹甲殼素及殼聚糖的開發(fā)利用

蠶蛹甲殼素提取及殼聚糖制備，是以提取蠶蛹油和蛋白質后剩余的殘渣(主要為蛹殼及蛹皮)為原料進行提取制備。倪紅等[46]分析比較了蠶蛹殼與蝦蟹殼的組成成分及比例，發(fā)現(xiàn)蛹殼含鈣質和無機鹽遠低于蝦蟹殼，而蛋白質、油脂和色素含量高于蝦蟹殼，開發(fā)價值高。進而改進了以蝦蟹殼為原料制備殼聚糖的工藝，采用稀堿和稀酸溶液對原料處理兩次，強化了脫鹽、脫脂及脫蛋白步驟，采用體積分數(shù)為45% NaOH水溶液100 ℃反應1 h脫乙酰，制備出了脫乙酰度為79.6%的高質量蠶蛹殼聚糖產(chǎn)品。趙維[33]以提取蠶蛹油和蛋白質后的蛹渣為原料，改進了蠶蛹甲殼素提取工藝，采用無水乙醇浸泡與間歇式堿處理相結合的方法，制備得到了78.12%、86.45%和95.96%三種不同脫乙酰度的高品質蠶蛹殼聚糖產(chǎn)品，產(chǎn)品質量和性能優(yōu)于現(xiàn)行相關企業(yè)標準。

在蠶蛹副產(chǎn)物的綜合開發(fā)利用方面，筆者研究團隊從蠶蛹蛋白及多肽[34]、復合氨基酸[36]、蠶蛹油多不飽和脂肪酸[30,43]、蠶蛹甲殼素及殼聚糖制備[33]及相關功能研究[30,33-34]等方面進行了比較系統(tǒng)的研究，可實現(xiàn)對蠶蛹副產(chǎn)物的綜合化高值化無廢棄全利用。

5 石榴加工業(yè)副產(chǎn)物資源及其高值化利用

石榴原產(chǎn)于中亞及地中海地區(qū)的國家，我國石榴栽種自漢代經(jīng)絲綢之路傳入，距今已有兩千多年的歷史。我國現(xiàn)有石榴品種資源約298個，在全國有廣泛種植，主要產(chǎn)地分布在陜西、安徽、山東、河南、四川、云南、新疆、河北等省，全國目前石榴種植面積約12萬ha，產(chǎn)量約170萬t。石榴除過鮮食外，目前主要加工品有石榴汁、石榴酒及石榴果醬等。由于石榴皮一般占石榴果實質量的30%以上，石榴籽約占20%，石榴加工業(yè)會產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物石榴皮和石榴籽。石榴皮為傳統(tǒng)中藥材，為《中華人民共和國藥典》歷版收載，具有治療痢疾和腹瀉、驅趕蚊蟲等作用[47]，但其在傳統(tǒng)中藥中用量較少，石榴皮資源未得到充分利用，石榴加工企業(yè)產(chǎn)生的大量石榴皮大部分被廢棄或爛掉。

5.1 石榴皮的資源化利用

石榴皮中的活性成分主要有安石榴苷、鞣花酸及沒食子酸等多酚類物質，總多酚質量約占石榴皮干質量的10%～20%，其中安石榴苷為石榴果實所特有，占總酚組成的65%以上。對于石榴皮多酚的提取研究報道較多，趙艷紅等[48]較系統(tǒng)研究了石榴皮多酚的提取純化，提取物得率可達23.4%，采用超聲波輔助提取，得率可提高到30%左右，而且提取時間短、提取效率高，粗提物總多酚質量分數(shù)達35%以上，樹脂純化后可使總多酚質量分數(shù)提高到80%以上，其中安石榴苷質量占總酚的73%左右。鄧永等[49]優(yōu)化了石榴皮多酚超聲波輔助提取，結果表明：以水作為溶劑比甲醇等有機溶劑提取效果更好。在優(yōu)化條件，即固液比為1∶60(g/mL)，超聲功率為400 W和超聲時間為25 min時，多酚得率為39.30 mg/g，得到的提取物中安石榴苷質量分數(shù)較高。劉煥云等[50]采用超聲波- 微波協(xié)同提取技術，以乙醇作為提取溶劑，石榴皮多酚提取得率為(28.78±0.12)%。李佳璇等[51]采用田口法優(yōu)化乙醇回流提取石榴皮中安石榴林、安石榴苷和鞣花酸等3種酚酸，在優(yōu)化條件下,從1 g干燥的石榴皮粉末中可獲得(17.89±0.27)mg安石榴林、(498.66±2.13)mg安石榴苷、(7.30±0.05)mg鞣花酸。郭璐等[52]對石榴皮中黃酮、多酚、皂苷進行了多組分提取工藝優(yōu)化，結合多體系抗氧化活性綜合評價認為，在提取條件為乙醇體積分數(shù)58%、料液比1∶28(g/mL)、提取時間53 min、提取溫度58 ℃，提取物對各自由基均具有較強的清除作用?？傊衿ざ喾犹崛⊙芯枯^多，提取技術比較成熟，水提或醇提均可，超聲輔助提取可大大縮短提取時間，提高提取效率。

關于石榴皮多酚的生物活性，近年來國內外進行了大量的研究報道，其主要功能活性有抗氧化、抗炎、抑制癌細胞增殖[53-54]、降血脂及改善脂肪肝、保護血管健康及抗動脈粥樣硬化[55]、改善二型糖尿病[56]、調節(jié)腸道菌群[57]、提高線粒體功能及預防代謝綜合征等多種生理生化和醫(yī)療保健功能[58]。筆者研究團隊多年來對石榴多酚的研究認為：石榴皮多酚的多種功能作用，主要是其所含的多種小分子酚類物質多靶點作用的結果。比如，石榴皮多酚的抗炎作用機制，主要是其抑制了巨噬細胞的TLR4/NF-κB及MAPKs炎癥信號通路，從而降低了低度代謝性炎癥的發(fā)生[53]；對肝癌細胞的增殖抑制作用機制，主要是誘導了肝癌細胞的線粒體凋亡途徑，從而抑制了癌細胞的增殖[54]；降脂及調節(jié)膽固醇代謝的作用機制，主要是其激活了PPARγ-ABCA1/CYP 7A1通路，從而促進了肝細胞對膽固醇的代謝轉化[55]；抗動脈粥樣硬化及保護血管健康的作用機制，主要是其下調了巨噬細胞表面CD36受體表達，從而減少了巨噬細胞對ox-LDL的過度吞噬，阻止了動脈血管壁的巨噬細胞聚集和泡沫細胞形成，同時也激活了巨噬細胞/泡沫細胞內膽固醇的流出外排，促進了膽固醇的逆運轉，從而調節(jié)了膽固醇的代謝平衡，防止了動脈粥樣硬化的發(fā)生與發(fā)展[59]；石榴皮多酚改善高脂飲食引起的胰島素抵抗及代謝綜合征機制，可能是多方面的。如降低氧化應激、改善胰島素抵抗、抑制代謝性炎癥、提高線粒體功能及正向調節(jié)腸道菌群等。

石榴皮多酚提取物在食品抗氧化及抑菌保鮮等方面，也顯示出良好的效果和應用前景。筆者研究團隊研究了石榴皮多酚、五倍子單寧、茶多酚對常用食用油，如豬油、豆油、菜籽油、芝麻油的抗氧化特性，并與常用油脂抗氧化劑特丁基對苯二酚(tert-butyl hydroquinone, TBHQ)作了對比(添加量均為0.2‰)，結果表明：石榴皮多酚和五倍子單寧對食用油脂均具有很強的抗氧化性，可以作為油脂的天然抗氧化劑加以開發(fā)利用[60]。李穎等[61]將石榴皮提取物用于生豬肉餅冷藏保鮮中，發(fā)現(xiàn)石榴皮提取物能有效抑制生豬肉餅冷藏過程中氫過氧化物、丙二醛及蛋白羰基生成，效果優(yōu)于丁基羥基茴香醚。李瓊帥等[62]也研究表明：添加石榴皮提取物可有效抑制貯藏過程中牦牛肉糜的蛋白質氧化，改善肉糜的風味品質，0.20%的添加量效果較好。此外，石榴皮提取物在醫(yī)藥、天然抑菌劑及美容化妝領域也有一些研究報道[63]。石榴皮多酚提取物作為一種天然抗氧化劑及抑菌劑，具有安全、抗氧化效果好、抑菌譜廣、抑菌活性強、不易產(chǎn)生耐藥性等優(yōu)點，開發(fā)應用潛力較大。

5.2 石榴籽的資源化利用

石榴籽含有豐富的油脂，含油量因品種而異，一般在13%～26%，其中不飽和脂肪酸質量分數(shù)達90%以上，特別是石榴籽油中含有一種特有的脂肪酸—石榴酸，占總脂肪酸的70%以上，為一種共軛亞麻酸。石榴籽油中生育酚類物質含量較高，以γ-生育酚為主。石榴籽油的功能主要表現(xiàn)在，抗氧化、抗腫瘤、抗糖尿病、免疫調節(jié)及改善骨質疏松等方面。石榴籽油的提取工藝主要有冷榨法、溶劑浸提法、超臨界萃取及亞臨界萃取等。王林林等[64]對比了4種不同提油工藝對石榴籽油品質的影響，認為亞臨界丁烷萃取法提取效果較好，出油率為14.76%，所得石榴籽油中石榴酸質量分數(shù)明顯高于其他3種提取方法，高達82.39%。余瑤盼等[65]將石榴籽油乙酯化以增加其穩(wěn)定性，并通過分子蒸餾富集共軛亞麻酸乙酯，結果表明：共軛亞麻酸乙酯質量分數(shù)從蒸餾前的80.68%提升到了95.23%。

石榴籽中還含有較豐富的黃酮及多酚類物質，多酚質量分數(shù)在0.7%～1.2%。對石榴籽多酚的提取研究較多，石珂心等[66]用響應面法優(yōu)化了超聲波強化的石榴籽多酚提取工藝，得到的較優(yōu)工藝參數(shù)為：乙醇體積分數(shù)34%、料液比1∶24(g/mL)、超聲時間31 min、超聲溫度51 ℃、超聲功率180 W、超聲頻率80 kHz，在此條件下多酚類物質的提取量為7.73 mg/g。李白存等[67]研究表明：石榴籽中的多酚類物質具有較好的抗氧化性，對不同的自由基均有較強的清除能力，其中對2,2′-聯(lián)氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸自由基的清除能力最強。

6 葡萄加工業(yè)副產(chǎn)物資源及其高值化利用

2019年，全世界年產(chǎn)葡萄約10 849.5萬t，中國年產(chǎn)葡萄約1 437.2萬t[1]，居世界第一。隨著我國葡萄加工業(yè)的快速發(fā)展，特別是葡萄酒和葡萄汁產(chǎn)業(yè)，每年產(chǎn)生約占葡萄加工量25%的大量皮渣廢棄物，其中，主要是葡萄皮和葡萄籽。國外葡萄種植以釀酒葡萄為主，皮渣的利用主要以功能成分提取和有機肥為主，而我國葡萄種植以鮮食為主，非加工品種超過90%，皮渣整體利用率較低。目前, 我國葡萄皮渣除寧夏、新疆等釀酒集聚區(qū)進行葡萄籽回收外，大部分皮渣被當作肥料、飼料甚至垃圾處理，造成很大的浪費，形成了很大的環(huán)保壓力，這已經(jīng)成為葡萄加工行業(yè)性的問題。葡萄皮渣中含有豐富的多酚、多糖、油脂、蛋白質及礦物質等功能成分，具有良好的醫(yī)療保健作用。因此，葡萄皮渣的開發(fā)，不僅可以獲得良好的經(jīng)濟效益，降低葡萄加工成本，而且能夠降低污染，獲得巨大的社會效益。

6.1 葡萄皮渣的資源化利用

葡萄皮渣的開發(fā)利用主要是葡萄皮色素、多酚及膳食纖維的提取。根據(jù)葡萄的品種、顏色等因素，葡萄皮中酚類物質含量及種類差異較大，其中紅葡萄皮中富含花色苷。通常認為花色素苷是紅葡萄酒中的主要呈色物質。不同花色素的穩(wěn)定性會因其結構的不同而不同，一般依據(jù)花色素上R基及R′基的種類的不同，可以將葡萄及葡萄酒中的花色素物質分為5個類型，即花翠素、3′-甲花翠素、二甲花翠素、花青素、甲基花青素。此外，葡萄皮中含有黃烷醇類，包括黃烷-3-醇單體及其聚合物，也稱為縮合單寧或原花青素。葡萄中存在的黃烷-3-醇單體有兒茶素、表兒茶素、沒食子兒茶素、表焙兒茶素、表兒茶素沒食子酸酯。兒茶素，表兒茶素和表兒茶素沒食子酸酯存在于葡萄果皮和葡萄籽中，而沒食子兒茶素和表焙兒茶素只存在于葡萄皮中。這種分布導致葡萄果皮和種子中黃烷醇低聚體/聚合物的組成差異。目前葡萄皮色素提取物主要應用于釀酒、果汁等食品加工領域，同時葡萄皮色素和多酚也可作為保健食品的原料。

葡萄皮渣也可作為膳食纖維的來源。Deng等[68]對比了白葡萄皮渣與紅葡萄皮渣中的碳水化合物組分，結果表明：白葡萄皮渣以可溶性糖為主，其可溶性糖與總膳食纖維的質量分數(shù)分別為55.8%～77.5% 干物質(dry matter, DM)和17.3%～28.0% DM，而紅葡萄皮渣中膳食纖維質量分數(shù)高，其可溶性糖與總膳食纖維的質量分數(shù)分別為1.3%～1.7% DM和51.1%～56.3% DM。

利用葡萄皮渣開發(fā)的產(chǎn)品應用范圍很廣，包括藥品、保健品、食品、日化產(chǎn)品、飼料、土壤改良劑、生物能源等。

6.2 葡萄籽的資源化利用

葡萄籽質量占葡萄果實的5%～7%，葡萄籽中含有大量酚類物質、油脂和蛋白質等營養(yǎng)及功能成分。與葡萄皮相比，葡萄籽中主要以黃烷醇物質為主，葡萄籽單寧的平均聚合度低于葡萄皮單寧，主要由兒茶素和表兒茶素單元構成，籽單寧的聚合度在2～17，與葡萄皮單寧相比它具有更多的沒食子?；鶊F，其在籽中質量分數(shù)為13%～29%，皮中為3%～6%[69]。葡萄籽單寧提取物是重要的葡萄釀酒單寧，葡萄籽低聚原花青素提取物已經(jīng)應用到保健食品中，深受中老年消費者青睞。

葡萄籽中還含有14%～17%的油脂，其主要成分為亞油酸、亞麻酸等多種不飽和脂肪酸，以及甾醇、多羥基芪類化合物如白藜蘆醇等。葡萄籽油中亞油酸質量分數(shù)約占70%，葡萄籽油中還含有Mg、Ca、K、Zn等礦質元素和維生素A、維生素D、維生素E、維生素K等維生素，其中維生素E質量分數(shù)達360.2 μg/g。葡萄籽油因為富含亞油酸也廣泛應用到保健食品中，近年來葡萄籽油作為基底油也應用到美容領域。目前葡萄籽的資源化利用是葡萄副產(chǎn)物中應用最成熟和最廣泛的。

7 展 望

隨著現(xiàn)代基礎科學理論與方法不斷向應用基礎研究領域的滲透，使食品工業(yè)副產(chǎn)物中所蘊含的潛在價值得以深度挖掘。同時，也隨著食品加工高新技術、生物工程技術、現(xiàn)代裝備制造技術的發(fā)展，為副產(chǎn)物的開發(fā)應用創(chuàng)造了良好的條件。從而使我國食品工業(yè)副產(chǎn)物的深度開發(fā)和資源化高值化利用，開始從實驗室研究階段，逐漸實現(xiàn)向工業(yè)化生產(chǎn)階段轉變。食品工業(yè)副產(chǎn)物的資源化利用，對于物盡其用、延伸產(chǎn)業(yè)鏈和提高行業(yè)整體效益、促進環(huán)境保護和低碳循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展等，有著重要的現(xiàn)實意義和深遠的戰(zhàn)略意義，前景十分廣闊。