油橄欖果渣綜合利用研究進(jìn)展

周巧，王元清，李莎，李建龍，李琴，胡凱弟，劉愛平，劉書亮,2*

1(四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，四川 雅安，625000)2(四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品加工與安全研究所，四川 雅安，625000)

油橄欖(OleaeuropaeaL.)是木犀科木犀欖屬(Oleaceae)的油料作物，全球主要分布于意大利、西班牙及土耳其等亞熱帶地區(qū)，我國主要分布在四川、甘肅及廣東等地。隨著橄欖油需求量不斷增加，油橄欖產(chǎn)業(yè)得到不斷發(fā)展，生產(chǎn)的油橄欖果渣(olive pomace，OP)也隨之增加。據(jù)國際橄欖油理事會統(tǒng)計，2011年橄欖油的世界年產(chǎn)量約339萬 t，全球消費(fèi)量約308萬t，中國橄欖油消費(fèi)量占全球消費(fèi)量1.3%，約4萬t，但近幾年中國橄欖油消費(fèi)量年均增加速度達(dá)49.38%，將成為世界橄欖油重要消費(fèi)國之一[1]。2014年中國油橄欖鮮果年產(chǎn)量約1.5萬t，2019年約4萬t，年均增長率為0.21%，按鮮油橄欖果實(shí)每100 kg榨油后產(chǎn)生35～40 kg果渣[2-3]計算，目前中國大約產(chǎn)生2～2.3萬 t果渣，之后會大幅度增加。鮮OP除粗纖維含量高外，含水量和含油量也較高，通常4～5 d后會快速腐敗和酸敗；OP還含有粗蛋白、粗脂肪、礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分和酚、酸、酮類等生物活性物質(zhì)。因此，OP直接廢棄或堆積不僅造成環(huán)境污染，也導(dǎo)致資源浪費(fèi)，如何有效利用OP成為亟待解決的問題。本文聚焦于OP綜合利用的研究現(xiàn)狀，包括在動物養(yǎng)殖及發(fā)酵蛋白飼料、食品加工、醫(yī)藥與化妝品、環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用，旨在為豐富蛋白飼料原料、開發(fā)生物活性物質(zhì)產(chǎn)品及增加綜合利用效率提供參考，對果渣變廢為寶、保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有指導(dǎo)意義。

1 油橄欖果渣的營養(yǎng)成分和生物活性成分

1.1 營養(yǎng)成分

油橄欖鮮果經(jīng)壓榨后通過兩相或三相分離工藝得到橄欖油和混合廢棄物或橄欖油、果渣和橄欖汁。經(jīng)兩相分離的油橄欖混合廢棄物殘?jiān)椭汉泄?、酚類、糖類、有機(jī)酸和礦物質(zhì)等，經(jīng)三相分離得到的果渣即OP富含膳食纖維、脂肪、蛋白質(zhì)、氨基酸、礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分和酚類、萜類及黃酮類等生物活性成分。OP粉中總膳食纖維含量可達(dá)80%左右，其營養(yǎng)成分及含量主要包括粗纖維43.29%、粗脂肪12.71%、粗蛋白4.54%、鉀0.72%、總黃酮1.67%、總酚1.13%，存在多種礦物質(zhì)如K、Ca、Mg、Na、Fe、Zn等[4]；鮮OP除水分外也含有粗纖維、粗脂肪、果膠和還原糖等成分，含量分別為26.41%、8.02%、0.77%、0.25%[5]。

1.2 生物活性成分

OP中含有酚類、三萜類、黃酮類、裂環(huán)烯醚萜類、植物甾醇類和維生素等生物活性物質(zhì)。OP中酚類物質(zhì)主要是羥基酪醇，黃酮類物質(zhì)有芹菜素、木犀草苷，具有抗氧化活性；三萜類物質(zhì)有山楂酸、齊墩果酸、熊果酸、甘草次酸、高根二醇、熊果醇，其中最主要的是山楂酸和齊墩果酸；木犀欖屬植物標(biāo)記性化合物裂環(huán)烯醚萜類物質(zhì)主要是橄欖苦苷，具有重要的藥理活性。表1歸納了OP主要代表性生物活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)、提取工藝及含量。由于油橄欖產(chǎn)地、采摘時間、提取工藝等不同，所含各類物質(zhì)含量也有所差異。油橄欖果中還含有β-谷甾醇、豆甾醇、巖藻甾醇、膽甾醇等植物甾醇，具有抗癌活性。此外，角鯊烯也是油橄欖果中一種重要的活性成分，具有多種生理和藥理功能。因此，OP中多種生物活性化合物在保健品、功能性食品、藥品和化妝品等方面具有開發(fā)價值。

表1 油橄欖果渣主要生物活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)、提取工藝及含量

2 油橄欖果渣綜合利用的研究現(xiàn)狀

2.1 在動物養(yǎng)殖及發(fā)酵蛋白飼料中的應(yīng)用

2.1.1 在水產(chǎn)、畜禽養(yǎng)殖中的應(yīng)用

OP是橄欖油加工過程中產(chǎn)生的固體副產(chǎn)物，是粗蛋白、粗脂肪、礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分以及多酚、橄欖苦苷和黃酮等功能性化合物的良好來源，將其添加至動物日糧中可減少飼料成本，增強(qiáng)動物體質(zhì)和改善生長性能。

在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，NASOPOULOU等[12]將OP和油橄欖果渣油(olive pomace oil，OPO)替代魚油日糧(fish oil，F(xiàn)O)中8%的魚油飼喂鯛魚，90 d后，飼喂OP和OPO組的鯛魚采食量、飼料轉(zhuǎn)化率、比增長率和死亡率與FO組無顯著差異，且飼喂OP組的鯛魚死亡率比OPO組顯著降低，所以，在不影響生長性能的情況下，OP可作為部分魚油日糧在鯛魚中使用，此外，飼喂OP組鯛魚肌肉中的飽和脂肪酸含量顯著降低，同時具有抗血小板聚集的生物活性，表明OP可部分替代魚油作為魚類飼料的膳食脂源，降低飼養(yǎng)成本，具有增加魚類極性脂質(zhì)和保護(hù)心臟的功能。

2.1.2 在發(fā)酵蛋白飼料中的應(yīng)用

發(fā)酵蛋白飼料是指以微生物、復(fù)合酶為生物飼料發(fā)酵劑，將植物性、動物性中的抗?fàn)I養(yǎng)因子分解為微生物菌體蛋白、生物活性小肽、氨基酸等的生物發(fā)酵飼料。表2列出了近年來用于生產(chǎn)發(fā)酵蛋白飼料的原輔料、發(fā)酵劑及發(fā)酵效果。發(fā)酵蛋白飼料所用的原料種類較多，一類是營養(yǎng)豐富、生產(chǎn)成本高的玉米、豆粕渣、麩皮等優(yōu)質(zhì)飼料原料；另一類是生產(chǎn)成本低的木薯渣、果渣、菌糠、酒糟等，這類飼料原料中含纖維素、果膠、單寧等抗?fàn)I養(yǎng)因子，其中單寧可與糖類、蛋白質(zhì)形成不易被動物消化吸收的復(fù)合物，使蛋白質(zhì)利用率降低，不僅影響飼料適口性，也影響了飼料利用率。發(fā)酵能有效去除抗?fàn)I養(yǎng)因子，提高飼料的利用率和營養(yǎng)價值，且發(fā)酵后的飼料風(fēng)味更加濃烈，適口性好，能被動物更好地利用，是一種改善飼料營養(yǎng)質(zhì)量、增強(qiáng)畜禽免疫功能和生長性能的經(jīng)濟(jì)手段。

表2 發(fā)酵蛋白飼料原料及發(fā)酵效果

表3列出了以油橄欖渣為原料，通過微生物或酶發(fā)酵后產(chǎn)物的指標(biāo)變化。謝普軍等[21]以油橄欖葉渣為原料，經(jīng)黑曲霉與產(chǎn)朊假絲酵母混菌發(fā)酵7 d后，蛋白質(zhì)含量可達(dá)18.63%，比初始油橄欖葉渣的蛋白質(zhì)含量(7.82%)提高了138.23%，單寧降解率86.94%；IBRAHIM等[22]發(fā)現(xiàn)添加經(jīng)β木聚糖酶和β-葡聚糖酶發(fā)酵的OP飼料可提高其轉(zhuǎn)化率和養(yǎng)分消化率，并通過增加編碼消化酶和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)，從而增加對營養(yǎng)成分的消化和葡萄糖吸收，表明發(fā)酵OP可作為飼料補(bǔ)充劑替代成本較高的傳統(tǒng)飼料成分；ISMAIL等[23]研究了添加5%、10%、15%、20%經(jīng)米曲霉發(fā)酵OP的魚飼料飼喂尼羅羅非魚3個月后對其生長性能、血液生化、溶菌酶活性、腸道免疫相關(guān)基因和肉質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)魚的生長性能沒有受到影響，添加15%發(fā)酵OP魚的血清中膽固醇顯著降低且含量最低，高密度脂蛋白含量顯著增加且含量最高，溶菌酶水平顯著增加，腫瘤壞死因子α和白細(xì)胞介素1β的相對mRNA表達(dá)更高，提高了魚的免疫應(yīng)答。以上研究表明，發(fā)酵可改善OP作為動物飼料的缺陷，得到高蛋白、低纖維素等營養(yǎng)價值更高、風(fēng)味優(yōu)良的飼料，這不僅豐富了發(fā)酵蛋白飼料的原料，而且使OP中的營養(yǎng)物質(zhì)得到了充分利用。

表3 油橄欖渣發(fā)酵產(chǎn)物的指標(biāo)變化

2.2 在食品加工中的應(yīng)用

因OP富含膳食纖維，常作為食品輔料添加于小麥粉中制作面條、面包和餅干等食品。黃俊僮等[42]發(fā)現(xiàn)在小麥粉中添加不超過10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))OP粉時，具有較好的糊化特性和面團(tuán)特性。LIN等[43]在小麥粉中添加OP粉制作的餅干，其血糖指數(shù)遠(yuǎn)低于未添加OP粉的普通餅干，古小露等[44]在面粉中添加OP和OP粉，研發(fā)出了一款口感層次豐富、酚類成分含量較高、風(fēng)味獨(dú)特的酥性餅干，表明OP粉可用于開發(fā)高膳食纖維、高營養(yǎng)、低卡路里、低血糖指數(shù)的更適合糖尿病人食用的功能性食品。OP中殘留的可發(fā)酵糖類物質(zhì)，通過微生物發(fā)酵可制備具有橄欖香味的保健飲品，如橄欖果酒和植物酵素。

此外，OP也富含酚類、黃酮類物質(zhì)，其提取物具有潛在的抗氧化和抗菌活性，也可作為益生元促進(jìn)短鏈脂肪酸的產(chǎn)生，改善人體腸道菌群。OP提取物的主要用途：(1)抗菌包裝材料。OP提取物對細(xì)菌和真菌呈現(xiàn)出抗菌活性，如富含酚類的OP提取物應(yīng)用于水果的可食用涂層中，能夠抑制大腸桿菌、單核增生李斯特菌和沙門氏菌等致病菌的生長；將橄欖油殘?jiān)崛∥飸?yīng)用于殼聚糖可食性薄膜中，可抑制匍枝根霉和擴(kuò)展青霉的生長繁殖，顯著降低蘋果和草莓的腐爛率，有助于提高其采后質(zhì)量和貨架期[45]，表明OP提取物具有作為新型潛在的可食用抗菌包裝材料的潛力。(2)天然抗氧化劑。將OP提取總酚類物質(zhì)添加至馬肉餅中可使其高鐵肌紅蛋白，過氧化值、硫代巴比妥酸值和羰基含量顯著降低，改善了馬肉餅貯藏過程顏色變化，并延緩脂質(zhì)和蛋白氧化[46]；DE BRUNO等[47]測定了OP提取物的抗氧化活性，結(jié)果顯示提取物具有良好的抗氧化活性，表明該提取物可作為食品工業(yè)中合成抗氧化劑的替代品。(3)獲得具有高營養(yǎng)特性的功能性食品。提取OP中酚類和膳食纖維作為強(qiáng)化劑添加到意大利面中，烹飪后不僅保留酚類化合物和膳食纖維，而且保持了良好的烹飪抗性和質(zhì)地，從而增強(qiáng)了意大利面的營養(yǎng)特性[48]。(4)延長食品的保質(zhì)期。通過利用OP中多不飽和脂肪酸、酚類化合物和膳食纖維用于面食和烘焙食品的配方中來獲得高附加值的健康食品，延長其保質(zhì)期。

2.3 在醫(yī)藥與化妝品中的應(yīng)用

油橄欖果及果渣中含酚類、三萜類、裂環(huán)烯醚萜類、植物甾醇類等多種功能活性成分，具有抗菌消炎、降血糖血脂、抗人免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)、抗腫瘤、清除自由基等多種藥理和生理活性[49]，在醫(yī)學(xué)與化妝品領(lǐng)域有較大應(yīng)用價值。

橄欖苦苷和羥基酪醇是油橄欖的特征性成分，YAVAS等[50]以抗炎藥吲哚美辛誘導(dǎo)產(chǎn)生胃潰瘍的大鼠為模型，采用橄欖苦苷灌胃給藥，測定胃組織中超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和髓過氧化物酶的活性，以及丙二醛和谷胱甘肽水平，考察橄欖苦苷對吲哚美辛誘導(dǎo)的大鼠胃潰瘍的抗氧化作用，結(jié)果顯示，灌胃18 mg/kg的橄欖苦苷可顯著降低大鼠體內(nèi)丙二醛水平和髓過氧化物酶的活性，同時提高了大鼠體內(nèi)超氧化物歧化酶的活性，表明橄欖苦苷是一種有效的抗氧化劑，能減輕大鼠胃潰瘍的氧化應(yīng)激，具有明顯的保護(hù)作用。MANSOURI等[51]采用橄欖苦苷對乳腺癌中組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)的表達(dá)影響進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)隨著橄欖苦苷暴露時間和劑量的增加，HDAC4基因的表達(dá)顯著下降，人乳腺癌細(xì)胞(MCF-7)的侵襲和細(xì)胞活力明顯降低，即橄欖苦苷可以通過調(diào)節(jié) MCF-7 細(xì)胞中重要的表觀遺傳因子HDAC4基因來誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞的凋亡，從而抑制細(xì)胞的增殖和侵襲，因此提出橄欖苦苷有可能成為預(yù)防和治療乳腺癌的新藥物。橄欖苦苷還可緩解皮炎，并通過抑制酪氨酸酶的活性，抑制黑色素的生長，達(dá)到美白的功效，表明橄欖苦苷可用于開發(fā)美白護(hù)膚新產(chǎn)品[52]。

研究顯示油橄欖中的羥基酪醇有助于調(diào)節(jié)腸道菌群、抑制腸道病原菌以及減少腸道病原菌的定植[53]。卜文文[54]利用酸水解和DM-2型大孔樹脂提取和純化油橄欖葉中的羥基酪醇，得到含量為66%的黃色膏體狀羥基酪醇，其清除DPPH自由基能力超過了維生素C，且高血脂癥小鼠攝入一定劑量的羥基酪醇后血清中總膽固醇和甘油三脂含量顯著降低，超氧化物歧化酶活性和總抗氧化能力水平升高。羥基酪醇油溶解性較差且容易降解，通過酶促酯化反應(yīng)合成羥基酪醇油酸酯，可提高羥基酪醇在油脂中的溶解性，促進(jìn)羥基酪醇在油性食品、化妝品中的應(yīng)用。

角鯊烯也是OP中的一種活性成分，已廣泛用作皮膚保濕劑、增強(qiáng)疫苗抗原性的佐劑和活性親脂分子的載體，能夠中和異生物質(zhì)，免受自由基的侵害、加速血液循環(huán)、增強(qiáng)細(xì)胞再生能力，防止皮膚或器官機(jī)能老化。因此，OP作為植物源角鯊烯的重要來源，提高了OP副產(chǎn)物的附加值，彌補(bǔ)了角鯊烯來源的缺陷。

2.4 在環(huán)境中的應(yīng)用

3 結(jié)語與展望

雖然OP在動物養(yǎng)殖、食品加工、醫(yī)藥與化妝品及環(huán)境領(lǐng)域都有一些研究報道，但目前油橄欖企業(yè)對于果渣幾乎是直接丟棄或部分直接用作飼料原料，對于OP的研究和實(shí)際應(yīng)用尚有較大的差距。本文綜述了OP綜合利用的研究現(xiàn)狀，為油橄欖產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和OP資源再利用提供了參考。通過文獻(xiàn)綜述，結(jié)合油橄欖生產(chǎn)企業(yè)對OP利用的現(xiàn)狀，提出今后研發(fā)方向：(1)OP的高纖維含量和抗?fàn)I養(yǎng)因子限制其直接作為飼料的利用效率，非常有必要進(jìn)一步篩選適宜的纖維素降解和抗?fàn)I養(yǎng)因子減除、蛋白含量顯著提高、適口性改善的發(fā)酵菌種如安全的木霉或米曲霉、高產(chǎn)蛋白假絲酵母以及乳酸菌，采用混菌發(fā)酵方式并優(yōu)化發(fā)酵工藝參數(shù)，包括固態(tài)發(fā)酵的輔料選擇、配方、混菌比列與接種順序、發(fā)酵條件等，尤其是設(shè)計因地制宜的固態(tài)發(fā)酵方式如袋裝或池裝發(fā)酵，實(shí)現(xiàn)混菌發(fā)酵OP生物飼料的工業(yè)化生產(chǎn)，提升OP的經(jīng)濟(jì)價值和商業(yè)價值。(2)高膳食纖維源的OP經(jīng)超微粉碎或提純纖維素等工藝改良果渣，進(jìn)一步拓展其在面團(tuán)、面條及其他食品加工中作為輔料的應(yīng)用研究。(3)圍繞OP功能性物質(zhì)提取純化、簡化工藝及工廠化應(yīng)用開展研究，挖掘橄欖苦苷、羥基酪醇、山楂酸、齊墩果酸、角鯊烯以及其他活性化合物的功能及作用機(jī)制，加快應(yīng)用轉(zhuǎn)化。(4)作為一種生物質(zhì)材料，繼續(xù)加強(qiáng)其作為吸附材料、納米材料、抗菌材料的研究，為OP高附加值應(yīng)用提供新途徑。