板栗加工副產(chǎn)物綜合利用研究進(jìn)展

王鐵龍，高磊，許凌云，李莉

（1.中國(guó)檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院，北京 100176；2.燕山大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，河北 秦皇島 066004；3.國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局認(rèn)證認(rèn)可技術(shù)研究中心，北京 100013）

板栗（Castanea mollissima Blume），殼斗科栗屬植物。作為一種獨(dú)特的堅(jiān)果作物[1]，板栗已經(jīng)種植了數(shù)千年，具有寶貴的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)功能[2]。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織統(tǒng)計(jì)，我國(guó)作為世界上板栗第一生產(chǎn)大國(guó)，2018年中國(guó)板栗的收獲面積已擴(kuò)大至34.1 萬(wàn)hm2，產(chǎn)量達(dá)196.5 萬(wàn)t，收獲面積是第二大板栗生產(chǎn)國(guó)家玻利維亞的近6 倍，產(chǎn)量是玻利維亞的23 倍[3]。隨著板栗產(chǎn)業(yè)多年的良種化調(diào)整和栽培技術(shù)的提升，板栗產(chǎn)量呈逐年遞增的趨勢(shì)。在板栗的生產(chǎn)和加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的板栗栗苞、板栗殼、板栗花和板栗次果及次品等加工副產(chǎn)物，僅板栗栗苞就占板栗產(chǎn)量的60%～90%（干重）[4]。板栗加工副產(chǎn)物中不僅含有多酚、單寧、黃酮、多糖、原花青素等多種活性物質(zhì)[5]，其水提取物、醇提取物等還可以作為一種較為有效的天然抑菌劑和食品防腐劑大力推廣使用[6]。因此，板栗加工副產(chǎn)物的隨意丟棄或大量堆積不僅會(huì)造成環(huán)境的污染，還會(huì)嚴(yán)重浪費(fèi)板栗資源。如何有效利用板栗栗苞、板栗殼等加工副產(chǎn)物成為亟待解決的問(wèn)題。

本文依托板栗加工副產(chǎn)物綜合利用的研究現(xiàn)狀，包括在農(nóng)業(yè)種植利用、工業(yè)應(yīng)用、活性物質(zhì)及其抑菌作用的應(yīng)用、化妝品與食品領(lǐng)域的應(yīng)用等方面對(duì)其進(jìn)行綜述，以期為板栗加工副產(chǎn)物的綜合利用和深度挖掘其潛在應(yīng)用價(jià)值提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 板栗加工副產(chǎn)物的組成

板栗加工副產(chǎn)物是由板栗栗苞、板栗殼、板栗花、板栗次果及次品組成，其中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，包括蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、膳食纖維等[7]。

板栗栗苞是指板栗堅(jiān)果殼外面密被針刺的球形總苞，帶刺且不易腐爛。板栗栗苞作為板栗主要加工副產(chǎn)物，其產(chǎn)量約為板栗產(chǎn)量的60%～90%（干重），常被當(dāng)作農(nóng)林廢棄物廢棄[5]。板栗栗苞不僅含有包括多個(gè)酚酸衍生物在內(nèi)的大量生物活性成分，還可以作為原料制備出品質(zhì)較好的糠醛和生物質(zhì)炭等工業(yè)用品[8]。板栗殼是指板栗堅(jiān)果的外果皮，其不僅含有香豆素、植物甾醇和鞣質(zhì)等多種生物活性物質(zhì)，還具有降血脂、抑菌、抗腫瘤活性等功效，常被用來(lái)制備成吸附重金屬的材料[9]，但實(shí)際生活中多被丟棄或焚燒[10-11]。板栗花是指板栗花序中的雄性花序。板栗作為雌雄同株的植物，雄花多，雌花少，雄花與雌花比例高達(dá)350∶1。為了提高板栗的產(chǎn)量，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)將90%～95%的雄花摘除，大部分被摘除的板栗花會(huì)被當(dāng)作廢物丟棄[12]。板栗花不僅可以作為植物制劑用以治療感冒、腹瀉或咳嗽，其含有的大量生物活性物質(zhì)還具有預(yù)防心血管疾病產(chǎn)生、具有較強(qiáng)的抗氧化作用和抗炎作用等功效[13]。板栗次果及次品則是指板栗加工過(guò)程中出現(xiàn)的粒徑較小、質(zhì)量略差的產(chǎn)品，其不僅廣泛應(yīng)用在醫(yī)療保健、醫(yī)藥和材料領(lǐng)域，如為高膽固醇、糖尿病和乳糜瀉患者開發(fā)無(wú)麩質(zhì)食品，探索板栗抗氧化劑的功能，制備吸附材料等[14-15]，還可以利用改性板栗淀粉調(diào)節(jié)盲腸上皮微生物群中某些基因的表達(dá)，通過(guò)短鏈脂肪酸受體來(lái)幫助減輕飲食引起的肥胖等[16]。

2 板栗加工副產(chǎn)物的資源化利用

2.1 農(nóng)業(yè)種植利用

板栗加工副產(chǎn)物中的板栗栗苞含有微生物生長(zhǎng)發(fā)育所需的碳素和無(wú)機(jī)鹽等基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。研究表明，以板栗栗苞作為全部或部分碳源，適當(dāng)添加氮源物質(zhì)、礦物質(zhì)和微量的維生素進(jìn)行食用菌栽培，可以收到良好的栽培效果。王德芝等[17]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)生物發(fā)酵處理后的板栗栗苞栽培茶薪菇效果遠(yuǎn)好于石灰水浸泡和直接拌料，經(jīng)生物發(fā)酵處理后的茶薪菇菌絲生長(zhǎng)旺盛、生物轉(zhuǎn)化率高。此外，殷宇騰等[18]研究發(fā)現(xiàn)利用生物發(fā)酵處理過(guò)的板栗栗苞栽培榆黃蘑，其菌絲生長(zhǎng)健壯，子實(shí)體產(chǎn)量較高，生物學(xué)效率達(dá)99.8%，栽培成本降低0.40 元/kg，投入產(chǎn)出比達(dá)1∶2.8。由此可見，經(jīng)生物發(fā)酵技術(shù)處理后的板栗栗苞，可以作為栽培基料和培養(yǎng)基添加劑用于茶薪菇等食用菌的栽培[19]，在顯著提高食用菌長(zhǎng)勢(shì)、降低栽培成本的同時(shí)，還可以最大化利用農(nóng)業(yè)廢棄物資源，有效降低板栗栗苞采后對(duì)環(huán)境的危害。覃寶山等[20]則利用板栗栗苞開展了食用菌周年栽培試驗(yàn)，研究結(jié)果表明，靈芝-秀珍菇-平菇是食用菌周年化栽培比較理想的品種搭配模式，3 種食用菌不僅菌絲體長(zhǎng)勢(shì)良好，生物學(xué)效率、總產(chǎn)值和毛利率等也都較高。由此可見，利用板栗栗苞進(jìn)行食用菌周年化栽培是切實(shí)可行的，充分挖掘并提高板栗栗苞利用率的同時(shí)，還能使其經(jīng)濟(jì)效益最大化。

板栗栗苞也可以作為輔料進(jìn)行堆肥。吳凱[21]發(fā)現(xiàn)，以雞糞為主料，菌渣+枯枝落葉+板栗殼為輔料，借助膜式堆肥技術(shù)混合發(fā)酵后，其腐熟狀態(tài)最好。牛俊玲等[4]也發(fā)現(xiàn)，以板栗栗苞和牛糞為原料，堆肥40 d 后可以達(dá)到腐熟狀態(tài)，可以用于水果和蔬菜的種植[22]，但是目前關(guān)于板栗栗苞堆肥技術(shù)及相關(guān)工藝的研究尚不成熟，需要進(jìn)一步深化相關(guān)研究。

綜上可知，板栗栗苞不僅可以經(jīng)生物發(fā)酵技術(shù)處理后作為茶薪菇等食用菌的栽培基質(zhì)，還可以制定食用菌周年化栽培計(jì)劃，深度挖掘板栗栗苞利用率的同時(shí)，還能最大化利用農(nóng)業(yè)廢棄物資源。此外，板栗栗苞作為輔料開展堆肥計(jì)劃也是切實(shí)可行的。

2.2 工業(yè)應(yīng)用

板栗加工副產(chǎn)物中含有豐富的粗纖維、單寧物質(zhì)[23]和優(yōu)質(zhì)的可再生富碳資源[24]，不僅可以作為生產(chǎn)栲膠的優(yōu)質(zhì)新材料[25]，還可以應(yīng)用于工業(yè)上碳材料和儲(chǔ)能材料的制備[19]，如制備活性炭[26]、吸附水中重金屬[9]和高性能超級(jí)電容器電極材料的制備等[24]。

栲膠是從植物的皮、根、莖和果實(shí)中提取的具有鞣制作用的混合有機(jī)物，其有效成分是單寧[23]。作為一種天然植物鞣制，栲膠是制革工業(yè)中不可或缺的原材料[27]。板栗加工副產(chǎn)物的板栗栗苞中含有大量的單寧物質(zhì)可用于生產(chǎn)栲膠，有效解決現(xiàn)有植物栲膠提取方法工藝繁瑣且耗時(shí)等劣勢(shì)的同時(shí)，還能使廢棄板栗資源得到良好的開發(fā)利用，并減輕環(huán)境的污染。王麗衛(wèi)等[28]通過(guò)均勻試驗(yàn)和偏最小二乘回歸建模分析得出板栗栗苞提取栲膠的最佳工藝：粉碎粒度100 目，50%丙酮溶液，料液比1∶18 g/mL，超聲功率400 W，此工藝條件下栲膠的提取率為31.28%，單寧含量達(dá)63.68%，pH3.81，總色值為22。以板栗栗苞為原料提取的栲膠達(dá)到了橡椀栲膠冷溶合格品的指標(biāo)，由此可見，依托板栗栗苞提取栲膠的工藝是切實(shí)可行的，如果采用新鮮板栗栗苞作為原料則可大幅度降低栲膠產(chǎn)品的色值并提高其單寧含量，未來(lái)可高值化利用板栗栗苞開發(fā)新的栲膠原料，從而為栲膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供新路徑。此外，板栗栗苞提取栲膠前后，還可通過(guò)常壓水蒸氣裂解的方式得到糠醛、5-甲基糠醛和2-甲氧基苯酚等具有較高價(jià)值的化學(xué)品[8]；提取栲膠后的殘?jiān)部捎糜谔烊簧睾屠w維素等的提取，通過(guò)這些方法可以大幅度提高板栗栗苞資源利用率。

板栗栗苞自然含碳量約為40%，是優(yōu)質(zhì)的可再生富碳資源，因此可以用來(lái)制備活性炭等炭產(chǎn)品[29]。楊俊等[30]利用板栗栗苞制備獲得的活性炭，不僅孔隙多為中孔結(jié)構(gòu)、總孔容積達(dá)0.86 cm3/g、比表面積為1 300.3 m2/g，且其吸附和脫色性能都超過(guò)了活性炭質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13803.1—1999《木質(zhì)味精精制用顆?；钚蕴俊罚s短生產(chǎn)周期的同時(shí)，還減少了能源消耗。此外，板栗栗苞還可以用來(lái)制備木炭系列產(chǎn)品，如將板栗栗苞加工成可以加熱和取暖的柱狀木炭燃料等。由此可見，板栗栗苞作為優(yōu)質(zhì)的可再生富碳資源，可以大力開發(fā)活性炭和木炭等系列炭產(chǎn)品。

板栗加工副產(chǎn)物中的板栗栗苞和板栗殼均可開發(fā)成吸附材料，使其具有吸附水中重金屬的能力。相關(guān)研究表明，經(jīng)磷酸改性后的板栗栗苞可以有效吸附水中重金屬Cr（VI），吸附率可達(dá)99.33%。改性后的板栗栗苞不僅有效去除了附著的雜質(zhì)，還能使褶皺鋪展開，孔隙結(jié)構(gòu)更發(fā)達(dá)，更有利于吸附Cr（VI）[31]。板栗殼色素隸屬黑色素，其富含羥基、羧基和氨基，這些官能團(tuán)可以與水中的重金屬離子結(jié)合，達(dá)到吸附重金屬的目的[32]。如黃劍等[33]利用板栗殼色素和丙烯酸合成水凝膠來(lái)吸附水中的鉛，其最大單層飽和吸附容量可達(dá)315.6 mg/g，是很具應(yīng)用潛力的鉛吸附劑；白雙成等[34]則利用堿催化法將板栗殼色素、甲醛和苯酚制備成了可以吸附鋅的樹脂，該樹脂對(duì)鋅的單層飽和吸附量可達(dá)45.05 mg/g；蔣冬梅等[35]利用反向懸浮法合成的糠醛交聯(lián)板栗殼色素樹脂則可以很好的吸附水中的銅離子，該樹脂飽和吸附量為68.03 mg/g。板栗殼色素除可以吸附水中的重金屬外，還可以作為吸附劑對(duì)含乳化油的廢水，對(duì)甲基橙和亞甲基藍(lán)、中性紅和中性藍(lán)等印染染料進(jìn)行吸附。由此可見，板栗栗苞和板栗殼等板栗加工副產(chǎn)物是可以通過(guò)改性或合成樹脂等方式實(shí)現(xiàn)吸附水中重金屬的目的，且板栗加工副產(chǎn)物來(lái)源廣泛、產(chǎn)量豐富、成本低，未來(lái)若能將板栗栗苞或板栗殼更好地應(yīng)用到實(shí)際的廢水處理或染料處理中，以廢治廢，將大大節(jié)約廢水處理成本。

板栗栗苞和板栗殼等板栗加工副產(chǎn)物除制備栲膠、活性炭、木炭等系列產(chǎn)品，改性或合成樹脂吸附水中重金屬、染料等外，還可以作為碳源制備生物碳電極材料，如馬婧等[36]將板栗殼炭化后用KOH 活化，制備得到了CC700-OH 電極材料；王芳平等[24]用700 ℃炭化板栗殼后，利用ZnCl2將其活化，成功制備了高性能的超級(jí)電容器電極材料（CC700-Zn），并將其組裝成對(duì)稱的超級(jí)電容器。由此可見，利用板栗殼作為碳源制備對(duì)稱性超級(jí)電容器電極材料是切實(shí)可行的，作為利用農(nóng)業(yè)生物質(zhì)廢物制備可持續(xù)電極材料的綠色方法，未來(lái)可加大研究開發(fā)力度。

綜上可知，板栗栗苞和板栗殼等板栗加工副產(chǎn)物不僅可以制備活性炭系列產(chǎn)品，還可以吸附水中的重金屬和燃料，作為碳源制備生物碳電極材料等也是切實(shí)可行的。未來(lái)可進(jìn)一步挖掘板栗栗苞和板栗殼等加工副產(chǎn)物在工業(yè)應(yīng)用的潛在價(jià)值，進(jìn)一步深化并制備相應(yīng)工業(yè)產(chǎn)品，從而進(jìn)一步完善和提高板栗加工副產(chǎn)物的工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈。

2.3 活性物質(zhì)及其抑菌作用的應(yīng)用

板栗加工副產(chǎn)物中活性物質(zhì)的提取應(yīng)用及其抑菌效果的應(yīng)用是對(duì)板栗加工副產(chǎn)物資源化利用的最直接、最高效的方法[19]。板栗加工副產(chǎn)物中的生物活性物質(zhì)主要是多酚、單寧、黃酮、多糖和原花青素等，并且具有一定的抑菌、抗氧化、抗腫瘤、抗疲勞、抑制黑色素生成及降血糖、降血脂等功效[5-6]。如板栗栗苞和板栗殼中的多酚與單寧物質(zhì)在治療糖尿病方面的應(yīng)用價(jià)值較高[5]；板栗殼可以通過(guò)生物轉(zhuǎn)化增強(qiáng)對(duì)自由基清除活性、紫外線吸收和酪氨酸酶的活性，從而抑制黑色素的形成、利于皮膚美白，可以作為化妝品的原材料[37]；板栗花則可以通過(guò)脂多糖來(lái)治療炎癥和氧化應(yīng)激，改善宏觀和組織學(xué)參數(shù)[13]；板栗次果及次品中提取的多糖物質(zhì)則具有抗氧化、抗腫瘤、抗疲勞活性及抑制黑色素生成活性[5]。

除上述功效外，板栗加工副產(chǎn)物還具有抑菌功效。劉紹雄等[38]發(fā)現(xiàn)，板栗栗苞提取物對(duì)思茅松毛蟲腸道細(xì)菌具有抑菌作用；王鳳春等[39]發(fā)現(xiàn)，板栗花提取物對(duì)金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌肺炎鏈球菌、綠色鏈球菌、大腸桿菌和腸炎沙門氏菌均有較強(qiáng)的抑制作用，此外，板栗花提取物還表現(xiàn)出高抗菌和抗真菌活性以及抗生物膜、抗反群體感應(yīng)和抗反集群活動(dòng)[13]。由此可見，板栗加工副產(chǎn)物的提取物具有抑制細(xì)菌的潛能，未來(lái)可作為新型植物源農(nóng)藥或藥用材料加大開發(fā)應(yīng)用力度。

2.4 化妝品與食品領(lǐng)域的應(yīng)用

板栗加工副產(chǎn)物中的板栗花因其獨(dú)特的香味，使其具有很強(qiáng)的趨避活性，常被用來(lái)提取精油和制作飲品。如劉俊芳等[40]利用CO2超臨界萃取技術(shù)對(duì)板栗花揮發(fā)油進(jìn)行了提取，提取率為1.16%，并在板栗花中首次發(fā)現(xiàn)了26 種化合物；王鳳春等[39]則發(fā)現(xiàn)，盛花期板栗花在最佳工藝條件下精油提取率可達(dá)6.808%。此外，板栗花還常被用來(lái)制備飲品，如張潔等[41]以板栗花浸提液和大麥芽為主要原料，發(fā)現(xiàn)在接種階段投入5%板栗花浸提液，主發(fā)酵溫度15 ℃的條件下發(fā)酵的板栗花啤酒風(fēng)味和口感最佳；張軍等[42]則以河北遷西縣板栗花為原料釀造板栗花酒，發(fā)現(xiàn)板栗花需與其他配料共酵效果才會(huì)更好，由此可見，板栗花在釀酒產(chǎn)業(yè)上發(fā)展空間較大，未來(lái)可結(jié)合傳統(tǒng)發(fā)酵工藝并借鑒黃酒、葡萄酒等釀造工藝，釀造出更多香型的板栗花酒。

板栗次果及次品不僅可以作為輔料研制風(fēng)味餅干，如王恩勝[43]以低筋面粉為主料，板栗、黑米為輔料，研制了既滿足大眾口味，又符合嗜糖又懼糖者的口感，還是糖尿病患者一種較好選擇的元貞糖板栗黑米餅干；還可以作為一種營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化成分釀造板栗黃酒，如胡美怡等[44]以糯米為主要原料，板栗作為營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化成分釀造出一種具有豐富營(yíng)養(yǎng)成分的新型板栗黃酒，為板栗深加工產(chǎn)品的研究和利用提供了理論參考；此外，板栗次果及次品還可以制備成板栗超微粉，用于添加賦予蛋糕更好的品質(zhì)，如胡欣宇等[45]發(fā)現(xiàn)，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～10%的板栗超微粉可以賦予海綿蛋糕更好的品質(zhì)。由此可見，板栗次果及次品等加工副產(chǎn)物可以作為輔料或制備成超微粉用于生產(chǎn)食品或飲料制品，擴(kuò)大加工副產(chǎn)物用途的同時(shí)，還節(jié)約了原料成本，未來(lái)可逐步提高板栗次果及次品的利用率。

3 總結(jié)與展望

板栗加工副產(chǎn)物用途廣泛，不僅可以作為堆肥原料和栽培食用菌基質(zhì)用于農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)，還可以作為生產(chǎn)栲膠、制備活性炭、吸附水中重金屬、高性能超級(jí)電容器電極材料制備等工業(yè)應(yīng)用的原材料，作為生物活性物質(zhì)及抑菌提取基質(zhì)的同時(shí)，還可以深度挖掘化妝品與食品的潛在應(yīng)用價(jià)值，這在一定程度上對(duì)板栗產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、資源利用率及生態(tài)環(huán)境的保護(hù)起到了正面作用，但目前板栗種植戶及相關(guān)企業(yè)對(duì)于板栗栗苞、板栗殼、板栗花及板栗次果及次品等板栗加工副產(chǎn)物幾乎是被直接丟棄或部分用作堆肥、食用菌栽培飼料，對(duì)于板栗加工副產(chǎn)物的研究和實(shí)際應(yīng)用尚有較大差距。本文綜述板栗加工副產(chǎn)物綜合利用的研究現(xiàn)狀，為板栗加工副產(chǎn)物的綜合利用和深度挖掘其潛在利用價(jià)值提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。通過(guò)文獻(xiàn)綜述，結(jié)合板栗種植戶及企業(yè)對(duì)板栗加工副產(chǎn)物利用現(xiàn)狀，提出如下建議：1）依托現(xiàn)有的板栗加工副產(chǎn)物資源化利用技術(shù)，科學(xué)合理地構(gòu)建符合板栗加工副產(chǎn)物的“周年化”栽培利用模式；2）圍繞板栗加工副產(chǎn)物工業(yè)應(yīng)用，深入挖掘并開發(fā)板栗加工副產(chǎn)物制備栲膠、活性炭、高性能超級(jí)電容器電極材料等方面，并加快應(yīng)用轉(zhuǎn)化；3）圍繞板栗加工副產(chǎn)物功能性物質(zhì)提取純化、工廠化應(yīng)用開展研究，深入挖掘多酚、單寧、黃酮和原花青素等活性物質(zhì)的功能及作用機(jī)制，并加快應(yīng)用轉(zhuǎn)化；4）加大板栗加工副產(chǎn)物在化妝品及食品方面的研究力度。綜上所述，板栗加工副產(chǎn)物資源豐富，可利用形式多種多樣，隨著不斷深入挖掘板栗加工副產(chǎn)物應(yīng)用潛力，其未來(lái)應(yīng)用前景將會(huì)更加廣闊。