柑橘渣饲用固体发酵研究进展

程善燕,刘国华，于继英,陈 达,刘世杰,蔡辉益,*

(1.生物饲料开发国家工程研究中心，北京 100081；2.中国农业科学院饲料研究所，北京 100081 )

柑橘包括橙、橘、柑、柚、柠檬等，是世界种植量排名第一的果树，约占世界水果总产量的15%[1]。2014年全球柑橘产量1.39×108t，我国3492.66×104t，2015年产量增至3660.08×104t[2]。湖南、江西、广东、广西、四川、湖北、福建、浙江和重庆 9 个主产区的柑橘栽培面积、产量分别占全国的 95% 和 93% 以上，柑橘商品合格率达80%以上。我国柑橘果品采后随柑橘买卖难易腐损时高时低，总腐损率10%～15%，高于美国、西班牙、土耳其和日本等柑橘主产国[3]。

随着柑橘加工业的发展，由于季节性生产和易腐败特点，田间腐损柑橘和加工产生的柑橘渣的处理问题日益突出。柑橘渣具有特殊的多孔结构和巨大的比表面积，富含许多功能性物质，如果胶、膳食纤维、黄酮类、脂溶性类胡萝卜素、水溶性黄色色素、香精油等，是良好的开发性资源。目前，柑橘渣处理方法主要有提取精深加工、卫生堆肥、制沼、烘干或发酵饲用等[4]。本文就已报道的柑橘渣饲用固体发酵相关研究作一综述，为其饲用资源化提供参考。

1 柑橘的加工利用

柑橘是世界第一大类水果，21世纪以来柑橘增产速度持续加快， 占世界水果总产量的比重呈稳定增进趋势，据FAO 数据，2000～2015年，世界柑橘产量由11517.80×104t增至17848.22×104t，用于鲜食的大约占2/3，剩余的1 /3用于加工业[5]。不论是巴西或是美国橙汁加工业十分发达，不仅70%～80%的甜橙用来加工各种橙汁，而且对皮渣等进行综合利用，开发几百种产品，变废为宝，提升了效益。我国橙汁加工起步晚、规模小，皮渣等综合开发利用也有很大差距[6]。柑橘的加工利用可以归纳为加工和加工副产物的综合利用两方面。

1.1 柑橘产量和加工量

我国柑橘加工产品有罐头、浓缩汁、干片等，罐头生产大部分采用温州蜜柑。我国橘罐头品牌有广西桂林的皇冠、广东的欢乐家、山东的盛德泰、湖北的喜庆红、江西的爱杰鑫、河北的芝麻官、大连的林家铺子等。橙汁生产多用甜橙，我国橙汁较为知名的品牌有汇源、美汁源、统一、康师傅、派森百等[7-9]。干片则以柠檬为代表，知名品牌有安岳绿峰。

我国是世界上脐橙种植面积最大的国家，优质产区在赣南-湘南-桂北-三峡库区，橙子产量约690×104t，冷冻浓缩橙汁总量约为5×104t，每年尚需进口。柚子全球产量为610×104t，我国的产量预计为390×104t。柠檬的总产量预计为43×104t。安岳是我国的柠檬之乡，产量占全国的80%[10]。我国柑橘产地集中，产品鲜售为主，主产地具有较大的加工发展空间。

1.2 副产物加工利用

柑橘加工产生大量废弃皮渣，包括果皮、种子、橘络和残余果肉等，约占果实重量的50%。脐橙皮约占整个果实重量的 20%，资源量丰富，但大部分为白色内囊，苦味和涩味较重[11]。2012年，我国柑橘罐头的年产量超过80×104t，柑橘浓缩汁年产量在1～2×104t，全国每年产生的柑橘渣多达500×104t[12]。

柑橘加工后皮渣类通常首先用于其他功能性物质的提取。柑橘、柚子等果皮中果胶含量 8.0%左右，是果胶最丰富来源之一，商业上以纤维素酶液为浸提液提取。柑橘皮中可溶性膳食纤维含量高达 15%，兼含维生素 C、Ca、K以及较高浓度的黄酮，具有一些别的纤维类产品难以比拟的优点，是膳食纤维的良好来源[13]。柑橘皮中总黄酮、橘皮水溶性和油溶性色素等则采用超声波和微波等技术提取。柑橘皮渣精深加工后产生的废渣，最后通过饲用、生产乙醇、有机肥或卫生填埋实现减量。研究表明,柑橘渣引起洋葱分裂细胞的染色体畸变，有生态毒性、遗传毒性和致突变性，排放进环境中需要谨慎[14]。

2 饲用固体发酵形式

2.1 混合青贮

混合青贮是柑橘渣饲用较为传统的固体发酵形式。Scerra等[15]用柑橘渣80%+麦秸20%青贮60 d，替代燕麦干草饲喂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，柑橘渣青贮饲料有经济、方便、可持续改善肉品的特点。姚焰础等[16]研究发现鲜柑橘渣75.9%、麦麸 15%、酒糟 8%、添加剂1.1 %，混合青贮产品的pH、感官品质和营养物质含量较高。志莉等[17]用玉米芯、柑橘渣、尿素、玉米按一定比例充分混匀，接种含植物乳酸杆菌、乳酸片球菌和细菌生长促进剂的青贮剂，压实、密封，青贮料水分65%～75%，青贮后替代部分牛鞭草饲喂肉牛，研究发现肉牛采食量、平均日增重和养分消化率均提高。

2.2 饲用固体发酵

柑橘渣具有较好的产气特性和较高的干物质消化率，产气特性较好，高于象草、红苕藤和花生藤等原料[18]，且体外干物质消化率比较高[19]。虽然蔬菜和水果等鲜基物料发酵时首选原著乳酸菌启动更有益，副干酪乳杆菌(Lactobacillusparacasei)和双歧杆菌(Bifidobacteriumstrains)在橙汁中活性也较稳定[20]，但柑橘渣饲用固体发酵菌种研究较多的是真菌类。

李赤翎等[21]用柑橘渣接种3%酵母菌进行固态发酵后，柑橘渣中酵母菌数量上升，粗蛋白质的含量由发酵前的8.17%增加到28.06%。杨柳等[22]用白地霉(Geotrichumcandidum)∶米酒酵母(Ricewineyeast)∶黑曲霉(Aspergillusniger)=4∶1∶5配比，接种到柑橘渣进行固体发酵，经30 ℃，64 h发酵，研究发现粗蛋白含量由未发酵时的6.47%提高至10.12%。周炼等[23]用黑曲霉(Aspergillusniger)∶康宁木霉(Trichodermakoningii)∶产朊假丝酵母(Candidautilis)=1∶2∶3接种到甜橙皮渣中，添加约15%的麸皮，29 ℃，pH自然条件下培养4～5 d，研究结果发现生产饲料的粗蛋白含量比对照组高出80%左右。张海涛等[24]研究发现以柚子皮渣为原料，白地霉(Geotrichumcandidum)与康宁木霉(Trichodermakoningii)组合菌发酵效果较好，培养基发酵7 d后蛋白质含量占培养基干重的19%左右，发酵最适pH 5.5，温度25℃，接种量15%，培养基含水量65%，且各因素对发酵影响大小依次为发酵温度>培养基含水量>接种量>pH。De GAMG等[25]研究发现用浆状柠檬渣接种黑曲霉(Aspergillusniger)和绿色木霉(Trichodermaviride)发酵，绿色木霉发酵产品粗蛋白含量和果胶酶的酶活高于黑曲霉组。

2.3 酶制剂生产

柑橘渣的精深加工技术中，酶制剂的生产较为多见。以橘子皮、柚子皮、柠檬皮橘皮为发酵底物，接种黑曲霉固态发酵可得到高活力的酶蛋白[13]。采用廉价橙皮渣为基质，接种不同菌种生产的工业酶制剂有果胶酶、聚半乳糖醛酸酶、木聚糖酶、纤维素酶等[26]。肉色曲霉(Aspergilluscarneus)浆状柑橘渣发酵可生产果胶酶[27]。杨闯等[28]以富含果胶的柑橘渣作为诱导物，添加到培养基中发酵，pH4.5，柑橘渣与麸皮比例为1∶3，料液比为1∶16，研究发现黑曲霉接种量8% 时发酵生产的果胶酶效果最好。Poondla等[29]利用柑橘渣+花生油饼+MnSO4，接种来自果渣的酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)生产的果胶酶粗酶，可促进柑橘渣果胶的酶解。甘蔗渣∶柑橘渣∶麦麸=1∶2∶2，接种产内切葡萄糖酶的嗜热毁丝霉(ThermophilicTrichoderma)和里氏木霉(Trichodermaspp.)，固态发酵效果较好[30]。宇佐美曲霉(Aspergillususamil)作为柑橘渣发酵生产菌株，可同时产木聚糖酶、纤维素酶和酸性蛋白酶。以爪哇正青霉(Eupenicilliumjavanicum)为菌种，用甜橙皮渣废料固态发酵可同时产内切葡聚糖酶、β-萄糖苷酶、果胶酶和木聚糖酶[27]。可见，用柑橘渣真菌发酵产酶较为丰富。

2.4 其他生物产品制取

以筛选自酸败柑橘果实的汉逊氏葡糖酸醋杆菌(Gluconacetobacterhansenii)为发酵菌株，以柑橘果渣为主要原料，加水以 1∶8(W/V)的比例混合打浆，先果胶酶复配纤维素酶酶解后发酵，柑橘渣水能够显著提高葡糖酸醋杆菌的细菌纤维素产量[31]。 接种酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)红酒菌种Vitilevure MT，柑橘渣固体发酵可生产酯类香味活性物质。柠檬渣高压灭菌和去除柠檬精油后，酵母细胞加速合成己酸乙酯[32]。柠檬渣先气爆，然后用果胶酶、纤维素酶、L-葡萄糖苷酶进行同步水解，再接种酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)发酵生产生物乙醇，相应可浓缩提取糖、半乳糖醛酸、L-柠檬油和柑橘渣颗粒[33]。柑橘渣的精深加工有很大的挖掘空间。

3 柑橘渣的脱苦研究

3.1 青贮脱苦

重庆市三峡库区的柑橘渣消化能和钙含量较高，粗蛋白质和总磷含量低，水分、粗纤维和苦味物质含量高，鲜基中柚皮苷和柠檬苦素含量分别为2.18 mg/kg和77.09 mg/kg[34]。青贮过程中柑橘渣营养物质和苦味物质含量发生动态变化，随着青贮时间延长，柚皮苷和柠檬苦素的含量逐渐下降，柑橘渣适口性改善，饲用价值提高[35]。

3.2 柚苷酶生产菌种

由β-鼠李糖苷酶和β-葡萄糖苷酶组成的柚苷酶具有降低苦味物质的作用。其机理是柚苷先经β-鼠李糖苷酶水解为鼠李糖与普鲁宁野樱素，无苦味但有涩味；野樱素再由β-葡萄糖苷酶水解成为全部无苦味、无涩味的柚配质和葡萄糖[1]。

常用的柚苷酶生产菌为黑曲霉、米曲霉和青霉属的一些菌种。柚皮固水比1∶1接种棘孢曲霉(Aspergillusaculeatus)固态发酵柑橘加工副产物可产柚苷酶[36]。黑曲霉与根霉组合液体发酵，当接种时间间隔为36 h，接种量为10%，接种比例为2∶1，发酵初始pH为5.5，共培养发酵时间为72 h时，柚苷酶的酶活成倍数增加[37]。此外，单独接种黑曲霉[38]、青霉(Penicilliumsp.)[39]和解淀粉芽孢杆菌[40]进行液体发酵产柚苷酶也有报道。

4 结 语

柑橘渣是我国柑橘产业中伴生的可饲用资源，处理方式存在季节性和区域性特点。在添加剂、发酵饲料多方向应用过程中，研制开发和选用适宜的菌种，有助于柑橘产业中的饲用资源化安全利用。