全 文 ：·技术与方法·
生物技术通报
B IO TECHNOLOGY　BULL ETIN 2009年第 7期
固态发酵技术提高苹果渣附加值的应用研究
王丽媛　仇农学
(陕西师范大学食品工程与营养科学学院 ,西安 710062)
　　摘 　要 : 　能源危机和苹果渣带来的环境问题促进了固态发酵技术的发展。相对于液体深层发酵 ,固态发酵在生产中具
有处理量大 ,操作简单 ,成本低等独特的优势。综述了以苹果渣为原料利用固态发酵技术生产酶制剂、柠檬酸、酒精和 蛋白饲
料等的研究应用进展 ,以及存在的问题和前景展望。
关键词 : 　固态发酵 　苹果渣 　酶制剂 　柠檬酸 　蛋白饲料
The Research Progress of Applica tion of Solid2state Fermentation
Technology in Enhanc ing the Added Value of Apple Pomace
W ang L iyuan　Q iu Nongxue
( College of Food Engineering & N utrtional Science, Shaanxi N orm al University, X i′an 710062)
　　Abs trac t: 　The energy crisis and environmental p roblem s brought from app le pomace have p romoted the development of solid2state
fermentation technology1 Compared to the submerged fermentation, solid2state fermentation have some unique advantages in the p roduc2
tion , including large handling capacity, easy operation, and low cost 1The article made an overview of the research p rogress on using
app le pomace as raw materials to p roduce enzyme, citric acid, alcohol, p rotein feed by solid2state fermentation technology, and the p rob2
lem s and p rospects were discussed as well1
Key wo rds: 　Solid2state fermentation　App le pomace　Enzyme　Citric acid　Feed p rotein
收稿日期 : 2008212215
基金项目 :农业部“948”农产品专项 (20062G28) ,公益性行业 (农业 )科研专项 ( nyhyzx072024)
作者简介 :王丽媛 (19852) ,女 ,硕士研究生 ,研究方向 :农产品加工及贮藏工程 ; E2mail: lucky001caroline@1631com
通讯作者 :仇农学 ,教授 ,博士生导师 ,主要从事植物有效成分的分离提取等的研究 ; Tel: 029285310411, E2mail: nongxueq@ snnu1edu1cn
　　苹果浓缩汁的生产已成为我国各大苹果产区出
口创汇的主要手段之一 ,可是随之而来的苹果渣问
题严重威胁着众多果汁厂的命运。以陕西省为例 ,
现有的果汁厂对鲜果处理能力一般都达到 20 t/h,
每天产生湿果渣约 150 t以上。一个榨季产渣量约
为 20 000 t,如此巨量的果渣裸露堆放 ,因蝇虫、微生
物繁殖和酸败等引起空气和土壤污染 ,社会上要求
治污的呼声之高 ,促使果汁厂不得不寻找新的果渣
出路 ,以保证生产的正常延续 [ 1 ]。
据调查 ,这些果渣除 15% ～20%用作燃料 ,约
10%作饲料外 , 70%被废弃。若能对果渣资源进行
开发利用 ,提高果品的综合利用水平 ,不仅可以减少
环境污染 ,而且又增加了果品的附加值。因此 ,对果
渣资源的开发利用 ,具有一定的生态效益、经济效益
和社会效益。
微生物固态发酵 ( solid state fermentation)是指
培养基呈固态 ,没有或几乎没有自由流动水 ,利用自
然底物作为碳源和能源 ,或利用惰性底物作为支持
物的任何发酵过程 ,其体系含水率低 ,处理工农业残
渣、固体废弃物等具有能耗低 ,技术简单 ,处理量大 ,
成本低 ,产率高 ,处理彻底 ,环境污染少等优点 ,可以
达到净化环境与收获有益产品并举的目的 [ 2 ]。近
年来 ,利用固态发酵技术将农业残渣变废为宝的研
究日益成为热点 ,现就利用固态发酵技术在提高苹
果渣附加值中所取得的一些研究成果作一简要
概述。
1　固态发酵生产酶制剂
目前 ,大多数酶的生产通常采用液体深层发酵
生物技术通报 B iotechnology　B u lle tin 2009年第 7期
( submerged fermentation, SmF)技术 ,这使得酶的生
产成本偏高 ,在一些领域中使用经济性较差。所以 ,
人们不断尝试新的生产方法来降低酶的生产成本。
2000年 , Castilho等 [ 3, 4 ]研究了豆渣等固态发酵
产生果胶酶的最优条件 ,结果表明水分含量 40% ,
pH414, 35℃培养 22 h效果最佳。杨辉等 [ 5 ]在前人
研究基础上对以苹果渣为主要原料固态发酵生产果
胶酶的工艺进行了优化 , 使果胶酶酶活力可达
174154 U /m l;田林茂等 [ 6 ]以黑曲霉 HG21为生产菌
种对苹果渣进行固态发酵。实验结果证明最适培养
基为苹果渣 10 g、棉粕 10 g、(NH4 ) 2 SO4 012 g、
K2 HPO4 0106 g、初始水分含量 60% ;最适发酵条件
为 :装料量为 20 g干料 /250 m l三角瓶 , 30℃恒温培
养 48 h,果胶酶酶活力可达 22 248 U /g。酶活值不
仅远高于其它同类报道 ,也高于以麸皮为主要原料
时的酶活力。
在固态发酵果渣生产果胶酶的工艺日渐成熟的
基础上 ,刘成 [ 7 ]等以苹果渣和棉粕为基料对黑曲霉固
态发酵苹果渣产木聚糖酶的工艺进行了研究 ,得到了
黑曲霉 SL205固态发酵产木聚糖的最佳条件 :基料棉
粕和苹果渣比例为 1∶1,第 2氮源尿素 216% ,无机盐
KH2 PO4 0109%、速效 碳 源 葡 萄 糖 2%、含 水 率
6219% , 30℃培养 60 h。在此条件下 ,得到的发酵曲
木聚糖酶酶活力值为 5 662 U /g,比基础培养基提高
了 49% ,纤维素酶酶活力值为 30 000 U /g。
从这些研究成果可知 ,利用廉价丰足的苹果渣
废料 ,得到了有较高酶活值的产品 ,说明固态发酵苹
果渣生产酶制剂具有极其明显的经济优势。
2　固态发酵生产柠檬酸
柠檬酸作为重要的化工原料 ,广泛应用于食品、
医药、精细化工等行业中。随着我国经济快速发展 ,
柠檬酸的需求量越来越大。目前 ,国外柠檬酸生产
主要以糖蜜原料为主 ,辅以淀粉水解糖。而我国长
期以来主要采用薯干和玉米深层发酵 ,近年来又实
现了以精淀粉为原料深层发酵柠檬酸的工业化生
产。由于我国 13亿人口对粮食的需求巨大 ,寻找利
用其他资源代替粮食生产柠檬酸是进一步研究开发
的主要方向 [ 8 ]。
早在 1994年 ,吴怡莹等 [ 9 ]就对以苹果渣为原料
固态发酵生产柠檬酸的若干技术问题进行了研究。
在单因素试验的基础上 ,通过正交试验得出产柠檬
酸的最佳工艺条件 ,最高产柠檬酸量为 78 g/kg果
渣。此后 , Shojaosadati等 [ 10 ]报道了在一个多床层固
态生化反应器中 ,得到的优化发酵生产参数 :通风率
018 L /m in; 流化床高度 10 cm; 物粒尺寸 016 mm～
2133 mm;水分含量 78% (w /w)。这种条件下每千
克干苹果渣能发酵生产 124 g柠檬酸 ,产量比吴怡
莹等的报道高出了 50%还多 ,并且总糖的利用率可
达 80%。
2004年 , 杨保伟 [ 11 ]对以苹果渣为原料固态发
酵生产柠檬酸的若干影响因素及工艺条件进行了更
细化的研究 ,探讨了菌种、发酵温度、pH、发酵时间、
N源种类及添加量及产酸促进剂的添加等因素对柠
檬酸产率的影响。结果表明诱变出的 FG2321323
(γ)为比较合适的菌种 ;最适当发酵温度应保持在
26～28℃,且发酵 96 h后样品中柠檬酸含量达到最
大值。并发现发酵苹果渣生产柠檬酸 ,在其他条件
相同时 ,甲醇的添加能有效的提高柠檬酸的产率。
试验结果显示甲醇的添加量为 4 m l/100 g苹果渣时
应该为一个比较理想的值。
利用苹果渣为主要原料发酵生产柠檬酸 ,既充
分利用了苹果渣中丰富的还原糖、纤维素和半纤维
素资源 ,又减轻了对环境的污染。同时以苹果渣为
原料 ,将会进一步降低柠檬酸的生产成本 ,具有显著
的经济效益和社会效益。
3　固态发酵生产酒精
乙醇是产量最大的发酵工业产品 ,是可再生性
清洁燃料的代表 ,主要原料为各种可再生性糖类物
质如天然纤维素。以小工农业残渣为原料生产生物
燃料乙醇 ,有许多优点 ,如可消除糖的萃取过程 ,节
省成本 ,由于发酵过程用水量减少而降低发酵罐体
积 ,无废水等 [ 2 ]。
Sandhu等 [ 12 ]在 1997年报道了对苹果渣固态发
酵酒精和蛋白饲料的研究成果。随后 ,侯红萍等 [ 13 ]
利用苹果渣固态发酵生产酒精 ,结果表明最适发酵
温度为 30℃,底物含水量为 80% ,并且搅拌速度为
2～20 r/m in,出酒精率可到达 1913% (干基计 )。宋
安东等 [ 14 ]还利用苹果渣为主要原料 ,以稻壳为填充
料 (20% ) ,并添加适量纤维素酶进行酶解提高还原
糖含量 ,进而固态发酵生产酒精 ,最后出酒率为
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2009年第 7期 王丽媛等 :固态发酵技术提高苹果渣附加值的应用研究
7122%。将蒸馏出来的酒进行陈酿和勾兑 ,可生产
苹果白酒和苹果白兰地。
2004年马艳萍等 [ 15 ]对苹果渣固态发酵生产酒
精的工艺参数进行了进一步的研究 ,结果表明 ,最佳
菌种为混合野生苹果酵母 ,适宜发酵时间为 5 d;纤
维素酶的最佳用量为每克苹果渣添加 013334μmol/
s,最佳酶解时间为 6 h,发酵的适宜温度为 25℃,在
此酶解条件下 ,与对照相比 ,原料还原糖净增率为
2717% ;采用果胶酶、淀粉酶与纤维素酶共同预处理
时效果最好 ,苹果渣的乙醇产率达 65 m l/kg。
直接利用苹果渣进行酒精发酵 ,主产品苹果渣
蒸馏酒有望实现商业化生产 ,副产品酒糟可以用作
饲料 ,不仅有效地解决了果渣对环境的污染问题 ,又
能充分利用资源 ,大大增加苹果的附加值 ,是解决废
弃果渣出路的一条重要途径 ,具有重要的经济及社
会效益。
4　固态发酵生产蛋白饲料
苹果渣具有广泛的开发价值 ,可是许多产品都
伴随着大量二次残渣的出现 ,因此有关苹果渣利用
的技术能否顺利应用于生产 ,除了决定于产品的市
场前景外 ,关键在于如何实现苹果渣被利用之后废
渣的零排放 ,从根本上消除其引起的环境污染 ,这往
往涉及多级产品开发的成套技术体系 [ 1 ]。利用苹
果渣发酵生产蛋白饲料 ,不仅利用完全 ,不会带来新
的污染 ,而且为严重短缺的蛋白饲料来源开辟新的
途径 ,它对我国的饲料工业的发展必将有着重要的
意义。当前 ,研究人员正在不遗余力的进行苹果渣
菌体蛋白饲料的研究开发工作。
早在 1989年 , Hang等 [ 16 ]将产朊假丝酵母 ( can2
didautilis)接入苹果渣 ,进行固态发酵。蛋白质含量
提高 215倍 ,烟酸提高 314倍 ,泛酸增加 10倍 , VB2
增加 115 倍 , VB1 增加 112 倍。 1994 年 , Bhalla
等 [ 17 ]应用曲霉和产朊假丝酵母共同培养苹果渣 ,生
产出高蛋白饲料。经固态发酵后 ,干果渣和脱除果
胶后果渣中蛋白质含量分别提高 20%和 17%。
1995年 , Rahmat等 [ 18 ]用柠檬形克氏酵母 ( Kloeckera
apica la ta)和产朊假丝酵母固态发酵苹果渣 ,以改善
苹果渣的营养价值。经 72 h发酵后粗蛋白含量为
715% (W /W ) ,氨基酸含量比发酵前提高了 2倍。
转年 , Joshi等 [ 19 ]将生产酒精后的苹果渣 ,分别接入
啤酒酵母 (S accharom gces cerevisiae)、产朊假丝酵母
(Cand ida u tilis)和产蛋白酵母 ( Toru la u tilis) ,进行
固态发酵。他们发现同未发酵的苹果渣粉相比较 , 3
种发酵产物均富含蛋白质、脂肪和维生素 C,其中啤
酒酵母发酵物中含有较高的蛋白质。
此时 ,国内的此类研究也不断进行着。1996
年 ,张玉臻等 [ 20 ]报道了他们苹果渣皮固态发酵的研
究结果 ,通过双层平板法从苹果渣中分离出了酵母
菌 ,研究了该株酵母菌不同发酵温度、培养基、pH
值、氮源以及培养基含水量对菌体蛋白成分的影响 ,
认为最适培养温度为 35℃,适于生长的 pH 值为
610～615,尿素是较理想的氮源培养基 ,水分为
55%左右适于酵母生长。 Sandhu等 [ 21 ]对用 3种酵
母发酵和自然发酵固态苹果渣进行了比较 ,发现酵
母发酵较自然发酵产生较多乙醇、粗蛋白质和可溶
蛋白。籍保平等 [ 22 ]以白地霉和康宁木霉为菌种 ,选
用尿素、硫酸铵、硝酸钠、硝酸钾为无机氮源 ,按一定
比例与苹果渣混合进行生物发酵 ,结果以添加
115%尿素 , 210%硫酸铵组发酵产物中蛋白质含量
提高最大 ;他们还研究了不同农业加工副产品或废
弃物按 15%的比例与苹果渣及其他添加剂混合发
酵的效果 ,发现以玉米秸、米糠、玉米粉、麸皮为好。
2003年起 ,我国的研究人员在固态发酵菌种的
选育及发酵条件优化的研究上取得很大进展。徐抗
震等 [ 23 ]利用激光选育出菌种 ,进行混合菌种发酵苹
果渣 ,通过单因素试验获得了适宜的发酵工艺条件
即 :接种比 415∶3∶1,接种量 10% ,发酵温度 30～
34℃,自然 pH值 ,发酵时间 96 h,尿素与无机盐分
两次添加 ,不灭菌。陈五岭等 [ 24 ]从山东乳山、莱阳 ,
陕西合阳、乾县和渭南等地长期堆放苹果渣的区域
中分离得到菌体蛋白含量 40%以上的二株菌株 ,经
鉴定为黑曲霉和产朊假丝酵母 ,该菌株适合应用于
大生产。李巨秀等 [ 25 ]以根霉、白地霉、啤酒酵母的
混合菌种为发酵剂 ,研究了发酵果渣生产菌体蛋白
饲料的影响条件 ,初步确定了果渣固态发酵的适宜
条件 ,即发酵温度为 32℃,物料质量比 (果渣 ∶麸皮 )
为 85∶15 (水分含量在 660 g/kg) ,发酵料投放量为
150 g,采用自然 pH值 ,发酵周期为 72 h左右。
2004年 ,常显波等 [ 26 ]采用混合培养法研究接
菌、加氮对未灭菌和灭菌鲜苹果渣发酵生产饲料蛋
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生物技术通报 B iotechnology　B u lle tin 2009年第 7期
白的影响。结果表明 ,未灭菌鲜苹果渣接入黑曲霉
UA8 发酵后 , 纯蛋白含量较未接菌的增加了
13718% ;加氮发酵产物纯蛋白含量较不加氮对照增
加了 3512% ;直接发酵较灭菌发酵纯蛋白增加了
4018% ;鲜苹果渣发酵后发酵产物回收率与其纯蛋
白含量呈负相关 ,未灭菌鲜苹果渣发酵有氮和无氮
处理中 ,接入黑曲霉 UA8后 ,发酵产物纯蛋白含量
分别为 10516 和 7811 g/kg,而其回收率分别为
6212%和 8110%。司翔宇等 [ 27 ]采用黑曲霉为菌种 ,
通过单因素试验 ,获得了苹果渣发酵的适宜工艺条
件 :尿素添加量为 7% ,料水比 1∶1,温度 300℃,发
酵时间 5 d,接种量 1% , pH值自然。在已确定的工
艺条件的基础上 ,进行了工业化模拟试验。结果表
明 ,当发酵料层厚度为 5 mm、动力通风时 ,发酵产物
真蛋白含量达到 14109% ,蛋白质含量明显提高。贺
克勇等 [ 28 ]研究了 10种固态复合发酵剂对苹果渣发
酵饲料纯蛋白含量的影响。结果表明 ,由霉菌 H14
和酵母菌 Y12混合成的发酵剂最优 , 48 h发酵产物
纯蛋白增率较对照提高 8611% ;灭菌。之后 ,贺克
勇 ,杨帆等 [ 29 ]为了优化鲜苹果渣直接发酵的工艺条
件 ,以不接菌鲜苹果渣为对照 ,以酵母菌和黑曲霉为
混合发酵剂 ,分别对混合原料和纯果渣进行了氮素、
pH和灭菌 3因素试验。结果表明 ,加入氮素能大幅
度提高发酵产物中纯蛋白质含量 ,氮源种类对发酵
产物中纯蛋白质含量也有一定影响 ;当 pH为 6时 ,
加 NH4 NO3 处理可使混合原料和纯果渣发酵产物中
纯蛋白质含量较不接菌对照分别提高 9619%和
10515%。不同 pH下发酵产物中纯蛋白质含量不
同 ,较适宜的发酵 pH为 6。加热灭菌有利于提高发
酵产物中纯蛋白质含量 ,混合原料的平均增幅为
2316% ,纯果渣增幅为 4918%。
从多年来的研究成果中看出 ,新的发酵生产工
艺和固态发酵理论的研究对于苹果渣处理最有应用
前景的就是生产蛋白饲料 ,实施工业规模化生产是
当前研究的主要任务 [ 30 ]。
5　固态发酵生产其他高附加值产品
黄腐酸是腐殖酸 ( humacid)中的一类物质 ,因
分子量较小 ,能溶于水、酸、碱溶液 ,含有许多活性
基 ,如羧基、羟基、酚羟基、醌基等 ,具有较强的聚合
和螯合作用 ,广泛地应用于工业、农业、环保、医药等
方面 [ 31 ]。目前 ,国内外腐殖酸的生产主要是从低热
值煤炭中提取和分离 ,我国利用秸秆、木屑通过生物
技术制取黄腐酸 (BFA ) [ 32 ]。惠有为等 [ 33 ]参考大量
秸秆发酵的研究资料 ,在玉米秆沤粪池中定期取样、
分离和筛选优势菌种 ,首次以苹果渣为主要原料 ,采
取前期以木霉分解为主 ,后期以酵母、杆菌进行羧化
和酚羟基化合成为主 ,固体发酵苹果渣制取黄腐酸。
结果表明 :苹果渣完全可以作为发酵的主要原料 ;发
酵的最佳物料比为果渣 ∶豆饼 ∶麸皮 = 50∶4∶3;含
水量为 20% ;初步认为采用 2次固体发酵工艺较
优 ,即接入木霉菌 28℃,发酵 12 d,灭菌 ,再接入酵
母和杆菌 , 32℃,发酵 12 d,粗品的黄腐酸含量可达
4212% (质量分数 )。该研究仅为初探 ,还有许多问
题 ,例如 ,菌种优化、发酵过程中物料比的变化及产
物的活性等有待进一步深入研究。
有机肥料富含腐殖物质和多种养分 ,具有活化
土壤、平衡营养、促进生长、抗病虫害和增产的作用 ,
能够提高果品的果质和耐储性。但是 ,和无机肥料
相比 ,有机肥料的速效性较差。尹涛等 [ 34 ]以苹果废
渣为原料 ,研究了通过接种高效微生物菌群 ,固体发
酵生产有机肥料过程中速效磷的变化。试验结果显
示 :当尿素质量分数为 015% ,发酵时间为 15 d, pH
值为 710,水料比为 3∶1时 ,样品中的速效磷质量分
数最高。所以选择适当的条件能够有效地提高有机
肥料中速效磷的质量分数 ,弥补有机肥料速效性差
的缺陷。
另外 , Galnido等 [ 35 ]还报道了利用苹果渣等固
态发酵生产黄原胶的研究成果。Strdenasky等 [ 36 ]报
道了苹果渣固态发酵生产 γ2亚麻酸和多聚半乳糖
醛酸酶的研究成果。
6　发展前景
固态发酵 [ 2 ]是一项古老的技术 ,其利用范围已
经超越了传统的纯酿造业 ,逐渐渗入到其他领域。
虽然其有通气水平低、传热慢、与发酵相关的参数的
精确检测还有困难等缺点 ,但在低投资、几乎无二次
污染、淡水用量少以及对那些适合于“慢速反应 ”底
物的处理方面有着独特的优势。随着人们对固态发
酵认识的不断深入 ,固态发酵中存在的一些问题也
有望逐步得到解决和完善。在能源危机和环境问题
日益突出的今天 ,固态发酵作为一种绿色的生产工
66
2009年第 7期 王丽媛等 :固态发酵技术提高苹果渣附加值的应用研究
艺 ,在提高农业废渣附加值上 ,将会有更加广阔的应
用前景。
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杜鹃花属映山红亚属的分类研究
丁炳扬 　金孝锋著
97827203202466125　　  75. 00　　　　　2009年 6月出版
本书是一部杜鹃花属 Rhododendron映山红亚属 Subgen. Tsutsusi分类研究
的专著 ,是作者在广泛查阅文献、野外采集标本及鉴定 ,并结合花粉和种子的微
形态特征观察的基础上 ,对本亚属作了全面的分类研究而完成的。第一章简述
了杜鹃花属尤其是映山红亚属分类研究的历史。第二章到第四章以居群概念
为指导 ,对形态性状 (包括花粉和种子形态 )的变异式样进行了分析 ,并评价其
分类学意义。第五章对世界映山红亚属进行了全面修订 ,承认了本亚属共 59
种、3亚种、8变种。在亚属下 ,分成映山红组 Sect. Tsutsusi和轮叶杜鹃组 Sect.
B rachycalyx两个组 ,并将映山红组分为映山红系 Ser. Tsutsusi、岭南杜鹃系 Ser.
Kaempferi和短花杜鹃系 Ser. Serpyllifolia三个系。记述了每个种的文献、形态特
征、地理分布和查检过的标本。第六章分析了映山红亚属内各个分类等级的地
理分布 ,讨论了本亚属可能的起源、现代分布中心、散布途径和分布格局的形成。
本书可供从事植物分类学、植物资源学、植物地理学、生物多样性、自然保
护研究等相关领域的专业人员使用 ,也可为生物、农林、生态、环境、自然保护
等专业的师生提供参考。
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麦油两熟制花生高产栽培理论与技术
王才斌 　万书波 　著
97827203202463429　　  39. 00　　　　　2009年 6月出版
本书系统提炼和总结了二十多年来麦油两熟制花生高产栽培
技术及其相关理论的最新研究成果 ,着重介绍了影响两熟制花生产
量的关键因子及其解决途径 ,光、温等主要气象因子对花生生理代
谢和生长发育的影响以及两熟制条件下高产花生的生育特点和生
理生态指标。全书以解决两熟制条件下花生光、热不足和营养不良
问题为主线 ,分别从生态、植株、技术三个层面 ,阐述了麦油两熟制
花生高产栽培的基本理论与关键技术。
全书内容注重系统与新颖相结合 ,理论与实践相结合。本书可
作为相关科研、推广及教学工作者的参考用书。
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