论文部分内容阅读
摘 要:针对中国香蕉副产物茎叶皮等残次物利用不充分的问题,结合国内外的研究进展,阐述了香蕉副产物的营养价值及其综合利用的现状,分析了制约香蕉副产物利用效率的因素和存在的问题,指出香蕉副产物是一种具有极大潜在开发前景的农作物资源,为香蕉副产物高效利用提供参考。
关键词:香蕉;副产物;营养价值;综合利用
中图分类号:S668.1 文献标志码:A 论文编号:2014-0147
Abstract: On the basis of the facts that banana stalk, leaves and peel resources were abundant and the utilization of them was not full in China, combining with research situations both at home and abroad, this paper summarized nutritional value and comprehensive utilization of banana by-product, analysis the factors restricting the banana by-product utilization efficiency and the problem, pointed out that banana by-product was a great potential development prospects of agricultural resources, provided a reference for the banana by-product utilization.
Key words: Banana; By-product; Nutritional Value; Comprehensive Utilization
0 引言
香蕉是世界上四大水果之一,是世界贸易量最大的水果[1],也是全球消费量最多的水果,在中国,香蕉是位居苹果、葡萄和柑桔之后的第四大水果,2011年国内香蕉种植面积36.67万hm2,产量950万t左右[2],成为热区的农业支柱性产业之一,对热区经济和农村社会发展起着重要作用。
收获香蕉果实通常是蕉农的唯一目的,因此,果实收获后,就会产生大量的香蕉茎叶等副产物,以香蕉茎叶等副产物与香蕉产量以1:2.4的重量比计,则副产物的年产量将超过2000万t[3]。香蕉由于不耐储运,常造成采后的严重损失,因此一些香蕉主产国通过在产地建立深加工企业生产香蕉食品来减少损失,与此同时产生近乎果实重量35%左右的香蕉皮也是香蕉副产物的重要组成部分。香蕉收获后,大量的茎、叶、皮等资源作为废弃物,丢弃于田间地头,既浪费资源又污染环境,同时也会传播一些潜伏性病菌,给生产带来负面影响[4-5]。但经研究证明,香蕉茎叶、皮等废弃物含有丰富的蛋白质、糖、维生素等营养成分,能为造纸、制药、新型饲料等提供丰富的原材料,既能保护生态又可提高香蕉产业的经济效益,因此香蕉副产物综合利用蕴含巨大的市场潜力。笔者就香蕉副产物的营养价值、利用现状及存在的问题和影响因素进行综述和分析,旨在为香蕉副产物高效利用提供参考。
1 香蕉副产物的营养价值
1.1 香蕉茎叶的营养价值
香蕉叶片的营养价值和能量都较高,尤其是粗蛋白含量较高,另外含量丰富的还有无氮浸出物等(表1);此外,据报道香蕉茎叶中还含有较丰富的胡萝卜素、尼克酸、核黄素和硫胺素等多种维生素,Ca、P比例平衡,是一种营养成分较为全面的饲草资源[6]。
1.2 香蕉皮的营养价值
香蕉皮占果实重量的35%~40%[7]。从表1中可以看出,香蕉皮含有丰富的水分、粗纤维、脂肪、蛋白质和总糖,是一种营养丰富的植物体。另外在香蕉皮中含有较多的Ca、Mg、P、K等大量元素以及无机和微量元素,是制备饲料、果胶、膳食纤维等多种膳食用品和工业用品的原材料之一。
2 香蕉副产物综合利用的现状
2.1 香蕉茎叶综合利用的现状
香蕉作为热带草本作物,具有速生与生物产量高的特点。每年香蕉果实采收后,大量的茎叶堆放在田间地头。由于含水量大、腐烂周期长,发酵后易滋养病菌,从而造成根治困难。大量香蕉茎杆的废弃或焚烧,既浪费资源,又污染环境,成为影响热区农业生产发展和生态环境的一大瓶颈和障碍,因此香蕉茎叶的有效利用是解决这一问题的关键,大致有以下几个方面[8]。
2.1.1 饲料化利用 以往动物饲料的主要原材料是麦类、谷物、碎米、麸皮等粮食作物及其副产物,随着这些原材料价格的上涨,饲料的成本日益升高,因此廉价的植物秸秆、叶片等农产品副产物逐渐被用作生产饲料的原材料[9]。香蕉秸秆营养物质丰富、资源充足,具有作为饲料资源的明显优势并在生产中开始应用,生产方式以新鲜香蕉茎叶与其他喂料混合青贮或加工后作为终端产品[10]。但由于茎叶中含有大量单宁(鞣酸)、纤维素等物质,能够抑制瘤胃微生物酶活性、降低蛋白质的消化率,影响动物的适口性,在一定程度上限制了其作物饲料资源的高效利用,因此目前对香蕉茎叶饲料化利用的研究主要集中在降低单宁含量、降解纤维素、提高适口性方面[11-12]。添加剂、降解剂、微生物发酵是解决这一问题的主要途径。广东海洋大学通过在茎叶中添加单宁降解剂、发酵剂、水分吸附剂及营养性添加剂等,单宁含量对反刍动物的不利影响明显降低,大大提高了饲用价值[13]。梁方方等[14]通过添加糖蜜等青贮香蕉茎叶,显著降低了单宁含量,且有较好的适口性。刘晓玲等[16]利用厌氧混合微生物菌群在代谢过程中分泌的纤维素酶等可降解纤维素,进行酶促降解香蕉茎叶中的纤维素,使茎叶中的可溶性物质含量提高,促进动物特别是单胃动物的吸收利用,同时大大降低了香蕉秸秆中的重金属含量。黄晓亮等[17]通过添加适量复合酶制剂和酵母菌,可以显著提高青贮香蕉茎叶中无氮浸出物的含量,降低香蕉茎叶中粗纤维的含量。另外,Ulloa等[18]发现高纤维、低蛋白等物质是限制香蕉废弃物用作鱼饲料的主要障碍因子,相关研究仍在进一步进行中。 2.1.2 肥料化利用 利用香蕉茎叶制作肥料也是香蕉茎叶处理的一个有效途径。过去最简易的方法是茎秆粉碎还田入土成肥,但是这种方法的利用效率较低、肥效稍差[19]。目前主要是通过与微生物或农家肥料混合堆肥进行腐熟再利用,也有直接堆沤成肥的报道。经研究发现香蕉茎叶残体与微生物肥料堆制成的有机肥既可增加土壤有机质及N、P、K等元素的含量,又可改善土壤理化性状,施于蕉园后可增强植株抗病力,促进香蕉根的生长[20]。匡石滋[21]和张聿柏等[22]利用香蕉废弃茎秆与鸡粪堆肥,可使茎秆转化为高质化的生物有机肥,循环用于香蕉生产,并获得评价香蕉秸秆和鸡粪堆肥化处理腐熟度的C/N、阳离子交换量、阳离子交换量/TOC等化学指标和标准化技术规程。另外,韩丽娜等[23]研究证实,接种腐秆剂有利于促进堆肥有机物降解,加快堆肥腐熟,同时堆肥的全氮、全钾含量也增加明显。广西南宁市利用生物发酵技术,将香蕉茎秆集中堆沤,既可沤制成可直接施用的有机肥,也可提取茎秆和果轴中的纤维用于纺织和造纸等多个领域[24-25]。
2.1.3 能源化利用 直接燃烧是香蕉秸秆能源化利用最原始的方式,在一定程度上起到了节省能源、提高香蕉产业经济效益的作用,但是其燃烧产生的有害气体、环境污染等问题备受关注,因此香蕉秸秆能源化利用的最佳方式并不是直接燃烧。当前香蕉秸秆能源化利用的新型途径主要有气化、厌氧发酵生产沼气2种[26]。香蕉秸秆或者加工后产生的秸秆废弃物的气化主要是直接发酵产生沼气,欧忠庆等[27]以香蕉茎秆渣为原料,在常温下批量发酵,每克干物质可生产沼气0.27 L。香蕉秸秆以年产量2400万t、含水量94%、产甲烷潜力270 L/kg干秸秆计,是未来蕉区农村及城市周边地区良好的燃料来源,其发展潜力巨大[28]。研究表明,香蕉秸秆有较高的产气潜力,中国每年香蕉秸秆产沼气潜力高达4亿m3,但是国内对香蕉秸秆厌氧发酵的研究尚处于起步阶段,未形成产业化利用,随着研究的深入和高新技术的应用,解决了工程上的瓶颈问题,香蕉秸秆的能源化利用效率将大幅度提高,会产生里程碑性的革新,是日益枯竭的化石能源的重要补充[29]。另外,朱屋彪等[30]利用香蕉秸秆为原料,通过优化氢氧化钠预处理、菌液用量、时间及pH等因素对香蕉秸秆降解制取酒精,但目前对香蕉秸秆制取酒精的研究还处于实验室阶段。
2.1.4 工业化利用 当前香蕉茎叶的工业化利用主要是提取纤维,作为纺织、造纸等的原料。以香蕉茎为原料所提取纤维的最大特点是,其除了具有一般麻类纤维的优点外,还有光泽好和吸湿性能高的优点,可制作环保型生态纸,用于制作艺术书刊、书的封面、雕刻、帘子、灯罩及绘图、印刷以及其他用途[31]。香蕉叶梢中特有的造纸纤维用作造纸及制板原料可生产精密、专用型高档制品[32]。
2.1.5 医药化利用 在中国,香蕉的根、茎、叶、花和果均有药用的记载。中国传统中医认为,香蕉假茎中富含的Ca、Fe、K等元素对防治高血压、脑溢血等疾病具有一定的疗效[33],Ca元素可预防高血压和心脏病,它有利于维持神经肌肉的兴奋、神经冲动的传导、心脏的正常搏动,Fe元素又是合成血红素蛋白质的主要物质,因此,用香蕉假茎防治心血管疾病及高血压有一定的科学依据,具有潜在的应用价值,然而当前并未形成产业化利用和开发,只停留在传统记载和民间应用的层面,有待进一步研究和利用。
2.2 香蕉皮综合利用的现状
2.2.1 用作饲料 香蕉皮作为饲料其最大的特点是高利用率,主要原因是香蕉皮所具有的细腻湿滑、纤维素含量低而不坚韧的特性易于家畜、家禽喂食后消化,同时香蕉皮经微生物发酵后不但提高营养价值还能改善适口性,提高了动物对饲料的利用率和转化率[34]。另外,研究发现香蕉皮粉末加入到新鲜肉仔鸡饲料中,可使鸡肉嫩滑爽口,带有特殊的香味[35]。
2.2.2 提取果胶 果胶是植物中的一种酸性多糖物质,主要存在于植物的细胞壁和细胞内层,柑橘、柠檬、柚子等果皮中含有约20%~30%的果胶,是提取果胶的主要原料。果胶广泛应用于食品加工、纺织、印染、烟草等领域[36]。据报道,香蕉皮中含有高达40%~50%的果胶,是提取果胶的理想原料,从香蕉皮中提取果胶的研究也比较早[37],目前这一工艺在工业生产中逐步开始产业化利用。但是,由于从香蕉皮中提取果胶的方法主要是利用其在酸性溶液中的可溶性和在有机溶剂中的不溶性进行萃取、沉淀析出,经过相关的处理工序后获得成品,因此所用化学试剂及工艺条件的差异常造成果胶的产出率相差很大。刘爱文等[38]选用醇沉淀法从香蕉皮中提取果胶,并探索了萃取温度、时间、萃取液pH及其他影响果胶产量的因素,该工艺方法技术无毒、无污染,提取的果胶色泽好,但是产量并不高。
2.2.3 提取膳食纤维 膳食纤维是一般不易被消化的食物营养素,主要来自于植物的细胞壁,包含纤维素、半纤维素、树脂及木质素等,香蕉皮中含有丰富的膳食纤维。从香蕉皮中提取膳食纤维的方法大致分为化学和物理方法2种。有研究指出,酶法是适用于提取香蕉皮膳食纤维的常用方法,也有用微波干燥的方法制备出可作为功能膳食纤维的食品添加剂[39],鲍金勇等[40]确定了可溶性膳食纤维的最佳制备工艺。郑晓燕[41]通过物理处理方式(超声分散结合高压蒸煮),对香蕉皮进行改性,提取香蕉皮中可溶性膳食纤维,工艺简单、产率高,提取的香蕉皮DF理化性能较好,具有润肠通便功能和调节血脂功能。
2.2.4 药用价值 香蕉皮在传统中医当中很早就有药用的记载[42],有止烦渴、润肺肠、通血脉、增精髓等功效,香蕉皮中所含有的香蕉素对由真菌或细菌所引起的皮肤瘙痒、牛皮癣、花斑癣等皮肤病具有明显的抑制作用。庹新兰等[434]通过观察香蕉皮提取物体外作用于宫颈癌Hela细胞和前列腺癌PC-3M细胞发现,香蕉皮提取物在体外可明显地诱导前列腺癌PC-3M细胞和宫颈癌Hela细胞的凋亡。熊燕飞等[44]通过研究从香蕉皮中提取的粗多糖对S180、EAC、H22实体瘤模型化KM小鼠的肿瘤抑制作用表明,粗多糖可明显抑制体内实体瘤生长,并增强机体免疫力。赵肃清等[45]研究表明,香蕉皮中提取的黑色素具有显著的抗氧化作用。 2.2.5 其他 香蕉皮除了上述几种用途外,还可直接作为废弃物利用,与废水一起作为原料生产沼气,生产的沼气可作为工厂的锅炉燃料,沼气渣又能作为种植香蕉的肥料,这种循环利用可实现低成本高效益生态利用[12]。另外,香蕉皮还可分离多份、多糖等大分子物质,郭丽萍等[46]的研究表明,8种大孔吸附树脂中DM-301树脂适用于香蕉皮多酚的分离纯化,因其具有较好的动态吸附和解吸效果。香蕉皮在污水的处理上也有所利用,在生产纤维素的废水中在pH 5.5时,应用香蕉皮吸附Pb2+,每克香蕉皮吸附量可达7.97 mg[21]。
3 存在问题及对策
香蕉副产物的综合利用,既可减少浪费及环境污染,又可提升香蕉产业经济效益。但其在利用效率、工艺手段、解决途径等方面仍存在许多问题。
首先茎叶中的有毒单宁(鞣酸)仍然是限制其高效利用的关键因素。解决去除单宁问题是以后的研究重点,对提高茎叶的利用效率具有重大意义。另外,香蕉茎秆中高含量的难以降解纤维素物质,研究筛选纤维素酶的高产菌株并利用菌株之间的协同作用进行酶促降解发酵,可以极大地提高香蕉茎叶资源的利用率;同时香蕉茎秆粗蛋白质含量低是饲料化应用的主要制约因素,可从菌种的筛选和工艺条件的筛选入手,以期找到合适的菌种和工艺条件,提高香蕉茎秆的粗蛋白含量,为广泛利用这些副产物提供条件;集中收集香蕉皮较困难,是制约香蕉皮高效利用的关键环节,如何批量化收集香蕉皮是研究者值得思考的问题。
4 展望
随着全球工业化原材料的紧缺、劳动力成本的升高,科技的不断创新、资源的高效利用将是降低生产成本、增加产业竞争力的有效途径。香蕉作为世界贸易量最大的水果,丰富的香蕉副产物将是一种宝贵的低成本原材料,其高效利用具有广阔的市场前景。除了加工饲料、化肥等产品,利用香蕉茎、叶开发生物质能源研究也逐渐受到重视,对挖掘、利用、生产生物可再生性物质资源具有十分重要的意义。
参考文献
[1] 黄秉智,周灿芳,吴雪珍,等.2011年广东香蕉产业发展现状分析[J].广东农业科学,2012,39(5):12-14,26.
[2] 柯佑鹏,过建春,张锡炎,等.2012年我国香蕉产业发展趋势与建议[J].中国果业信息,2012,29(5):23-25.
[3] Yamaguchi J, Araki S. Biomass production of banana plants in the indigenous farming system of the East African Highland: a case study on the Kamachumu Plateau in northwest Tanzania[J]. Agriculture, Ecosystems and Environment,2004,102(1):93-111.
[4] 香蕉产业科技的发展潜力[EB/OL].2007-6-16.http://www.99sj.com/MarketNews/113586.htm.
[5] 宋维春,徐云升.香蕉皮的综合利用研究[J].琼州大学学报,2005,12(5):38-40.
[6] 宋志萍,蔡俊鹏.香蕉茎叶资源的开发利用[J].资源开发与市场,2005,21(1):59-60.
[7] 鲍金勇,赵国建,杨公明.我国水果果皮的利用现状和前景[J].食品研究与开发,2005,26(6):186-190.
[8] 黄润燕.香蕉茎杆纤维资源综合利用初探[J].轻纺工业与技术,2010,39(6):53-55.
[9] 杨礼富,陆海燕.香蕉茎叶资源的饲料化研究[J].云南热作科技,2000,23(4):11-12.
[10] 杨永智,王树明,杨芩.香蕉茎叶资源的开发利用研究[J].资源与环境科学,2012(4):294-295.
[11] 桑利伟,李琳,郑服丛.香蕉茎叶和皮的综合利用研究[J].黑龙江农业科学,2006(4):96-98.
[12] 韩丽娜,李建国.香蕉茎叶残体综合利用研究进展[J].福建果树,2006(1):18-20.
[13] 广东海洋大学.一种香蕉种植副产物发酵饲料及其加工方法[P].中国专利:101828631,2010-09-15.
[14] 梁方方,贾存灵,邹隆树.不同添加剂青贮香蕉茎叶的效果[J].饲料广角,2004(9):23-24.
[16] 刘晓玲,李十忠,刘建双,等.厌氧混合菌群处理香蕉秸秆制取饲料原料的研究[J].粮食与饲料工业,2010(11):46-48.
[17] 黄晓亮,黄银姬.不同处理方式对青贮香蕉茎叶营养成分的影响[J].饲料博览,2007(19):53-55.
[18] Ulloa J B, van Weerd J H, Huisman E A, et al. Tropical agricultural residues and their potential uses in fish feeds: the Costa Rican situation[J]. Waste Management,2004,24(1):87-97.
[19] Reddy G V, Ravindra Babub P, Komaraiah P, et al. Utilization of banana waste for the production of lignolytic and cellulolytic enzymes by solid substrate fermentation using two Pleurotus species (P. ostreatus and P. sajor-caju)[J]. Process Biochemistry,2003,38(10):1457-1462. [20] Ultra V U, Mendoza D M, Briones A M. Chemical changes under aerobic composting and nutrient supplying potential of banana residue compost[J]. Renewable Agriculture and food Systems,2005,20(2):113-125.
[21] 匡石滋,田世尧,刘传和,等.香蕉废弃茎秆与鸡粪堆肥化利用技术规程[J].广东农业科学,2011(13):54-56.
[22] 张聿柏,李勤奋.香蕉茎秆堆肥化处理腐熟度评价研究[J].中国农学通报,2009,25(9):268-272.
[23] 韩丽娜,马蔚红,高锦合,等.接种腐秆剂对香蕉茎秆堆肥养分变化的影响[J].热带农业科学,2011,31(4):39-42,82.
[24] 邓晓,侯宪文,李光义,等.不同C/N比香蕉秆堆肥化过程中微生物种群的动态变化[J].热带作物学报,2009,30(5):651-656.
[25] 谢彩文,区果.综合利用香蕉废弃物在南宁取得成功[N].广西日报,2012-11-26(5).
[26] 刘国欢,邝继云,李超,等.香蕉秸秆资源化利用的研究进展,可再生能源,2012,30(5):64-68.
[27] 焦静,王金丽,邓怡国,等.热带农业废弃物资源及沼气利用[J].安徽农业科学,2008,36(30):13350-13351,13405.
[28] 欧忠庆,张劲,邓干然,等.香蕉茎秆渣制作沼气试验[J].中国热带农业,2006(5):35-36.
[29] 刘国欢,邝继云,李超,等.香蕉秸秆资源化利用的研究进展[J].可再生能源,2012,30(5):64-68.
[30] 朱屋彪,蔡燕飞,邓强.降解香蕉秆制备酒精的工艺研究[J].现代化工,2008,28(2):150-152.
[31] 熊月林,崔运花.香蕉纤维的研究现状及其开发应用前景[J].纺织学报,2007,28(9):122-124.
[32] 江柏萱.用香蕉茎秆生产纸类材料[J].世界热带农业信息,1995(11):151
[33] 周舍丹,陈蓉,饶颖竹.湛江矮蕾蕉、高蕾蕉假茎无机元素含量分析[J].微量元素与健康研究,2001,18(2):51-52.
[34] 林伟雄,张宝勇.香蕉皮的营养与应用价值探讨[J].中国食物与营养,2007(1):47-48.
[35] 李伟立.调整饲料使肉鸡味似土鸡[J].养殖技术顾问,2002(1):20.
[36] 尚丹.香蕉皮中多酚和果胶物质分布提取纯化的工艺研究[D].无锡:江南大学,2009:3-5.
[37] 邓红梅,马超,王春,等.香蕉皮果胶提取条件的优化[J].湖北农业科学,2013,52(2):415-417.
[38] 刘爱文,陈忻,关肖锋.从香蕉皮中提取果胶的工艺研究[J].食品研究与开发,2002,23(1):24-26.
[39] 陈军,宋维春,徐云升.从香蕉皮提取膳食纤维研究[J].食品科学,2007,28(1):99-101.
[40] 鲍金勇,赵国建,Jimmy,等.香蕉皮可溶性膳食纤维制备工艺的研究[A].见:食品安全监督与法制建设国际研讨会暨第二届中国食品研究生论坛论文集(下)[C].杭州:浙江省科学技术协会,2005:638-643.
[41] 郑晓燕.香蕉皮膳食纤维的研究[D].海口:海南大学,2010.
[42] Annadural G, Juang R S, Lee D J. Adsorption of heavy metals from water using banana and orange peels[J]. Water Science and Technology,2003,47(1):185-190.
[43] 庹新兰,陈琼霞.香蕉皮提取物体外诱导肿瘤细胞凋亡的实验研究[J].江汉大学学报:自然科学版,2003,31(4):79-81.
[44] 熊燕飞,韩志红,刘欣安,等.香蕉多糖的提取及其抗肿瘤作用研究[J].中华实用中西医杂志,2005,18(2):261-263.
[45] 赵肃清,孙远明,蔡燕飞,等.香蕉皮黑色素的鉴定及其抗氧化作用研究[J].中草药,2002,33(6):496-498.
[46] 郭丽萍,卢家炯,韦霁.大孔吸附树脂对香蕉皮多酚吸附特性的初步研究[J].食品与药品,2006,8(8):55-58.
关键词:香蕉;副产物;营养价值;综合利用
中图分类号:S668.1 文献标志码:A 论文编号:2014-0147
Abstract: On the basis of the facts that banana stalk, leaves and peel resources were abundant and the utilization of them was not full in China, combining with research situations both at home and abroad, this paper summarized nutritional value and comprehensive utilization of banana by-product, analysis the factors restricting the banana by-product utilization efficiency and the problem, pointed out that banana by-product was a great potential development prospects of agricultural resources, provided a reference for the banana by-product utilization.
Key words: Banana; By-product; Nutritional Value; Comprehensive Utilization
0 引言
香蕉是世界上四大水果之一,是世界贸易量最大的水果[1],也是全球消费量最多的水果,在中国,香蕉是位居苹果、葡萄和柑桔之后的第四大水果,2011年国内香蕉种植面积36.67万hm2,产量950万t左右[2],成为热区的农业支柱性产业之一,对热区经济和农村社会发展起着重要作用。
收获香蕉果实通常是蕉农的唯一目的,因此,果实收获后,就会产生大量的香蕉茎叶等副产物,以香蕉茎叶等副产物与香蕉产量以1:2.4的重量比计,则副产物的年产量将超过2000万t[3]。香蕉由于不耐储运,常造成采后的严重损失,因此一些香蕉主产国通过在产地建立深加工企业生产香蕉食品来减少损失,与此同时产生近乎果实重量35%左右的香蕉皮也是香蕉副产物的重要组成部分。香蕉收获后,大量的茎、叶、皮等资源作为废弃物,丢弃于田间地头,既浪费资源又污染环境,同时也会传播一些潜伏性病菌,给生产带来负面影响[4-5]。但经研究证明,香蕉茎叶、皮等废弃物含有丰富的蛋白质、糖、维生素等营养成分,能为造纸、制药、新型饲料等提供丰富的原材料,既能保护生态又可提高香蕉产业的经济效益,因此香蕉副产物综合利用蕴含巨大的市场潜力。笔者就香蕉副产物的营养价值、利用现状及存在的问题和影响因素进行综述和分析,旨在为香蕉副产物高效利用提供参考。
1 香蕉副产物的营养价值
1.1 香蕉茎叶的营养价值
香蕉叶片的营养价值和能量都较高,尤其是粗蛋白含量较高,另外含量丰富的还有无氮浸出物等(表1);此外,据报道香蕉茎叶中还含有较丰富的胡萝卜素、尼克酸、核黄素和硫胺素等多种维生素,Ca、P比例平衡,是一种营养成分较为全面的饲草资源[6]。
1.2 香蕉皮的营养价值
香蕉皮占果实重量的35%~40%[7]。从表1中可以看出,香蕉皮含有丰富的水分、粗纤维、脂肪、蛋白质和总糖,是一种营养丰富的植物体。另外在香蕉皮中含有较多的Ca、Mg、P、K等大量元素以及无机和微量元素,是制备饲料、果胶、膳食纤维等多种膳食用品和工业用品的原材料之一。
2 香蕉副产物综合利用的现状
2.1 香蕉茎叶综合利用的现状
香蕉作为热带草本作物,具有速生与生物产量高的特点。每年香蕉果实采收后,大量的茎叶堆放在田间地头。由于含水量大、腐烂周期长,发酵后易滋养病菌,从而造成根治困难。大量香蕉茎杆的废弃或焚烧,既浪费资源,又污染环境,成为影响热区农业生产发展和生态环境的一大瓶颈和障碍,因此香蕉茎叶的有效利用是解决这一问题的关键,大致有以下几个方面[8]。
2.1.1 饲料化利用 以往动物饲料的主要原材料是麦类、谷物、碎米、麸皮等粮食作物及其副产物,随着这些原材料价格的上涨,饲料的成本日益升高,因此廉价的植物秸秆、叶片等农产品副产物逐渐被用作生产饲料的原材料[9]。香蕉秸秆营养物质丰富、资源充足,具有作为饲料资源的明显优势并在生产中开始应用,生产方式以新鲜香蕉茎叶与其他喂料混合青贮或加工后作为终端产品[10]。但由于茎叶中含有大量单宁(鞣酸)、纤维素等物质,能够抑制瘤胃微生物酶活性、降低蛋白质的消化率,影响动物的适口性,在一定程度上限制了其作物饲料资源的高效利用,因此目前对香蕉茎叶饲料化利用的研究主要集中在降低单宁含量、降解纤维素、提高适口性方面[11-12]。添加剂、降解剂、微生物发酵是解决这一问题的主要途径。广东海洋大学通过在茎叶中添加单宁降解剂、发酵剂、水分吸附剂及营养性添加剂等,单宁含量对反刍动物的不利影响明显降低,大大提高了饲用价值[13]。梁方方等[14]通过添加糖蜜等青贮香蕉茎叶,显著降低了单宁含量,且有较好的适口性。刘晓玲等[16]利用厌氧混合微生物菌群在代谢过程中分泌的纤维素酶等可降解纤维素,进行酶促降解香蕉茎叶中的纤维素,使茎叶中的可溶性物质含量提高,促进动物特别是单胃动物的吸收利用,同时大大降低了香蕉秸秆中的重金属含量。黄晓亮等[17]通过添加适量复合酶制剂和酵母菌,可以显著提高青贮香蕉茎叶中无氮浸出物的含量,降低香蕉茎叶中粗纤维的含量。另外,Ulloa等[18]发现高纤维、低蛋白等物质是限制香蕉废弃物用作鱼饲料的主要障碍因子,相关研究仍在进一步进行中。 2.1.2 肥料化利用 利用香蕉茎叶制作肥料也是香蕉茎叶处理的一个有效途径。过去最简易的方法是茎秆粉碎还田入土成肥,但是这种方法的利用效率较低、肥效稍差[19]。目前主要是通过与微生物或农家肥料混合堆肥进行腐熟再利用,也有直接堆沤成肥的报道。经研究发现香蕉茎叶残体与微生物肥料堆制成的有机肥既可增加土壤有机质及N、P、K等元素的含量,又可改善土壤理化性状,施于蕉园后可增强植株抗病力,促进香蕉根的生长[20]。匡石滋[21]和张聿柏等[22]利用香蕉废弃茎秆与鸡粪堆肥,可使茎秆转化为高质化的生物有机肥,循环用于香蕉生产,并获得评价香蕉秸秆和鸡粪堆肥化处理腐熟度的C/N、阳离子交换量、阳离子交换量/TOC等化学指标和标准化技术规程。另外,韩丽娜等[23]研究证实,接种腐秆剂有利于促进堆肥有机物降解,加快堆肥腐熟,同时堆肥的全氮、全钾含量也增加明显。广西南宁市利用生物发酵技术,将香蕉茎秆集中堆沤,既可沤制成可直接施用的有机肥,也可提取茎秆和果轴中的纤维用于纺织和造纸等多个领域[24-25]。
2.1.3 能源化利用 直接燃烧是香蕉秸秆能源化利用最原始的方式,在一定程度上起到了节省能源、提高香蕉产业经济效益的作用,但是其燃烧产生的有害气体、环境污染等问题备受关注,因此香蕉秸秆能源化利用的最佳方式并不是直接燃烧。当前香蕉秸秆能源化利用的新型途径主要有气化、厌氧发酵生产沼气2种[26]。香蕉秸秆或者加工后产生的秸秆废弃物的气化主要是直接发酵产生沼气,欧忠庆等[27]以香蕉茎秆渣为原料,在常温下批量发酵,每克干物质可生产沼气0.27 L。香蕉秸秆以年产量2400万t、含水量94%、产甲烷潜力270 L/kg干秸秆计,是未来蕉区农村及城市周边地区良好的燃料来源,其发展潜力巨大[28]。研究表明,香蕉秸秆有较高的产气潜力,中国每年香蕉秸秆产沼气潜力高达4亿m3,但是国内对香蕉秸秆厌氧发酵的研究尚处于起步阶段,未形成产业化利用,随着研究的深入和高新技术的应用,解决了工程上的瓶颈问题,香蕉秸秆的能源化利用效率将大幅度提高,会产生里程碑性的革新,是日益枯竭的化石能源的重要补充[29]。另外,朱屋彪等[30]利用香蕉秸秆为原料,通过优化氢氧化钠预处理、菌液用量、时间及pH等因素对香蕉秸秆降解制取酒精,但目前对香蕉秸秆制取酒精的研究还处于实验室阶段。
2.1.4 工业化利用 当前香蕉茎叶的工业化利用主要是提取纤维,作为纺织、造纸等的原料。以香蕉茎为原料所提取纤维的最大特点是,其除了具有一般麻类纤维的优点外,还有光泽好和吸湿性能高的优点,可制作环保型生态纸,用于制作艺术书刊、书的封面、雕刻、帘子、灯罩及绘图、印刷以及其他用途[31]。香蕉叶梢中特有的造纸纤维用作造纸及制板原料可生产精密、专用型高档制品[32]。
2.1.5 医药化利用 在中国,香蕉的根、茎、叶、花和果均有药用的记载。中国传统中医认为,香蕉假茎中富含的Ca、Fe、K等元素对防治高血压、脑溢血等疾病具有一定的疗效[33],Ca元素可预防高血压和心脏病,它有利于维持神经肌肉的兴奋、神经冲动的传导、心脏的正常搏动,Fe元素又是合成血红素蛋白质的主要物质,因此,用香蕉假茎防治心血管疾病及高血压有一定的科学依据,具有潜在的应用价值,然而当前并未形成产业化利用和开发,只停留在传统记载和民间应用的层面,有待进一步研究和利用。
2.2 香蕉皮综合利用的现状
2.2.1 用作饲料 香蕉皮作为饲料其最大的特点是高利用率,主要原因是香蕉皮所具有的细腻湿滑、纤维素含量低而不坚韧的特性易于家畜、家禽喂食后消化,同时香蕉皮经微生物发酵后不但提高营养价值还能改善适口性,提高了动物对饲料的利用率和转化率[34]。另外,研究发现香蕉皮粉末加入到新鲜肉仔鸡饲料中,可使鸡肉嫩滑爽口,带有特殊的香味[35]。
2.2.2 提取果胶 果胶是植物中的一种酸性多糖物质,主要存在于植物的细胞壁和细胞内层,柑橘、柠檬、柚子等果皮中含有约20%~30%的果胶,是提取果胶的主要原料。果胶广泛应用于食品加工、纺织、印染、烟草等领域[36]。据报道,香蕉皮中含有高达40%~50%的果胶,是提取果胶的理想原料,从香蕉皮中提取果胶的研究也比较早[37],目前这一工艺在工业生产中逐步开始产业化利用。但是,由于从香蕉皮中提取果胶的方法主要是利用其在酸性溶液中的可溶性和在有机溶剂中的不溶性进行萃取、沉淀析出,经过相关的处理工序后获得成品,因此所用化学试剂及工艺条件的差异常造成果胶的产出率相差很大。刘爱文等[38]选用醇沉淀法从香蕉皮中提取果胶,并探索了萃取温度、时间、萃取液pH及其他影响果胶产量的因素,该工艺方法技术无毒、无污染,提取的果胶色泽好,但是产量并不高。
2.2.3 提取膳食纤维 膳食纤维是一般不易被消化的食物营养素,主要来自于植物的细胞壁,包含纤维素、半纤维素、树脂及木质素等,香蕉皮中含有丰富的膳食纤维。从香蕉皮中提取膳食纤维的方法大致分为化学和物理方法2种。有研究指出,酶法是适用于提取香蕉皮膳食纤维的常用方法,也有用微波干燥的方法制备出可作为功能膳食纤维的食品添加剂[39],鲍金勇等[40]确定了可溶性膳食纤维的最佳制备工艺。郑晓燕[41]通过物理处理方式(超声分散结合高压蒸煮),对香蕉皮进行改性,提取香蕉皮中可溶性膳食纤维,工艺简单、产率高,提取的香蕉皮DF理化性能较好,具有润肠通便功能和调节血脂功能。
2.2.4 药用价值 香蕉皮在传统中医当中很早就有药用的记载[42],有止烦渴、润肺肠、通血脉、增精髓等功效,香蕉皮中所含有的香蕉素对由真菌或细菌所引起的皮肤瘙痒、牛皮癣、花斑癣等皮肤病具有明显的抑制作用。庹新兰等[434]通过观察香蕉皮提取物体外作用于宫颈癌Hela细胞和前列腺癌PC-3M细胞发现,香蕉皮提取物在体外可明显地诱导前列腺癌PC-3M细胞和宫颈癌Hela细胞的凋亡。熊燕飞等[44]通过研究从香蕉皮中提取的粗多糖对S180、EAC、H22实体瘤模型化KM小鼠的肿瘤抑制作用表明,粗多糖可明显抑制体内实体瘤生长,并增强机体免疫力。赵肃清等[45]研究表明,香蕉皮中提取的黑色素具有显著的抗氧化作用。 2.2.5 其他 香蕉皮除了上述几种用途外,还可直接作为废弃物利用,与废水一起作为原料生产沼气,生产的沼气可作为工厂的锅炉燃料,沼气渣又能作为种植香蕉的肥料,这种循环利用可实现低成本高效益生态利用[12]。另外,香蕉皮还可分离多份、多糖等大分子物质,郭丽萍等[46]的研究表明,8种大孔吸附树脂中DM-301树脂适用于香蕉皮多酚的分离纯化,因其具有较好的动态吸附和解吸效果。香蕉皮在污水的处理上也有所利用,在生产纤维素的废水中在pH 5.5时,应用香蕉皮吸附Pb2+,每克香蕉皮吸附量可达7.97 mg[21]。
3 存在问题及对策
香蕉副产物的综合利用,既可减少浪费及环境污染,又可提升香蕉产业经济效益。但其在利用效率、工艺手段、解决途径等方面仍存在许多问题。
首先茎叶中的有毒单宁(鞣酸)仍然是限制其高效利用的关键因素。解决去除单宁问题是以后的研究重点,对提高茎叶的利用效率具有重大意义。另外,香蕉茎秆中高含量的难以降解纤维素物质,研究筛选纤维素酶的高产菌株并利用菌株之间的协同作用进行酶促降解发酵,可以极大地提高香蕉茎叶资源的利用率;同时香蕉茎秆粗蛋白质含量低是饲料化应用的主要制约因素,可从菌种的筛选和工艺条件的筛选入手,以期找到合适的菌种和工艺条件,提高香蕉茎秆的粗蛋白含量,为广泛利用这些副产物提供条件;集中收集香蕉皮较困难,是制约香蕉皮高效利用的关键环节,如何批量化收集香蕉皮是研究者值得思考的问题。
4 展望
随着全球工业化原材料的紧缺、劳动力成本的升高,科技的不断创新、资源的高效利用将是降低生产成本、增加产业竞争力的有效途径。香蕉作为世界贸易量最大的水果,丰富的香蕉副产物将是一种宝贵的低成本原材料,其高效利用具有广阔的市场前景。除了加工饲料、化肥等产品,利用香蕉茎、叶开发生物质能源研究也逐渐受到重视,对挖掘、利用、生产生物可再生性物质资源具有十分重要的意义。
参考文献
[1] 黄秉智,周灿芳,吴雪珍,等.2011年广东香蕉产业发展现状分析[J].广东农业科学,2012,39(5):12-14,26.
[2] 柯佑鹏,过建春,张锡炎,等.2012年我国香蕉产业发展趋势与建议[J].中国果业信息,2012,29(5):23-25.
[3] Yamaguchi J, Araki S. Biomass production of banana plants in the indigenous farming system of the East African Highland: a case study on the Kamachumu Plateau in northwest Tanzania[J]. Agriculture, Ecosystems and Environment,2004,102(1):93-111.
[4] 香蕉产业科技的发展潜力[EB/OL].2007-6-16.http://www.99sj.com/MarketNews/113586.htm.
[5] 宋维春,徐云升.香蕉皮的综合利用研究[J].琼州大学学报,2005,12(5):38-40.
[6] 宋志萍,蔡俊鹏.香蕉茎叶资源的开发利用[J].资源开发与市场,2005,21(1):59-60.
[7] 鲍金勇,赵国建,杨公明.我国水果果皮的利用现状和前景[J].食品研究与开发,2005,26(6):186-190.
[8] 黄润燕.香蕉茎杆纤维资源综合利用初探[J].轻纺工业与技术,2010,39(6):53-55.
[9] 杨礼富,陆海燕.香蕉茎叶资源的饲料化研究[J].云南热作科技,2000,23(4):11-12.
[10] 杨永智,王树明,杨芩.香蕉茎叶资源的开发利用研究[J].资源与环境科学,2012(4):294-295.
[11] 桑利伟,李琳,郑服丛.香蕉茎叶和皮的综合利用研究[J].黑龙江农业科学,2006(4):96-98.
[12] 韩丽娜,李建国.香蕉茎叶残体综合利用研究进展[J].福建果树,2006(1):18-20.
[13] 广东海洋大学.一种香蕉种植副产物发酵饲料及其加工方法[P].中国专利:101828631,2010-09-15.
[14] 梁方方,贾存灵,邹隆树.不同添加剂青贮香蕉茎叶的效果[J].饲料广角,2004(9):23-24.
[16] 刘晓玲,李十忠,刘建双,等.厌氧混合菌群处理香蕉秸秆制取饲料原料的研究[J].粮食与饲料工业,2010(11):46-48.
[17] 黄晓亮,黄银姬.不同处理方式对青贮香蕉茎叶营养成分的影响[J].饲料博览,2007(19):53-55.
[18] Ulloa J B, van Weerd J H, Huisman E A, et al. Tropical agricultural residues and their potential uses in fish feeds: the Costa Rican situation[J]. Waste Management,2004,24(1):87-97.
[19] Reddy G V, Ravindra Babub P, Komaraiah P, et al. Utilization of banana waste for the production of lignolytic and cellulolytic enzymes by solid substrate fermentation using two Pleurotus species (P. ostreatus and P. sajor-caju)[J]. Process Biochemistry,2003,38(10):1457-1462. [20] Ultra V U, Mendoza D M, Briones A M. Chemical changes under aerobic composting and nutrient supplying potential of banana residue compost[J]. Renewable Agriculture and food Systems,2005,20(2):113-125.
[21] 匡石滋,田世尧,刘传和,等.香蕉废弃茎秆与鸡粪堆肥化利用技术规程[J].广东农业科学,2011(13):54-56.
[22] 张聿柏,李勤奋.香蕉茎秆堆肥化处理腐熟度评价研究[J].中国农学通报,2009,25(9):268-272.
[23] 韩丽娜,马蔚红,高锦合,等.接种腐秆剂对香蕉茎秆堆肥养分变化的影响[J].热带农业科学,2011,31(4):39-42,82.
[24] 邓晓,侯宪文,李光义,等.不同C/N比香蕉秆堆肥化过程中微生物种群的动态变化[J].热带作物学报,2009,30(5):651-656.
[25] 谢彩文,区果.综合利用香蕉废弃物在南宁取得成功[N].广西日报,2012-11-26(5).
[26] 刘国欢,邝继云,李超,等.香蕉秸秆资源化利用的研究进展,可再生能源,2012,30(5):64-68.
[27] 焦静,王金丽,邓怡国,等.热带农业废弃物资源及沼气利用[J].安徽农业科学,2008,36(30):13350-13351,13405.
[28] 欧忠庆,张劲,邓干然,等.香蕉茎秆渣制作沼气试验[J].中国热带农业,2006(5):35-36.
[29] 刘国欢,邝继云,李超,等.香蕉秸秆资源化利用的研究进展[J].可再生能源,2012,30(5):64-68.
[30] 朱屋彪,蔡燕飞,邓强.降解香蕉秆制备酒精的工艺研究[J].现代化工,2008,28(2):150-152.
[31] 熊月林,崔运花.香蕉纤维的研究现状及其开发应用前景[J].纺织学报,2007,28(9):122-124.
[32] 江柏萱.用香蕉茎秆生产纸类材料[J].世界热带农业信息,1995(11):151
[33] 周舍丹,陈蓉,饶颖竹.湛江矮蕾蕉、高蕾蕉假茎无机元素含量分析[J].微量元素与健康研究,2001,18(2):51-52.
[34] 林伟雄,张宝勇.香蕉皮的营养与应用价值探讨[J].中国食物与营养,2007(1):47-48.
[35] 李伟立.调整饲料使肉鸡味似土鸡[J].养殖技术顾问,2002(1):20.
[36] 尚丹.香蕉皮中多酚和果胶物质分布提取纯化的工艺研究[D].无锡:江南大学,2009:3-5.
[37] 邓红梅,马超,王春,等.香蕉皮果胶提取条件的优化[J].湖北农业科学,2013,52(2):415-417.
[38] 刘爱文,陈忻,关肖锋.从香蕉皮中提取果胶的工艺研究[J].食品研究与开发,2002,23(1):24-26.
[39] 陈军,宋维春,徐云升.从香蕉皮提取膳食纤维研究[J].食品科学,2007,28(1):99-101.
[40] 鲍金勇,赵国建,Jimmy,等.香蕉皮可溶性膳食纤维制备工艺的研究[A].见:食品安全监督与法制建设国际研讨会暨第二届中国食品研究生论坛论文集(下)[C].杭州:浙江省科学技术协会,2005:638-643.
[41] 郑晓燕.香蕉皮膳食纤维的研究[D].海口:海南大学,2010.
[42] Annadural G, Juang R S, Lee D J. Adsorption of heavy metals from water using banana and orange peels[J]. Water Science and Technology,2003,47(1):185-190.
[43] 庹新兰,陈琼霞.香蕉皮提取物体外诱导肿瘤细胞凋亡的实验研究[J].江汉大学学报:自然科学版,2003,31(4):79-81.
[44] 熊燕飞,韩志红,刘欣安,等.香蕉多糖的提取及其抗肿瘤作用研究[J].中华实用中西医杂志,2005,18(2):261-263.
[45] 赵肃清,孙远明,蔡燕飞,等.香蕉皮黑色素的鉴定及其抗氧化作用研究[J].中草药,2002,33(6):496-498.
[46] 郭丽萍,卢家炯,韦霁.大孔吸附树脂对香蕉皮多酚吸附特性的初步研究[J].食品与药品,2006,8(8):55-58.