生物技术与农副产品的综合利用

1、生物技术与农副产品的综合利用第一节第一节 果蔬综合利用果蔬综合利用思考:综合利用利用什么? 实际果蔬生产加工中，经常产生大量的废弃物，实际果蔬生产加工中，经常产生大量的废弃物，如落果、次果和下脚料（果皮、果核、种子、如落果、次果和下脚料（果皮、果核、种子、叶、茎、花、根），一般在果蔬生产加工中会叶、茎、花、根），一般在果蔬生产加工中会产生产生15%20%15%20%的残次落果、废弃物和下脚料。的残次落果、废弃物和下脚料。果蔬综合利用： 根据各种果蔬不同部份根据各种果蔬不同部份所含成分及特点，对其所含成分及特点，对其进行全植株的高效利用。进行全植株的高效利用。使原料各部分所含有的使原料各部分所含

2、有的有用成分都能被充分合有用成分都能被充分合理地利用。理地利用。意义： 通过综合利用技术，可以变无用为有用，通过综合利用技术，可以变无用为有用，变小用为大用，变一用为多用。不但可以变小用为大用，变一用为多用。不但可以减轻其对环境的污染，更重要的可以从这减轻其对环境的污染，更重要的可以从这些被废弃的生物资源中得到大量的生理活些被废弃的生物资源中得到大量的生理活性物质，实现农产品原料的梯度加工增值性物质，实现农产品原料的梯度加工增值和可持续发展，提高经济效益和生态效益。和可持续发展，提高经济效益和生态效益。思考:哪些学过的生物技术手段可以用于果蔬综合利用？ 发酵工程发酵工程 酶工程酶工程 蛋白质工

3、程蛋白质工程目前，我国主要研究和建立的果蔬综合利用体系 1 柑桔皮渣综合利用 2 苹果皮渣综合利用 3 胡萝卜皮渣的综合利用 4 葡萄皮渣的综合利用 5 猕猴桃皮渣的综合利用一、柑桔皮渣利用柑橘是世界上产量柑橘是世界上产量最多的水果。柑橘最多的水果。柑橘加工产品多是果汁加工产品多是果汁饮料及罐头，在生饮料及罐头，在生产中会产生大量皮产中会产生大量皮渣。柑桔果皮中含渣。柑桔果皮中含有大量橘皮油、果有大量橘皮油、果胶等可利用有用物胶等可利用有用物质。质。柑橘皮综合利用如下图所示二、苹果皮渣综合利用苹果在传统加工过程中苹果在传统加工过程中产生很多残渣，如果直产生很多残渣，如果直接丢弃不仅会产生很大接

4、丢弃不仅会产生很大的浪费，同时也会对环的浪费，同时也会对环境造成很大的伤害，所境造成很大的伤害，所以如何实现苹果加工后以如何实现苹果加工后的零排放，从根本上消的零排放，从根本上消除其引起的环境污染已除其引起的环境污染已引起很多人的关注。引起很多人的关注。目前苹果皮渣的综合利用体系主要有以下几个方面：目前苹果皮渣的综合利用体系主要有以下几个方面：v（一）果渣生产富蛋白饲料体系（一）果渣生产富蛋白饲料体系v工艺：鲜苹果渣工艺：鲜苹果渣 配料配料接种接种发酵发酵干燥干燥粉粉碎碎蛋白饲料蛋白饲料v（二）白兰地（二）白兰地- -发酵饲料综合开发技术体系发酵饲料综合开发技术体系v工艺流程：工艺流程： 果渣

5、预处理果渣预处理发酵发酵 固态发酵固态发酵 酒精酒精 后熟后熟 勾兑勾兑 苹果白兰地（一级产品）苹果白兰地（一级产品） 酒糟酒糟 干干燥燥 粉碎粉碎 发酵饲料（二级产品）发酵饲料（二级产品）（三）果胶（三）果胶-膳食纤维技术体系膳食纤维技术体系v工艺流程：工艺流程： 苹果渣苹果渣 加水、调加水、调pH2.12.5 8589 保温保温10h 趁热过滤趁热过滤 滤液滤液 浓缩浓缩 加加95%95%乙醇，析出果胶乙醇，析出果胶 抽滤抽滤 沉淀沉淀 真空干燥真空干燥果胶果胶 滤渣滤渣 软化软化 压滤压滤 滤渣滤渣 脱色脱色 干燥干燥 粉碎粉碎 膳食纤维渣膳食纤维渣膳食纤维膳食纤维美国苹果综合利用体系美

6、国苹果综合利用体系在苹果汁的加工中，每加工在苹果汁的加工中，每加工1 t苹果大约要产生苹果大约要产生400 kg下脚料。苹果渣的主要组成为：果核下脚料。苹果渣的主要组成为：果核0.91.5%，果梗，果梗0.3 % 、果皮、果皮7.0%。美国是对果蔬综合利用研究较早的国家，美国是对果蔬综合利用研究较早的国家，1987年年10月，美国政府投入月，美国政府投入1500万美元完成了苹果综合万美元完成了苹果综合利用体系。利用体系。图：美国苹果综合利用体系其他果蔬其他果蔬皮渣的综合利用皮渣的综合利用 在胡萝卜的加工在胡萝卜的加工过程中会得到大过程中会得到大量的胡萝卜渣，量的胡萝卜渣，可制成橙红色的可制成橙

7、红色的蔬菜纸，用于色蔬菜纸，用于色彩丰富的食品包彩丰富的食品包装，也可以直接装，也可以直接食用。食用。葡萄皮渣的综合利用：葡萄籽油、葡萄红色素、天然抗氧化成分猕猴桃皮渣的综合利用：蛋白酶的制取、发酵生产柠檬酸和使用酒精果醋的生产人类生产、食用 果醋已有 7000 年的悠久历史，比粮 食醋早 3800 多年，10 世纪时葡萄醋 在法国已相当盛行， 世纪以后欧洲 17 各国结合各自的物产和饮食习惯生 产出不同品种的果醋；现在各种类型 的果醋产品更是层出不穷。果醋产品 的商业开发从 20 世纪 80 年代末开始 起步，随着果醋营养、保健作用的不 断挖掘和发现，消费者已逐渐认识并 开始接受果醋产品，现

8、在已经有了一 定的市场。而苹果醋因其原料丰富、 生产工艺简单、 用途广泛、 功效卓越， 已经成为果醋家族中的重要一员，其产量及所占比重正节节攀升。苹果果醋的加工 苹果果醋是苹果加工下脚料为主要 原料，利用现代生物技术酿制而成的 一种营养丰富、风味优良的酸味调味 品。它兼有苹果和食醋的营养保健功 能，是集营养、保健、食疗等功能为 一体的新型饮品。一种方法是利用发酵工程: 醋酸菌发酵生产醋酸发酵过程一定要经过酒精发酵: 醋酸发酵要经历三个阶段.一是在酶的作用下,把原料中的淀粉类物质水解为糖.二是在酵母菌的作用下,把糖转化为酒精.这两个阶段通常是同时发生的,所以一般把这两个阶段统称为酒精发酵阶段.三

9、是醋酸发酵,在醋酸菌作用下,把酒精转化为醋酸,就是醋酸发酵阶段了.醋酸菌只能以酒精为原料,所以酒精发酵阶段是必不可少的.思考：请大家设计一个用苹果渣生产苹果醋请大家设计一个用苹果渣生产苹果醋的生产工艺。的生产工艺。 苹果渣苹果渣灭菌灭菌酶法液化酶法液化过滤、澄清过滤、澄清酒精发酵酒精发酵醋酸发酵醋酸发酵精滤精滤成品成品曾经有一个苹果摆在你面前? ? 你会想什么?第二节 水产品的综合利用一、概况：一、概况： 我国水产品总量世界第一，但每年至少我国水产品总量世界第一，但每年至少12%水产品变质，水产品变质，36%的低值水产品只能加工的低值水产品只能加工成动物饲料的原料或鱼粉等低值产品，蛋白质成动物

10、饲料的原料或鱼粉等低值产品，蛋白质资源未能充分利用，供人类食用的水产品仅为资源未能充分利用，供人类食用的水产品仅为总产量的一半。总产量的一半。v充分利用水产品加工过程的下脚料和废弃物充分利用水产品加工过程的下脚料和废弃物可提高鱼类加工的附加值，并且减少环境污可提高鱼类加工的附加值，并且减少环境污染，获得良好的经济和社会效益。染，获得良好的经济和社会效益。v鱼虾蟹的综合利用不仅仅在于营养物质的提鱼虾蟹的综合利用不仅仅在于营养物质的提取，更主要的在于开发他们的化工产品，如取，更主要的在于开发他们的化工产品，如制造甲壳素等制造甲壳素等二、生物技术在水产品综合利用中的具体应用v鱼综合利用制取鱼综合利用

11、制取凝乳酶凝乳酶：金枪鱼胃黏膜中提取金枪鱼胃黏膜中提取凝乳酶：凝乳酶：是一种最早在未断奶的是一种最早在未断奶的小牛胃中发现的天门冬氨酸蛋白小牛胃中发现的天门冬氨酸蛋白酶酶, ,可专一地切割乳中可专一地切割乳中-酪蛋白酪蛋白的的Phe105-Met106Phe105-Met106之间的肽键，破之间的肽键，破坏酪蛋白胶束使牛奶凝结，凝乳坏酪蛋白胶束使牛奶凝结，凝乳酶的凝乳能力及蛋白水解能力使酶的凝乳能力及蛋白水解能力使其成为干酪生产中形成质构和特其成为干酪生产中形成质构和特殊风味的关键性酶，被广泛地应殊风味的关键性酶，被广泛地应用于奶酪和酸奶的制作。用于奶酪和酸奶的制作。v鱼综合利用提取抗高血压成

12、分：鱼综合利用提取抗高血压成分：鳕鱼鱼头的酶鳕鱼鱼头的酶解产物，沙丁鱼下脚料解产物，沙丁鱼下脚料v鱼综合利用生产胶原蛋白：鱼综合利用生产胶原蛋白：酶法促溶回收利用鱿酶法促溶回收利用鱿鱼皮中的胶原蛋白鱼皮中的胶原蛋白 在水产动物体内胶原蛋白含量高于陆生动物，如鲢鱼、鳙鱼和草鱼鱼皮的蛋白质含量分别为25.9%、23.6%和29.8%，均高于各自相应鱼肉的蛋白质含量v鱼综合利用生产酱油：鱼综合利用生产酱油：鱼头、鱼皮、鱼刺及鱼肉漂鱼头、鱼皮、鱼刺及鱼肉漂洗后蒸煮、冷却、酶解、加盐、接种、发酵洗后蒸煮、冷却、酶解、加盐、接种、发酵v鱼综合利用生产酸贮液体鱼蛋白饲料：鱼综合利用生产酸贮液体鱼蛋白饲料：下

13、脚下脚料经粉碎后由糖蜜及乳酸菌发酵产酸而制成的液体饲料，料经粉碎后由糖蜜及乳酸菌发酵产酸而制成的液体饲料，主要用于肉鸡、蛋鸡、仔猪、肉猪及鱼的饲料添加剂主要用于肉鸡、蛋鸡、仔猪、肉猪及鱼的饲料添加剂v虾头综合利用生产虾头汁和虾油：虾头综合利用生产虾头汁和虾油：v贝的副产品生产蚝油：贝的副产品生产蚝油：思考：请大家设计一个用海产品下脚料生产请大家设计一个用海产品下脚料生产酱油的生产工艺。酱油的生产工艺。第三节 生物技术与粮油的综合利用一、概况：一、概况：我国是粮油生产、消费大国，目前国内粮油企业仅仅表现我国是粮油生产、消费大国，目前国内粮油企业仅仅表现在对稻壳、米糠、麸皮、油料皮壳、饼粨等副产物

14、的一般在对稻壳、米糠、麸皮、油料皮壳、饼粨等副产物的一般开发利用上，生产技术水平还比较落后，产品质量亟待提开发利用上，生产技术水平还比较落后，产品质量亟待提高，特别是对一些副产物的成分和功能还未全部了解需进高，特别是对一些副产物的成分和功能还未全部了解需进一步研究探索。一步研究探索。粮油副食产物中蕴含着丰富的具有各种生理功效的生物活粮油副食产物中蕴含着丰富的具有各种生理功效的生物活性物质，将其分离提纯，可以作为很好的保健功效成分应性物质，将其分离提纯，可以作为很好的保健功效成分应用于食品中，这对提高粮油资源的综合利用和产品附加值，用于食品中，这对提高粮油资源的综合利用和产品附加值，带来经济效益

15、和社会效益，具有十分重要的意义。带来经济效益和社会效益，具有十分重要的意义。二、生物技术在粮油综合利用中的具体应用稻壳酿酒：稻壳酿酒：统糠加入统糠加入35%的水，蒸煮的水，蒸煮2h，摊晾，加入，摊晾，加入22.5倍鲜酒糟拌匀，倍鲜酒糟拌匀，30拌入酒曲和酵母液拌入酒曲和酵母液乳酸豆奶的生产：乳酸豆奶的生产：大豆植物蛋白代替脱脂奶粉发酵，大豆植物蛋白代替脱脂奶粉发酵，营养价值高；利用乳酸菌的产酸、生香和脱臭的作用，产营养价值高；利用乳酸菌的产酸、生香和脱臭的作用，产品不分层、不沉淀、口感细腻、不具有豆腥味和苦涩味。品不分层、不沉淀、口感细腻、不具有豆腥味和苦涩味。膳食纤维的制备：膳食纤维的制备：

16、水溶性膳食纤维水溶性膳食纤维：调节血糖平衡，降低胆固醇，从而降低心脏调节血糖平衡，降低胆固醇，从而降低心脏病的发病率。病的发病率。来源于果胶、藻胶、魔芋等。魔芋盛产于我国四川等地，来源于果胶、藻胶、魔芋等。魔芋盛产于我国四川等地，主要成分为葡甘聚糖，是一种可溶性膳食纤维，能量很低，吸水性强。主要成分为葡甘聚糖，是一种可溶性膳食纤维，能量很低，吸水性强。很多研究表明，魔芋有降血脂和降血糖的作用及良好的通便作用；可很多研究表明，魔芋有降血脂和降血糖的作用及良好的通便作用；可溶性纤维在胃肠道内和淀粉等碳水化合物交织在一起，并延缓后者的溶性纤维在胃肠道内和淀粉等碳水化合物交织在一起，并延缓后者的吸收，

17、故可以起到降低餐后血糖的作用；吸收，故可以起到降低餐后血糖的作用；水不溶性膳食纤维水不溶性膳食纤维：主要膨胀功能，调节肠胃，防治便秘主要膨胀功能，调节肠胃，防治便秘 原料原料NaOH处理处理过滤过滤调节调节pH7淀粉酶酶淀粉酶酶解后离心解后离心水溶性膳食纤维水溶性膳食纤维酒精沉淀酒精沉淀调节调节pH7收集上清液收集上清液第四节 生物技术在重要农副产品中的具体应用一、甘蔗废糖蜜的综合利用一、甘蔗废糖蜜的综合利用v蔗渣、糖蜜和蔗泥。蔗渣、糖蜜和蔗泥。v蔗渣含有丰富纤维素，而木质素少。目前未对蔗渣进行高蔗渣含有丰富纤维素，而木质素少。目前未对蔗渣进行高效利用，大部分作为燃料和造纸原料。效利用，大部分

18、作为燃料和造纸原料。v蔗泥含有丰富的生理活性物质，有待进一步开发利用蔗泥含有丰富的生理活性物质，有待进一步开发利用v糖蜜糖蜜（工业制糖过程中，蔗糖结晶后，剩余的不能结晶，但仍含有较（工业制糖过程中，蔗糖结晶后，剩余的不能结晶，但仍含有较多糖的液体残留物）多糖的液体残留物）的综合利用较完善，下边主要介绍的综合利用较完善，下边主要介绍：1.1.发酵产生酒精絮凝酵母连续发酵技术：絮凝酵母连续发酵技术： 糖蜜糖蜜稀释稀释酸化酸化澄清澄清液体培养液液体培养液接种对数期酵母接种对数期酵母种子种子发酵成熟发酵成熟蒸馏蒸馏酒精酒精 生化蒸馏法：生化蒸馏法：产量高、能耗低、废液量少产量高、能耗低、废液量少固定化

19、酵母生产糖蜜酒精技术：固定化酵母生产糖蜜酒精技术：将酵母细胞用将酵母细胞用载体固定起来连续使用，劳动强度低，发酵周期短，产酒载体固定起来连续使用，劳动强度低，发酵周期短，产酒率高，能耗低，酵母易管理率高，能耗低，酵母易管理2.2.废糖蜜酒精废液的综合利用糖蜜酒精废液是发酵酒精后排出的剩余液糖蜜酒精废液是发酵酒精后排出的剩余液体，浓度高颜色深，直接排放污染环境，体，浓度高颜色深，直接排放污染环境，其中含有丰富的由回收价值成分其中含有丰富的由回收价值成分废液产量大，解决污染及回收利用问题亟废液产量大，解决污染及回收利用问题亟待解决待解决目前废糖蜜酒精废液综合治理：处理后回目前废糖蜜酒精废液综合治理

20、：处理后回收到酒精车间；进入水膜除尘器；余渣生收到酒精车间；进入水膜除尘器；余渣生产堆肥。产堆肥。3.发酵生产赖氨酸发酵生产赖氨酸 赖氨酸可作为营养强化剂、鲜味剂、赖氨酸可作为营养强化剂、鲜味剂、香味剂、除臭剂和亚硝胺抑制剂；需求量大，国内市场大。香味剂、除臭剂和亚硝胺抑制剂；需求量大，国内市场大。4.发酵生产乙酸发酵生产乙酸 乙酸为重要的有机化工原料，用途广泛乙酸为重要的有机化工原料，用途广泛，我国乙酸生产能力大幅提，可以以糖蜜为原料发酵生产乙，我国乙酸生产能力大幅提，可以以糖蜜为原料发酵生产乙酸酸5.发酵生产柠檬酸发酵生产柠檬酸 我国柠檬酸产量居世界首位，年产我国柠檬酸产量居世界首位，年产

21、50万吨万吨6.发酵生产味精发酵生产味精 我国味精生产世界第一我国味精生产世界第一味精味精是调味料的一种，主要成分为谷氨酸钠。味精的主要味精是调味料的一种，主要成分为谷氨酸钠。味精的主要作用是增加食品的鲜味，在中国菜里用的最多，也可用于作用是增加食品的鲜味，在中国菜里用的最多，也可用于汤和调味汁。汤和调味汁。味精是指以粮食为原料经发酵提纯的谷氨酸钠结晶。我国味精是指以粮食为原料经发酵提纯的谷氨酸钠结晶。我国自自19651965年以来已全部采用糖质或淀粉原料生产谷氨酸，然年以来已全部采用糖质或淀粉原料生产谷氨酸，然后经等电点结晶沉淀、离子交换或锌盐法精制等方法提取后经等电点结晶沉淀、离子交换或锌

22、盐法精制等方法提取谷氨酸，再经脱色、脱铁、蒸发、结晶等工序制成谷氨酸谷氨酸，再经脱色、脱铁、蒸发、结晶等工序制成谷氨酸钠结晶。钠结晶。问题：味精吃多了对人体有害吗？问题：味精吃多了对人体有害吗？二、木薯淀粉生产的综合利用木薯生产加工的主要产品有木薯原淀粉和木薯生产加工的主要产品有木薯原淀粉和变性淀粉，生产过程中长生了大量的木薯变性淀粉，生产过程中长生了大量的木薯渣、木薯皮衣等下脚料，其还含有一定量渣、木薯皮衣等下脚料，其还含有一定量淀粉及生理活性物质，因此，对其综合利淀粉及生理活性物质，因此，对其综合利用既可以增加产品附加值，又可以减少环用既可以增加产品附加值，又可以减少环境污染。境污染。1.

23、1.木薯渣发酵生产蛋白饲料木薯渣中蛋白含量低，粗纤维含量高，大多数木薯渣中蛋白含量低，粗纤维含量高，大多数没有得到充分的利用没有得到充分的利用谢文伟等研究报道以木薯渣为原料生产单细胞谢文伟等研究报道以木薯渣为原料生产单细胞蛋白蛋白陈桂光等人发酵生产蛋白饲料，粗蛋白含量显陈桂光等人发酵生产蛋白饲料，粗蛋白含量显著提高著提高钟秋平等人优化得出木薯渣固态发酵生产植酸钟秋平等人优化得出木薯渣固态发酵生产植酸酶的最佳条件酶的最佳条件2.2.木薯渣发酵生产工业酒精湿法木薯酒精：湿法木薯酒精：浸泡、破碎、得到粗淀粉乳用浸泡、破碎、得到粗淀粉乳用作酒精发酵原料作酒精发酵原料干法木薯酒精：干法木薯酒精：润湿、破

24、碎筛分、出去木薯皮、润湿、破碎筛分、出去木薯皮、获得低脂木薯粉作为酒精发酵原料获得低脂木薯粉作为酒精发酵原料3.3.木薯酒糟废水的综合利用木薯酒糟废水有机物浓度高、悬浮物含量高、木薯酒糟废水有机物浓度高、悬浮物含量高、呈酸性，直接固液分离不理想呈酸性，直接固液分离不理想厌氧折流板反应器使用一系列垂直安装的折流厌氧折流板反应器使用一系列垂直安装的折流板，被处理的废水绕其流动使水流行程增加，板，被处理的废水绕其流动使水流行程增加，折流板阻挡及污泥的沉降作用，固体物质粨有折流板阻挡及污泥的沉降作用，固体物质粨有效地截留在反应器内效地截留在反应器内4.4.木薯淀粉酶水解制备环糊精v环糊精是环糊精转葡萄

25、糖基酶作用于淀粉的产环糊精是环糊精转葡萄糖基酶作用于淀粉的产物，是由物，是由6个以上的葡萄糖以个以上的葡萄糖以-1,4-糖苷键连结糖苷键连结的环状寡聚糖的环状寡聚糖v目前可以以淀粉为原料采用个发酵的方式生产目前可以以淀粉为原料采用个发酵的方式生产环糊精环糊精 菌种筛选、发酵（淀粉转化）、环糊精分离菌种筛选、发酵（淀粉转化）、环糊精分离第五节 农副产品综合利用与生物能源和植物蛋白资源的开发一、农副产品综合利用与生物能源的开发一、农副产品综合利用与生物能源的开发生物质：生物质：任何可再生的或可循环的有机物质，包括专任何可再生的或可循环的有机物质，包括专用的能源作物、能源林木、粮食作物和饲料作物的残留物、用的能源作物、能源林木、粮食作物和饲料作物的残留物、树木废弃物及残留物、草、城市垃圾树木废弃物及残留物、草、城市垃圾生物质能：生物质能：利用生物质转化成的能源（乙醇、甲醇、利用生物质转化成的能源（乙醇、甲醇、甲烷氢气等），不含硫和其他杂质，对环境无害的甲烷氢气等），不含硫和其他杂质，对环境无害的“绿色绿色能源能源”。生物能源作物：生物能源作物：专门种植，用于生产液体燃料的草专门种植，用于生产液体燃料的草本及木本植物，包括高粱、甘蔗、薯类、甜菜、油菜、蓖本及木本植物，包括高粱、甘蔗、薯类、甜菜、油菜、蓖麻等。麻等。生产酒精的微生物：要求生产酒精的微生物：要求“多快好省多快