生物技术与农副产品的综合利用

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1、生物技术与农副产品 的综合利用,第一节 果蔬综合利用,思考:综合利用利用什么?,果蔬综合利用：,根据各种果蔬不同部份所含成分及特点，对其进行全植株的高效利用。使原料各部分所含有的有用成分都能被充分合理地利用。,意义：,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。,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 酶工程 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

2、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,柑橘是世界上产量最多的水果。柑橘加工产品多是果汁饮料及罐头，在生产中会产生大量皮渣。柑桔果皮中含有大量橘皮油、果胶等可利用有用物质。,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产生很多残渣，如果直接丢弃不仅会产生很大的浪费，同时也会对环境造成很大的伤害，所以如何实现苹果加工后的零排放，从根本上消除其引起的环境污染已引起很多人的关注。,目前苹果皮渣的综合利用体系主要有以下几个方面：,（一）果渣生产富蛋白饲料体系 工艺：鲜苹果渣 配料接种发酵干燥粉碎蛋白饲料,（二）白兰

3、地-发酵饲料综合开发技术体系 工艺流程： 果渣预处理发酵 固态发酵 酒精 后熟 勾兑 苹果白兰地（一级产品） 酒糟 干燥 粉碎 发酵饲料（二级产品）,（三）果胶-膳食纤维技术体系 工艺流程： 苹果渣 加水、调pH2.12.5 8589 保温10h 趁热过滤 滤液 浓缩 加95%乙醇，析出果胶 抽滤 沉淀 真空干燥 果胶 滤渣 软化 压滤 滤渣 脱色 干燥 粉碎 膳食纤维渣 膳食纤维,美国苹果综合利用体系,在苹果汁的加工中，每加工1 t苹果大约要产生400 kg下脚料。苹果渣的主要组成为：果核0.91.5%，果梗0.3 % 、果皮7.0%。 美国是对果蔬综合利用研究较早的国家，1987年10月，

4、美国政府投入1500万美元完成了苹果综合利用体系。,图：美国苹果综合利用体系,其他果蔬皮渣的综合利用,在胡萝卜的加工过程中会得到大量的胡萝卜渣，可制成橙红色的蔬菜纸，用于色彩丰富的食品包装，也可以直接食用。,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

5、 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

6、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的生产工艺。,苹果渣灭菌酶法液化过滤、澄清酒精发酵醋酸发酵精滤成品,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： 我国水产品总量世界第一，但每年至少12%水产品变质，36%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，蛋白质资源未能充分利用，供人类食用的水产品仅为总产量的一

7、半。,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，并且减少环境污染，获得良好的经济和社会效益。 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,鱼综合利用制取凝乳酶：金枪鱼胃黏膜中提取,凝乳酶：是一种最早在未断奶的小牛胃中发现的天门冬氨酸蛋白酶,可专一地切割乳中-酪蛋白的Phe105-Met106之间的肽键，破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，被广泛地应用于奶酪和酸奶的制作。,鱼综合利用提取抗高血压成分：鳕鱼鱼头的酶解产物，沙

8、丁鱼下脚料,鱼综合利用生产胶原蛋白：酶法促溶回收利用鱿鱼皮中的胶原蛋白,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,鱼综合利用生产酱油：鱼头、鱼皮、鱼刺及鱼肉漂洗后蒸煮、冷却、酶解、加盐、接种、发酵,鱼综合利用生产酸贮液体鱼蛋白饲料：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，主要用于肉鸡、蛋鸡、仔猪、肉猪及鱼的饲料添加剂 虾头综合利用生产虾头汁和虾油： 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： 我

9、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。 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：统糠加入35%的水，蒸煮2h，摊晾，加入22.5倍鲜酒糟拌匀，30拌入酒曲和酵母液,乳酸豆奶的生产：大豆植物蛋白代替脱脂奶粉发酵，营养价值

10、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。,膳食纤维的制备： 水溶性膳食纤维：调节血糖平衡，降低胆固醇，从而降低心脏病的发病率。来源于果胶、藻胶、魔芋等。魔芋盛产于我国四川等地，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，故可以起到降低餐后血糖的作用； 水不溶性膳食纤维：主要膨胀功能，调节肠胃，防治便秘 原料NaOH处理过滤调节pH7淀粉酶酶解后离心水溶性膳食纤维酒精沉淀调节pH7收集上清液,第四节 生

11、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 蔗渣、糖蜜和蔗泥。 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。 蔗泥含有丰富的生理活性物质，有待进一步开发利用 糖蜜（工业制糖过程中，蔗糖结晶后，剩余的不能结晶，但仍含有较多糖的液体残留物）的综合利用较完善，下边主要介绍：,1.发酵产生酒精,絮凝酵母连续发酵技术： 糖蜜稀释酸化澄清液体培养液接种对数期酵母种子发酵成熟蒸馏酒精 生化蒸馏法：产量高、能耗低、废液量少 固定化酵母生产糖蜜酒精技术：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，产酒率高，能耗低，酵母易管理,2.废糖蜜酒精废

12、液的综合利用,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，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待解决 目前废糖蜜酒精废液综合治理：处理后回收到酒精车间；进入水膜除尘器；余渣生产堆肥。,3.发酵生产赖氨酸 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。 4.发酵生产乙酸 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酸 5.发酵生产柠檬酸 我国柠檬酸产量居世界首位，年产50万吨 6.发酵生产味精 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

13、。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。我国自1965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谷氨酸，再经脱色、脱铁、蒸发、结晶等工序制成谷氨酸钠结晶。 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，又可以减少环境污染。,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

14、，大多数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蛋白 陈桂光等人发酵生产蛋白饲料，粗蛋白含量显著提高 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,2.木薯渣发酵生产工业酒精,湿法木薯酒精：浸泡、破碎、得到粗淀粉乳用作酒精发酵原料 干法木薯酒精：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,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、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，固体物质粨有效地截留在反应器内,4.木薯淀粉酶水解制备环糊精,

15、环糊精是环糊精转葡萄糖基酶作用于淀粉的产物，是由6个以上的葡萄糖以-1,4-糖苷键连结的环状寡聚糖 目前可以以淀粉为原料采用个发酵的方式生产环糊精 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 生物质：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、树木废弃物及残留物、草、城市垃圾 生物质能：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“绿色能源”。 生物能源作物：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、

16、甜菜、油菜、蓖麻等。,生产酒精的微生物：要求“多快好省”，主要有酿酒酵母、运动发酵单孢菌、葡萄汁酵母、裂殖酵母等 酒精发酵的原料与有关的酶：含有糖类的农作物、农副产品及废弃物均可作为发酵原料；淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶,二、农副产品的综合利用与植物蛋白资源的开发,1.我国植物蛋白资源的现状及开发前景 现状：大豆蛋白、菜籽蛋白，以大豆蛋白开发为中心，带动寻找其他植物蛋白开发途径的新局面。 前景：氨基酸比例，限制氨基酸概念；蛋白质的额利用率；植物蛋白利用方便。植物蛋白改善国民身体素质，广大农村由温饱向小康发展的重要途径。,2.开发中存在的问题： 原料处理技术不成熟： 蛋白质提取工艺有待提高：传统水提，碱提酸沉 限制性氨基酸问题 生产工艺缺乏标准化管理,3.利用基因工程改造植物蛋白的发展 外源基因的直接转化表达：向日葵种子的蛋氨酸白蛋白基因导入狭叶羽扇豆中，蛋氨酸含量提高94%，油菜种子赖氨酸含量提高100倍 导入经修饰过的外源基因： 导入人工合成基因： 自然界蛋白质资源丰富，利用生物技术手段对各种蛋白质进行加工改造已取得重大进展，提高营养价值和利用效率。,