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这篇综述聚焦农工业废弃物及副产品生产多糖的研究。探讨了多糖的来源、特性、提取技术，其在食品、医药、生物塑料等领域的应用，以及经济前景。研究表明，相关技术有助于实现循环经济，对可持续发展意义重大。
1. 引言
农工业废弃物的增值利用是发展循环经济的关键一步。这些废弃物中含有的多糖及其他化合物，可用于生产生物塑料、生物燃料和生物基化学品 ，有助于减少浪费、节约资源和降低温室气体排放。植物多糖在食品、医药等领域有广泛应用，其提取和创新需与可持续发展相结合。目前，微波辅助提取（MAE）、脉冲电场辅助提取（PEAE）等新型提取技术不断涌现，且多种技术联用效果更佳。
2. 植物多糖的来源与特性
植物多糖稳定性和通用性强，常见来源有水果皮、谷物壳、油籽粕和豆类壳等。
- 水果和蔬菜加工残渣：水果和蔬菜加工的副产品，如柑橘皮富含果胶，可作食品稳定剂和胶凝剂；苹果渣含膳食纤维，可用于功能性食品；芒果皮和籽中的纤维素和半纤维素可用于生物塑料和生物复合材料。
- 谷物麸皮和外壳：小麦麸皮含膳食纤维和阿拉伯木聚糖、β - 葡聚糖等多糖，有益生元特性；稻壳含纤维素和半纤维素，可用于生产可生物降解包装材料；玉米麸含淀粉和木寡糖，可用于生物乙醇生产和功能性食品开发。
- 油籽粕和压榨饼：油籽粕和压榨饼含纤维素、木质纤维素和半纤维素等结构多糖，可用于制造肉类替代品、食品乳液和药物递送系统，还能生产生物基涂料和薄膜。
- 豆类荚壳和外壳：豆类荚壳和外壳含纤维素、半纤维素和木质素等多糖，可用于膳食纤维强化食品、生物塑料生产、可生物降解包装和肥料控释等。
3. 农工业废弃物的生化组成
农工业废弃物含有多种多糖、生物活性化合物和营养物质。
- 多糖组成
- 纤维素：广泛存在于植物细胞壁，由 β -1,4 - 糖苷键连接葡萄糖分子形成，具有结晶结构，可用于制造营养纤维、生物可降解薄膜和生物燃料。
- 半纤维素：与植物细胞壁相连，分子呈分支状，含多种糖单体，可作为生物燃料、生物可降解聚合物和功能性食品添加剂。
- 果胶：主要由半乳糖醛酸组成，存在于水果细胞壁，可用于食品工业制作果酱、果冻等，还有益生元作用。
- 淀粉：存在于谷物、土豆和木薯等中，可形成糊状物和凝胶，在食品、纺织和制药等行业有广泛应用，还可用于制造生物塑料和生物乙醇。
- 这些多糖和生物活性化合物可用于生产环保材料，还能通过添加蛋白质、脂质和多酚等，应用于食品、制药和生物能源领域。
4. 农工业废弃物多糖的结构特征
农工业废弃物中的多糖结构决定其功能特性。
- 分子重量和单糖组成：多糖分子重量影响其物理性质和功能，单糖组成影响其与其他物质的相互作用和水溶性。不同来源的多糖在分子重量和单糖结构上存在差异，可通过化学处理或发酵改变单糖形状，以增强其生物活性或工业可用性。
- 取代度和分支：取代度影响多糖的反应性、保水性和溶解性，较高取代度的纤维素和淀粉衍生物功能和溶解性更好。分支会降低聚合物的结晶度，影响其在食品或生物燃料生产中的性能，以及对酶水解的敏感性。
- 结晶度和无定形区域：结晶度影响多糖的化学和物理性质，结晶区域赋予分子强度和稳定性，无定形区域更易被酶分解，可通过改变结晶度提高多糖的性能。
5. 农工业废弃物多糖的工业相关性
农工业废弃物中的多糖在工业领域应用广泛。在食品加工中，可作增稠剂、稳定剂、胶凝剂和乳化剂；在制药领域，可作为药物递送系统的潜在辅料；在材料领域，可用于生产可生物降解包装材料，替代石油基聚合物，减少塑料污染。
6. 植物基多糖的技术功能特性
植物基多糖具有多种技术功能特性。
- 溶解性：受 pH、温度、离子强度等因素影响，可通过化学修饰、物理处理和酶水解等方法提高其溶解性，以增强在饮料、汤和乳制品替代品等中的混溶性。
- 持水能力（WHC）：有助于食品和药品的质地、水分保持和稳定性，在化妆品和生物塑料中也有重要应用，如保持面包水分、改善肉类替代品的多汁性等。
- 持油能力（OHC）：在食品中可用于脂肪替代和乳液稳定，通过疏水相互作用保留油脂，改善产品口感和稳定性。
- 起泡性能：对充气食品的质地、结构和口感至关重要，可通过微波处理等技术增强其起泡能力，稳定泡沫结构。
- 乳化性能：能稳定乳液，防止液滴聚结，在食品、化妆品和制药行业广泛应用，如制作沙拉酱、面霜和药物递送系统等。
7. 新型提取和修饰技术
新型提取和修饰技术可提高多糖提取效率和质量。
- 微波辅助提取（MAE）：利用微波能量破坏细胞壁，促进溶剂渗透，具有加热快、溶剂用量少、提取时间短和效率高等优点，还可与其他技术联用。
- 脉冲电场辅助提取（PEAE）：通过高压电脉冲破坏细胞膜，增加细胞通透性，实现温和条件下的高效提取，减少溶剂使用，可与其他绿色提取技术结合。
- 膜提取（ME）：利用超滤和纳滤膜进行分离和纯化，根据分子大小和电荷实现精确分离，在食品、医药等行业有广泛应用。
- 高静压辅助提取（HHPAE）：通过等静压破坏细胞结构，提高胞内物质释放率，对热敏性资源友好，可提高高分子量多糖的提取率。
- 静电提取（EE）：基于分子的静电性质进行精确分离，可持续且高效，可与其他技术联用提高分离效果。
- 超声辅助提取（UAE）：利用超声空化作用破坏细胞，促进生物活性物质释放，可从多种基质中提取多糖，还可与微波等技术结合。
- 酶辅助提取（EAE）：使用特定酶分解复杂多糖，与其他技术联用可提高提取效率和产量，是传统提取方法的环保替代品。
8. 技术比较
不同新型提取方法各有优劣。超声辅助提取（UAE）和微波辅助提取（MAE）可在短时间内获得较高产量；高静压辅助提取（HHPAE）可提取分子量较大的多糖，但产量较低；膜提取（ME）和酶辅助提取（EAE）成本效益高；一些方法虽设备投资大，但可通过缩短提取时间和提高产品质量弥补。绿色提取方法更环保，符合可持续发展要求。
9. 农工业废弃物增值的经济前景
农工业废弃物增值可创造经济价值。先进的生物加工技术可生产高价值多糖和其他副产品，但需优化技术以提高成本效益。食品基多糖在多个领域应用广泛，市场需求增长依赖提取技术进步。政策支持，如税收和补贴激励，可促进废弃物增值，但该领域面临投资成本高、合成替代品竞争等挑战，需多方合作推动发展。
10. 结论与展望
农工业废弃物增值生产植物基多糖是迈向可持续循环经济的重要一步。未来，集成生物精炼厂的发展、混合提取方法的应用以及跨学科研究的推进，将推动该领域的进步。政策支持和全球合作对扩大废弃物增值规模至关重要，学术界、企业和政策制定者的合作将促进创新和可持续发展文化的形成。
