黄百香果皮的高值化利用:酶水解物的季节性表征及酿酒酵母发酵

《Bioresource Technology Reports》:Valorization of yellow passion fruit peel: Seasonal characterization and fermentation of enzymatic hydrolysate by Saccharomyces cerevisiae

【字体: 时间:2026年09月04日 来源:Bioresource Technology Reports 5.0

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   摘要百香果是巴西经济中极其重要的农产品,占世界产量的70%。然而,大部分百香果被不当丢弃,造成了诸多环境问题。本研究发现,本研究对收获期和淡季的黄色百香果皮进行了表征,并分析了两个成熟阶段(绿色和成熟)。此外,本研究利用果皮粉的酶水解产物评价了酵母Saccharomyces

  

摘要

百香果是巴西经济中极其重要的农产品,占世界产量的70%。然而,大部分百香果被不当丢弃,造成了诸多环境问题。本研究发现,本研究对收获期和淡季的黄色百香果皮进行了表征,并分析了两个成熟阶段(绿色和成熟)。此外,本研究利用果皮粉的酶水解产物评价了酵母Saccharomyces cerevisiae(酿酒酵母)的乙醇生产能力。黄色百香果皮中的全纤维素含量在27%至50%之间,淡季期间含量的增加是这种生物质的一个重要特征,水分可用性可能是关键因素。此外,果胶也以较高的重量收率获得。工业酵母利用百香果水解物生产乙醇,产量超过0.27 g g?1,突出了菌株S. cerevisiae UFPEDA 1238,并证明了利用该废弃物进行生物技术应用的潜力。

引言

黄百香果(Passiflora edulis f. flavicarpa)是西番莲科的代表植物(Santos et al., 2017),是巴西最主要的农产品之一。巴西是世界百香果生产大国,根据最新普查数据,2024年有相当可观的产量(IBGE, 2024)。从2020年到2024年,生产价值显著增长,几乎翻倍:1,331,230千雷亚尔(2020年)和2,557,151千雷亚尔(2024年),其中巴伊亚州产量居首,其次是塞阿拉州、南大河州、米纳斯吉拉斯州和佩尔南布哥州(IBGE, 2024)。2024年产量为736.585吨,收获面积为47.082公顷,平均单产为每公顷15.645公斤,占世界产量的70%(IBGE, 2024)。在物理特征方面,百香果通常颜色较浅;然而,储存时间和成熟时间可能会影响这一特征(Macedo et al., 2023)。此外,巴西国家卫生监督局(ANVISA)为水果制定的标准规定,粉末的水分含量应不超过15%(ANVISA, 2005)。
水果废弃物占世界食物废弃物的很大一部分,尤其是柑橘类水果(Dubey et al., 2023)。黄百香果约有38%为果肉和种子,前者用于生产果汁,而62%为果皮(Ramli et al. 2020)。在这个意义上,理论上有(部分研究也显示重复利用)超过一半的百香果在巴西每年被丢弃(Silva et al. 2021),这加剧了环境污染(Sadh et al., 2025),主要是由于甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)等温室气体的排放(Al-wahaibi et al., 2020; Osman, 2020; Mehta et al., 2024)。根据世界排放时钟,如果当前的排放趋势持续下去,预计排放量将从2024年的60.1 GT增加到2050年的67.2 GT(Yankov et al., 2025)。除了通过释放气体污染大气外,不当丢弃的水果废弃物还会对水资源、生物多样性产生负面影响,并导致农业用地的丧失(Roy et al., 2023)。
另一方面,百香果皮可用于多种用途,例如利用酶解获得的水解物生产乙醇(Megawati et al., 2020)。酶解是一个关键过程,旨在释放可发酵糖,随后由专业微生物消耗以生产乙醇(Basera et al., 2024)。此外,还有木糖醇用于食品生产(Neta et al., 2024)的研究、其抗氧化能力对健康的作用(Huang et al. 2023)、利用粉末开发可生物降解薄膜(Macedo et al., 2025)、从果皮中提取果胶生产益生元糖浆(Orrego et al., 2024)以及作为益生菌食品的载体(Santos et al., 2017)。因此,这些研究强调了从百香果皮衍生的粉末具有出色的能力,黄百香果就是如此(Teles et al., 2023),它占巴西该品种产量的90%以上,巴西不仅是主要生产国,也是该水果的主要消费国(Embrapa, 2025)。
将生物质作为可再生能源是能源领域最有前景的替代方案之一(Millinger et al., 2025)。研究表明,生物质被用于生产生物乙醇、聚合物(Moon et al., 2022; Thanigaivel et al., 2022)、生物柴油(Sedghi et al., 2022)和沼气(Wang et al., 2022)。鉴于这一背景,本研究旨在利用黄百香果生物质,并与联合国(UN)于2015年制定的十七项可持续发展目标(SDGs)中的多项目标密切相关(UN, 2015)。具体来说,目标2(零饥饿和可持续农业),因为百香果粉可作为食品使用;目标7(可负担的清洁能源),因为利用生物质产生的能源具有高产出的特点;目标9(产业、创新和基础设施),从百香果废弃物中工业生产重要化合物;目标11(可持续的城市和社区),通过利用食品废弃物实现环境可持续性;目标12(负责任的消费和生产)和目标13(应对全球气候变化),因为整个水果被负责任地利用,果皮不会污染环境。因此,本研究首先旨在表征巴西东北部收获期和淡季的黄百香果生物质,并比较两个成熟阶段(成熟和绿色),这在现有文献中尚不可得,并使用果皮粉的酶水解产物评价两种工业酿酒酵母的乙醇生产。生物质表征过程对于定义代谢物生产策略至关重要,在两个时间段和两个成熟阶段进行这种分析为科学界提供了强有力的贡献。因此,本研究建立了一个关于使用相关菌株和源自这种对巴西经济重要的水果生物质来源的发酵介质的初步研究,同时有助于果皮的重复利用和减少因丢弃造成的环境影响。

章节片段

材料与方法

图1展示了本研究中生物工艺步骤的流程图。

收获期和淡季黄百香果皮粉的表征

化学表征利用收获期和淡季获取的百香果数据进行,包括绿色和成熟果皮(表1)。这是首次化学描述,该研究评估了巴西东北部——该国最大生产区域(IBGE, 2024)的黄百香果生物质的两个时间段以及成熟阶段。讨论中重要的是提及一些物理特征。

结论

木质纤维素生物质的化学表征是确定废弃物再利用策略的关键步骤。鉴于这一背景,意识到水果废弃物不当丢弃的问题,本研究首次表征了收获期和淡季的百香果生物质,使用了绿色和成熟果实。粉末的总木质素含量代表百香果绿色果皮中生物质抗降解性的增加。全纤维素含量在

CRediT作者贡献声明

Gilberto Henrique Teles:撰写——审阅与编辑、验证、调查、数据整理、概念化。Beatriz Tamiris da Silva:验证、调查。Ester Ribeiro:撰写——审阅与编辑、撰写——原稿撰写、指导、资源、项目管理、方法论、调查、资金获取、形式分析、数据整理、概念化。

知情同意声明

不适用。

机构审查委员会声明

不适用。

资金

本研究获得了高级人才提升协调局(CAPES)的财政支持,编号:88887.691873/2022-00。国家科学与技术发展委员会(CNPq)和圣保罗科学和技术资助基金会(FACEPE)。

未引用参考文献

Cauz-Santos et al., 2017
Ju et al., 2023
Zouhair et al., 2024

利益冲突声明

作者声明,他们不存在已知可能影响本论文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

作者感谢佩尔南布哥联邦大学(UFPE)在整个结构方面的支持,感谢高级人才提升协调局(CAPES)、国家科学与技术发展委员会(CNPq)和圣保罗科学和技术资助基金会(FACEPE)的财政支持。感谢UFPE抗生素系的天然产物化学实验室和生物技术工艺实验室,以及
Gilberto Henrique Teles|Beatriz Tamiris da Silva|Ester Ribeiro
佩尔南布哥联邦大学抗生素系,巴西伯南布哥州累西腓
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