蔡書憲、范植軒、鄭俊昇、洪文濱、李士畦、簡全基/工研院中分院
柑橘類檸檬產量日益增多，檸檬皮渣廢棄物亦相對增加，產生經濟成本及環境問題。柑橘類檸檬含多種活性成分，善加利用可減少污染及增加廢棄物附加價值，極具農業循環經濟效益。國內外開始專注於檸檬皮渣在各領域之應用。本文就檸檬果皮渣成分包括維生素C、類黃酮、多酚、礦物質、膳食纖維和果膠對健康之影響及不同萃取方法之優缺點做綜合論述，並對不同成分應用現狀進行討論。在農業方面，透過發酵工程可作為肥料、動物飼料或者飼料添加劑使用，一些研究開發已證明這可為動植物帶來不同的益處；在食品方面，檸檬果皮渣的利用亦可給人體帶來諸多好處；在工業方面，最新的研究指出檸檬果渣可作為能源原料取代部分化石燃料，或可開發為生物吸附劑及生質能源。
【內文精選】
前 言
柑橘，主要種類有柑、橘、甜橙、葡萄柚、檸檬、萊姆、酸橙和金橘等，是芸香科柑橘屬水果的統稱。柑橘含有充足的維生素C、葉酸、鉀和果膠；此外也被證實柑橘具有高度的抗氧化活性，可以降低癌症和心血管等疾病。柑橘類水果於全世界是十分受歡迎的水果，主要銷售產品為鮮果及果汁，經加工後的柑橘果皮大部分作為廢棄物被丟棄，然而柑橘果皮相較於其他水果果皮，因其具有更高的抗氧化活性，可以應用於其他副產品的開發。
檸檬為柑橘類主要水果之一，有規模性的種植始於1839年美國佛羅里達州，到了1870年之後佛羅里達州每年有14萬箱的檸檬運出，而種植面積及產值則逐年增加。依據聯合國糧食及農業組織(FAO)對檸檬與萊姆相關的統計資料，近5年來全球的檸檬與萊姆的生產面積與產量至2018年平均生產栽種面積約達126萬公頃，平均產量則達約1,900萬噸。從圖一可知，2013年至2018年平均增產25%，全球檸檬與萊姆的產量有逐年提高的趨勢，如以2018年檸檬與萊姆的產量全給予初級加工約可產生40~50%的果渣量估算之，則即有約775~968萬噸，故如未妥善處理將成為環境的沉重負荷，期待減量或有效的再利用。
圖一、2013年至2018年全球檸檬與萊姆的栽種面積（公頃）及生產量（噸）的變化
圖三、2018年全球前十大檸檬與萊姆生產大國分析圖
工研院透過擁有的技術能量協助相關業者進行場域設備評估，建立噸級數位環控發酵槽，並利用工研院中分院菌種發酵與青貯(Silage)技術，將業者所產生之檸檬皮渣廢棄物開發再利用，產出檸檬益生菌的動物飼料(Animal Feed)及萃取出檸檬皮渣的果膠。後續更協助規劃相關產物的商品化等事宜，未來期望帶動屏東相關業者轉型，並建立相關產業鏈。
檸檬副產品開發應用與現況
目前市場主要將檸檬作為新鮮水果販賣或是加工成果汁後進入市場。果汁從檸檬果實提取後還留有許多的殘留物，像是果皮、果肉殘渣、種子等，這些加工後的殘留物如果直接丟棄或掩埋會產生環境污染的問題，而近年來也發現這些殘留物也有潛在的副產品經濟效益，並可以使檸檬廢棄物利用達到循環經濟的概念。目前檸檬殘渣副產品大多應用於農業、食品業和工業三個領域。
1. 檸檬殘渣在農業上的應用
永大食品生技與工研院中分院於2019年起共同對檸檬皮渣進行技術發展，除了針對場域的噸級發酵槽進行數位化環控的整合優化（另含pH監控、溫溼度計套環、無線網路連結及遠端監視系統等），也同時建立了生產級發酵槽標準作業流程。以青貯飼料為標的的檸檬皮渣高值化再利用，成為飲料製程殘渣大量循環化的首步。應用由團隊篩選之在地優勢菌種，除可加速檸檬皮渣發酵青貯速度（最快在6周內完成檸檬青貯飼料製備），大規模的皮渣青貯飼料可藉由生產級數位發酵槽體達成質量控制的目標。
屬於芸香科的檸檬皮渣製備而成的青貯飼料，也同時進行了動物實驗，藉由受測乳牛測試並確認檸檬青貯料取代完全混合日糧(Total Mixed Ration; TMR)中玉米青貯料之比例，以及最佳添加量對泌乳牛產乳性能之影響。從動物實驗結果中得知，檸檬青貯取代TMR中玉米青貯最佳比例約為8%，除提高飼糧分解利用速度效果，也提升了揮發性脂肪酸總量。由泌乳性影響測試中也同時證實了檸檬青貯飼料對乳牛並無不良影響，可以作為TMR中玉米青貯之替代品。
2. 檸檬殘渣在食品上的應用
檸檬皮渣已被開發成其他食品如檸檬皮蜜餞；此外，檸檬皮渣的膳食纖維已經用於添加在各種食品中，添加膳食纖維可以提高食品中健康成分，另外還能給予食品功能特性，像是增加水或油的保持能力、改善食物結構或是延長保存期等功能。因檸檬皮渣中含有豐富的果膠，工研院中分院團隊利用不同於目前市場上主流之酸萃取法的綠色製程方式，進行果膠萃取研究開發…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》405期，更多資料請見下方附檔。