综述：将椰子加工残渣纳入可持续食品系统：迈向循环型生物经济的科技路径

《Food Research International》：Integrating coconut processing residues into sustainable food systems: technological pathways towards a circular bioeconomy

椰子作为全球重要热带作物，其加工残渣（壳、椰丝）在循环经济中的价值化路径及技术框架研究。摘要提出构建“废物-技术-产品”映射体系，涵盖生物乙醇、热化学转化及功能材料合成，应用于建材、包装、化妆品和环保领域，为资源高效利用提供科学支撑。

　　

张腾月|高志杰|曾德贤|王彦华

中国三峡大学基础医学科学学院，宜昌443002，中国

摘要

椰子树（Cocos nucifera L.）是一种具有全球重要性的热带作物，其产业正因对天然植物基产品需求的激增而迅速发展。预计到2030年，椰子市场的规模将超过500亿美元，因此对加工废弃物（主要是椰壳和椰纤维）的可持续管理已成为该行业高质量发展的重要瓶颈。本文系统评估了这些木质纤维素副产品作为循环生物经济原料的潜力，重点关注了它们的物理化学特性、全球加工基础设施及增值途径。我们构建了一个新的“废弃物-技术-产品”映射框架，整合了现有的和新兴的转化技术，包括先进生物乙醇生产、热化学转化和功能材料合成。主要应用领域包括高价值的功能性过滤介质、可持续建筑材料、化妆品和营养补充剂中的生物活性成分以及环境修复剂。通过综合关于降低抗性、提高工艺效率和多产品生物精炼的机制见解，本研究为提升椰子产业资源利用效率和推动废弃物增值链提供了坚实的科学基础。

引言

椰子树在东南亚和太平洋岛屿地区具有重要的社会经济意义。从植物学角度来看，椰子果实呈卵形至近球形，长度通常为15–25厘米，顶端有三个胚孔。营养分析表明，椰子产品富含水分、蛋白质、维生素、矿物质和生物活性化合物（Roopan, 2016）。这些成分与多种健康益处相关，例如调节血糖稳态、快速补充能量和维持电解质平衡。因此，椰子衍生食品和饮料是热带地区传统饮食的重要组成部分。全球椰子产量依然可观，联合国粮食及农业组织报告2021年的年产量为6200万吨。东南亚仍是主要生产区域。值得注意的是，全球椰子产品市场正在显著扩大，2019年的市场价值为130亿美元，预计到2030年将超过500亿美元，这得益于对天然功能性食品和饮料需求的增加（Warren et al., 2023）。

目前的加工主要集中在椰汁的提取上，而椰纤维、椰壳和椰肉残渣往往被作为废弃物丢弃。然而，这些未充分利用的农业副产品中含有大量的有价值成分，如纤维素和蛋白质，具有巨大的资源增值潜力（Ismail et al., 2022; Naik et al., 2012）。图1展示了椰子生产、利用途径及所产生的废弃物之间的关系和区别。特别值得关注的是，椰壳的自然降解周期非常缓慢，可能超过一个世纪，且堆积的椰纤维不仅占用大量土地，还存在严重的火灾隐患。因此，对这些副产品的增值处理具有双重效益：既能实现资源的循环利用，又能减轻相关的环境和安全风险。

在椰子废弃物增值方面已经取得了显著进展，应用范围从生物基纳米复合材料的合成到新型食品包装材料的开发。然而，现有文献缺乏关于综合技术路径的系统概述。为填补这一空白，本文综合了现有研究，提出了一个全面的椰子废弃物增值技术框架。构建了一个三部分的“废弃物-技术-产品”资源映射系统，为椰子产业的绿色可持续发展提供了理论基础和技术参考。

部分摘录

椰子废弃物的资源特性与转化基础

作为一种具有商业价值的热带作物，椰子不仅通过其果实成分作为高价值自然资源的直接利用具有显著的经济价值，还因其未充分开发的综合增值潜力而具有巨大价值。对其木质纤维素生物质（椰纤维）、木质化内果皮（椰壳）和富含脂质的提取后残渣（椰油）的组成、物理化学性质及功能相互依赖性进行了全面表征。

从木质纤维素椰纤维中生产先进生物乙醇

目前关于从木质纤维素椰纤维中生产先进生物乙醇的研究已从简单整合传统工艺转向针对高木质素抗性的深入分析和工艺优化。椰纤维中的木质素含量为30–46%，木质素-碳水化合物复合物（LCC）结构是糖化过程中的关键障碍，因此需要预处理以实现针对性分解而非简单分离。

可降解包装

可持续材料设计的最新进展突显了椰子衍生生物质在开发高性能包装和可降解产品方面的巨大潜力。通过过氧化单硫酸盐氧化从椰纤维中分离出的纤维素纳米纤维（CCNFs）成功应用于PVA基质中，制备出增强型纳米复合薄膜。这些薄膜由于CCNFs的均匀分散而具有出色的透明包装性能。

工艺瓶颈、产业链协调障碍及改进方法

椰子衍生材料在建筑领域具有巨大的潜力，尤其是在5–10%的用量范围内，可以实现机械强度和环境效益之间的最佳平衡。然而，已经确定了明确的替代限度：在水泥应用中为20%，在骨料应用中为10%。超过这些阈值后，强度会下降且可加工性降低，这主要是由于界面不兼容性和多孔微观结构所致。

结论与未来展望

本综述全面介绍了椰子种植、加工和消费过程中产生的废弃物流的多方面应用，强调了这些农业副产品作为具有独特物理化学特性的宝贵可再生资源，可以通过先进转化技术转化为高价值产品。当前分析重点关注三个主要应用领域：

CRediT作者贡献声明

张腾月：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、资源收集、方法论制定、研究设计、资金申请、数据分析、概念构建。高志杰：初稿撰写、项目管理、方法论制定。曾德贤：审稿与编辑、项目管理、方法论制定。王彦华：数据可视化、结果验证、研究设计、概念构建。

参与同意

所有作者都对稿件的先前版本进行了评论，并阅读并批准了最终版本。

发表同意

所有作者均同意论文的发表。

伦理批准

本研究未涉及任何动物或人类实验。

资金来源

本综述未获得公共部门、商业机构或非营利组织的任何特定资助。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

我们衷心感谢中国三峡大学的曹春宇博士在写作建议方面提供的帮助。本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：81602559）的支持。