我国菠萝皮渣综合利用的研究进展

杨眉，迟晓君

（山东农业工程学院，山东济南250100）

菠萝是一种热带水果，在我国南部和东南部沿海热带地区广泛种植。由于生命力旺盛，易存活，产量大，近年来菠萝的种植面积不断扩大。菠萝外皮多硬质果槽，果肉还有刺根，在生产上多将这些不可食用部分剔除扔掉，然而菠萝皮渣中含大量有益人体健康的可提取物质与发酵性能良好的乳酸菌菌株，扔掉会造成浪费，而且污染环境。针对目前大量产生的菠萝皮渣问题，许多实验室开展了相关研究，以提高植物资源的附加值和利用率，促进可持续发展。

1 菠萝皮渣利用现状

我国是世界十大菠萝主生产国之一，自17 世纪初从葡萄牙引入以来菠萝已有400 多年的栽培历史，主要集中在广东、海南、福建、广西和云南等省区，目前菠萝已成为我国重要的热带经济作物。菠萝生产加工过程中，会产生大量的皮渣废弃物，据统计，几乎有50%～60%的菠萝皮渣未被利用。目前对于菠萝皮渣的研究主要是提取工业原料，如提取蛋白酶、分离纤维素和半纤维素等；在发酵方面主要是生产酒精、开发醋酸饮料[1～4]等。总的来说，当前对菠萝皮渣的利用多处于试验阶段，产业化趋势还未形成。

2 菠萝皮渣的利用方式

2.1 提取果胶

果胶是植物细胞壁的重要组成部分，具有降血糖、降血脂的功效[5]，可用作天然耐酸的凝胶剂[6]，在我国《食品添加剂食用卫生标准》（GB 2760-2014）中规定：生产中可适量使用果胶。根据甲氧基酯化度高低，可将果胶分为高酯果胶和低酯果胶，而自然界中果胶一般以高酯果胶存在，高酯果胶降低酯化度才可得到低酯果胶。低酯果胶较高酯果胶更容易应用于工业生产，凝胶条件宽泛，对糖浓度、pH 要求不严格，在多价金属离子交联下可凝胶，且有更低的含糖量，约为30%[7]，可满足消费者对于低糖的需求。

菠萝皮渣中低酯果胶含量高。杭瑜瑜等[8]采用纤维素酶法提取干菠萝皮渣中的果胶，并用超声波作为辅助手段，主要工艺流程为预处理后的干皮渣→机械粉碎→加酸溶解→加酶酶解→过滤→减压浓缩→静置→离心分离→醇洗→真空干燥→果胶，通过对上述试验工艺和条件的不断摸索，得到最佳工艺参数：超声波功率为507 W、10 mL 提取液中纤维素酶添加量为0.51 g，获得较高的果胶提取率，约为2.584 3%。经理化分析测得该果胶酯化度为47.99%，属于低酯果胶的范畴，可用作低糖或无糖食品的增稠剂，以改善食品品质和增加食品的稳定性。郑振峰等[9]对乳酸辅助提取果胶的方法进行优化，平均果胶得率为8.47%；姚春波等[10]采用纤维素酶辅助酸法从菠萝皮渣中提取果胶，并与直接酸法提取的果胶含量进行对比，发现前者的提取率明显高于后者。赵梅等[11]在提取果胶时采用超声波-表面活性剂辅助手段，在最佳条件下提取率高达8.73%。以上实验在提取果胶时都采用了辅助手法，果胶得率比较高，这为科研人员在进行酶法、盐析法、酸法等提取果胶时提供了思路。

2.2 制备纳米纤维素水凝胶

纳米纤维素水凝胶是以纳米纤维素为主要原料，以交联方式形成的具有强亲水保水性的三维网络结构[12]，具有生物相容性和生物可降解性[13]，可应用于医药、农业、化妆品等领域，是一种应用前景广阔的高分子材料[14]。罗苏芹等[15]改良原来的方法，以海藻酸钠、纳米纤维素晶体（菠萝皮渣制得）为原料，通过提取菠萝皮渣纤维素，制备了纳米纤维素晶体悬浮液，加入交联剂最终通过交联作用制得水凝胶。戴宏杰[14]以菠萝皮渣为原料，探讨不同方法制备的菠萝皮渣纤维素组成及其物化性质。纳米纤维素水凝胶在菠萝皮渣领域中的报道为相关研究人员开展菠萝皮渣功能性研究提供了方向。

2.3 提取黄酮

黄酮可以提高非特异免疫和体液免疫功能、抗肿瘤和抗突变、保护中枢神经系统。相关研究发现，菠萝皮中富含黄酮等酚类抗氧化活性物质[16-19]。

随着学者们在菠萝皮渣提取黄酮领域研究的深入，关于菠萝皮渣中黄酮提取的报道也越来越多。徐方祥等[20]采用微波辅助双水相乙醇-磷酸氢二钾体系的方法提取黄酮。首先分别以提取时间、乙醇浓度、磷酸氢二钾浓度、微波功率、液料比进行单因素实验。数据表明，黄酮提取时间对提取率影响最大，乙醇浓度次之，然后为提取时间和液料比。通过正交试验得出，在乙醇浓度为60%、微波功率464 W，液料比40：1(mL/g）条件下提取45 s，黄酮提取率明显上升，达到5.34%[20]。林丽静等[21]将菠萝干皮渣粗粉碎后继续超微粉碎，相关数据表明多酚溶出量增加，但目前在菠萝皮渣综合利用的研究领域未见有超微粉碎辅助提取黄酮优化实验的报道，有关科研人员可以此为突破点进行深入的探究。

2.4 发酵畜禽饲料

2.4.1 单一乳酸菌青贮发酵

青贮饲料是利用乳酸菌在厌氧条件下对植物秸秆、茎叶、谷壳等发酵而成，乳酸菌通过自身代谢活动将植物中的糖类变为乳酸，乳酸积累到一定浓度，酸性条件下其他微生物活动受到抑制，有助于延长饲料保存期限，提高饲料的消化吸收率。青贮发酵过程中秸秆等物料含糖量稍低，供乳酸发酵可利用的营养物质有限，故在实际生产中会配合其他底物发酵。虽然应用乳酸进行饲料发酵优势诸多，但是也有限制因素，如菌种培养设备投资大、菌种保存条件严苛等，大部分乳酸菌菌种都需要从专门的菌种保藏研究所购买，这就使菌种性质单一，饲料品质差，保存期限短。

有资料显示，菠萝皮渣富含糖类、纤维素等碳水化合物，可以为乳酸菌提供充足碳源。因此从菠萝皮渣中分离乳酸菌菌株并将其应用于辅助稻草青贮发酵便显得很有必要。全林发等[22]尝试在鲜稻草青贮发酵时添加不同含量的菠萝皮渣，研究发现添加菠萝皮渣之后，乳酸菌数量增多，青贮效果好，同时饲料品质提高。香换玲等[23]以此为切入点从菠萝皮渣中分离出生长性能良好的乳酸菌菌株。目前关于此乳酸菌在菠萝皮渣辅助稻草青贮中仍有许多问题需要解决，如发酵所需菌株量、温度、湿度、水分等环境因素的控制、增效多少等。

2.4.2 复合发酵饲料

为进一步提高菠萝皮渣的发酵效能，研究人员采用多菌种进行复合发酵。如龚霄等[24]通过复合菌种发酵菠萝皮渣的试验发现，菠萝皮渣中的钙、磷元素由无机态转化为有机小分子形式，能提高畜禽对钙和磷的吸收利用率。杨正楠等[25]经测定发现，复合发酵后菠萝皮渣TCA 可溶蛋白（小分子肽和游离氨基酸）含量由0.54%提高到0.86%，且在皮渣发酵24 h 后，TCA可溶蛋白含量变化与粗蛋白含量变化相反，二者呈此消彼长的态势，这说明微生物将粗蛋白大分子分解为小分子氨基酸和小分子肽，进一步解释了发酵饲料中蛋白质吸收率高的原因。钟灿桦等[26]混合绿色木霉和产朊假丝酵母进行固态发酵，对粗蛋白理化分析后得出, 复合菌发酵菠萝皮渣所得粗蛋白含量高于单一菌种发酵。梁耀开等[27]在既有研究的基础上进一步探究菠萝皮渣生产蛋白饲料的发酵条件，最终确定当根霉和产朊假丝酵母混合比例为6：4，混合菌种接种量为10%，以菠萝皮粉、麸皮、尿素、硫酸铵、磷酸氢二钾制成的固态发酵培养基厚度3 cm，料水比3：7 时，此条件下理化分析得出粗蛋白含量高达18.72%。

2.5 吸附重金属

我国工业迅速发展的同时带来了重金属污染问题，科研人员发现菠萝皮渣能够吸附重金属。陈清兰[28]将菠萝皮渣用KMnO4处理后，发现改性的菠萝皮渣对Cu2+的吸附率由45.6%提高到96%以上，说明在特定条件下处理菠萝皮渣会提高其吸附重金属的性能。马沛勤等[29]将皂化后的菠萝皮渣进行Zn2+吸附对比实验，即制备3 组15 mL 的40、60、80、100、120 mg/L 的Zn2+标准溶液，将pH 调至6 后，于试管中分别加入菠萝皮渣、纤维素（从菠萝皮渣中提取）、活性炭各0.3 g，混合均匀后在40 ℃下静置2 h，测定吸光度，对比吸附效果。相关测定数据表明，在低浓度范围内，尤其是在Zn2+浓度为40 mg/L 时，菠萝皮渣和纤维素吸附力高于活性炭；Zn2+浓度高时，三者吸附效果差别不大。实验数据还证明菠萝皮渣中起吸附作用的主要是纤维素。该试验还利用红外光谱仪和电子显微镜分别对菠萝皮渣表面和化学官能团进行分析，研究后发现有吸附能力的化学基团为-OH、C=O、C-O，皮渣表面有大量的褶皱和细微小孔，这说明皂化菠萝皮渣对锌的吸附是化学吸附和物理吸附共同作用的结果。

3 结语

目前对菠萝皮渣中物质的提取大多数仍停留在试验室优化阶段，超微粉碎辅助提取黄酮以及将从菠萝皮渣中分离的乳酸菌菌株应用在菠萝皮渣辅助饲料青贮等也仅是个理论猜想，还需用数据来证明。采用辅助手段提取果胶、制备纳米纤维素水凝胶为研究菠萝皮渣的综合利用提供了思路，除此之外，菠萝皮渣综合利用的产业化程度低，效益转化时间长。要使菠萝皮渣的综合利用率提高，不仅需要科研工作者砥砺前行，不断探索钻研，同时还需要菠萝加工企业优化自身结构，促进产业多元化发展，增进与院校、科研机构合作，促进技术攻关不断引进新技术，积极试点，取得更好效果[30,31]。