【原创】菠萝皮的综合利用(已发表综述)
菠萝(Pineapple) 又名凤梨,学名Ananas comosus (L) Merr,凤梨科凤梨属,是热带亚热带著名水果,其色、香、味及营养价值俱佳,深受群众喜爱。目前菠萝的加工产品主要是糖水菠萝罐头,但在加工过程中几乎有50%~60%[1]的菠萝皮被加工厂随处丢弃,这既浪费了大量的生物资源(据报道[2]菠萝皮渣含有的营养成分与果肉的基本成分相接近),又易堵塞河道,污染河水毒害鱼虾;还会酸化土壤,滋生蚊蝇,散发酸腐臭味,严重污染加工区的生态环境[3]。如何把这些宝贵的资源充分利用起来,国内外作了许多研究,本文对菠萝皮的综合利用作一简单综述。
一、食品领域
1.1菠萝果酒
李瑛[2]对菠萝皮酿制低度果酒进行了—些初步的探索,果皮破碎—二氧化硫灭菌,配糖(偏重亚硫酸钾作抑菌剂,7%蔗糖)—接种(果酒酵母63,64号)—主发酵(28~30℃,4~10d)—二次补糖(13%蔗糖,发酵至少泡或无泡,浮渣下沉)—后发酵(榨出果酒,密闭发酵15~25d)—陈酿,勾对调配。产品酒色淡黄透明,带果香,酒度适中,口感较好,但由于单宁、生物碱等物质的存在余味中仍带轻微的苦味。因此要获得较成熟的产品仍需作大量的研究工作。
1.2白兰地
黄发新[1]等人研究了菠萝皮制备白兰地的加工工艺,果皮破碎—调整糖酸(天然pH,糖浓度15%)—灭菌(巴氏灭菌)—传统发酵(酵母AS2,346种子液2%,常温30~32℃,78小时)—蒸馏—调配—陈酿。产品澄清、透明,色、香、味俱美,尤以果香浓馥,具有典型白兰地风格,与我国名牌产品烟台白兰地和金奖白兰地相比质量不相上下。
1.3果醋
蓝卫[4]对菠萝皮酿制果醋的工艺进行了研究,果皮破碎(筛网孔径12mm)—调节糖酸(白砂糖,柠檬酸添加量根据终产品的预期酸度进行计算)—酒精发酵(活性干酵母,加入量为原料的0.05%)—醋酸发酵(活性醋酸菌,加入量为原料的0.05%)—陈酿(装罐密闭保存一个月左右)—澄清(3#澄清剂,加入量2.5%)—过滤,灭菌(60~70℃,30min)。菠萝果醋清澈透明,呈琥珀色,菠萝香气浓郁,酸味柔和,含有丰富的维生素C和各种人体所需的矿物质,不仅可作为一般用醋使用,还可用于配制营养丰富和有疗效作用的保健醋饮料。
1.4果冻
黄奋良[5]研究了以菠萝皮为原料加工果冻的方法,将菠萝皮、菠萝芯等先经破碎,压榨取汁,再过滤以除去大小悬浮颗粒,接着进行澄清处理,可以把菠萝汁加热至沸1~2min,速冷,静置数小时;或者直接在过滤后的菠萝汁中加入3%新鲜蜂蜜以及使用远天33酶制剂澄清等等。澄清完毕后用虹吸方法吸取上清液,所得上清液即为制果冻用澄清菠萝汁。然后加入柠檬酸、糖浆、果冻凝固剂等配料,按照传统的果冻加工工艺加工制成具有菠萝口味的果冻。
1.5酸乳饮料
朱玉强[6]等人研究了菠萝皮发酵乳酸饮料的制作工艺,工艺流程如下:菠萝皮清洗—打浆(0.1%Na2SO3溶液与皮等质混合,打至0.3~0.4cm3)—鲜奶杀菌(110℃杀菌15min)—调糖,接种(用葡萄糖调至10.6~11.1Be,接种乳酸菌0.3%)—发酵(28~31℃,6d)。该法制得的乳酸饮料菠萝味较好,酸味较柔且出汁率高。
二、发酵制品
2.1 沼气
Bardiya Nirmala等人[7]研究了菠萝皮在不同的水压维持时间(HRT)下沼气的产量。试验结果表明,在较低的HRT下,可以获得较高的气体产生速率(单位时间内单位体积基质的气体产生量)。菠萝皮在10d的HRT条件下,气体的最大产生速率达到0.93L,甲烷的含量为49%,而基质利用率为58%。D. Swaroopa Rani等人[8]则先将菠萝皮青贮6个月,然后再接种沼气发酵液进行甲烷的生产,研究表明气体的产量为0.67m3/kg挥发性固形物,甲烷的含量为65%。该法可将生化需氧量(BOD)降低91%并且无异味产生,发酵后的浆状物质还可以用作家畜、家禽、愕乃橇稀?2.2 乙醇
J.N. Nigam[9]以菠萝皮为原料进行乙醇的连续发酵,菠萝皮破碎,压榨取汁(450~500L汁/ton原料)—热处理(80℃加热15min减少固形物含量及微生物数量)—冷却,离心(6000×g,15min)—调节上清液(添加(NH4)2HPO4, 0.6g/L; (NH4)2SO4, 2.5 g/L;MgSO4•7H2O, 0.5 g/L; 土温80, 0.5 g/L; 油酸, 0.1 g/L; 玉米浆(CSL), 5 g/L; 防沫剂Dow Corning, FG-10 0.1 ml/L,调节pH =4.5)—接种(Saccharomyces cereiciae ATCC 24553, 接种量5%v/v)—连续发酵(80℃,pH =4.5,泵入原汁保持稀释率0.02~0.25/h)。研究表明,稳定状态下乙醇的最大得率为(0.466±0.01)g/g基质。此外J.N. Nigam[10]还对固定化Saccharomyces cereiciae细胞连续发酵乙醇进行了研究,结果表明与上述的接种发酵相比,乙醇的得率可以提高11.5倍。
2.3 酚类抗氧化剂
Roberta T.P. Correia等人[11]研究了利用豆豉真菌Rhizopus oligosporus固态发酵生产酚类抗氧化剂的工艺,菠萝皮用微波炉70℃干燥5小时,磨成细粉,取5g与等量的大豆粉混合,置于250ml厄伦美厄烧瓶中,高压灭菌(121℃,10min),接种Rhizopus oligosporus0.5in×0.5in,加入10毫升灭菌蒸馏水,用纱布封盖,20~22℃培养12d。结果表明豆豉真菌产生的葡萄糖苷酶将处于结合态的酚类物质裂解为游离态,使总酚产量最终达到5.2 mg/g 基质。
2.4 柠檬酸
D. Kumar等人[12]对Aspergillus niger DS 1.菌株固态发酵柠檬酸进行了研究,菠萝皮用微波炉60℃干燥2d,磨碎过筛成1.2~1.6mm粒子,取5g该粒子放于250ml锥形烧瓶中,蒸馏水溶解调节水分含量分别至50%,60%,70%,80%,121℃灭菌1小时,自然冷却至室温,接种Aspergillus niger DS 1悬浮液(2×107孢子/ml)30℃培养8d(接种前以及灭菌后分别添加4%的甲醇溶液(v/w))。结果表明水分含量为70%时,柠檬酸的得率最大,达到11.3g/100g菠萝皮干固体。另外,Tran C.T.等人[13]利用A.ACM 3996菌株对菠萝渣进行固态发酵,发现柠檬酸产量比苹果渣和麸糠高,柠檬酸的质量分数最高可达1.61%,利润达到62.4%。
三、 饲料
3.1喂养奶牛
黄连基等人[14]利用青贮菠萝皮喂养奶牛,试验结果表明:青贮菠萝皮不仅能代替象草、红薯藤等青料从而降低成本,而且能够增加牛的体重及产乳量,特别是对于冬季增强牛的体质,护牛过冬,减少死亡起着极其重要的作用。此外还具有促进犊牛和育成牛瘤胃的早期发育、防止舔食脏物等恶习、减少疾病发生的良好效果。
3.2肉猪育肥
彭超威[15]用经密封青贮20d的菠萝渣中加入质量分数为15%~25%的基础日粮,进行肉猪育肥试验。结果表明,饲养100d后,猪的生长速度和肉的品质与对照没有显著差异,而成本却降低了2.72%~12.06%。
3.3蚯蚓养殖
陈玉水[3]采用菠萝皮渣+牛粪(2:0.5)作养殖蚯蚓的饵料,研究表明该基质中蚯蚓的成熟期和产卵期都很正常,经过蚯蚓处理后的残渣再补充一定数量的氮素还可以作为农业生产的优质有机肥料。因此作者建议可在菠萝加工厂的附近空地置办一个蚯蚓养殖场,既充分利用植物资源和劳力,又能及时处理掉数量庞大的环境污染源。
四、化工领域
4.1碳钢缓蚀剂
赵时仁[16]研究发现菠萝皮提取液在稀盐酸溶液中对碳钢具有较好的缓蚀性能,在50℃,5%盐酸中单独使用,其缓蚀率大于90%,此外它还与其它缓蚀剂具有良好的协同作用,而且热稳定性好,即使发酵30d缓蚀性能基本不变。该工艺不仅能充分利用菠萝皮将其变废为宝,而且工艺简单,成本低,无毒,无三废污染。
4.2胶乳生物凝固剂
古和平等人[17]研究了将菠萝皮汁用作天然胶乳的生物凝固剂的可能性,他们分析研究了菠萝皮汁的有效成分:酶活性、总糖、总酸、挥发酸、pH值五项指标(生物凝固剂的基本要求)及其贮存变化,最终提出菠萝皮汁作为生物凝固剂的技术规格应为:pH≥3.8(25型酸度计),总酸≤2.0%(酸碱中和法),挥发酸≤0.40%(蒸馏中和法),总糖≥3.0%(斐林法),酶活性≥0.03万单位/g。
五、其他
5.1菠萝蛋白酶的提取
朱明英等人[18]对菠萝皮中菠萝蛋白酶的提取和分离进行了研究,菠萝皮榨汁—5%苯甲酸钠溶液溶解,离心分离—上清液加入0.2%单宁沉淀蛋白酶—再次离心,得到蛋白酶糊复合物—多次洗涤离心(0.06%抗坏血酸,0.5%EDTA,0.5%硫代硫酸钠,1%L-半胱胺酸)—蛋白酶糊冷冻干燥—干酶。王平诸等人[19]将菠萝蛋白酶的超滤法浓缩有机溶剂提取工艺与其传统制备工艺高岭土吸附法和单宁沉淀法进行了比较,结果表明超滤法浓缩有机溶剂提取生产工艺虽然较为复杂,设备一次性投资也大,但该法基本上没有废物排放,可以达到清洁生产的要求而且酶质量好、纯度高、回收率高、产品酶活力高,能够达到医药级,综合经济效益最好。
5.2果胶提取
唐琳等人[20]利用菠萝皮提取果胶(每500t中可提取1t),流程如下:清洗煮沸(10min)—冷水漂洗,压榨—水解提取(加入榨干原料2倍重的软化水,盐酸调节pH至1.5~2.5,加热至70~80℃,30min后加热至90~95℃,保持60~90min)—过滤浓缩(尼龙布过滤,真空浓缩设备50~60℃)—脱色沉析(0.3%~0.5%活性炭,80℃脱色30min,95%乙醇沉析)—干燥粉碎。制得的果胶为淡黄褐色,无味,水分含量<10%、灰分<6%,细菌总数<100个/g,无致病菌。
5.3色素提取
何方奕等人[21]利用80%乙醇提取菠萝皮中的黄色色素,该色素色泽柔和,收率为8.48%,适宜在80℃以下酸性条件下使用,它对光热具有良好的稳定性,大多数氧化剂、还原剂、金属离子、糖类、盐及食品添加剂对其影响不大。
5.4 培养基
潘沧桑[22]等人研究发现用菠萝皮制成的培养基接种淡紫拟青霉,它们的生物学特征与标准培养基(PDA)上长出的生物学特征相差无几,表明利用果皮做原料生产淡紫拟青霉菌剂具有巨大潜力,此举不仅解决了果皮的综合利用问题,而且为线虫(全国农作物种植业因线虫病每年约损失233亿元)生物防治制剂—淡紫拟青霉菌剂的生产开创了一条新出路。
参考文献
1 黄发新,詹云辉.菠萝皮渣酿制白兰地的初步研究.广西热作科技,1997,(2):31~35
2 李瑛.菠萝皮渣酿酒试验初探.热带作物科技,1991,(5):62~64
3 陈玉水.蚯蚓处理菠萝皮渣的研究报告.农业环境与发展,1997,(4):25~27
4 蓝卫.利用菠萝皮渣酿制菠萝果醋的试验.中国酿造,1993,(1):16~20
5 黄奋良.以菠萝皮为原料制作果冻方法研究.广西热作科技,1991,(2):42~43
6 朱玉强,王统—.菠萝皮发酵乳酸饮料的制作.食品研究与开发,2003,24(2):52~53
7 Bardiya Nirmala,Somayaji Deepak,Khanna Sunil. Biomethanation of banana peel and pineapple waste. Bioresource Technology, 1996,58(1):73~76
8 Swaroopa Rani D, Krishna Nand.Ensilage of pineapple processing waste for methane generation.Waste Management,2004,(24):523~528
9 Nigam J N.Continuous ethanol production from pineapple cannery waste.Journal of Biotechnology,1999,(72):197~202
10 Nigam J N.Continuous ethanol production from pineapple cannery waste using immobilized yeast cells.Journal of Biotechnology,2000,(80):189~193
11 Correia Roberta T P, Patrick Mc Cueb, Magalhães Margarida M A.Production of phenolic antioxidants by the solid-state bioconversion of pineapple waste mixed with soy flour using Rhizopus oligosporus.Process Biochemistry,2004,(39): 2167~2172
12 Kumar D, Jain V K, Shanker G, Srivastava A.Utilisation of fruits waste for citric acid production by solid state fermentation.Process Biochemistry,2003,(38):1725~1729
13 Tran C.T,Mitchell D.A.Pineapple waste—a novel substrate for citric acid production by solid-state fermentation.Biotechnology Letters,1995,17(10):1107~1110
14 黄连基,廖军宁,赖贤信.菠萝皮喂牛技术的开发利用.中国畜牧杂志,1993,29(5):13~14
15 彭超威.菠萝渣在生长育肥猪日粮中的饲用价值研究.饲料研究,1992,(8):15~16
16 赵时仁.菠萝废料提取液在盐酸介质中对A3钢缓蚀性能的研究.化学清洗,1994,10(3):9~13
17 古和平,林文光,邹建云.菠萝果皮汁有效成分的研究.云南热作科技,1997,20(4):31~33
18 朱明英,林文光.菠萝蛋白酶的提取和分离.云南热作科技,1998,21(1):22~23
19 王平诸,孙君社,李魁.菠萝蛋白酶三种生产工艺的比较.河南化工,2002,(7):1~3
20 唐琳,王文波.利用菠萝皮和渣提取果胶.农牧产品开发,1999,(6):16~16
21 何方奕,张捷莉,程钰杰.菠萝色素的提取及其稳定性的研究.鞍山师范学院学报(综合版),1998,19(4):31~34
22 潘沧桑,徐腾,林竞.用食品废弃物培养淡紫拟青霉的研究.云南农业大学学报,1999,14(l):88~93
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