菠蘿加工廢棄物利用現狀及對策

龍飛　李冬梅　黃皓璋　姚小華

摘要：菠蘿加工產生大量廢棄物，不僅造成資源浪費，而且降低菠蘿產業效能。本文歸納總結了菠蘿加工廢棄物在常規食品、成分提取、功能性轉化及應用、畜禽飼料等領域的研究利用現狀。發現大多數利用研究均處于實驗階段，菠蘿皮作為廉價飼料是當前主要的處理方式。針對現狀提出相應的對策，為菠蘿產業挖掘廢棄物的利用價值提供參考。

關鍵詞：菠蘿；加工廢棄物；利用

中圖分類號：TS209 文獻標志碼：A

Status Quo of Utilization of Pineapple Processing Waste and Countermeasures

LONG Fei， LI Dongmei， HUANG Haozhang， YAO Xiaohua

（Guangdong AIB Polytechnic College， Guangzhou， Guangdong 511365， China）

Abstract： A large amount of waste generates in pineapple processing， which cause resource wasting and reduce industrial efficiency. This paper summarized the research and utilization of pineapple processing waste in conventional food， component extraction， functional transformation and applications， livestock and poultry feed， etc. Most utilization researches are just in experimental stage， using pineapple peel as cheap feed is current main handling method. The countermeasures were also proposed based on the present situation， which could provide a reference for pineapple industry to explore the utilizable value of the waste.

Keywords： Pineapple; processing waste; utilization

16世紀，菠蘿傳入中國，現已是我國熱區五大水果之一。我國現有70多個菠蘿品種，種植面積穩定在六、七萬公頃，產量約156萬 t，集中在廣東、海南、云南、廣西、福建及臺灣等省份。其中，廣東菠蘿產量占全國的60%左右[1，2]，而徐聞縣菠蘿產量約占全省的57.4%[3]，產業相對集中。菠蘿加工產品大多是罐頭和果脯，加工過程產生的廢棄物菠蘿皮還帶有大量果肉，占全果重量的50%～60%[4]，推算僅徐聞地區年加工6萬t菠蘿[5]就產生廢棄果皮量高達3～4萬 t。如何處理好菠蘿加工廢棄物、完善菠蘿全產業鏈、發揮菠蘿重要的產業效能是當前急需解決的問題之一。

菠蘿皮營養成分與果實類似，包括糖類、蛋白質、脂肪、多種維生素和礦物質，此外還含有豐富的膳食纖維、蛋白酶、多酚等生物活性成分[6-8]，因此菠蘿加工廢棄物具有重要的開發價值和廣闊的應用前景。本文總結了菠蘿加工廢棄物利用現狀，并提出發展對策。

1 常規食品

菠蘿皮渣含有多種可食性成分，很多研究將菠蘿皮加工為各種食品。肖娟等[9]將菠蘿皮添加到戚風蛋糕中，研制的最優配方產品不僅外形完整，口感柔和，風味獨特，還能為人體提供膳食纖維和多酚等營養物質。周玉晴等[10]使用響應面法優化菠蘿皮粉曲奇餅干配方，以100 g低筋面粉為基準，菠蘿皮粉添加量20％、糖粉添加量40%、黃油添加量53.5%，制得的菠蘿皮粉曲奇餅干總膳食纖維含量為5.23 g/100 g，不僅香氣濃郁，干酥松脆，還起到為人體補充膳食纖維的作用。林麗靜等[11]使用菠蘿皮渣為原料，進行糯米果酒發酵，并對果酒發酵過程的維生素C、黃酮、多酚、糖類、蛋白質、氨基酸等成分的變化和抗氧化能力變化進行了研究。王玲等[12]采用多菌種混合物發酵菠蘿皮漿料，在最佳工藝條件下所釀制的菠蘿果醋香氣濃郁、酸味柔和。李佳宸等[13]將菠蘿皮干燥粉碎后先后接種酵母、醋酸菌發酵，經過1～2個月陳釀得到具有菠蘿特有香氣，酸味柔和、無異味、澄清、無異物、無懸浮物的產品。黃奮良[14]將菠蘿皮、菠蘿目、菠蘿芯等粉碎榨汁后以汁液為主要原料制作出具有菠蘿香味、軟硬適度的果凍。朱玉強等[15]將菠蘿皮經過解凍、打漿、調糖、發酵后制得發酵乳酸飲料，果汁味較好。劉旸旸等[16]以番石榴、菠蘿皮為主要原料，以銀耳、茶、白砂糖為輔料，研制一款無防腐劑的復合果醬。

這些常規食品的研究應用為菠蘿皮渣的處理提供重要的參考，但相對于同類產品優勢不突出，市場的認可度和產品的個性化有待提高。

2 成分提取

2.1 蛋白酶

菠蘿蛋白酶在食品加工、醫藥保健品和美容化妝品等行業和領域均有廣泛的應用。通常提取蛋白酶是從菠蘿果肉提取，菠蘿品種不同、不同成熟期，蛋白酶含量會有差異[17]，菠蘿皮成分與果肉相差無幾，還有研究表明菠蘿皮中粗蛋白含量是果肉的2.5倍[18]。張桂香等[19]使用NaCl鹽析法從菠蘿皮中提取菠蘿蛋白酶，最佳條件為NaCl 14%、pH 7、溫度0 ℃。陳偉杰等[20]使用調節pH值法提取菠蘿皮蛋白酶，經過響應面法研究確定的最優提取條件為料液比1∶3、pH 6.0、溫度50 ℃，提取菠蘿皮蛋白酶含量最高為0.937 mg/g，最優條件下的酶活為1.823 U/mL。羅夢[21]使用硫酸銨鹽析法從菠蘿皮渣汁提取蛋白酶測得酶活為714.19 U/mL，并在牛肉嫩化研究中發現當酶添加量為20 U/g，牛肉的持水力達到最大值，蒸煮損失率和剪切力的值最小，牛肉外觀及形態完整性保持較好，嫩化效果最佳。陳偉杰[22]將菠蘿皮蛋白酶應用于魚鱗蛋白的酶解，水解度為1.314±0.040%，米氏常數為4.11%。此類研究為菠蘿皮蛋白酶的提取和應用提供了新思路。

2.2 果膠

果膠是一種多糖，可作為一種膠凝劑、穩定劑、組織形成劑、乳化劑和增稠劑廣泛應用于食品工業中。商業化生產果膠的原料主要是柑橘皮及蘋果皮。有研究表明菠蘿皮果膠物質占濕質量的1.7%、占干質量的9.2%[23]，這個比例已經遠超出很多水果中果膠含量，已公開的菠蘿皮果膠提取方法較多。杭瑜瑜等[24]以干菠蘿皮渣為原料，運用硫酸鋁作為果膠沉淀劑提取菠蘿皮渣中的果膠。鄭振峰等[25]采用響應面法優化乳酸輔助提取菠蘿皮果膠的工藝。馮銀霞[26]采用草酸銨作為提取溶劑和微波處理法提取菠蘿皮中果膠；邱玉美[27]采用超聲波法水解和酒精沉淀法提取果膠，果膠得率約為8.21%。向東等[28]選用檸檬酸-鹽酸作為萃取劑，粗果膠的提取率為6.11%?？梢姀牟ぬ}皮中提取果膠具有非常廣闊的研究和應用前景。

2.3 黃酮

黃酮類物質是一類廣泛存在于自然界的多酚類化合物，具有較強的天然抗氧化性，能清除體內自由基。有較多的研究從菠蘿皮中提取黃酮類物質。韓兆軒等[29]通過實驗對比7種大孔樹脂對從菠蘿皮中分離黃酮類化合物的效果，發現AB-8大孔吸附樹脂的分離純化效果最好，具有一定的推廣價值。劉伶文等[30]利用超聲波輔助乙醇法從菠蘿皮中提取黃酮，確定最優提取工藝為乙醇濃度60%、提取時間30 min、料液比1∶40、超聲功率0.44 kW，黃酮獲得率1.03%，并發現黃酮提取液抑菌效果明顯。杭瑜瑜等[31]以干菠蘿皮渣為原料，采用超聲波輔助提取菠蘿皮中的總黃酮，提取率為2.7075%。徐方祥等[32]采用微波輔助乙醇-磷酸氫二鉀雙水相的方法對干菠蘿皮中黃酮進行提取，得率可達5.34%，相對提取率較高，可為黃酮的提取提供參考。趙娟娟等[33]采用超聲-微波協同萃取法從濕菠蘿皮提取總黃酮，最佳提取率為1.11%。侯巧芝等[34]采用超聲輔助雙水相同時提取菠蘿皮總黃酮和多糖，提取率分別為21.33、18.95 mg/g。采用經濟可行的方法來提高黃酮提取率是研究的重點方向。

2.4 可溶性膳食纖維

可溶性膳食纖維是不能被人體消化酶所分解、溶于水的多糖類物質，具有降血壓、降血脂、降血糖、清除體內自由基、抗氧化、防衰老、抗癌防癌、增強機體免疫力等多種生理功能。菠蘿皮中含有的可溶性膳食纖維含量較高，有較多的研究提取可溶性膳食纖維。周濃等[35]使用乳酸發酵菠蘿皮渣制備膳食纖維，得到的菠蘿皮渣膳食纖維中總膳食纖維含量為80.56%，可溶性膳食纖維的含量為10.06%。戴余軍等[36]使用酶法提取干菠蘿皮中可溶性膳食纖維，提取率為23.89%，相對較高。郭涵博等[37]采用酸法提取可溶性膳食纖維提取率可達16.15%。林麗靜等[38]利用保加利亞乳酸桿菌和嗜熱鏈球菌混合發酵提取膳食纖維，提取率為9.33%，并檢測表明該法所制備的膳食纖維可作為食品添加劑使用。市面可溶性膳食纖維主要來自大豆、魔芋、紅薯等，價格差異較大，菠蘿皮提取的可溶性膳食纖維需要在價格、性能等方面具備一定的競爭力才有研究開發價值。

2.5 不溶性膳食纖維

主要包括半纖維素、纖維素、木質素等，主要功能是潤腸通便、輔助減肥、提高機體免疫力等。劉鵬等[39]使用堿處理法從菠蘿果渣中提取不溶性膳食纖維，在最優工藝下得率為48.81%，經過檢測表明提取的不溶性膳食纖維具有較好的結構及功能特性。不溶性膳食纖維和可溶性膳食纖維是功能性食品主要功效成分之一，未來具有巨大的市場潛力。

2.6 色素

植物天然色素在食品行業、紡織服裝行業等領域有廣闊的應用。已公開的菠蘿皮中色素提取方法有溶劑法[40-42]、微波[43]、超聲波+溶劑[44-45]、超聲波+水[46]、溶劑+酶輔助[47]等。已公開的菠蘿皮色素提取研究中除雜工藝研究較少，應進一步進行除雜提純來提高品質。菠蘿皮中的黃色素穩定性相對較好，是一種有前景的食品添加劑。

2.7 多酚

多酚類物質具有清除體內自由基、抗脂質氧化、延緩機體衰老、預防心血管疾病、防癌、抗輻射等生物活性功能[48]。王娟等[49]采用超臨界二氧化碳萃取菠蘿皮多酚，得率為61.12 mg/g。胡會剛等[50]采用回流法制備菠蘿皮渣粗多酚，再采用不同極有機溶劑對粗提物進行萃取，后用大孔樹脂對萃取物進一步分離、純化，提取率為0.67%。薛山等[51]使用有機溶劑輔助超聲波從菠蘿皮渣中提取多酚，最優提取率為16.89± 0.18mg GAE/g DW。菠蘿皮多酚功能性應用前景較廣，提取相對簡單，有望進行工業化提取后作為功能性食品關鍵成分加以開發利用。

菠蘿皮中蛋白酶、果膠、黃酮、膳食纖維等上述成分的提取研究，大多是提取單一組分，總提取利用率偏低，均處于實驗研究階段。

3 功能性轉化及應用

3.1 復合水凝膠

羅蘇芹等[52]以海藻酸鈉、菠蘿皮渣制得的納米纖維素晶體為原料，制得水凝膠，并采用溶液共混法固定化風味蛋白酶，在最佳條件下固定化后的蛋白酶明顯提高穩定性，具有良好的應用前景。羅鈺湲等[53]以菠蘿皮渣纖維素為原料，通過堿/尿素體系溶解纖維素并摻入皂土，利用化學交聯和原位嵌入磁性Fe3O4制備復合水凝膠，對染料具有良好的吸附性能。菠蘿皮渣在水凝膠領域中的研究應用為菠蘿皮渣功能性研究提供了方向。

3.2 有機肥和蚯蚓養殖

蚯蚓處理菠蘿皮渣與牛糞腐熟料混合物的殘渣含有機質29.03%、Ｎ 0.36%、P2O5 0.9%、K2O 1.04%，存在氮素營養不足的問題[54]。同時該研究還發現采用人工養殖蚯蚓的方式處理菠蘿加工皮渣，只要餌料配制和飼養管理恰當，無論是蚯蚓的生長還是繁殖，都很正常。該研究對菠蘿皮的處理有一定參考意義，但在細節方面比如增加牛糞、處理周期等需要詳細研討。

3.3 緩蝕性能

趙時仁等[55]研究了菠蘿皮、菠蘿冠芽提取液在鹽酸溶液中對A3鋼的緩蝕性能，表明在50℃、5%HCl中，使用0.5%的BLB、BLY濃縮物緩蝕率可達90%以上。該研究對菠蘿加工廢棄汁液的應用有重要的參考價值，但只做了在鹽酸介質中對A3鋼的緩蝕性實驗，具有一定的局限性。

3.4 吸附

余銳等[56]以菠蘿皮渣為原料，利用環氧氯丙烷和二甲胺進行環氧化和胺化改性，得到菠蘿皮渣纖維的改性產物，對大紅4B、還原黃G、活性深藍B三種染料廢水均具有較好的吸附效果。黨子建等[57]對菠蘿皮渣中纖維素進行醚化和胺化改性得到的染料吸附劑，對染料具有顯著的吸附作用。堿液改性后的菠蘿皮對Cd2+、室內TVOC、廢水中的Cu2+均有較好的吸附效果[58-60]。陳清蘭[61]使用高錳酸鉀改性菠蘿皮渣，對Cu2+有較好的吸附效果。李芹等[62]使用檸檬酸對菠蘿皮粉末分別進行超聲波改性和熱改性，均明顯提高了對亞甲基藍的最大吸附量。這些改性方法使菠蘿皮成分部分官能團發生改變或者增加表面積，使改性后的菠蘿皮對染料、重金屬、有機揮發物等物質具有良好的吸附效果，實現以廢治廢，具有廣闊的應用前景。

3.5 固定蛋白酶

固定化酶可以顯著增強酶的儲存和操作穩定性。陳輝等[63]在離子液體中用L-絲氨酸對提取的菠蘿皮渣纖維素進行均相改性后，對固定化菠蘿蛋白酶具有更好的溫度穩定性和酸環境穩定性。此研究對菠蘿蛋白酶的固定和后期的蛋白質多肽制備、肉類嫩化等應用具有重要的意義。

3.6 菠蘿皮膳食纖維改性

姜永超等[64]考察了超微粉碎、蒸汽爆破和擠壓膨化3種物理改性方式對菠蘿皮渣膳食纖維的基本成分、理化性質、形貌結構及生物活性物質溶出量的影響，發現蒸汽爆破處理有助于改善菠蘿皮渣膳食纖維的品質；并且發現當蒸汽爆破處理改性的菠蘿皮渣膳食纖維添加量為7%時，餅干品質最佳[65]。使用物理方法改性菠蘿皮膳食纖維后再制成食品，是最有前景的研究方向之一。

3.7 酵素

酵素中含有豐富的礦物質、維生素、低聚糖、多酚、黃酮、酶和次生代謝產物等營養成分，具有美白抗氧化、抗菌消炎、潤腸通便、解酒護肝、增強機體免疫力、修復機體損傷等保健功能。南竹等[66]先使用果膠酶及纖維素酶對菠蘿皮進行酶解后接種酵母菌發酵20 h、經過濃縮、真空冷凍干燥得到水分含量小于4%的菠蘿皮渣酵素粉。賴惠珍[67]使用保加利亞乳桿菌發酵菠蘿皮渣酶解液，最終得到棕黃色、色澤較均勻、有濃郁的菠蘿香味并伴有發酵香味、酸甜適中、適口不刺激的酵素，營養豐富。菠蘿皮渣加工成酵素，會大大提高經濟價值，為菠蘿副產物的綜合利用開辟新的途徑。

3.8 蝦青素

蝦青素是一種天然類胡蘿卜素，具有較強的抗氧化、清除自由基、增強宿主免疫力等功能，因此在飼料、食品、化妝品及醫藥等領域有廣闊的應用前景。楊瑞等[68]以菠蘿皮渣壓榨后的汁液作為發酵培養基主要成分，采用法夫酵母對其進行發酵生產蝦青素，在最優工藝下蝦青素產量可達6.5751 mg/L。該研究對菠蘿加工液體廢棄物和菠蘿皮渣固體廢棄物的處理具有重要的參考意義。

現階段對菠蘿皮的改性、功能性轉化是研究熱點之一，但均處于實驗研究階段，離大規模處理菠蘿加工廢棄物還有距離。

4 畜禽飼料

國內菠蘿皮在喂養牲畜方面的研究和應用相對較早。黃連基等[69，70]研究使用菠蘿皮喂牛，不僅能代替象草、紅薯藤等青飼料，降低飼料成本，對奶牛的乳量具有一定的增產作用，還能增加牛體重體質、護牛過冬、減少死亡，并且具有促進犢牛和育成牛痛胃的早期發育，防止舔食臟物等惡習，減少疾病發生的良好效果。彭超威[71]使用15%～25%菠蘿渣養豬，可以節約精料、降低成本。呂慶芳等[7]研究發現菠蘿皮可作為能量飼料應用到貴妃雞日糧中，其添加量以2.5%左右為宜。研究表明菠蘿皮含有一定量蛋白酶和有機酸，喂牛時一次投食不能過多，一般占日糧10%～20%即可。鮮菠蘿皮喂食前常用1%～3%的食鹽水浸泡半小時[72]。除了直接喂養外，還可以將菠蘿皮進行青貯、烘干、發酵等處理。

張健[73]使用綠色木霉和啤酒酵母混菌發酵菠蘿皮，在優化的培養條件下，發酵產物的粗蛋白質含量可達26.98%，可作為優質的蛋白質飼料。楊正楠等[74]對菠蘿皮渣發酵飼料的發酵特性及發酵對其營養的改善進行了研究。陳間美等[75]進行了菠蘿皮渣生產優質高菌體蛋白飼料發酵菌種的篩選及發酵條件的優化。吳征敏等[76]研究了乳酸菌和纖維素酶對菠蘿渣青貯發酵品質及體外發酵效果的影響。這些研究可以提高菠蘿皮間接作為飼料的使用范圍和效率。

使用菠蘿皮直接或者間接喂養牲畜，對菠蘿加工企業來說處理相對簡單，大量的菠蘿皮被低價賣給養殖場，菠蘿皮只充當了一種廉價飼料。菠蘿皮的高效利用研究和產業化技術開發是未來的發展趨勢。

5 對策

（1）完善產業鏈條，走規?；l展道路?，F階段菠蘿加工成品主要為菠蘿罐頭和果汁，加工難度低，生產規模過于分散，導致菠蘿加工廢棄物利用率太低。

（2）加強政府、企業、各類科研機構等多方合作，彌補企業單方技術短板。菠蘿加工廢棄物的多數利用方式仍停留在理論和試驗階段，商業化、產業化利用程度低，需要多方合作推進產業化進程。

（3）加強技術研發，提高菠蘿皮渣利用率，最大限度增加菠蘿附加值，充分發揮產業效能。

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責任編輯：李菊馨

基金項目：廣東省高?？蒲衅脚_科技服務鄉村振興重點領域專項（2022ZDZX4094）。

第一作者：龍飛（1985―），男，碩士，副教授，研究方向為功能性食品加工及廢棄物高效利用，E-mail：lffwu@163.com。

收稿日期：2023-09-22