菠萝加工废弃物利用现状及对策

龙飞　李冬梅　黄皓璋　姚小华

摘要：菠萝加工产生大量废弃物，不仅造成资源浪费，而且降低菠萝产业效能。本文归纳总结了菠萝加工废弃物在常规食品、成分提取、功能性转化及应用、畜禽饲料等领域的研究利用现状。发现大多数利用研究均处于实验阶段，菠萝皮作为廉价饲料是当前主要的处理方式。针对现状提出相应的对策，为菠萝产业挖掘废弃物的利用价值提供参考。

关键词：菠萝；加工废弃物；利用

中图分类号：TS209 文献标志码：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，菠萝传入中国，现已是我国热区五大水果之一。我国现有70多个菠萝品种，种植面积稳定在六、七万公顷，产量约156万 t，集中在广东、海南、云南、广西、福建及台湾等省份。其中，广东菠萝产量占全国的60%左右[1，2]，而徐闻县菠萝产量约占全省的57.4%[3]，产业相对集中。菠萝加工产品大多是罐头和果脯，加工过程产生的废弃物菠萝皮还带有大量果肉，占全果重量的50%～60%[4]，推算仅徐闻地区年加工6万t菠萝[5]就产生废弃果皮量高达3～4万 t。如何处理好菠萝加工废弃物、完善菠萝全产业链、发挥菠萝重要的产业效能是当前急需解决的问题之一。

菠萝皮营养成分与果实类似，包括糖类、蛋白质、脂肪、多种维生素和矿物质，此外还含有丰富的膳食纤维、蛋白酶、多酚等生物活性成分[6-8]，因此菠萝加工废弃物具有重要的开发价值和广阔的应用前景。本文总结了菠萝加工废弃物利用现状，并提出发展对策。

1 常规食品

菠萝皮渣含有多种可食性成分，很多研究将菠萝皮加工为各种食品。肖娟等[9]将菠萝皮添加到戚风蛋糕中，研制的最优配方产品不仅外形完整，口感柔和，风味独特，还能为人体提供膳食纤维和多酚等营养物质。周玉晴等[10]使用响应面法优化菠萝皮粉曲奇饼干配方，以100 g低筋面粉为基准，菠萝皮粉添加量20％、糖粉添加量40%、黄油添加量53.5%，制得的菠萝皮粉曲奇饼干总膳食纤维含量为5.23 g/100 g，不仅香气浓郁，干酥松脆，还起到为人体补充膳食纤维的作用。林丽静等[11]使用菠萝皮渣为原料，进行糯米果酒发酵，并对果酒发酵过程的维生素C、黄酮、多酚、糖类、蛋白质、氨基酸等成分的变化和抗氧化能力变化进行了研究。王玲等[12]采用多菌种混合物发酵菠萝皮浆料，在最佳工艺条件下所酿制的菠萝果醋香气浓郁、酸味柔和。李佳宸等[13]将菠萝皮干燥粉碎后先后接种酵母、醋酸菌发酵，经过1～2个月陈酿得到具有菠萝特有香气，酸味柔和、无异味、澄清、无异物、无悬浮物的产品。黄奋良[14]将菠萝皮、菠萝目、菠萝芯等粉碎榨汁后以汁液为主要原料制作出具有菠萝香味、软硬适度的果冻。朱玉强等[15]将菠萝皮经过解冻、打浆、调糖、发酵后制得发酵乳酸饮料，果汁味较好。刘旸旸等[16]以番石榴、菠萝皮为主要原料，以银耳、茶、白砂糖为辅料，研制一款无防腐剂的复合果酱。

这些常规食品的研究应用为菠萝皮渣的处理提供重要的参考，但相对于同类产品优势不突出，市场的认可度和产品的个性化有待提高。

2 成分提取

2.1 蛋白酶

菠萝蛋白酶在食品加工、医药保健品和美容化妆品等行业和领域均有广泛的应用。通常提取蛋白酶是从菠萝果肉提取，菠萝品种不同、不同成熟期，蛋白酶含量会有差异[17]，菠萝皮成分与果肉相差无几，还有研究表明菠萝皮中粗蛋白含量是果肉的2.5倍[18]。张桂香等[19]使用NaCl盐析法从菠萝皮中提取菠萝蛋白酶，最佳条件为NaCl 14%、pH 7、温度0 ℃。陈伟杰等[20]使用调节pH值法提取菠萝皮蛋白酶，经过响应面法研究确定的最优提取条件为料液比1∶3、pH 6.0、温度50 ℃，提取菠萝皮蛋白酶含量最高为0.937 mg/g，最优条件下的酶活为1.823 U/mL。罗梦[21]使用硫酸铵盐析法从菠萝皮渣汁提取蛋白酶测得酶活为714.19 U/mL，并在牛肉嫩化研究中发现当酶添加量为20 U/g，牛肉的持水力达到最大值，蒸煮损失率和剪切力的值最小，牛肉外观及形态完整性保持较好，嫩化效果最佳。陈伟杰[22]将菠萝皮蛋白酶应用于鱼鳞蛋白的酶解，水解度为1.314±0.040%，米氏常数为4.11%。此类研究为菠萝皮蛋白酶的提取和应用提供了新思路。

2.2 果胶

果胶是一种多糖，可作为一种胶凝剂、稳定剂、组织形成剂、乳化剂和增稠剂广泛应用于食品工业中。商业化生产果胶的原料主要是柑橘皮及苹果皮。有研究表明菠萝皮果胶物质占湿质量的1.7%、占干质量的9.2%[23]，这个比例已经远超出很多水果中果胶含量，已公开的菠萝皮果胶提取方法较多。杭瑜瑜等[24]以干菠萝皮渣为原料，运用硫酸铝作为果胶沉淀剂提取菠萝皮渣中的果胶。郑振峰等[25]采用响应面法优化乳酸辅助提取菠萝皮果胶的工艺。冯银霞[26]采用草酸铵作为提取溶剂和微波处理法提取菠萝皮中果胶；邱玉美[27]采用超声波法水解和酒精沉淀法提取果胶，果胶得率约为8.21%。向东等[28]选用柠檬酸-盐酸作为萃取剂，粗果胶的提取率为6.11%。可见从菠萝皮中提取果胶具有非常广阔的研究和应用前景。

2.3 黄酮

黄酮类物质是一类广泛存在于自然界的多酚类化合物，具有较强的天然抗氧化性，能清除体内自由基。有较多的研究从菠萝皮中提取黄酮类物质。韩兆轩等[29]通过实验对比7种大孔树脂对从菠萝皮中分离黄酮类化合物的效果，发现AB-8大孔吸附树脂的分离纯化效果最好，具有一定的推广价值。刘伶文等[30]利用超声波辅助乙醇法从菠萝皮中提取黄酮，确定最优提取工艺为乙醇浓度60%、提取时间30 min、料液比1∶40、超声功率0.44 kW，黄酮获得率1.03%，并发现黄酮提取液抑菌效果明显。杭瑜瑜等[31]以干菠萝皮渣为原料，采用超声波辅助提取菠萝皮中的总黄酮，提取率为2.7075%。徐方祥等[32]采用微波辅助乙醇-磷酸氢二钾双水相的方法对干菠萝皮中黄酮进行提取，得率可达5.34%，相对提取率较高，可为黄酮的提取提供参考。赵娟娟等[33]采用超声-微波协同萃取法从湿菠萝皮提取总黄酮，最佳提取率为1.11%。侯巧芝等[34]采用超声辅助双水相同时提取菠萝皮总黄酮和多糖，提取率分别为21.33、18.95 mg/g。采用经济可行的方法来提高黄酮提取率是研究的重点方向。

2.4 可溶性膳食纤维

可溶性膳食纤维是不能被人体消化酶所分解、溶于水的多糖类物质，具有降血压、降血脂、降血糖、清除体内自由基、抗氧化、防衰老、抗癌防癌、增强机体免疫力等多种生理功能。菠萝皮中含有的可溶性膳食纤维含量较高，有较多的研究提取可溶性膳食纤维。周浓等[35]使用乳酸发酵菠萝皮渣制备膳食纤维，得到的菠萝皮渣膳食纤维中总膳食纤维含量为80.56%，可溶性膳食纤维的含量为10.06%。戴余军等[36]使用酶法提取干菠萝皮中可溶性膳食纤维，提取率为23.89%，相对较高。郭涵博等[37]采用酸法提取可溶性膳食纤维提取率可达16.15%。林丽静等[38]利用保加利亚乳酸杆菌和嗜热链球菌混合发酵提取膳食纤维，提取率为9.33%，并检测表明该法所制备的膳食纤维可作为食品添加剂使用。市面可溶性膳食纤维主要来自大豆、魔芋、红薯等，价格差异较大，菠萝皮提取的可溶性膳食纤维需要在价格、性能等方面具备一定的竞争力才有研究开发价值。

2.5 不溶性膳食纤维

主要包括半纤维素、纤维素、木质素等，主要功能是润肠通便、辅助减肥、提高机体免疫力等。刘鹏等[39]使用碱处理法从菠萝果渣中提取不溶性膳食纤维，在最优工艺下得率为48.81%，经过检测表明提取的不溶性膳食纤维具有较好的结构及功能特性。不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维是功能性食品主要功效成分之一，未来具有巨大的市场潜力。

2.6 色素

植物天然色素在食品行业、纺织服装行业等领域有广阔的应用。已公开的菠萝皮中色素提取方法有溶剂法[40-42]、微波[43]、超声波+溶剂[44-45]、超声波+水[46]、溶剂+酶辅助[47]等。已公开的菠萝皮色素提取研究中除杂工艺研究较少，应进一步进行除杂提纯来提高品质。菠萝皮中的黄色素稳定性相对较好，是一种有前景的食品添加剂。

2.7 多酚

多酚类物质具有清除体内自由基、抗脂质氧化、延缓机体衰老、预防心血管疾病、防癌、抗辐射等生物活性功能[48]。王娟等[49]采用超临界二氧化碳萃取菠萝皮多酚，得率为61.12 mg/g。胡会刚等[50]采用回流法制备菠萝皮渣粗多酚，再采用不同极有机溶剂对粗提物进行萃取，后用大孔树脂对萃取物进一步分离、纯化，提取率为0.67%。薛山等[51]使用有机溶剂辅助超声波从菠萝皮渣中提取多酚，最优提取率为16.89± 0.18mg GAE/g DW。菠萝皮多酚功能性应用前景较广，提取相对简单，有望进行工业化提取后作为功能性食品关键成分加以开发利用。

菠萝皮中蛋白酶、果胶、黄酮、膳食纤维等上述成分的提取研究，大多是提取单一组分，总提取利用率偏低，均处于实验研究阶段。

3 功能性转化及应用

3.1 复合水凝胶

罗苏芹等[52]以海藻酸钠、菠萝皮渣制得的纳米纤维素晶体为原料，制得水凝胶，并采用溶液共混法固定化风味蛋白酶，在最佳条件下固定化后的蛋白酶明显提高稳定性，具有良好的应用前景。罗钰湲等[53]以菠萝皮渣纤维素为原料，通过碱/尿素体系溶解纤维素并掺入皂土，利用化學交联和原位嵌入磁性Fe3O4制备复合水凝胶，对染料具有良好的吸附性能。菠萝皮渣在水凝胶领域中的研究应用为菠萝皮渣功能性研究提供了方向。

3.2 有机肥和蚯蚓养殖

蚯蚓处理菠萝皮渣与牛粪腐熟料混合物的残渣含有机质29.03%、Ｎ 0.36%、P2O5 0.9%、K2O 1.04%，存在氮素营养不足的问题[54]。同时该研究还发现采用人工养殖蚯蚓的方式处理菠萝加工皮渣，只要饵料配制和饲养管理恰当，无论是蚯蚓的生长还是繁殖，都很正常。该研究对菠萝皮的处理有一定参考意义，但在细节方面比如增加牛粪、处理周期等需要详细研讨。

3.3 缓蚀性能

赵时仁等[55]研究了菠萝皮、菠萝冠芽提取液在盐酸溶液中对A3钢的缓蚀性能，表明在50℃、5%HCl中，使用0.5%的BLB、BLY浓缩物缓蚀率可达90%以上。该研究对菠萝加工废弃汁液的应用有重要的参考价值，但只做了在盐酸介质中对A3钢的缓蚀性实验，具有一定的局限性。

3.4 吸附

余锐等[56]以菠萝皮渣为原料，利用环氧氯丙烷和二甲胺进行环氧化和胺化改性，得到菠萝皮渣纤维的改性产物，对大红4B、还原黄G、活性深蓝B三种染料废水均具有较好的吸附效果。党子建等[57]对菠萝皮渣中纤维素进行醚化和胺化改性得到的染料吸附剂，对染料具有显著的吸附作用。碱液改性后的菠萝皮对Cd2+、室内TVOC、废水中的Cu2+均有较好的吸附效果[58-60]。陈清兰[61]使用高锰酸钾改性菠萝皮渣，对Cu2+有较好的吸附效果。李芹等[62]使用柠檬酸对菠萝皮粉末分别进行超声波改性和热改性，均明显提高了对亚甲基蓝的最大吸附量。这些改性方法使菠萝皮成分部分官能团发生改变或者增加表面积，使改性后的菠萝皮对染料、重金属、有机挥发物等物质具有良好的吸附效果，实现以废治废，具有广阔的应用前景。

3.5 固定蛋白酶

固定化酶可以显著增强酶的储存和操作稳定性。陈辉等[63]在离子液体中用L-丝氨酸对提取的菠萝皮渣纤维素进行均相改性后，对固定化菠萝蛋白酶具有更好的温度稳定性和酸环境稳定性。此研究对菠萝蛋白酶的固定和后期的蛋白质多肽制备、肉类嫩化等应用具有重要的意义。

3.6 菠萝皮膳食纤维改性

姜永超等[64]考察了超微粉碎、蒸汽爆破和挤压膨化3种物理改性方式对菠萝皮渣膳食纤维的基本成分、理化性质、形貌结构及生物活性物质溶出量的影响，发现蒸汽爆破处理有助于改善菠萝皮渣膳食纤维的品质；并且发现当蒸汽爆破处理改性的菠萝皮渣膳食纤维添加量为7%时，饼干品质最佳[65]。使用物理方法改性菠萝皮膳食纤维后再制成食品，是最有前景的研究方向之一。

3.7 酵素

酵素中含有丰富的矿物质、维生素、低聚糖、多酚、黄酮、酶和次生代谢产物等营养成分，具有美白抗氧化、抗菌消炎、润肠通便、解酒护肝、增强机体免疫力、修复机体损伤等保健功能。南竹等[66]先使用果胶酶及纤维素酶对菠萝皮进行酶解后接种酵母菌发酵20 h、经过浓缩、真空冷冻干燥得到水分含量小于4%的菠萝皮渣酵素粉。赖惠珍[67]使用保加利亚乳杆菌发酵菠萝皮渣酶解液，最终得到棕黄色、色泽较均匀、有浓郁的菠萝香味并伴有发酵香味、酸甜适中、适口不刺激的酵素，营养丰富。菠萝皮渣加工成酵素，会大大提高经济价值，为菠萝副产物的综合利用开辟新的途径。

3.8 虾青素

虾青素是一种天然类胡萝卜素，具有较强的抗氧化、清除自由基、增强宿主免疫力等功能，因此在饲料、食品、化妆品及医药等领域有广阔的应用前景。杨瑞等[68]以菠萝皮渣压榨后的汁液作为发酵培养基主要成分，采用法夫酵母对其进行发酵生产虾青素，在最优工艺下虾青素产量可达6.5751 mg/L。该研究对菠萝加工液体废弃物和菠萝皮渣固体废弃物的處理具有重要的参考意义。

现阶段对菠萝皮的改性、功能性转化是研究热点之一，但均处于实验研究阶段，离大规模处理菠萝加工废弃物还有距离。

4 畜禽饲料

国内菠萝皮在喂养牲畜方面的研究和应用相对较早。黄连基等[69，70]研究使用菠萝皮喂牛，不仅能代替象草、红薯藤等青饲料，降低饲料成本，对奶牛的乳量具有一定的增产作用，还能增加牛体重体质、护牛过冬、减少死亡，并且具有促进犊牛和育成牛痛胃的早期发育，防止舔食脏物等恶习，减少疾病发生的良好效果。彭超威[71]使用15%～25%菠萝渣养猪，可以节约精料、降低成本。吕庆芳等[7]研究发现菠萝皮可作为能量饲料应用到贵妃鸡日粮中，其添加量以2.5%左右为宜。研究表明菠萝皮含有一定量蛋白酶和有机酸，喂牛时一次投食不能过多，一般占日粮10%～20%即可。鲜菠萝皮喂食前常用1%～3%的食盐水浸泡半小时[72]。除了直接喂养外，还可以将菠萝皮进行青贮、烘干、发酵等处理。

张健[73]使用绿色木霉和啤酒酵母混菌发酵菠萝皮，在优化的培养条件下，发酵产物的粗蛋白质含量可达26.98%，可作为优质的蛋白质饲料。杨正楠等[74]对菠萝皮渣发酵饲料的发酵特性及发酵对其营养的改善进行了研究。陈间美等[75]进行了菠萝皮渣生产优质高菌体蛋白饲料发酵菌种的筛选及发酵条件的优化。吴征敏等[76]研究了乳酸菌和纤维素酶对菠萝渣青贮发酵品质及体外发酵效果的影响。这些研究可以提高菠萝皮间接作为饲料的使用范围和效率。

使用菠萝皮直接或者间接喂养牲畜，对菠萝加工企业来说处理相对简单，大量的菠萝皮被低价卖给养殖场，菠萝皮只充当了一种廉价饲料。菠萝皮的高效利用研究和产业化技术开发是未来的发展趋势。

5 对策

（1）完善产业链条，走规模化发展道路。现阶段菠萝加工成品主要为菠萝罐头和果汁，加工难度低，生产规模过于分散，导致菠萝加工废弃物利用率太低。

（2）加强政府、企业、各类科研机构等多方合作，弥补企业单方技术短板。菠萝加工废弃物的多数利用方式仍停留在理论和试验阶段，商业化、产业化利用程度低，需要多方合作推进产业化进程。

（3）加强技术研发，提高菠萝皮渣利用率，最大限度增加菠萝附加值，充分发挥产业效能。

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责任编辑：李菊馨

基金项目：广东省高校科研平台科技服务乡村振兴重点领域专项（2022ZDZX4094）。

第一作者：龙飞（1985―），男，硕士，副教授，研究方向为功能性食品加工及废弃物高效利用，E-mail：lffwu@163.com。

收稿日期：2023-09-22