全 文 ：2007年第03期
Vol.28,No.03,2007
食品工业科技
菠萝皮渣果胶
超声波提取工艺条件研究
张初署,秦小明*,林华娟,唐艳丽,胡龙飞
(广东海洋大学食品科技学院,广东湛江 524025)
摘 要:目的:探讨采用草酸铵作为提取溶剂和超声波振荡处理法
提取菠萝皮渣果胶的工艺条件。方法:以果胶提取率作为
测定指标,通过正交实验,确定了菠萝皮渣果胶最佳提取
工艺条件。结果:最佳组合为草酸铵浓度0.4﹪、料液比
1∶40、pH5.0、温度70℃、超声波频率47kHz、提取时间
90min,菠萝皮渣中的果胶提取率达到90%。
关键词:菠萝皮渣,果胶,草酸铵,超声波提取
Abstract:ObjectiveAnextractionprocessforpectinfrom
pineappleresiduewasstudied using ammonium
oxalateastheextractionsolventcombined with
ultrasonication.The results suggested thatthe
extraction yield ofpectin was 90% underthe
conditionof47kHz,70℃,pH5.0,90min,ammonium
oxalateconcentrationandtheratioofpineapple
residuetoextractionsolventwererespectively0.4%
and1∶40.
Keywords:pineappleresidue;pectin;ammonium oxalate;
ultrasonicationextraction
中图分类号:TS255.1 文献标识码:A
文 章 编 号 :1002-0306(2007)03-0147-04
收稿日期:2006-08-28*通讯联系人
作者简介:张初署(1981-),女,在读硕士,研究方向:生物资源利用。
基金项目:广西区自然科学基金项目(桂科基 0342005-1);湛江海洋
大学科研基金项目[湛海大(2005)19号]。
菠 萝 (Ananascomosus(L)Mer) 属 凤 梨 属
(Ananas)、凤梨科(Bromeliaceae),又名凤梨,我国广
东、广西、海南均有大面积种植,2004年全世界菠萝
产量已经突破了1500万t。菠萝果实极不耐藏,目前
以鲜销为主,完全成熟后货架寿命很短。菠萝加工产
品主要有糖水菠萝罐头、菠萝果酱以及波萝蜜饯等。
在菠萝加工过程中,加工副产物—菠萝皮渣约占全
果总重量的 50%～60%[1],由于没有得到有效的增值
利用而日益成为严重的环境污染源。仅广东湛江每
年就有 40～50万 t的菠萝皮渣没有被充分利用而造
成极大的资源浪费和环境污染。其它果蔬加工废弃
物如苹果渣[2]、柑橘皮[3]、甜菜渣[4]等已被开发利用,而
菠萝皮渣仅有少量用于提取菠萝蛋白酶和作为动物
饲料。本文从分析菠萝皮渣的主要成分入手,探讨了
采用草酸铵作为提取溶剂和超声波振荡处理法提取
菠萝皮渣果胶的最佳工艺条件,为拓宽菠萝皮渣的
利用途径提供理论依据。
1材料与方法
1.1材料与设备
新鲜菠萝 无刺卡因品种,2006年4月采集于湛
江徐闻县曲界镇的菠萝基地(誉称“菠萝的海”),收集
新鲜菠萝果皮渣供本研究用;标准物质D-葡萄糖和
D-半乳糖醛酸 Sigma公司;咔唑 化学纯,Sigma公
司;其它化学试剂 均为分析纯。
超声波药品处理机 实验室型,山东济宁金百特
电子有限责任公司;分光光度计722S上海精密科学
仪器有限公司。
1.2实验方法
1.2.1菠萝皮渣主要化学成分的测定 水分、总糖、还
原糖、果胶、蛋白质、粗脂肪、总酸以及维生素C含量
分别用直接干燥法[5]、苯酚-硫酸法[6]、3,5-二硝基水杨
酸法[5]、硫酸-咔唑改良法[7]、考马斯亮蓝法[5]、索氏提
取法[5]、2,6-二氯靛酚滴定法[5]以及直接干燥法[5]测
定。其中,总糖以及还原糖含量以葡萄糖计,果胶含
量以D-半乳糖醛酸计,总酸含量以柠檬酸计。
1.2.2菠萝皮渣果胶的提取 本研究选择草酸铵为提
取溶剂,设置了提取溶剂浓度、料液比、pH、超声波频
率、提取温度以及时间等六个因素进行单因素实验,
筛选对果胶提取影响比较大的因素,然后采用L9(34)
正交实验确定菠萝皮渣果胶物质最佳提取工艺条
件。在单因素以及正交实验中,按照各因素条件对菠
萝皮渣果胶进行浸提、过滤、定容后,用硫酸-咔唑改
良法[7]测定提取液的果胶物质含量。
2结果与讨论
2.1菠萝皮渣主要化学成分分析
菠萝皮渣中主要营养成分含量的测定结果如表1
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所示。可以看出,菠萝皮中含有丰富的营养物质,糖
类物质占菠萝湿重的6.1%(干重的33%)。这个结果
略低于文献报道的 7%～8%[1]和 8%～10%[8]的测定结
果,这可能与菠萝的品种、产地和采收季节有关。另
外,从表1还可以看出,果胶含量也非常丰富(湿重的
1.7%,约为干重的9.2%)。这个含量比例虽然低于苹
果渣(干重的 15%)[2]和柑橘皮(干重的 25%)[3],但远
远高于其他水果和蔬菜。由于菠萝总产量很大,加工
过程产生的菠萝皮渣占全果总重量比例大(达50%～
60%),提取菠萝皮渣中的大量果胶,然后进行精深加
工利用是菠萝皮渣综合开发利用的一条新途径。
2.2果胶提取单因素实验
2.2.1草酸铵浓度对果胶提取效果的影响 目前工业
上的果胶提取方法主要为强酸或强碱水解法[9～11],提取
果胶产生的废水和废渣又造成新的环境污染。草酸
铵的草酸根离子具有很强的金属螯合所用,可以将
植物细胞壁中与钙离子螯合形成的水不溶性果胶提
取出来。另外,由于它是一种弱碱性盐,对环境的污
染远远低于强酸强碱。因此,本研究选择草酸铵为提
取溶剂,超声波辅助法提取菠萝皮中的果胶物质,以
硫酸-咔唑改良法测定提取液中的果胶含量[7]。参照
文献[12,13]初步选定的提取条件为:料液比1∶25,超
声波频率26kHz,温度70℃,pH5.0,时间30min。从
图1可以看出,草酸铵浓度低于0.6%时,提取液中的
果胶含量随着草酸铵浓度的提高有明显的升高趋
势,超过0.6%后果胶含量基本保持不变。从这个结果
来看,采用草酸铵作为提取溶剂时,浓度为0.6%时提
取效果最佳。
2.2.2料液比对果胶提取效果的影响 在草酸铵浓度
0.6%,超声波频率 26kHz,温度 70℃,pH5.0,时间
30min的提取条件下探讨了料液比对果胶物质提取
效果的影响。从图2可以看出,料液比与提取液中的
果胶含量有递增关系,料液比为1∶40时达到最高值,
大于1∶40以后呈明显下降趋势。因此,1∶40为最佳提
取料液比。
2.2.3提取温度对果胶提取效果的影响 在草酸铵浓
度 0.6%,料液比 1∶40,超声波频率 26kHz,pH5.0,时
间30min的条件下探讨了提取温度对果胶提取效果
的影响。从图3可以看出,提高提取温度对果胶物质
提取有显著的促进作用,但是在60～80℃范围内,果
胶提取效果差异不显著。超过80℃后提取效果虽然
明显提高,但是已经达到超声波设备所能承受的最
大温度极限,因此,从节约能源、降低成本和安全运
行的角度考虑,提取温度选择在70℃比较合理。
2.2.4pH对果胶提取效果的影响 在草酸铵浓度
0.6%,料液比1∶40,超声波频率26kHz,温度 80℃,时
间 30min的条件下探讨了 pH对果胶提取效果的影
响。从图4可以明显看出,pH对果胶物质的提取影
响较大,当pH为6.0时果胶物质的提取效果最好。
2.2.5超声波频率对果胶提取效果的影响 在草酸铵
浓度 0.6%,料液比 1∶40,pH为 6.0,温度 70℃,时间
30min的条件下探讨了超声波频率对果胶提取效果
水分(%) 总糖(%) 还原糖(%) 果胶(%) 蛋白质(%) 脂肪(%) 总酸(%) Vc(mg/100g)
81.57 6.10 2.50 1.70 0.64 0.32 2.09 22
表1菠萝皮中主要化学成分的含量
注:表中数据均以波萝皮湿重计。
图2料液比对果胶提取效果的影响
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
1∶10 1∶20 1∶30 1∶40 1∶50
吸
光
值
料液比
图1草酸铵浓度对果胶提取效果的影响
0.6
0.5
0.4
0.3
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
吸
光
度
浓度(%)
图3温度对果胶提取效果的影响
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
50 60 70 80 90 100
吸
光
度
温度(℃)
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的影响。从图5可以看出,提高超声波频率对果胶物
质提取有较大的促进作用,但是在47kHz以上,果胶
提取效果差异不显著。因此,从节约能源、降低成本
的角度考虑,选择超声波频率为47kHz时提取果胶
物质最适宜。
2.2.6提取时间对果胶提取效果的影响 在草酸铵浓
度0.6%,料液比1∶40,pH为6.0,超声波频率47kHz,
温度70℃的条件下探讨了提取时间对果胶提取效果
的影响。从图6可以看出,提取时间与果胶提取效果
呈正比关系,80min以后基本保持不变。
2.3果胶提取正交实验
从以上单因素实验结果可以看出,草酸铵浓度
(A)、pH(B)、温度(C)以及处理时间(D)等四个因素
对果胶提取效果影响最大,因此正交实验设定了四
因素三水平对果胶提取工艺条件进行进一步筛选。
正交实验中,料液比和超声波频率均分别选定为单
因素实验中的最佳条件,即1∶40和47kHz,以果胶提
取率为考核指标。由表2可知,四个因素的极差排列
顺序为:RD>RB>RA>RC。在显著水平 !为0.01时,B和
D因素的F检验均比较显著(FB=3.35,FD=6.65),A因
素的F检验不显著,从节约成本和减少废水污染的
角度考虑,选择草酸铵浓度为0.4%。经过多重比较
(SSR法),C1水平和 C2、C3水平均存在较大差异,但
是 C2、C3水平差异不明显,因此,从节约能源考虑,C
因素选择C2,即温度为70℃为最佳。综合考虑单因素
实验和正交实验结果,最后确定的最佳提取工艺条
件为 A1B1C2D3,即草酸铵浓度 0.4%,pH5.0,温度
70℃,超声波提取时间 90min,料液比 1∶40,超声频
率 47kHz。在最佳提取工艺条件下,菠萝皮中果胶物
质的提取率达到90%。
3结论
菠萝加工下脚料菠萝渣含有
图4pH对果胶提取效果的影响
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
4 5 6 7 8
吸
光
度
pH
实验号 A浓度(%) BpH C温度(℃) D时间(min) 提取率(%)
1 1(0.4) 1(5.0) 1(60) 1(30) 88.89
2 1 2(6.0) 2(70) 2(60) 88.34
3 1 3(7.0) 3(80) 3(90) 83.10
4 2(0.6) 3 1 2 85.58
5 2 1 2 3 84.89
6 2 2 3 1 85.17
7 3(0.8) 2 1 3 78.68
8 3 3 2 1 79.51
9 3 1 3 2 88.61
K1 2.603 2.624 2.532 2.536
K2 2.556 2.522 2.527 2.625
K3 2.468 2.482 2.569 2.467
k1 0.868 0.875 0.844 0.845
k2 0.852 0.841 0.842 0.875
k3 0.823 0.827 0.856 0.822
R 0.045 0.047 0.014 0.053
表2正交实验表及其结果
图6处理时间对果胶提取效果的影响
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0 30 60 90 120
吸
光
值
时间(min)
图5超声波频率对果胶提取效果的影响
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0 20 40 60 80 100
吸
光
值
超声波频率(kHz)
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丰富的果胶物质(湿重的1.7%,约为干重的9.2%)。
利用菠萝皮提取果胶,可以用作食品添加剂,也可以
进一步加工成果胶低聚寡糖,既解决了菠萝皮渣带
来的环境污染问题,又为食品工业增加了新的果胶
物质来源。本实验研究中,采用对环境污染较小的草
酸铵溶剂和超声波辅助提取法,通过正交实验,总结
出了提取条件温和、能源消耗低、提取时间短和提取
效率高(90%)的最佳提取工艺,为菠萝皮渣的综合利
用开辟了一条新途径。
参考文献:
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[13]秦小明,宁恩创,杨宏.金花茶叶药用保健成分提取新工
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2.4杀菌温度及时间的确定
杀菌这一环节对产品的品质和保质期的影响都
有很显著的作用。采用不同温度15min-30min-10min
进行灭菌实验,品质的评定结果见表10。由表10可
以看出,杀菌的最佳温度为115℃时肉呈金黄色,鱼
香味较浓,韧性好,口感适宜,具有五香味,无异味。
3产品质量指标
感官指标:形状:保持鱼片原有形态,组织紧密,
有咀嚼感;色泽:肉色正常,呈现褐黄色;风味:滋味
鲜美,口感适宜;气味:具有五香味,无异味;杂质:不
得检出,无其他外来杂质存在。理化指标:水分含
量≤45%;蛋白质含量≥40%。微生物指标:菌落总
数≤300cfu/g;大肠菌群≤30MPN/100g;致病菌不得
检出。
4小结
4.1利用梭鱼为原料加工生产梭鱼软罐头,其加工
工艺在一般的食品工厂中是可行的。它不仅给人们
提供了一种营养价值高,味美可口的方便食品,而且
为梭鱼的加工开拓了一条新的途径。
4.2梭鱼的肉质脂肪含量较高,鱼腥味也较浓,因此
在加工过程中去腥工艺尤其重要,它直接影响到产
品的色泽、弹性及味感等质量。本工艺采用 1%NaCl
的去腥液浸泡 60min,不仅操作简单易行,还可明显
地降低鱼肉的腥味和提高其肉质质量。
4.3 调味工序是梭鱼软罐头加工过程中的关键环
节,本工艺确定以 15%五香料,2%精盐,3%白糖,
0.6%味精的调味配方。同时,还可以有效地掩蔽产品
的腥味。
4.4梭鱼软罐头的杀菌处理在整个实验中是十分重
要的环节,本实验确定杀菌公式为:15min-30min-
10min/115℃。这时的杀菌效果最好,有较理想的保
质期,而且产品色泽、风味、口感皆佳。
参考文献:
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学版),1999,21(3):219～220.
[2]倪树松.梭鱼苗中间培育技术[J].河北渔业,1994(2):38～39.
[3]刘铁玲,李国菊.鲢鱼软罐头的研制[J].食品科学,2004,25(5):
203～205.
[4]杨国堂,路建峰.干烧鱼的改良工艺研究[J].食品科技,2006
(1):65～70.
表10杀菌温度对品质的影响
温度(℃) 评定结果
110
肉色呈现黄色,滋味鲜美,口感适宜,具有五香
味,无异味
115
肉呈金黄色,鱼香味较浓,韧性好,口感适宜,具
有五香味,无异味
121 肉呈暗红色,略有焦味,韧性较差
134 肉呈浅褐色,肉质焦而硬
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