菠萝加工副产品的综合利用方案
海南大学食品学院
白新鹏
13648631199
在菠萝罐头生产中，菠萝加工下脚料，包括芯，皮，刺等，量很多，约占原料重量的4 5～6 0％，目前主要进行榨汁, 一部分返回利用，大部分以低价出售或放弃，一方面造成浪费，另一方面对环境污染。若能利用此下脚料生产果酒及果醋，并从中回收菠萝蛋白酶既能够避免浪费，又将减少环境污染。真对此种情况，我们提出来如下方案，汁液先进行物理法提取菠萝蛋白酶，余液进行首先进行发酵生产果酒，进一步的生产果醋，这样可以得到三类比较好的产品。各个产品也可以单独的进行生产，然后逐步分期进行生产。产品方案如下：
一、物理法提取菠萝蛋白酶
菠萝蛋白酶是一种蛋白质水解酶，通常从菠萝植株中的果实、果柄、果皮、果叶、茎叶和茎处经生物技术制得的一种纯天然植物蛋白酶。菠萝蛋白酶为富有菠萝香气浅灰至浅黄色粉末。菠萝蛋白酶有很强的分解纤维蛋白和血凝块的作用，能有效提高人体免疫力，所以在医疗上效果显著。菠萝蛋白酶能进行蛋白质水解等各种生化反应，菠萝蛋白酶可广泛应用于食品、生物、医药、化妆品等行业。特别在啤酒行业，用于啤酒改良风味, 提高品质，添加l ppm即可有明显效果, 但目前国内生产供不应求。
目前国内采用的提取菠萝蛋白酶方法主要采用化学的方法提取，也就是用高岭土吸附法与单宁沉淀法，但二者均有不足之处，前者使用吸附剂量较大(约5％)，后者虽工艺简单，但所得酶单位较低，且不能回收利用果汁。又二者制成的酶纯度均较低，产品粗糙、杂质含量多、酶活性不高。近来的研究有人提供了一种菠萝蛋白酶的物理提取方法，菠萝植株原料经冷冻预处理后破碎榨汁，汁液过滤分离后采用膜技术进行超滤、反渗透，得到纯化浓缩的酶液，酶液直接冷冻真空干燥的成品(即菠萝植株原料一冷冻预处理一破碎榨汁一过滤分离一超滤一反渗透一冷冻真空干燥一成品)，该方法生产的菠萝蛋白酶的酶活力相对较低，纯度有待提高，菠萝植株原料经深度冷冻预处理费工费时能耗大，并且冷冻真空干燥也是耗能巨大的工艺步骤，整个生产工艺相对较繁琐，生产成本较高，不利于规模化工业生产。
为克服上述现有技术的缺点，我们开发了一种菠萝蛋白酶物理提取新方法，该工艺具有酶活力更高，可达到3000GDU／克以上，具有节能、降低生产成本，并可以有多种不同活力与纯度的菠萝酶的组合生产方式，适合工业化连续生产等特点。
主要工艺：（原料一-清洗一-粉碎成一-预处理）一-榨汁一-离心一-冷冻一过滤-一超滤一-干燥一-成品。
提取方法的优点：
(1)菠萝果、叶、皮、茎经两级粉碎后成为直径为0．1-3mm的小颗粒，使菠萝的榨汁率更高，从而提高了原料的使用效率和酶产率；
(2)经过预处理、冷冻处理后减少了酶活损失；
(3)采用两级超滤，提高了酶的纯度与收率；
(4)在超滤后采用反渗透，进一步降低菠萝蛋白酶中水份的含量，缩短了干燥的时间，降低了能耗；
(5)采用反传统的真空干燥技术，运用蒸发脱水的原理，更节能、省时；
(6)本提取方法组合灵活，可生产出不同规格的菠萝蛋白酶。
(7)提取的菠萝蛋白酶在酶活力、细菌含量、重金属含量、水溶性、外观等指标达到或超过国际标准。
（8）提取酶后的余液可以进一步的开发利用。
提取率:占每天加工菠萝的量的0.15%.
主要设备：
| 序号 | 设备名称 | 型号 | 动力（KW） | 数量 | 价格（万元） | 备注 |
| 1 | 预处理罐 | 10M3 | 2.2 | 3 | 3 | |
| 2 | 碟式离心机分离机 | | 5.5 | 1 | 8.0 | |
| 3 | 缓冲罐 | 5 M3 | 2.2 | 2 | 1.5 | |
| 4 | 冷冻反应罐 | 10 M3 | 2.2 | 3 | 3 | |
| 5 | 冷冻机组 | | 5.5 | 1 | 8 | |
| 6 | 换热器 | 10 M3 | | 1 | 0.8 | |
| 7 | 过滤机 | 20 M3 | | 1 | 3 | |
| 8 | 超滤机 | | | 2 | 26 | |
| 9 | 反渗透机 | | | 1 | 20 | |
| 10 | 真空干燥机 | | 5 | 1 | 8 | |
| 11 | 过程泵 | | 2.2 | 10 | 5 | |
| | | | | | | |
| 合计 | | | 36 | | 86 | |
产品的指标：达食品及医药级
二、新型高分子化合物沉降法
为了综合利用副产品，主要想生产酒和醋的情况下，我们也可以用一种新的高分子化合物沉降法，该法克服了高岭土吸附法与单宁沉淀法的不足之处，生产设备投资比较少，但酶的活力也只能达到比活力9 0万福林单位／克。
主要工艺是：采用一种高分子量化合物作为沉降剂将果汁中的菠萝蛋白酶沉淀，然后沉淀用水悬浮。调节PH值解析，然后用Ca++将沉降剂除去。再经盐析，得菠萝蛋白酶成品。
由于所用沉降剂分子量很大(一般几万到几百万)．且在酸性介质中羧基解离，使分子带布大量负电荷．同时菠萝蛋白酶分子表面则带有正电荷，而果汁的酸度恰好在这一范围(PH 3--4)，因此，只要在果汁中添加千分之一到万分之一的沉降剂即与酶形成一复合物，由于凝絮作用而沉淀，收集沉淀用少量水悬浮。调PH 5～8沉淀即溶解．在过量Ca++的存在下沉降剂形成不溶性的钙盐而除去，溶液再经盐析-即可得到菠萝蛋白酶成品。
主要设备：
| 序号 | 设备名称 | 型号 | 动力（KW） | 数量 | 价格（万元） | 备注 |
| 1 | 预处理罐 | 10M3 | 2.2 | 3 | 3 | |
| 2 | 蓝式分离机 | | 5.5 | 1 | 3.0 | |
| 3 | 缓冲罐 | 5 M3 | 2.2 | 2 | 1.5 | |
| 4 | 悬浮装置罐 | 10 M3 | 2.2 | 3 | 3 | |
| 5 | 调节反应器 | 10 M3 | 2.2 | 2 | 2 | |
| 6 | 换热器 | 10 M3 | | 1 | 0.8 | |
| 7 | 盐析分离装置 | 10 M3 | | 3 | 3 | |
| 8 | 真空干燥机 | | 5 | 1 | 8 | |
| 9 | 过程泵 | | 2.2 | 5 | 2 | |
| | | | | | | |
| 合计 | | | 36 | | 26.3 | |
三、废弃菠萝皮汁酿制菠萝酒及菠萝醋
根据贵厂的实验情况，我们可以直接用现有的皮汁进行生产菠萝酒及醋，也可以先提取蛋白酶后，再生产酒和醋。大体工艺如下：
废弃菠萝皮或次菠萝果----除杂------洗净----—晾干-------破碎
（活性葡萄酒酵母）
-加热杀菌-----倒入容器----一发酵-----酒化-----酿酒------
（糖化酶、耐高温酒精活性干酵母）
酒渣醪浆 ------发酵------接醋酸菌 -----淋醋------过滤---陈酿---成品
利用我厂大量被废弃的菠萝皮及残次菠萝果酿制菠萝酒及菠萝醋，以废物利用，变废为宝，又能增值创益，从而达到减少环境污染，又能为人们提供营养丰富香醇的菠萝酒及营养菠萝醋，有很大的发展前景。
菠萝酒及菠萝醋生产工艺过程说明：
一）、菠萝酒：
①、先将菠萝皮或残次菠萝果洗净晾干；
②、装入搅碎机槠碎成浆，放入两层锅中加热至XX-XX℃，经XX-XXmin杀菌处 理，然后进行主发酵；
③、将杀菌后的果皮或果汁倒入经热水洗涤及硫磺熏蒸过的发酵容器中：
④、随即加入占总量XX—XX％的葡萄酒活化酵母液，搅拌均匀后放在XX—XX2℃下进行酒精发酵；
⑤、在发酵过程中要防止外部杂菌的污染，在XX—XX℃下经XX—XX天左右发酵后，酒中的悬浮物下沉，产生气体量逐渐减少，表示发酵已经完毕，即可用蒸酒器具进行蒸酒；
⑥、刚蒸出的酒精含量高，其后慢慢下降，当蒸出的酒精含量在于XX度左右时，停止蒸馏，转入酿醋工序；
⑦、第—次蒸出的菠萝酒如有怪杂味，可加入l／10000氧化剂和2／10000的碱使之氧化，放置12小时，再进行第二次蒸馏；
⑧、将经第二次蒸馏的菠萝酒装罐贮存半年以上，贮存时间达到后，进行澄清处理，再进行冷冻处理5-7天；
⑨、将陈酿澄清处理后的酒，按需要的酒度进行调整，适当加些香料，装入瓶内，封盖后直立放在XX-XX℃的热水中杀菌XX-XX分钟，取出冷却即为成品。
主要设备清单：
| 序号 | 设备名称 | 规格型号 | 数量 | 材质 | 备注 |
| 1 | 细碎机 | 粉碎能力：10t/h | 2 | | |
| 2 | 引风机 | 9-26No.9-7 | 2 | | |
| 3 | 拌浆罐 | φ2000×2200×8 | 2 | 不锈钢 | |
| 4 | 蒸煮柱 | φ1000×6000×4 | 4 | 碳钢 | |
| 5 | 糖化罐 | φ2000×2200×4 | 2 | 不锈钢 | |
| 6 | 蒸煮往复泵 | 2KH-150/0.63-T | 2 | | |
| 7 | 糖化往复泵 | 2KH-150/0.63-T | 2 | | |
| 8 | 糖化醪冷却器 | 螺旋板F=50 m2 | 3 | 碳钢 | |
| 9 | 发酵罐 | φ2600×6200 | 7 | 碳钢 | |
| 12 | 蒸馏往复泵 | 2KH-150/0.63-T | 2 | | |
| 13 | 醪液予热器 | F=40 m2 | 1 | | 管箱式 |
| 14 | 粗馏塔 | φ800 | 1 | 不锈钢 | 25层S形塔板 |
| 15 | 精馏塔 | φ800 64层浮阀 | 1 | 不锈钢 | 3米丝网填料 |
| 16 | 精塔冷凝器 | F=40m2 | 3 | 碳钢 | |
| 17 | 成品计量槽 | φ100×3000 | 2 | 碳钢 | |
| 18 | 调配罐 | | | | |
| 19 | 过滤器 | | | | |
| 20 | 充气机 | | | | |
| 21 | 封D机 | | | | |
| 22 | 空压机 | | | | |
| 23 | 电子磅 | | | | |
二）、菠萝醋：
①、在已进行菠萝酒蒸馏工序后，剩下的菠萝醪糟浆液移入其它容器内待用；
②、经蒸馏后的醪浆含糖量少，宜补充适量糖份和糖化酶：
③、加入XX—XX%的耐高温酒精活性干酵母，边加边搅拌均匀，对接菌温度必须控制，不能太低，春夏季XX℃，秋冬季XX℃，在XX—XX℃期间，发酵XX —XX小时，当菠萝浆醪料液酒化至酒精含量为XX—XX%时，即可接种醋酸菌或加入种醋进行醋酸发酵：
④、醋酸发酵时的发酵温度一般应保持在XX℃左右，并不时通以适量的无菌空气，保证每天搅拌XX—XX次，促使发酵均匀，当发酵液酸量达到XX％左右时， 醋化完成，发酵完毕，即可进行淋醋：
⑤、降淋制过滤后的菠萝原醋，根据成品醋的标准进行调配，使醋酸含量达到国家标准：
⑥、调配后的菠萝醋每l00公斤加精盐2公斤后进行搅拌，使其充分溶解，陈酿5-6个月即为优质菠萝陈醋。
以下是我们以前给台湾一家公司设计食醋的生产设备及原材料和人员配备情况，供参考。
4000T/y液体深层发酵食醋车间设备清单
| 序号 | 代 号 | 名 称 | 规 格 | 数量 | 碳钢 材料Kg | 1Cr18Ni9Ti Kg | 动力Kw | 外 形 尺 寸 mm | 备 注 |
| 1 | P101 | 真空泵 | W3 | 1 | | | 5．5 | | |
| 2 | M121 | 锤式粉碎机(水磨) | 1T/H | 2 | 660 | | 22 | | |
| 3 | L106 | 螺旋输送机 | | 1 | 700 | | 2.2 | | |
| 4 | V122 | 调浆池 | V=2000L φ1300×1400 | 1 | 540 | | 3 | φ1300×1400 | |
| 5 | V124 | 粉浆高位罐 | V=2000L φ1200×1500 | 1 | 574 | | | φ1200×1500 | |
| 6 | V123 | 液化罐 | V=2700L φ1300×1800 | 1 | 989 | | 2.2 | φ1300×1800 | |
| 7 | P101 | 空气压缩机 | V3/7 | 2 | | | 22 | | |
| 8 | P102a | 空气净化系统 | 3M3/min | 1 | 3000 | | | | |
| 9 | V102b | 糖化罐 | V=5500L φ1800×2000 | 2 | 5640 | | 5．5 | | |
| 10 | V102c | 补液罐 | V=1000L φ1000×1250 | 1 | 1840 | | 2．2 | | |
| 11 | V103 | 小洒母罐 | V=200L φ600×700 | 1 | 370 | | 0.6 | | |
| 12 | V101 | 大洒母罐 | V=2000L φ1400×1360 | 1 | 2280 | | 3 | | |
| 13 | V101 | 洒精发酵罐 | V=17000Lφ2400×3600 | 3 | 13020 | | 1.1 | | |
| 14 | M102 | 摇瓶机 | 旋转式，213r/min | 2 | 640 | | | | |
| 15 | V104 | 空气过滤器 | 0.785 M3 | 1 | 30 | | | | |
| 16 | V105 | 醋酸一级种子罐 | V=200L φ500×1000 | 1 | 144 | 216 | 1.1 | | |
| 17 | V106 | 高效过滤器 | 1M2 | 1 | 50 | | | | |
| 18 | V107 | 醋酸二级种子罐 | V=2000L φ1200×1710 | 1 | 868 | 86 | 4 | | |
| 19 | V108 | 高效过滤器 | 6M2 | 3 | 9600 | 16300 | 22 | | |
| 20 | P109 | 离心泵 | 65F 25B | 2 | | | 2．2 | | |
| 21 | V110 | 压滤罐 | V=15000Lφ2600×2000 | 1 | 450 | 1920 | | | |
| 22 | V111 | 板框压滤机 | KR-62P | 2 | | | | | |
| 23 | P112 | 油泵 | KD10 φ600×1000 | 1 | | | 4 | | |
| 24 | W113 | 氨冷冻机 | A-100,293076kj/h | 2 | | | 30 | | |
| 25 | P114 | 离心泵 | 3B19B | 2 | | | 2.2 | | |
| 26 | V115 | 滤液配兑池 | | 1 | | | | φ1000×1550 | |
| 27 | P116 | 离心泵 | 50F-16A-B | 2 | | | 1.1 | | |
| 28 | P101 | 离心泵 | 40F-40-B | 2 | | | 3 | | |
| 29 | E102 | 列管换热器 | | 2 | | | | | |
| 30 | V103 | 贮存罐 | V=30000Lφ2600×4900 | 12 | 18720 | 41200 | | | |
| 31 | E104 | 土吊车 | | 1 | | | 4 | | |
| 32 | E105 | 离心泵 | YZFG40 | 1 | 3000 | 4500 | | | |
| 33 | E106 | 离心泵 | YQTJ20 | 1 | 3250 | 5040 | | | |
| 34 | E107 | 醋酸发酵罐 | V=1500L φ2600×200 | 3 | 9600 | 16300 | 22 | | |
| | | | | 63 | | | 162.9 | | |
4000T/y液体深层发酵食醋车间原料消耗
| 原料名称 | 规格 | 吨醋耗用量KG | 每批投料量KG | 全年投料量KG | | |
| 碎米、高梁 | 含淀粉70% | 149 | 2160 | 596000 | | |
| 糖化酶 | 5400 | 0.2321 | 3.365 | 928.4 | | |
| а-淀粉酶 | 2000 | 0.3725 | 5.4 | 1490 | | |
| 食盐 | 含NaCL90%以上 | 25 | 362.4 | 100000 | | |
| 氯化钙 | 无水 | 0.15 | 2.2 | 600 | | |
| 纯碱 | 工业级 | 0.225 | 3.26 | 900 | | |
4000T/y液体深层发酵食醋车间人员表
| 工段 | 人员 | 工作范围 | 班次 |
| 原料处理 | 5 | | 白班 |
| 发酵 | 11 | | 三班 |
| 配兑消毒 | 5 | | 二班 |
| 化验 | 4 | | 三班 |
| 车间维修 | 4 | | |
| 预备人员 | 3 | | |
| 调度员 | 1 | | |
| 合计 | 28 | | |
大约投资(根据具体设计时再进行计算，考滤一年生产时间不可能全开)
生产规模：100O-4000吨／年；
设备投资：20O-500万元：
年产值：72O-2800万元，
年利税：200-800万元；
单位成本：内容物 0.2元／瓶（250ml）；
销售价格： l．8-5元／瓶；
投资回收期：l年，
建设周期；6个月一l年。
厂房及人员：300－500M，20-30人
水电及配套设施：水5T／h，电100kw，汽1吨锅炉
条件：原来的空厂改造、平地建厂
水电及配套设施：水5T／h，电100kw，汽1吨锅炉
条件：原来的空厂改造、平地建厂
食醋的国标及台湾生产产品分析结果（供参考）
表一 理化指标
| 项 目 | 国标 一级 | 国标 二级 | 徐兰香 米醋 | 桑椹醋 |
| 总酸(以乙酸计)，g/100ml ≥ | 5.0 | 3.5 | 5.32 | 5.7 |
| 不挥发酸(乳酸), g/100ml ≥ | 0.5 | | 0.32 | 0.35 |
| 还原糖(以葡萄糖计)，g/100 ≥ | 1.5 | 1 | 6.34mg/100 | 6.12mg/100 |
| 悬浮物，g/100ml ≤ | 0.2 | | 0.15 | 0.19 |
| 氨基酸态氮g/100ml ≥ | 0.12 | 0.08 | 0.040 | 0.0412 |
| 铅 （以Pb计）mg/Kg(ppm) ≤ | 1 | | 0.275 | 0.38 |
| 砷（以As计）mg/Kg(ppm) ≤ | 0.5 | | 0.243 | 0.422 |
| 黄曲霉毒素B1，µg/kg(ppb) ≤ | 5 | | 未检出 | 未检出 |
| 防腐剂：g/kg ≤ | 1 | | | |
表二 微生物指标
| 项目 | 国标 | 徐兰香 米醋 | 桑椹醋 | |
| 菌落总数cfu/ml ≤ | 10000 | 500 | 800 | |
| 大肠菌群MPN/100ml ≤ | 3 | 未检出 | 未检出 | |
| 致病菌(系指肠道致病菌) ≤ | 不得检出 | 未检出 | 未检出 | |
菠萝醋的主要理化指标：
1、 总酸：0—9.0g/100ml，其中不挥发酸(乳酸)占总酸的比例为2%--100%不挥发酸2.5g/100ml
2、 还原糖0—1.5g/100ml
3、 氨基酸态氮0．3一0.9 g/100ml
4、 氨基酸：500mg一25 g/100ml
5、 微量元素: 微量元素：铁、锌、钾、钙、镁、锰、钼、锗、硅、铬、锶、硒其中铬、锰、锌、钼为本发明所特有的(铬5—12 ppm、锰40—115 ppm、锌19—90 ppm、钼5-15ppm)
6、 维生素：Vc. Vpp. VB1 VB2 Vp(芦丁)、VE、VB6等.