石榴果皮多酚提取及殘渣的能源化利用

1、石榴果皮多酚提取及殘渣的能源化利用加利福尼亞州作為美國石榴種植與加工的主要集中地, 每年大約產(chǎn) 20,500 t的石榴。目前石榴的利用除了鮮食以外, 還用于果汁、果酒等產(chǎn)品的加工 , 這些工業(yè)化加工必然會產(chǎn)生很多的廢棄物石榴果渣（皮籽混合物）, 不僅造成了農(nóng)產(chǎn)品資源的嚴重浪費 , 而且還會產(chǎn)生環(huán)境污染問題。已有報道顯示石榴含有豐富的多酚類抗氧化成分, 不少存在于皮籽中 , 因此 ,石榴果渣有進一步開發(fā)利用的價值。目前的有效成分常規(guī)提取技術(shù)存在提取效率和得率都較低的問題 , 同時還會影響有效成分的活性, 需要不斷地發(fā)展一些新技術(shù) , 開展相關(guān)的基礎(chǔ)理論研究。因此 , 本項目具有很好的理論價值和實

2、踐指導(dǎo)意義。本項目對石榴果渣中的多酚進行了分析檢測 , 開展了石榴皮多酚的常規(guī)和超聲輔助提取過程優(yōu)化及其動力學(xué)研究 , 并將多酚提取后的殘渣進一步轉(zhuǎn)化為生物氣能源, 通過高附加值產(chǎn)品的開發(fā)和產(chǎn)品鏈的延長 , 提高石榴果渣資源的利用度和石榴果渣生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。通過研究得到的主要結(jié)論如下：對馬德拉石榴果渣進行油脂和多酚提取, 得知：石榴籽含有豐富的油脂且油脂中含有大量的不飽和脂肪酸, 其油脂得率為13.8%以干重（ d.b. ）計；石榴皮含有豐富的多酚類抗氧化成分, 其多酚得率和抗氧化活性（單位質(zhì)量多酚的DPPH清除率）分別為10.6%d.b. 和 6.6 gg<sup>-1</

3、sup> 。此外 , 石榴皮多酚還具有很好的干燥熱穩(wěn)定性。系統(tǒng)地研究了石榴皮多酚常規(guī)提取過程及其動力學(xué), 確定了最佳的石榴皮多酚常規(guī)提取條件為：石榴皮粒度為0.2 mm,水與石榴皮比為50:1 （w/w）, 溫度為25, 時間為 2 min。在此最佳條件下 , 多酚得率和 DPPH清除率分別為 11.5%d.b.和 6.2 g g^-1。同時 , 成功地建立了模擬石榴皮多酚常規(guī)提取過程的數(shù)學(xué)模型。采用超聲波技術(shù)提高石榴皮多酚的提取得率或縮短提取時間, 在石榴皮粒度為 1.4 mm, 水與石榴皮比為 50:1 （w/w）, 溫度為 25的提取條件

4、和強度水平為59.2 Wcm^-2的連續(xù)超聲處理條件下 , 與常規(guī)提取相比 , 多酚得率提高了24%,提取時間縮短了90%。同時 , 在相同的提取條件和強度水平為59.2 W cm^-2, 脈沖持續(xù)和間歇時間為 5s/5s 的脈沖超聲處理條件下 , 與常規(guī)提取相比 , 多酚得率提高了22%,提取時間縮短了 87%。此外 , 與連續(xù)超聲輔助提取相比, 脈沖超聲輔助提取節(jié)省了 50%的能量消耗 , 所以脈沖超聲輔助提取法是更優(yōu)的石榴皮多酚生產(chǎn)方法。在該脈沖超聲輔助提取條件下, 多酚得率和 DPPH清除率分別為

5、14.5%d.b. 和5.8 gg^-1 。同時 , 成功地建立了描述石榴皮多酚超聲輔助提取過程的二級動力學(xué)模型。建立了石榴皮多酚的高效液相色譜（HPLC）分析檢測方法 , 可以同時檢測出石榴皮多酚中的安石榴甙A、安石榴甙 B、沒食子酸和鞣花酸 , 該方法還可以用于鑒定市面上石榴果汁飲料的真?zhèn)渭岸喾咏M分的含量。建立的HPLC檢測方法具有較低的最低檢測限和最低定量值, 較高的檢測回收率和日重現(xiàn)性, 縮短了檢測時間 , 提高了檢測效率。在石榴皮粒度為 0.2 mm,水與石榴皮比為 50:1 （w/w） , 溫度為 25, 時間為2 min 的條件下提取石

6、榴皮多酚, 然后在 121下殺菌處理 10 s, 結(jié)果石榴皮多酚具有很好的殺菌熱穩(wěn)定性。 對殺菌后的石榴皮多酚進行儲藏保存, 儲藏在不同 pH、溫度和包裝方式的條件下, 結(jié)果在 pH值為 3.5, 溫度為 4, 時間為 30 d, 有包裝避光處理的儲藏條件下 , 石榴皮多酚仍然具有很好的工業(yè)化、顏色和光譜特性穩(wěn)定性以及很高的多酚含量和抗氧化活性, 其多酚濃度和DPPH清除率分別為2.2x103 mg L-1和5.1 g g^-1,其多酚組分沒食子酸、安石榴甙A、安石榴甙B 和鞣花酸濃度分別為20.8 、160.8 、181.8和85.2 mg L-1。采用厭氧發(fā)酵法從石榴殘渣（石榴果渣經(jīng)多酚或是油脂提取處理后的殘渣）中生產(chǎn)高甲烷含量的生物氣。確定了最佳的石榴殘渣厭氧發(fā)酵條件為：溫度為35, 底物與嗜溫菌比為1:2 （ w/w）, 有效工作體積為500 mL,起始底物上樣量為5.0 gVS L-1,時間為 20 d 。在此最佳條件下 , 石榴殘渣的生物氣產(chǎn)率和甲烷含量分別為292 mL gVS-1和 61.2%。結(jié)果證明提取