木薯加工綜合利用研究進(jìn)展

王香英 張容鵠 萬祝寧 謝 輝 竇志浩

摘要：木薯塊根是木薯加工利用的主要部分，除直接加工后食用外，主要加工的產(chǎn)品有木薯淀粉、木薯酒精、飼料等。隨著木薯產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，木樹葉、木薯渣、木薯稈的綜合利用率也得到了提高。本文主要概述了木薯加工及其綜合利用的研究進(jìn)展，并提出了目前國內(nèi)木薯加工綜合利用存在的問題及發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：木薯加工綜合利用研究進(jìn)展

木薯(Manihot esculenta Crantz)在植物分類學(xué)上屬于雙子葉植物木薯屬，也稱樹薯、木番薯，屬熱帶亞熱帶根莖作物，原產(chǎn)于亞馬遜河流域，與馬鈴薯、紅薯并列為世界三大薯類作物，有“淀粉之王”、“地下糧食”和“能源作物”之稱。隨著木薯全球戰(zhàn)略提出，全球木薯種植業(yè)和加工業(yè)迅速發(fā)展，木薯加工、深加工產(chǎn)品應(yīng)用范圍日益廣泛，進(jìn)一步推動(dòng)了木薯產(chǎn)業(yè)的壯大，亞洲木薯資源控股有限公司發(fā)行的木薯資源股票2009年3月于香港聯(lián)合交易所板上市配售及公開發(fā)售，掀起了木薯經(jīng)濟(jì)的熱潮。

在我國，木薯廣泛栽培于廣西、海南、廣東、云南，福建、臺灣等省區(qū)，產(chǎn)量僅次于水稻、甘薯、甘蔗和玉米。據(jù)測算，我國木薯產(chǎn)量每年約1000萬噸，且每年以約30％比例增長。由于木薯具有抗逆性強(qiáng)，耐早耐瘠，種植投入少產(chǎn)出大，容易增產(chǎn)增收，富含淀粉，不與糧爭地等特性，隨著經(jīng)濟(jì)的增長和能源缺口的不斷加大，木薯作為一種非糧作物日益凸顯出其開發(fā)利用價(jià)值。

海南島屬熱帶季風(fēng)海洋性氣候，全年暖熱，光照充足，年平均氣溫22.5～25.6℃，特別適合木薯生長。海南已經(jīng)成為全國最大的木薯種植、品種研究、綜合利用、淀粉加工生產(chǎn)的科研中心之一，木薯的品種研究處在國際的領(lǐng)先水平，木薯獨(dú)特的經(jīng)濟(jì)價(jià)值將有望帶動(dòng)海南經(jīng)濟(jì)的長足發(fā)展。本文主要綜述了國內(nèi)外木薯加工綜合利用的研究進(jìn)展，分析了目前存在的問題及今后發(fā)展方向，以期為海南省木薯加工業(yè)的發(fā)展提供借鑒。

1木薯塊根的加工利用

木薯塊根富含淀粉，是最基本、最重要的加工來源，用來加工食品、淀粉、酒精等。

1.1木薯加工成食品及其添加劑

全世界木薯的65％用于人類食物，是熱帶濕地低收入農(nóng)戶的主要食用作物。木薯一般通過蒸煮、烘烤、煎炸和發(fā)酵加工成熟食后直接食用，另外還有的做成木薯休閑食品，如木薯片、木薯蛋糕等。木薯是尼日利亞等撒哈拉沙漠地區(qū)國家的國糧，通過初步加工的產(chǎn)品GARI和FUFU是當(dāng)?shù)厝巳粘５氖称贰３疵媸且患壍哪臼砑庸ぎa(chǎn)品，在巴西稱之為“farinha”，在西非稱之為“gari”，在中非稱之為“foufou”，作為當(dāng)?shù)氐姆奖闶称窂V泛銷售。木薯粉可部分替代面粉，可為消費(fèi)者提供不同等級和價(jià)格的面包，位于尼日利亞的國際熱帶農(nóng)業(yè)研究所與面包產(chǎn)業(yè)合作開展了一項(xiàng)研究，旨在評估木薯粉和面粉的不同比例的混合結(jié)果。由于木薯營養(yǎng)成分的單一，有很多關(guān)于強(qiáng)化木薯食品營養(yǎng)研究，THAKKAR S.K等專門對這些木薯食品的營養(yǎng)成分β－內(nèi)胡蘿卜素和視黃醇進(jìn)行了分析檢測，提出了要在這些食品中添加營養(yǎng)素的建議。GanHE等采用響應(yīng)面法(response surface methodology，RSM)對木薯蛋糕的加工過程進(jìn)行優(yōu)化，向其中添加25％糖和20％的椰子奶，獲得了穩(wěn)定的口味獨(dú)特的木薯蛋糕。Enwere NJ把600g玉米淀粉，400g的大豆粉和100g的木薯淀粉組成的復(fù)合淀粉，外加糖、鹽以及熱帶水果木瓜和香蕉汁一起做成的早餐食品，可明顯增加β－胡蘿卜h素、維生素和礦物質(zhì)的含量，具有較高營養(yǎng)價(jià)值。原生木薯淀粉可以添加固體有機(jī)酸如乳酸、檸檬酸、酒石酸和礦質(zhì)元素等，加水使之膨脹，可增加脆性和膨脹度，非常適合做成面包類休閑食品。

木薯除初步加工直接食用外，還可以深加工生產(chǎn)葡萄糖、果糖、麥芽糖、低聚糖、海藻糖等數(shù)十種不同甜度的糖，作為新興的保健食品，已成為國際糖果市場上的新寵。

1.2用于加工木薯淀粉及變性淀粉

木薯的塊根含30％的淀粉，木薯干則含有70％的淀粉。木薯淀粉粉質(zhì)細(xì)膩，含蛋白質(zhì)等雜質(zhì)少，其淀粉中直鏈淀粉占17％，支鏈淀粉占83％。木薯淀粉加工是將木薯原料中的淀粉與纖維素、蛋白質(zhì)、無機(jī)鹽等其它物質(zhì)分開。在生產(chǎn)過程中，根據(jù)淀粉不溶于冷水和比重大于水的性質(zhì)，用水及專用機(jī)械設(shè)備，將淀粉從水的懸浮液中分離出來，從而達(dá)到回收淀粉的目的。在拉美國家和加勒比海地區(qū)，木薯淀粉產(chǎn)業(yè)很興旺，其發(fā)展方向是生產(chǎn)市場價(jià)格較高的改性淀粉和水解淀粉。泰國是世界上木薯淀粉加工產(chǎn)量最高的國家，每年有50％的木薯用于提取木薯淀粉，在巴西、哥倫比亞和委內(nèi)瑞拉已建成一些大規(guī)模的現(xiàn)代化加工企業(yè)生產(chǎn)木薯淀粉，國內(nèi)有很多木薯淀粉加工廠，廣西的木薯淀粉加工業(yè)居全國之首。木薯淀粉蛋白質(zhì)含量低、具有粘性強(qiáng)、糊化溫度低、糊液穩(wěn)定透明、成膜性好和滲透性強(qiáng)，在理化特性和加工性能方面，比玉米淀粉具有更大的優(yōu)勢。國內(nèi)外學(xué)者正在對木薯淀粉進(jìn)行改性研究，以提高木薯淀粉的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。Nabeshima EH等木薯淀粉引入磷酸基團(tuán)，對其進(jìn)行了特性分析，產(chǎn)品增加了凝膠強(qiáng)度和吸水指數(shù)，抗高溫和抗剪切能力增強(qiáng)，可應(yīng)用在食品加工中。MarquesPT等采用差示掃描量熱法(differential scanningcalorimetry，DSC)和流變動(dòng)力計(jì)量法對木薯淀粉的膠凝化作用和粘度特性進(jìn)行研究，提出木薯形成交聯(lián)淀粉的最適溫度是85℃。孫靜文利用木薯變性淀粉加工成木薯淀粉糊精，該產(chǎn)品持水性比原淀粉大，吸濕性較強(qiáng)，感官及其理化特性符合麥芽糖標(biāo)準(zhǔn)，有較好的應(yīng)用前景。孫慧敏對木薯淀粉和木薯變性淀粉進(jìn)行比較，變性淀粉比淀粉具有較高的透明度、耐鹽性、耐酸性。高靜等以木薯淀粉為原料，通過正交試驗(yàn)確定了的最佳工藝條件為：溫度30℃、pH為8.5、醋酸酐用量6％、反應(yīng)時(shí)間為2h，較好地完成了低取代度木薯醋酸酯淀粉加工工藝過程。Henrique等報(bào)道木薯淀粉經(jīng)過變性后還具有優(yōu)良的成膜性能。可以加工成環(huán)保型的包裝產(chǎn)品。

木薯淀粉還可進(jìn)一步深加工為陽離子淀粉、氧化淀粉、酸解淀粉、復(fù)合陽離子淀粉、復(fù)合醋酸酯淀粉、酯化－降解淀粉、酯化－交聯(lián)淀粉、降解－交聯(lián)淀粉、預(yù)糊化酯化淀粉、預(yù)糊化交聯(lián)淀粉等，廣泛用于紡織、造紙、醫(yī)藥、食品、建材、鑄造、輕工、石油、能源、飼料、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、生物工程等行業(yè)。

1.3用于加工木薯酒精等化工產(chǎn)品

原油價(jià)格高和日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，使得人們越來越關(guān)注燃料乙醇等清潔環(huán)保的可再生能源。我國2001年開始發(fā)展燃料乙醇，已成為第三大燃料乙醇生產(chǎn)國。我國目前以玉米和小麥等糧食為原料生產(chǎn)燃料乙醇，成本較高且影響國家糧食安全。以非糧作物木薯原料生產(chǎn)酒精是一條較好的途徑，其主要優(yōu)勢有：原料優(yōu)勢生物特性好、種植面積廣闊、單產(chǎn)增長潛力大：酒精生產(chǎn)率較高；木薯乙醇生產(chǎn)成本較低。

木薯酒精是木薯的精深加工產(chǎn)品，原料經(jīng)過除雜粉碎、液化和糖化，進(jìn)一步發(fā)酵成為酒精。木薯生產(chǎn)酒精，成本比紅薯、甘蔗、玉米、馬鈴薯、小麥等幾種農(nóng)作物成本低。特別是目前，酒精已成為汽油中的添加燃料，對酒精的需求越來越多，如巴西發(fā)展甘蔗酒精，美國發(fā)展玉米酒精相比，在我國發(fā)展木薯酒精，既開發(fā)了綠色能源通道，又符合我國的實(shí)際情況。木薯已被世界公認(rèn)發(fā)展?jié)摿薮?、前途廣闊的酒精生產(chǎn)原料來源。

我國木薯燃料乙醇發(fā)展雖然剛剛起步，但發(fā)展迅速，中國木薯燃料乙醇的加工技術(shù)基本成熟，木薯燃料乙醇發(fā)展?jié)摿薮?。廣西輕工科學(xué)研究院的酒精“固定化酵母”已推廣利用，發(fā)酵效率比傳統(tǒng)工藝效率提高20％～30％，并已經(jīng)推廣運(yùn)用。廣西平果凱特生物化工有限公司在酒精生產(chǎn)工藝上采用了低溫蒸煮糖化和差壓蒸餾2項(xiàng)新技術(shù)，使得酒精各項(xiàng)消耗指標(biāo)處于國內(nèi)先進(jìn)水平，為大規(guī)模生產(chǎn)燃料乙醇奠定了基礎(chǔ)。梁于朝等將木薯擠壓膨化后用于酒精發(fā)酵，通過正交試驗(yàn)，得出當(dāng)料水比為1：2、糖化酶用量100U／g、糖化溫度60℃、糖化時(shí)間45min、酵母接種量0.1％和發(fā)酵溫度30℃時(shí)，酒精體積分?jǐn)?shù)達(dá)16.61％，與傳統(tǒng)酒精發(fā)酵工藝相比，酒精體積分?jǐn)?shù)提高了22.76％。證明擠壓膨化技術(shù)和高濃度酒精發(fā)酵技術(shù)相結(jié)合可以推進(jìn)木薯燃料酒精行業(yè)的大規(guī)模發(fā)展。

用木薯生產(chǎn)的有機(jī)化工產(chǎn)品除酒精外，還有聚乙烯、醋酸、環(huán)氧乙烷、山梨醇、乙醇胺、檸檬酸等，是生產(chǎn)橡膠、農(nóng)藥、油脂、包裝品、化妝品、軍用品的重要原料。

2木樹葉的加工利用研究

木薯葉富含蛋白質(zhì)、維生素和礦物質(zhì)，可以作為藥食兩用的薯類物質(zhì)，其營養(yǎng)保健功效非常顯著，可以開發(fā)成具有保健功能的食品。以鮮葉計(jì)算，木薯葉蛋白質(zhì)含量一般在4.0％～9.6％之間，Nassar NMA報(bào)道了，木薯葉經(jīng)初加工后添加到木薯淀粉和飼料中，可以作為補(bǔ)充缺乏蛋白質(zhì)的來源。馬達(dá)加斯加研人員發(fā)現(xiàn)搗碎的木薯葉煮熟后可治療膀胱炎，這項(xiàng)研究和試驗(yàn)開始于2001年，使用這種方法治療膀胱炎比其它藥物治療療效更為顯著，且沒有危險(xiǎn)和副作用，孕婦和喂奶的婦女都可服用。在拉丁美洲亞馬遜地區(qū)，木薯葉和香腸、熏肉、豬腰子等佐料一起燉4～5d，直到木薯葉完全變成黑色后即可食用，營養(yǎng)豐富，很受歡迎。木薯葉的保健功能可能與木薯葉中含有豐富的類胡蘿卜素和黃酮類化合物有關(guān)。Kubo I等研究了巴西的木薯品種mamva，其100g葉片含槲皮素84mg、山奈酚84mg、蘆丁462mg，并對其抗氧化性進(jìn)行了試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)效果顯著。β－胡蘿卜素和含β－環(huán)的胡蘿卜素是人類及動(dòng)物體內(nèi)維生素A合成的前體。Siqueira EMA等采用生長6-8個(gè)月的木薯葉做原料，用0.5％NaClO溶液清洗后在遮光的28℃的房間里干燥7d后，磨成葉粉，經(jīng)分析每100g葉粉中含有36mg β－胡蘿卜素，并通過小白鼠試驗(yàn)證實(shí)，木薯葉粉可以增加肝臟中維生素A的合成。

木薯葉營養(yǎng)保健功效非常顯著，而由于種種原因，目前國內(nèi)的研究工作還沒有開展，每年大量的木薯葉除了少部分作低附加值的飼料外，大部分被丟棄浪費(fèi)掉，影響生態(tài)環(huán)境。開發(fā)木薯葉營養(yǎng)保健功效的研究與產(chǎn)品開發(fā)，一方面可以開拓新的食物資源，減少糧食危機(jī)；另一方面可以減少環(huán)境污染，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

3木薯渣、稈的加工利用研究

木薯工業(yè)化生產(chǎn)后有大量的木薯渣、稈殘余，在我國僅每年木薯淀粉加工的木薯渣產(chǎn)量有30萬噸，加上加工酒精等其它產(chǎn)品的木薯渣總計(jì)達(dá)150萬噸。大量的木薯渣、稈被廢棄，不僅造成資源浪費(fèi)，而且嚴(yán)重污染環(huán)境，因而對木薯渣、稈的綜合利用凸顯重要。國內(nèi)外對木薯渣的綜合利用研究，主要集中在生產(chǎn)飼料，活性炭、單細(xì)胞蛋白、草酸、栽培食用菌及還田等方面。泰國的木薯產(chǎn)業(yè)的一個(gè)主要成就就是木薯做的家畜飼料，但是直接用木薯粉作飼料不是最經(jīng)濟(jì)的手段，用木薯渣做飼料可以變廢為寶，使資源得到最大限度的利用。用發(fā)酵法生產(chǎn)的木薯渣飼料已被試驗(yàn)證明效果良好，但要投入實(shí)際運(yùn)用還要進(jìn)一步研究。蔣愛國用幾種發(fā)酵木薯渣方法加工成飼料并用來喂豬、喂雞等飼養(yǎng)動(dòng)物，可以明顯的節(jié)約飼料開支，增加經(jīng)濟(jì)效益。黃金華等為探索提高木薯渣營養(yǎng)價(jià)值適宜的生物處理方式，以黑曲霉、啤酒酵母、產(chǎn)脘假絲酵母的不同組合對木薯渣進(jìn)行發(fā)酵，結(jié)果表明，發(fā)酵品質(zhì)達(dá)優(yōu)等，各種蛋白含量都增加了，以粗蛋白、真蛋白增加最高，分別增加了76.27％和36.11％。Y.Sudaryanto對木薯渣進(jìn)行綜合利用研究得到活性炭，發(fā)現(xiàn)浸漬比5：2，活化溫度750℃制備的活性炭有較好的吸附性能。蘇啟苞把木薯稈、木薯渣粉碎，按不同比例配制培養(yǎng)基栽培真姐菇，可以創(chuàng)造真姬菇菌絲較適宜的生產(chǎn)環(huán)境。王宇飛等研究表明木薯發(fā)酵制備乙醇后產(chǎn)生的殘?jiān)跐饬蛩?60％)、濃硝酸和催化劑共同作用下，經(jīng)水解_氧化－水解可成功地將木薯渣制備成草酸，綜合分析結(jié)果表明剩余殘?jiān)蛷U水不會對環(huán)境造成污染，既為草酸的生產(chǎn)提供了新思路，又為農(nóng)產(chǎn)品的殘?jiān)C合利用找到途徑，發(fā)展前景廣闊。李紅雨等報(bào)道將上季木薯莖稈粉碎堆漚腐熟，通過設(shè)計(jì)不同的還田量于木薯下種前還田，可以有效降低土壤容重，增加土壤孔隙度，顯著改善土壤的物理性狀；還可以提高土壤脲酶和過氧化氫酶活性，增加土壤堿解氮、速效鉀等速效養(yǎng)分含量。

加快木薯秸稈、木薯渣資源轉(zhuǎn)化，對其進(jìn)行資源化開發(fā)利用，不僅變廢為寶，而且能夠有效延伸木薯產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)廢棄物資源的綜合利用，反哺種植業(yè)，保持循環(huán)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展。

4目前存在的問題及解決途徑

木薯是中國重要的熱作產(chǎn)業(yè)之一，目前，在海南省的白沙縣、屯昌縣，廣西自治區(qū)的武鳴、南寧等市縣，云南省的紅河州等地已初步形成木薯產(chǎn)業(yè)化。但據(jù)世界糧農(nóng)組織據(jù)FAO統(tǒng)計(jì)，世界的木薯進(jìn)出口貿(mào)易中，主要出口國為泰國和越南，主要進(jìn)口國為中國、比利時(shí)和西班牙。2006年后中國木薯的供需缺口有100萬噸左右，造成了部分木薯加工企業(yè)的原料短缺和進(jìn)口成本的加大。我國木薯加工業(yè)存在的主要問題是：1)對木薯加工產(chǎn)業(yè)的認(rèn)識不夠，木薯往往被認(rèn)為是低效、低值的農(nóng)作物；2)中國木薯外貿(mào)依存度頗高，在世界的貿(mào)易地位相對比較薄弱；3)木薯加工規(guī)模小。

我國應(yīng)從以下幾點(diǎn)壯大國內(nèi)木薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展：一是積極引進(jìn)和推廣適合加工用的木薯良種，制定和推廣高產(chǎn)栽培技術(shù)，提高單位面積產(chǎn)量和產(chǎn)值。二是加大木薯加工企業(yè)的培育力度，促使成規(guī)模，大力發(fā)展生產(chǎn)木薯淀粉、變性淀粉、乙醇和休閑食品等產(chǎn)品。三是積極探討木薯綜合利用途徑，積極尋求木薯葉或木薯渣、稈等下腳料的綜合利用，延伸產(chǎn)業(yè)鏈，從而增加農(nóng)民收入，帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。四是加大科技投入，解決木薯加工層次低、技術(shù)含量不高、產(chǎn)業(yè)鏈短等問題，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高木薯加工產(chǎn)品的附加值。五是加大木薯加工業(yè)三廢處理工作力度，強(qiáng)化環(huán)保意識，逐步實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。

5展望

目前世界各國都面臨著能源短缺的壓力，各國都在尋找解決能源問題的途徑，酒精替代石油作為燃料，具有環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的雙重效益。木薯作為一種可再生的生物資源，其重要性日益顯著，發(fā)展燃料酒精將給木薯產(chǎn)業(yè)帶來難得的發(fā)展機(jī)遇。而木薯的加工開發(fā)為木薯的產(chǎn)業(yè)化帶來極大的發(fā)展空間，木薯的綜合利用又將會進(jìn)一步提高木薯的附加值。可以預(yù)計(jì)，隨著國家加大對木薯產(chǎn)業(yè)投入，木薯良種化生產(chǎn)和高產(chǎn)栽培技術(shù)的推廣，以及木薯加工綜合利用水平的提高，我國木薯產(chǎn)業(yè)必將逐步走向發(fā)展壯大，前景廣闊。