馬鈴薯渣的利用及應用現(xiàn)狀

劉曉明，蔣巖，秦瑤，謝娩林，王燕

（齊齊哈爾大學食品與生物工程學院，黑龍江齊齊哈爾 161006）

馬鈴薯渣的利用及應用現(xiàn)狀

劉曉明，蔣巖，秦瑤，謝娩林，王燕*

（齊齊哈爾大學食品與生物工程學院，黑龍江齊齊哈爾 161006）

馬鈴薯渣富含碳水化合物，主要由淀粉、果膠及各種纖維素組成，還含有肽類物質(zhì)，還包括阿拉伯半乳糖。馬鈴薯淀粉渣含水量很高（干物質(zhì)＜10%），薯渣中的水分并沒有和細胞壁中的各類纖維素相結(jié)合，而是以嵌入的方式存在于細胞中。因此，薯渣沒有一般液體性質(zhì)，而表現(xiàn)出膠體的各種性質(zhì)，不易利用。文章綜述了馬鈴薯渣利用中存在的問題及現(xiàn)狀。

馬鈴薯渣；利用現(xiàn)狀；應用現(xiàn)狀

馬鈴薯淀粉渣含水量很高，由于薯渣中的水分并沒有和細胞壁中的各類纖維素相結(jié)合，而是以嵌入的方式存在細胞中的，需要通過細胞膜的交換才能到達外界，因此，薯渣沒有一般液體性質(zhì)，而表現(xiàn)出膠體的各種性質(zhì)。因此，如果想要采用機械的方法將薯渣水分降低，是一件相當困難的事情。如果引用高端設備進行脫水干燥處理，成本能耗費用昂貴，一般廠商無法承擔。通過培養(yǎng)基菌株試驗，可從薯渣原料中獲得微生物菌株30多種，一共15類，其中細菌占據(jù)85%，還有霉菌和酵母菌只占極少部分。薯渣中繁多的微生物和高含量的水分限制了薯渣的貯存和應用。因此，尋找到一條既能快速降低水分，又能良好保存薯渣的途徑是非常必要的[1]。

1 薯渣利用中存在的問題

1.1 馬鈴薯渣的前處理問題

由于馬鈴薯鮮渣中菌種過多，必須經(jīng)過消毒飼喂以防止病原體的污染，影響反芻動物健康。在馬鈴薯渣中添加吸收劑，利用吸收劑與馬鈴薯渣水分相互補充的特性來制作青貯。當將其發(fā)酵作為蛋白質(zhì)飼料時，含水量＞90%的馬鈴薯渣，不能直接作為固體發(fā)酵基直接利用，必須將含水量調(diào)到65%～70%，而單純利用機械方法很難達到這個要求?？梢圆捎没瘜W試劑先打破在其細胞內(nèi)的水，化學試劑的選擇應以安全第一。

1.2 馬鈴薯渣的安全使用問題

目前，在國內(nèi)外關于馬鈴薯渣的毒理學研究比較少，僅是極小部分使用發(fā)酵馬鈴薯渣飼喂動物的試驗研究。由于馬鈴薯渣是淀粉加工企業(yè)的廢渣，可能存在毒素，其中存在著一種生物堿——龍葵素，對人體或者動物都有很大的傷害。而且隨著馬鈴薯渣在光照下的時間的延長而增加。因此，需要建立一個評估體系來更好的評價馬鈴薯渣這一新型的能量飼料原料。

2 馬鈴薯渣利用的研究現(xiàn)狀

2.1 馬鈴薯渣國內(nèi)外研究進展

馬鈴薯渣由于水渣結(jié)合緊密，用機械方法難以分離，用烘干法能耗較大，經(jīng)濟效益差，為其綜合利用造成了一定困難。目前國內(nèi)外許多學者對馬鈴薯渣的利用做了許多方面的嘗試和研究。目前對于馬鈴薯淀粉渣的利用開發(fā)主要有發(fā)酵法、理化法和混合法[2]。發(fā)酵法是以利用微生物發(fā)酵，將馬鈴薯淀粉渣發(fā)酵制備各種生物制劑和有機物料；理化法是用物理、化學和酶等方法對馬鈴薯淀粉渣進行處理，從馬鈴薯淀粉渣中提取一些有效成分；混合法是把酶法處理和發(fā)酵處理兩種方法結(jié)合在一起的處理方法。作為燃料使用、充當動物飼料、提取食品類物質(zhì)等，是目前國外薯渣的主要利用方式。而國內(nèi)對于薯渣的利用才剛開始，主要是在食品方向的應用比較多，近些年來，研究的又一熱點是利用微生物固態(tài)發(fā)酵薯渣生產(chǎn)蛋白質(zhì)飼料，以解決當今社會畜禽對于蛋白質(zhì)飼料的需求。將國內(nèi)外研究綜合發(fā)現(xiàn)，結(jié)合生產(chǎn)，得出薯渣的最為有效的利用方式和獲得最大利益的途徑是食品類物質(zhì)的提取和微生物產(chǎn)物的獲得。

2.2 微生物發(fā)酵處理馬鈴薯渣

微生物技術(shù)在薯渣中應用已經(jīng)被當今研究人員所認可，并得到廣泛利用。以馬鈴薯渣為主要原料，添加其他輔料，應用發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)產(chǎn)品作為一種新型的飼料來源。由于操作的簡易性和廣闊的應用前景，微生物發(fā)酵技術(shù)已被絕大多數(shù)研究人員采納，并且證實效果顯著。

2.2.1 微生物發(fā)酵生產(chǎn)蛋白質(zhì)飼料

近年來，我國蛋白質(zhì)飼料短缺日益嚴峻，過分依賴于進口飼料，而由于飼料價格的上漲，引起畜產(chǎn)品的價格飆升。因此，尋找價廉而又高產(chǎn)的蛋白質(zhì)飼料資源已經(jīng)成為畜牧行業(yè)的主要問題。而利用微生物發(fā)酵產(chǎn)生高含量的富含菌體蛋白的蛋白質(zhì)飼料，已經(jīng)引起各方的高度關注。用薯渣生產(chǎn)單細胞蛋白，主要是指在適宜的條件下，以薯渣為主要原料，利用微生物發(fā)酵，使得短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的菌體蛋白質(zhì)，使薯渣中纖維、淀粉被菌群利用轉(zhuǎn)化成蛋白質(zhì)或者含氮物質(zhì)，一方面提高了產(chǎn)物的粗蛋白質(zhì)含量，另一方面由于菌株的旺盛生長，發(fā)酵后的產(chǎn)物氨基酸、微生物和各種生物酶都得到相應提高。固態(tài)發(fā)酵薯渣生產(chǎn)蛋白質(zhì)飼料這一舉措不僅可以填補我國蛋白飼料的短缺，還解決了薯渣污染環(huán)境這一普遍性難題。

2.2.2 青貯

Okine等研究表明，薯渣單一青貯是可行的，但是添加微生物菌劑發(fā)酵之后，青貯發(fā)酵品質(zhì)有所提高，而且青貯后的馬鈴薯渣72%DM是可利用的，且含有13MJ·kg-1消化能，得出青貯后的薯渣被認為是一種良好的能量飼料，用于飼喂反芻動物[3]。Osnhta等利用添加乳酸菌制劑青貯馬鈴薯渣，添加乳酸菌制劑的馬鈴薯渣其發(fā)酵品質(zhì)得到提高，發(fā)酵產(chǎn)物可以用來飼喂反芻動物，并提高了其適口性[4]。王典等研究表明，馬鈴薯淀粉渣－玉米秸稈混合青貯料的添加量可以替代肉羊飼糧中75%的全株玉米青貯料，結(jié)果表明，薯渣混貯有提高肉羊日增重的趨勢，可以提高血清尿素氮含量，顯著降低瘤胃液氨態(tài)氮濃度[5]。

2.3 有益物質(zhì)的提取制備

薯渣中有益物質(zhì)主要是果膠和膳食纖維，生產(chǎn)出附加值高的產(chǎn)品，提高了薯渣的利用率，主要以馬鈴薯淀粉渣為原料提取膳食纖維和果膠。

馬鈴薯淀粉渣含有豐富的膳食纖維，占干重的19.65%，馬鈴薯被譽為“第四大糧食作物”，因此其食用安全性是完全可以保障的。而從薯渣中提取膳食纖維，也因此被確認為既安全又廉價的產(chǎn)品。由于膳食纖維和人體健康息息相關，因此，膳食纖維又被稱為“第七大營養(yǎng)素”[6]。我國對膳食纖維的研究比較多，而且大部分研究表明，要想獲得高純度的膳食纖維，必須降解大量的蛋白質(zhì)和淀粉等營養(yǎng)物質(zhì)[7-8]。基于馬鈴薯原料本身的食用的安全特性，那么由此提取的膳食纖維，也是一種安全的食用產(chǎn)品。

馬鈴薯渣雖然是淀粉制作過程中的一種廢棄物，營養(yǎng)價值比較低，但是卻是一種提取果膠的優(yōu)質(zhì)原料。用薯渣生產(chǎn)果膠，不僅增加馬鈴薯渣的附加值，也豐富了果膠生產(chǎn)的原料來源。馬鈴薯渣中提取果膠一般采用微波法、沉淀法、酸法、堿法等，而且都能獲得高純度的果膠。果膠是一類具有共同特性的寡糖和多聚糖的混合物，其主要成分是D-半乳糖醛酸。世界糧農(nóng)組織（FAO）和歐盟（EU）規(guī)定，果膠必須含有≥65%的半乳糖醛酸[9]。果膠酸是果膠的降解產(chǎn)物，分子進一步變小，可溶于水，呈酸性[10]。國內(nèi)對于果膠的需求量相當高，但是大部分都是依靠進口的，經(jīng)有關專家統(tǒng)計，表明在今后很長一段時間，我國對于果膠的這種需求每年將持續(xù)增長。但是亞洲國家基本不生產(chǎn)果膠，即使是生產(chǎn)，其產(chǎn)量特別低，而果膠的主要生產(chǎn)國基本處于歐洲，例如英國、法國等。然而近些年，國內(nèi)的企業(yè)逐漸意識到，利用本土資源生產(chǎn)制造果膠，其價格遠低于進口果膠，從中獲利相當可觀，因此，加大力度，開展果膠資源，成為當今生產(chǎn)企業(yè)的另一高利潤發(fā)展產(chǎn)業(yè)，而獲得優(yōu)質(zhì)果膠的生產(chǎn)工藝更是研究的熱點。

2.4 其他利用方式

把馬鈴薯渣轉(zhuǎn)化或替代為動物飼料，這樣不僅能使薯渣變廢為寶，提高利用效率，而且豐富了飼料的多樣性、功能性，使飼料資源有效利用水平進一步提高。而馬鈴薯渣作為動物飼料，除了利用上述微生物發(fā)酵處理之外，還有烘干處理或者直接飼喂鮮渣[11]。

2.4.1 直接飼喂

目前，大多數(shù)廠家對薯渣的利用僅局限于直接利用鮮渣。薯渣具有的豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，使得薯渣可以成為一種能源，但是由于其本身的高水分和高礦物質(zhì)鹽等缺點，使得應用受限。但是如果長期廢置，不加以利用，對于畜禽和社會環(huán)境來說，都是一個損失。綜合考慮權(quán)衡各方面因素，在直接飼喂的同時，考慮尋求一種能持續(xù)發(fā)展的利用手段是當務之急。

2.4.2 脫水干燥

薯渣由于其高含水量，不能常溫保存，如果在生產(chǎn)過程中采取機械干燥處理，則會加大經(jīng)濟成本，由于昂貴的干燥成本導致大多數(shù)廠商不考慮將薯渣作為資源使用。同時一些研究人員指出采用化學方法對薯渣進行脫水，在降低干燥成本的同時，對合理利用薯渣這一資源以及對生態(tài)環(huán)境都有很積極深遠的作用。孫萬成等研究選用水分含量為91.42%的馬鈴薯淀粉渣，采用L16（215）正交實驗，得出添加氧化鈣1.77%、氫氧化鈉0.035%、氯化鈉0.88%、3種脫水劑，使得馬鈴薯渣在最短時間內(nèi)由糊狀形成分散的固體顆粒，因此提高了馬鈴薯渣的貯藏期和利用價值[12]。

采用這兩種方法飼喂反芻動物，由于纖維在營養(yǎng)吸收方面的不利因素，加之含水量的過高，使得薯渣的適口性相當?shù)?，因而其飼料利用率和轉(zhuǎn)化率都相應較低。因此，不適宜大規(guī)模推廣。

3 馬鈴薯渣蛋白質(zhì)飼料在畜禽中的應用

張凡華等利用發(fā)酵馬鈴薯淀粉渣飼喂育肥肉羊，試驗組每日飼喂自然發(fā)酵的馬鈴薯淀粉渣0.5 kg·只-1，結(jié)果表明，與對照組相比，試驗組日增重提高了17.39%，屠宰率提高了1.56%，經(jīng)濟效益提高了30.62%[13]。徐興軍等固態(tài)發(fā)酵馬鈴薯渣生產(chǎn)的蛋白質(zhì)飼料以20%的比例部分替代肉兔日糧，結(jié)果表明，發(fā)酵產(chǎn)品使得肉兔日增質(zhì)量提高20.4%，料重比降低6.5%[14]。張偉偉等研究表明，當日糧中添加30%馬鈴薯渣發(fā)酵蛋白飼料能顯著提高蛋雞的蛋白質(zhì)利用率，對干物質(zhì)和脂肪的代謝率以及生產(chǎn)性能無顯著影響，而且固態(tài)發(fā)酵薯渣提高了薯渣的適口性[15]。邵淑麗等研究馬鈴薯渣發(fā)酵蛋白質(zhì)飼料部分替代兔日糧的飼喂效果，結(jié)果表明，30%馬鈴薯渣發(fā)酵蛋白質(zhì)飼料可提高兔日增重，降低飼料消耗，對兔肉品質(zhì)和免疫功能無不良影響[16]。張光勤等通過對奶牛進行飼喂?jié)駪B(tài)發(fā)酵蛋白質(zhì)飼料，結(jié)果表明，奶牛日飲4 kg該飼料后，單產(chǎn)提高1.8 kg，每頭牛日增利潤0.34元，經(jīng)濟效益顯著，且乳成分無明顯變化[17]。

4 結(jié)論

馬鈴薯渣利用不當嚴重污染環(huán)境，利用得當是一種非常重要的資源，能大大增加馬鈴薯的附加值，因此，采用更有效的方式來改善馬鈴薯渣特性，使其發(fā)揮更大的潛力，不僅可充當動物飼料，還可提取果膠和膳食纖維，提高其經(jīng)濟效益。

[1]王典,王加啟,張養(yǎng)東,等.馬鈴薯淀粉渣的開發(fā)與綜合利用[J].

中國畜牧獸醫(yī),2011,38（10）:27-29.

[2]王拓一,張杰,吳耘紅,等.馬鈴薯渣的綜合利用研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工,2007,7:103-105.

[3]Okine A,Hanada M,Vimamu A,et al.Ensiling of potato pulp with or without bacterial inoculants and its effect on fermentation quali?ty,nutrient composition and nutritive value[J].Anim Feed Sci Technol,2005,121:329-343.

[4]Oshita T,Mianni T,Miyaji M,et al.Chemical composition,charac?teristics of silage fermentation and nutritive value of potato pulp si?lages with without lactic acid bacteria inoculants[J].Jpan Journal of Grassland Science,2007,53:201-207.

[5]王典,李發(fā)弟,張養(yǎng)東,等.馬鈴薯淀粉渣-玉米秸稈混合青貯料對肉羊生產(chǎn)性能、瘤胃內(nèi)環(huán)境和血液生化指標的影響[J].草業(yè)學報,2012,21（5）:47-54.

[6]楊希娟.馬鈴薯渣開發(fā)利用前景分析[J].糧食加工,2009,34（6）:68-70.

[7]呂金順,楊聲,王小芳,等.馬鈴薯渣制膳食纖維的工藝研究[J].中國馬鈴薯渣,2001,15（6）:332-334.

[8]王宏勛,吳疆鄂,張曉昱.發(fā)酵土豆渣制取膳食纖維的初步研究[J].河南工業(yè)大學學報,2005,26（2）:79-81.

[9]William G T,Willats J,Paul knox J D M.Pectin:new insights in?to an old polymer are starting to gel[J].Trends in Food Science and Technology,2006,17:97-104.

[10]張子儀.中國飼料學[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000.

[11]Yoko H,Maki R,Hirose J,et al.Microbial production of hydrogen from starch-manufacturing wastes[J].Biomass and Bioenergy, 2002,22:389-395.

[12]孫萬成,肖明,孫小鳳.馬鈴薯渣脫水技術(shù)研究[J].食品研究與開發(fā),2010,31（3）:69-73.

[13]張凡華,馮強.發(fā)酵馬鈴薯淀粉渣飼喂育肥肉羊效果[J].當代畜牧,2008（6）:30-31.

[14]徐興軍,邵淑麗,張偉偉,等.馬鈴薯渣3種菌發(fā)酵飼料飼喂肉兔的效果[J].高師理科學刊,2009,29（3）:65-68.

[15]張偉偉,邵淑麗,徐興軍.馬鈴薯渣發(fā)酵蛋白飼料對蛋雞飼喂效果的研究[J].黑龍江畜牧獸醫(yī),2012（5）:81-82.

[16]邵淑麗,徐興軍,邵會祥,等.馬鈴薯渣發(fā)酵飼料對兔肉質(zhì)、免疫功能的影響[J].生物技術(shù),2002,12（1）:24-26.

[17]張光勤,趙振升,職承平,等.濕態(tài)發(fā)酵蛋白飼料飼喂奶牛試驗報告[J].中國奶牛,2012（23）:53-54.

Utilization and Application of Potato Residue

LIU Xiaoming,JIANG Yan,QIN Yao,XIE Wanlin,WANG Yan*

（College of Food and Biological Engineering,Qiqihar University,Qigihar 161006,Heilongjiang,China）

Potato residue rich in carbohydrates,mainly starch,pectin and cellulose,also contains peptides,in?cluding Arabia galactose.Potato starch slag containing high water(dry matter less than 10%),as in potato residue,no water and all kinds of cellulose in the cell wall combined with embedding the way of existence in the cell,therefore,po?tato residue no general liquid properties,and exhibit various properties of the colloid,it is not easy to use.This paper summarized theexistingproblemsandutilizationofpotatoresidue.

potato residue;utilization status;application status

S816.46；S816.6

A

1001-0084（2017）02-0033-03

2016-10-11

大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃（201610221025）；黑龍江省自然科學基金項目（C2015049）；齊齊哈爾大學青年基金（2014k-M26）

劉曉明（1993-），男，黑龍江塔河人，研究方向為生物工程。

*通訊作者