木薯質(zhì)量安全、營養(yǎng)品質(zhì)與加工利用新進展

鐘永恒 陸柏益* 李開綿

（1 浙江大學生物系統(tǒng)工程與食品科學學院 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量安全風險評估實驗室浙江大學BEFS 中國食物營養(yǎng)功能評價研究中心 杭州310058 2 中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院熱帶作物品種資源研究所 海南儋州571700）

木薯， 亦稱樹薯、 番木薯， 大戟科木薯屬（Manihot esculenta Crantz）， 素有 “淀粉之王”之稱，是世界上許多貧困地區(qū)最重要的糧食作物，如今已是近十億人口的主食。木薯主要分布于亞洲、非洲、 拉丁美洲的亞熱帶、 熱帶地區(qū)的發(fā)展中國家。 19 世紀初，木薯傳入我國廣東一帶，隨后開始有了較大的發(fā)展， 目前我國的木薯種植地主要集中在廣東、廣西、云南、海南等地。2017年我國木薯產(chǎn)量約有486 萬t，占全球木薯產(chǎn)量的1.7%，機械化程度低使我國的木薯產(chǎn)量受到很大的限制。 據(jù)FAO 統(tǒng)計，自2001年起我國成為世界上最大的木薯進口國，2016年我國占世界木薯干總進口量的70 以上%[1]。木薯具有種植成本低、光合效率高、淀粉含量高、利用范圍廣等諸多優(yōu)點，在食品、飼料、工業(yè)、 能源開發(fā)等領域都具有重要的應用價值和推廣潛力。

目前我國的木薯產(chǎn)業(yè)還相對落后， 木薯產(chǎn)量低、需求量大，處于供不應求的狀態(tài)。 木薯在全國的推廣程度低，加工利用水平不高[2]。 本文對木薯及其產(chǎn)品的質(zhì)量安全、營養(yǎng)品質(zhì)進行論述，對木薯近年來的加工利用進展進行整理， 為木薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出建議。

1 木薯的質(zhì)量安全

威脅木薯質(zhì)量安全的危害因子主要是生氰糖苷、真菌毒素、重金屬、病原菌等。 理清木薯及其產(chǎn)品中的潛在危害因子， 是提出解決方法以提高木薯的食用安全性的基礎。 表1 整合了國內(nèi)外現(xiàn)行木薯及其產(chǎn)品的質(zhì)量安全相關的標準和準則以作參考。

1.1 生氰糖苷

生氰糖苷是一類能保護植物免受昆蟲傷害的氨基酸類衍生物[24]。 木薯中的氰苷主要有亞麻苦苷和百脈根苷。 在木薯組織細胞中糖苷酶以及人體內(nèi)的糖苷酶的作用下，氰苷會被分解產(chǎn)生HCN，因此當人體攝入過量的HCN 或氰苷，就會造成嘔吐、頭暈、頭痛、腹瀉等中毒現(xiàn)象甚至死亡[25-26]。 一種因木薯氰苷中毒引起的神經(jīng)系統(tǒng)類疾病Konzo，在剛果、尼日利亞等多個國家都已有報道，患者表現(xiàn)出痙攣、癱瘓、認知力喪失等癥狀，該病在幼兒和育齡婦女中發(fā)病率更高， 并且營養(yǎng)不良會使得解毒率更低[27]。 木薯生氰糖苷引起的質(zhì)量安全問題已引起了各國政府的關注， 國際組織陸續(xù)開展了木薯生氰糖苷的風險評估工作[28-30]。木薯產(chǎn)品中

HCN 含量波動較大， 其中部分產(chǎn)品遠超安全標準， 風險隱患較大。 目前對于木薯及木薯產(chǎn)品中HCN 的安全劑量，各國常用的標準是CAC 制定的最大限量10 mg/kg[8]。Burns[31]對從墨爾本市場采集的木薯片、木薯粉、木薯淀粉、冷凍木薯根中HCN含量進行檢測， 結果發(fā)現(xiàn)HCN 水平從低于1 mg/kg 到高達262 mg/kg 不等， 且不同年份的產(chǎn)品中HCN 含量差異也較大。

表1 國內(nèi)外現(xiàn)行木薯及其產(chǎn)品的質(zhì)量安全標準和準則Table 1 Current standards and guidelines for quality and safety of cassava and its products

熊麗娜等[32]總結了木薯氰苷減控技術研究進展，常見的有物理化學法、生物發(fā)酵法、轉基因法，前兩者是通過加工去除部分氰苷， 后者是通過抑制氰苷合成從源頭減少氰苷含量。 根據(jù)CAC 提出的操作規(guī)程[5]，降低木薯及其制品中HCN 含量需要從前體物質(zhì)即氰苷出發(fā)，選擇好的品種，適時采收，充分加工，遵循良好生產(chǎn)操作規(guī)范。 規(guī)程中對加工gari、fufu、木薯粉、木薯淀粉、木薯片等木薯產(chǎn)品時，如何降低HCN 含量都做了詳細說明。

1.2 真菌毒素

真菌毒素是由真菌產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物。 木薯及其產(chǎn)品中常見的真菌毒素有黃曲霉毒素、赭曲霉毒素A、玉米赤霉烯酮等。 從霉菌毒素污染情況來看，木薯產(chǎn)品還是比較安全的。 Sulyok 等[33]對從坦桑尼亞和盧旺達收集的627 個木薯樣品進行真菌毒素調(diào)查，結果表明，除玉米赤霉烯酮的發(fā)生率達到38%外，真菌毒素的發(fā)生率均低于10%，且玉米赤霉烯酮超標（＞100 μg/kg）的樣品不到3%，還有極少量樣品中存在黃曲霉毒素B1、 總黃曲霉毒素、赭曲霉毒素A 含量超標的問題。 Adjovi[34]等人研究發(fā)現(xiàn)相比玉米、花生，木薯受黃曲霉毒素污染程度較低， 這一結果可能與鮮木薯對黃曲霉毒素的合成有抑制作用有關。 Abass[35]對木薯生產(chǎn)與消費大國之一的尼日利亞的木薯干制品進行真菌毒素暴露評估， 檢測到幾種主要霉菌毒素含量都在安全標準內(nèi)。除霉屬真菌外，新的產(chǎn)毒真菌屬如鐮刀菌屬在木薯中也陸續(xù)被鑒定出來，Chilaka[36]在garri、lafun、amala 等尼日利亞常見主食中，都檢測到了鐮刀菌屬真菌毒素。

盡管木薯中真菌毒素污染程度總體不高，但對于以木薯為主食的地區(qū)來說，木薯食用量大，還有一些未知真菌毒素有待鑒別， 且可能存在多毒素混合污染問題，需要引起重視。

1.3 重金屬

重金屬的污染來源十分廣泛，空氣、水、土壤都是重要的污染介質(zhì)， 由土壤引起的木薯重金屬污染尤為明顯。木薯生長對土壤的要求不高，在尼日利亞、剛果等很多發(fā)展中國家，木薯常種植在重金屬含量超標的問題土壤中。Obiora[37]對尼日利亞東南部鉛鋅礦區(qū)的栽培木薯進行重金屬檢測，結果顯示部分重金屬含量超標。 該地區(qū)木薯塊根和葉中，Pb 含量分別達到8.65，3.61 mg/kg，遠超過我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部對食用鮮木薯的Pb 限量標準（≤0.6 mg/kg）[20]。 Cr 含量分別達到1.53，2.36 mg/kg，也超過我國的食品污染物限量標準（≤0.6 mg/kg）[10]。該地區(qū)成人和兒童每日由此木薯根和葉攝入的Zn 含量分別達到0.0564，0.0651 mg，遠超過Zn 的每日最大攝入量0.003 mg。 從高速公路沿線農(nóng)田采集的木薯塊根和葉片中，同樣存在Cr、Pb、Zn 超標的問題[38]，這可能與汽車尾氣的排放有關。

1.4 病原菌

食源性病原菌通常指一些以食物為傳播媒介的致病性微生物，如大腸桿菌、沙門氏菌、結核菌等，經(jīng)人口攝入后容易引發(fā)中毒以及一些傳染病。食源性疾病的發(fā)生與生產(chǎn)衛(wèi)生條件有很大關系。在非洲大部分地區(qū)， 木薯的加工仍然以傳統(tǒng)的家庭手工作坊為主， 極易因生產(chǎn)衛(wèi)生不合格而導致病原菌的侵入繁殖。Akmel[39]對科迪瓦特全境內(nèi)廣泛食用的乳酸發(fā)酵制品Attieke 進行病原菌含量調(diào)查，結果表明，由Attieke 攝入過量產(chǎn)氣莢膜梭菌的可能性為1.27%～2.80%，表明每10 000 人中可能有1 270～2 800 人是產(chǎn)氣莢膜梭菌引起的食源性疾病的潛在受害者。在阿巴卡利基，木薯產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)大量的桿菌、沙門氏菌、志賀氏菌、克雷伯氏菌屬等[40]。 我國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準規(guī)定食用木薯粉中菌落總數(shù)≤3 000 個/g，霉菌≤100 個/g，致病菌不得檢出[14]。吳雪[41]對廣西近五年來的食用木薯淀粉進行了微生物污染情況調(diào)查， 有超過40%的樣品菌落總數(shù)超標，霉菌超標率近30%，但致病菌未檢出。 由病原菌感染引起的食品安全事件突發(fā)性強，需要及時預防。

1.5 其它

除了以上風險外， 木薯及其產(chǎn)品還存在農(nóng)藥殘留、食品添加劑超標等問題。 Marco[42]曾在木薯根和葉中， 檢測到DDT 水平分別達到191～586 mg/kg 、7～425 mg/kg， 遠超DDT 最大殘留量0.05 mg/kg[11]。關于木薯中農(nóng)藥殘留的報道較少，可能與木薯種植中農(nóng)藥使用率較低有關。 在木薯粉及木薯淀粉的生產(chǎn)過程中，常添加亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、焦亞硫酸鈉等含硫漂白劑，根據(jù)GB 2760 規(guī)定，淀粉中二氧化硫最大殘留量為0.03 g/kg[12]。 李健等[43]對我國廣西食用木薯淀粉的衛(wèi)生監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，二氧化硫殘留量合格率為56.7%。

2 營養(yǎng)品質(zhì)評價

木薯以高碳水化合物、低脂、高纖維為特色，是膳食營養(yǎng)均衡的重要組成部分。 表2 比較了木薯與甘薯、馬鈴薯的塊根和葉的營養(yǎng)成分。

2.1 能量與碳水化合物

木薯塊根是一種高能量密度食物， 其能量的主要來源是豐富的碳水化合物。 鮮木薯中的碳水化合物占據(jù)了25%～36%， 而馬鈴薯只有12%～23%。 木薯中的碳水化合物除少量蔗糖、葡萄糖、果糖和麥芽糖外主要為淀粉，其中17%～22%是直鏈淀粉，78%～83%是支鏈淀粉[53]。 與甘薯、馬鈴薯的淀粉組成相比，木薯中支鏈淀粉含量最高，高支鏈淀粉保水性好、 抗老化性好， 可加工成糯性食品、 冷藏食品。 木薯淀粉中還含有抗性淀粉，Onyango 等[57]在木薯淀粉中提取出高達75.38%的抗性淀粉，它在小腸內(nèi)幾乎不被消化，具有膳食纖維的功效，在提供飽腹感的同時又不產(chǎn)生能量，有助于肥胖人群的體重控制和高血糖人群的血糖平衡。 曾紅華[58]研究發(fā)現(xiàn)木薯抗性淀粉對腸道雙歧桿菌、乳鏈球菌的增殖也有較顯著的作用。

2.2 蛋白質(zhì)與氨基酸

木薯塊根中的蛋白質(zhì)含量較低， 鮮木薯塊根中只有0.3%～3.5%左右，低于馬鈴薯。木薯塊根中必需氨基酸的含量比較低，尤其是甲硫氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸，亮氨酸和精氨酸的含量較高。除塊根外，木薯葉也是一種營養(yǎng)豐富的可食資源，在剛果，木薯葉占所有蔬菜消費量的60%以上。與塊根相比，木薯葉中的必需氨基酸含量則比較豐富，蘇氨酸和異亮氨酸甚至超過了甘薯葉。以木薯為主食的地區(qū)，需要補充蛋白質(zhì)。目前有通過蛋白質(zhì)強化、新品種選育等方式，來提高木薯制品的蛋白質(zhì)含量。另外，木薯葉的攝入也是一種強化蛋白質(zhì)的好方法。

2.3 礦物質(zhì)、維生素與其它

木薯塊根中鈣、鋅、鎂、硒的含量較為豐富，尤其是對人體健康至關重要的微量元素硒。 木薯塊根中β-胡蘿卜素、維生素C、維生素B1～B3水平在三大薯類中也都比較高， 其中維生素C 含量達到15～50 mg。木薯葉含有更多的礦物質(zhì)和維生素，是礦物質(zhì)和維生素的良好來源。 木薯葉中礦物質(zhì)含量約為2%，其中磷、鎂、鉀和鈣比較豐富，并且鈣、鈉和鐵會隨著葉片成熟度的增加而增加[59]。 葉中還含豐富的胡蘿卜素、 維生素B1和維生素C，維生素C 和β-胡蘿卜素的含量分別達到60～370 mg，23～86 mg。 此外，木薯葉中含有一些生物活性物質(zhì)，如單寧、多酚，干物質(zhì)含量分別高達4，9.2 g/100 g[60]，Kubo[61]研究發(fā)現(xiàn)木薯葉中的黃酮類化合物具有很好的抗氧化性。

3 木薯的加工利用

根據(jù)是否經(jīng)過發(fā)酵，可將木薯產(chǎn)品分為兩類：非發(fā)酵產(chǎn)品和發(fā)酵產(chǎn)品。 此外木薯加工產(chǎn)生的廢棄物也具有較大的綜合利用潛能。

3.1 非發(fā)酵產(chǎn)品

木薯的非發(fā)酵產(chǎn)品主要有木薯干、 木薯粉、木薯淀粉等，在巴西是食用歷史悠久的主食，并且在木薯的進出口貿(mào)易中占重要地位。 木薯粉和木薯淀粉可以代替小麥粉使用，加工成面包、蛋糕、餅干類焙烤食品，以及面條、早餐谷物、珍珠奶茶中的“粉圓”等[62]。 此外，木薯還被開發(fā)成系列衍生快餐產(chǎn)品，如木薯汁[63]、即食速溶木薯粉[64]，以及一些融入地方特色的木薯月餅[65]、木薯粽子等[66]。 木薯淀粉膜具有可食性、無色、無味、透明、易降解等特性，可用作糖果、蔬菜、焙烤食品的涂層和生物質(zhì)包裝材料[67]。 與常見的生物淀粉膜如玉米、山藥、馬鈴薯淀粉膜相比，木薯淀粉膜硬度低，彈性好，穩(wěn)定性好[68]，對水蒸氣具有更大的阻隔作用[69]，具有獨特的優(yōu)勢。 隨著人們對木薯葉營養(yǎng)價值的不斷發(fā)掘，木薯葉也逐漸被開發(fā)成食用產(chǎn)品。 高超等[70]以木薯葉和谷物類混合物料為原料， 開發(fā)了一款品質(zhì)好、營養(yǎng)價值高的木薯葉膨化食品。

表2 木薯、甘薯、馬鈴薯不同部位的營養(yǎng)組成（每100 g 鮮重）Table 2 Nutritional composition of cassava， sweet potato and potato of different parts （per 100 g fresh weight）

3.2 發(fā)酵產(chǎn)品

木薯發(fā)酵產(chǎn)品種類多樣，F(xiàn)alade[71]整理了不同地區(qū)的不同傳統(tǒng)發(fā)酵食品，如木薯啤酒（烏干達）、Banu（烏干達）、Beiju（亞洲）、Kasili（印第安）、Mingao（亞馬遜）、Oyek（印度尼西亞）等，以及各地都生產(chǎn)的Fufu、Lafun、Attieké、gari 等。以鮮木薯或木薯干為原料發(fā)酵而得的木薯酒及酒精類飲料，產(chǎn)率高，風味獨特，在越南、泰國等東南亞國家倍受歡迎[72]。 據(jù)李開綿等[73]報道，2012年我國的木薯酒精產(chǎn)業(yè)在木薯加工行業(yè)中占到42%的比重， 國內(nèi)木薯酒精產(chǎn)量為160 萬t， 其中約48 萬t 用于木薯酒業(yè)。

3.3 加工廢棄物利用

木薯加工廢棄物主要是木薯皮、 發(fā)酵殘余的木薯渣、發(fā)酵廢液、木薯葉等，加以利用既能減少對環(huán)境的污染，也能提高副產(chǎn)值。木薯塊根在提取淀粉后殘余的廢棄物中含有大量的纖維素， 可用來制備生物燃料乙醇。木薯皮可生產(chǎn)沼氣，木薯葉可加工成飼料，木薯渣可生產(chǎn)低聚木糖[74]，木薯桿（渣）可用來栽培食用菌[75]。 木薯發(fā)酵廢液中含有多種有機酸[76]，可用來產(chǎn)生乳酸、谷氨酸、檸檬酸等有機酸。

4 總結與展望

綜合來看，木薯的發(fā)展?jié)摿^大，但同時也存在著一些問題。解決木薯的質(zhì)量安全、營養(yǎng)品質(zhì)及加工利用方面存在的問題， 可以從以下幾方面展開工作：

（1）開展氫氰酸和生氰糖苷的風險評估工作。根據(jù)食品安全風險評估的要求， 開展氫氰酸以及亞麻苦苷、百脈根苷的危害識別和特征描述，監(jiān)測海南、廣東、廣西等地的木薯及其產(chǎn)品中氫氰酸和生氰糖苷的含量水平， 根據(jù)蒙特卡羅模型計算膳食暴露量，評估風險等級。

（2）開展木薯及其產(chǎn)品的營養(yǎng)品質(zhì)評價工作。利用現(xiàn)代分析技術對木薯的共性和特征性營養(yǎng)功能成分進行分析確證，研究不同產(chǎn)地、不同品種、不同生產(chǎn)方式對木薯及其產(chǎn)品的營養(yǎng)品質(zhì)變化規(guī)律的影響，明確其營養(yǎng)品質(zhì)的關鍵控制點。

（3）制定并完善相應的質(zhì)量安全標準。建立并完善木薯中的亞麻苦苷、百脈根苷、農(nóng)藥殘留、真菌毒素、添加劑的標準檢測方法和限量標準，制定木薯干、木薯酒等木薯產(chǎn)品的質(zhì)量標準。

（4）加強精深加工和綜合利用。借鑒馬鈴薯成熟的加工利用經(jīng)驗， 研發(fā)功能性木薯主副食品及休閑食品，對木薯皮、木薯渣、木薯葉等木薯加工廢棄物進行綜合利用，開發(fā)全薯食品。

（5）加強木薯消費引導和產(chǎn)業(yè)推廣。 通過微信、 微博等新媒體平臺發(fā)表科普文章對木薯進行推廣宣傳，鼓勵以木薯為食品原料的產(chǎn)品創(chuàng)業(yè)，推廣木薯的商業(yè)化運行。

木薯是全球貧困地區(qū)重要的糧食供應來源和經(jīng)濟發(fā)展支柱， 也是我國熱帶地區(qū)重要的經(jīng)濟作物。開展木薯生氰糖苷風險評估、營養(yǎng)品質(zhì)評價及標準制定等工作，將為我國木薯產(chǎn)業(yè)升級換代、供給側改革提供技術支撐， 對緩解我國糧食壓力具有積極意義。 同時帶動農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收，為解決“三農(nóng)”問題做出重要貢獻，對“一帶一路”聯(lián)合非洲、拉丁美洲國家發(fā)揮重要作用。