甘薯渣資源化利用研究進(jìn)展

張玲 高飛虎 楊世雄 李雪 張雪梅 張歡歡

摘 要 甘薯渣是甘薯工業(yè)化生產(chǎn)的副產(chǎn)物，其含水量高，淀粉和膳食纖維含量高，常被當(dāng)作廢棄物丟棄，造成甘薯加工利用率低、環(huán)境污染等問題。解析甘薯渣的主要成分（含有豐富的淀粉、蛋白質(zhì)、膳食纖維等營養(yǎng)物質(zhì)），從甘薯渣資源在食品、飼料、化工應(yīng)用（制備紡織漿料、乙醇、檸檬酸鈣，生產(chǎn)環(huán)保吸附劑等）方面綜述甘薯渣加工利用研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞 甘薯渣;主要成分;資源化利用;加工

中圖分類號(hào)：TS239 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.28.010

甘薯是我國僅次于水稻、小麥和玉米的重要糧食作物，因其產(chǎn)量高、種植難度較低，在我國大部分地區(qū)（除高寒區(qū)域外）均可種植[1]。近年來，我國甘薯加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速，甘薯制品主要集中在淀粉、休閑食品及工業(yè)用乙醇等方面，其中甘薯淀粉的加工發(fā)展最為迅猛。甘薯淀粉加工過程中會(huì)產(chǎn)生大量的甘薯渣，有資料表明，2015年我國甘薯淀粉產(chǎn)量約150萬噸，但產(chǎn)生的廢渣液達(dá)500萬噸，年產(chǎn)3 000 t的甘薯淀粉加工企業(yè)通過簡(jiǎn)單脫水處理仍舊會(huì)產(chǎn)生4 000 t以上的甘薯渣[2-3]。目前，甘薯渣除了少量被加工利用外，大部分都被丟棄，造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，還會(huì)帶來環(huán)境污染問題。科學(xué)利用好甘薯渣資源是當(dāng)下甘薯加工產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效的重要途徑。

1? 甘薯渣主要成分及加工性能評(píng)價(jià)

甘薯渣是甘薯淀粉生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的一種副產(chǎn)物，它主要由水、淀粉、蛋白質(zhì)和纖維素等物質(zhì)組成。徐夢(mèng)瑤對(duì)甘薯渣的主要成分進(jìn)行了解析，發(fā)現(xiàn)鮮甘薯渣中水分含量高達(dá)86.75%，持水性高;干薯渣中的主要成分是淀粉和膳食纖維，淀粉含量占干基的40.12%，蛋白質(zhì)占干基的5.22%，灰分占2.97%，膳食纖維占干基的50.63%（其組成：果膠21.38%、半纖維素19.18%、纖維素38.17%、木質(zhì)素20.92%），脂肪僅0.33%[2]。Mei X等研究表明，鮮甘薯渣中的水分含量高達(dá)80%以上，干物質(zhì)中淀粉含量占43%～61%，蛋白質(zhì)2%～5%，膳食纖維16%～27%，其中果膠占比9%～23%[4]。研究均表明，甘薯渣中含有豐富的淀粉、蛋白質(zhì)、膳食纖維等營養(yǎng)物質(zhì)，薯渣資源合理化利用可提升甘薯資源的利用率。

2? 甘薯渣加工利用途徑

對(duì)于甘薯渣資源的開發(fā)利用，科技人員進(jìn)行了大量研究，主要有利用甘薯渣加工食品，提取果膠和膳食纖維，加工畜禽飼料，制備乙醇、氫氣、檸檬酸鈣等。

2.1? 甘薯渣資源的食品利用

甘薯渣資源在食品上的利用主要在提取利用、干燥制粉利用及發(fā)酵利用等幾個(gè)方面。甘薯渣因其口感粗糙、不易消化吸收等原因直接應(yīng)用于食品的研究較少，一般是通過改善口感的技術(shù)手段處理后再進(jìn)行開發(fā)利用。LIANG等認(rèn)為蒸汽爆破是將不溶的膳食纖維轉(zhuǎn)化為可溶膳食纖維的有效方法[5-6]。黃瀅潔等將經(jīng)過蒸汽爆破的甘薯渣粉加入小麥粉中，發(fā)現(xiàn)添加量為8%時(shí)，制備得到的面包和面條感官品質(zhì)最佳[7-8]。超微粉碎方式也可改善甘薯渣的加工性能。尹旭敏等將經(jīng)過微細(xì)化處理的甘薯渣添加至小麥粉中，發(fā)現(xiàn)添加微細(xì)化薯渣粉會(huì)破壞面筋蛋白均勻致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可能是導(dǎo)致面團(tuán)流變性質(zhì)改變的原因，但添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)在8%以內(nèi)的對(duì)小麥面團(tuán)特性的影響較小[9]。史曉華等以提取淀粉后的紅薯渣和漿液為原料，用纖維素酶和果膠酶進(jìn)行處理后，加入脫脂奶粉并接入保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌和雙歧桿菌等活性益生菌，經(jīng)發(fā)酵得到的發(fā)酵型紅薯渣果凍，外觀晶瑩，酸甜可口，富含膳食纖維和多種活性益生菌[10]。岳瑞雪等以脫脂乳粉和甘薯膳食纖維為原料，對(duì)富含甘薯膳食纖維的酸奶發(fā)酵工藝進(jìn)行了研究，獲得感官值88.92分的甘薯膳食纖維酸奶[11]。張苗等用添加了甘薯膳食纖維的小麥粉制作饅頭，發(fā)現(xiàn)饅頭的質(zhì)構(gòu)特性均有所提高，且貯藏過程中淀粉的老化得以延緩，饅頭風(fēng)味得到改善[12]。

2.2? 甘薯渣資源的飼料利用

甘薯渣中淀粉含量很高，適合用于畜禽催肥。為提升薯渣中真蛋白含量，沈維亮等以甘薯淀粉加工廢渣為原料，研究了以釀酒酵母、產(chǎn)朊假絲酵母及雙菌混合培養(yǎng)生產(chǎn)菌體蛋白的工藝，發(fā)現(xiàn)單一的酵母培養(yǎng)可提升薯渣中的真蛋白含量，而以釀酒酵母和產(chǎn)朊假絲酵母按1∶1混合進(jìn)行接種培養(yǎng)時(shí)，薯渣中真蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)18.08%[13]。夏軍等以廢棄薯渣為底物，在常規(guī)發(fā)酵菌株中添加產(chǎn)賴氨酸菌株進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，制備富含賴氨酸的菌體蛋白飼料的研究表明，通過正交優(yōu)化等試驗(yàn)，薯渣發(fā)酵后粗蛋白含量可達(dá)到16.80%，賴氨酸含量為1.32%[14]。張海波等研究甘薯渣替代白酒糟對(duì)育肥牛肌內(nèi)脂肪（IMF）沉積相關(guān)基因表達(dá)的影響，結(jié)果表明，甘薯渣替代飼糧中白酒糟的比例應(yīng)控制在飼糧組成的10%以內(nèi);當(dāng)提高甘薯渣替代白酒糟的比例，通過下調(diào)育肥牛背最長肌脂肪酸合成相關(guān)基因（SREBP-1、FAS、ACC和PPARγ）表達(dá)及上調(diào)脂肪分解相關(guān)基因（HSL和CPT-1）表達(dá)，從而減少背最長肌IMF沉積[15]。周劍輝等為研究益生菌發(fā)酵紅薯渣對(duì)肉牛生長性能、養(yǎng)分表觀消化率的影響，結(jié)果表明，益生菌發(fā)酵紅薯渣替代原飼料中15%的玉米，可以提高肉牛的生長性能和養(yǎng)分表觀消化率[16]。劉秀玲等探討紅薯粉渣酸化料對(duì)蛋鴨產(chǎn)蛋性能和蛋品質(zhì)的影響，在綜合考慮各項(xiàng)性能指標(biāo)的情況下，在蛋鴨飼料中添加3%的紅薯粉渣酸化飼料較為理想[17]。

2.3? 甘薯渣資源的化工利用

甘薯渣在化工方面可用于制備紡織漿料、乙醇、檸檬酸鈣、生產(chǎn)環(huán)保吸附劑等。尹振華等以甘薯渣為原料，乙醇為溶劑，氫氧化鈉為堿化劑，氯乙酸為醚化劑，制備紅薯渣羧甲基醚化物，并制備漿膜。實(shí)驗(yàn)表明，紅薯渣羧甲基醚化物漿膜性能介于羧甲基纖維素和羧甲基淀粉漿膜之間;紅薯渣羧甲基醚化產(chǎn)物有較好的混溶性，可以與羧甲基纖維素、羧甲基淀粉混溶，混合后漿料的漿膜性能較單一品種有很大改善[18]。甘薯渣在生物乙醇生產(chǎn)中具有巨大潛力，同時(shí)可以緩解以糧食作物生產(chǎn)生物乙醇帶來的糧食安全問題。Wang等將酶解技術(shù)應(yīng)用于甘薯渣乙醇生產(chǎn)，采用纖維素酶和果膠酶甘薯渣酶解并進(jìn)行發(fā)酵后，可得到79 g·L-1的乙醇[19]。田亞紅等利用釀酒酵母采用同步糖化發(fā)酵法制備甘薯渣生物乙醇，通過優(yōu)化發(fā)酵條件，葡萄糖的利用率可達(dá)73.76%，生物乙醇得率為34.78%[20]。吳曉菊采用安琪活性干酵母對(duì)甘薯皮渣進(jìn)行發(fā)酵處理，乙醇得率為0.452 mL·g-1 [21]。黃麗紅提出可用甘薯渣、馬鈴薯粉渣制備檸檬酸鈣，每4.5 t薯渣原料便可生產(chǎn)出1 t檸檬酸鈣，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益[22]。甘薯渣質(zhì)地疏松，是制備吸附劑的良好材料。陳莉等將甘薯渣進(jìn)行改性處理后獲得疏松多孔的吸附劑，對(duì)亞甲基藍(lán)和堿基塊綠有較好的吸附作用[23-24]。Hao等用溴乙酰溴對(duì)甘薯淀粉渣進(jìn)行改性并制備酰胺肟吸附劑，其對(duì)汞的最大吸附容量為4.03 mmol·g-1，可有效控制重金屬污染[25]。

3? 甘薯渣加工利用中存在的問題及展望

當(dāng)前我國對(duì)甘薯渣資源的利用集中在飼料開發(fā)、膳食纖維提取等方面。隨著綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)的不斷推進(jìn)，加工技術(shù)研究的深入及相關(guān)裝備的日漸成熟，甘薯渣的資源化利用水平逐漸提升，并被企業(yè)所關(guān)注?？傮w而言，甘薯渣的利用呈現(xiàn)加工成本高、轉(zhuǎn)化效率低、難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化等問題。為更好地發(fā)揮甘薯加工產(chǎn)業(yè)效益，減少企業(yè)因甘薯渣資源水分含量高、果膠含量高不易脫水等產(chǎn)生的環(huán)保問題，突破甘薯渣資源的貯藏技術(shù)、高效干制技術(shù)、低成本利用是未來研究的重點(diǎn)方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]? 鄧奇風(fēng)，高鳳仙.甘薯渣的開發(fā)利用[J].飼料博覽，2015（9）：47-49.

[2]? 徐夢(mèng)瑤.甘薯渣的資源化利用[D].濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2017.

[3]? 趙華，王雪濤，湯加勇，等.復(fù)合益生菌固態(tài)發(fā)酵改善甘薯渣營養(yǎng)價(jià)值的研究[J].動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)報(bào)，2015，27（4）：1191-1198.

[4] Mei X， Mu T H， Han J J. Composition and physicochemical properties of dietary fiber extracted from residues of 10 varieties of sweet potato by a sieving method[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2010， 58（12）： 7305-7310.

[5]? LIANG X H， RAN J J， SUN J L， et al. Steam-explosion-modified optimization of soluble dietary fiber extraction from apple pomace using response surface methodology[J]. CyTA-Journal of Food， 2018， 16（1）：20-26.

[6]? WANG L， XU H G， YUAN F， et al. Preparation and physicochemical properties of soluble dietary fiber from orange peel assisted by steam explosion and dilute acid soaking[J]. Food Chemistry，2015，185：90-98.

[7]? 黃瀅潔，馮龍斐，梁新紅，等.蒸汽爆破甘薯渣粉對(duì)面團(tuán)動(dòng)態(tài)流變特性及面條品質(zhì)的影響[J].揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），2020，41（4）：101-118.

[8]? 黃瀅潔，馮龍斐，梁新紅，等.汽爆甘薯渣對(duì)小麥粉中淀粉理化特性及面包品質(zhì)的影響[J].中國食品學(xué)報(bào)，2020，20（9）：147-155.

[9]? 尹旭敏，劉月如，楊茂，等.微細(xì)化薯渣粉對(duì)小麥面團(tuán)特性的影響[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2020，46（13）：190-195.

[10] 史曉華，呂映輝，張道雷.發(fā)酵型紅薯渣果凍的研制[J].食品工業(yè)，2009（3）：68-69.

[11] 岳瑞雪，鈕福祥，孫健，等.富含甘薯膳食纖維酸奶的發(fā)酵工藝研究[J].江蘇師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，35（4）：27-30.

[12] 張苗，木泰華，韓俊娟.甘薯膳食纖維對(duì)饅頭品質(zhì)及老化的影響[J].江蘇師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，34（4）：20-24.

[13] 沈維亮，靳艷玲，丁凡，等.甘薯淀粉加工廢渣生產(chǎn)蛋白飼料的工藝[J].糧食與飼料工業(yè)，2017（12）：41-45.

[14] 夏軍，章茜，袁麗亞，等.甘薯渣固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)富含賴氨酸的菌體蛋白[J].淮陰師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，16（4）：329-334.

[15] 張海波.甘薯渣替代白酒糟對(duì)育肥牛肌內(nèi)脂肪沉積相關(guān)基因表達(dá)的影響[J].動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)報(bào)，2018， 30（11）：4676-4682.

[16] 周劍輝，陸丹，蔣小霞，等.益生菌發(fā)酵紅薯渣對(duì)肉牛生長性能、養(yǎng)分表觀消化率的影響[J].中國飼料，2021（1）：131-134.

[17] 劉秀玲，黃修奇，王中華.紅薯粉渣酸化料對(duì)蛋鴨產(chǎn)蛋性能和蛋品質(zhì)的影響[J].糧食與飼料工業(yè)，2015（12）：61-63.

[18] 尹振華，武宗文，李俊禮，等.紅薯渣制備紡織漿料研究[J].中原工學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，26（3）：52-55.

[19] WANG F， JIANG Y， GUO W， et al.An environmentally friendly and productive process for bioethanol production from potato waste[J]. Biotechnology for Biofuels， 2016， 9（1）： 50.

[20] 田亞紅，劉輝，劉澤娜.甘薯渣發(fā)酵乙醇的工藝研究[J].工業(yè)技術(shù)與職業(yè)教育，2014，12（2）：8-9.

[21] 吳曉菊.紅薯皮渣發(fā)酵乙醇的工藝研究[J].江蘇調(diào)味副食品，2016（4）：26-31.

[22] 黃麗紅.下腳料中的財(cái)富檸檬酸鈣[J].生意通，2010（11）：24.

[23] 陳莉，韓甲勛，姜貞蘭，等.甘薯渣生物吸附劑對(duì)堿基塊綠的吸附性能[J].食品工業(yè)，2019，40（8）：127-130.

[24] 陳莉，司慧，靳峰，等.改性甘薯渣對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附特性及吸附機(jī)制[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2016，10（8）：4277-4283.

[25] HAO Z， WANG D， CHEN H， et al. Sweet potato starch residue as starting material to prepare polyacrylonitrile adsorbent via SI-SET-LRP[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2014， 62（8）：1765-1770.

（責(zé)任編輯：易? 婧）