马铃薯渣的综合利用研究进展

马铃薯渣的综合利用研究进展1
王拓一1，2，张杰3，吴耘红1，2，江成英1，2
(1.齐齐哈尔大学生命科学与工程学院，黑龙江齐齐哈尔161006；2.黑龙江省普通高校齐齐哈尔农产品加工重点实验室，黑龙江齐齐哈尔161006；3.吉林省农业科学院，长春130033)
摘要
本文综述了近几年国内外马铃薯渣综合利用的主要途径和相关技术，分析了各项技术的优缺点，为进一步开发和利用马铃薯渣，实现资源的综合利用提供了借鉴。

关键字：马铃薯渣禽畜饲料饲料安全性评价综合利用
Review: Comprehensive Utilization of the Potato Pulp
Wang Tuoyi1，2Zhang Jie3Wu Yunhong1，2Jiang Chengying1，2
(1.College of Life Science and Engineering，Qiqihar University，161006 Qiqihar，P.R..China；
2. Key Laboratory of Processing Agricultural Products of Heilongjiang Province，Qiqihar University，161006 Qiqihar，P.R..China；
3.Jilin Academy of Agricultural Sciences, Changchun
130033)
This paper reviews the primary means and related technologies of comprehensive utilization of potato pulp in recent years, analyzes the advantages and disadvantages of these technologies, and provids a reference for the Comprehensive Utilization of Resources.
Key words potato pulp, animel feed, the safety evaluation of feed , utilization
马铃薯（Solanum tuberosum；potato），茄科茄属一年生草本，又称土豆。

世界马铃薯主要生产国有中国、美国、前苏联、波兰。

马铃薯作为世界各国的主要经济作物之一，其种植业发展迅速，产量逐年上升。

2007年中国的马铃薯年产量已突破7000万吨，马铃薯种植面积和总产量均跃升至世界首位。

目前，全球马铃薯淀粉年产量约350多万吨，其中亚洲是重要的销售地区。

国内马铃薯淀粉的年需求量80多万吨，潜在需求100万吨以上。

国内现有产量为30万吨，远远不能满足这一需求。

因此，作为实现粮食增值的主要途径之一的马铃薯淀粉和淀粉深度加工业日益受到地方政府的重视，产业化发展进入高潮。

各地为充分利用本地资源优势，上马了不同规格的马铃薯淀粉厂，使原来价格低廉的农产品转变成具有较高经济价值的淀粉，带动了城乡经济的发展。

然而马铃薯淀粉生产会产生大量废渣，极易造成环境污染、破坏生态环境，薯渣的处理问题已经成为制约马铃薯淀粉工业发展的瓶颈，其转化利用和增值增效问题成为了淀粉生产企业亟待解决的重大问题之一。

1 马铃薯渣转化的主要途径
马铃薯渣主要含水、果胶、粗纤维等多糖物质，蛋白质含量仅在1%~4%之间，淀粉含量<1%，营养价值较低。

薯渣的利用大多局限于以鲜薯渣或晒干后薯渣直接作为禽畜饲料，仅少数烘干制成干饲料。

但由于烘干能耗较大[1]，使得烘干后制成的饲料成本较高，生产难以长期维持。

而且饲料的营养价值低，不能满足家畜对营养的均衡需求。

鲜薯渣水分含量高达80%以上，不便于干燥和运输，生产季节若不及时处理，占用场地且易腐败变质，造成环境污染。

因此，如何采用最经济的方法解决薯渣水分含量高、蛋白质含量低、烘干成本高、运输不方便等问题，使之转化为产生一定的经济效益和社会效益的产品，对于万吨级淀粉厂
作者简介：王拓一（1978—），男，吉林长春人，硕士，讲师。

研究方向：食品的安全性评价及其关键技术
来说，是目前急需解决的问题。

综合国内外的研究状况，结合生产实际，目前马铃薯渣的转化途径主要有两个：一是有益物质的提取制备，二是发酵产品的生产。

1.1 有益物质的提取和制备途径
仅在我国北方地区，淀粉企业每年可产生上百万吨的鲜马铃薯渣等待处理。

薯渣中含有大量的果胶和纤维素，可有效加以利用，生产高附加值的产品。

如可从薯渣中提取制备果胶、羧甲基纤维素钠作为食品添加剂[2-5]；提取膳食纤维作为功能性食品[6-8]，提取草酸作为化学试剂[9]；制备活性纤维(PAF)用于工业絮凝剂[10]，制备生物能源[11]和包装纸箱粘合剂等物质。

但由于从马铃薯渣中提取或制备有益物质的技术路线比较复杂，产品得率较低、成本较高，生产过程中极易造成二次污染。

因此，产品实现工业化比较困难，在相对处理量巨大的马铃薯渣转化的问题上，缺乏实用价值。

1.2发酵产品的生产途径
将马铃薯渣通过微生物发酵，生成新的发酵产品，是马铃薯渣生物转化的主要途径。

虽然以马铃薯渣发酵生产茁霉多糖和柠檬酸[12-14]的研究可产生较高的附加值，但随着淀粉生产工艺的发展，发酵过程中单纯依靠薯渣残留淀粉根本无法提供菌体生长所需的非还原性糖，需要加入大量碳源满足微生物生长对培养基的要求。

因此，其产品造价较高、得率较底，难以实现工业化。

以马铃薯渣配合其他营养物质生产禽畜饲料以其生产工艺简单、产品市场前景广阔等优势，成为马铃薯渣综合利用的主要途径。

发酵方法以马铃薯渣形态划分大体可以分为液态发酵、半固态发酵和固态发酵。

1.2.1 马铃薯渣的液态发酵的研究
多菌种液态发酵马铃薯渣，制备单细胞蛋白饲料，是马铃薯渣转化的一个有效途径[15-16]。

液态发酵的优点是发酵充分，微生物生长迅速；缺点是耗能大，生成的单细胞蛋白饲
料造价较高，适口性及营养价值较传统蛋白饲料（如：豆粕）差，经济效益较低。

因此，液态发酵马铃薯渣生产单细胞蛋白饲料的产业化实现仍然较为困难。

1.2.2 马铃薯渣半固态、固态发酵的研究
半固态以及固态发酵马铃薯渣生产单细胞蛋白饲料，是目前马铃薯渣转化饲料研究中广泛采用的方法。

以对原料的处理条件的不同，可分为生料发酵和熟料发酵[17-20]。

生料发酵是将马铃薯渣脱水后的半固态发酵。

生料发酵的优点是耗能低，适合工业化生产，但生料发酵染菌的几率较大，发酵条件不好控制；熟料发酵是将马铃薯渣糖化后再发酵的一种处理工艺，它的优点是染菌几率小，发酵条件容易控制，可将非还原糖转化为可还原糖，增加了发酵过程中的可利用碳源，可提高单细胞蛋白的产量；缺点是耗能较高，劳动强度大，经济效益差。

由于马铃薯渣的蛋白质含量较低、粗纤维含量较高、营养物质缺乏，且微生物发酵可利用的糖较少，因此为达到较高的单细胞蛋白得率，就要向薯渣中加入大量的可酵解糖和其它营养原。

在大幅增加了生产成本的同时，增加了薯渣的粘度，需要再添加大量麸皮作为支撑物，降低粘度，导致单位重量的发酵饲料中单细胞蛋白的得率始终无法大幅提升。

可见，以马铃薯渣发酵生产蛋白饲料，存在固有的技术屏障。

马铃薯渣发酵生产单细胞蛋白饲料的质量仍旧无法同传统的蛋白饲料相比较。

2 马铃薯渣的食用安全性研究
根据经济合作与发展组织（Organisation for Economic Co-operation and Development，OECD）定义的食品安全的概念：食品在预期消费环境中使用的无危害性应该是一件能够合理确定的事情。

历史上，基于长期使用的经验，传统方法上食品的制备和使用被认为是安全的，即使它们含有自然毒素和抗营素[21]。

目前国内外关于马铃薯渣的毒理学研究很少，仅有部分发酵马铃薯渣饲喂动物实验的研究。

邵淑丽等用多菌种固态发酵的马铃薯渣代替饲料中相同比例的小麦麸皮（一般饲料中麸皮为5%-15%左右）饲喂家兔，同传统饲喂条件比较，家兔的体重、兔肉的品质、免疫系统、
血液生化指标以及病理特征均无显著差异[22]。

其它的动物饲养研究主要以经济动物的养殖为主，其前提是已经承认了发酵马铃薯渣的食用安全性，不能作为毒理学研究的依据[23-24]。

马铃薯作为人类重要的经济农作物，具有长期的安全食用历史，马铃薯作为饲料不需要进行毒理学检验。

但是马铃薯渣是经过工业生产之后的废渣，可能存在毒素富集（如龙葵素的富集）以及工业污染（如：铅、镉、砷、汞等重金属污染）。

而且不同菌种发酵的马铃薯渣所含成分不同，其毒理学研究应该遵循“实质等同性”和“个案分析”原则。

动物饲料的安全对人类的食品安全至关重要，因此，需要建立安全评估程序，来评价发酵马铃薯渣—这种新型能量饲料的食用安全性[25]。

3 结论与展望
马铃薯渣作为淀粉生产的废渣，其处理和转化问题一直没有得到很好的解决。

无论是从马铃薯渣中提取有益物质，还是利用马铃薯渣生产发酵产品，技术上面临的主要问题就是马铃薯渣的营养价值较低，经济上面临的瓶颈就是薯渣转化产品的经济效益较差、市场化推广难度较高。

利用薯渣发酵生产禽畜饲料，是未来马铃薯渣处理的最有发展潜力的方向。

如何在薯渣的处理技术和经济效益之间找到合适的平衡点，既能解决马铃薯淀粉生产企业废料处理的问题，提高企业环保水平，增加企业经济效益；又能降低饲养成本，促进畜牧业的良好发展，是马铃薯渣综合利用中应该主要考虑的问题。

主要参考文献
[1] F. Mayer, Jo Hillebrandt. Potato pulp microbiological characterization, Physical modification, and application of this agricultural waste product[J]. Appl Microbiol Biotechnol, 1997,
48:435-440.
[2] 张应桂,杨军,王颖等.马铃薯果胶提取条件的研究[J].河南化工,1998,9:18-19.
[3] T. Turquois, M. Rinaudo, F. R. Taravel et al. Extraction of highly gelling pectic Substances from sugar beet pulp and potato pulp influence of extrinsic parameters on their gelling properties[J]. Food Hydrocolloids, 1999, (13):255-262.
[4] 陈改荣,郑洪和.盐沉淀法从马铃薯渣中提取果胶的工艺[J].食品科学，19铃薯渣制膳食纤维的工艺研究[J].中国马铃薯, 2001,15 (6 ):332-334.
[5] 杨德全，王国兴. 马铃薯淀粉渣的羧甲基化研究[J]. 精细化工，1996，13（3）：55-58
[6] 吕金顺, 杨声, 王小芳, 左国防. 马铃薯渣制膳食纤维的工艺研究. 中国马铃薯[J], 2001,15 (6 ):332-334
[7] 王宏勋,吴疆鄂,张晓昱.发酵土豆渣制取膳食纤维的初步研究[J].河南工业大学学报，2005，26(2):79-81
[8] 袁惠君,赵萍,李志忠.马铃薯渣的开发利用价值及前景[J].甘肃科技纵横，2004，33（6）：67-68.
[9] 陈翔.用马铃薯淀粉渣制备草酸的工艺研究[J]. 甘肃石油和化工，2007，21（4）：22-24
[10] 吕金顺. 马铃薯渣制备纤维PAF对含阳离子红染料废水的处理研究[J].淮阴师范学院学报(自然科学版)，2005 ,4(3):220-223.
[11] H Yokoi, R Maki, J Hirose, S Hayashi. Microbial production of hydrogen from starch-manufacturing wastes. Biomass and Bioenergy, 2002,22:389-395.
[12] C Barnett, A Smith, B Scanlon, CJ Israilides. Pullulan production by Aureobasidium pullulans growing on hydrolysed potato starch waste[J]. Carbohydrate Polymers, 1999, 38:203-209.
[13] Yuji oda,Katsuichi Saito,Hiroaki Yamauch,i et al. Lactic Acid Fermentation of Potato Pulp by the Fungus[J]. CURRENT MICROBIOLOGY, 2002, 45:1-4.
[14] 杨庆文，孙文敬，谢红等.利用马铃薯渣和黑淀粉发酵柠檬酸的菌种选育[J].山西农业科学，2004 ,32(4) :57-59.
[15] K. Schuction, W. Rosen. investigation of the use of agricultural byproducts for fungal protein production[J]. process biochemistry, 1997, 32(8):705-714.
[16] 王文侠，吴耘红，吴红艳等.马铃薯渣酶法水解液制备单细胞蛋白饲料[J].食品与机械，2005,21(2) :17-19.
[17] 李永祥. 坑池发酵马铃薯渣饲喂猪的效果试验[J]. 《青海畜牧兽医杂志》，2003，33（1）：7-8.
[18] 史琦云,梁琪. 马铃薯渣菌体蛋白饲料的研制与品质分析[J].粮食与饲料工业，2004, (9):32-33.
[19] 杨全福，王首宇.马铃薯渣半固态发酵生产单细胞蛋白饲料研究[J].饲料资源，2005（15）：31-32.
[20] 赵凤敏，李树君，方宪法等.马铃薯薯渣固态发酵制作蛋白饲料的工艺研究[J].农业机械学报，2006,37(8):49-51.
[21] Safety Evaluation of Foods Derived by Modern Biotechnology - Concepts and Principles[R], OECD, Pairs, 1993,P:10.
[22] 邵淑丽，徐兴军，邵会祥等. 马铃薯渣发酵蛋白饲料喂肉兔效果的研究.黑龙江大学自然科学学报，2002，19 （1）：109-112.
[23]董交其张爱荣. 发酵马铃薯渣代替麸皮饲喂生长肥育猪试验[J]. 内蒙古农牧学院学报，1996，17(4):113-117.
[24] 李永祥. 坑池发酵马铃薯渣饲喂猪的效果试验[J]. 青海畜牧兽医杂志，33(1):7-8.
[25] Joint FAO/WHO Expert Consultation on Animal Feed Impact on Food Safety[R], Rome, Italy, 2007.。