摘 要：薯渣是马铃薯淀粉加工的主要副产物之一，主要由淀粉、纤维素、半纤维素、果胶、蛋白质、游离氨基酸、矿物质和脂肪等组成。目前，国内外主要还是将薯渣作为动物饲料。最新研究进展表明，薯渣可用于发酵生产高品质饲料、生产酒精，提取果胶以及制备膳食纤维、活性炭等。

　　关键词：马铃薯 淀粉加工 副产物 薯渣 综合利用

　　1 马铃薯淀粉加工及副产物的形成

　　马铃薯淀粉的加工过程是先将马铃薯清洗干净随后用锉磨机锉磨成浆，再经过旋转筛，将淀粉乳和纤维（薯渣）进行分离。淀粉乳除了含有淀粉，还含有可溶性的物质（糖、蛋白、有机酸和盐）及细纤维。这些物质可以通过进一步连续离心分离（水力旋流分离器）和细筛进行分离。分离出来的淀粉可直接用于生产变性淀粉，或者进行脱水干燥。马铃薯淀粉加工的副产物主要是马铃薯淀粉加工分离汁水和薯渣。工业化生产马铃薯淀粉的过程及副产物的形成[1]见图1。

　　2 薯渣的化学组成

　　薯渣作为马铃薯淀粉加工形成的副产物，含水量特别高，达到80%左右，国产淀粉加工设备产生的薯渣含水量更高（>90%）。除了水分以外，薯渣其他化学成分以干基计算，主要包括淀粉、纤维素、半纤维素、果胶、蛋白质、游离氨基酸、矿物质和脂肪等。国产马铃薯淀粉生产线和荷兰进口的马铃薯淀粉生产线上出来的薯渣主要是淀粉含量不一样，其他组分含量差不多，说明国产生产线淀粉提取不太完全，残留多一些。Gao等[2]对中国北大荒马铃薯集团有限公司克山淀粉厂的薯渣化学成分进行了详细分析，湿样品干物质含量为10%～20%，结果按生物质百分比计，如表1所示。

　　从表1可以看出，薯渣的生物质主要为淀粉、果胶和纤维素，除淀粉以外其余两种物质主要来源于马铃薯块茎的细胞壁，均属于细胞壁多糖。

　　3 马铃薯淀粉加工废渣处理研究进展

　　按照每生产1吨淀粉计，需消耗马铃薯原料6吨左右，排放马铃薯鲜渣4.5～5吨。鲜马铃薯渣含水量高达80%以上，果胶含量高，呈现出典型的胶体特性。因此，常温常压下，很难从中除去水分。加压条件下，可去除约10%左右的水分。薯渣自带菌多达33种，不宜贮存、运输，生产季节集中，大量的薯渣堆积，若不及时处理，既占用场地又容易腐败产生恶臭，造成环境污染。若作烘干处理，制做干饲料，则成本过高。因此，我国有不少企业的马铃薯渣无法利用，通常作为废渣丢弃或掩埋处理，造成资源的极大浪费；大部分企业是将鲜薯渣以极低的价格卖给或者是送给附近的农户，与其他饲料掺混后饲喂畜禽；还有少部分企业将马铃薯渣晾干或水泥池中密封发酵后直接作为禽畜饲料。但这种饲料的营养价值低，无法满足家畜的营养需求。

　　随着马铃薯产业的快速发展，薯渣的综合利用和开发越来越受到人们的关注。国内外许多学者做了多方面的尝试，力求通过低成本加工利用途径获得马铃薯渣高值化利用，同时解决环境污染问题。综合大致有三种处理方式：发酵法、理化法和混合法。发酵法是利用不同种类的微生物发酵马铃薯渣，制备出燃料酒精、氢气、乳酸、聚丁烯、果糖、普鲁蓝糖等发酵产品，利用马铃薯渣配合其他营养物质发酵生产单细胞蛋白饲料，利用木霉发酵马铃薯渣生产木聚糖酶、羧甲基纤维素酶等。理化法主要是通过物理化学的手段将马铃薯渣制备膳食纤维、提取果胶、制备高吸附性活性碳等。混合法是把发酵法和理化法两种方法综合。

　　3.1 发酵法生产高品质饲料

　　发酵是高值化利用薯渣非常有效的一种方法，薯渣中含有的淀粉和糖可以通过细菌转化成发酵产品，如乳酸、挥发性脂肪酸和酒精。发酵后的薯渣多汁，适口性得以改善，动物爱吃，并因为含有益生菌，因此能改善动物的消化道菌群有利于动物的健康，并能提高肉的品质。

　　甘肃省农业科学院农产品贮藏加工研究所庞中存等[3]对玉米秸秆与薯渣混合发酵进行了研究（图2），采用的是产朊假丝酵母。发酵熟化后的马铃薯渣是优势饲料，具有清香味，猪牛都喜欢吃，贮藏在棚里可以用到第二年6～7月。

　　中国农业大学动物营养学国家重点实验室Li等[4]和Xue等[5]分别研究了发酵薯渣用于商品猪和哺乳期母猪饲料，他们采用的是固态厌氧发酵法，菌种包括嗜热链球菌（CGMCC No.1.2471）、枯草芽孢杆菌（MA193）和啤酒酵母（CGMCC No.2.1793），发酵过程为25℃发酵3天，发酵产品的化学组成如表2所示。研究结果表明，发酵薯渣可以用作猪饲料，能弥补玉米、大豆粉和麦麸这3种主要猪饲料原料的不足。
　　目前，常用的薯渣发酵方法有固态发酵、半固态发酵。通常采用生料和熟料发酵两种方式。根据投放菌种不同，可以发酵获得不同的目标产品。以高蛋白饲料为目标的发酵工艺主要是通过接种真菌、酵母菌、霉菌、放线菌，对马铃薯渣进行发酵，能产生蛋白质含量15%～32.4%的蛋白饲料。在发酵过程中也可以添加产生香味的菌种，如稻根霉（Rhizopus oryzae）、白地霉（Geotrichum candidum），可以改善粗纤维的结构，产生清香味，使发酵生产的单细胞蛋白质饲料能更受畜禽欢迎。也可以将马铃薯淀粉渣与其他农副产品、青秸秆等贮存在一起进行青贮发酵，不仅可以改善饲料的适口性，而且可以扩大饲料资源，为动物常年提供青绿饲料。

　　Liu等[6]采用两步发酵处理马铃薯淀粉加工废弃物生产单细胞蛋白，先将薯渣挤压脱水至水分含量为60%，然后采用黑曲霉（Aspergillus niger H3）在40℃进行固态发酵4天，检测结果表明薯渣中纤维素的降解率达到了80.54%。第二步是将第一步发酵的产品105℃干燥至恒重，然后添加马铃薯淀粉加工分离汁水，采用地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）进行液态发酵，通过响应面实验方案优化出最佳发酵温度为32.8℃，最佳pH为6.67，最适宜的接种量为1.78%。发酵前和发酵后产品的营养组成如表3所示，蛋白含量从原来的6.24%增加到了38.21%，研究结果表明，该两步发酵可用于薯渣的大规模转化。不过，从文章内容来看还只是实验室发酵规模，且大规模生产也没有必要将第一步发酵好的产品进行烘干，另外液态发酵成本较高。

　　3.2 发酵生产酒精

　　生物酒精可作为石油衍生物的替代品，由于能源短缺和环境污染问题，生物酒精非常有前景。生物酒精的原料非常丰富，工业废弃物和农业废弃物都可以。纤维素是自然界分布最广、含量最多的一种多糖，纤维素是由葡萄糖组成的多糖，然而采用木质纤维素作为原料生产生物酒精的成本很高，工艺复杂，原因是木质纤维素很难糖化。但用淀粉作为原料却比较简单，因为淀粉分子中无定型区比较多，糖化比较容易。用薯渣作为原料来生产生物酒精在原料价格方面具有优势。

　　Gao等[2]对采用薯渣作为原料发酵生产酒精进行了研究，分析了由真菌Acremonium cellulolyticus产生的酶将薯渣转化成酒精的效果。该微生物是1982年从日本东北部分离出来的，能产生纤维素酶和β-葡糖苷酶，其中纤维素酶对糖化木质纤维素生物质具有很好的效果。该真菌还能产生果胶酶和α-淀粉酶，作者试图仅通过该真菌将薯渣中的各种多糖进行糖化，以便于制备生物酒精。用微生物进行处理以前，作者研究了湿热处理对薯渣糖化的影响，以便提高糖化率。结果表明，经湿热处理以后，葡萄糖浓度达到了114g/L（得率为68%），相对于不进行湿热处理的葡萄糖浓度为47g/L（得率为28%），翻了一番还要多。

　　3.3 制备膳食纤维

　　膳食纤维是指一般不易被消化的食物营养素，主要来自于植物的细胞壁，包含纤维素、木质素、半纤维素和果胶。纤维素能够吸水可以防止形成溃疡和平衡血液中葡萄糖的含量；木质素在肠道内作为阳离子交换体能够与胆酸结合，可以降低血清中胆固醇的含量防止大肠癌的发生；半纤维素能够与有害的重金属阳离子结合，还能防止体重过度增加。果胶能降低胆固醇含量防止胆道结石。当食物中缺乏膳食纤维时，通常容易出现冠心病、消化道溃疡和肥胖。谷物、马铃薯、蔬菜、苹果和梨当中膳食纤维含量都比较高。

　　马铃薯薯渣细胞壁中的主要成分纤维素、半纤维素和果胶赋予了它膳食纤维的功能特性，如降血糖和降血脂等。马铃薯渣中含有丰富的膳食纤维，约占干基重的50%。马铃薯渣膳食纤维还具有良好的生理活性和产品外观。持水力和膨胀力佳，高于西方国家常用的标准谷物麸皮纤维的相应值。因此，薯渣为膳食纤维的加工制备提供了充足的资源，具有广阔的开发前景。目前，制取马铃薯膳食纤维的主要方法有物理法（微波、超微粉碎技术），化学法（酸解、碱解、酸碱结合），生物法（酶法、发酵法）以及物理、化学、生物法相结合等。

　　Nebesny等[7]研究用薯渣制备膳食纤维并在焙烤面包中进行了应用，添加量为替代面粉用量的5%～10%。作者采用了4个步骤制备马铃薯膳食纤维：①蒸煮：将薯渣配制成5%的浆料悬浮液，蒸煮1h（0.1MPa）；②液化：加入α-淀粉酶在85℃水解薯渣中的淀粉2h，然后煮沸10min进行灭酶；③糖化：加入葡糖糖化酶，60℃糖化48h，然后85℃保温5min将糖化酶灭活；④过滤：将料液过滤并用热水清洗，40℃干燥2h，然后再105℃干燥2h获得马铃薯膳食纤维。检测结果表明，样品中膳食纤维含量为79%，检测方法为美国分析化学家协会标准方法（AOAC985.29）。

　　3.4 果胶提取

　　果胶主要成分为D-半乳糖醛酸，具有良好的胶凝性和乳化稳定作用。常用于食品包装膜、食品添加剂、生物培养基的生产等方面。马铃薯渣含有丰富的果胶，约占干基的17%，是一种良好的果胶提取原料，马铃薯渣中的果胶乙酰化程度高、分子量小、分支度低，将其作为果胶原料不仅增加马铃薯加工的附加值，也丰富了果胶生产的原料来源。

　　目前，果胶的提取方法主要有酸水解法、离子交换树脂法、微生物提取法、微波提取法及超声波提取法等；沉析方法主要是直接浓缩法、乙醇沉淀法和盐析法等；干燥方法主要为常温干燥、真空干燥和喷雾干燥等。工艺条件不同，果胶的收率和性质均会有差异。酸解乙醇沉淀法是果胶工业化生产中最常用的方法，其工艺简单，所得果胶纯度高、色泽好、产率高，但浓缩提取液能量消耗大，且乙醇用量多，回收处理困难，生产成本高。中国科学院兰州化学物理研究所对果胶酸抽提制备方法进行了改进[8]，采用超滤法进行提取液浓缩的处理工艺，最后用喷雾干燥得到果胶产品，整个工艺简单，条件温和，生产成本低，易于工业化生产。马铃薯渣果胶提取率达到了17%，含量达到了61%。

　　Meyer等[9]同样对从马铃薯渣中提取果胶进行了研究，采用复合多糖酶（Viscozyme L）对果胶进行了增溶处理，并通过响应面对提取过程进行了优化，提取过程见图3。通过分子大小和单体分析，发现酶促反应提取物富含半乳糖和糖醛酸，表明这些可溶特性的膳食纤维主要由支链为半乳聚糖的I型鼠李聚糖半乳糖醛酸（马铃薯果胶当中的一种，RG-I）。作者还对提取物的生理效应和食品功能特性进行了研究，用老鼠做动物实验，发现这种可溶性的提取物比起复合多糖酶处理前的样品、复合多糖酶处理后的不溶性残渣以及作为空白对照的结晶纤维素都具有更好的降低体重作用。

　　2013年，来自同一个团队的Ravn等[10]研究了马铃薯收获时间对酶法从薯渣中提取可溶性多糖的影响。丹麦的马铃薯淀粉加工从9月份持续到12月份，作者对2011年不同时间段提取的7个多糖样品进行分析，发现多糖提取率和样品的半乳聚糖含量随着月份增加逐渐增加。这种酶法提取的可溶性多糖为益生菌促生因子（双歧因子），说明后期淀粉生产形成的薯渣能提取到更多的双歧因子，提取方法见图4。

　　3.5 薯渣制备活性炭

　　中国科学院兰州化学物理研究所对薯渣制备活性炭进行了研究。在惰性气体N2氛围下，采用温度为600℃，升温速率为5℃/min，保温时间为1h，后处理为水洗至中性后烘干，粉碎得到粒状活性炭产品。分别对活性炭的形貌、比表面积、孔融和孔径分布进行了分析。图5为薯渣和制备的活性炭的电镜扫描图，该活性炭的孔半径在2nm左右，属于介孔活性炭。该介孔活性炭对亚甲基兰的吸附评价实验结果为：在pH值7，吸附时间24h，室温条件下，对500mg/L亚甲基蓝的最大吸附量为175.16mg/g，明显优于市售普通活性炭。