馬鈴薯廢渣再利用途徑及其發展對策

郭文斌，高晶晶，王洪波，*，王芳

（1.內蒙古農業大學機電工程學院，內蒙古呼和浩特010018；2.內蒙古商貿職業學院，內蒙古呼和浩特010070）

馬鈴薯廢渣再利用途徑及其發展對策

郭文斌1，高晶晶2，王洪波1，*，王芳1

（1.內蒙古農業大學機電工程學院，內蒙古呼和浩特010018；2.內蒙古商貿職業學院，內蒙古呼和浩特010070）

馬鈴薯淀粉生產過程中產生的馬鈴薯廢渣含有蛋白質、纖維素、淀粉等可利用成分，因此具有較高的再利用價值。對國內外馬鈴薯廢渣再利用的主要途徑和相關技術進行綜述，分析了目前薯渣作為飼料、燃料、培養基等進行再利用時遇到的問題，并根據物料的特點提出了馬鈴薯廢渣再利用的發展對策。

馬鈴薯廢渣；再利用；飼料；燃料；培養基

我國馬鈴薯淀粉的年產量約為30萬噸～40萬噸，一般每加工得到1 t淀粉產出0.8 t的馬鈴薯廢渣，因此馬鈴薯加工企業每年生產淀粉過程中會產生大量的薯渣。新鮮薯渣水分含量高達80%～90%，其內部的干物質中殘留有約53%的淀粉、25%的纖維素、10%的蛋白質和氨基酸、8%的灰分以及4%的果膠及其它成分，具有較高的再利用價值[1-3]。加工淀粉后得到的薯渣不僅含水率高，而且松散，不易儲運，廢棄腐敗后對環境污染較大，因此妥善處理這些薯渣，對降低加工成本、防止生態環境惡化具有重要意義。近年來國內外學者針對薯渣含水率高、松散、容易腐敗等特點，采用了多種處理方法對薯渣進行了資源化利用的嘗試，為馬鈴薯廢渣的合理再利用提供了參考。

1 馬鈴薯廢渣再利用的途徑

1.1 以馬鈴薯廢渣為原料制備飼料

飼料原料短缺是我國當前飼料行業主要存在的問題之一，因此一些非常規飼料資源作為替補不斷涌現，其中馬鈴薯廢渣由于水份含量高、有機質豐富，十分適宜作為動物飼料或動物飼料的配料進行開發利用，目前國內外將薯渣作為飼料再利用的途徑主要集中在：將薯渣作為飼料青貯，改善粗纖維的結構以提升口感，增加動物的采食率，或利用固態發酵等方法將馬鈴薯廢渣發酵后制備高蛋白飼料。例如閆曉波、張亞黎將秸稈切段后和馬鈴薯廢渣混合青貯并測定了常規營養成分及其對牲畜生產性能的影響，研究結果表明秸稈與薯渣混合青貯可替代玉米青貯飼喂肉羊和奶牛[4-5]。Maimaijiang Zunong將青貯馬鈴薯廢渣替代大麥作為奶牛的補充飼料，分析了飼喂薯渣后奶牛的產奶量、飼料攝入量及牛奶成分變化等指標，研究結果顯示飼喂薯渣后，牛奶中的主要營養元素——共軛亞油酸含量增加；此外，薯渣作為補充飼料后也促進了牛奶生產成本的降低[6]。而邵淑麗、趙萍用半固態發酵的方法生產薯渣高蛋白飼料后作為替代飼料飼喂肉兔，在保證了肉兔免疫功能及兔肉的品質的基礎上，提高了其日增重[7-8]。T.Y.WANG等利用固態發酵技術將馬鈴薯廢渣制成家禽飼料，對飼料的主要營養成分和可能的毒副作用進行分析的同時，經過30 d的飼喂研究，評估了其安全性，結果表明飼喂后無不良影響[9]。Lingfeng Xue在泌乳母豬的日糧中添加了5%的發酵馬鈴薯廢渣，比較分析了飼喂薯渣后母豬的體重減輕量、采食量等參數后，發現薯渣對其飲食及窩產性能會產生積極的影響[10]。趙鳳敏、贠建民、孫展英以不同菌種組合對馬鈴薯廢渣進行固態發酵，研究發酵對其營養價值的影響，結果表明發酵后薯渣粗纖維的含量降低、真蛋白與氨基酸等含量提高，綜合營養價值提高[11-13]。

1.2 以馬鈴薯廢渣為原料制備燃料

淀粉加工后產生的馬鈴薯廢渣，不僅產量巨大、成本低，其內部所含的淀粉、粗蛋白、纖維等固形物還是具有一定燃燒值的可燃燒物質，因此目前國內外研究常以薯渣作為原料直接生產生物質燃料或經過發酵制備燃料酒精等。例如Min-Tian Gao等對作為淀粉加工副產品的馬鈴薯廢渣的糖化與發酵進行了研究，發現了一種高效促進薯渣糖化的酶，水熱處理后能夠增加薯渣的糖化率，水解產物可以作為發酵乙醇所需的氮和碳的來源，該結果表明馬鈴薯廢渣經生物轉化制成乙醇是可行的[14]。XU Zhong通過單因素試驗分析得出了利用薯渣發酵生產乙醇的最佳條件，試驗指標包括固液比例、發酵溫度、發酵時間等[15]。Slawomir O－bidzinski分析了利用馬鈴薯廢渣制備固體燃料的可行性，從馬鈴薯廢渣的燃燒性、能量值和干燥等方面展開了研究[16]，同時還將馬鈴薯廢渣與致密化成型較難的蕎麥殼混合，分析了薯渣在混合物料中的含量對物料顆粒密度、持久性、燃燒熱值等參數的影響[17]。

1.3 以馬鈴薯廢渣為原料制備培養基

馬鈴薯廢渣含有多種礦物質、碳源、氨源，因此結合其營養成分和水分配上秸稈等作為原料可以用于制備培養基或生產可以還田的育苗營養杯等。如：楊希娟、王拓一研究發現薯渣營養成分組成單一，無法為微生物生長提供所需的糖，因此其作為培養基發酵時需加入碳源以滿足微生物的生長[18-19]。楊立賓以秸稈、薯渣作為主要原料栽培刺芹側耳，研究發現利用秸稈70%、馬鈴薯廢渣15%、麩皮10%、玉米面3%所組成的培養基栽培，菌絲生長較快，產量和最大單菇重均較高[20]。王志民將馬鈴薯廢渣與腐殖質、粘土、秸稈、碳酸鈣等混合攪拌后進行壓縮成型，成型后脫水干燥制成育苗營養杯，用于田間育苗[21]。盧嘉寶利用薯渣栽培鳳尾菇，生產食用蛋白，利用響應面分析法對以馬鈴薯廢渣作為培養基栽培鳳尾菇的方法進行了優化，得到了最優條件下的培育參數[22]。段淇斌將馬鈴薯廢渣、菌糠、花土等農業廢棄物按照不同質量配比制成六種肥料載體，通過測定載體的吸水率、營養成分等指標，探討了薯渣等廢棄物料作為生物肥料載體的可行性[23]。

1.4 以馬鈴薯廢渣為原料提取及制備其它有益物質

經過長期的研究探索，國內外學者嘗試從馬鈴薯廢渣中提取果膠、膳食纖維等物質。如：呂金順等利用氣爆法與氧化劑對薯渣進行處理，制備出了膳食纖維，同時對其結構特征進行了分析[24]。鄭燕玉等在微波條件下將薯渣用稀硫酸萃取及硫酸鋁沉淀后提取出了果膠[25]。Katsuichi Saito等在通過米根霉發酵馬鈴薯廢渣的過程中，發現薯渣的發酵受其提取日期的影響，薯渣中果膠等成分也隨薯渣提取日期的不同而改變[26]。

此外，根據薯渣較強的粘性特征，出現了以馬鈴薯廢渣制備粘結劑、包裝材料等利用途徑。如：F.Mayer利用噴霧干燥的方法將馬鈴薯廢渣含水率降低至10%，獲得的顆粒狀粉末物料由變性淀粉和其它大分子等成分組成，能保存較長時間，再次溶解后仍可用于制備新型生物可降解膠水、包裝食品的容器等[27]；作為應用，其將薯渣制備成粘結劑替代脲醛樹脂作huo為了生產纖維板的膠粘劑[28]。程力分析了超微粉碎及蒸氣處理對薯渣顆粒破壞程度及粒徑分布的影響，并通過添加助劑，制備得到用于瓦楞紙板的一種粘合劑[29]。Yachuan Zhang等分析了豆纖維與馬鈴薯廢渣的添加，對淀粉熱塑性塑料薄膜的熱性能、表面張力及親水性的影響，結果表明薯渣或豆纖維的添加會增加膜的親水性和含水量，其原因可能與纖維素分子中羥基的增加有關[30]。

2 馬鈴薯廢渣再利用過程中存在的問題

2.1 薯渣松散、密度小，儲運困難

在馬鈴薯廢渣開發利用的過程中，無論是濕渣還是干渣，運輸時遇到的首要問題就是薯渣物料松散、密度較小，收集和運輸均比較困難。為測試馬鈴薯廢渣的可壓縮性，對呼和浩特市淀粉加工企業產出的薯渣進行了應力-應變試驗分析，圖1為經過前處理后含水率60%的馬鈴薯廢渣在冷態壓縮（壓縮速率為10 mm/min）試驗過程中應力隨應變的變化關系，可以看出在較小的外力作用下，薯渣產生的應變較大，變形程度在60%以上。因此，為了減小馬鈴薯廢渣儲存和運輸所占用的空間，降低運輸成本，可以考慮在冷態下將薯渣壓縮成型，對其可壓縮性及流變特性進行研究；即通過壓縮設備在一定條件下對馬鈴薯廢渣施加壓力，減少其體積、增大密度，研究其成型條件，為薯渣開發利用前的預處理提供參考。

圖1 馬鈴薯廢渣冷態壓縮應力-應變關系圖Fig.1 Stress-strain relation in compression test of potato pulp

2.2 薯渣脫水困難、易腐敗

新鮮馬鈴薯廢渣含水率可達80%以上，且內部含多種菌，因此極易腐敗，對環境造成污染。由于直接烘干薯渣成本較高，實際加工時主要采用低成本的機械壓濾對薯渣進行脫水，但脫水后物料含水率仍為60%左右，無法達到理想的使用及儲存條件。此外，相關研究顯示可以在薯渣中加入降解酶等試劑，攪拌處理后脫去水分，但加入大量的化學試劑不僅會增加馬鈴薯廢渣的處理成本，同時也會影響到薯渣的使用安全。

2.3 薯渣作為飼料、燃料的使用效果需繼續提升

將馬鈴薯廢渣制備成飼料及生物質燃料，是目前對薯渣進行開發利用的主要途徑。一方面，由于淀粉加工后產生的馬鈴薯廢渣適口性較差，實際中直接飼喂畜禽效果不佳，且薯渣屬于工業生產后剩余的廢渣，其生產過程中易受到工業污染而含有相關毒素，因此薯渣作為飼料的食用安全需進行相關評估，建立相對應地的安全指標[18-19]。另一方面，薯渣由于能量密度低，直接用作燃料時其燃燒熱值也相對較低；而以薯渣為原料制備燃料乙醇時又面臨技術復雜、收益較低等問題，這些問題一定程度上制約了薯渣作為生物質燃料的大規模應用與發展[31]。

2.4 薯渣中有益物質的提取成本較高

國內外相關研究對馬鈴薯廢渣內部有益成分的提取，以制備及提取膳食纖維、果膠等居多。目前制備膳食纖維常使用的物理法、化學法、生物法，以及提取果膠的沸水抽提法、酸法和酸法-微波提取法等，均結合了薯渣的營養功能特性，探索了其再利用的新途徑。但由于薯渣營養價值相對較低，且提取方法工藝復雜，使得膳食纖維及果膠等有益成分的提取成本較高，市場推廣較難。此外，對馬鈴薯廢渣中提取的膳食纖維及果膠等物質的安全性評估也并不完善。

3 馬鈴薯廢渣再利用的發展對策

隨著各類新技術的不斷出現，馬鈴薯廢渣的再利用途徑越來越多，但由于處理成本高、轉化收益率小，目前大部分開發利用方法仍停留在研發階段，未發展成為大規模的工業化生產。因此，應對薯渣再利用過程中存在的問題及制約其發展的因素進行剖析，結合實際提出相應的對策。

3.1 結合薯渣特點制備混合物料，提升產品的使用效果

一方面，針對馬鈴薯廢渣松散、儲運難等問題，充分利用其膠粘特性好、含水率高的特點，將薯渣與含水率低、致密化成型難、燃燒值高的農業、工業松散物料按比例混合，采用低成本的冷態壓縮技術，制備飼料塊和生物質燃料塊。另一方面，馬鈴薯廢渣內部含有多種菌及其它營養成分，因此可以根據其特點，利用薯渣及其混合物料制作栽培用培養基或可以還田的育苗營養缽，促進其資源化利用的發展；此外，以低能耗的固態發酵技術制備畜禽飼料同樣有利于大范圍推廣馬鈴薯廢渣的資源化再利用。

3.2 多方法融合，優化薯渣前處理脫水工藝

由于機械脫水過程中馬鈴薯廢渣內部的結合水較難脫出，因此可以根據薯渣內水分分布的特點，嘗試以機械脫水結合氣爆、冷凍干燥、太陽能干燥等針對性較強的方法對薯渣物料進行分級脫水，優化目前的薯渣脫水工藝，最大限度地降低處理成本，延長物料的儲存期[32]，探索處理工藝與經濟效益間的平衡。

3.3 建立相關安全評估體系，保障薯渣中有益物質的食用安全

無論是從薯渣中提取膳食纖維、果膠等物質，還是利用薯渣生產蛋白飼料、青貯飼料，均需建立相關的安全評估程序，評價薯渣所生產的膳食纖維、果膠及飼料等產品的食用安全性，為大范圍推廣固態發酵等相關技術提供保障，促進形成大規模的、具有一定規范的馬鈴薯廢渣處理利用模式。

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The Approaches of Reusing Potato Pulp and Its Development Countermeasures

GUO Wen-bin1，GAO Jing-jing2，WANG Hong-bo1，*，WANG Fang1
（1.College of Mechanical and Electrical Engineering，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010018，Inner Mongolia，China；2.Inner Mongolia Business&Trade Vocational College，Hohhot 010070，Inner Mongolia，China）

As a by-product during starch isolation from potato tubers，potato pulp contains substances such as protein，cellulose and starch，thus it has high reused value.Approaches and processing technics of reusing potato pulp were summarized，and the problems which exists when potato pulp is used to produce animal forage，biomass fuels，culture media and other products were analyzed.According to the characteristics of potato pulp，the development countermeasures of the approaches were proposed，as a result.

potato pulp；reuse；forage；fuel；culture media

2016-12-08

內蒙古自然科學基金項目（2014BS0319）；內蒙古自治區高等學校科學研究項目（NJZC16402）；內蒙古農業大學博士科研啟動基金項目（BJ09-21）

郭文斌（1981—），男（漢），講師，博士，研究方向：農產品的力學流變學特性。

*通信作者：王洪波（1978—），副教授，博士，研究方向：農業物料的力學流變學特性。

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.16.044