甘薯渣資源化利用研究進展

張 玲，高飛虎，楊世雄，李 雪，張雪梅，張歡歡

（重慶市農業科學院，重慶 401329）

甘薯是我國僅次于水稻、小麥和玉米的重要糧食作物，因其產量高、種植難度較低，在我國大部分地區（除高寒區域外）均可種植[1]。近年來，我國甘薯加工產業發展十分迅速，甘薯制品主要集中在淀粉、休閑食品及工業用乙醇等方面，其中甘薯淀粉的加工發展最為迅猛。甘薯淀粉加工過程中會產生大量的甘薯渣，有資料表明，2015 年我國甘薯淀粉產量約150萬噸，但產生的廢渣液達500 萬噸，年產3 000 t 的甘薯淀粉加工企業通過簡單脫水處理仍舊會產生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，造成資源的嚴重浪費，還會帶來環境污染問題。科學利用好甘薯渣資源是當下甘薯加工產業提質增效的重要途徑。

1 甘薯渣主要成分及加工性能評價

甘薯渣是甘薯淀粉生產過程中產生的一種副產物，它主要由水、淀粉、蛋白質和纖維素等物質組成。徐夢瑤對甘薯渣的主要成分進行了解析，發現鮮甘薯渣中水分含量高達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80%以上，干物質中淀粉含量占43%～61%，蛋白質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、膳食纖維等營養物質，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

對于甘薯渣資源的開發利用，科技人員進行了大量研究，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、干燥制粉利用及發酵利用等幾個方面。甘薯渣因其口感粗糙、不易消化吸收等原因直接應用于食品的研究較少，一般是通過改善口感的技術手段處理后再進行開發利用。LIANG 等認為蒸汽爆破是將不溶的膳食纖維轉化為可溶膳食纖維的有效方法[5-6]。黃瀅潔等將經過蒸汽爆破的甘薯渣粉加入小麥粉中，發現添加量為8%時，制備得到的面包和面條感官品質最佳[7-8]。超微粉碎方式也可改善甘薯渣的加工性能。尹旭敏等將經過微細化處理的甘薯渣添加至小麥粉中，發現添加微細化薯渣粉會破壞面筋蛋白均勻致密的網絡結構，可能是導致面團流變性質改變的原因，但添加質量分數在8%以內的對小麥面團特性的影響較小[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，經發酵得到的發酵型紅薯渣果凍，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，對富含甘薯膳食纖維的酸奶發酵工藝進行了研究，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，發現饅頭的質構特性均有所提高，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、產朊假絲酵母及雙菌混合培養生產菌體蛋白的工藝，發現單一的酵母培養可提升薯渣中的真蛋白含量，而以釀酒酵母和產朊假絲酵母按1∶1混合進行接種培養時，薯渣中真蛋白質量分數可達18.08%[13]。夏軍等以廢棄薯渣為底物，在常規發酵菌株中添加產賴氨酸菌株進行固態發酵，制備富含賴氨酸的菌體蛋白飼料的研究表明，通過正交優化等試驗，薯渣發酵后粗蛋白含量可達到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育肥牛肌內脂肪（IMF）沉積相關基因表達的影響，結果表明，甘薯渣替代飼糧中白酒糟的比例應控制在飼糧組成的10%以內；當提高甘薯渣替代白酒糟的比例，通過下調育肥牛背最長肌脂肪酸合成相關基因（SREBP-1、FAS、ACC和PPARγ）表達及上調脂肪分解相關基因（HSL和CPT-1）表達，從而減少背最長肌IMF 沉積[15]。周劍輝等為研究益生菌發酵紅薯渣對肉牛生長性能、養分表觀消化率的影響，結果表明，益生菌發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分表觀消化率[16]。劉秀玲等探討紅薯粉渣酸化料對蛋鴨產蛋性能和蛋品質的影響，在綜合考慮各項性能指標的情況下，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、生產環保吸附劑等。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。實驗表明，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中具有巨大潛力，同時可以緩解以糧食作物生產生物乙醇帶來的糧食安全問題。Wang 等將酶解技術應用于甘薯渣乙醇生產，采用纖維素酶和果膠酶甘薯渣酶解并進行發酵后，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酵法制備甘薯渣生物乙醇，通過優化發酵條件，葡萄糖的利用率可達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甘薯皮渣進行發酵處理，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 薯渣原料便可生產出1 t 檸檬酸鈣，具有較好的經濟效益[22]。甘薯渣質地疏松，是制備吸附劑的良好材料。陳莉等將甘薯渣進行改性處理后獲得疏松多孔的吸附劑，對亞甲基藍和堿基塊綠有較好的吸附作用[23-24]。Hao 等用溴乙酰溴對甘薯淀粉渣進行改性并制備酰胺肟吸附劑，其對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

當前我國對甘薯渣資源的利用集中在飼料開發、膳食纖維提取等方面。隨著綠色生態農業的不斷推進，加工技術研究的深入及相關裝備的日漸成熟，甘薯渣的資源化利用水平逐漸提升，并被企業所關注。總體而言，甘薯渣的利用呈現加工成本高、轉化效率低、難以實現工業化等問題。為更好地發揮甘薯加工產業效益，減少企業因甘薯渣資源水分含量高、果膠含量高不易脫水等產生的環保問題，突破甘薯渣資源的貯藏技術、高效干制技術、低成本利用是未來研究的重點方向。