馬鈴薯皮渣綜合利用的研究進展

丁子峰，張嵐，王紅梅，姚晶，趙晶

（黑龍江東方學院，黑龍江 哈爾濱 150066）

馬鈴薯是世界上第四大糧食作物，僅次于水稻、小麥、玉米，我國是世界上生產馬鈴薯的第一大國[1]。馬鈴薯具有生長適應性強、產量高等特點，兼具良好的營養價值和經濟價值，已經成為食品工業、醫藥化工等行業的重要原輔材料之一，具有良好開發應用價值和市場前景[2]。

然而，大部分農產品經加工利用后會產生大量副產物，這些副產物的棄用或低值化使用、大肆焚燒或隨意排放，既浪費資源又污染環境，不利于現代農業的健康發展[3]。隨著我國農業農村部、中國農科院指導組建的馬鈴薯主食化產業聯盟的成立，近3年來，已研發出六大種類300多種馬鈴薯主食產品[4]。馬鈴薯皮渣作為馬鈴薯產品加工廢棄物，其中含有較多的膳食纖維、果膠、生物堿、多酚等生物活性物質[5]，這些活性物質具有促進吸收、抗炎、抑菌等功效，現已被廣泛應用于食品、醫藥及其它等工業領域[6-8]。本文就馬鈴薯皮渣的主要成分及開發利用現狀進行簡要綜述，以期為馬鈴薯皮渣的綜合利用提供參考依據。

1 馬鈴薯皮渣的主要成分

馬鈴薯皮渣中含量最高的物質為水分，其干基主要成分包括淀粉37%、纖維素和半纖維素31%、果膠17%、殘土等[9]，其中纖維素和半纖維素、果膠含量較多。馬鈴薯皮中含有多種生物活性物質，如多酚類化合物、生物堿等[10]。這部分資源在提純后均可以被廣泛應用于食品、醫藥等領域。

2 馬鈴薯皮渣的綜合應用

2.1 成分提取

2.1.1 膳食纖維

膳食纖維是指植物中天然存在的、提取的或合成的碳水化合物的聚合物，不能被人體小腸消化吸收且對人體有健康意義的多糖類[11]。膳食纖維對身體健康有很多益處，由于其不能被消化吸收，所以基本不為人體供能，是肥胖人群的首選；膳食纖維還具有減少胃排空時間、調節腸道菌群、緩解便秘[12]等功效。Li等[13]采用酸-堿法提取馬鈴薯皮中的不溶性膳食纖維，結果顯示當酸-堿萃取時間為35 min、酸濃度為1.5%、堿濃度為1.6%時，不溶性膳食纖維的得率可達12.6%。姚琦等[14]采用聯合酶解法提取馬鈴薯渣中的膳食纖維，工藝條件為添加300 U/g的α-淀粉酶（酶解時間60 min、酶解溫度55℃、pH6.5），滅活酶后，再添加250 U/g的糖化酶酶解（酶解時間30 min、酶解溫度65℃、pH4.0），提取得到膳食纖維含量為76.92%，同時提取后的膳食纖維其持水性較馬鈴薯渣提高0.85%，持油性提高1.47%。將馬鈴薯皮渣中提取到的膳食纖維應用在面包、餅干、蛋糕等食品中，可降低蛋糕的硬度，增加面團的強度和彈性，添加馬鈴薯皮渣的食物不僅口感更好，而且有利于健康[15-17]。

2.1.2 果膠

果膠是一種存在于高等植物初生細胞壁和中胞層的一種酸性多糖，其主要成分是通過α-1，4糖苷鍵連接而成的部分甲酯化的D-半乳糖醛酸多聚物，可作為食品和藥品的穩定劑、增稠劑、膠凝劑、乳化劑和藥物載體等[18]。果膠還具有很強的重金屬離子吸附能力，能夠清除人體血液中的重金屬離子[19]。張燕等[20]采用響應面法優化微波輔助提取馬鈴薯渣中果膠，所得優化工藝條件為微波加熱時間1.5 min、液料比24∶1（mL/g）、飽和硫酸鋁用量405 μL，在此條件下果膠提取率達到13.79%。Yang等[21]采用響應面法優化微波輔助提取馬鈴薯渣中果膠的工藝條件為93℃、pH2.0、加熱時間50 min，提取率為22.86%。劉嫻[22]采用發酵法提取馬鈴薯渣果膠，工藝條件為接種量10%、發酵時間36 h、pH5.0、發酵溫度35℃，在此條件下，馬鈴薯渣的果膠提取率最高。

2.1.3 生物堿

糖苷生物堿是一類在茄科植物中常見的毒素，馬鈴薯中其主要成分為α-茄堿、α-查茄堿，占馬鈴薯中糖苷生物堿的90%以上[23]。梁克紅等[24]研究發現馬鈴薯不同的組織器官中的糖苷生物堿含量有較大差異，其中塊莖外皮糖苷生物堿含量為300 mg/kg FW～640 mg/kg FW；皮層糖苷生物堿含量為125 mg/kg FW。糖苷生物堿不僅具有毒性，還具有多種生物活性，在藥用時，具有抗瘧疾、抗炎、強心、消腫、止痛等功效[25-26]；經研究學者發現糖苷生物堿能夠有效防治真菌感染，對鐮刀菌的濃度中值EC50可達0.109 5 g/L，因此可以應用于枸杞鮮果的保鮮[27]。李志文等[28]為了獲得馬鈴薯中α-茄堿的最佳提取工藝參數，對其提取溫度、提取時間、超聲波功率及料液比等參數進行研究，運用響應面Box Behnken中心組合試驗設計對α-茄堿的提取工藝進行優化。結果表明，馬鈴薯中α-茄堿的最佳提取工藝參數為以體積比8∶2的乙醇-乙酸混合溶液作提取溶劑，提取溫度49℃，提取時間61 min，超聲波功率 152 W，料液比 1∶14（g/mL），該條件下 α-茄堿提取量為7.715 mg/g，相對標準偏差為1.74%（n=5），加標試驗結果平均回收率可達98.21%，與理論預測值基本吻合。

2.1.4 蛋白質

馬鈴薯蛋白功能特性良好、必需氨基酸含量高、營養價值豐富，因此極具開發潛力[29]。張世仙等[30]以馬鈴薯皮渣為原料，用堿解法從馬鈴薯皮渣中提取水溶性蛋白質，探索最佳提取工藝。結果表明，在溫度65℃、NaOH濃度0.6%、液固質量比17∶1、提取時間50 min條件下，提取馬鈴薯皮渣中水溶性蛋白質得率較高，最終粗蛋白提取率可達40%，且此方法簡便、易操作。遲燕平等[31]以馬鈴薯渣為原料，利用堿性蛋白酶將薯渣中的蛋白質轉化為具有抗氧化活性的多肽，分析不同酶解時間和pH值對馬鈴薯蛋白質水解度和溶解度的影響，試驗結果表明，當酶解時間為7 h、pH值為7.5時，馬鈴薯蛋白質的溶解度達到最大為30.1254%。酶解時間和pH值對于馬鈴薯蛋白質溶解度的影響均為極顯著（p<0.01），酶解時間的影響大于pH值。

2.1.5 多酚

馬鈴薯中的多酚類物質是其重要的次生代謝產物，約有50%的多酚類物質存在于馬鈴薯的皮和皮層之間，且越靠近中心濃度越低，是具有獨特生理活性和藥理活性的天然產物[32]。李霄等[33]通過體外抗氧化體系測定馬鈴薯皮多酚的抗氧化活性。結果表明，馬鈴薯皮多酚對超氧陰離子自由基清除率最高達18.33%，且在低濃度清除能力明顯高于同濃度抗壞血酸；馬鈴薯皮多酚對羥基自由基的清除率最高達92.26%，對DPPH自由基清除率最高達86.08%。油脂中添加馬鈴薯皮多酚提取液，可以明顯降低油脂的過氧化值。馬鈴薯皮多酚對超氧陰離子自由基、羥基自由基和DPPH自由基都有很好的清除效果，且在一定程度上能夠降低油脂過氧化值，是很好的天然抗氧化劑。屈文秀等[34-35]分別通過微波法和酶法優化試驗方案并提取馬鈴薯皮渣中的多酚。結果顯示微波輔助提取最佳工藝條件為浸提劑乙醇濃度55%、料液比1∶25（g/mL）、微波功率50 W、微波時間40 s，此時多酚提取量為3.02 mg/g；酶法提取最佳工藝條件為復合酶添加量1.4%、酶解時間90 min、酶解pH6.1、浸提劑乙醇濃度47%時，馬鈴薯皮渣多酚的提取量可達3.21 mg/g。

2.2 食品原料的開發

馬鈴薯皮渣為馬鈴薯加工副產物，其中含有大量的淀粉、膳食纖維、蛋白質等營養物質，將其處理后，可作為一種食品原料應用到食品生產當中。近些年，馬鈴薯皮渣食品開發也比較熱門，現在已有馬鈴薯皮渣作為食品原料制作酸奶餅[36]、果汁[37]、食醋[38]、餅干[39]、酚酸[40]、酵母蛋白[41]等多項專利，為馬鈴薯皮渣的開發應用提供了一個新的方向。

2.3 飼料的加工

馬鈴薯皮渣質量上乘、成本低廉。鮮馬鈴薯塊莖營養豐富，蛋白質的質量接近雞蛋，富含多種維生素、礦物質，對保證畜禽健康具有重大意義[42]。羅倉學等[43]選用黑曲霉、啤酒酵母對馬鈴薯渣進行固態發酵，并對發酵培養基進行優化。結果表明，優化后馬鈴薯渣培養基組分為原輔料質量比85∶15、料水質量比1∶2、尿素添加量2.0%、硫酸銨添加量1.0%，在此培養基中接入10%的黑曲霉、啤酒酵母（質量比1∶1）混合種子液，在28℃下培養120 h后發酵產品中蛋白質含量、酸性蛋白酶活性、纖維素酶活性分別較未優化前提高了287.79%、229.45%、1 755.34%。李偉等[44]研究了利用15%～25%馬鈴薯糟渣飼料替代精料中的玉米部分對奶牛產奶量的影響，結果顯示馬鈴薯糟渣飼料替代精料中的玉米對奶牛產奶量無顯著影響（P＞0.05），以15%比例替代玉米飼喂效果較好，不僅節約了喂養成本，還利用了馬鈴薯粉加工副產物，減少了環境污染與資源浪費。

2.4 生物能源的制備

馬鈴薯渣中所含淀粉、纖維素、固形物以及粗蛋白質等均為較高燃燒值的可燃物質，將其與其他物質混合發酵能夠產生燃料。吳笛[45]以馬鈴薯皮渣和牛糞為原料，通過厭氧發酵裝置，進行混合發酵產沼氣試驗，結果表明在30℃的恒溫條件下持續發酵34 d，馬鈴薯皮渣與牛糞質量比為80∶20時最適合發酵，總固體含量有效利用率為35.22%，產氣率為291.71 L/kg。蘇檳楠等[46]利用馬鈴薯渣進行糖化發酵產酒精試驗，確定了加水量占發酵基質總質量的80%，糖化時間24 h，最終培養時間72 h的工藝條件，在此條件下酒精度為10.15°。劉爽等[47]研究了豬糞與馬鈴薯皮渣混合質量比對厭氧發酵產氫效果的影響。試驗結果表明，底物組成顯著影響產氫發酵的發酵類型。以單純馬鈴薯皮渣為底物時，體系的比產氫率最高達31.55 mL/g；當豬糞在發酵底物中的質量比從10∶70提高至40∶40后，維持了較高的比產氫率（22.48 mL/g～24.18 mL/g）；但是當豬糞逐漸變為主要發酵底物（豬糞與馬鈴薯皮渣質量比為 50∶30、60∶20、70∶10、80∶0）時，發酵逐漸受到抑制。Hijosa-valsero等[48]以馬鈴薯皮為原料進行了發酵生物柴油的可行性試驗，為馬鈴薯皮渣發酵生產燃料提供了技術支持。

2.5 環保材料的開發

環保產品已成為21世紀全球科學家的首要議程，其中一個重點是食品加工行業的副產品回收[49]。馬鈴薯作為全球第四大糧食作物，具有良好的開發與應用前景。Borah等[50]用超聲波處理不同比例的馬鈴薯皮渣與甜橙渣膜溶液，從而合成可被降解的生物聚合膜。該膜可被生物降解，不會對環境造成影響。

2.6 其它

馬鈴薯皮渣綜合利用研究僅見關于洗滌劑[51]、水產養殖[52]、肥料[53-54]、包裝材料[55-57]等相關報道，需加大研究力度，提高馬鈴薯皮渣的附加值。

3 問題及展望

馬鈴薯皮渣作為薯粉加工副產物也存在著開發利用的難題，例如含水量較大、不易儲藏運輸；泥沙殘土含量較高、提純成本較大等弊端。如何解決這些弊端也將是未來研究方向之一。

我國是馬鈴薯生產大國，馬鈴薯皮渣的產量十分巨大且價格低廉。但馬鈴薯皮渣這一資源并沒有被高效利用，離馬鈴薯皮渣產業化處理的需求還有較大差距。今后應加大研究力度，系統深入研究馬鈴薯皮渣處理技術，創新馬鈴薯皮渣功能性物質的提取工藝，充分利用到食品原料的開發、飼料的開發、生物能源的制備與環保材料的開發當中，在促進人類健康生活中發揮積極作用。