木薯加工综合利用研究进展

王香英 张容鹄 万祝宁 谢 辉 窦志浩

摘要：木薯块根是木薯加工利用的主要部分，除直接加工后食用外，主要加工的产品有木薯淀粉、木薯酒精、饲料等。随着木薯产业的迅速发展，木树叶、木薯渣、木薯秆的综合利用率也得到了提高。本文主要概述了木薯加工及其综合利用的研究进展，并提出了目前国内木薯加工综合利用存在的问题及发展方向。

关键词：木薯加工综合利用研究进展

木薯(Manihot esculenta Crantz)在植物分类学上属于双子叶植物木薯属，也称树薯、木番薯，属热带亚热带根茎作物，原产于亚马逊河流域，与马铃薯、红薯并列为世界三大薯类作物，有“淀粉之王”、“地下粮食”和“能源作物”之称。随着木薯全球战略提出，全球木薯种植业和加工业迅速发展，木薯加工、深加工产品应用范围日益广泛，进一步推动了木薯产业的壮大，亚洲木薯资源控股有限公司发行的木薯资源股票2009年3月于香港联合交易所板上市配售及公开发售，掀起了木薯经济的热潮。

在我国，木薯广泛栽培于广西、海南、广东、云南，福建、台湾等省区，产量仅次于水稻、甘薯、甘蔗和玉米。据测算，我国木薯产量每年约1000万吨，且每年以约30％比例增长。由于木薯具有抗逆性强，耐早耐瘠，种植投入少产出大，容易增产增收，富含淀粉，不与粮争地等特性，随着经济的增长和能源缺口的不断加大，木薯作为一种非粮作物日益凸显出其开发利用价值。

海南岛属热带季风海洋性气候，全年暖热，光照充足，年平均气温22.5～25.6℃，特别适合木薯生长。海南已经成为全国最大的木薯种植、品种研究、综合利用、淀粉加工生产的科研中心之一，木薯的品种研究处在国际的领先水平，木薯独特的经济价值将有望带动海南经济的长足发展。本文主要综述了国内外木薯加工综合利用的研究进展，分析了目前存在的问题及今后发展方向，以期为海南省木薯加工业的发展提供借鉴。

1木薯块根的加工利用

木薯块根富含淀粉，是最基本、最重要的加工来源，用来加工食品、淀粉、酒精等。

1.1木薯加工成食品及其添加剂

全世界木薯的65％用于人类食物，是热带湿地低收入农户的主要食用作物。木薯一般通过蒸煮、烘烤、煎炸和发酵加工成熟食后直接食用，另外还有的做成木薯休闲食品，如木薯片、木薯蛋糕等。木薯是尼日利亚等撒哈拉沙漠地区国家的国粮，通过初步加工的产品GARI和FUFU是当地人日常的食品。炒面是一级的木薯加工产品，在巴西称之为“farinha”，在西非称之为“gari”，在中非称之为“foufou”，作为当地的方便食品广泛销售。木薯粉可部分替代面粉，可为消费者提供不同等级和价格的面包，位于尼日利亚的国际热带农业研究所与面包产业合作开展了一项研究，旨在评估木薯粉和面粉的不同比例的混合结果。由于木薯营养成分的单一，有很多关于强化木薯食品营养研究，THAKKAR S.K等专门对这些木薯食品的营养成分β－内胡萝卜素和视黄醇进行了分析检测，提出了要在这些食品中添加营养素的建议。GanHE等采用响应面法(response surface methodology，RSM)对木薯蛋糕的加工过程进行优化，向其中添加25％糖和20％的椰子奶，获得了稳定的口味独特的木薯蛋糕。Enwere NJ把600g玉米淀粉，400g的大豆粉和100g的木薯淀粉组成的复合淀粉，外加糖、盐以及热带水果木瓜和香蕉汁一起做成的早餐食品，可明显增加β－胡萝卜h素、维生素和矿物质的含量，具有较高营养价值。原生木薯淀粉可以添加固体有机酸如乳酸、柠檬酸、酒石酸和矿质元素等，加水使之膨胀，可增加脆性和膨胀度，非常适合做成面包类休闲食品。

木薯除初步加工直接食用外，还可以深加工生产葡萄糖、果糖、麦芽糖、低聚糖、海藻糖等数十种不同甜度的糖，作为新兴的保健食品，已成为国际糖果市场上的新宠。

1.2用于加工木薯淀粉及变性淀粉

木薯的块根含30％的淀粉，木薯干则含有70％的淀粉。木薯淀粉粉质细腻，含蛋白质等杂质少，其淀粉中直链淀粉占17％，支链淀粉占83％。木薯淀粉加工是将木薯原料中的淀粉与纤维素、蛋白质、无机盐等其它物质分开。在生产过程中，根据淀粉不溶于冷水和比重大于水的性质，用水及专用机械设备，将淀粉从水的悬浮液中分离出来，从而达到回收淀粉的目的。在拉美国家和加勒比海地区，木薯淀粉产业很兴旺，其发展方向是生产市场价格较高的改性淀粉和水解淀粉。泰国是世界上木薯淀粉加工产量最高的国家，每年有50％的木薯用于提取木薯淀粉，在巴西、哥伦比亚和委内瑞拉已建成一些大规模的现代化加工企业生产木薯淀粉，国内有很多木薯淀粉加工厂，广西的木薯淀粉加工业居全国之首。木薯淀粉蛋白质含量低、具有粘性强、糊化温度低、糊液稳定透明、成膜性好和渗透性强，在理化特性和加工性能方面，比玉米淀粉具有更大的优势。国内外学者正在对木薯淀粉进行改性研究，以提高木薯淀粉的经济价值。Nabeshima EH等木薯淀粉引入磷酸基团，对其进行了特性分析，产品增加了凝胶强度和吸水指数，抗高温和抗剪切能力增强，可应用在食品加工中。MarquesPT等采用差示扫描量热法(differential scanningcalorimetry，DSC)和流变动力计量法对木薯淀粉的胶凝化作用和粘度特性进行研究，提出木薯形成交联淀粉的最适温度是85℃。孙静文利用木薯变性淀粉加工成木薯淀粉糊精，该产品持水性比原淀粉大，吸湿性较强，感官及其理化特性符合麦芽糖标准，有较好的应用前景。孙慧敏对木薯淀粉和木薯变性淀粉进行比较，变性淀粉比淀粉具有较高的透明度、耐盐性、耐酸性。高静等以木薯淀粉为原料，通过正交试验确定了的最佳工艺条件为：温度30℃、pH为8.5、醋酸酐用量6％、反应时间为2h，较好地完成了低取代度木薯醋酸酯淀粉加工工艺过程。Henrique等报道木薯淀粉经过变性后还具有优良的成膜性能。可以加工成环保型的包装产品。

木薯淀粉还可进一步深加工为阳离子淀粉、氧化淀粉、酸解淀粉、复合阳离子淀粉、复合醋酸酯淀粉、酯化－降解淀粉、酯化－交联淀粉、降解－交联淀粉、预糊化酯化淀粉、预糊化交联淀粉等，广泛用于纺织、造纸、医药、食品、建材、铸造、轻工、石油、能源、饲料、农业、环保、生物工程等行业。

1.3用于加工木薯酒精等化工产品

原油价格高和日益严重的环境污染问题，使得人们越来越关注燃料乙醇等清洁环保的可再生能源。我国2001年开始发展燃料乙醇，已成为第三大燃料乙醇生产国。我国目前以玉米和小麦等粮食为原料生产燃料乙醇，成本较高且影响国家粮食安全。以非粮作物木薯原料生产酒精是一条较好的途径，其主要优势有：原料优势生物特性好、种植面积广阔、单产增长潜力大：酒精生产率较高；木薯乙醇生产成本较低。

木薯酒精是木薯的精深加工产品，原料经过除杂粉碎、液化和糖化，进一步发酵成为酒精。木薯生产酒精，成本比红薯、甘蔗、玉米、马铃薯、小麦等几种农作物成本低。特别是目前，酒精已成为汽油中的添加燃料，对酒精的需求越来越多，如巴西发展甘蔗酒精，美国发展玉米酒精相比，在我国发展木薯酒精，既开发了绿色能源通道，又符合我国的实际情况。木薯已被世界公认发展潜力巨大、前途广阔的酒精生产原料来源。

我国木薯燃料乙醇发展虽然刚刚起步，但发展迅速，中国木薯燃料乙醇的加工技术基本成熟，木薯燃料乙醇发展潜力巨大。广西轻工科学研究院的酒精“固定化酵母”已推广利用，发酵效率比传统工艺效率提高20％～30％，并已经推广运用。广西平果凯特生物化工有限公司在酒精生产工艺上采用了低温蒸煮糖化和差压蒸馏2项新技术，使得酒精各项消耗指标处于国内先进水平，为大规模生产燃料乙醇奠定了基础。梁于朝等将木薯挤压膨化后用于酒精发酵，通过正交试验，得出当料水比为1：2、糖化酶用量100U／g、糖化温度60℃、糖化时间45min、酵母接种量0.1％和发酵温度30℃时，酒精体积分数达16.61％，与传统酒精发酵工艺相比，酒精体积分数提高了22.76％。证明挤压膨化技术和高浓度酒精发酵技术相结合可以推进木薯燃料酒精行业的大规模发展。

用木薯生产的有机化工产品除酒精外，还有聚乙烯、醋酸、环氧乙烷、山梨醇、乙醇胺、柠檬酸等，是生产橡胶、农药、油脂、包装品、化妆品、军用品的重要原料。

2木树叶的加工利用研究

木薯叶富含蛋白质、维生素和矿物质，可以作为药食两用的薯类物质，其营养保健功效非常显著，可以开发成具有保健功能的食品。以鲜叶计算，木薯叶蛋白质含量一般在4.0％～9.6％之间，Nassar NMA报道了，木薯叶经初加工后添加到木薯淀粉和饲料中，可以作为补充缺乏蛋白质的来源。马达加斯加研人员发现捣碎的木薯叶煮熟后可治疗膀胱炎，这项研究和试验开始于2001年，使用这种方法治疗膀胱炎比其它药物治疗疗效更为显著，且没有危险和副作用，孕妇和喂奶的妇女都可服用。在拉丁美洲亚马逊地区，木薯叶和香肠、熏肉、猪腰子等佐料一起炖4～5d，直到木薯叶完全变成黑色后即可食用，营养丰富，很受欢迎。木薯叶的保健功能可能与木薯叶中含有丰富的类胡萝卜素和黄酮类化合物有关。Kubo I等研究了巴西的木薯品种mamva，其100g叶片含槲皮素84mg、山奈酚84mg、芦丁462mg，并对其抗氧化性进行了试验，发现效果显著。β－胡萝卜素和含β－环的胡萝卜素是人类及动物体内维生素A合成的前体。Siqueira EMA等采用生长6-8个月的木薯叶做原料，用0.5％NaClO溶液清洗后在遮光的28℃的房间里干燥7d后，磨成叶粉，经分析每100g叶粉中含有36mg β－胡萝卜素，并通过小白鼠试验证实，木薯叶粉可以增加肝脏中维生素A的合成。

木薯叶营养保健功效非常显著，而由于种种原因，目前国内的研究工作还没有开展，每年大量的木薯叶除了少部分作低附加值的饲料外，大部分被丢弃浪费掉，影响生态环境。开发木薯叶营养保健功效的研究与产品开发，一方面可以开拓新的食物资源，减少粮食危机；另一方面可以减少环境污染，促进农业的持续发展。

3木薯渣、秆的加工利用研究

木薯工业化生产后有大量的木薯渣、秆残余，在我国仅每年木薯淀粉加工的木薯渣产量有30万吨，加上加工酒精等其它产品的木薯渣总计达150万吨。大量的木薯渣、秆被废弃，不仅造成资源浪费，而且严重污染环境，因而对木薯渣、秆的综合利用凸显重要。国内外对木薯渣的综合利用研究，主要集中在生产饲料，活性炭、单细胞蛋白、草酸、栽培食用菌及还田等方面。泰国的木薯产业的一个主要成就就是木薯做的家畜饲料，但是直接用木薯粉作饲料不是最经济的手段，用木薯渣做饲料可以变废为宝，使资源得到最大限度的利用。用发酵法生产的木薯渣饲料已被试验证明效果良好，但要投入实际运用还要进一步研究。蒋爱国用几种发酵木薯渣方法加工成饲料并用来喂猪、喂鸡等饲养动物，可以明显的节约饲料开支，增加经济效益。黄金华等为探索提高木薯渣营养价值适宜的生物处理方式，以黑曲霉、啤酒酵母、产脘假丝酵母的不同组合对木薯渣进行发酵，结果表明，发酵品质达优等，各种蛋白含量都增加了，以粗蛋白、真蛋白增加最高，分别增加了76.27％和36.11％。Y.Sudaryanto对木薯渣进行综合利用研究得到活性炭，发现浸渍比5：2，活化温度750℃制备的活性炭有较好的吸附性能。苏启苞把木薯秆、木薯渣粉碎，按不同比例配制培养基栽培真姐菇，可以创造真姬菇菌丝较适宜的生产环境。王宇飞等研究表明木薯发酵制备乙醇后产生的残渣，在浓硫酸(60％)、浓硝酸和催化剂共同作用下，经水解_氧化－水解可成功地将木薯渣制备成草酸，综合分析结果表明剩余残渣和废水不会对环境造成污染，既为草酸的生产提供了新思路，又为农产品的残渣综合利用找到途径，发展前景广阔。李红雨等报道将上季木薯茎秆粉碎堆沤腐熟，通过设计不同的还田量于木薯下种前还田，可以有效降低土壤容重，增加土壤孔隙度，显著改善土壤的物理性状；还可以提高土壤脲酶和过氧化氢酶活性，增加土壤碱解氮、速效钾等速效养分含量。

加快木薯秸秆、木薯渣资源转化，对其进行资源化开发利用，不仅变废为宝，而且能够有效延伸木薯产业链，促进废弃物资源的综合利用，反哺种植业，保持循环经济稳定发展。

4目前存在的问题及解决途径

木薯是中国重要的热作产业之一，目前，在海南省的白沙县、屯昌县，广西自治区的武鸣、南宁等市县，云南省的红河州等地已初步形成木薯产业化。但据世界粮农组织据FAO统计，世界的木薯进出口贸易中，主要出口国为泰国和越南，主要进口国为中国、比利时和西班牙。2006年后中国木薯的供需缺口有100万吨左右，造成了部分木薯加工企业的原料短缺和进口成本的加大。我国木薯加工业存在的主要问题是：1)对木薯加工产业的认识不够，木薯往往被认为是低效、低值的农作物；2)中国木薯外贸依存度颇高，在世界的贸易地位相对比较薄弱；3)木薯加工规模小。

我国应从以下几点壮大国内木薯产业发展：一是积极引进和推广适合加工用的木薯良种，制定和推广高产栽培技术，提高单位面积产量和产值。二是加大木薯加工企业的培育力度，促使成规模，大力发展生产木薯淀粉、变性淀粉、乙醇和休闲食品等产品。三是积极探讨木薯综合利用途径，积极寻求木薯叶或木薯渣、秆等下脚料的综合利用，延伸产业链，从而增加农民收入，带动区域经济发展。四是加大科技投入，解决木薯加工层次低、技术含量不高、产业链短等问题，节约生产成本，提高木薯加工产品的附加值。五是加大木薯加工业三废处理工作力度，强化环保意识，逐步实现循环经济模式。

5展望

目前世界各国都面临着能源短缺的压力，各国都在寻找解决能源问题的途径，酒精替代石油作为燃料，具有环境和经济的双重效益。木薯作为一种可再生的生物资源，其重要性日益显著，发展燃料酒精将给木薯产业带来难得的发展机遇。而木薯的加工开发为木薯的产业化带来极大的发展空间，木薯的综合利用又将会进一步提高木薯的附加值。可以预计，随着国家加大对木薯产业投入，木薯良种化生产和高产栽培技术的推广，以及木薯加工综合利用水平的提高，我国木薯产业必将逐步走向发展壮大，前景广阔。