马铃薯废渣再利用途径及其发展对策

郭文斌，高晶晶，王洪波，*，王芳

（1.内蒙古农业大学机电工程学院，内蒙古呼和浩特010018；2.内蒙古商贸职业学院，内蒙古呼和浩特010070）

马铃薯废渣再利用途径及其发展对策

郭文斌1，高晶晶2，王洪波1，*，王芳1

（1.内蒙古农业大学机电工程学院，内蒙古呼和浩特010018；2.内蒙古商贸职业学院，内蒙古呼和浩特010070）

马铃薯淀粉生产过程中产生的马铃薯废渣含有蛋白质、纤维素、淀粉等可利用成分，因此具有较高的再利用价值。对国内外马铃薯废渣再利用的主要途径和相关技术进行综述，分析了目前薯渣作为饲料、燃料、培养基等进行再利用时遇到的问题，并根据物料的特点提出了马铃薯废渣再利用的发展对策。

马铃薯废渣；再利用；饲料；燃料；培养基

我国马铃薯淀粉的年产量约为30万吨～40万吨，一般每加工得到1 t淀粉产出0.8 t的马铃薯废渣，因此马铃薯加工企业每年生产淀粉过程中会产生大量的薯渣。新鲜薯渣水分含量高达80%～90%，其内部的干物质中残留有约53%的淀粉、25%的纤维素、10%的蛋白质和氨基酸、8%的灰分以及4%的果胶及其它成分，具有较高的再利用价值[1-3]。加工淀粉后得到的薯渣不仅含水率高，而且松散，不易储运，废弃腐败后对环境污染较大，因此妥善处理这些薯渣，对降低加工成本、防止生态环境恶化具有重要意义。近年来国内外学者针对薯渣含水率高、松散、容易腐败等特点，采用了多种处理方法对薯渣进行了资源化利用的尝试，为马铃薯废渣的合理再利用提供了参考。

1 马铃薯废渣再利用的途径

1.1 以马铃薯废渣为原料制备饲料

饲料原料短缺是我国当前饲料行业主要存在的问题之一，因此一些非常规饲料资源作为替补不断涌现，其中马铃薯废渣由于水份含量高、有机质丰富，十分适宜作为动物饲料或动物饲料的配料进行开发利用，目前国内外将薯渣作为饲料再利用的途径主要集中在：将薯渣作为饲料青贮，改善粗纤维的结构以提升口感，增加动物的采食率，或利用固态发酵等方法将马铃薯废渣发酵后制备高蛋白饲料。例如闫晓波、张亚黎将秸秆切段后和马铃薯废渣混合青贮并测定了常规营养成分及其对牲畜生产性能的影响，研究结果表明秸秆与薯渣混合青贮可替代玉米青贮饲喂肉羊和奶牛[4-5]。Maimaijiang Zunong将青贮马铃薯废渣替代大麦作为奶牛的补充饲料，分析了饲喂薯渣后奶牛的产奶量、饲料摄入量及牛奶成分变化等指标，研究结果显示饲喂薯渣后，牛奶中的主要营养元素——共轭亚油酸含量增加；此外，薯渣作为补充饲料后也促进了牛奶生产成本的降低[6]。而邵淑丽、赵萍用半固态发酵的方法生产薯渣高蛋白饲料后作为替代饲料饲喂肉兔，在保证了肉兔免疫功能及兔肉的品质的基础上，提高了其日增重[7-8]。T.Y.WANG等利用固态发酵技术将马铃薯废渣制成家禽饲料，对饲料的主要营养成分和可能的毒副作用进行分析的同时，经过30 d的饲喂研究，评估了其安全性，结果表明饲喂后无不良影响[9]。Lingfeng Xue在泌乳母猪的日粮中添加了5%的发酵马铃薯废渣，比较分析了饲喂薯渣后母猪的体重减轻量、采食量等参数后，发现薯渣对其饮食及窝产性能会产生积极的影响[10]。赵凤敏、贠建民、孙展英以不同菌种组合对马铃薯废渣进行固态发酵，研究发酵对其营养价值的影响，结果表明发酵后薯渣粗纤维的含量降低、真蛋白与氨基酸等含量提高，综合营养价值提高[11-13]。

1.2 以马铃薯废渣为原料制备燃料

淀粉加工后产生的马铃薯废渣，不仅产量巨大、成本低，其内部所含的淀粉、粗蛋白、纤维等固形物还是具有一定燃烧值的可燃烧物质，因此目前国内外研究常以薯渣作为原料直接生产生物质燃料或经过发酵制备燃料酒精等。例如Min-Tian Gao等对作为淀粉加工副产品的马铃薯废渣的糖化与发酵进行了研究，发现了一种高效促进薯渣糖化的酶，水热处理后能够增加薯渣的糖化率，水解产物可以作为发酵乙醇所需的氮和碳的来源，该结果表明马铃薯废渣经生物转化制成乙醇是可行的[14]。XU Zhong通过单因素试验分析得出了利用薯渣发酵生产乙醇的最佳条件，试验指标包括固液比例、发酵温度、发酵时间等[15]。Slawomir O－bidzinski分析了利用马铃薯废渣制备固体燃料的可行性，从马铃薯废渣的燃烧性、能量值和干燥等方面展开了研究[16]，同时还将马铃薯废渣与致密化成型较难的荞麦壳混合，分析了薯渣在混合物料中的含量对物料颗粒密度、持久性、燃烧热值等参数的影响[17]。

1.3 以马铃薯废渣为原料制备培养基

马铃薯废渣含有多种矿物质、碳源、氨源，因此结合其营养成分和水分配上秸秆等作为原料可以用于制备培养基或生产可以还田的育苗营养杯等。如：杨希娟、王拓一研究发现薯渣营养成分组成单一，无法为微生物生长提供所需的糖，因此其作为培养基发酵时需加入碳源以满足微生物的生长[18-19]。杨立宾以秸秆、薯渣作为主要原料栽培刺芹侧耳，研究发现利用秸秆70%、马铃薯废渣15%、麸皮10%、玉米面3%所组成的培养基栽培，菌丝生长较快，产量和最大单菇重均较高[20]。王志民将马铃薯废渣与腐殖质、粘土、秸秆、碳酸钙等混合搅拌后进行压缩成型，成型后脱水干燥制成育苗营养杯，用于田间育苗[21]。卢嘉宝利用薯渣栽培凤尾菇，生产食用蛋白，利用响应面分析法对以马铃薯废渣作为培养基栽培凤尾菇的方法进行了优化，得到了最优条件下的培育参数[22]。段淇斌将马铃薯废渣、菌糠、花土等农业废弃物按照不同质量配比制成六种肥料载体，通过测定载体的吸水率、营养成分等指标，探讨了薯渣等废弃物料作为生物肥料载体的可行性[23]。

1.4 以马铃薯废渣为原料提取及制备其它有益物质

经过长期的研究探索，国内外学者尝试从马铃薯废渣中提取果胶、膳食纤维等物质。如：吕金顺等利用气爆法与氧化剂对薯渣进行处理，制备出了膳食纤维，同时对其结构特征进行了分析[24]。郑燕玉等在微波条件下将薯渣用稀硫酸萃取及硫酸铝沉淀后提取出了果胶[25]。Katsuichi Saito等在通过米根霉发酵马铃薯废渣的过程中，发现薯渣的发酵受其提取日期的影响，薯渣中果胶等成分也随薯渣提取日期的不同而改变[26]。

此外，根据薯渣较强的粘性特征，出现了以马铃薯废渣制备粘结剂、包装材料等利用途径。如：F.Mayer利用喷雾干燥的方法将马铃薯废渣含水率降低至10%，获得的颗粒状粉末物料由变性淀粉和其它大分子等成分组成，能保存较长时间，再次溶解后仍可用于制备新型生物可降解胶水、包装食品的容器等[27]；作为应用，其将薯渣制备成粘结剂替代脲醛树脂作huo为了生产纤维板的胶粘剂[28]。程力分析了超微粉碎及蒸气处理对薯渣颗粒破坏程度及粒径分布的影响，并通过添加助剂，制备得到用于瓦楞纸板的一种粘合剂[29]。Yachuan Zhang等分析了豆纤维与马铃薯废渣的添加，对淀粉热塑性塑料薄膜的热性能、表面张力及亲水性的影响，结果表明薯渣或豆纤维的添加会增加膜的亲水性和含水量，其原因可能与纤维素分子中羟基的增加有关[30]。

2 马铃薯废渣再利用过程中存在的问题

2.1 薯渣松散、密度小，储运困难

在马铃薯废渣开发利用的过程中，无论是湿渣还是干渣，运输时遇到的首要问题就是薯渣物料松散、密度较小，收集和运输均比较困难。为测试马铃薯废渣的可压缩性，对呼和浩特市淀粉加工企业产出的薯渣进行了应力-应变试验分析，图1为经过前处理后含水率60%的马铃薯废渣在冷态压缩（压缩速率为10 mm/min）试验过程中应力随应变的变化关系，可以看出在较小的外力作用下，薯渣产生的应变较大，变形程度在60%以上。因此，为了减小马铃薯废渣储存和运输所占用的空间，降低运输成本，可以考虑在冷态下将薯渣压缩成型，对其可压缩性及流变特性进行研究；即通过压缩设备在一定条件下对马铃薯废渣施加压力，减少其体积、增大密度，研究其成型条件，为薯渣开发利用前的预处理提供参考。

图1 马铃薯废渣冷态压缩应力-应变关系图Fig.1 Stress-strain relation in compression test of potato pulp

2.2 薯渣脱水困难、易腐败

新鲜马铃薯废渣含水率可达80%以上，且内部含多种菌，因此极易腐败，对环境造成污染。由于直接烘干薯渣成本较高，实际加工时主要采用低成本的机械压滤对薯渣进行脱水，但脱水后物料含水率仍为60%左右，无法达到理想的使用及储存条件。此外，相关研究显示可以在薯渣中加入降解酶等试剂，搅拌处理后脱去水分，但加入大量的化学试剂不仅会增加马铃薯废渣的处理成本，同时也会影响到薯渣的使用安全。

2.3 薯渣作为饲料、燃料的使用效果需继续提升

将马铃薯废渣制备成饲料及生物质燃料，是目前对薯渣进行开发利用的主要途径。一方面，由于淀粉加工后产生的马铃薯废渣适口性较差，实际中直接饲喂畜禽效果不佳，且薯渣属于工业生产后剩余的废渣，其生产过程中易受到工业污染而含有相关毒素，因此薯渣作为饲料的食用安全需进行相关评估，建立相对应地的安全指标[18-19]。另一方面，薯渣由于能量密度低，直接用作燃料时其燃烧热值也相对较低；而以薯渣为原料制备燃料乙醇时又面临技术复杂、收益较低等问题，这些问题一定程度上制约了薯渣作为生物质燃料的大规模应用与发展[31]。

2.4 薯渣中有益物质的提取成本较高

国内外相关研究对马铃薯废渣内部有益成分的提取，以制备及提取膳食纤维、果胶等居多。目前制备膳食纤维常使用的物理法、化学法、生物法，以及提取果胶的沸水抽提法、酸法和酸法-微波提取法等，均结合了薯渣的营养功能特性，探索了其再利用的新途径。但由于薯渣营养价值相对较低，且提取方法工艺复杂，使得膳食纤维及果胶等有益成分的提取成本较高，市场推广较难。此外，对马铃薯废渣中提取的膳食纤维及果胶等物质的安全性评估也并不完善。

3 马铃薯废渣再利用的发展对策

随着各类新技术的不断出现，马铃薯废渣的再利用途径越来越多，但由于处理成本高、转化收益率小，目前大部分开发利用方法仍停留在研发阶段，未发展成为大规模的工业化生产。因此，应对薯渣再利用过程中存在的问题及制约其发展的因素进行剖析，结合实际提出相应的对策。

3.1 结合薯渣特点制备混合物料，提升产品的使用效果

一方面，针对马铃薯废渣松散、储运难等问题，充分利用其胶粘特性好、含水率高的特点，将薯渣与含水率低、致密化成型难、燃烧值高的农业、工业松散物料按比例混合，采用低成本的冷态压缩技术，制备饲料块和生物质燃料块。另一方面，马铃薯废渣内部含有多种菌及其它营养成分，因此可以根据其特点，利用薯渣及其混合物料制作栽培用培养基或可以还田的育苗营养钵，促进其资源化利用的发展；此外，以低能耗的固态发酵技术制备畜禽饲料同样有利于大范围推广马铃薯废渣的资源化再利用。

3.2 多方法融合，优化薯渣前处理脱水工艺

由于机械脱水过程中马铃薯废渣内部的结合水较难脱出，因此可以根据薯渣内水分分布的特点，尝试以机械脱水结合气爆、冷冻干燥、太阳能干燥等针对性较强的方法对薯渣物料进行分级脱水，优化目前的薯渣脱水工艺，最大限度地降低处理成本，延长物料的储存期[32]，探索处理工艺与经济效益间的平衡。

3.3 建立相关安全评估体系，保障薯渣中有益物质的食用安全

无论是从薯渣中提取膳食纤维、果胶等物质，还是利用薯渣生产蛋白饲料、青贮饲料，均需建立相关的安全评估程序，评价薯渣所生产的膳食纤维、果胶及饲料等产品的食用安全性，为大范围推广固态发酵等相关技术提供保障，促进形成大规模的、具有一定规范的马铃薯废渣处理利用模式。

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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

内蒙古自然科学基金项目（2014BS0319）；内蒙古自治区高等学校科学研究项目（NJZC16402）；内蒙古农业大学博士科研启动基金项目（BJ09-21）

郭文斌（1981—），男（汉），讲师，博士，研究方向：农产品的力学流变学特性。

*通信作者：王洪波（1978—），副教授，博士，研究方向：农业物料的力学流变学特性。

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.16.044