甘薯渣资源化利用研究进展

张 玲，高飞虎，杨世雄，李 雪，张雪梅，张欢欢

（重庆市农业科学院，重庆 401329）

甘薯是我国仅次于水稻、小麦和玉米的重要粮食作物，因其产量高、种植难度较低，在我国大部分地区（除高寒区域外）均可种植[1]。近年来，我国甘薯加工产业发展十分迅速，甘薯制品主要集中在淀粉、休闲食品及工业用乙醇等方面，其中甘薯淀粉的加工发展最为迅猛。甘薯淀粉加工过程中会产生大量的甘薯渣，有资料表明，2015 年我国甘薯淀粉产量约150万吨，但产生的废渣液达500 万吨，年产3 000 t 的甘薯淀粉加工企业通过简单脱水处理仍旧会产生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，大部分都被丢弃，造成资源的严重浪费，还会带来环境污染问题。科学利用好甘薯渣资源是当下甘薯加工产业提质增效的重要途径。

1 甘薯渣主要成分及加工性能评价

甘薯渣是甘薯淀粉生产过程中产生的一种副产物，它主要由水、淀粉、蛋白质和纤维素等物质组成。徐梦瑶对甘薯渣的主要成分进行了解析，发现鲜甘薯渣中水分含量高达86.75%，持水性高；干薯渣中的主要成分是淀粉和膳食纤维，淀粉含量占干基的40.12%，蛋白质占干基的5.22%，灰分占2.97%，膳食纤维占干基的50.63%（其组成：果胶21.38%、半纤维素19.18%、纤维素38.17%、木质素20.92%），脂肪仅0.33%[2]。Mei X 等研究表明，鲜甘薯渣中的水分含量高达80%以上，干物质中淀粉含量占43%～61%，蛋白质2%～5%，膳食纤维16%～27%，其中果胶占比9%～23%[4]。研究均表明，甘薯渣中含有丰富的淀粉、蛋白质、膳食纤维等营养物质，薯渣资源合理化利用可提升甘薯资源的利用率。

2 甘薯渣加工利用途径

对于甘薯渣资源的开发利用，科技人员进行了大量研究，主要有利用甘薯渣加工食品，提取果胶和膳食纤维，加工畜禽饲料，制备乙醇、氢气、柠檬酸钙等。

2.1 甘薯渣资源的食品利用

甘薯渣资源在食品上的利用主要在提取利用、干燥制粉利用及发酵利用等几个方面。甘薯渣因其口感粗糙、不易消化吸收等原因直接应用于食品的研究较少，一般是通过改善口感的技术手段处理后再进行开发利用。LIANG 等认为蒸汽爆破是将不溶的膳食纤维转化为可溶膳食纤维的有效方法[5-6]。黄滢洁等将经过蒸汽爆破的甘薯渣粉加入小麦粉中，发现添加量为8%时，制备得到的面包和面条感官品质最佳[7-8]。超微粉碎方式也可改善甘薯渣的加工性能。尹旭敏等将经过微细化处理的甘薯渣添加至小麦粉中，发现添加微细化薯渣粉会破坏面筋蛋白均匀致密的网络结构，可能是导致面团流变性质改变的原因，但添加质量分数在8%以内的对小麦面团特性的影响较小[9]。史晓华等以提取淀粉后的红薯渣和浆液为原料，用纤维素酶和果胶酶进行处理后，加入脱脂奶粉并接入保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌和双歧杆菌等活性益生菌，经发酵得到的发酵型红薯渣果冻，外观晶莹，酸甜可口，富含膳食纤维和多种活性益生菌[10]。岳瑞雪等以脱脂乳粉和甘薯膳食纤维为原料，对富含甘薯膳食纤维的酸奶发酵工艺进行了研究，获得感官值88.92 分的甘薯膳食纤维酸奶[11]。张苗等用添加了甘薯膳食纤维的小麦粉制作馒头，发现馒头的质构特性均有所提高，且贮藏过程中淀粉的老化得以延缓，馒头风味得到改善[12]。

2.2 甘薯渣资源的饲料利用

甘薯渣中淀粉含量很高，适合用于畜禽催肥。为提升薯渣中真蛋白含量，沈维亮等以甘薯淀粉加工废渣为原料，研究了以酿酒酵母、产朊假丝酵母及双菌混合培养生产菌体蛋白的工艺，发现单一的酵母培养可提升薯渣中的真蛋白含量，而以酿酒酵母和产朊假丝酵母按1∶1混合进行接种培养时，薯渣中真蛋白质量分数可达18.08%[13]。夏军等以废弃薯渣为底物，在常规发酵菌株中添加产赖氨酸菌株进行固态发酵，制备富含赖氨酸的菌体蛋白饲料的研究表明，通过正交优化等试验，薯渣发酵后粗蛋白含量可达到16.80%，赖氨酸含量为1.32%[14]。张海波等研究甘薯渣替代白酒糟对育肥牛肌内脂肪（IMF）沉积相关基因表达的影响，结果表明，甘薯渣替代饲粮中白酒糟的比例应控制在饲粮组成的10%以内；当提高甘薯渣替代白酒糟的比例，通过下调育肥牛背最长肌脂肪酸合成相关基因（SREBP-1、FAS、ACC和PPARγ）表达及上调脂肪分解相关基因（HSL和CPT-1）表达，从而减少背最长肌IMF 沉积[15]。周剑辉等为研究益生菌发酵红薯渣对肉牛生长性能、养分表观消化率的影响，结果表明，益生菌发酵红薯渣替代原饲料中15%的玉米，可以提高肉牛的生长性能和养分表观消化率[16]。刘秀玲等探讨红薯粉渣酸化料对蛋鸭产蛋性能和蛋品质的影响，在综合考虑各项性能指标的情况下，在蛋鸭饲料中添加3%的红薯粉渣酸化饲料较为理想[17]。

2.3 甘薯渣资源的化工利用

甘薯渣在化工方面可用于制备纺织浆料、乙醇、柠檬酸钙、生产环保吸附剂等。尹振华等以甘薯渣为原料，乙醇为溶剂，氢氧化钠为碱化剂，氯乙酸为醚化剂，制备红薯渣羧甲基醚化物，并制备浆膜。实验表明，红薯渣羧甲基醚化物浆膜性能介于羧甲基纤维素和羧甲基淀粉浆膜之间；红薯渣羧甲基醚化产物有较好的混溶性，可以与羧甲基纤维素、羧甲基淀粉混溶，混合后浆料的浆膜性能较单一品种有很大改善[18]。甘薯渣在生物乙醇生产中具有巨大潜力，同时可以缓解以粮食作物生产生物乙醇带来的粮食安全问题。Wang 等将酶解技术应用于甘薯渣乙醇生产，采用纤维素酶和果胶酶甘薯渣酶解并进行发酵后，可得到79 g·L-1的乙醇[19]。田亚红等利用酿酒酵母采用同步糖化发酵法制备甘薯渣生物乙醇，通过优化发酵条件，葡萄糖的利用率可达73.76%，生物乙醇得率为34.78%[20]。吴晓菊采用安琪活性干酵母对甘薯皮渣进行发酵处理，乙醇得率为0.452 mL·g-1[21]。黄丽红提出可用甘薯渣、马铃薯粉渣制备柠檬酸钙，每4.5 t 薯渣原料便可生产出1 t 柠檬酸钙，具有较好的经济效益[22]。甘薯渣质地疏松，是制备吸附剂的良好材料。陈莉等将甘薯渣进行改性处理后获得疏松多孔的吸附剂，对亚甲基蓝和碱基块绿有较好的吸附作用[23-24]。Hao 等用溴乙酰溴对甘薯淀粉渣进行改性并制备酰胺肟吸附剂，其对汞的最大吸附容量为4.03 mmol·g-1，可有效控制重金属污染[25]。

3 甘薯渣加工利用中存在的问题及展望

当前我国对甘薯渣资源的利用集中在饲料开发、膳食纤维提取等方面。随着绿色生态农业的不断推进，加工技术研究的深入及相关装备的日渐成熟，甘薯渣的资源化利用水平逐渐提升，并被企业所关注。总体而言，甘薯渣的利用呈现加工成本高、转化效率低、难以实现工业化等问题。为更好地发挥甘薯加工产业效益，减少企业因甘薯渣资源水分含量高、果胶含量高不易脱水等产生的环保问题，突破甘薯渣资源的贮藏技术、高效干制技术、低成本利用是未来研究的重点方向。