郭文斌，高晶晶，王洪波，*，王芳

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010018；2.內(nèi)蒙古商貿(mào)職業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010070）

馬鈴薯廢渣再利用途徑及其發(fā)展對(duì)策

郭文斌1，高晶晶2，王洪波1，*，王芳1

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010018；2.內(nèi)蒙古商貿(mào)職業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010070）

馬鈴薯淀粉生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的馬鈴薯廢渣含有蛋白質(zhì)、纖維素、淀粉等可利用成分，因此具有較高的再利用價(jià)值。對(duì)國(guó)內(nèi)外馬鈴薯廢渣再利用的主要途徑和相關(guān)技術(shù)進(jìn)行綜述，分析了目前薯渣作為飼料、燃料、培養(yǎng)基等進(jìn)行再利用時(shí)遇到的問(wèn)題，并根據(jù)物料的特點(diǎn)提出了馬鈴薯廢渣再利用的發(fā)展對(duì)策。

馬鈴薯廢渣；再利用；飼料；燃料；培養(yǎng)基

我國(guó)馬鈴薯淀粉的年產(chǎn)量約為30萬(wàn)噸～40萬(wàn)噸，一般每加工得到1 t淀粉產(chǎn)出0.8 t的馬鈴薯廢渣，因此馬鈴薯加工企業(yè)每年生產(chǎn)淀粉過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的薯渣。新鮮薯渣水分含量高達(dá)80%～90%，其內(nèi)部的干物質(zhì)中殘留有約53%的淀粉、25%的纖維素、10%的蛋白質(zhì)和氨基酸、8%的灰分以及4%的果膠及其它成分，具有較高的再利用價(jià)值[1-3]。加工淀粉后得到的薯渣不僅含水率高，而且松散，不易儲(chǔ)運(yùn)，廢棄腐敗后對(duì)環(huán)境污染較大，因此妥善處理這些薯渣，對(duì)降低加工成本、防止生態(tài)環(huán)境惡化具有重要意義。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)薯渣含水率高、松散、容易腐敗等特點(diǎn)，采用了多種處理方法對(duì)薯渣進(jìn)行了資源化利用的嘗試，為馬鈴薯廢渣的合理再利用提供了參考。

1 馬鈴薯廢渣再利用的途徑

1.1 以馬鈴薯廢渣為原料制備飼料

飼料原料短缺是我國(guó)當(dāng)前飼料行業(yè)主要存在的問(wèn)題之一，因此一些非常規(guī)飼料資源作為替補(bǔ)不斷涌現(xiàn)，其中馬鈴薯廢渣由于水份含量高、有機(jī)質(zhì)豐富，十分適宜作為動(dòng)物飼料或動(dòng)物飼料的配料進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，目前國(guó)內(nèi)外將薯渣作為飼料再利用的途徑主要集中在：將薯渣作為飼料青貯，改善粗纖維的結(jié)構(gòu)以提升口感，增加動(dòng)物的采食率，或利用固態(tài)發(fā)酵等方法將馬鈴薯廢渣發(fā)酵后制備高蛋白飼料。例如閆曉波、張亞黎將秸稈切段后和馬鈴薯廢渣混合青貯并測(cè)定了常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分及其對(duì)牲畜生產(chǎn)性能的影響，研究結(jié)果表明秸稈與薯渣混合青貯可替代玉米青貯飼喂肉羊和奶牛[4-5]。Maimaijiang Zunong將青貯馬鈴薯廢渣替代大麥作為奶牛的補(bǔ)充飼料，分析了飼喂薯渣后奶牛的產(chǎn)奶量、飼料攝入量及牛奶成分變化等指標(biāo)，研究結(jié)果顯示飼喂薯渣后，牛奶中的主要營(yíng)養(yǎng)元素——共軛亞油酸含量增加；此外，薯渣作為補(bǔ)充飼料后也促進(jìn)了牛奶生產(chǎn)成本的降低[6]。而邵淑麗、趙萍用半固態(tài)發(fā)酵的方法生產(chǎn)薯渣高蛋白飼料后作為替代飼料飼喂肉兔，在保證了肉兔免疫功能及兔肉的品質(zhì)的基礎(chǔ)上，提高了其日增重[7-8]。T.Y.WANG等利用固態(tài)發(fā)酵技術(shù)將馬鈴薯廢渣制成家禽飼料，對(duì)飼料的主要營(yíng)養(yǎng)成分和可能的毒副作用進(jìn)行分析的同時(shí)，經(jīng)過(guò)30 d的飼喂研究，評(píng)估了其安全性，結(jié)果表明飼喂后無(wú)不良影響[9]。Lingfeng Xue在泌乳母豬的日糧中添加了5%的發(fā)酵馬鈴薯廢渣，比較分析了飼喂薯渣后母豬的體重減輕量、采食量等參數(shù)后，發(fā)現(xiàn)薯渣對(duì)其飲食及窩產(chǎn)性能會(huì)產(chǎn)生積極的影響[10]。趙鳳敏、贠建民、孫展英以不同菌種組合對(duì)馬鈴薯廢渣進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，研究發(fā)酵對(duì)其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的影響，結(jié)果表明發(fā)酵后薯渣粗纖維的含量降低、真蛋白與氨基酸等含量提高，綜合營(yíng)養(yǎng)價(jià)值提高[11-13]。

1.2 以馬鈴薯廢渣為原料制備燃料

淀粉加工后產(chǎn)生的馬鈴薯廢渣，不僅產(chǎn)量巨大、成本低，其內(nèi)部所含的淀粉、粗蛋白、纖維等固形物還是具有一定燃燒值的可燃燒物質(zhì)，因此目前國(guó)內(nèi)外研究常以薯渣作為原料直接生產(chǎn)生物質(zhì)燃料或經(jīng)過(guò)發(fā)酵制備燃料酒精等。例如Min-Tian Gao等對(duì)作為淀粉加工副產(chǎn)品的馬鈴薯廢渣的糖化與發(fā)酵進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了一種高效促進(jìn)薯渣糖化的酶，水熱處理后能夠增加薯渣的糖化率，水解產(chǎn)物可以作為發(fā)酵乙醇所需的氮和碳的來(lái)源，該結(jié)果表明馬鈴薯廢渣經(jīng)生物轉(zhuǎn)化制成乙醇是可行的[14]。XU Zhong通過(guò)單因素試驗(yàn)分析得出了利用薯渣發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的最佳條件，試驗(yàn)指標(biāo)包括固液比例、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間等[15]。Slawomir O－bidzinski分析了利用馬鈴薯廢渣制備固體燃料的可行性，從馬鈴薯廢渣的燃燒性、能量值和干燥等方面展開(kāi)了研究[16]，同時(shí)還將馬鈴薯廢渣與致密化成型較難的蕎麥殼混合，分析了薯渣在混合物料中的含量對(duì)物料顆粒密度、持久性、燃燒熱值等參數(shù)的影響[17]。

1.3 以馬鈴薯廢渣為原料制備培養(yǎng)基

馬鈴薯廢渣含有多種礦物質(zhì)、碳源、氨源，因此結(jié)合其營(yíng)養(yǎng)成分和水分配上秸稈等作為原料可以用于制備培養(yǎng)基或生產(chǎn)可以還田的育苗營(yíng)養(yǎng)杯等。如：楊希娟、王拓一研究發(fā)現(xiàn)薯渣營(yíng)養(yǎng)成分組成單一，無(wú)法為微生物生長(zhǎng)提供所需的糖，因此其作為培養(yǎng)基發(fā)酵時(shí)需加入碳源以滿足微生物的生長(zhǎng)[18-19]。楊立賓以秸稈、薯渣作為主要原料栽培刺芹側(cè)耳，研究發(fā)現(xiàn)利用秸稈70%、馬鈴薯廢渣15%、麩皮10%、玉米面3%所組成的培養(yǎng)基栽培，菌絲生長(zhǎng)較快，產(chǎn)量和最大單菇重均較高[20]。王志民將馬鈴薯廢渣與腐殖質(zhì)、粘土、秸稈、碳酸鈣等混合攪拌后進(jìn)行壓縮成型，成型后脫水干燥制成育苗營(yíng)養(yǎng)杯，用于田間育苗[21]。盧嘉寶利用薯渣栽培鳳尾菇，生產(chǎn)食用蛋白，利用響應(yīng)面分析法對(duì)以馬鈴薯廢渣作為培養(yǎng)基栽培鳳尾菇的方法進(jìn)行了優(yōu)化，得到了最優(yōu)條件下的培育參數(shù)[22]。段淇斌將馬鈴薯廢渣、菌糠、花土等農(nóng)業(yè)廢棄物按照不同質(zhì)量配比制成六種肥料載體，通過(guò)測(cè)定載體的吸水率、營(yíng)養(yǎng)成分等指標(biāo)，探討了薯渣等廢棄物料作為生物肥料載體的可行性[23]。

1.4 以馬鈴薯廢渣為原料提取及制備其它有益物質(zhì)

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究探索，國(guó)內(nèi)外學(xué)者嘗試從馬鈴薯廢渣中提取果膠、膳食纖維等物質(zhì)。如：呂金順等利用氣爆法與氧化劑對(duì)薯渣進(jìn)行處理，制備出了膳食纖維，同時(shí)對(duì)其結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了分析[24]。鄭燕玉等在微波條件下將薯渣用稀硫酸萃取及硫酸鋁沉淀后提取出了果膠[25]。Katsuichi Saito等在通過(guò)米根霉發(fā)酵馬鈴薯廢渣的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)薯渣的發(fā)酵受其提取日期的影響，薯渣中果膠等成分也隨薯渣提取日期的不同而改變[26]。

此外，根據(jù)薯渣較強(qiáng)的粘性特征，出現(xiàn)了以馬鈴薯廢渣制備粘結(jié)劑、包裝材料等利用途徑。如：F.Mayer利用噴霧干燥的方法將馬鈴薯廢渣含水率降低至10%，獲得的顆粒狀粉末物料由變性淀粉和其它大分子等成分組成，能保存較長(zhǎng)時(shí)間，再次溶解后仍可用于制備新型生物可降解膠水、包裝食品的容器等[27]；作為應(yīng)用，其將薯渣制備成粘結(jié)劑替代脲醛樹(shù)脂作huo為了生產(chǎn)纖維板的膠粘劑[28]。程力分析了超微粉碎及蒸氣處理對(duì)薯渣顆粒破壞程度及粒徑分布的影響，并通過(guò)添加助劑，制備得到用于瓦楞紙板的一種粘合劑[29]。Yachuan Zhang等分析了豆纖維與馬鈴薯廢渣的添加，對(duì)淀粉熱塑性塑料薄膜的熱性能、表面張力及親水性的影響，結(jié)果表明薯渣或豆纖維的添加會(huì)增加膜的親水性和含水量，其原因可能與纖維素分子中羥基的增加有關(guān)[30]。

2 馬鈴薯廢渣再利用過(guò)程中存在的問(wèn)題

2.1 薯渣松散、密度小，儲(chǔ)運(yùn)困難

在馬鈴薯廢渣開(kāi)發(fā)利用的過(guò)程中，無(wú)論是濕渣還是干渣，運(yùn)輸時(shí)遇到的首要問(wèn)題就是薯渣物料松散、密度較小，收集和運(yùn)輸均比較困難。為測(cè)試馬鈴薯廢渣的可壓縮性，對(duì)呼和浩特市淀粉加工企業(yè)產(chǎn)出的薯渣進(jìn)行了應(yīng)力-應(yīng)變?cè)囼?yàn)分析，圖1為經(jīng)過(guò)前處理后含水率60%的馬鈴薯廢渣在冷態(tài)壓縮（壓縮速率為10 mm/min）試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)力隨應(yīng)變的變化關(guān)系，可以看出在較小的外力作用下，薯渣產(chǎn)生的應(yīng)變較大，變形程度在60%以上。因此，為了減小馬鈴薯廢渣儲(chǔ)存和運(yùn)輸所占用的空間，降低運(yùn)輸成本，可以考慮在冷態(tài)下將薯渣壓縮成型，對(duì)其可壓縮性及流變特性進(jìn)行研究；即通過(guò)壓縮設(shè)備在一定條件下對(duì)馬鈴薯廢渣施加壓力，減少其體積、增大密度，研究其成型條件，為薯渣開(kāi)發(fā)利用前的預(yù)處理提供參考。

圖1 馬鈴薯廢渣冷態(tài)壓縮應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系圖Fig.1 Stress-strain relation in compression test of potato pulp

2.2 薯渣脫水困難、易腐敗

新鮮馬鈴薯廢渣含水率可達(dá)80%以上，且內(nèi)部含多種菌，因此極易腐敗，對(duì)環(huán)境造成污染。由于直接烘干薯渣成本較高，實(shí)際加工時(shí)主要采用低成本的機(jī)械壓濾對(duì)薯渣進(jìn)行脫水，但脫水后物料含水率仍為60%左右，無(wú)法達(dá)到理想的使用及儲(chǔ)存條件。此外，相關(guān)研究顯示可以在薯渣中加入降解酶等試劑，攪拌處理后脫去水分，但加入大量的化學(xué)試劑不僅會(huì)增加馬鈴薯廢渣的處理成本，同時(shí)也會(huì)影響到薯渣的使用安全。

2.3 薯渣作為飼料、燃料的使用效果需繼續(xù)提升

將馬鈴薯廢渣制備成飼料及生物質(zhì)燃料，是目前對(duì)薯渣進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用的主要途徑。一方面，由于淀粉加工后產(chǎn)生的馬鈴薯廢渣適口性較差，實(shí)際中直接飼喂畜禽效果不佳，且薯渣屬于工業(yè)生產(chǎn)后剩余的廢渣，其生產(chǎn)過(guò)程中易受到工業(yè)污染而含有相關(guān)毒素，因此薯渣作為飼料的食用安全需進(jìn)行相關(guān)評(píng)估，建立相對(duì)應(yīng)地的安全指標(biāo)[18-19]。另一方面，薯渣由于能量密度低，直接用作燃料時(shí)其燃燒熱值也相對(duì)較低；而以薯渣為原料制備燃料乙醇時(shí)又面臨技術(shù)復(fù)雜、收益較低等問(wèn)題，這些問(wèn)題一定程度上制約了薯渣作為生物質(zhì)燃料的大規(guī)模應(yīng)用與發(fā)展[31]。

2.4 薯渣中有益物質(zhì)的提取成本較高

國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究對(duì)馬鈴薯廢渣內(nèi)部有益成分的提取，以制備及提取膳食纖維、果膠等居多。目前制備膳食纖維常使用的物理法、化學(xué)法、生物法，以及提取果膠的沸水抽提法、酸法和酸法-微波提取法等，均結(jié)合了薯渣的營(yíng)養(yǎng)功能特性，探索了其再利用的新途徑。但由于薯渣營(yíng)養(yǎng)價(jià)值相對(duì)較低，且提取方法工藝復(fù)雜，使得膳食纖維及果膠等有益成分的提取成本較高，市場(chǎng)推廣較難。此外，對(duì)馬鈴薯廢渣中提取的膳食纖維及果膠等物質(zhì)的安全性評(píng)估也并不完善。

3 馬鈴薯廢渣再利用的發(fā)展對(duì)策

隨著各類新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，馬鈴薯廢渣的再利用途徑越來(lái)越多，但由于處理成本高、轉(zhuǎn)化收益率小，目前大部分開(kāi)發(fā)利用方法仍停留在研發(fā)階段，未發(fā)展成為大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。因此，應(yīng)對(duì)薯渣再利用過(guò)程中存在的問(wèn)題及制約其發(fā)展的因素進(jìn)行剖析，結(jié)合實(shí)際提出相應(yīng)的對(duì)策。

3.1 結(jié)合薯渣特點(diǎn)制備混合物料，提升產(chǎn)品的使用效果

一方面，針對(duì)馬鈴薯廢渣松散、儲(chǔ)運(yùn)難等問(wèn)題，充分利用其膠粘特性好、含水率高的特點(diǎn)，將薯渣與含水率低、致密化成型難、燃燒值高的農(nóng)業(yè)、工業(yè)松散物料按比例混合，采用低成本的冷態(tài)壓縮技術(shù)，制備飼料塊和生物質(zhì)燃料塊。另一方面，馬鈴薯廢渣內(nèi)部含有多種菌及其它營(yíng)養(yǎng)成分，因此可以根據(jù)其特點(diǎn)，利用薯渣及其混合物料制作栽培用培養(yǎng)基或可以還田的育苗營(yíng)養(yǎng)缽，促進(jìn)其資源化利用的發(fā)展；此外，以低能耗的固態(tài)發(fā)酵技術(shù)制備畜禽飼料同樣有利于大范圍推廣馬鈴薯廢渣的資源化再利用。

3.2 多方法融合，優(yōu)化薯渣前處理脫水工藝

由于機(jī)械脫水過(guò)程中馬鈴薯廢渣內(nèi)部的結(jié)合水較難脫出，因此可以根據(jù)薯渣內(nèi)水分分布的特點(diǎn)，嘗試以機(jī)械脫水結(jié)合氣爆、冷凍干燥、太陽(yáng)能干燥等針對(duì)性較強(qiáng)的方法對(duì)薯渣物料進(jìn)行分級(jí)脫水，優(yōu)化目前的薯渣脫水工藝，最大限度地降低處理成本，延長(zhǎng)物料的儲(chǔ)存期[32]，探索處理工藝與經(jīng)濟(jì)效益間的平衡。

3.3 建立相關(guān)安全評(píng)估體系，保障薯渣中有益物質(zhì)的食用安全

無(wú)論是從薯渣中提取膳食纖維、果膠等物質(zhì)，還是利用薯渣生產(chǎn)蛋白飼料、青貯飼料，均需建立相關(guān)的安全評(píng)估程序，評(píng)價(jià)薯渣所生產(chǎn)的膳食纖維、果膠及飼料等產(chǎn)品的食用安全性，為大范圍推廣固態(tài)發(fā)酵等相關(guān)技術(shù)提供保障，促進(jìn)形成大規(guī)模的、具有一定規(guī)范的馬鈴薯廢渣處理利用模式。

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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

內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2014BS0319）；內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)目（NJZC16402）；內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目（BJ09-21）

郭文斌（1981—），男（漢），講師，博士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品的力學(xué)流變學(xué)特性。

*通信作者：王洪波（1978—），副教授，博士，研究方向：農(nóng)業(yè)物料的力學(xué)流變學(xué)特性。

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.16.044