馬鈴薯渣的開發(fā)利用與研究進(jìn)展

李文茜 劉 鑫 么恩悅 李 洋 張永根

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

現(xiàn)階段，畜牧養(yǎng)殖業(yè)正面臨著飼料資源的緊缺與原料價(jià)格上漲的雙重考驗(yàn)，這嚴(yán)重影響了畜禽的生產(chǎn)效率和養(yǎng)殖效益。因此，專家學(xué)者開始致力于研究非常規(guī)飼料的開發(fā)與利用。馬鈴薯又稱土豆或洋芋，因其種植歷史悠久、栽培簡(jiǎn)易、分布范圍廣泛、產(chǎn)量大，使其為世界第四大糧食作物。馬鈴薯渣是馬鈴薯淀粉生產(chǎn)的副產(chǎn)物，主要成分是水，其余是細(xì)胞碎片和細(xì)小的淀粉顆粒。因其含水量高，自帶菌種豐富，不易儲(chǔ)藏和運(yùn)輸，極易酸敗變質(zhì)產(chǎn)生惡臭氣味，從而使得薯渣的利用受限。目前薯渣的利用方式主要作為青貯配料，但由于烘干薯渣進(jìn)行飼料生產(chǎn)價(jià)格昂貴，因此大部分薯渣進(jìn)行了地下掩埋處理，不僅是對(duì)資源的浪費(fèi)還會(huì)導(dǎo)致土壤和地下水污染[1]。因此合理地對(duì)馬鈴薯渣進(jìn)行開發(fā)利用，是解決污染問題和實(shí)現(xiàn)畜牧養(yǎng)殖業(yè)持續(xù)發(fā)展的雙贏之舉。

1 馬鈴薯渣的成分及特性

1.1 主要成分

馬鈴薯渣富含碳水化合物，主要有淀粉、果膠及各種纖維素組成，一些資料顯示，其中還含有肽類物質(zhì)[2]，甚至還包括阿拉伯半乳糖[3]；其中淀粉、果膠等碳水化合物含量較高[4]，具體營(yíng)養(yǎng)成分見表1。

1.2 性質(zhì)

馬鈴薯渣水分含量很高（干物質(zhì)不足10%），由于薯渣中的水分是以嵌入的形式存在于細(xì)胞中的，水分若想達(dá)到外界，則需通過細(xì)胞膜的交換，因此表現(xiàn)出來的是薯渣的各種膠體性質(zhì)[5]。馬鈴薯渣的脫水干燥處理就成了目前需要亟待解決的課題。研究發(fā)現(xiàn)，薯渣自身攜帶30多種微生物菌株，共15個(gè)種類，其中有85%是細(xì)菌，還有少部分是霉菌和酵母菌[6]。微生物種類的豐富性和高水分含量是影響薯渣儲(chǔ)運(yùn)和利用的主要因素，因此，找到既能安全降低薯渣水分，又能良好保存薯渣，并使其營(yíng)養(yǎng)成分得以利用的途徑是非常緊急且必要的[2]。

表1 馬鈴薯渣營(yíng)養(yǎng)成分

2 馬鈴薯渣利用的研究現(xiàn)狀

馬鈴薯渣由于具有膠體性質(zhì)，其水分用傳統(tǒng)的機(jī)械手段難以降低，若引入高端設(shè)備進(jìn)行烘干，能耗成本太高，影響經(jīng)濟(jì)效益，為應(yīng)用于實(shí)踐造成了一定的困難。為了解決這一問題，國(guó)內(nèi)外許多研究者對(duì)薯渣的應(yīng)用研究進(jìn)行了多方面的試驗(yàn)和探究。

目前馬鈴薯渣的利用方式主要是發(fā)酵法、理化法和混合法[7]。①發(fā)酵法是利用微生物菌株對(duì)馬鈴薯渣進(jìn)行發(fā)酵處理，制備出各種生物制劑和有機(jī)物料；②理化法是用物理、化學(xué)和酶等方法處理馬鈴薯渣，從而提取出一些有價(jià)值的有效成分；③混合法是將發(fā)酵法與酶法相結(jié)合的處理方法，具體應(yīng)用方法見表2。

表2 國(guó)外馬鈴薯渣的一般應(yīng)用

國(guó)外對(duì)薯渣的利用主要體現(xiàn)在用薯渣生產(chǎn)燃料酒精，加工成動(dòng)物飼料，提取薯渣中有價(jià)值的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等等。而國(guó)內(nèi)對(duì)于薯渣的利用剛剛起步，近些年來，利用微生物固態(tài)發(fā)酵薯渣生產(chǎn)蛋白飼料的報(bào)道層出不窮，借此緩解飼料行業(yè)對(duì)于蛋白飼料的緊張需求。綜合國(guó)內(nèi)外的研究結(jié)果，有價(jià)值營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的提取及通過微生物發(fā)酵獲得蛋白飼料是目前薯渣最為有效的利用方式。

2.1 有益物質(zhì)的提取制備

果膠和膳食纖維是可以從馬鈴薯渣中提取的主要有益物質(zhì)，通過提取出薯渣中有價(jià)值的營(yíng)養(yǎng)成分，來提高馬鈴薯渣的利用率。

2.1.1 以馬鈴薯渣為原料提取膳食纖維

馬鈴薯渣中含有豐富的膳食纖維，提取的膳食纖維有較好的持水力和膨脹力。從薯渣中提取的膳食纖維也被認(rèn)為是一種安全的食用產(chǎn)品。研究發(fā)現(xiàn)，利用微生物提取薯渣膳食纖維對(duì)其產(chǎn)量和特性都具有改善作用[8-10]。同時(shí)這種膳食纖維可以直接作為脂肪替代物和纖維添加劑[11-12]，而且有學(xué)者表明可以將薯渣纖維素功能化[13]。

2.1.2 以馬鈴薯渣為原料提取果膠

雖然馬鈴薯渣本身的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較低，但卻可以作為一種優(yōu)質(zhì)原料來提取果膠。果膠的主要成分是D-半乳糖醛酸，是一類具有共同特性的寡糖和多聚糖的混合物[14]。以馬鈴薯渣為原料提取果膠，不僅開闊了馬鈴薯渣的應(yīng)用范圍，同時(shí)增加了果膠的原料源頭[15]。基于馬鈴薯渣，生產(chǎn)果膠的方法有微波法、沉淀法、酸法、堿法等，而且都能得到純度較高的果膠[16]，在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中果膠有著不可忽視的作用。對(duì)于單胃動(dòng)物而言，果膠是抗?fàn)I養(yǎng)因子，會(huì)影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收。Langhout D J等[17]研究表明，日糧中添加柑橘類果膠顯著降低了肉雞的生產(chǎn)性能和飼料的消化率，同時(shí)后腸道的食糜黏性提高，阻礙了其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。對(duì)于反芻動(dòng)物而言，果膠除了能作為飼料的成分外，還能調(diào)控瘤胃內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性；一方面，果膠在瘤胃菌群的作用之下，產(chǎn)生的降解產(chǎn)物半乳糖醛酸可起到抑制酸性乳酸菌發(fā)酵的作用，進(jìn)而提高瘤胃液的pH值[18]；另一方面，含果膠豐富的飼料中的纖維物質(zhì)具有如Ca2+、Na+、K+和 Mg2+等離子的親和能力和離子交換能力，可將其帶電陽離子釋放到瘤胃液中，起到緩沖作用以提高pH值[19]；果膠對(duì)瘤胃中的乙、丙酸比例，也有一定的提高作用[20]；果膠對(duì)瘤胃中纖維物質(zhì)、有機(jī)物質(zhì)的降解率和短鏈脂肪酸的生成量都有提高作用；同時(shí)，促進(jìn)了機(jī)體尤其是腸道對(duì)于含氮物質(zhì)的吸收率[21]。Ariza P等[22]報(bào)道，果膠可通過降低瘤胃中氨氮濃度，由此提高菌體蛋白合成。

2.2 以馬鈴薯渣為原料生產(chǎn)動(dòng)物飼料

2.2.1 微生物發(fā)酵

薯渣若直接作為動(dòng)物飼料，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值低，不易儲(chǔ)存，利用率差。但通過微生物菌株發(fā)酵薯渣，發(fā)酵產(chǎn)物含有大量的菌體蛋白，使薯渣中纖維、淀粉被微生物菌群分解利用轉(zhuǎn)化成蛋白質(zhì)或者含氮物質(zhì)，不僅可以提高發(fā)酵后薯渣的粗蛋白質(zhì)含量，發(fā)酵后薯渣中的氨基酸、微生物和各種生物酶都會(huì)相應(yīng)提高[23]。用于發(fā)酵的常見菌株如酵母菌，可分泌多種活性水解酶，其菌體蛋白含量高、氨基酸充足，可提高發(fā)酵產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值；霉菌可分泌淀粉酶、纖維素酶、蛋白酶和果膠酶等，菌體蛋白質(zhì)含量高，因此被廣泛應(yīng)用于蛋白飼料的生產(chǎn)中。芽孢桿菌具有較強(qiáng)的淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶活性，同時(shí)還具有降解飼料中復(fù)雜碳水化合物的酶，這些酶能夠消除飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，減少畜禽對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的障礙；乳酸菌能分泌有機(jī)酸，對(duì)病原菌和腐敗菌有抑制作用，可降低畜禽腸道pH值，同時(shí)也提高了發(fā)酵飼料的適口性。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者利用酵母菌、霉菌、毛殼菌、鐮刀菌、放線菌等為發(fā)酵菌種發(fā)酵馬鈴薯渣生產(chǎn)蛋白飼料并研究其適合的發(fā)酵方式和合理的菌種組合[24-25]。

K.Schuction等[26]研究利用毛殼菌固態(tài)發(fā)酵馬鈴薯渣生產(chǎn)微生物蛋白質(zhì)。贠建民等[27]經(jīng)多菌種協(xié)生（白地霉∶熱帶假絲酵母∶釀酒酵母=8∶1.5∶0.5）發(fā)酵薯渣后，產(chǎn)物蛋白質(zhì)含量可提高到22.16%，并使原料的適口性和風(fēng)味得到改善。史琦云等[28]采用白地霉對(duì)生料、熟料進(jìn)行發(fā)酵及用白地霉、釀酒酵母、熱帶假絲酵母進(jìn)行多菌協(xié)生固態(tài)發(fā)酵等技術(shù)生產(chǎn)馬鈴薯渣菌體蛋白飼料，結(jié)果表明，發(fā)酵后的蛋白質(zhì)含量分別提高l3.45%、18.53%和22.16%。祝英等[29]指出，添加霉菌和酵母菌發(fā)酵馬鈴薯渣都能增加產(chǎn)物粗蛋白質(zhì)，當(dāng)同時(shí)接種霉菌和酵母混合菌株，發(fā)酵效果最好。楊希娟等[30]用黑曲霉、白地霉和熱帶假絲酵母，固態(tài)發(fā)酵馬鈴薯渣生產(chǎn)菌體蛋白飼料，經(jīng)過驗(yàn)證得出發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白含量較高，基本達(dá)到蛋白飼料對(duì)蛋白質(zhì)含量的要求。張?chǎng)蔚萚31]采用釀酒酵母、白地霉、熱帶假絲酵母與植物乳桿菌混菌組合發(fā)酵馬鈴薯渣，運(yùn)用了酵母菌和乳酸菌的共生作用，生產(chǎn)出營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高的馬鈴薯渣，其粗蛋白含量達(dá)到35.63%。祝英[32]在單菌發(fā)酵試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)米曲酶分解薯渣的效果最好，粗蛋白含量提高了10倍；在復(fù)合菌發(fā)酵試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)采用米曲霉、黑曲霉、熱帶假絲酵母和產(chǎn)骯假絲酵母混合菌發(fā)酵效果最好，發(fā)酵后薯渣粗蛋白含量提高了8.6倍。張微微等[33]將鮮薯渣和秸稈混合并調(diào)制成含水量為70%，采用黑曲霉變種和白地霉對(duì)其進(jìn)行發(fā)酵處理，通過Box-Behnken模型設(shè)計(jì)，目的是得到馬鈴薯渣固態(tài)發(fā)酵的最佳工藝參數(shù)，為制作類似青貯的低pH值飼料提供了理論方法。而且馬鈴薯渣的發(fā)酵試驗(yàn)表明：隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，龍葵素含量呈遞減趨勢(shì)，從發(fā)酵前期的0.04 mg/100 g發(fā)酵60 h后可降為0.024 mg/100 g。利用微生物固態(tài)發(fā)酵馬鈴薯渣獲取蛋白質(zhì)飼料不僅可以解決我國(guó)蛋白質(zhì)飼料的缺乏問題，還有效延長(zhǎng)了薯渣的貯藏時(shí)間，提高了薯渣的利用率，解決了其污染環(huán)境的難題，為馬鈴薯渣在動(dòng)物生產(chǎn)中的開發(fā)應(yīng)用提供了新方法和新方向。

《西窗》的主人公是一位年輕女性。關(guān)于她的名字，不那么簡(jiǎn)單，恐怕得多費(fèi)點(diǎn)口舌。文本中，她甫一登場(chǎng)的名字是伊一。一個(gè)小資女性的名字。這不是她本名，是筆名。這個(gè)名字當(dāng)然是她自己的贈(zèng)予。她是一位才華初露的女作家，以至于作者將“人間四月天”喻她，以民國(guó)麗人兼才女林徽茵喻其才貌質(zhì)地。她本名江山嬌。這是鄉(xiāng)村干部父親為她起的。這大而化之的名字頗能凸現(xiàn)她出生時(shí)代的風(fēng)尚。在網(wǎng)上情人子墨心目中，她是“純是一片靈犀”的伊一；而在丈夫李木的口中，她是“永遠(yuǎn)的江山嬌”。

2.2.2 與玉米秸稈混合青貯

閆曉波將馬鈴薯渣混合玉米秸稈進(jìn)行青貯（比例為3～5∶1），發(fā)酵后產(chǎn)物有酸香氣味，通過動(dòng)物試驗(yàn)得出其產(chǎn)物適口性好，奶牛采食量增大[34]。結(jié)果表明，混合青貯可不同程度地替代青貯玉米飼喂奶牛，既提高了馬鈴薯渣和玉米桔稈的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和適口性，又提高了奶牛的采食量，且不影響產(chǎn)奶量。

2.2.3 酶解

程力等[35]研究表明：?jiǎn)为?dú)使用纖維素酶水解馬鈴薯渣，可溶性膳食纖維（SDF）含量提高了18.74%；采用高溫α—淀粉酶結(jié)合纖維素酶處理馬鈴薯渣，SDF含量達(dá)15.00 g/100 g，且酶解后的薯渣的結(jié)構(gòu)變得松散，其中的殘余淀粉更容易被動(dòng)物消化吸收，能夠提高飼料的利用率。馬鈴薯渣在被淀粉酶處理后，其中的淀粉經(jīng)酶解可生成部分糊精、低聚糖和葡萄糖等。低聚糖有增進(jìn)動(dòng)物健康，提高動(dòng)物增長(zhǎng)的生理功能，又能提高飼料的適口性；此外薯渣中的可溶性膳食纖維經(jīng)酶解后被釋放出來，能夠改善畜禽腸道功能和腸道環(huán)境。

2.3 馬鈴薯渣在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

由于目前利用馬鈴薯渣發(fā)酵生產(chǎn)飼料的加工水平和利用率還較低，將其作為一種非常規(guī)飼料資源供畜禽食用的動(dòng)物種類還很局限，在實(shí)際動(dòng)物生產(chǎn)中也僅僅在研究階段，還未進(jìn)行大量的規(guī)模化生產(chǎn)，現(xiàn)階段對(duì)于馬鈴薯渣的利用，反芻動(dòng)物和單胃草食動(dòng)物更能體現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。

2.3.1 在單胃動(dòng)物中的應(yīng)用

張偉偉等[36]用白地霉、啤酒酵母、熱帶假絲酵母發(fā)酵后的馬鈴薯渣飼喂白羽肉雞，試驗(yàn)結(jié)果表明發(fā)酵后的薯渣可以提高肉雞日增重，提高飼料轉(zhuǎn)化率，同時(shí)提高了雞肉中蛋白質(zhì)的含量。梅寧安等[37]將馬鈴薯渣進(jìn)行發(fā)酵處理后，飼喂含10%的發(fā)酵馬鈴薯渣配合飼料的試驗(yàn)組比飼喂肉仔雞配合飼料（含5%棉粕和5%菜粕）的對(duì)照組肉仔雞日增重提高3.29%，料重比降低5.58%，病死率為0，且雞肉安全性可靠。江成英等[38]利用多菌種混合發(fā)酵馬鈴薯渣并進(jìn)行中國(guó)白羽產(chǎn)蛋鵪鶉飼喂試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)飼喂發(fā)酵薯渣提高了試驗(yàn)組鵪鶉日增重并降低了料重比，提高了產(chǎn)蛋率，且薯渣中的有毒糖苷生物堿龍葵素由發(fā)酵前的0.047 4 mg/100 g至發(fā)酵后降為0，毒性被完全去除，符合能量飼料的要求。

2.3.2 在反芻動(dòng)物中的應(yīng)用

馬鈴薯渣中粗纖維含量較高，具有能量飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，因此在反芻動(dòng)物上的研究應(yīng)用較多。Sugimoto M等[39]研究表明飼喂馬鈴薯渣使肉牛瘤胃中氨態(tài)氮濃度在正常范圍內(nèi)有所提高，這就為瘤胃微生物合成更多的瘤胃蛋白提供可能，有利于改善肉牛的生長(zhǎng)性能。益蕊等[40]研究表明，馬鈴薯渣青貯可替代75%玉米青貯飼喂肉牛，且增加了瘤胃液氨態(tài)氮的濃度，利于微生物蛋白的合成，利于肉牛日增重的提高。張亞黎等[41]在肉羊上的試驗(yàn)同樣發(fā)現(xiàn)以75%馬鈴薯渣裹包青貯替代玉米青貯后對(duì)肉羊的日增重有促進(jìn)作用、瘤胃pH值、揮發(fā)性脂肪酸和血液生化等指標(biāo)與替代前均無顯著差異。

2.4 其他利用方式

把馬鈴薯渣通過微生物發(fā)酵、混合青貯等方式轉(zhuǎn)化為動(dòng)物飼料，既解決了薯渣的污染問題又豐富了飼料的來源，使其功能性、利用率得到提高。而馬鈴薯渣除了上述應(yīng)用之外，還有直接飼喂，脫水干燥，制備燃料酒精等。

①直接飼喂：現(xiàn)階段，很多飼料廠對(duì)馬鈴薯渣的應(yīng)用僅局限于直接飼喂鮮渣。但由于薯渣本身高水分、高礦物質(zhì)鹽、難儲(chǔ)運(yùn)等缺點(diǎn)，直接飼喂的效果并不理想。

②脫水干燥：馬鈴薯渣開發(fā)利用最簡(jiǎn)單的方法就是脫水干燥。因其具有膠體性質(zhì)，若在生產(chǎn)過程中采取機(jī)械化進(jìn)行干燥處理，則會(huì)導(dǎo)致巨大的干燥成本，降低生產(chǎn)效益，因此許多飼料廠和廠商放棄通過脫水干燥來將薯渣作為飼料資源使用。與此同時(shí)，有一些報(bào)道指出，可以采用化學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行脫水干燥，不僅可以降低干燥成本，而且對(duì)合理應(yīng)用馬鈴薯渣產(chǎn)生了積極深遠(yuǎn)的作用。孫萬成指出[5]采用水分含量為91.42%的馬鈴薯渣，進(jìn)行化學(xué)方法脫水，并選用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)其進(jìn)行條件優(yōu)化。得出在含水量為88.91%的馬鈴薯渣中添加0.035%氫氧化鈉、0.88%氯化鈉和1.77%氧化鈣，馬鈴薯渣由糊狀變成分散的固體顆粒所需時(shí)間最短，且能夠增加干燥后薯渣的貯藏期，使其利用價(jià)值得以提升。

③制備燃料酒精：研究指出，馬鈴薯渣可以通過發(fā)酵來制備燃料酒精，或可將其直接作為固體燃料。Rusendi D、Barnett C、Yokoi H和Shigematsu T等[42-45]選用不同種微生物菌株發(fā)酵薯渣生產(chǎn)燃料級(jí)酒精、葡萄糖、乳酸、聚丁烯及果糖等發(fā)酵產(chǎn)品。Obidzinski S主要從馬鈴薯渣的燃燒性、能量值及干燥等方面研究了利用馬鈴薯渣生產(chǎn)固體燃料的可行性[46]。利用馬鈴薯渣制備燃料酒精，符合國(guó)家非糧化及多元化生產(chǎn)的要求同時(shí)又能減少資源的浪費(fèi)，保護(hù)周邊環(huán)境。若能將薯渣通過此種方式被有效利用，這將成為馬鈴薯渣理想的利用途徑之一。

④制備新型吸附材料以及黏結(jié)劑：王小芳等[47]通過試驗(yàn)證實(shí)，利用馬鈴薯渣制備的新型纖維（PDF）是Pb2+、Hg2+離子的有效的吸附劑，且對(duì)Pb2+、Hg2+離子的去除具有吸附量大、吸附速度快等特點(diǎn)。程力等[48]研究了膠體磨濕法超微粉碎及高壓蒸氣處理對(duì)馬鈴薯渣粒徑分布及顆粒破壞程度的影響，通過觀察發(fā)現(xiàn)薯渣顆粒粒徑變小，細(xì)胞壁和纖維素被破壞，又經(jīng)過氧化變性處理使其流動(dòng)性得到改善，在增添一系列的助劑之后，制備成了一種瓦楞紙板用粘合劑，性能與淀粉基瓦楞紙板粘合劑接近。

3 小結(jié)

國(guó)內(nèi)外已對(duì)馬鈴薯渣的加工、利用等方面進(jìn)行了較多的試驗(yàn)研究，馬鈴薯渣作為一種資源，得到了有價(jià)值的開發(fā)利用。利用馬鈴薯渣生產(chǎn)動(dòng)物飼料,是未來薯渣利用的最有發(fā)展?jié)摿Φ姆较颉５窃谛竽翗I(yè)生產(chǎn)中，馬鈴薯渣的應(yīng)用仍存在以下問題：第一，薯渣的生產(chǎn)有明顯的季節(jié)性，加工處理就相對(duì)集中，要想讓薯渣源源不斷地進(jìn)入飼料市場(chǎng)，運(yùn)輸和存儲(chǔ)問題仍是關(guān)鍵；第二，降低水分是薯渣的重中之重，因此干燥技術(shù)應(yīng)作為薯渣開發(fā)利用的重點(diǎn)來抓；第三，馬鈴薯渣中的有毒糖苷生物堿龍葵素，會(huì)對(duì)畜禽或者人體帶來潛在的危害，但是關(guān)于龍葵素的含量隨環(huán)境條件的變化情況以及在不同動(dòng)物中的降解差異情況還有待研究。以上三個(gè)問題使得馬鈴薯渣處理與利用技術(shù)的推廣缺乏理論和技術(shù)的支持。建議科研學(xué)者和專家針對(duì)以上問題開展討論與研究，為馬鈴薯渣的開發(fā)利用提供更可靠的理論支持，促進(jìn)畜牧業(yè)的蓬勃發(fā)展。