趙天奇， 錢世軍， 吳非凡， 王嘉盛， 王夢芝*

（1.揚州大學動物科學與技術(shù)學院，江蘇揚州 225009；2.江蘇省惠隆資產(chǎn)管理有限公司，江蘇南京 210003）

甘薯 （Dioscorea esculenta（Lour.） Burkill）是旋花科植物，又名番薯、甜薯、地瓜、白薯、紅薯，普遍種植于北緯40°以南地區(qū)。我國甘薯種植區(qū)域分布廣，種植集中，主要分為南方薯區(qū)、北方薯區(qū)和長江流域薯區(qū)三大薯區(qū)，種植面積及產(chǎn)量均居世界首位（齊萌萌等，2017）。據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織 （FAO）統(tǒng)計，2016年我國甘薯總產(chǎn)量7079.3704萬t，占世界甘薯總產(chǎn)量（10541.3261萬t）的67%，是我國僅次于水稻、小麥、玉米的第四大重要糧食作物。近年來，我國甘薯用作淀粉加工的比例逐漸提高，現(xiàn)已達到其總量的45%～50%（馬代夫等，2013），全國甘薯淀粉加工廠已累計達到800多家。其中，南方薯區(qū)、北方薯區(qū)和長江中下游薯區(qū)淀粉加工廠所占比例分別為31.3%、58.7%和 44.4%（馬代夫等，2012）。 據(jù)統(tǒng)計，2015年我國年產(chǎn)甘薯淀粉150萬t，產(chǎn)甘薯廢渣約500萬t（徐夢瑤，2017）。廢渣除了少部分被加工利用外，大多都被隨意廢棄，產(chǎn)生資源浪費和環(huán)境污染等問題。因此，如何科學地資源化利用甘薯渣變得尤為重要。本文就甘薯渣資源狀況及其利用技術(shù)研究進展進行綜述，以期為甘薯渣資源化利用和緩解環(huán)境壓力提供一些參考。

1 甘薯渣的資源現(xiàn)狀

甘薯渣是甘薯淀粉提取加工過程中的主要副產(chǎn)物，質(zhì)量占甘薯鮮重的45%～60%，有豐富的淀粉、蛋白質(zhì)和膳食纖維等營養(yǎng)物質(zhì)（邢文會等，2016）。甘薯渣水分含量可達80%以上，由于果膠類物質(zhì)將其包裹，因此很難通過過濾等簡單方法干燥水分（曾小峰等，2017），再加上長時間堆積極易發(fā)生腐敗變質(zhì)，很多企業(yè)往往將其隨污水排放處理。但甘薯渣廢水中富含大量H2S、NH3等氣體和氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，總氮和總磷分別達到69.0、9.50 mg/L（Guo等，2015），化學需氧量高達 25.0 g/L（Mishra等，2004），造成極大的環(huán)境負荷。受現(xiàn)階段加工工藝的限制，甘薯渣中還存在大量可利用的淀粉和膳食纖維。研究表明，甘薯渣中淀粉含量為43%～61%，膳食纖維含量為16%～27%，而膳食纖維中纖維素占26%～36%，果膠占9%～23%（Mei等，2010）。因此，如果對甘薯渣資源加以合理利用，可提高甘薯加工體系的整體利用率。

2 甘薯渣的資源化利用概況

目前，甘薯渣資源化利用方式主要集中在果膠和膳食纖維的提取，動物飼料化以及利用甘薯渣制備低聚糖、生物吸附劑等方面。

2.1 甘薯渣中果膠的利用 果膠是一種天然的植物膠體，具有良好的膠凝、穩(wěn)定作用，既可以作為膠凝劑、穩(wěn)定劑用于食品工業(yè)中；也可以作為藥物制劑基質(zhì)，用于防治腹瀉、腸癌、肥胖等疾病；還可以作為吸附劑，用于吸附重金屬。木泰華等（2007）比較了甘薯果膠、蘋果果膠和柑橘果膠的物化特性，得出甘薯果膠葡萄糖及半乳糖醛酸的含量偏高，且穩(wěn)定性、溶解度、黏度頗優(yōu)的結(jié)論。田亞紅等（2010）試驗表明，甘薯渣中提取的果膠可以作為米酒的穩(wěn)定劑，添加量為0.15%時，米酒產(chǎn)品質(zhì)地均勻，口感良好；作為凝固型酸奶的穩(wěn)定劑，添加量為0.2%時口感醇厚。

在從甘薯渣中提取果膠的技術(shù)方面，國內(nèi)目前主要采取的方法有酸法、堿法、鹽法、微波法、離子交換樹脂法和微生物發(fā)酵法。田亞紅和劉輝（2013）對甘薯果膠的提取進行研究，確定了酸法（溫度 90 ℃、pH 2.0、時間 1.5 h）、微波法（料液比1：20、pH 2.0、微波功率 400 W、微波時間 3 min）和微生物發(fā)酵法（發(fā)酵溫度35℃、pH 5.0、發(fā)酵時間48 h、接種量15%）提取果膠的最佳工藝條件。果膠提取率分別為微波法 （13.33%）＞酸法（10.19%）＞微生物發(fā)酵法 （6.55%）。梁新紅等（2013）研究發(fā)現(xiàn)，使用草酸鹽法提取工藝時，提取液pH 7、提取溫度90℃、提取時間2.0 h、草酸銨質(zhì)量濃度5.0 mg/mL時，甘薯果膠提取率可理論上最高達到11.36%，純度可達79.68%。劉倩倩（2013）采用超聲波輔助鹽法，在提取液質(zhì)量濃度3.95 mg/mL、液料比 20：1、提取溫度 66℃、pH 2.0、提取時間1.7 h、超聲波功率375 W的提取工藝條件下，果膠提取率可達15.48%。曲昊楊等（2014）以蘋果渣為試驗原料，發(fā)現(xiàn)堿法提取的果膠單一性差，且產(chǎn)生的廢液易造成環(huán)境污染。張燕等（2003）以柑橘皮為原料發(fā)現(xiàn)，離子交換樹脂法與酸提取法相比，提高了果膠的質(zhì)量和提取率。

目前存在的提取方法各有優(yōu)劣，酸法因成本低、見效快、提取率相對較高，是國內(nèi)目前果膠提取中使用較為普遍的方法，但經(jīng)酸法提取的產(chǎn)品品質(zhì)低下，生產(chǎn)器材耗損嚴重且產(chǎn)生的廢渣難以處理，極易造成環(huán)境污染。超聲波法和微波法通過超聲波的空化效應(yīng)和微波的熱效應(yīng)，可使細胞壁破裂并加快分子活化，促進萃取物擴散，因此提取率高、質(zhì)量好，而且環(huán)境污染小，但需要特殊設(shè)備，成本高，卻難以推廣。相對來說，微生物提取法污染低、質(zhì)量高，但提取率偏低，適應(yīng)綠色發(fā)展前景，有一定發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.2 甘薯渣中膳食纖維的利用 膳食纖維是七大營養(yǎng)素之一，在保持消化系統(tǒng)健康、延長壽命、預防心血管疾病和癌癥等方面有重要作用。國內(nèi)對甘薯渣膳食纖維的利用主要以加工低熱代餐食品和保健類產(chǎn)品為主。梁新紅等（2018）將甘薯渣粉以6%的質(zhì)量分數(shù)添加到低筋面粉中制餅干，賈玉華（2018）通過在小麥粉中添加9%以下的甘薯渣粉，皆得到感官良好、高膳食纖維的面制食品。目前我國市面上的膳食纖維產(chǎn)品主要從玉米皮、小麥麩、大豆皮、蘋果渣中提取，需求上仍有一定空缺。甘薯渣膳食纖維含量高，產(chǎn)量大，提取比例可達25%（徐夢瑤，2017），如果能合理提取利用，將為甘薯渣的價值再創(chuàng)造提供一定新方向。

目前甘薯渣中膳食纖維的提取方法主要有物理法（篩法、微波、超粉碎、擠壓爆破）、化學法（強酸、強堿、酸堿結(jié)合）和生物法（酶法、發(fā)酵）。鄔建國等（2005）研究藥用真菌液態(tài)發(fā)酵甘薯渣制取膳食纖維的優(yōu)化工藝，發(fā)現(xiàn)甘薯渣9%、麩皮0.8%的培養(yǎng)基在搖床水平發(fā)酵4 d后，發(fā)酵液中的膳食纖維含量可達29.63 g/L，產(chǎn)量較優(yōu)化前有很大提高，且可溶性和不可溶性膳食纖維比值也有所提高。趙英虎等（2012）通過單因素試驗和正交試驗，研究酶解法提取甘薯渣膳食纖維的最優(yōu)工藝條件，確定了糖化酶添加量是影響提取率的主要因素。當相關(guān)酶的添加量為糖化酶5.0 mL/g、胰蛋白酶0.5 mL/g、α-淀粉酶1.4 mL/g時，在提取溫度60℃、提取時間40 min、初始pH為4.5的條件下，膳食纖維提取率高達81.6%，可溶性膳食纖維提取率也達到了25.7%。全桂靜等（2012）研究酶法、篩法和酶堿法三種不同提取工藝對甘薯膳食纖維提取率的影響發(fā)現(xiàn)，提取率酶法>篩法>酶堿法，且通過酶法取得的薯渣膳食纖維的持水性、膨脹性及吸油性均較好。趙二勞等（2017）研究發(fā)現(xiàn)，提取玉米皮膳食纖維時，在生物處理法和化學處理法的基礎(chǔ)上采取微波、超聲波等物理手段，將有效提高膳食纖維的提取率，與孫健等（2014）利用超聲波輔助酶法的研究結(jié)果一致。王田林（2017）研究蒸汽爆破技術(shù)對甘薯渣膳食纖維的影響發(fā)現(xiàn)，經(jīng)爆破后提取的甘薯渣膳食纖維的持油持水力、葡萄糖吸收能力、陽離子交換能力、α-淀粉酶和脂肪酶的抑制能力都有提升。

2.3 甘薯渣飼料化 甘薯渣中主要成分是纖維和淀粉，木質(zhì)化程度高，蛋白質(zhì)含量僅有3.10%～5.26%，單獨飼喂不能滿足畜禽的營養(yǎng)均衡需要和適口性需求，需要配合其他飼料飼用。鄒志恒等（2015）研究發(fā)現(xiàn)，將甘薯渣以2%～4%的比例替代玉米，豬的日采食量和日增重呈上升趨勢，生長激素含量呈提高趨勢，但如果豬的日糧中甘薯渣比例超過20%，則會因蛋白質(zhì)過少引起仔豬生長發(fā)育慢，母豬產(chǎn)畸形兒比例上升等各種問題（劉惠知等，2013）。王苑等（2015）研究蛋雞日糧時發(fā)現(xiàn)，甘薯渣等比例替代玉米添加量小于4%時，對雞生產(chǎn)性能、蛋品質(zhì)及血清激素含量無顯著影響。Pandi等（2016）在研究肉雞飼料的配料時發(fā)現(xiàn)，甘薯渣添加量可達30%。同時，在奶牛飼養(yǎng)中，甘薯渣適當代替高價的苜蓿干草，對奶牛產(chǎn)奶量和乳成分無顯著影響 （陳宇光等，2009）；在養(yǎng)羊生產(chǎn)中，也可飼用經(jīng)切碎加工處理后的甘薯渣 （包健等，2014）?？梢?，甘薯渣飼料化在實際的養(yǎng)殖中能夠切實可行，在豬、禽、反芻動物等其他動物飼料中都可以添加利用。全價顆粒料的營養(yǎng)全面、平衡，而且養(yǎng)分分布均勻，可有效避免挑食帶來的營養(yǎng)不均衡。但目前甘薯渣顆粒料在生產(chǎn)上的使用并不普遍。余望貽等（2007）曾研究用甘薯藤粉代替苜蓿草粉以解決南方兔生產(chǎn)飼料供應(yīng)的問題發(fā)現(xiàn)，其可滿足家兔配合飼料中的粗纖維需求，且對兔的生長發(fā)育和生理生化指標無顯著影響。相信利用甘薯渣制作全價顆粒料將會提升甘薯渣的飼料化使用。

鮮甘薯渣含水量可達80%以上，不易儲存且容易變質(zhì)產(chǎn)生黃曲霉等有毒代謝產(chǎn)物。目前生產(chǎn)上將其進行烘干處理、發(fā)酵處理等，以便增加其貯存期和提高飼用價值。烘干后加工處理為緊實小巧的低水分薯渣顆粒，既方便了飼料的運輸儲藏，也減少了霉菌滋生，也方便后期配合飼料的加工，但其處理需要額外熱源，成本較高，而且甘薯渣養(yǎng)分流失較多。微生物發(fā)酵處理是目前使用較多的生物加工處理并可長期貯存的技術(shù)。邢文會等（2016）對甘薯渣進行微生物菌劑發(fā)酵，在接種量1.64%、發(fā)酵溫度29.79℃、初始pH 5.59的最佳工藝下使真蛋白含量提高近50%，達到22.95%，可以10%的最優(yōu)比例添加到育肥豬飼料中。周曉容等（2016）結(jié)合豬的生產(chǎn)性能、經(jīng)濟效益和甘薯渣的廢物利用、環(huán)境保護角度，認為豬日糧中可添加新鮮發(fā)酵甘薯渣33.8%及以上。夏軍等（2017）以甘薯渣為底物與麩皮等比混菌發(fā)酵，得到粗蛋白質(zhì)含量16.8%、賴氨酸含量1.32%的菌體蛋白飼料。趙華等（2015）混菌發(fā)酵甘薯渣，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵后粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、還原糖和粗纖維含量都有提升。鄭明利等（2015）添加乳酸菌接種處理甘薯飲料渣發(fā)現(xiàn)，甘薯飲料渣青貯品質(zhì)隨乳酸菌接種劑中乳酸菌種類多樣性提升而提升，并延長了甘薯渣飼料的使用期限。此外，李劍楠等（2014）還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)青貯處理的甘薯渣在瘤胃中發(fā)酵72 h后，淀粉和干物質(zhì)的有效降解率大大降低，影響牛奶品質(zhì)的過瘤胃淀粉量也有所提高?？梢娡ㄟ^微生物發(fā)酵等手段，可提高甘薯渣的飼料化利用程度和飼用價值。

2.4 其他利用方式 甘薯渣還可以用于制備低聚糖、乙醇、檸檬酸鈣、固體燃料，生產(chǎn)環(huán)保吸附劑，栽培菌類作物，制酒等。李燕（2014）利用甘薯渣中的淀粉與膳食纖維制備低聚糖，確定X1菌株是發(fā)酵低聚糖最優(yōu)菌株，并通過試驗得到了當起始pH 5.20、發(fā)酵時間94.26 h、發(fā)酵溫度29.44℃時，低聚糖可以達到最高含量61.173 μg/mL的試驗結(jié)果。杜愛玲等（2003）通過甘薯渣栽培金針菇，認為甘薯渣栽培的金針菇，雖然產(chǎn)量偏低，但可以利用現(xiàn)蕾早、出菇快的特點用于低成本生產(chǎn)配方滿足不同需要。岳昌海等（2011）曾研究甘薯渣發(fā)酵生產(chǎn)乙醇相關(guān)工藝，發(fā)現(xiàn)在自然pH條件下，以時間180 h、水料比2：4、溫度 33℃、酒曲添加量0.9%的發(fā)酵工藝，酒精生產(chǎn)率可達到24%。Chen等（2018）通過水熱碳化將甘薯廢料轉(zhuǎn)化為固體燃料，在反應(yīng)溫度180～300℃和反應(yīng)時間0～120 min條件時，燃燒著火溫度、燃盡溫度和活化能均隨反應(yīng)溫度和時間上升呈上升趨勢，薯渣燃料表現(xiàn)出較好的燃燒特性。Yokoi等（2001）在甘薯渣中添加丁酸梭狀芽孢桿菌并補充氮源來產(chǎn)氫。黃麗紅（2010）提出可用甘薯渣制檸檬酸鈣，每4.5 t原材料便可生產(chǎn)出1 t檸檬酸鈣。此外，甘薯渣經(jīng)化學處理表面疏松多孔，可以制成生物吸附劑，吸附印染廢水中亞甲基藍（陳莉等，2016）、堿基塊綠（陳莉等，2019）等有害成分，緩解環(huán)境壓力。

3 結(jié)語

甘薯渣對于甘薯制粉企業(yè)而言屬于廢棄物，廢棄將加大環(huán)境生態(tài)保護的壓力。但眾所周知，甘薯渣中仍含有一定量的淀粉、纖維類物質(zhì)等養(yǎng)分，棄之可惜但又用之無措。研發(fā)對甘薯渣科學利用技術(shù)，不僅可以解決企業(yè)薯渣處理難，廢渣污染環(huán)境等問題，而且可以提高企業(yè)薯類加工的附加值。目前我國甘薯渣的利用以提取果膠、膳食纖維和用作飼料等利用方式為主，利用程度和利用面也在不斷擴大，而且這幾種利用方式的技術(shù)研發(fā)上也有長足的進展。但客觀地看，目前還存在果膠提取率和提取純度低，飼料顆粒化程度低，對動物生產(chǎn)轉(zhuǎn)化效應(yīng)和機制不明確等諸多技術(shù)上的問題，因此還需要對甘薯渣的貯存方法、飼料化配制技術(shù)和處理產(chǎn)品研發(fā)上進行研究，以提升甘薯渣資源化的利用技術(shù)水平，推進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生態(tài)綠色發(fā)展的進程。