馬鈴薯廢渣廢液的綜合利用1. 馬鈴薯生產與加工現狀中國是馬鈴薯生產大國，但是，中國馬鈴薯科學研究工作起步較晚，由于沒有現代化的儲藏設備和科學的儲藏方法，馬鈴薯的營養價值沒有得到充分的發揮和利用，也使其綜合經濟效益受到了極大地局限。目前，我國加工利用馬鈴薯的主要途徑有：飼料、提取淀粉、加工熟食、生產檸檬酸鈣等。從目前馬鈴薯深加工的途徑可以看出，深加工的技術含量逐漸增加，馬鈴薯的營養價值逐漸被充分利用。但是，隨著馬鈴薯深加工比例投入的增加，馬鈴薯加工過程中會產生大量的馬鈴薯廢水廢渣，鮮薯渣含水量高達80%,不易儲存 、運輸腐敗變質后產生惡臭，造成環境污染；隨著我國馬鈴薯產業化發展，馬鈴薯淀粉加工帶來的廢液廢渣處理問題越來越受到重視。如何解決馬鈴薯廢液廢渣引起的污染，并增加馬鈴薯的綜合利用價值，是馬鈴薯生產者和科研工作者要挑戰的另一難題。2. 馬鈴薯廢液成分及性能簡介馬鈴薯淀粉生產廢水是高濃度有機廢水，廢水中主要含有糖類、蛋白質、纖維素、脂肪等污染物。馬鈴薯生產淀粉過程中將產生大量的廢水，這些淀粉廢水有機物含量高，若不經過處理或直接排放，其水中所含有的有機物進入水體后迅速消耗水中的溶解氧，造成水體缺氧而影響魚類和其他水生生物的生存，同時廢水中懸浮物品在厭氧條件下分解產生臭氣，惡化水質，由于我國淀粉生產工藝相對落后，資源利用率較低，淀粉生產過程中大量的植物蛋白未加利用而隨生產廢水排放，不僅影響了環境衛生，而且造成了巨大的浪費。在淀粉廢水處理過程中，如果能夠同時回收植物蛋白，做到廢水的資源化利用，將具有廣闊的前景。3. 馬鈴薯渣成分和性能簡介3.1主要成分馬鈴薯渣主要含有水、細胞碎片、殘余淀粉顆粒和薯皮細胞或細胞結合物。其化學成分包括淀粉、纖維素、半纖維素、果膠、游離氨基酸、寡肽、多肽和灰分。成分濕基（w/w）干基（w/w）固形物含量13.0-灰分0.54淀粉4.937纖維素2217半纖維素1.814果膠2217纖維0.97蛋白質（氨基酸）0.543.2流體性質薯渣含水量很高，達80%左右，但不具備液體流體性質，而表現出典型膠體的物理特性和物化特性。從膠體中除去水分是非常困難的，代價昂貴，耗能多。3.3微生物性質研究發現，薯渣中自帶的菌共15類33種菌種，其中28種細菌，4種霉菌和一種酵母菌。由于菌渣中含有多種微生物，因此除去薯渣中的水分，使其轉化成利于長期儲存，抵抗微生物污染的形式是必要的，也利于運輸和進一步利用。3.4 馬鈴薯廢液的綜合利用馬鈴薯生產淀粉過程中產生的廢水量大，有機物含量高，化學耗氧量高達120000mg/L。廢水中含有可觀的蛋白質和低聚糖。馬鈴薯蛋白是一種極其優良的飼料添加劑，它的營養價值高于大豆蛋白，等同于脫脂奶粉。淀粉廢水中含有少量的淀粉，蛋白質，有機酸等成分，如果進行回收利用，除了可以變廢為寶，還可以減輕對環境造成的污染破壞。有關研究顯示，用絲網過濾、微濾膜回收、截留分子量在10萬和1.5萬之間的超濾膜處理馬鈴薯加工廢水，能夠有效的回收馬鈴薯蛋白質、低聚糖。 據有關報道，利用淀粉廢水生產對蝦餌料的單細胞蛋白，用熱帶假絲酵母菌株生長菌株，對淀粉水解糖轉化率達60%以上，該技術采用新型工藝，每噸含水解糖2%的淀粉廢水可生產15公斤左右的單細胞蛋白。采用“冷凍催化氧化絮凝吸附”工藝對上層稀液進行處理，可使廢水中有機物沉淀，除臭效果明顯，而且此方法操作簡便，所用絮凝劑均為無毒害作用的天然產品，所產生的絮體有望作為飼料或飼料添加劑，能夠產生經濟效益，實現綜合利用。3.5馬鈴薯廢渣的綜合利用對于薯渣的利用,國內外許多學者做了多方面的嘗試,用薯渣來生產酶,生產酒精,飼料,蛋白飼料,可降解塑料,制作檸檬酸鈣制取麥芽糖提取低酯果膠制作醋、醬油、白酒制備膳食纖維等等。總起來說,目前,對于馬鈴薯渣的開發主要包括發酵法、理化法和混合法。發酵法是用馬鈴薯渣作為培養基,引入微生物進行發酵,制備各種生物制劑和有機物料,理化法是用物理、化學和酶法對薯渣進行處理或從薯渣中提取有效成分,混合法是把酶處理和發酵兩種方法綜合。目前國外對于馬鈴薯渣的開發方向如表1所示。而國內對于馬鈴薯渣的研究還處于起步階段,熱點主要集中在提取有效成分,如膳食纖維,果膠等和作為發酵培養基。處理/生產方法應用在馬鈴薯降渣中添加蛋白或其它營養成分動物飼料制備果膠或果膠-淀粉混合物營養和技術應用轉化成糖和提取糖漿處理薯片和薯條（增色）水解；發酵中的培養基制備酒精從液相中提取營養成分肥料用水稀釋深井鉆探中的穩定劑（潤滑劑）不作處理作為酵母培養基生產維生素B12不作處理，作為微生物生長培養基生產沼氣(1)生產馬鈴薯渣高蛋白飼料馬鈴薯鮮渣或干渣均可直接作飼料,但蛋白質含量低,粗纖維含量高,適口性差,飼料品質低。研究表明,通過微生物發酵處理可大幅度提高薯渣的蛋白含量,從發酵前干重的4.62%增加到57.49%。另外,微生物發酵可改善粗纖維結構,并產生淡淡的香味,增加適口度。用含30%的馬鈴薯渣發酵蛋白飼料部分替代肉兔飼料可提高肉兔的日增重，且不影響兔肉品質和兔的免疫功能。30%的馬鈴薯渣發酵蛋白飼料與沙棘嫩枝葉配合使用，可提高兔肉蛋白質及脂肪含量，改善兔肉品質。采用不同的微生物，其生產的工藝也就不同。目前用于處理土豆渣，通過發酵生產單細胞蛋白所使用的微生物主要是真菌和酵母菌。（2)提取膳食纖維膳食纖維是食物中不被人類胃腸道消化酶所消化的植物性成分的總稱。膳食纖維包括纖維素、半纖維素、木質素、甲殼素、果膠、海藻多糖等,主要存在于植物性食物中。一般分為水溶性膳食纖維(SDF)和水不溶性膳食纖維(IDF)兩大類。自20世紀70年代以來,膳食纖維的攝入量與人體健康的關系越來越受到人們的關注，被譽為第七大營養素。大量研究表明，許多常見病如便秘、結腸癌、膽石癥、動脈粥樣硬化、肥胖等都與膳食纖維的攝入量不足有關。自20世紀70年代以來，膳食纖維的攝入量與人體健康的關系越來越受到人們的關注，被譽為第七大營養素。 目前國內對麥麩、甜菜渣、蔗渣、豆渣膳食纖維的研究較多，對馬鈴薯渣膳食纖維的開發研究較少。薯渣中含有豐富的膳食纖維，占干重的19.65%是一種安全、廉價的膳食纖維資源。用薯渣制成的膳食纖維產品外觀白色，持水力、膨脹力高，有良好的生理活性。目前提取膳食纖維的工藝方法主要有酒精沉淀法、酸堿法、擠壓法、酶法等。國內王宏勛等利用微生物發酵土豆渣生產膳食纖維。呂金順等采用酶法制備膳食纖維，工藝如下：馬鈴薯渣除雜淀粉酶解葉酸解堿解功能化漂白一冷凍干燥超溫粉碎一成品包裝。（3）提取果膠果膠屬于多糖類物質，是植物細胞壁的主要成分之一，盡管可以從大量植物中獲得，但是商品果膠的來源仍非常有限。馬鈴薯渣中含有較高的膠質含量，約占干基的15%30%同時產量大，具有實用性。考慮到這些優點它是一種很好的果膠來源。一般采用條件溫和的萃取方法從薯渣中提取果膠，盡量不破壞其結構完整性。萃取的果膠包括兩部分，低度酯化的果膠和有鈣離子存在的高凝膠性果膠。采用不同提取方式果膠的成分會有所不同。但薯渣中的果膠由于乙酰化程度高、分子量低、支鏈比例高，影響了它的凝膠能力，它的凝膠性能不如從柑橘、蘋果渣中提取的果膠的凝膠性能好。許多學者在研究通過結構改性提高它的凝膠性。（4）制備新型吸附材料有研究表明，用馬鈴薯渣制成的纖維對pb2+,Hg2+具有較強的吸附作用,并且吸附量大、吸附速度快。4.利用馬鈴薯廢渣生產單細胞蛋白飼料的開發前景用馬鈴薯廢渣生產單細胞蛋白飼料,在國內外都有些研究。主要是指:馬鈴薯渣微生物蛋白飼料是在適宜的條件下,以馬鈴薯廢渣為主要原料,利用微生物發酵,在短時間內生產大量的微生物蛋白,使馬鈴薯渣中粗纖維、粗淀粉降解,提高蛋白質的含量而且發酵后的馬鈴薯渣微生物蛋白氨基酸種類齊全,并含有多種維生素和生物酶等。由此可見,馬鈴薯廢渣經微生物發酵后,畜禽對薯渣的消化率、吸收率和利用率都大大提高了,增強了馬鈴薯廢渣的生物學效價。過去人們為了提高飼料對畜禽的促生長作用,一般在飼料中添加一些抗生素或激素,但是這些藥物作為飼料添加劑被畜禽使用,畜禽并不能完全分解這些添加劑,它們會在畜禽產品中殘留,這對人體有不利的影響。而馬鈴薯渣微生物蛋白飼料是經過有益微生物發酵而得到的一種天然微生物飼料,其中含有許多活的或死的微生物以及其發酵產物,這些物質在飼料中被稱作“益生素”,可加強畜禽腸道良性微生物的屏障功能,減少病害,加快畜禽的生長。從經濟學方面來考慮,馬鈴薯渣微生物蛋白飼料投資少,效益高。因為它的原料是來自馬鈴薯深加工過程中的下腳料,薯渣和廢液,這些原料成本很低。而經微生物發酵生產出的馬鈴薯渣微生物蛋白,不但在質量上優于豆餅、魚粉和苜蓿草粉,而且成本價也遠遠低于它們。 據計算,在蛋白質含量相同的情況下1噸馬鈴薯渣微生物蛋白飼料比苜蓿草粉多賺425.6元.更不用提豆餅和魚粉了。從生態環境角度考慮,馬鈴薯廢渣是微生物生長繁殖的良好營養源,若直接排放,會對空氣和環境造成極大的污染,并有可能給生物帶來病害。而用馬鈴薯渣生產微生物飼料蛋白的整個環節均不會造成環境污染,并且通過控制條件,有害微生物得到控制,另外,馬鈴薯渣蛋白飼料包裝密封后,放置時間越長,產生的醇香味越濃郁,畜禽非常喜愛,適口性很好,因此說馬鈴薯渣蛋白飼料是一種環保良好的蛋白飼料。從資源方面來考慮,中國馬鈴薯種植面積廣闊,主要分布在東北、華北和西北,年產量可達6000多萬噸,居世界第二位。隨著馬鈴薯產行的發展壯大,產生的馬鈴薯渣也將逐年增加,這為馬鈴薯渣微生物蛋白的生產提供充足的原料。近些年隨著人們生活水平的提高,對動物蛋白質的攝取量也逐漸增加,養殖規模也在迅速擴大,同時對蛋白飼料的需求量勢必要增加,另外,由于“瘋牛”病的發生和蔓延對動物性飼料蛋白的影響很大2001年3月,我國農業部發出禁止動物飼料中添加和使用反芻動物蛋白(如骨粉等)的通知,這加劇了畜禽業對其他蛋白飼料的需求。因此,馬鈴薯渣微生物蛋白飼料不但具有豐富的原料資源,而且具有廣闊的市場潛力,前景非常可觀。綜上所述,馬鈴薯渣微生物蛋白飼料不但可增強畜禽機體免疫力,提高消化吸收能力,調節腸道微生物平衡,加快畜禽生長速度,減少病害、節省藥費、降解殘留,消除欄舍惡臭,實施生態養殖,降低飼養成本,增加有效產出,而且生產安全健康、無污染的優質綠色動物源性食品,它順應市場需求,兼具生態、經濟、社會效益,推動可持續發展。5.生產蛋白飼料的菌種(1） 菌種必須具備的特點1） 能較好地同化基質碳源及無機氮源。2）繁殖速度快，菌體蛋白含量高。3）無毒性和致病性、食用安全。4）菌種性能穩定。(2)常用的菌種工業上常用的微生物主要是細菌、放線菌、酵母菌和霉菌。研究表明發酵過程中微生物的作用，主要有霉菌把粗纖維、淀粉、果膠等不易消化吸收的成分轉化成各種糖類，酵母菌和乳酸菌利用這些糖類合成營養成分較高、適口性好的物質，因此質量好的發酵飼料具有甜、酸、香味。1）酵母菌（Yeast）酵母菌是一種單細胞的真核微生物的通俗名稱，其繁殖方式包括無性繁殖和有性繁殖。無性繁殖方式有芽殖和裂殖，而芽殖是酵母菌最普遍的繁殖方式。酵母具特有的色、香、味，適口性好，而且發酵過程中酵母菌耐酸能力強，適宜于低，培養，不易污染，回收率高。適于生產蛋白飼料的酵母菌主要有啤酒酵母、產骯假絲酵母、熱帶假絲酵母、皮狀皮抱酵母、白地霉，這些菌株可分泌多種水解酶活性含量高達50%60%富含B族維生素，并能產生促進細胞分裂的生物活性物質，有強化營養和抗病促長的效果。2）霉菌（Mold）霉菌是絲狀真菌的統稱。黑曲霉、米曲霉、黃曲霉、根霉、毛霉、木霉、煙曲霉等真菌可以分泌豐富的酶類，如淀粉酶、纖維素酶、果膠酶、蛋白酶、植酸酶等，這些酶能夠促使原料中淀粉、纖維素等高分子化合物分解為單糖，供微生物生長需要，且霉菌中菌體蛋白質含量也較高，因此在蛋白飼料的生產中這些種類的霉菌廣泛使用。3）芽抱桿菌芽抱桿菌包括巨大芽抱桿菌、膠質芽抱桿菌氮芽抱桿菌、地衣芽抱桿菌，蠟狀芽抱桿菌、枯草芽抱桿菌短小芽抱桿菌等菌株，這類菌可產淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶等活性較高的酶。此外，由于芽抱桿菌中具有不易致死的芽飽，故飼喂時以活菌狀態進入動物的消化系統，可抑制腸道中有害菌的生長繁殖。芽抱桿菌還可減少糞便、消化道中的大腸桿菌數。4）放線菌放線菌是一類呈菌絲狀生長，經常用于蛋白飼料的生產，尤其是高溫放線菌具有很高的分解纖維素和木質素的能力。此外，放線菌在生長過程中可分泌抗生素類物質，抑制腸道中的病原菌，對促進機體免疫有較好的作用。放線菌的菌體蛋白中含有較高濃度的賴氨酸、色氨酸和含硫氨基酸，營養價值相對較高。6.馬鈴薯廢渣發酵生產蛋白飼料的工藝馬鈴薯廢渣是用馬鈴薯提取淀粉時產生的工業廢棄物。用它直接作飼料存在兩大問題，第一、馬鈴薯廢渣不容易存放儲藏，第二、馬鈴薯廢渣的抗性淀粉含量很高，直接作飼料其營養價值很低。為了解決以上問題使馬鈴薯廢渣轉化成營養價值較高且易存放的飼料蛋白質。為了使實驗室研究成果更好更快的應用到工業大生產，設計出多菌發酵馬鈴薯廢渣生產單細胞蛋白飼料的工藝。稱量適當的馬鈴薯廢渣，按1:2的比例加入自來水，攪拌均勻后,