馬鈴薯廢渣廢液的綜合利用

1、馬鈴薯廢渣廢液的綜合利用1. 馬鈴薯生產(chǎn)與加工現(xiàn)狀中國(guó)是馬鈴薯生產(chǎn)大國(guó)，但是，中國(guó)馬鈴薯科學(xué)研究工作起步較晚，由于沒(méi)有現(xiàn)代化的儲(chǔ)藏設(shè)備和科學(xué)的儲(chǔ)藏方法，馬鈴薯的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值沒(méi)有得到充分的發(fā)揮和利用，也使其綜合經(jīng)濟(jì)效益受到了極大地局限。目前，我國(guó)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(chǎn)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(shù)含量逐漸增加，馬鈴薯的營(yíng)養(yǎng)價(jià)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(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的馬鈴薯廢水廢渣，鮮薯渣含水量高達(dá)80%,不易儲(chǔ)存 、運(yùn)輸腐敗變質(zhì)后產(chǎn)生惡臭，造成環(huán)境污染；隨著我國(guó)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，馬鈴薯淀粉加工帶

2、來(lái)的廢液廢渣處理問(wèn)題越來(lái)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(jià)值，是馬鈴薯生產(chǎn)者和科研工作者要挑戰(zhàn)的另一難題。2. 馬鈴薯廢液成分及性能簡(jiǎn)介馬鈴薯淀粉生產(chǎn)廢水是高濃度有機(jī)廢水，廢水中主要含有糖類(lèi)、蛋白質(zhì)、纖維素、脂肪等污染物。馬鈴薯生產(chǎn)淀粉過(guò)程中將產(chǎn)生大量的廢水，這些淀粉廢水有機(jī)物含量高，若不經(jīng)過(guò)處理或直接排放，其水中所含有的有機(jī)物進(jìn)入水體后迅速消耗水中的溶解氧，造成水體缺氧而影響魚(yú)類(lèi)和其他水生生物的生存，同時(shí)廢水中懸浮物品在厭氧條件下分解產(chǎn)生臭氣，惡化水質(zhì)，由于我國(guó)淀粉生產(chǎn)工藝相對(duì)落后，資源利用率較低，淀粉生產(chǎn)過(guò)程中大量的植物蛋白未加利用而隨生產(chǎn)廢水排放，不僅

3、影響了環(huán)境衛(wèi)生，而且造成了巨大的浪費(fèi)。在淀粉廢水處理過(guò)程中，如果能夠同時(shí)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(jiǎn)介3.1主要成分馬鈴薯渣主要含有水、細(xì)胞碎片、殘余淀粉顆粒和薯皮細(xì)胞或細(xì)胞結(jié)合物。其化學(xué)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(zhì)（氨基酸）0.543.2流體性質(zhì)薯渣含水量很高，達(dá)80%左右，但不具備液體流體性質(zhì)，而表現(xiàn)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，

4、代價(jià)昂貴，耗能多。3.3微生物性質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)，薯渣中自帶的菌共15類(lèi)33種菌種，其中28種細(xì)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(zhuǎn)化成利于長(zhǎng)期儲(chǔ)存，抵抗微生物污染的形式是必要的，也利于運(yùn)輸和進(jìn)一步利用。3.4 馬鈴薯廢液的綜合利用馬鈴薯生產(chǎn)淀粉過(guò)程中產(chǎn)生的廢水量大，有機(jī)物含量高，化學(xué)耗氧量高達(dá)mg/L。廢水中含有可觀的蛋白質(zhì)和低聚糖。馬鈴薯蛋白是一種極其優(yōu)良的飼料添加劑，它的營(yíng)養(yǎng)價(jià)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(zhì)，有機(jī)酸等成分，如果進(jìn)行回收利用，除了可以變廢為寶，還可以減輕對(duì)環(huán)境造成的污染破壞。有關(guān)研究顯示，用絲網(wǎng)過(guò)濾、微

5、濾膜回收、截留分子量在10萬(wàn)和1.5萬(wàn)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(zhì)、低聚糖。 據(jù)有關(guān)報(bào)道，利用淀粉廢水生產(chǎn)對(duì)蝦餌料的單細(xì)胞蛋白，用熱帶假絲酵母菌株生長(zhǎng)菌株，對(duì)淀粉水解糖轉(zhuǎn)化率達(dá)60%以上，該技術(shù)采用新型工藝，每噸含水解糖2%的淀粉廢水可生產(chǎn)15公斤左右的單細(xì)胞蛋白。采用“冷凍催化氧化絮凝吸附”工藝對(duì)上層稀液進(jìn)行處理，可使廢水中有機(jī)物沉淀，除臭效果明顯，而且此方法操作簡(jiǎn)便，所用絮凝劑均為無(wú)毒害作用的天然產(chǎn)品，所產(chǎn)生的絮體有望作為飼料或飼料添加劑，能夠產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)綜合利用。3.5馬鈴薯廢渣的綜合利用對(duì)于薯渣的利用,國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者做了多方面的嘗試,用薯渣來(lái)生產(chǎn)酶,

6、生產(chǎn)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?？偲饋?lái)說(shuō),目前,對(duì)于馬鈴薯渣的開(kāi)發(fā)主要包括發(fā)酵法、理化法和混合法。發(fā)酵法是用馬鈴薯渣作為培養(yǎng)基,引入微生物進(jìn)行發(fā)酵,制備各種生物制劑和有機(jī)物料,理化法是用物理、化學(xué)和酶法對(duì)薯渣進(jìn)行處理或從薯渣中提取有效成分,混合法是把酶處理和發(fā)酵兩種方法綜合。目前國(guó)外對(duì)于馬鈴薯渣的開(kāi)發(fā)方向如表1所示。而國(guó)內(nèi)對(duì)于馬鈴薯渣的研究還處于起步階段,熱點(diǎn)主要集中在提取有效成分,如膳食纖維,果膠等和作為發(fā)酵培養(yǎng)基。處理/生產(chǎn)方法應(yīng)用在馬鈴薯降渣中添加蛋白或其它營(yíng)養(yǎng)成分動(dòng)物飼料制備果膠或果膠-淀粉混合物營(yíng)養(yǎng)和技術(shù)應(yīng)用

7、轉(zhuǎn)化成糖和提取糖漿處理薯片和薯?xiàng)l（增色）水解；發(fā)酵中的培養(yǎng)基制備酒精從液相中提取營(yíng)養(yǎng)成分肥料用水稀釋深井鉆探中的穩(wěn)定劑（潤(rùn)滑劑）不作處理作為酵母培養(yǎng)基生產(chǎn)維生素B12不作處理，作為微生物生長(zhǎng)培養(yǎng)基生產(chǎn)沼氣(1)生產(chǎn)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(zhì)含量低,粗纖維含量高,適口性差,飼料品質(zhì)低。研究表明,通過(guò)微生物發(fā)酵處理可大幅度提高薯渣的蛋白含量,從發(fā)酵前干重的4.62%增加到57.49%。另外,微生物發(fā)酵可改善粗纖維結(jié)構(gòu),并產(chǎn)生淡淡的香味,增加適口度。用含30%的馬鈴薯渣發(fā)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(zhì)和兔的免疫功能。30%的馬鈴薯渣發(fā)酵

8、蛋白飼料與沙棘嫩枝葉配合使用，可提高兔肉蛋白質(zhì)及脂肪含量，改善兔肉品質(zhì)。采用不同的微生物，其生產(chǎn)的工藝也就不同。目前用于處理土豆渣，通過(guò)發(fā)酵生產(chǎn)單細(xì)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(lèi)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(zhì)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(lèi)。自20世紀(jì)70年代以來(lái),膳食纖維的攝入量與人體健康的關(guān)系越來(lái)越受到人們的關(guān)注，被譽(yù)為第七大營(yíng)養(yǎng)素。大量研究表明，許多常見(jiàn)病如便秘、結(jié)腸癌、膽石癥、動(dòng)脈粥樣硬化、肥胖等都與膳食纖

9、維的攝入量不足有關(guān)。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，膳食纖維的攝入量與人體健康的關(guān)系越來(lái)越受到人們的關(guān)注，被譽(yù)為第七大營(yíng)養(yǎng)素。 目前國(guó)內(nèi)對(duì)麥麩、甜菜渣、蔗渣、豆渣膳食纖維的研究較多，對(duì)馬鈴薯渣膳食纖維的開(kāi)發(fā)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(jià)的膳食纖維資源。用薯渣制成的膳食纖維產(chǎn)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(guó)內(nèi)王宏勛等利用微生物發(fā)酵土豆渣生產(chǎn)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

10、于多糖類(lèi)物質(zhì)，是植物細(xì)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(lái)源仍非常有限。馬鈴薯渣中含有較高的膠質(zhì)含量，約占干基的15%30%同時(shí)產(chǎn)量大，具有實(shí)用性?？紤]到這些優(yōu)點(diǎn)它是一種很好的果膠來(lái)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(jié)構(gòu)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(huì)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(píng)果渣中提取的果膠的凝膠性能好。許多學(xué)者在研究通過(guò)結(jié)構(gòu)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

11、制成的纖維對(duì)pb2+,Hg2+具有較強(qiáng)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(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料的開(kāi)發(fā)前景用馬鈴薯廢渣生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料,在國(guó)內(nèi)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(fā)酵,在短時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)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(zhì)的含量而且發(fā)酵后的馬鈴薯渣微生物蛋白氨基酸種類(lèi)齊全,并含有多種維生素和生物酶等。由此可見(jiàn),馬鈴薯廢渣經(jīng)微生物發(fā)酵后,畜禽對(duì)薯渣的消化率、吸收率和利用率都大大提高了,增強(qiáng)了馬鈴薯廢渣的生物學(xué)效價(jià)。過(guò)去人們?yōu)榱颂岣唢暳蠈?duì)畜禽的促生長(zhǎng)作用,一般在飼料中添加一些抗生素或

12、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(huì)在畜禽產(chǎn)品中殘留,這對(duì)人體有不利的影響。而馬鈴薯渣微生物蛋白飼料是經(jīng)過(guò)有益微生物發(fā)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(fā)酵產(chǎn)物,這些物質(zhì)在飼料中被稱作“益生素”,可加強(qiáng)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(zhǎng)。從經(jīng)濟(jì)學(xué)方面來(lái)考慮,馬鈴薯渣微生物蛋白飼料投資少,效益高。因?yàn)樗脑鲜莵?lái)自馬鈴薯深加工過(guò)程中的下腳料,薯渣和廢液,這些原料成本很低。而經(jīng)微生物發(fā)酵生產(chǎn)出的馬鈴薯渣微生物蛋白,不但在質(zhì)量上優(yōu)于豆餅、魚(yú)粉和苜蓿草粉,而且成本價(jià)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于它們。 據(jù)計(jì)算,在蛋白質(zhì)含量相同的

13、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(yú)粉了。從生態(tài)環(huán)境角度考慮,馬鈴薯廢渣是微生物生長(zhǎng)繁殖的良好營(yíng)養(yǎng)源,若直接排放,會(huì)對(duì)空氣和環(huán)境造成極大的污染,并有可能給生物帶來(lái)病害。而用馬鈴薯渣生產(chǎn)微生物飼料蛋白的整個(gè)環(huán)節(jié)均不會(huì)造成環(huán)境污染,并且通過(guò)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(shí)間越長(zhǎng),產(chǎn)生的醇香味越濃郁,畜禽非常喜愛(ài),適口性很好,因此說(shuō)馬鈴薯渣蛋白飼料是一種環(huán)保良好的蛋白飼料。從資源方面來(lái)考慮,中國(guó)馬鈴薯種植面積廣闊,主要分布在東北、華北和西北,年產(chǎn)量可達(dá)6000多萬(wàn)噸,居世界第二位。隨著馬鈴薯產(chǎn)行的發(fā)展壯大,產(chǎn)生的馬鈴薯渣也

14、將逐年增加,這為馬鈴薯渣微生物蛋白的生產(chǎn)提供充足的原料。近些年隨著人們生活水平的提高,對(duì)動(dòng)物蛋白質(zhì)的攝取量也逐漸增加,養(yǎng)殖規(guī)模也在迅速擴(kuò)大,同時(shí)對(duì)蛋白飼料的需求量勢(shì)必要增加,另外,由于“瘋?！辈〉陌l(fā)生和蔓延對(duì)動(dòng)物性飼料蛋白的影響很大2001年3月,我國(guó)農(nóng)業(yè)部發(fā)出禁止動(dòng)物飼料中添加和使用反芻動(dòng)物蛋白(如骨粉等)的通知,這加劇了畜禽業(yè)對(duì)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(chǎng)潛力,前景非?？捎^。綜上所述,馬鈴薯渣微生物蛋白飼料不但可增強(qiáng)畜禽機(jī)體免疫力,提高消化吸收能力,調(diào)節(jié)腸道微生物平衡,加快畜禽生長(zhǎng)速度,減少病害、節(jié)省藥費(fèi)、降解殘留,消除欄舍惡臭

15、,實(shí)施生態(tài)養(yǎng)殖,降低飼養(yǎng)成本,增加有效產(chǎn)出,而且生產(chǎn)安全健康、無(wú)污染的優(yōu)質(zhì)綠色動(dòng)物源性食品,它順應(yīng)市場(chǎng)需求,兼具生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益,推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展。5.生產(chǎn)蛋白飼料的菌種(1） 菌種必須具備的特點(diǎn)1） 能較好地同化基質(zhì)碳源及無(wú)機(jī)氮源。2）繁殖速度快，菌體蛋白含量高。3）無(wú)毒性和致病性、食用安全。4）菌種性能穩(wěn)定。(2)常用的菌種工業(yè)上常用的微生物主要是細(xì)菌、放線菌、酵母菌和霉菌。研究表明發(fā)酵過(guò)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(zhuǎn)化成各種糖類(lèi)，酵母菌和乳酸菌利用這些糖類(lèi)合成營(yíng)養(yǎng)成分較高、適口性好的物質(zhì)，因此質(zhì)量好的發(fā)酵飼料具有甜、酸、香味。1）酵母菌（Yeas

16、t）酵母菌是一種單細(xì)胞的真核微生物的通俗名稱，其繁殖方式包括無(wú)性繁殖和有性繁殖。無(wú)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(fā)酵過(guò)程中酵母菌耐酸能力強(qiáng)，適宜于低，培養(yǎng)，不易污染，回收率高。適于生產(chǎn)蛋白飼料的酵母菌主要有啤酒酵母、產(chǎn)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(dá)50%60%富含B族維生素，并能產(chǎn)生促進(jìn)細(xì)胞分裂的生物活性物質(zhì)，有強(qiáng)化營(yíng)養(yǎng)和抗病促長(zhǎng)的效果。2）霉菌（Mold）霉菌是絲狀真菌的統(tǒng)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(lèi)，如淀粉酶、纖維素酶、果膠酶

17、、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(zhǎng)需要，且霉菌中菌體蛋白質(zhì)含量也較高，因此在蛋白飼料的生產(chǎn)中這些種類(lèi)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(zhì)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(lèi)菌可產(chǎn)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(shí)以活菌狀態(tài)進(jìn)入動(dòng)物的消化系統(tǒng)，可抑制腸道中有害菌的生長(zhǎng)繁殖。芽抱桿菌還可減少糞便、消化道中的大腸桿菌數(shù)。4）放線菌放線菌是一類(lèi)呈菌絲狀生長(zhǎng)，經(jīng)常用于蛋白飼料的生產(chǎn)，尤其是高溫放線菌具有很高的分解纖維素

18、和木質(zhì)素的能力。此外，放線菌在生長(zhǎng)過(guò)程中可分泌抗生素類(lèi)物質(zhì)，抑制腸道中的病原菌，對(duì)促進(jìn)機(jī)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值相對(duì)較高。6.馬鈴薯廢渣發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料的工藝馬鈴薯廢渣是用馬鈴薯提取淀粉時(shí)產(chǎn)生的工業(yè)廢棄物。用它直接作飼料存在兩大問(wèn)題，第一、馬鈴薯廢渣不容易存放儲(chǔ)藏，第二、馬鈴薯廢渣的抗性淀粉含量很高，直接作飼料其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很低。為了解決以上問(wèn)題使馬鈴薯廢渣轉(zhuǎn)化成營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高且易存放的飼料蛋白質(zhì)。為了使實(shí)驗(yàn)室研究成果更好更快的應(yīng)用到工業(yè)大生產(chǎn)，設(shè)計(jì)出多菌發(fā)酵馬鈴薯廢渣生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料的工藝。稱量適當(dāng)?shù)鸟R鈴薯廢渣，按1:2的比例加入自來(lái)水，攪拌均勻后,1