定西市馬鈴薯淀粉渣發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料的前景分析

1、 XXX： 定西市馬鈴薯淀粉渣發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料的前景分析 定西市馬鈴薯淀粉渣發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料的前景分析XXX（學(xué)校專業(yè)，甘肅蘭州，730070）摘要：馬鈴薯淀粉渣是馬鈴薯淀粉生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的主要副產(chǎn)物,其含水量高、自帶菌多、容易腐敗變質(zhì)，但含有大量的纖維素、果膠等成分，具有很高的開發(fā)利用價(jià)值。因其蛋白質(zhì)含量較低,纖維素、半纖維素和果膠等含量高,所以作為動(dòng)物飼料利用時(shí)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較低。而發(fā)酵技術(shù)用于馬鈴薯淀粉渣的生物轉(zhuǎn)化備受人們的關(guān)注,微生物預(yù)處理過(guò)程不僅改進(jìn)了底物的利用,而且能解決廢棄物帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)定西市馬鈴薯淀粉渣的調(diào)查，結(jié)合馬鈴薯淀粉渣的性質(zhì)，對(duì)馬鈴薯淀粉渣發(fā)酵生產(chǎn)菌體蛋白飼

2、料的前景做出分析。關(guān)鍵詞：馬鈴薯淀粉渣；固態(tài)發(fā)酵；菌體蛋白飼料；定西Potato starch residue of Dingxi City ，The fermentation toproduct protein feed the Prospective analysisXXXAbstract：Potato starch residue, a by-product of potato starch production, contains useful cellulose, pectin and some proteins, but it is also of high moisture an

3、d belongs to easy-decay materials. It has low nutritive value because of its low protein content and high amounts of cellulose, hemicelluloses and pectin. Application of microbial fermentation technology can be an attractive possibility for such bioconversions. The processing by microbial fermentati

4、on has not only improving substrate utilization, but also helping to solve environmental pollution problems. The paper through to the Dingxi potato starch residue investigation, combined with the properties of potato starch, potato starch residue fermentation protein feed prospects analysis.Key word

5、s：potato starch residue；solid state fermentation；SCP feed；Ding xi前言隨著馬鈴薯淀粉加工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了大量的副產(chǎn)品，即馬鈴薯淀粉渣。越來(lái)越多薯渣的處理問(wèn)題，已成為制約淀粉加工發(fā)展亟待解決的難題。馬鈴薯渣不易儲(chǔ)存和運(yùn)輸，自帶雜菌多，易腐爛變質(zhì)，產(chǎn)生混合惡臭氣體等，造成環(huán)境污染。同時(shí)，廢渣的長(zhǎng)期堆放，占據(jù)大量廠區(qū)土地，影響正常生產(chǎn)，也造成有機(jī)物料的浪費(fèi)。通常直接作為飼料或掩埋處理，但掩埋處理會(huì)導(dǎo)致土壤及地下水的污染。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保問(wèn)題的高度重視，馬鈴薯渣的開發(fā)利用已成為研究的焦點(diǎn)，對(duì)馬鈴薯渣進(jìn)行綜合開發(fā)利用，不僅能合理利用該資源服務(wù)

6、于養(yǎng)殖業(yè)，還能減少浪費(fèi)，減少對(duì)環(huán)境的污染，促進(jìn)淀粉加工業(yè)的發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)提倡發(fā)展節(jié)糧型畜牧業(yè)，所謂的節(jié)糧型畜牧業(yè)就是以優(yōu)化的畜種結(jié)構(gòu)、先進(jìn)的科學(xué)飼養(yǎng)技術(shù)、飼料資源的合理開發(fā)利用和增加有效飼料總量為特征的節(jié)糧、高效畜牧業(yè)。應(yīng)該廣辟飼料資源，開發(fā)非常規(guī)飼料，變廢為寶，全面促進(jìn)畜牧業(yè)的發(fā)展。因此，對(duì)于馬鈴薯淀粉渣的開發(fā)利用前景有著非常廣闊的發(fā)展平臺(tái)。1 馬鈴薯淀粉渣的營(yíng)養(yǎng)特性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)胞等；含水量高達(dá)90%左右，但不具備液態(tài)流體性質(zhì)，其中水分雖然不是牢固的與細(xì)胞壁碎片中的纖維和果膠結(jié)合，但是它被嵌入在殘余完整細(xì)胞中，通過(guò)細(xì)胞膜和外界交換。馬鈴薯渣化學(xué)成分包

7、括淀粉、纖維素、半纖維素、果膠、游離氨基酸等，其成分與含量在不同的資料中略有不同，但其中的殘余淀粉含量還是很高，纖維素、果膠含量也較高（表1）1。表1鮮馬鈴薯淀粉渣中主要組成成分（）濕基干基干物質(zhì)含量灰分蛋白質(zhì)氨基酸粗脂肪中性洗滌纖維酸性洗滌纖維鈣磷淀粉纖維素果膠11.00.51.951.240.431.510.0060.0114.071.871.874.58.6511.313.9013.750.0560.0983717172 定西市馬鈴薯淀粉渣利用現(xiàn)狀調(diào)查2.1調(diào)查目的與方法本次調(diào)查首先，通過(guò)“中國(guó)定西馬鈴薯信息網(wǎng)”獲知定西市馬鈴薯的種植面積和總產(chǎn)量，以及加工量等信息；其次，通過(guò)實(shí)地走訪的形

8、式，主要針對(duì)定西市安定區(qū)內(nèi)官營(yíng)鎮(zhèn)馬鈴薯加工場(chǎng)，了解淀粉加工的制造過(guò)程和產(chǎn)生的馬鈴薯渣處理情況，以及向當(dāng)?shù)剞r(nóng)民了解馬鈴薯渣用作家畜飼料的利用方式；最后，總結(jié)調(diào)查結(jié)果，分析定西市馬鈴薯渣發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料的開發(fā)前景。2.2 調(diào)查時(shí)間與地點(diǎn)2011年7月至2012年4月。本次調(diào)查地點(diǎn)是定西市安定區(qū)馬鈴薯種植與加工區(qū)域；主要地點(diǎn)是定西市安定區(qū)內(nèi)官營(yíng)鎮(zhèn)馬鈴薯淀粉加工場(chǎng)以及當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶，主要針對(duì)薯渣的處理和用于家畜飼料的利用情況。2.3 調(diào)查結(jié)果2.3.1馬鈴薯渣的產(chǎn)量調(diào)查通過(guò)本次調(diào)查結(jié)果顯示，定西市淀粉加工企業(yè)達(dá)到443家，其中千噸以上的馬鈴薯精淀粉及其制品生產(chǎn)企業(yè)33家，萬(wàn)噸以上生產(chǎn)能力的馬鈴薯加工龍頭企業(yè)

9、20多家。到2010年，全市馬鈴薯淀粉及其制品生產(chǎn)能力達(dá)到35萬(wàn)噸，實(shí)際產(chǎn)量為10多萬(wàn)噸，實(shí)際產(chǎn)渣量約為75萬(wàn)噸。據(jù)調(diào)查，每生產(chǎn)1噸淀粉耗水量要達(dá)50噸左右。定西水資源十分珍貴，如此大的耗水量成本必然升高。而發(fā)展淀粉加工帶來(lái)的水資源浪費(fèi)與環(huán)境污染問(wèn)題，已是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)。因此，定西市每年加工的馬鈴薯總量維持在50萬(wàn)噸左右。 通過(guò)調(diào)查得知，定西市安定區(qū)每年實(shí)際加工馬鈴薯10萬(wàn)噸，實(shí)際產(chǎn)渣約15萬(wàn)噸。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該地淀粉加工場(chǎng)對(duì)馬鈴薯產(chǎn)生的廢渣難以準(zhǔn)確評(píng)估，大都通過(guò)被加工的馬鈴薯總量粗算得知（按公式（1）計(jì)算）。因此，可根據(jù)被加工的馬鈴薯的量，粗略計(jì)算產(chǎn)渣量。有關(guān)資料顯示，每加工100千克馬鈴薯能提

10、取出精淀粉12.15千克。但在本次調(diào)查中，馬鈴薯淀粉加工場(chǎng)一般按粗產(chǎn)淀粉率20%計(jì)算。自2004年至今，定西市馬鈴薯種植面積在300萬(wàn)畝以上，馬鈴薯總產(chǎn)量500萬(wàn)噸左右；定西市安定區(qū)馬鈴薯種植面積在逐步擴(kuò)大，已經(jīng)發(fā)展到100萬(wàn)畝以上，馬鈴薯總產(chǎn)量130萬(wàn)噸左右。引入2010年具體數(shù)據(jù)以作說(shuō)明（表2）。當(dāng)?shù)伛R鈴薯加工場(chǎng)產(chǎn)渣量計(jì)算公式：X=N×20%×7.5 (1)式中： X 每年產(chǎn)渣量，單位為kg；N 每年經(jīng)加工的馬鈴薯總量，單位為kg；20%為出粉率，即每加工100kg馬鈴薯能產(chǎn)生大約20kg粗淀粉； 7.5為淀粉產(chǎn)渣系數(shù)，即一般每1kg淀粉產(chǎn)生約7. 5kg淀粉渣。表2

11、定西市2010年馬鈴薯產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表調(diào)查內(nèi)容定西市定西市安定區(qū)2010年馬鈴薯種植面積2010年馬鈴薯總產(chǎn)量2010年外銷總量2010年馬鈴薯預(yù)期加工量2010年馬鈴薯實(shí)際加工量2010年淀粉生產(chǎn)能力2010年淀粉實(shí)際生產(chǎn)量粗產(chǎn)淀粉率淀粉產(chǎn)渣系數(shù)2010年預(yù)期產(chǎn)渣量 2010年實(shí)際產(chǎn)渣量 328萬(wàn)畝500萬(wàn)噸140萬(wàn)噸175萬(wàn)噸50萬(wàn)噸35萬(wàn)噸10萬(wàn)噸20%7.5262.5萬(wàn)噸75萬(wàn)噸348.01萬(wàn)畝130萬(wàn)噸45萬(wàn)噸35萬(wàn)噸10萬(wàn)噸7萬(wàn)噸2萬(wàn)噸20%7.552.5萬(wàn)噸15萬(wàn)噸注：帶 的為計(jì)算所得。 2.3.2馬鈴薯渣利用現(xiàn)狀調(diào)查對(duì)馬鈴薯渣利用現(xiàn)狀的調(diào)查結(jié)果顯示，首先，由于馬鈴薯生產(chǎn)季節(jié)集中，

12、馬鈴薯經(jīng)加工后薯渣產(chǎn)量大，大量堆積不僅占用場(chǎng)地，而且馬鈴薯渣不易儲(chǔ)存運(yùn)輸，腐敗后產(chǎn)生惡臭，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染；其次，養(yǎng)殖戶對(duì)于馬鈴薯渣做飼料的利用方式不合理，如露天堆放，待其自然曬干后直接飼喂，如遇雨天，則導(dǎo)致薯渣的營(yíng)養(yǎng)大量流失，對(duì)于馬鈴薯渣用于發(fā)酵生產(chǎn)菌體蛋白飼料的認(rèn)識(shí)還存在不足，對(duì)發(fā)酵所投入的人力和財(cái)力等存在意見；最后，馬鈴薯淀粉加工場(chǎng)離養(yǎng)殖戶或農(nóng)戶距離的遠(yuǎn)近，影響馬鈴薯渣的有效利用。3 馬鈴薯淀粉渣的開發(fā)利用3.1微生物發(fā)酵的目的隨著目前養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大和集約化程度越來(lái)越高，每年都需要大量的飼草料來(lái)喂養(yǎng)家畜。而蛋白飼料的不足，已被普遍認(rèn)知。通過(guò)調(diào)查后得知，被譽(yù)為“中國(guó)馬鈴薯之鄉(xiāng)”的甘肅

13、省定西市每年產(chǎn)生約75萬(wàn)噸馬鈴薯淀粉渣，這樣大的馬鈴薯渣資源，如果利用微生物發(fā)酵技術(shù)處理馬鈴薯渣，不僅有效利用了該資源，減少了對(duì)環(huán)境的污染，還能大量開發(fā)生產(chǎn)菌體蛋白飼料，增加有效飼料資源，降低飼養(yǎng)成本, 促進(jìn)畜牧業(yè)的良好發(fā)展,是馬鈴薯渣綜合利用中很好的途徑。3.2發(fā)酵生產(chǎn)菌體蛋白飼料馬鈴薯渣含粗纖維、果膠等成分高,蛋白含量低,直接用作飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值低、適口性差、效果低。目前研究多集中在以馬鈴薯渣為主要原料，通過(guò)對(duì)馬鈴薯渣微生物發(fā)酵等技術(shù)，最終可以改善粗纖維的結(jié)構(gòu)，提高蛋白質(zhì)含量，并產(chǎn)生淡淡的香味，增加適口性。國(guó)內(nèi)一些學(xué)者采用半固態(tài)發(fā)酵利用馬鈴薯淀粉渣生產(chǎn)高蛋白質(zhì)飼料，通過(guò)微生物發(fā)酵處理可將馬鈴薯

14、淀粉渣的蛋白質(zhì)含量由發(fā)酵前干重的4.62%提高到發(fā)酵后干重的57.49%2。史琦云等采用單菌生料發(fā)酵、單菌熟料發(fā)酵及多菌協(xié)生固態(tài)發(fā)酵等技術(shù)研制馬鈴薯渣菌體蛋白飼料,并對(duì)不同發(fā)酵方式及發(fā)酵前后的蛋白質(zhì)、淀粉等營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果表明,蛋白質(zhì)含量分別提高13. 45%、18. 53%和22. 16%3。有研究表明， Aziz NH等用馬鈴薯渣作為原料，通過(guò)接種鐮刀菌屬和酵母菌來(lái)生產(chǎn)微生物蛋白飼料。在發(fā)酵過(guò)程中用酸和射線處理可大大提高蛋白產(chǎn)量，發(fā)酵三天，蛋白產(chǎn)量達(dá)65.8%4。綜上所述, 以馬鈴薯渣為原料時(shí),因其本身所含氮源較少,在馬鈴薯渣發(fā)酵的過(guò)程中,如果添加麩皮、玉米面作為氮源,其成本務(wù)必升高

15、，制約了馬鈴薯渣飼料的發(fā)展。因此，這些因素的存在，均是目前影響馬鈴薯淀粉渣發(fā)酵生產(chǎn)菌體蛋白飼料的的主要限制因子。3.3馬鈴薯淀粉渣的發(fā)酵方法3.3.1馬鈴薯淀粉渣液態(tài)發(fā)酵多菌種液態(tài)發(fā)酵馬鈴薯渣,制備菌體蛋白飼料，是馬鈴薯渣轉(zhuǎn)化的一個(gè)有效途徑。其中液態(tài)發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)酵充分，微生物生長(zhǎng)迅速，在生成飼料中干酵母產(chǎn)量可達(dá)為1920 g/L，單細(xì)胞蛋白中的蛋白質(zhì)含量可達(dá)12%27%5；缺點(diǎn)是耗能大，投資大，不利于大范圍推廣，生成的單細(xì)胞蛋白飼料造價(jià)較高，適口性及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較傳統(tǒng)蛋白飼料(如豆粕)差,經(jīng)濟(jì)效益較低6。因此，液態(tài)發(fā)酵馬鈴薯渣生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料的產(chǎn)業(yè)化實(shí)現(xiàn)仍然較為困難，而以固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用最有

16、發(fā)展前景。3.3.2馬鈴薯淀粉渣半固態(tài)、固態(tài)發(fā)酵 半固態(tài)、固態(tài)發(fā)酵馬鈴薯渣生產(chǎn)菌體蛋白飼料，是目前馬鈴薯渣轉(zhuǎn)化飼料研究中廣泛采用的方法。以對(duì)原料處理?xiàng)l件的不同，可分為生料發(fā)酵和熟料發(fā)酵7。生料發(fā)酵是將馬鈴薯渣脫水后的半固態(tài)發(fā)酵。生料發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)是耗能低,適合工業(yè)化生產(chǎn)，但生料發(fā)酵染菌的概率較大，發(fā)酵條件不好控制；熟料發(fā)酵是將馬鈴薯渣糖化后再發(fā)酵的一種處理工藝。楊全副等8采用半固態(tài)方法，對(duì)馬鈴薯進(jìn)行發(fā)酵，生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白質(zhì)添加到飼料中。其優(yōu)點(diǎn)是染菌概率小，發(fā)酵條件容易控制，可將非還原性糖轉(zhuǎn)化為還原性糖，增加了發(fā)酵過(guò)程中的可利用碳源，可提高菌體蛋白的產(chǎn)量；缺點(diǎn)是耗能較高勞動(dòng)強(qiáng)度大，經(jīng)濟(jì)效益差等。馬鈴薯

17、渣的固體發(fā)酵，它具有能耗低，適合工業(yè)化的特點(diǎn)。Shang-Shyng yang9利用酵母菌、霉菌、毛殼菌、鐮刀菌、放線菌,添加氮源，通過(guò)2d5d的固態(tài)發(fā)酵，能產(chǎn)生15%32.4%的蛋白質(zhì)，生產(chǎn)菌體蛋白飼料。國(guó)內(nèi)的學(xué)者主要利用酵母菌和霉菌為發(fā)酵菌種進(jìn)行馬鈴薯渣的發(fā)酵，研究其適合的發(fā)酵方式和合理的菌種組合，采用的方法有固態(tài)生料發(fā)酵、固態(tài)熟料發(fā)酵、半固態(tài)發(fā)酵等，其中適合應(yīng)用的方法為固態(tài)生料發(fā)酵，生產(chǎn)的蛋白飼料中蛋白質(zhì)含量達(dá)到20%10。但終究馬鈴薯淀粉渣發(fā)酵生產(chǎn)菌體蛋白飼料的品質(zhì)仍舊無(wú)法同傳統(tǒng)的蛋白飼料相比。4 討論 針對(duì)于此次調(diào)查出現(xiàn)的問(wèn)題，有以下供解決的建議：一、對(duì)養(yǎng)殖戶應(yīng)加強(qiáng)知識(shí)引導(dǎo)，宣傳淀粉

18、渣發(fā)酵制備優(yōu)質(zhì)蛋白飼料的優(yōu)點(diǎn)，做發(fā)酵效果檢驗(yàn)，消除養(yǎng)殖戶的顧慮；二、積極對(duì)養(yǎng)殖戶應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)引導(dǎo)，幫助解決實(shí)際問(wèn)題，對(duì)建設(shè)發(fā)酵池，以及一些發(fā)酵的關(guān)鍵技術(shù)予以支持，做好理論與實(shí)際的結(jié)合；三、協(xié)調(diào)馬鈴薯加工場(chǎng)與養(yǎng)殖戶及農(nóng)戶之間的聯(lián)系，努力做到雙贏。唯有如此，才能更好的減少浪費(fèi)，消除薯渣所帶來(lái)的各種問(wèn)題，促進(jìn)當(dāng)?shù)仞B(yǎng)殖業(yè)和淀粉加工業(yè)的協(xié)調(diào)發(fā)展。在馬鈴薯渣產(chǎn)出較多的定西市，完全有必要進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)菌體蛋白飼料，充分利用資源優(yōu)勢(shì)。來(lái)彌補(bǔ)當(dāng)?shù)仫暡萘隙倘?，尤其是蛋白質(zhì)飼料不足的現(xiàn)狀，為發(fā)展優(yōu)質(zhì)、高效的節(jié)糧型畜牧業(yè)邁出重要一步。在技術(shù)推廣的同時(shí)，應(yīng)充分考慮以下問(wèn)題：首先，馬鈴薯淀粉加工具有季節(jié)性，薯渣的產(chǎn)生也相對(duì)集

19、中，并且薯渣含水量高，容易腐爛變質(zhì)，因此，務(wù)必要解決馬鈴薯淀粉渣的保存問(wèn)題；其次，由于動(dòng)物飼料的安全對(duì)人類的食品安全至關(guān)重要，而不同菌種發(fā)酵的馬鈴薯渣所含成分也不同，非常有必要評(píng)價(jià)馬鈴薯淀粉渣發(fā)酵飼料的食用安全性；最后，馬鈴薯渣生產(chǎn)菌體蛋白飼料必須有一定的產(chǎn)量，如生產(chǎn)規(guī)模過(guò)小，投入大于產(chǎn)出，對(duì)于養(yǎng)殖戶來(lái)說(shuō)，是得不償失的。由此可見，將馬鈴薯渣通過(guò)微生物發(fā)酵,生產(chǎn)蛋白質(zhì)飼料,是馬鈴薯淀粉渣生物轉(zhuǎn)化與畜牧業(yè)結(jié)合的有效途徑。5 總結(jié)綜上所述，馬鈴薯淀粉渣是一種廉價(jià)而來(lái)源豐富的資源。通過(guò)微生物發(fā)酵馬鈴薯淀粉渣生產(chǎn)菌體蛋白飼料，是未來(lái)定西市馬鈴薯淀粉渣處理的最有發(fā)展?jié)摿Φ姆较?。同時(shí)，即解決了馬鈴薯淀粉渣資

20、源的浪費(fèi)及環(huán)境污染，還能用作家畜蛋白質(zhì)飼料，降低飼養(yǎng)成本；同時(shí)又能為淀粉加工業(yè)掃除了后顧之憂。這些都是馬鈴薯淀粉渣綜合利用中應(yīng)該主要考慮的問(wèn)題。因此，采用發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)菌體蛋白飼料，能有效且大量地轉(zhuǎn)化利用馬鈴薯淀粉渣，是一種較理想的薯渣利用途徑。參考文獻(xiàn)1 王典，王加啟，張養(yǎng)東，卜登攀，周凌云. 馬鈴薯淀粉渣的開發(fā)與綜合利用J.中國(guó)畜牧獸醫(yī)，2011，38（10）:27-28.2 趙萍,張珍.馬鈴薯渣生料發(fā)酵飼料生產(chǎn)J.食品與發(fā)酵工業(yè),2000,27(3)：82-84.3 史琦云,梁琪.馬鈴薯渣菌體蛋白飼料的研制與品質(zhì)分析J.糧食與飼料工業(yè), 2004, (9): 32-33.4 Aziz NH， Mohsen GI.Biconversion of acid-and gamma ray-treated sweet potato residue to microbial protein by mixed cultures. Journal of industrial mic