马铃薯废渣废液的综合利用

1、马铃薯废渣废液的综合利用1. 马铃薯生产与加工现状中国是马铃薯生产大国，但是，中国马铃薯科学研究工作起步较晚，由于没有现代化的储藏设备和科学的储藏方法，马铃薯的营养价值没有得到充分的发挥和利用，也使其综合经济效益受到了极大地局限。目前，我国加工利用马铃薯的主要途径有：饲料、提取淀粉、加工熟食、生产柠檬酸钙等。从目前马铃薯深加工的途径可以看出，深加工的技术含量逐渐增加，马铃薯的营养价值逐渐被充分利用。但是，随着马铃薯深加工比例投入的增加，马铃薯加工过程中会产生大量的马铃薯废水废渣，鲜薯渣含水量高达80%,不易储存 、运输腐败变质后产生恶臭，造成环境污染；随着我国马铃薯产业化发展，马铃薯淀粉加工带

2、来的废液废渣处理问题越来越受到重视。如何解决马铃薯废液废渣引起的污染，并增加马铃薯的综合利用价值，是马铃薯生产者和科研工作者要挑战的另一难题。2. 马铃薯废液成分及性能简介马铃薯淀粉生产废水是高浓度有机废水，废水中主要含有糖类、蛋白质、纤维素、脂肪等污染物。马铃薯生产淀粉过程中将产生大量的废水，这些淀粉废水有机物含量高，若不经过处理或直接排放，其水中所含有的有机物进入水体后迅速消耗水中的溶解氧，造成水体缺氧而影响鱼类和其他水生生物的生存，同时废水中悬浮物品在厌氧条件下分解产生臭气，恶化水质，由于我国淀粉生产工艺相对落后，资源利用率较低，淀粉生产过程中大量的植物蛋白未加利用而随生产废水排放，不仅

3、影响了环境卫生，而且造成了巨大的浪费。在淀粉废水处理过程中，如果能够同时回收植物蛋白，做到废水的资源化利用，将具有广阔的前景。3. 马铃薯渣成分和性能简介3.1主要成分马铃薯渣主要含有水、细胞碎片、残余淀粉颗粒和薯皮细胞或细胞结合物。其化学成分包括淀粉、纤维素、半纤维素、果胶、游离氨基酸、寡肽、多肽和灰分。成分湿基（w/w）干基（w/w）固形物含量13.0-灰分0.54淀粉4.937纤维素2217半纤维素1.814果胶2217纤维0.97蛋白质（氨基酸）0.543.2流体性质薯渣含水量很高，达80%左右，但不具备液体流体性质，而表现出典型胶体的物理特性和物化特性。从胶体中除去水分是非常困难的，

4、代价昂贵，耗能多。3.3微生物性质研究发现，薯渣中自带的菌共15类33种菌种，其中28种细菌，4种霉菌和一种酵母菌。由于菌渣中含有多种微生物，因此除去薯渣中的水分，使其转化成利于长期储存，抵抗微生物污染的形式是必要的，也利于运输和进一步利用。3.4 马铃薯废液的综合利用马铃薯生产淀粉过程中产生的废水量大，有机物含量高，化学耗氧量高达mg/L。废水中含有可观的蛋白质和低聚糖。马铃薯蛋白是一种极其优良的饲料添加剂，它的营养价值高于大豆蛋白，等同于脱脂奶粉。淀粉废水中含有少量的淀粉，蛋白质，有机酸等成分，如果进行回收利用，除了可以变废为宝，还可以减轻对环境造成的污染破坏。有关研究显示，用丝网过滤、微

5、滤膜回收、截留分子量在10万和1.5万之间的超滤膜处理马铃薯加工废水，能够有效的回收马铃薯蛋白质、低聚糖。 据有关报道，利用淀粉废水生产对虾饵料的单细胞蛋白，用热带假丝酵母菌株生长菌株，对淀粉水解糖转化率达60%以上，该技术采用新型工艺，每吨含水解糖2%的淀粉废水可生产15公斤左右的单细胞蛋白。采用“冷冻催化氧化絮凝吸附”工艺对上层稀液进行处理，可使废水中有机物沉淀，除臭效果明显，而且此方法操作简便，所用絮凝剂均为无毒害作用的天然产品，所产生的絮体有望作为饲料或饲料添加剂，能够产生经济效益，实现综合利用。3.5马铃薯废渣的综合利用对于薯渣的利用,国内外许多学者做了多方面的尝试,用薯渣来生产酶,

6、生产酒精,饲料,蛋白饲料,可降解塑料,制作柠檬酸钙制取麦芽糖提取低酯果胶制作醋、酱油、白酒制备膳食纤维等等。总起来说,目前,对于马铃薯渣的开发主要包括发酵法、理化法和混合法。发酵法是用马铃薯渣作为培养基,引入微生物进行发酵,制备各种生物制剂和有机物料,理化法是用物理、化学和酶法对薯渣进行处理或从薯渣中提取有效成分,混合法是把酶处理和发酵两种方法综合。目前国外对于马铃薯渣的开发方向如表1所示。而国内对于马铃薯渣的研究还处于起步阶段,热点主要集中在提取有效成分,如膳食纤维,果胶等和作为发酵培养基。处理/生产方法应用在马铃薯降渣中添加蛋白或其它营养成分动物饲料制备果胶或果胶-淀粉混合物营养和技术应用

7、转化成糖和提取糖浆处理薯片和薯条（增色）水解；发酵中的培养基制备酒精从液相中提取营养成分肥料用水稀释深井钻探中的稳定剂（润滑剂）不作处理作为酵母培养基生产维生素B12不作处理，作为微生物生长培养基生产沼气(1)生产马铃薯渣高蛋白饲料马铃薯鲜渣或干渣均可直接作饲料,但蛋白质含量低,粗纤维含量高,适口性差,饲料品质低。研究表明,通过微生物发酵处理可大幅度提高薯渣的蛋白含量,从发酵前干重的4.62%增加到57.49%。另外,微生物发酵可改善粗纤维结构,并产生淡淡的香味,增加适口度。用含30%的马铃薯渣发酵蛋白饲料部分替代肉兔饲料可提高肉兔的日增重，且不影响兔肉品质和兔的免疫功能。30%的马铃薯渣发酵

8、蛋白饲料与沙棘嫩枝叶配合使用，可提高兔肉蛋白质及脂肪含量，改善兔肉品质。采用不同的微生物，其生产的工艺也就不同。目前用于处理土豆渣，通过发酵生产单细胞蛋白所使用的微生物主要是真菌和酵母菌。（2)提取膳食纤维膳食纤维是食物中不被人类胃肠道消化酶所消化的植物性成分的总称。膳食纤维包括纤维素、半纤维素、木质素、甲壳素、果胶、海藻多糖等,主要存在于植物性食物中。一般分为水溶性膳食纤维(SDF)和水不溶性膳食纤维(IDF)两大类。自20世纪70年代以来,膳食纤维的摄入量与人体健康的关系越来越受到人们的关注，被誉为第七大营养素。大量研究表明，许多常见病如便秘、结肠癌、胆石症、动脉粥样硬化、肥胖等都与膳食纤

9、维的摄入量不足有关。自20世纪70年代以来，膳食纤维的摄入量与人体健康的关系越来越受到人们的关注，被誉为第七大营养素。 目前国内对麦麸、甜菜渣、蔗渣、豆渣膳食纤维的研究较多，对马铃薯渣膳食纤维的开发研究较少。薯渣中含有丰富的膳食纤维，占干重的19.65%是一种安全、廉价的膳食纤维资源。用薯渣制成的膳食纤维产品外观白色，持水力、膨胀力高，有良好的生理活性。目前提取膳食纤维的工艺方法主要有酒精沉淀法、酸碱法、挤压法、酶法等。国内王宏勋等利用微生物发酵土豆渣生产膳食纤维。吕金顺等采用酶法制备膳食纤维，工艺如下：马铃薯渣除杂淀粉酶解叶酸解碱解功能化漂白一冷冻干燥超温粉碎一成品包装。（3）提取果胶果胶属

10、于多糖类物质，是植物细胞壁的主要成分之一，尽管可以从大量植物中获得，但是商品果胶的来源仍非常有限。马铃薯渣中含有较高的胶质含量，约占干基的15%30%同时产量大，具有实用性。考虑到这些优点它是一种很好的果胶来源。一般采用条件温和的萃取方法从薯渣中提取果胶，尽量不破坏其结构完整性。萃取的果胶包括两部分，低度酯化的果胶和有钙离子存在的高凝胶性果胶。采用不同提取方式果胶的成分会有所不同。但薯渣中的果胶由于乙酰化程度高、分子量低、支链比例高，影响了它的凝胶能力，它的凝胶性能不如从柑橘、苹果渣中提取的果胶的凝胶性能好。许多学者在研究通过结构改性提高它的凝胶性。（4）制备新型吸附材料有研究表明，用马铃薯渣

11、制成的纤维对pb2+,Hg2+具有较强的吸附作用,并且吸附量大、吸附速度快。4.利用马铃薯废渣生产单细胞蛋白饲料的开发前景用马铃薯废渣生产单细胞蛋白饲料,在国内外都有些研究。主要是指:马铃薯渣微生物蛋白饲料是在适宜的条件下,以马铃薯废渣为主要原料,利用微生物发酵,在短时间内生产大量的微生物蛋白,使马铃薯渣中粗纤维、粗淀粉降解,提高蛋白质的含量而且发酵后的马铃薯渣微生物蛋白氨基酸种类齐全,并含有多种维生素和生物酶等。由此可见,马铃薯废渣经微生物发酵后,畜禽对薯渣的消化率、吸收率和利用率都大大提高了,增强了马铃薯废渣的生物学效价。过去人们为了提高饲料对畜禽的促生长作用,一般在饲料中添加一些抗生素或

12、激素,但是这些药物作为饲料添加剂被畜禽使用,畜禽并不能完全分解这些添加剂,它们会在畜禽产品中残留,这对人体有不利的影响。而马铃薯渣微生物蛋白饲料是经过有益微生物发酵而得到的一种天然微生物饲料,其中含有许多活的或死的微生物以及其发酵产物,这些物质在饲料中被称作“益生素”,可加强畜禽肠道良性微生物的屏障功能,减少病害,加快畜禽的生长。从经济学方面来考虑,马铃薯渣微生物蛋白饲料投资少,效益高。因为它的原料是来自马铃薯深加工过程中的下脚料,薯渣和废液,这些原料成本很低。而经微生物发酵生产出的马铃薯渣微生物蛋白,不但在质量上优于豆饼、鱼粉和苜蓿草粉,而且成本价也远远低于它们。 据计算,在蛋白质含量相同的

13、情况下1吨马铃薯渣微生物蛋白饲料比苜蓿草粉多赚425.6元.更不用提豆饼和鱼粉了。从生态环境角度考虑,马铃薯废渣是微生物生长繁殖的良好营养源,若直接排放,会对空气和环境造成极大的污染,并有可能给生物带来病害。而用马铃薯渣生产微生物饲料蛋白的整个环节均不会造成环境污染,并且通过控制条件,有害微生物得到控制,另外,马铃薯渣蛋白饲料包装密封后,放置时间越长,产生的醇香味越浓郁,畜禽非常喜爱,适口性很好,因此说马铃薯渣蛋白饲料是一种环保良好的蛋白饲料。从资源方面来考虑,中国马铃薯种植面积广阔,主要分布在东北、华北和西北,年产量可达6000多万吨,居世界第二位。随着马铃薯产行的发展壮大,产生的马铃薯渣也

14、将逐年增加,这为马铃薯渣微生物蛋白的生产提供充足的原料。近些年随着人们生活水平的提高,对动物蛋白质的摄取量也逐渐增加,养殖规模也在迅速扩大,同时对蛋白饲料的需求量势必要增加,另外,由于“疯牛”病的发生和蔓延对动物性饲料蛋白的影响很大2001年3月,我国农业部发出禁止动物饲料中添加和使用反刍动物蛋白(如骨粉等)的通知,这加剧了畜禽业对其他蛋白饲料的需求。因此,马铃薯渣微生物蛋白饲料不但具有丰富的原料资源,而且具有广阔的市场潜力,前景非常可观。综上所述,马铃薯渣微生物蛋白饲料不但可增强畜禽机体免疫力,提高消化吸收能力,调节肠道微生物平衡,加快畜禽生长速度,减少病害、节省药费、降解残留,消除栏舍恶臭

15、,实施生态养殖,降低饲养成本,增加有效产出,而且生产安全健康、无污染的优质绿色动物源性食品,它顺应市场需求,兼具生态、经济、社会效益,推动可持续发展。5.生产蛋白饲料的菌种(1） 菌种必须具备的特点1） 能较好地同化基质碳源及无机氮源。2）繁殖速度快，菌体蛋白含量高。3）无毒性和致病性、食用安全。4）菌种性能稳定。(2)常用的菌种工业上常用的微生物主要是细菌、放线菌、酵母菌和霉菌。研究表明发酵过程中微生物的作用，主要有霉菌把粗纤维、淀粉、果胶等不易消化吸收的成分转化成各种糖类，酵母菌和乳酸菌利用这些糖类合成营养成分较高、适口性好的物质，因此质量好的发酵饲料具有甜、酸、香味。1）酵母菌（Yeas

16、t）酵母菌是一种单细胞的真核微生物的通俗名称，其繁殖方式包括无性繁殖和有性繁殖。无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，适口性好，而且发酵过程中酵母菌耐酸能力强，适宜于低，培养，不易污染，回收率高。适于生产蛋白饲料的酵母菌主要有啤酒酵母、产肮假丝酵母、热带假丝酵母、皮状皮抱酵母、白地霉，这些菌株可分泌多种水解酶活性含量高达50%60%富含B族维生素，并能产生促进细胞分裂的生物活性物质，有强化营养和抗病促长的效果。2）霉菌（Mold）霉菌是丝状真菌的统称。黑曲霉、米曲霉、黄曲霉、根霉、毛霉、木霉、烟曲霉等真菌可以分泌丰富的酶类，如淀粉酶、纤维素酶、果胶酶

17、、蛋白酶、植酸酶等，这些酶能够促使原料中淀粉、纤维素等高分子化合物分解为单糖，供微生物生长需要，且霉菌中菌体蛋白质含量也较高，因此在蛋白饲料的生产中这些种类的霉菌广泛使用。3）芽抱杆菌芽抱杆菌包括巨大芽抱杆菌、胶质芽抱杆菌氮芽抱杆菌、地衣芽抱杆菌，蜡状芽抱杆菌、枯草芽抱杆菌短小芽抱杆菌等菌株，这类菌可产淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶等活性较高的酶。此外，由于芽抱杆菌中具有不易致死的芽饱，故饲喂时以活菌状态进入动物的消化系统，可抑制肠道中有害菌的生长繁殖。芽抱杆菌还可减少粪便、消化道中的大肠杆菌数。4）放线菌放线菌是一类呈菌丝状生长，经常用于蛋白饲料的生产，尤其是高温放线菌具有很高的分解纤维素

18、和木质素的能力。此外，放线菌在生长过程中可分泌抗生素类物质，抑制肠道中的病原菌，对促进机体免疫有较好的作用。放线菌的菌体蛋白中含有较高浓度的赖氨酸、色氨酸和含硫氨基酸，营养价值相对较高。6.马铃薯废渣发酵生产蛋白饲料的工艺马铃薯废渣是用马铃薯提取淀粉时产生的工业废弃物。用它直接作饲料存在两大问题，第一、马铃薯废渣不容易存放储藏，第二、马铃薯废渣的抗性淀粉含量很高，直接作饲料其营养价值很低。为了解决以上问题使马铃薯废渣转化成营养价值较高且易存放的饲料蛋白质。为了使实验室研究成果更好更快的应用到工业大生产，设计出多菌发酵马铃薯废渣生产单细胞蛋白饲料的工艺。称量适当的马铃薯废渣，按1:2的比例加入自来水，搅拌均匀后,1