甘薯渣综合利用
一、 项目背景
甘薯，又名红薯，含有大量淀粉、膳食纤维、蛋白质和矿物质等对人体健康有益的物质，是一种很好的绿色保健食品。联合国粮农组织（FAO）认为，甘薯是21世纪解决粮食短缺和能源问题重要的农作物之一。我国甘薯资源丰富，栽培面积和总产量分别占世界栽培面积和总产量的70%和80%，而山东更是我国的主产区。甘薯渣是甘薯加工制取淀粉过程中所产生的废弃物，其主要成分为粗纤维。甘薯渣中纤维含量高、质感好、口感佳，可以加工成高纯度、高附加值、用途广泛、低热量的膳食纤维。目前，甘薯渣用途仅限于生产农家饲料和制造沼气，而绝大部分被作为废料丢弃。 因此，利用甘薯渣生产膳食纤维，既可以解决处理甘薯渣对环境造成的污染，又可以形成企业新的利润增长点。
1.1 我国红薯种植现状
目前我国甘薯种植面积和产量居世界首位，甘薯种植面积约占世的70％～75％，单产达到19t/hm2，是世界平均水平的130％。甘薯在我国分布很广，以黄淮平原、长江流域和东南沿海为最多。全国分为5个薯区：①北方春薯区，包括辽宁、吉林、河北、陕西北部等地，该区以
种植春薯为主；②黄淮流域春夏薯区，我国甘薯最大产区，种植面积约占全国总面积的40％；③除青海和川西北高原以外的长江流域甘薯种植区；④南方夏秋薯区，主要指北回归线以北，长江流域以南的地区；
⑤南方秋冬薯区，主要指北回归线以南的沿海陆地和台湾等岛屿的热带湿润气候的地区。
2012年开始，甘薯实现了在山东省的盐碱地种植，我国约有15亿亩各种盐渍土,占世界盐渍土面积的26.3％，且大部分盐碱地都一直处于待开发状态。我省黄河三角洲区域有大量的荒盐碱地，仅东营市就有35万公顷，其中34%属于中到重度盐碱地。甘薯“恋”上盐碱地，为这类地区发展高效生态农业提供了新的选择。
1.2 甘薯渣应用现状
随着甘薯淀粉及相关产品的发展，会产生大量的甘薯渣，分析表明，干的甘薯渣中含纤维类55%-65%，淀粉20%-35%，水分8%-14%，蛋白质及其他物质1.5%-3%。目前甘薯渣的主要用途为生产农家饲料和制造沼气，而绝大部分作为废渣放弃，一个年产甘薯淀粉3000t的加工企业，每年产生的甘薯湿渣量高达4000t以上，且多数当做废弃物处理，这不仅污染环境，也是资源的浪费。如何对甘薯渣进行有效利用，已经渐渐引起人们的关注，并进行了多方面的应用研究，但目前报道仍然不多。
在甘薯渣应用方面，李顺如、陈泉水等通过甘薯渣预氧化处理制备活性碳纤维，对苯酚的吸附可达到90%以上；陈三宝等通过甘薯渣酶解法等处理来提取焦糖色素；吴立根等人通过对薯渣中纤维和淀粉的葡萄糖取代处理来制备粘合剂；也有人利用甘薯渣作为培养基来发酵制备膳食纤维、柠檬酸钙和白酒等，但是都还处于实验室研究阶段，正式投入大规模生产的成果在国内目前仍属空白。
二、 甘薯膳食纤维的理化功能特性
2.1 甘薯膳食纤维的理化性质
甘薯膳食纤维具有很高的持水性和膨胀力，它可以增加人体的排便体积和速度，因此，其持水性和膨胀力是衡量其保健功能的一个重要指标。甘薯膳食纤维持水性强于水果纤维和豆类纤维，但是弱于蔬菜纤维，其膨胀力达到3.5ml/g干基。
甘薯膳食纤维的化学结构中包含一些羟基类和羧基类侧链基团，使其具有较强的离子交换能力，对各类矿物质元素和电解质产生吸附作用，特别是对重金属元素有很强的吸附力。
甘薯膳食纤维表面有很多活性基团，可以螯合吸附胆固醇和胆酸钠之类的有机分子，从而抑制人体对他们的吸收，同时也能够吸附亚硝酸根离子。此外，可溶性膳食纤维还具有很好的乳化性、悬浮性和增稠性。
2.2 甘薯膳食纤维的功能性质
（1）润肠通便，预防结肠癌与肥胖
甘薯膳食纤维的高持水性增加人体排便的体积与速度，使有毒物质迅速排出体外。甘薯膳食纤维具有很强的持水性， 吸水之后体积变 大，引起饱腹感，并影响机体对食物其他成分可利用碳水化合物等的消化吸收，对预防肥胖症大有益处 。
（2）对胆固醇有吸附作用
由于甘薯膳食纤维的分子质量很大，可在溶液中展开成网络状 结构，从而产生类似交 换树脂的作用，可以束缚胆酸、胆汁酸及其盐类物质，使其随粪便排出体外，从而达到降胆固醇降血脂的目的。
（3）对 Na+、K+、Ca2+, Fe3+、Pb2+有吸附作用
甘薯膳食纤维中包含 一些活性基团有可能发挥一种类似于弱 酸性离子交换树脂的作用，进而影响到人体内某些矿物质元素的代谢。
三、 甘薯渣制备膳食纤维的可行性
近年来，广大科研工作者对甘薯渣的有效利用进行了多方面的试验与尝试，利用甘薯渣制备膳食纤维，主要有化学分离法、生物技术分、化学试剂-酶结合法和物理法。
（1） 化学分离法
直接水提法是红薯渣中水溶性膳食纤维最简便的提取方法。张兆 琴等提取红薯渣膳食纤维采用的水提法工艺流程是 ： 红薯渣预处理→ 粉碎过筛→水化→升温反应→冷却→水洗→过滤→烘干→产品。水提法 制备的产品中膳食纤维的含量为 25.22 ％。
酸碱法是提取红薯渣中不可溶性膳食纤维常用的一种方法。余筱 洁采用酸、碱处理法提取红薯渣膳食纤维。通过研究确定的最佳工艺流 程是：红薯渣→85 ℃水浸泡30min→过滤→滤渣→pH1.5的酸水在常温下浸泡l4 h (料液比1：18) →在pH I．5 ，85 ℃条件下搅拌提取6 h→滤布过滤洗涤至中性→加入质量分数 10％的氢氧化钠在室温下碱 浸泡12h(1：10 ) →过滤→滤渣→水洗至中性→加入体积分数 5％ 的次氯酸钠溶液，用体积分数20％乙酸调节pH在4．5～5.0分3次加入次氯酸钠溶液，65 ℃加热3 h→过滤→残渣→水洗除酸 ， 并用乙醇洗 2次→干燥→ 产品。该法提取的产品中膳食纤维含量为 96．27％ 。
（2） 生物技术法
① 酶法
李小平等采用酶法提取红薯渣食纤维的工艺流程是：红薯渣→ 干燥→粉碎→水洗→过滤→加热糊化→冷却→加酶水解→加热灭酶→水 洗→过滤→干燥 →产品。产品的总膳食纤维含量为76.12 ％。孙健等采用酶法提取红薯渣膳食纤维的工艺流程是：薯渣→ 漂洗→干燥→粉 碎→氢氧化钠浸泡→ a-淀粉酶水解→胰蛋白酶水解→糖化酶水解→ 乙醇沉淀→抽滤→干燥→粉碎→成品。制得的产品中总膳食纤维含量为 81.43 ％。
②发酵法
邬建国等对药用真菌液体发酵红薯渣获得膳食纤维的发酵工艺进行了研究，最终获得的最佳发酵培养基为：红薯渣 9％，麸皮0．8 ％ ， 在该条件下发酵液中的膳食纤维含量达到29.63 g／L。刘平等采用裂褶 菌固体发酵红薯渣获取膳食纤维，通过对比研究确定其最佳发酵模式为 29 ℃下培养8d，每隔8h搅拌1次。 该模式发酵所得产物的总膳食纤维含量为72.7％。
（3）化学试 剂一酶 结合法
刘达玉等采用酶法和碱法相结合的方法制备红薯膳食纤维。用a-淀粉酶水解淀粉，氢氧化钠水解蛋白质和脂肪。a-淀粉酶用量为 6 U／g原料、pH约为6.2 、时间30min以上。采用质量分数1％～2％的氢氧化钠溶液保温60min以上，提取的产品中总膳食纤维含量达到 80.70％。
（4）物理法
筛法是物理法提取膳食纤维的一种。曹媛媛等对筛法提取红薯膳食纤维的工艺进行了研究，其工艺流程是 ：薯渣→水洗→干燥→粉碎→调浆→搅拌→筛分→干燥→产品。得到的产品中总膳食纤维含量约为 15．47％。
综上可知，在实验室条件下由甘薯渣制备膳食纤维的工艺条件下已经基本成熟，要进行中试和工业化生产还需要进一步工艺参数优化。实现甘薯渣制备膳食纤维的关键前提是甘薯渣能够顺利实现脱水干燥，本项目中拟采用的脱水方法是板框过滤和闪蒸干燥结合法。
第一步，拟采用板框过滤，预期可以将水分由80%左右降低至30~40%。第二步，拟采用闪蒸干燥，预期可以将水分降低至10%以下，从而达到体积减小、长期保存的目的。选择闪蒸干燥的理由：①、单位产品能耗低。②、产品收率高，粒度均匀。③、颗粒在热气流中高速分散，干燥时间短、速度快、热效率高。④、设备结构紧凑，占地面积小，集干燥、粉碎、分级为一体。
四、 结论
红薯渣中含有丰富的营养成分，使它能够在很多的方面可以应用，在广大科研工作者研究成果的基础上，实现红薯渣的工业化应用，将红薯渣开发为膳食纤维功能食品的原材料，可行，有必要，既可以避免环境污染和浪费，又可以变废为宝，生产高附加值，对社会公众健康有益的功能性食品，而且可以给企业带来经济效益。
在方案可行的基础上，下一步可以结合膳食纤维在烘焙食品、饮料和其他休闲食品中的添加来开发一些新型膳食纤维功能性食品。
基本思路:
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