木薯质量安全、营养品质与加工利用新进展

钟永恒 陆柏益* 李开绵

（1 浙江大学生物系统工程与食品科学学院 农业农村部农产品贮藏保鲜质量安全风险评估实验室浙江大学BEFS 中国食物营养功能评价研究中心 杭州310058 2 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所 海南儋州571700）

木薯， 亦称树薯、 番木薯， 大戟科木薯属（Manihot esculenta Crantz）， 素有 “淀粉之王”之称，是世界上许多贫困地区最重要的粮食作物，如今已是近十亿人口的主食。木薯主要分布于亚洲、非洲、 拉丁美洲的亚热带、 热带地区的发展中国家。 19 世纪初，木薯传入我国广东一带，随后开始有了较大的发展， 目前我国的木薯种植地主要集中在广东、广西、云南、海南等地。2017年我国木薯产量约有486 万t，占全球木薯产量的1.7%，机械化程度低使我国的木薯产量受到很大的限制。 据FAO 统计，自2001年起我国成为世界上最大的木薯进口国，2016年我国占世界木薯干总进口量的70 以上%[1]。木薯具有种植成本低、光合效率高、淀粉含量高、利用范围广等诸多优点，在食品、饲料、工业、 能源开发等领域都具有重要的应用价值和推广潜力。

目前我国的木薯产业还相对落后， 木薯产量低、需求量大，处于供不应求的状态。 木薯在全国的推广程度低，加工利用水平不高[2]。 本文对木薯及其产品的质量安全、营养品质进行论述，对木薯近年来的加工利用进展进行整理， 为木薯产业发展提出建议。

1 木薯的质量安全

威胁木薯质量安全的危害因子主要是生氰糖苷、真菌毒素、重金属、病原菌等。 理清木薯及其产品中的潜在危害因子， 是提出解决方法以提高木薯的食用安全性的基础。 表1 整合了国内外现行木薯及其产品的质量安全相关的标准和准则以作参考。

1.1 生氰糖苷

生氰糖苷是一类能保护植物免受昆虫伤害的氨基酸类衍生物[24]。 木薯中的氰苷主要有亚麻苦苷和百脉根苷。 在木薯组织细胞中糖苷酶以及人体内的糖苷酶的作用下，氰苷会被分解产生HCN，因此当人体摄入过量的HCN 或氰苷，就会造成呕吐、头晕、头痛、腹泻等中毒现象甚至死亡[25-26]。 一种因木薯氰苷中毒引起的神经系统类疾病Konzo，在刚果、尼日利亚等多个国家都已有报道，患者表现出痉挛、瘫痪、认知力丧失等症状，该病在幼儿和育龄妇女中发病率更高， 并且营养不良会使得解毒率更低[27]。 木薯生氰糖苷引起的质量安全问题已引起了各国政府的关注， 国际组织陆续开展了木薯生氰糖苷的风险评估工作[28-30]。木薯产品中

HCN 含量波动较大， 其中部分产品远超安全标准， 风险隐患较大。 目前对于木薯及木薯产品中HCN 的安全剂量，各国常用的标准是CAC 制定的最大限量10 mg/kg[8]。Burns[31]对从墨尔本市场采集的木薯片、木薯粉、木薯淀粉、冷冻木薯根中HCN含量进行检测， 结果发现HCN 水平从低于1 mg/kg 到高达262 mg/kg 不等， 且不同年份的产品中HCN 含量差异也较大。

表1 国内外现行木薯及其产品的质量安全标准和准则Table 1 Current standards and guidelines for quality and safety of cassava and its products

熊丽娜等[32]总结了木薯氰苷减控技术研究进展，常见的有物理化学法、生物发酵法、转基因法，前两者是通过加工去除部分氰苷， 后者是通过抑制氰苷合成从源头减少氰苷含量。 根据CAC 提出的操作规程[5]，降低木薯及其制品中HCN 含量需要从前体物质即氰苷出发，选择好的品种，适时采收，充分加工，遵循良好生产操作规范。 规程中对加工gari、fufu、木薯粉、木薯淀粉、木薯片等木薯产品时，如何降低HCN 含量都做了详细说明。

1.2 真菌毒素

真菌毒素是由真菌产生的次生代谢产物。 木薯及其产品中常见的真菌毒素有黄曲霉毒素、赭曲霉毒素A、玉米赤霉烯酮等。 从霉菌毒素污染情况来看，木薯产品还是比较安全的。 Sulyok 等[33]对从坦桑尼亚和卢旺达收集的627 个木薯样品进行真菌毒素调查，结果表明，除玉米赤霉烯酮的发生率达到38%外，真菌毒素的发生率均低于10%，且玉米赤霉烯酮超标（＞100 μg/kg）的样品不到3%，还有极少量样品中存在黄曲霉毒素B1、 总黄曲霉毒素、赭曲霉毒素A 含量超标的问题。 Adjovi[34]等人研究发现相比玉米、花生，木薯受黄曲霉毒素污染程度较低， 这一结果可能与鲜木薯对黄曲霉毒素的合成有抑制作用有关。 Abass[35]对木薯生产与消费大国之一的尼日利亚的木薯干制品进行真菌毒素暴露评估， 检测到几种主要霉菌毒素含量都在安全标准内。除霉属真菌外，新的产毒真菌属如镰刀菌属在木薯中也陆续被鉴定出来，Chilaka[36]在garri、lafun、amala 等尼日利亚常见主食中，都检测到了镰刀菌属真菌毒素。

尽管木薯中真菌毒素污染程度总体不高，但对于以木薯为主食的地区来说，木薯食用量大，还有一些未知真菌毒素有待鉴别， 且可能存在多毒素混合污染问题，需要引起重视。

1.3 重金属

重金属的污染来源十分广泛，空气、水、土壤都是重要的污染介质， 由土壤引起的木薯重金属污染尤为明显。木薯生长对土壤的要求不高，在尼日利亚、刚果等很多发展中国家，木薯常种植在重金属含量超标的问题土壤中。Obiora[37]对尼日利亚东南部铅锌矿区的栽培木薯进行重金属检测，结果显示部分重金属含量超标。 该地区木薯块根和叶中，Pb 含量分别达到8.65，3.61 mg/kg，远超过我国农业农村部对食用鲜木薯的Pb 限量标准（≤0.6 mg/kg）[20]。 Cr 含量分别达到1.53，2.36 mg/kg，也超过我国的食品污染物限量标准（≤0.6 mg/kg）[10]。该地区成人和儿童每日由此木薯根和叶摄入的Zn 含量分别达到0.0564，0.0651 mg，远超过Zn 的每日最大摄入量0.003 mg。 从高速公路沿线农田采集的木薯块根和叶片中，同样存在Cr、Pb、Zn 超标的问题[38]，这可能与汽车尾气的排放有关。

1.4 病原菌

食源性病原菌通常指一些以食物为传播媒介的致病性微生物，如大肠杆菌、沙门氏菌、结核菌等，经人口摄入后容易引发中毒以及一些传染病。食源性疾病的发生与生产卫生条件有很大关系。在非洲大部分地区， 木薯的加工仍然以传统的家庭手工作坊为主， 极易因生产卫生不合格而导致病原菌的侵入繁殖。Akmel[39]对科迪瓦特全境内广泛食用的乳酸发酵制品Attieke 进行病原菌含量调查，结果表明，由Attieke 摄入过量产气荚膜梭菌的可能性为1.27%～2.80%，表明每10 000 人中可能有1 270～2 800 人是产气荚膜梭菌引起的食源性疾病的潜在受害者。在阿巴卡利基，木薯产品中发现大量的杆菌、沙门氏菌、志贺氏菌、克雷伯氏菌属等[40]。 我国农业行业标准规定食用木薯粉中菌落总数≤3 000 个/g，霉菌≤100 个/g，致病菌不得检出[14]。吴雪[41]对广西近五年来的食用木薯淀粉进行了微生物污染情况调查， 有超过40%的样品菌落总数超标，霉菌超标率近30%，但致病菌未检出。 由病原菌感染引起的食品安全事件突发性强，需要及时预防。

1.5 其它

除了以上风险外， 木薯及其产品还存在农药残留、食品添加剂超标等问题。 Marco[42]曾在木薯根和叶中， 检测到DDT 水平分别达到191～586 mg/kg 、7～425 mg/kg， 远超DDT 最大残留量0.05 mg/kg[11]。关于木薯中农药残留的报道较少，可能与木薯种植中农药使用率较低有关。 在木薯粉及木薯淀粉的生产过程中，常添加亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠等含硫漂白剂，根据GB 2760 规定，淀粉中二氧化硫最大残留量为0.03 g/kg[12]。 李健等[43]对我国广西食用木薯淀粉的卫生监测发现，二氧化硫残留量合格率为56.7%。

2 营养品质评价

木薯以高碳水化合物、低脂、高纤维为特色，是膳食营养均衡的重要组成部分。 表2 比较了木薯与甘薯、马铃薯的块根和叶的营养成分。

2.1 能量与碳水化合物

木薯块根是一种高能量密度食物， 其能量的主要来源是丰富的碳水化合物。 鲜木薯中的碳水化合物占据了25%～36%， 而马铃薯只有12%～23%。 木薯中的碳水化合物除少量蔗糖、葡萄糖、果糖和麦芽糖外主要为淀粉，其中17%～22%是直链淀粉，78%～83%是支链淀粉[53]。 与甘薯、马铃薯的淀粉组成相比，木薯中支链淀粉含量最高，高支链淀粉保水性好、 抗老化性好， 可加工成糯性食品、 冷藏食品。 木薯淀粉中还含有抗性淀粉，Onyango 等[57]在木薯淀粉中提取出高达75.38%的抗性淀粉，它在小肠内几乎不被消化，具有膳食纤维的功效，在提供饱腹感的同时又不产生能量，有助于肥胖人群的体重控制和高血糖人群的血糖平衡。 曾红华[58]研究发现木薯抗性淀粉对肠道双歧杆菌、乳链球菌的增殖也有较显著的作用。

2.2 蛋白质与氨基酸

木薯块根中的蛋白质含量较低， 鲜木薯块根中只有0.3%～3.5%左右，低于马铃薯。木薯块根中必需氨基酸的含量比较低，尤其是甲硫氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸，亮氨酸和精氨酸的含量较高。除块根外，木薯叶也是一种营养丰富的可食资源，在刚果，木薯叶占所有蔬菜消费量的60%以上。与块根相比，木薯叶中的必需氨基酸含量则比较丰富，苏氨酸和异亮氨酸甚至超过了甘薯叶。以木薯为主食的地区，需要补充蛋白质。目前有通过蛋白质强化、新品种选育等方式，来提高木薯制品的蛋白质含量。另外，木薯叶的摄入也是一种强化蛋白质的好方法。

2.3 矿物质、维生素与其它

木薯块根中钙、锌、镁、硒的含量较为丰富，尤其是对人体健康至关重要的微量元素硒。 木薯块根中β-胡萝卜素、维生素C、维生素B1～B3水平在三大薯类中也都比较高， 其中维生素C 含量达到15～50 mg。木薯叶含有更多的矿物质和维生素，是矿物质和维生素的良好来源。 木薯叶中矿物质含量约为2%，其中磷、镁、钾和钙比较丰富，并且钙、钠和铁会随着叶片成熟度的增加而增加[59]。 叶中还含丰富的胡萝卜素、 维生素B1和维生素C，维生素C 和β-胡萝卜素的含量分别达到60～370 mg，23～86 mg。 此外，木薯叶中含有一些生物活性物质，如单宁、多酚，干物质含量分别高达4，9.2 g/100 g[60]，Kubo[61]研究发现木薯叶中的黄酮类化合物具有很好的抗氧化性。

3 木薯的加工利用

根据是否经过发酵，可将木薯产品分为两类：非发酵产品和发酵产品。 此外木薯加工产生的废弃物也具有较大的综合利用潜能。

3.1 非发酵产品

木薯的非发酵产品主要有木薯干、 木薯粉、木薯淀粉等，在巴西是食用历史悠久的主食，并且在木薯的进出口贸易中占重要地位。 木薯粉和木薯淀粉可以代替小麦粉使用，加工成面包、蛋糕、饼干类焙烤食品，以及面条、早餐谷物、珍珠奶茶中的“粉圆”等[62]。 此外，木薯还被开发成系列衍生快餐产品，如木薯汁[63]、即食速溶木薯粉[64]，以及一些融入地方特色的木薯月饼[65]、木薯粽子等[66]。 木薯淀粉膜具有可食性、无色、无味、透明、易降解等特性，可用作糖果、蔬菜、焙烤食品的涂层和生物质包装材料[67]。 与常见的生物淀粉膜如玉米、山药、马铃薯淀粉膜相比，木薯淀粉膜硬度低，弹性好，稳定性好[68]，对水蒸气具有更大的阻隔作用[69]，具有独特的优势。 随着人们对木薯叶营养价值的不断发掘，木薯叶也逐渐被开发成食用产品。 高超等[70]以木薯叶和谷物类混合物料为原料， 开发了一款品质好、营养价值高的木薯叶膨化食品。

表2 木薯、甘薯、马铃薯不同部位的营养组成（每100 g 鲜重）Table 2 Nutritional composition of cassava， sweet potato and potato of different parts （per 100 g fresh weight）

3.2 发酵产品

木薯发酵产品种类多样，Falade[71]整理了不同地区的不同传统发酵食品，如木薯啤酒（乌干达）、Banu（乌干达）、Beiju（亚洲）、Kasili（印第安）、Mingao（亚马逊）、Oyek（印度尼西亚）等，以及各地都生产的Fufu、Lafun、Attieké、gari 等。以鲜木薯或木薯干为原料发酵而得的木薯酒及酒精类饮料，产率高，风味独特，在越南、泰国等东南亚国家倍受欢迎[72]。 据李开绵等[73]报道，2012年我国的木薯酒精产业在木薯加工行业中占到42%的比重， 国内木薯酒精产量为160 万t， 其中约48 万t 用于木薯酒业。

3.3 加工废弃物利用

木薯加工废弃物主要是木薯皮、 发酵残余的木薯渣、发酵废液、木薯叶等，加以利用既能减少对环境的污染，也能提高副产值。木薯块根在提取淀粉后残余的废弃物中含有大量的纤维素， 可用来制备生物燃料乙醇。木薯皮可生产沼气，木薯叶可加工成饲料，木薯渣可生产低聚木糖[74]，木薯杆（渣）可用来栽培食用菌[75]。 木薯发酵废液中含有多种有机酸[76]，可用来产生乳酸、谷氨酸、柠檬酸等有机酸。

4 总结与展望

综合来看，木薯的发展潜力较大，但同时也存在着一些问题。解决木薯的质量安全、营养品质及加工利用方面存在的问题， 可以从以下几方面展开工作：

（1）开展氢氰酸和生氰糖苷的风险评估工作。根据食品安全风险评估的要求， 开展氢氰酸以及亚麻苦苷、百脉根苷的危害识别和特征描述，监测海南、广东、广西等地的木薯及其产品中氢氰酸和生氰糖苷的含量水平， 根据蒙特卡罗模型计算膳食暴露量，评估风险等级。

（2）开展木薯及其产品的营养品质评价工作。利用现代分析技术对木薯的共性和特征性营养功能成分进行分析确证，研究不同产地、不同品种、不同生产方式对木薯及其产品的营养品质变化规律的影响，明确其营养品质的关键控制点。

（3）制定并完善相应的质量安全标准。建立并完善木薯中的亚麻苦苷、百脉根苷、农药残留、真菌毒素、添加剂的标准检测方法和限量标准，制定木薯干、木薯酒等木薯产品的质量标准。

（4）加强精深加工和综合利用。借鉴马铃薯成熟的加工利用经验， 研发功能性木薯主副食品及休闲食品，对木薯皮、木薯渣、木薯叶等木薯加工废弃物进行综合利用，开发全薯食品。

（5）加强木薯消费引导和产业推广。 通过微信、 微博等新媒体平台发表科普文章对木薯进行推广宣传，鼓励以木薯为食品原料的产品创业，推广木薯的商业化运行。

木薯是全球贫困地区重要的粮食供应来源和经济发展支柱， 也是我国热带地区重要的经济作物。开展木薯生氰糖苷风险评估、营养品质评价及标准制定等工作，将为我国木薯产业升级换代、供给侧改革提供技术支撑， 对缓解我国粮食压力具有积极意义。 同时带动农业增产、农民增收，为解决“三农”问题做出重要贡献，对“一带一路”联合非洲、拉丁美洲国家发挥重要作用。