马铃薯皮渣综合利用的研究进展

丁子峰，张岚，王红梅，姚晶，赵晶

（黑龙江东方学院，黑龙江 哈尔滨 150066）

马铃薯是世界上第四大粮食作物，仅次于水稻、小麦、玉米，我国是世界上生产马铃薯的第一大国[1]。马铃薯具有生长适应性强、产量高等特点，兼具良好的营养价值和经济价值，已经成为食品工业、医药化工等行业的重要原辅材料之一，具有良好开发应用价值和市场前景[2]。

然而，大部分农产品经加工利用后会产生大量副产物，这些副产物的弃用或低值化使用、大肆焚烧或随意排放，既浪费资源又污染环境，不利于现代农业的健康发展[3]。随着我国农业农村部、中国农科院指导组建的马铃薯主食化产业联盟的成立，近3年来，已研发出六大种类300多种马铃薯主食产品[4]。马铃薯皮渣作为马铃薯产品加工废弃物，其中含有较多的膳食纤维、果胶、生物碱、多酚等生物活性物质[5]，这些活性物质具有促进吸收、抗炎、抑菌等功效，现已被广泛应用于食品、医药及其它等工业领域[6-8]。本文就马铃薯皮渣的主要成分及开发利用现状进行简要综述，以期为马铃薯皮渣的综合利用提供参考依据。

1 马铃薯皮渣的主要成分

马铃薯皮渣中含量最高的物质为水分，其干基主要成分包括淀粉37%、纤维素和半纤维素31%、果胶17%、残土等[9]，其中纤维素和半纤维素、果胶含量较多。马铃薯皮中含有多种生物活性物质，如多酚类化合物、生物碱等[10]。这部分资源在提纯后均可以被广泛应用于食品、医药等领域。

2 马铃薯皮渣的综合应用

2.1 成分提取

2.1.1 膳食纤维

膳食纤维是指植物中天然存在的、提取的或合成的碳水化合物的聚合物，不能被人体小肠消化吸收且对人体有健康意义的多糖类[11]。膳食纤维对身体健康有很多益处，由于其不能被消化吸收，所以基本不为人体供能，是肥胖人群的首选；膳食纤维还具有减少胃排空时间、调节肠道菌群、缓解便秘[12]等功效。Li等[13]采用酸-碱法提取马铃薯皮中的不溶性膳食纤维，结果显示当酸-碱萃取时间为35 min、酸浓度为1.5%、碱浓度为1.6%时，不溶性膳食纤维的得率可达12.6%。姚琦等[14]采用联合酶解法提取马铃薯渣中的膳食纤维，工艺条件为添加300 U/g的α-淀粉酶（酶解时间60 min、酶解温度55℃、pH6.5），灭活酶后，再添加250 U/g的糖化酶酶解（酶解时间30 min、酶解温度65℃、pH4.0），提取得到膳食纤维含量为76.92%，同时提取后的膳食纤维其持水性较马铃薯渣提高0.85%，持油性提高1.47%。将马铃薯皮渣中提取到的膳食纤维应用在面包、饼干、蛋糕等食品中，可降低蛋糕的硬度，增加面团的强度和弹性，添加马铃薯皮渣的食物不仅口感更好，而且有利于健康[15-17]。

2.1.2 果胶

果胶是一种存在于高等植物初生细胞壁和中胞层的一种酸性多糖，其主要成分是通过α-1，4糖苷键连接而成的部分甲酯化的D-半乳糖醛酸多聚物，可作为食品和药品的稳定剂、增稠剂、胶凝剂、乳化剂和药物载体等[18]。果胶还具有很强的重金属离子吸附能力，能够清除人体血液中的重金属离子[19]。张燕等[20]采用响应面法优化微波辅助提取马铃薯渣中果胶，所得优化工艺条件为微波加热时间1.5 min、液料比24∶1（mL/g）、饱和硫酸铝用量405 μL，在此条件下果胶提取率达到13.79%。Yang等[21]采用响应面法优化微波辅助提取马铃薯渣中果胶的工艺条件为93℃、pH2.0、加热时间50 min，提取率为22.86%。刘娴[22]采用发酵法提取马铃薯渣果胶，工艺条件为接种量10%、发酵时间36 h、pH5.0、发酵温度35℃，在此条件下，马铃薯渣的果胶提取率最高。

2.1.3 生物碱

糖苷生物碱是一类在茄科植物中常见的毒素，马铃薯中其主要成分为α-茄碱、α-查茄碱，占马铃薯中糖苷生物碱的90%以上[23]。梁克红等[24]研究发现马铃薯不同的组织器官中的糖苷生物碱含量有较大差异，其中块茎外皮糖苷生物碱含量为300 mg/kg FW～640 mg/kg FW；皮层糖苷生物碱含量为125 mg/kg FW。糖苷生物碱不仅具有毒性，还具有多种生物活性，在药用时，具有抗疟疾、抗炎、强心、消肿、止痛等功效[25-26]；经研究学者发现糖苷生物碱能够有效防治真菌感染，对镰刀菌的浓度中值EC50可达0.109 5 g/L，因此可以应用于枸杞鲜果的保鲜[27]。李志文等[28]为了获得马铃薯中α-茄碱的最佳提取工艺参数，对其提取温度、提取时间、超声波功率及料液比等参数进行研究，运用响应面Box Behnken中心组合试验设计对α-茄碱的提取工艺进行优化。结果表明，马铃薯中α-茄碱的最佳提取工艺参数为以体积比8∶2的乙醇-乙酸混合溶液作提取溶剂，提取温度49℃，提取时间61 min，超声波功率 152 W，料液比 1∶14（g/mL），该条件下 α-茄碱提取量为7.715 mg/g，相对标准偏差为1.74%（n=5），加标试验结果平均回收率可达98.21%，与理论预测值基本吻合。

2.1.4 蛋白质

马铃薯蛋白功能特性良好、必需氨基酸含量高、营养价值丰富，因此极具开发潜力[29]。张世仙等[30]以马铃薯皮渣为原料，用碱解法从马铃薯皮渣中提取水溶性蛋白质，探索最佳提取工艺。结果表明，在温度65℃、NaOH浓度0.6%、液固质量比17∶1、提取时间50 min条件下，提取马铃薯皮渣中水溶性蛋白质得率较高，最终粗蛋白提取率可达40%，且此方法简便、易操作。迟燕平等[31]以马铃薯渣为原料，利用碱性蛋白酶将薯渣中的蛋白质转化为具有抗氧化活性的多肽，分析不同酶解时间和pH值对马铃薯蛋白质水解度和溶解度的影响，试验结果表明，当酶解时间为7 h、pH值为7.5时，马铃薯蛋白质的溶解度达到最大为30.1254%。酶解时间和pH值对于马铃薯蛋白质溶解度的影响均为极显著（p<0.01），酶解时间的影响大于pH值。

2.1.5 多酚

马铃薯中的多酚类物质是其重要的次生代谢产物，约有50%的多酚类物质存在于马铃薯的皮和皮层之间，且越靠近中心浓度越低，是具有独特生理活性和药理活性的天然产物[32]。李霄等[33]通过体外抗氧化体系测定马铃薯皮多酚的抗氧化活性。结果表明，马铃薯皮多酚对超氧阴离子自由基清除率最高达18.33%，且在低浓度清除能力明显高于同浓度抗坏血酸；马铃薯皮多酚对羟基自由基的清除率最高达92.26%，对DPPH自由基清除率最高达86.08%。油脂中添加马铃薯皮多酚提取液，可以明显降低油脂的过氧化值。马铃薯皮多酚对超氧阴离子自由基、羟基自由基和DPPH自由基都有很好的清除效果，且在一定程度上能够降低油脂过氧化值，是很好的天然抗氧化剂。屈文秀等[34-35]分别通过微波法和酶法优化试验方案并提取马铃薯皮渣中的多酚。结果显示微波辅助提取最佳工艺条件为浸提剂乙醇浓度55%、料液比1∶25（g/mL）、微波功率50 W、微波时间40 s，此时多酚提取量为3.02 mg/g；酶法提取最佳工艺条件为复合酶添加量1.4%、酶解时间90 min、酶解pH6.1、浸提剂乙醇浓度47%时，马铃薯皮渣多酚的提取量可达3.21 mg/g。

2.2 食品原料的开发

马铃薯皮渣为马铃薯加工副产物，其中含有大量的淀粉、膳食纤维、蛋白质等营养物质，将其处理后，可作为一种食品原料应用到食品生产当中。近些年，马铃薯皮渣食品开发也比较热门，现在已有马铃薯皮渣作为食品原料制作酸奶饼[36]、果汁[37]、食醋[38]、饼干[39]、酚酸[40]、酵母蛋白[41]等多项专利，为马铃薯皮渣的开发应用提供了一个新的方向。

2.3 饲料的加工

马铃薯皮渣质量上乘、成本低廉。鲜马铃薯块茎营养丰富，蛋白质的质量接近鸡蛋，富含多种维生素、矿物质，对保证畜禽健康具有重大意义[42]。罗仓学等[43]选用黑曲霉、啤酒酵母对马铃薯渣进行固态发酵，并对发酵培养基进行优化。结果表明，优化后马铃薯渣培养基组分为原辅料质量比85∶15、料水质量比1∶2、尿素添加量2.0%、硫酸铵添加量1.0%，在此培养基中接入10%的黑曲霉、啤酒酵母（质量比1∶1）混合种子液，在28℃下培养120 h后发酵产品中蛋白质含量、酸性蛋白酶活性、纤维素酶活性分别较未优化前提高了287.79%、229.45%、1 755.34%。李伟等[44]研究了利用15%～25%马铃薯糟渣饲料替代精料中的玉米部分对奶牛产奶量的影响，结果显示马铃薯糟渣饲料替代精料中的玉米对奶牛产奶量无显著影响（P＞0.05），以15%比例替代玉米饲喂效果较好，不仅节约了喂养成本，还利用了马铃薯粉加工副产物，减少了环境污染与资源浪费。

2.4 生物能源的制备

马铃薯渣中所含淀粉、纤维素、固形物以及粗蛋白质等均为较高燃烧值的可燃物质，将其与其他物质混合发酵能够产生燃料。吴笛[45]以马铃薯皮渣和牛粪为原料，通过厌氧发酵装置，进行混合发酵产沼气试验，结果表明在30℃的恒温条件下持续发酵34 d，马铃薯皮渣与牛粪质量比为80∶20时最适合发酵，总固体含量有效利用率为35.22%，产气率为291.71 L/kg。苏槟楠等[46]利用马铃薯渣进行糖化发酵产酒精试验，确定了加水量占发酵基质总质量的80%，糖化时间24 h，最终培养时间72 h的工艺条件，在此条件下酒精度为10.15°。刘爽等[47]研究了猪粪与马铃薯皮渣混合质量比对厌氧发酵产氢效果的影响。试验结果表明，底物组成显著影响产氢发酵的发酵类型。以单纯马铃薯皮渣为底物时，体系的比产氢率最高达31.55 mL/g；当猪粪在发酵底物中的质量比从10∶70提高至40∶40后，维持了较高的比产氢率（22.48 mL/g～24.18 mL/g）；但是当猪粪逐渐变为主要发酵底物（猪粪与马铃薯皮渣质量比为 50∶30、60∶20、70∶10、80∶0）时，发酵逐渐受到抑制。Hijosa-valsero等[48]以马铃薯皮为原料进行了发酵生物柴油的可行性试验，为马铃薯皮渣发酵生产燃料提供了技术支持。

2.5 环保材料的开发

环保产品已成为21世纪全球科学家的首要议程，其中一个重点是食品加工行业的副产品回收[49]。马铃薯作为全球第四大粮食作物，具有良好的开发与应用前景。Borah等[50]用超声波处理不同比例的马铃薯皮渣与甜橙渣膜溶液，从而合成可被降解的生物聚合膜。该膜可被生物降解，不会对环境造成影响。

2.6 其它

马铃薯皮渣综合利用研究仅见关于洗涤剂[51]、水产养殖[52]、肥料[53-54]、包装材料[55-57]等相关报道，需加大研究力度，提高马铃薯皮渣的附加值。

3 问题及展望

马铃薯皮渣作为薯粉加工副产物也存在着开发利用的难题，例如含水量较大、不易储藏运输；泥沙残土含量较高、提纯成本较大等弊端。如何解决这些弊端也将是未来研究方向之一。

我国是马铃薯生产大国，马铃薯皮渣的产量十分巨大且价格低廉。但马铃薯皮渣这一资源并没有被高效利用，离马铃薯皮渣产业化处理的需求还有较大差距。今后应加大研究力度，系统深入研究马铃薯皮渣处理技术，创新马铃薯皮渣功能性物质的提取工艺，充分利用到食品原料的开发、饲料的开发、生物能源的制备与环保材料的开发当中，在促进人类健康生活中发挥积极作用。