吳海燕，鐘振聲，蓋春慧

(華南理工大學化學與化工學院，廣東廣州510640)

馬鈴薯渣是馬鈴薯淀粉生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的一種主要成分，是水、細胞碎片和殘余淀粉顆粒的副產(chǎn)物。鮮薯渣含水量高達90%，不宜儲存、運輸，由于生產(chǎn)季節(jié)集中在夏秋季節(jié)，氣溫較高，大量的薯渣堆積，若不及時處理，幾天內即腐敗產(chǎn)生惡臭，造成環(huán)境污染［1］。若烘干處理，能耗非常高。因此，采用最經(jīng)濟的方法處理薯渣，消除環(huán)境污染，同時使之產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益，對于馬鈴薯淀粉廠來說是亟待解決的重要課題。

對于薯渣的利用，國內外學者做了多方面的嘗試，其中包括用薯渣來生產(chǎn)酶、乙醇、飼料、提取果膠、制作醋、醬油、白酒，制備膳食纖維等。在上述利用途徑中，只利用薯渣的部分物質，這不但是對資源的浪費，降低經(jīng)濟效益，而且不能消除污染。

本文將馬鈴薯渣進行雙酶解法液化降解和糖化處理，使分子質量相對低的碳水化合物進入溶液狀態(tài)，分子質量相對高的碳水化合物保持固體狀態(tài)，通過簡單的過濾把兩者分離。液態(tài)物質再經(jīng)過發(fā)酵轉化為含量較高的膳食蛋白，固態(tài)物質通過分離和改性成為具有營養(yǎng)價值的膳食纖維。經(jīng)過上述處理，可以將馬鈴薯渣中的生物質基本利用完畢，增加馬鈴薯加工產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益，減除薯渣對環(huán)境造成污染的壓力。

1 材料和方法

1.1 材料

新鮮馬鈴薯渣，來自吉林四平現(xiàn)代天豐公司馬鈴薯淀粉廠，在線取樣，固體含量7% ～11%。耐高溫α-淀粉酶和糖化酶，諾維信公司工業(yè)品。無水乙醇、乙腈、3，5-二硝基水楊酸、無水亞硫酸鈉等，均為分析純試劑。熱帶假絲酵母、異常漢遜酵母、黃曲酶、綠色木酶，凍干種，廣東微生物研究所購買。

1.2 主要設備及儀器

TGL-16gR冷凍離心機，上海安亭科學儀器廠;pHS-25型精密pH計，上海精科儀器廠;85－2型恒溫磁力攪拌裝置，上海閔行虹浦儀器廠;SW-CJ-1D型單人凈化工作臺，蘇州凈化設備有限公司;Rapid N cube杜瑪斯定氮儀，德國elementar公司;SPX-1505-Ⅱ生化培養(yǎng)箱，上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司;Scient2-10N冷凍干燥機，寧波新芝生物科技股份有限公司;U3010紫外-可見分光光度計，日本HITACHI公司;高效液相色譜，美國Waters。

1.3 測定方法

水分、灰分、還原糖、淀粉、蛋白質、膳食纖維、脂肪的測定，參照相關的中華人民共和國國家標準規(guī)定的方法進行測定［2～8］。

1.3.1 膳食纖維持水力測定

稱取0.100 0 g纖維樣品加入適量蒸餾水，在25℃下攪拌24 h，懸浮液在4 000 r/min條件下離心20 min，將上清液倒出，甩干。吸水率計算［9］:

1.3.2 膳食纖維持油力測定

稱取0.100 0 g纖維樣品加入適量花生油，在25℃下攪拌24 h，轉移至離心管，在4 000 r/min條件下離心20 min，取出，將上清液倒出，甩干，稱重。吸油率計算［9］:

1.3.3 單細胞蛋白氨基酸檢測分析

美國Waters高效液相色譜，PICO.TAG氨基酸分析柱，38℃，檢測波長254 nm，流速1 mL/min。

1.4 試驗方法

1.4.1 工藝流程

1.4.2 雙酶法制備發(fā)酵基礎培養(yǎng)基和膳食纖維

取新鮮馬鈴薯渣，加水統(tǒng)一調整到固體含量6%～7%。調整 pH=5～6，按0.1%比例加入 α-淀粉酶，在105℃噴射液化。降溫到56℃，按照0.5%(W/W)的比例加入糖化酶，反應到DE值不再升高為終點。用150目紗布抽濾，分別收集液體和固體做下一步處理。

1.4.3 蛋白發(fā)酵試驗

用1.4.2制備的溶液做培養(yǎng)液，調初始pH=4，28～30℃，接菌種，搖床轉速250 r/min下培養(yǎng)若干時間。通過改變底物濃度、培養(yǎng)時間、接種量等單因素實驗，確定適宜的發(fā)酵工藝參數(shù)。

1.4.3 纖維后處理

取1.4.2步驟處理后得到的固體樣品20 g(干基計)，加水200 mL，調 pH=10，加5%H2O2溶液9mL，在70℃漂白3 h，干燥，粉碎得產(chǎn)品。

2 結果和討論

2.1 新鮮馬鈴薯渣主要成分測定值

經(jīng)本課題研究實驗測定，新鮮馬鈴薯渣的平均組分比例見表1。

表1 新鮮馬鈴薯渣的主要組成成分平均值

測定結果表明，在鮮馬鈴薯渣中可利用的碳水化合物占干基總量的95.87%，生物質類型高度集中，方便作為碳源循環(huán)利用。脂肪只有0.42%，即使全部進入產(chǎn)物中對產(chǎn)物的營養(yǎng)用途基本上不產(chǎn)生影響，無需特別處理?；曳忠钥扇苄詿o機鹽的形式存在，可以用離子交換等簡單工藝予以去除。

2.2 雙酶法制備發(fā)酵基礎培養(yǎng)液和膳食纖維的試驗結果

作為馬鈴薯渣制備膳食蛋白的基礎，本試驗先采用通用的雙酶水解法將馬鈴薯渣中部分碳水化合物降解為糖類化合物。不溶性的膳食纖維與糖類化合物分別處于固態(tài)和液態(tài)，使用簡單的過濾工藝便可實現(xiàn)兩者分離，分別加以利用。試驗結果歸納于表2。

表2 雙酶水解法處理鮮馬鈴薯渣的結果

馬鈴薯渣干物質中的75.3%轉化為發(fā)酵基礎培養(yǎng)液，其中主要是糖類物質，還有部分的可溶性膳食纖維、果膠、半纖維素、無機鹽等。由于采用150目紗布過濾，一部分蛋白和細微的纖維以懸浮液或乳液的形態(tài)進入培養(yǎng)液內。薯渣中19.8%的干物資以膳食纖維的形式得到回收。以上2項加起來達到95.1%，馬鈴薯渣里面的固型物基本都得到回收利用。

2.3 蛋白發(fā)酵菌種的篩選

用1.4.2制備的溶液做培養(yǎng)液，分別接入熱帶假絲酵母、異常漢遜酵母、綠色木酶，在初始pH值為4、溫度28℃、搖床轉速250 r/min、時間為72 h的條件下，通過搖瓶培養(yǎng)產(chǎn)生單細胞蛋白，分別測定菌種的蛋白產(chǎn)率。結果見表3。

表3 不同菌種的蛋白產(chǎn)率

實驗結果表明，熱帶假絲酵母產(chǎn)率最高，以下試驗中均采用該酵母。

2.4 蛋白培育的條件優(yōu)化

用1.4.2制備的溶液做培養(yǎng)液，調初始pH=4，28～30℃，接熱帶假絲酵母菌種，搖床轉速250r/min下培養(yǎng)。通過改變底物濃度、培養(yǎng)時間、接種量等單因素實驗，確定適宜的發(fā)酵工藝參數(shù)。結果分別見圖1、圖2 和表4。

圖1 糖液濃度與蛋白產(chǎn)量的關系

圖2 菌種接入量對蛋白產(chǎn)量的影響

從圖1可見，糖液濃度對蛋白產(chǎn)量影響很大。起始濃度過低時培養(yǎng)一次單細胞蛋白(SCP)后的糖液不可再被利用，為使所制糖液能充分利用，不使剩余糖液中的糖含量過多，應使用高濃度糖液培養(yǎng)，以達到循環(huán)利用的目的。在本試驗條件下，采取OD值為6 mg/mL的糖液濃度作為一個培養(yǎng)蛋白的起始濃度是合適的。

由圖2可見，蛋白產(chǎn)量基本與接入酵母的量成正比。在實際工作中考慮到工作量的問題，采取接入5環(huán)是適合的，由此得到的蛋白產(chǎn)量0.3050SCP/g也較高。

表4 培養(yǎng)時間對酵母產(chǎn)量的影響

實驗結果表明，時間延長則蛋白產(chǎn)量升高，但超過72 h酵母產(chǎn)量反而降低。有可能是酵母發(fā)酵時間過長時會生成乙醇等副產(chǎn)物，降低蛋白的產(chǎn)量。故采用發(fā)酵時間72 h為佳。

2.5 蛋白質氨基酸檢測分析結果

本實驗得到的蛋白樣品經(jīng)6 mol/L HCl在110℃下水解24 h后用HPLC進行氨基酸成分分析，結果見表5。

表5 單細胞蛋白的氨基酸組分分析結果

表5結果表明本試驗制備的蛋白主要是由17種氨基酸組成，含量最高的是谷氨酸、天冬氨酸、亮氨酸。其中極性氨基酸有天冬氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、谷氨酸、賴氨酸、組氨酸、半胱氨酸和精氨酸，總含量為18.74 g/100 g;其他的為非極性氨基酸，總含量為18.57 g/100 g。樣品中蛋白質總含量為12.65 g/100 g，即氨基酸含量為37.31%。經(jīng)本實驗從馬鈴薯渣中產(chǎn)生的蛋白質營養(yǎng)價值比較高。

2.6 膳食纖維的后處理及性能

1.4.2 中抽濾后收集的固體主要是脫除淀粉、蛋白、水溶性多糖的膳食纖維。經(jīng)過雙氧水漂白、干燥和粉碎后得到產(chǎn)品，提取率為26.6%。分別測定其主要成分、白度、持水性、膨脹力和持油力，所得數(shù)據(jù)見表6和表7。

表6 膳食纖維產(chǎn)物主要組分 %

表7 膳食纖維產(chǎn)物的部分性能

經(jīng)過1.4.2處理步驟之后，馬鈴薯渣中的多糖，半纖維素、蛋白質、淀粉、果膠等物質已經(jīng)被淀粉酶和糖化酶有效降解進入培養(yǎng)液中，過濾后分離得到的非水溶性纖維達到比較高的純度。膳食纖維的含量超過86%(干基計算)，白度達到23.5。

持水性、膨脹力和持油力是評價不溶性膳食纖維生理性能的重要指標。從表7數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過本實驗工藝流程得到的膳食纖維的顯著特點是持水力特別強，達到9.06 g/g。其吸水性遠遠超過谷類、豆類加工的副產(chǎn)品(小麥皮6.4～6.6 g/g(干重);燕麥麩5.5 g/g(干重);大豆粕4.1 g/g(干重)。)，持水性完全能滿足食品制造商的基本要求(2.0 g/g(干重))。植物細胞壁的主要成分是纖維素、半纖維素和果膠等，在本工藝流程中經(jīng)過兩種酶的處理，使細胞壁發(fā)生不同程度的改變，如軟化、膨脹和崩潰等，從而可改變細胞壁的通透性，有利于提高其持水性。

3 結論

(1)從馬鈴薯渣的成分分析來看，其中主要的有用成分為可利用的碳水化合物占干基總量的95.87%，生物質類型高度集中，方便作為碳源循環(huán)利用。

(2)用雙酶法可以將可利用物質分為不可溶的膳食纖維和可溶的糖類化合物，通過簡單的過濾就可以將兩者分離，分別加以利用。兩者利用率加起來達到95.1%，馬鈴薯渣里面的固型物基本都得到回收利用。

(3)培養(yǎng)單細胞蛋白時最佳條件為:采取OD值為6 mg/mL的糖液濃度作為一個培養(yǎng)蛋白的起始濃度，選用熱帶假絲酵母，接種5環(huán)，培養(yǎng)72 h。蛋白的最高得率為43.12%。

(4)本實驗制備的蛋白質營養(yǎng)價值比較高，含有17種氨基酸，含量最高的是谷氨酸、天冬氨酸、亮氨酸。

(5)經(jīng)過后處理的膳食纖維性能都有所改變，最為顯著的是其持水力特別強，達到9.06 g/g。

［1］ 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)，2001，27(3):82 －84.

［2］ GB/T 5009.3－2003.食品中水分的測定［S］．

［3］ GB/T 5009.4－2003.食品中灰分的測定［S］．

［4］ GB/T 5009.7－2003.食品中還原糖的測定［S］．

［5］ GB/T 5009.9－2003.食品中淀粉的測定［S］.

［6］ GB/T 5009.5－2003.食品中蛋白質的測定［S］.

［7］ 潘英明，林寧.膳食纖維測定方法的改進［J］．食品科學，2002，23(11):106 －108.

［8］ GB/T 5009.6－2003.食品中脂肪的測定［S］．

［9］ 蓋春慧，林煒創(chuàng)，鐘振聲.粒度對馬鈴薯渣膳食纖維功能特性的影響［J］．現(xiàn)代食品科技，2009，25(8):896－899.