浅谈马铃薯淀粉

浅谈马铃薯食工132王新月18113205摘要：农业部公布了《关于推进马铃薯产业开发的指导意见》，提出把马铃薯作为主粮，扩大种植面积、推进产业开发。因此马铃薯行业的升级势在必行，包括马铃薯淀粉的生产和加工副产物的产业化利用等。马铃薯营养丰富且马铃薯淀粉具有优良的糊化特性（如糊化温度低，吸水力高，糊浆透明度强等），所以很多行业都会利用马铃薯淀粉，尤其是近几年马铃薯淀粉的变性淀粉广泛的应用于食品加工业，饲料加工业，日用化工等行业。关键字：马铃薯；营养价值；生产工艺；废物利用；变性淀粉前言2016年2月23日，农业部公布了《关于推进马铃薯产业开发的指导意见》，提出把马铃薯作为主粮，扩大种植面积、推进产业开发。到2020年，马铃薯种植面积扩大到1亿亩以上，适宜主食加工的品种种植比例达到30%，主食消费占马铃薯总消费量的30%。马铃薯主粮化是必然的选择，原因在于：因势而谋推进马铃薯主粮化，利于改善膳食结构，满足人民增强体质健康的愿望；应势而动推进马铃薯主粮化，利于挖掘生产潜力，开辟保障国家粮食安全的新途径；顺势而为推进马铃薯主粮化，利于缓解资源环境压力，实现农业可持续发展。推进马铃薯成为我国主粮产品对保障国家粮食安全意义重大。到2020年我国粮食需求增量将达到500亿kg以上，但受耕地资源的约束和种植效益的影响，小麦、水稻等口粮品种继续增产的空间变小、难度加大。马铃薯是世界第四大粮食作物，耐寒、耐旱、耐瘠薄，适应性广，种植起来更为容易，属于省水、省肥、省药、省劲儿的“四省”作物，主粮化潜力巨大、前景广阔。0因为马铃薯的发展必然是马铃薯整个产业的配套发展与跨越，涉及品种、种薯、植保、水肥、机械、灌溉、储藏、运输、深加工、食品开发、品牌化等多方面，所以面对集约化生产的趋势，产业升级更是迫在眉睫。[2]正文一、马铃薯的营养价值马铃薯（学名：Solanumtuberosum），又称地蛋、土豆、洋山芋等，属茄科多年生草本植物，块茎可食用。主要生长在北纬35°~50°、光照强、昼夜温差大、气候冷凉的沙质土壤带。其营养价值十分丰富，具有多种食疗保健作用。它与小麦、稻谷、玉米、高粱并成为世界五大作物。马铃薯原产于南美洲安第斯山区，人工栽培历史最早可追溯到大约公元前8000年到5000年的秘鲁南部地区。马铃薯主要生产国有中国、俄罗斯、印度、乌克兰、美国等。中国是世界马铃薯总产最多的国家。马铃薯是继谷物大米、小麦和玉米之后，世界上的第四大种植作物，并且是唯一以块茎为食物的主要粮食作物。一些食品科学家认为马铃薯和全脂牛奶即可满足人体所有营养需求，一些农业科学家认为由于全球人口数量快速增长，如果未来发生食物危机，唯一能拯救人类的就是马铃薯。铃薯块茎干物质主要由淀粉组成，生的马铃薯原淀粉为抗性淀粉，但经过烹饪糊化后几乎能够完全被消化吸收，因此马铃薯被列为高血糖指数食品。马铃薯淀粉的血糖指数与烹饪方式关系非常大，烹饪后冷却的马铃薯血糖指数降低，因为返生的淀粉为抗性淀粉，可以当成膳食纤维。马铃薯蛋白必需氨基酸含量高，营养价值好，而且富含赖氨酸可以弥补大米、小麦主食的不足，但马铃薯蛋白含硫氨基酸含量低，而且半胱氨酸含量低给将马铃薯开发成面条、馒头等适合中国人主食的加工性能造成了不利影响，但这一缺陷可以通过分子育种来进行解决。马铃薯也是膳食纤维、维生素、矿物质和植物营养素的重要来源，马铃薯富含胡萝卜素、叶酸、维生素B6、绿原酸、花青素等，大米、小麦中缺乏这些营养元素，传统主食模式需要通过水果蔬菜来补充，原本被当成蔬菜的马铃薯主食化以后可以直接提供；马铃薯钾元素含量高，摄取马铃薯当中的钾元素部分替代饮食摄取食盐中的钠元素，对人体健康具有十分重要的营养学意义。[3]二、马铃薯淀粉的特性淀粉是植物通过光合作用天然合成的一种多糖高分子化合物，广泛存在于植物的果实、根、茎中，禾谷类植物和豆类的种子、薯类的块茎中淀粉的贮藏量较大，可以通过工业加工制造予以利用。目前，国际上制造的淀粉主要有两类,既以玉米淀粉、小麦淀粉为代表的禾谷类淀粉和以马铃薯淀粉、木薯淀粉为代表的薯类淀粉，前者也被称为地上淀粉，后者为地下淀粉。中国的商品淀粉主要是玉米淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉和木薯淀粉。不同种类植物的淀粉其性质有较大的差异，在利用上有所区别。谷类淀粉一般粒径相对较小，糊化后糊浆粘度低，糊浆稳定性好，其中的玉米健粉纯度和白度高，淀粉粒整齐，制品的成本低，在世界范围内是生产量和商品量最大的植物淀粉，薯类淀粉中的马铃薯淀粉粒径比禾谷类淀粉粒径大，粘性大，糊化温度低，吸水力强，糊浆透明度强，尤其其支链淀粉分子上结合有磷酸基，使得马铃薯淀粉具有其它淀粉不具备的优良的糊化特性和独特的用途，是仅次于玉米淀粉的生产量和商品量居第二位的植物淀粉。[4]三、马铃薯淀粉生产工艺马铃薯应在收获后一个月内加工。一般的马铃薯淀粉生产工艺如下：清洗：马铃薯送到除石机，以除去石块及其它重杂质,在输送到鼠笼式清洗机，对马铃薯进行初清洗；再由水输送到桨式清洗机，进行彻底清洗；破碎：清洗后的马铃薯由带有可调速驱动电机的给料螺旋送机输送至锉磨破碎机，锉磨机转子装有锯条状刀片用来破碎马铃薯；淀粉提取：破碎的马铃薯自行落入地坑中，用螺杆泵打入三级离心筛，将淀粉乳与纤维分离，分离后的纤维脱水后由螺杆泵送到储渣池；浓缩：筛分后的马铃薯粗淀粉泵送到旋流除砂站除去泥沙，淀粉乳由经除砂后打入浓缩旋流器,然后泵输送至淀粉清洗工段；淀粉洗涤：经浓缩的淀粉乳，被泵送至12级淀粉洗涤系统，在这里，淀粉和细小的纤维分离；淀粉脱水：精制的淀粉由“残留滤饼”式真空脱水机脱水，脱水后的淀粉由螺旋输送机输送或皮带输送机输送至淀粉干燥工段；干燥：经过脱水后的湿淀粉含水率≤40%，由给料机经扬料器送入气流干燥机组进行干燥；经脱水至40%的湿淀粉由给料机和扬料器送入气流干燥机的立管中，由换热后温度在145～160℃的热风吹向上走，在脉冲管中湍动进行热交换，干燥完的淀粉被风带走进入旋风分离器进行废气与物料的分离，成品淀粉用螺旋输送机和斗提机送至成品仓，进行包装；包装：进入成品仓的含水率为≤18%的干淀粉经杠杆给料机进入自动装袋称，打包后由成品皮带输送机送入成品库储存。[5]四、马铃薯加工副产物的利用马铃薯淀粉加工的副产物主要是马铃薯淀粉加工分离汁水（废水）和薯渣（废渣）。马铃薯淀粉加工分离汁水（PotatoFruitWater，PFW）是指从淀粉生产线上的旋流站溢流排放出来的汁水，其pH值大约为5.6。淀粉加工分离汁水有机物含量很高，化学需氧量（ChemicalOxygenDemand，COD）高达30000mg/L以上，其化学成分包括水、淀粉、纤维素、蛋白质、氨基酸、糖、盐和酸等。薯渣含水量特别高，达到了87%，国产淀粉加工设备含水量更高（～93%）。其他化学成分以干基计算主要包括淀粉55.62%、纤维素31.93%、蛋白质8.32%、灰分3.10%和脂肪0.42%。由于鲜薯渣含水量高，不宜贮存、运输，生产季节集中，大量的薯渣堆积，若不及时处理，既占用场地又容易腐败产生恶臭，造成环境污染。马铃薯淀粉加工分离汁水（排放以后就变成废水了）的处理方式大致可以分为三大类：（1）直接进行无害化处理后达标排放。通常采用生化处理法通过微生物或者是酶法、催化氧化法，将废水中的有机物氧化分解成CO2和H2O后直接排放。此法投资较大、运行成本高，企业没有增加新的经济效益。生化处理过程中可以增加厌氧发酵产生沼气可以获得能源，但是终因生产季节短和环境温度低产气量不足，很难实现工业化利用。（2）将淀粉加工废水与废渣混合，补充适当的氮源等生物发酵生产活性酵母、饲料或其他生物质营养物等。此类利用形式在新的发酵产品的同时，又产生了新的废渣废水。（3）先从马铃薯淀粉加工分离汁水中提取有用物质进行部分或者全部资源化利用后，再部分排放或完全不排放。比较典型的是荷兰尼沃巴研究开发的蒸汽闪蒸絮凝法和“特殊真空转鼓过滤机”分离技术。从马铃薯淀粉分离汁水中提取回收蛋白后，余下的废水再通过蒸馏浓缩使有机废水变为液体肥料和蒸馏水。实现马铃薯淀粉加工无废料生产。其全套设备价格十分昂贵，运行费用也很高。但是，其分离回收蛋白等有效成分进行资源化利用的思路在我国马铃薯淀粉加工产业值得借鉴。设计合理，资源化利用产生的经济效益是可以部分或者全部补偿废弃物利用的工程投入和运行费用。在我国马铃薯淀粉厂比较集中的西部和东北地区，马铃薯淀粉废水直接采用生化法处理有三大技术难题：一是处理能力不足。马铃薯淀粉废水排放量大、浓度高，总固形物达5%左右。二是环境温度低。生化反应通常要求环境工作温度在18℃以上。三是不能连续生产。季节性生产100天左右。生化法的微生物菌种在非生产期保存困难，重启动时间长、费用高。将马铃薯淀粉加工分离汁水中的蛋白质及其相关营养物质提取分离以后，余下的废水直接进行农田灌溉或其他处理（包括生化处理）是我国将来马铃薯淀粉厂分离汁水资源化利用的重要发展方向。根据回收的方式不同，回收的马铃薯蛋白可用作饲料或者用作食品、药品。对于薯渣的利用，国内外许多学者做了多方面的尝试，其中包括用马铃薯渣制备膳食纤维、提取果胶，以及利用不同种类的微生物发酵马铃薯渣，制备出燃料酒精、氢气、乳酸、聚丁烯、果糖、普鲁蓝糖等发酵产品，利用马铃薯渣配合其他营养物质发酵生产单细胞蛋白饲料，利用木霉发酵马铃薯渣生产木聚糖酶、羧甲基纤维素酶等。中国科学院兰州化学物理研究所用马铃薯淀粉废渣制备出了高吸附性活性碳。研究表明，该活性炭产率达到33.33%～44.59%，比表面积达到1008.73～1032.83m2/g，对高浓度有机污染物的吸附量达到112.05～165.18mg/g。同时，还开展了废渣制备果胶的研究。100L级柠檬酸提取法制备果胶模试，果胶提取率达到了5.1%，果胶含量达到了62%。[6]五、马铃薯淀粉的应用马铃薯淀粉广泛应用于纺织、石油开采、饲料及食品等行业，尤其近年来国际国内食品市场的开拓，使高精马铃薯淀粉的需求猛增，使其成为国内外淀粉深加工行业的首选产品，销路广阔、市场前景看好。变性淀粉从20世纪40年代开始在西方国家实现工业化生产，目前已经在造纸、纺织、建材、化妆品等行业得到了广泛地应用。我国的变性淀粉开始起步比较晚，但是发展比较快，经过了近20年的发展，已经初具规模。随着我国改革开发的不断深入和我国变性淀粉行业设备、技术、自动化的不断进步，我国变性淀粉的市场前景一定会越来越好。食品加工业：马铃薯淀粉约30%应用在食品上。用用于冰激凌中做增稠剂，比其他增稠剂具有更好的稳定性。用于果汁、奶或乳饮料中做稳定剂，可以保持产品的均匀稳定，防止奶蛋白的凝聚，从而提高乳饮料的质量，并能长期、稳定地贮存，不腐败变质。做保鲜剂，将变性淀粉的稀水溶液喷洒到肉类制品、蔬菜、水果等食物表面，可形成一种极薄的膜，能长期贮存，保持食品的鲜嫩。在汤料中大量使用，具有较高的初始粘度，能有效地分散各种成分，在随后的高压消毒处理时，最终产品的粘度可以达到所要求的程度。同时，用于焙烤特殊食品；制成颗粒作为“布丁”；香肠的扎线和填充料；适于口味极温和的清水罐头水果等；添加在糕点面包中，可增加营养成分，还可防止面包变硬，从而延长保质期；添加在方便面中，增强柔软度、改善口感。饲料工业：主要用于水上养殖饲料的粘结剂。甲鱼、鳗鱼饲料是浮漂在水中供食用的，作为水上养殖饲料的粘结剂应该具有不怕水、易于消化、无毒等特点，而马铃薯精淀粉的变性产物预糊化淀粉是鳗鱼饲料的最好粘结剂，一般添加量占20%。糖果工业：作为制作造型糖果的成形剂。作为稠化剂以增加焦糖和果汁软糖的光滑性和稳定性。作为馅饼、人造果冻的增稠剂，浇模糖果如雪花软糖的凝胶料，乳脂糖或果汁软糖的粘合剂，胶姆糖、口香糖等糖果的撒粉剂。日用化工：在化妆品或涂料中用粘合剂、悬浮剂和增稠剂。作为粘合剂主要是糊精化马铃薯淀粉。19%的马铃薯淀粉用于制备粘合剂。糊精化马铃薯淀粉具有高的糊粘性和柔韧的最终膜，还具有极容易再显胶的特性，使它可用于生产涂胶商标、贴标签、包装胶纸和胶带纸等。石油工业：马铃薯预糊化淀粉具有抗高温和耐高压的特