一种促进马铃薯渣干燥脱水的方法及其应用与流程

本发明涉及一种促进马铃薯渣干燥脱水的方法及其应用，属于生物质资源利用领域。

背景技术：

中国的马铃薯种植面积和总产量位居世界首位，每年有大量的马铃薯用于淀粉和全粉的加工。在生产马铃薯淀粉的过程中，产生了大量的废弃物马铃薯渣，平均每生产1吨马铃薯淀粉约产生6～7吨的马铃薯渣。随着马铃薯淀粉产业的迅速发展，马铃薯渣不能得到良好的综合利用问题已经成为制约马铃薯淀粉加工行业发展的瓶颈问题。

马铃薯渣主要由水、细胞碎片和残余淀粉颗粒组成。鲜马铃薯渣的含水量可达90％，同时还有纤维素、半纤维素和果胶等持水力较强的物质，使得薯渣不易干燥，干燥成本高，并且马铃薯渣自带33种菌：28种细菌、4种霉菌、1种酵母菌，导致马铃薯渣不易储存、运输，容易腐败变质，产生不良气味。薯渣的转化利用和增效问题得不到解决，容易堆积腐败，造成环境问题，给企业带来困扰与损失。马铃薯渣的日产量巨大，目前对于马铃薯渣的研究仍停留在小批量的实验研究，仍无法解决防腐以及快速脱水干燥而造成马铃薯渣的堆积腐败，因此，如何快速高效的处理马铃薯渣，抑制马铃薯渣中腐败菌的生长，降低马铃薯渣持水力，实现马铃薯渣快速脱水，降低干燥成本的同时提高马铃薯渣的营养价值，成为了一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种抑制马铃薯渣中杂菌生长、提升马铃薯渣品质并实现快速脱水干燥的方法，可以有效防止马铃薯渣腐败变质，改善马铃薯渣的营养价值，并使得马铃薯渣快速脱水，容易干燥，具有较好的经济和环境效益。

本发明的第一个目的是提供一种马铃薯渣的发酵方法，所述方法以鲜马铃薯渣为发酵底物，添加果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶中的至少一种进行酶解处理，并接种植物乳杆菌和酵母菌混合菌液，固态厌氧发酵。

在本发明的一种实施方式中，所述鲜马铃薯渣，水分含量为85～95％。

在本发明的一种实施方式中，所述酶解处理是以果胶酶与纤维素酶以1～3：1～10的比例进行混合，果胶酶以0.25～13u/g的添加量加入鲜马铃薯渣中。

在本发明的一种实施方式中，所述酶解处理是以果胶酶与半纤维素酶以1～3：1～5的比例进行混合，果胶酶以0.25～13u/g的添加量加入鲜马铃薯渣中。

在本发明的一种实施方式中，所述酶解处理是以果胶酶：纤维素酶：半纤维素酶为1～3:1～10:1～5的比例进行混合，果胶酶以0.25～13u/g的添加量加入鲜马铃薯渣中

在本发明的一种实施方式中，所述固态厌氧发酵后还进行机械脱水和干燥。

在本发明的一种实施方式中，所述接种是以2～14％(菌液体积ml/发酵底物质量g)的接种量接种植物乳杆菌与酵母菌的混合菌液，所述混合菌液的浓度为(1.0～9.9)×10⁹cfu/ml。

在本发明的一种实施方式中，所述混合菌液中植物乳杆菌与酵母菌的混合比为1～4：1～5

在本发明的一种实施方式中，所述方法在加入酶液或菌液后进行机械搅拌混合，或采用

均匀喷洒酶和菌种混合液后层铺堆积。

在本发明的一种实施方式中，所述发酵采用密封袋、地坑堆积密封或采用密闭发酵罐等装置实现无氧或者厌氧条件。

在本发明的一种实施方式中，所述发酵温度为25～39℃，发酵时间为48～120h。

在本发明的一种实施方式中，所述脱水方式为板框压滤、螺旋挤压、离心脱水或其组合。

在本发明的一种实施方式中，所述干燥方式为鼓风干燥、气流干燥、环流干燥、闪蒸干燥或其组合。

在本发明的一种实施方式中，所述方法具体包括如下步骤：

(1)以鲜马铃薯渣为发酵底物，调整水分含量为85～95％，

(2)将果胶酶或果胶酶与纤维素酶、半纤维素酶的混合酶与发酵底物混合，酶添加量为0.25～13u/g，混合比例为(果胶酶)1-3:(纤维素酶)1-10:(半纤维素酶)1-5，机械搅拌或翻动使其混合均匀后接种植物乳杆菌或植物乳杆菌与高活性酵母菌混合菌液，菌液接种量为2～14％(菌液体积ml/发酵底物质量g)，混合菌液比例为(植物乳杆菌)1-4:(高活性酵母菌)1-5。机械搅拌或翻动使其混合均匀，密封袋、地坑堆积密封或密闭发酵罐，实现无氧或者厌氧条件，25～39℃下进行固态厌氧发酵48～120h。

(3)发酵结束后，采用板框压滤、螺旋挤压、离心方式实现马铃薯渣的脱水。

(4)脱水后，采用鼓风、气流干燥、环流干燥、闪蒸干燥或其组合方式干燥马铃薯渣。

有益效果：(1)本发明通过接种混合微生物进行厌氧发酵，结合酶法处理马铃薯渣，以果胶酶为主，纤维素或半纤维素为辅，使微生物生长过程中提供酶解适宜的ph，而酶解的产物为菌种生长提供营养源，使二者相互发挥协同作用，在不额外添加营养物质的基础上，提高鲜马铃薯渣发酵水平。菌种代谢产物丰富了马铃薯渣的营养组成，提高马铃薯渣作为饲料的应用价值，同时增强抑制腐败变质的能力，并且极大程度上使被马铃薯渣结合的水游离出，实现马铃薯渣的快速脱水和高效干燥，干燥120min后含水率低于30％，干燥240min后含水率低于10％。相比提取马铃薯渣中有效成分、青贮饲料等处理，成本优势明显，可以更好的适应我国马铃薯渣的综合利用的现状和需求。

(2)本发明的方法以鲜马铃薯渣为发酵底物，可直接处理马铃薯渣，与其它混合麦麸、米糠等原料发酵处理相比，极大地降低了前处理成本和处理难度，并使本发明的方法处理后的马铃薯渣得率提高1.38～1.88倍。

(3)本发明采用酶结合菌种发酵，使酶与微生物发生协同作用，提高发酵水平，菌种代谢产物有益于丰富马铃薯渣的营养组成并抑制马铃薯腐败变质，还能大幅降低鲜马铃薯渣的黏度，增强其脱水能力，降低其处理难度同时实现其快速干燥。

(4)本发明所述的固态厌氧发酵，可明显提高马铃薯渣作为培养基的发酵效果，缩短发酵周期(60h即有较高的发酵水平)，提高马铃薯渣的营养价值，菌种丰富有益的代谢产物有机酸、单细胞蛋白等增加了马铃薯渣应用于饲料的优势。发酵后的马铃薯渣中有机酸含量(尤其乳酸)是相比于未经处理的薯渣提高明显，乳酸含量由0.0012mg/g增加到4.787mg/g，粗蛋白含量增幅达42％，显著丰富了马铃薯渣作为饲料的营养成分。

附图说明

图1为酶法结合菌种发酵处理、未接种发酵处理和未经任何处理的鲜马铃薯渣常温放置五天后霉变情况；a，对照；b，接种微生物后的马铃薯渣；

图2为不同处理方式马铃薯渣含水率和干燥时间的关系；a为果胶酶添加量为0.25u/g，接种4％植物乳杆菌；b为只接种4％植物乳杆菌；c为未经任何处理的马铃薯渣；d为果胶酶添加量3.75u/g、果胶酶：纤维素酶的酶活比为1:1，接种4％植物乳杆菌；e为果胶酶添加量为0.25u/g，果胶酶：纤维素酶：半纤维素酶的酶活比为1:2:3，接种4％植物乳杆菌；f为果胶酶添加量为0.25u/g，果胶酶、纤维素酶的酶活比为1:4；g为马铃薯淀粉；h为微晶纤维素；

图3为不同处理方式马铃薯渣干燥速率和含水率的关系；a为果胶酶添加量为0.25u/g，接种4％植物乳杆菌；b为只接种4％植物乳杆菌；c为未经任何处理的马铃薯渣；d为果胶酶添加量3.75u/g、果胶酶：纤维素酶的酶活比为1:1，接种4％植物乳杆菌；e为果胶酶添加量为0.25u/g，果胶酶：纤维素酶：半纤维素酶的酶活比为1:2:3，接种4％植物乳杆菌；f为果胶酶添加量为0.25u/g，果胶酶、纤维素酶的酶活比为1:4；g为马铃薯淀粉；h为微晶纤维素。

具体实施方式

具体实施方式中的植物乳杆菌为植物乳杆菌cctccm2017138或植物乳杆菌ccfm8661(公开于公开号为cn102586148a的国家发明专利中)，酵母为商业化的安琪酱油酵母(鲁氏酵母)。

实施例1

向鲜马铃薯渣中加入1u/g的果胶酶，并接种菌液浓度为5.6×10⁹cfu/ml的植物乳杆菌cctccm2017138菌液，接种量为10％(菌液体积ml/发酵底物质量g)，混合均匀后，37℃下固态厌氧发酵72h。发酵结束后离心脱水，对发酵体系菌落总数测定，并取出一定量的马铃薯渣在常温下观察其霉变情况。以鲜马铃薯渣作为对照，在相同条件(37℃下固态厌氧发酵72h)下培养。

测定结果表1所示，添加果胶酶和植物乳杆菌发酵处理可明显降低鲜马铃薯渣体系中菌落总数，菌落总数由2.20×10⁸降低至3.46×10⁷(至少一个数量级)。未接种的鲜马铃薯渣在常温放置2天后发生部分区域霉变，接种植物乳杆菌发酵的马铃薯渣在放置5天后，仍未出现霉变现象(图1)。

表1鲜马铃薯渣处理前后的体系菌落总数的变化。

说明此种处理方式可抑制鲜马铃薯渣体系中其他菌的生长，达到防腐的效果，延长其贮藏期，常温密闭可以存放15天以上，缓解日产量巨大的鲜马铃薯渣的处理的压力。

实施例2

分别向鲜马铃薯渣中加入以下物质：

(1)混合比例为1:4(酶活比)的果胶酶与纤维素酶混合酶液，；(2)混合比例为1:2:3(酶活比)的果胶酶、纤维酶与半纤维素酶混合酶液，果胶酶添加量为0.25u/g；(3)混合比例为1:1(酶活比)的果胶酶与纤维素酶，果胶酶添加量为3.75u/g；(4)果胶酶添加量为0.25u/g。

(2)将上述酶液与鲜马铃薯渣混合均匀后，分别接种菌液浓度为4.40×10⁹cfu/ml的植物乳杆菌ccfm8661菌液，接种量4％(菌液体积ml/发酵底物质量g)，混合均匀后，铺平，密封袋密封或采用膜封闭。37℃下固态厌氧发酵72h。发酵结束后，离心脱水，采用鼓风干燥方式，测定不同方式处理后马铃薯渣的干燥特性曲线，以马铃薯淀粉和微晶纤维素为对照。

结果如图2、图3所示，相比于未经处理的马铃薯渣，酶结合接种植物乳杆菌处理的马铃薯渣干燥特性有明显的改善。在相同干燥条件下(55℃为例)，相比未经处理的马铃薯渣，酶法结合菌种处理后的马铃薯渣含水量低，干燥160～240min，酶法结合菌种处理后的马铃薯渣的含水量低于10％，而未经处理和只接种菌种发酵的马铃薯渣干燥240min后仍有高于30％的水分含量。处理后的马铃薯渣干燥时间短，不再具有鲜马铃薯渣的胶状形态，而是具有一定流动性的状态，经脱水后处理，结构松散，可实现气流干燥。酶法结合菌种发酵处理的马铃薯渣的干燥特性优于只接种菌种发酵处理和不经处理的马铃薯渣。

实施例3

向鲜马铃薯渣中加入混合比例为1:4的果胶酶和纤维素酶，以果胶酶添加量为0.25u/g，混合均匀，接种植物乳杆菌和高活性酵母菌混合菌液，接种量为6％，植物乳杆菌(ccfm8661)菌液浓度为3.2×10⁹cfu/ml，高活性酵母菌复水比为40:1(水质量：酵母粉质量)，高活性酵母菌活菌数为7.9×10⁷cfu/ml，两种菌种混合比例为1:2(体积比)，混合均匀后，铺平，密封袋密封或采用膜封闭。37℃下固态厌氧发酵48h。发酵结束后样品离心脱水后，55℃下鼓风干燥。记录样品干燥时间以及干燥终点水分含量、干燥后得率。结果如图2所示。

添加酶结合菌种发酵处理鲜马铃薯渣(湿渣，含水量为92％)，干燥240min后含水率降到10％。并且本发明的处理方式可以明显降低离心、压滤后马铃薯渣的含水率。干燥后，马铃薯渣有酯香气味，并可作为饲料，增进动物的采食。经过本发明处理后的马铃薯渣含水量为13.4％，物料得率为7.20g/100g。

实施例4

向鲜马铃薯渣(湿渣，含水量为91％)中加入混合比例为1:3的果胶酶和纤维素酶，果胶酶添加量为3.75u/g，混合均匀，接种浓度为7.4×10⁹cfu/ml的植物乳杆菌和高活性酵母菌混合菌液，混合比例为1:2(体积比)，植物乳杆菌(该植物乳杆菌由江南大学生物工程学院提供)接种量为8％(菌液体积ml/发酵底物质量g)，混合均匀后，铺平，密封袋密封或采用膜封闭。37℃下固态厌氧发酵48h。将发酵结束后样品板框压滤后气流干燥。干燥10s时间后，所得样品的含水率为12.3％，物料得率为5.29g/100g。

实施例5

向鲜马铃薯渣中加入果胶酶0.25u/g，果胶酶与纤维素酶混合比例为1：1，混合均匀，接种浓度为7.4×10⁹cfu/ml的植物乳杆菌(cctccm2017138)和高活性酵母菌混合菌液，混合比例为1:1(体积比)，植物乳杆菌接种量为8％(菌液体积ml/发酵底物质量g)，混合均匀后，铺平，密封袋密封或采用膜封闭。37℃下固态厌氧发酵60h。发酵结束取一定量的发酵产物4500rpm离心15min，取上清液测定有机酸含量。取一定量发酵后样品冷冻干燥，测定其粗蛋白含量。

酶法结合菌种发酵处理后马铃薯渣高效液相色谱法定量乳酸测定结果显示，乳酸含量从原薯渣的0.0012mg/g增加到4.787mg/g。粗蛋白含量从9.80％(w/w)增长到13.92％(w/w)。

对照例1

具体实施方式同实施例4，区别在于，不添加酶或菌种，或只接种菌种进行发酵，或只添加酶进行处理。

未经处理以及只接种菌体进行发酵处理的马铃薯渣成典型胶状，黏度大，无流动性，不能实现气流干燥。只添加酶处理的马铃薯渣发酵水平降低，有机酸含量仅为酶法结合菌种发酵处理的一半，抑菌性能大大下降，放置5天开始出现明显霉变现象。

对照例2

具体实施方式同实施例3，区别在于，果胶酶添加量为13u/g时，样品干燥后，含水率低于10％，产物的得率仅为3.83g/100g。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。