混合酒曲對(duì)酒糟還原糖轉(zhuǎn)化的研究

紀(jì)鳳娣，趙　爽，趙秀文，趙章林，鄭玉芝*，艾金忠

（1.北京一輕研究院，北京101111；2.北京紅星股份有限公司，北京101400）

混合酒曲對(duì)酒糟還原糖轉(zhuǎn)化的研究

紀(jì)鳳娣1，趙爽1，趙秀文1，趙章林1，鄭玉芝1*，艾金忠2

（1.北京一輕研究院，北京101111；2.北京紅星股份有限公司，北京101400）

采用自制酒曲對(duì)酒糟中殘留可利用淀粉及纖維素等進(jìn)行降解，將其轉(zhuǎn)化為可利用的還原糖。對(duì)自制酒曲酶解酒糟的條件進(jìn)行優(yōu)化，包括，酶解溫度、時(shí)間、酒糟熱處理溫度、料水比、酒曲添加量等。結(jié)果表明，該自制酒曲在酶解溫度40℃，酶解時(shí)間24 h，酒糟經(jīng)過121℃，處理15 min，酒曲添加量10.0%，料水比1∶1.0（g∶mL）時(shí)，大曲型酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率可達(dá)17.5%。

酒糟；混合酒曲；酶解；還原糖

酒糟是白酒生產(chǎn)的大宗副產(chǎn)物，通常每生產(chǎn)1 t白酒可產(chǎn)3 t酒糟，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2013年，全國白酒總產(chǎn)量達(dá)到1 226萬kL，折算酒糟量達(dá)幾千萬噸之多。白酒酒糟營養(yǎng)豐富、酸度高、易腐敗，酒糟中富含蛋白質(zhì)、淀粉、各種氨基酸、有機(jī)酸、微量元素等，如果不及時(shí)加以處理，就會(huì)腐敗變質(zhì)。目前，除五糧液和茅臺(tái)企業(yè)有部分酒糟被進(jìn)一步循環(huán)利用外，大量酒糟直接被運(yùn)送至養(yǎng)殖場(chǎng)，工業(yè)化加工較少，每年仍有約千萬噸的酒糟未經(jīng)處理或稍加處理就排放到環(huán)境中，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。因此，酒糟的綜合開發(fā)利用技術(shù)也已成為釀酒工業(yè)亟待解決的問題。

白酒糟研究主要在國內(nèi)，目前已有大量的研究報(bào)道。如生產(chǎn)蛋白飼料［1-3］、生產(chǎn)纖維素酶［4-7］、生產(chǎn)燃料乙醇及功能成分提取［8-11］等方面，實(shí)際應(yīng)用中以生產(chǎn)飼料為主。將酒糟中殘留淀粉和纖維素轉(zhuǎn)化為可利用糖，也是酒糟有效利用的方式，目前，酒糟中淀粉和纖維素的降解，以酸水解為主［12-13］，也有采用酶法與酸水解法相結(jié)合降解淀粉和纖維素［14］，而采用自制酒曲酶解酒糟獲得還原糖的研究報(bào)道較少。任海偉等［12］利用超聲波處理酒糟后，酸水解殘留的淀粉和纖維素獲得還原糖質(zhì)量濃度11.85 mg/mL。譚力等［13］利用稀鹽酸水解白酒糟獲得還原糖質(zhì)量濃度為3.35 g/100 g，雖然酸水解能獲得較高的還原糖含量，但是酸水解的方式獲得的還原糖不能用于食品生產(chǎn)。劉高梅等［15］采用純酶制劑組合，降解殘留的淀粉和纖維素，酶解得到還原糖的質(zhì)量濃度達(dá)49.75 mg/mL，但純酶制劑用于生產(chǎn)成本偏高。

本研究采用自制混合酒曲酶解酒糟中殘留可利用淀粉及纖維素等成分，將其轉(zhuǎn)化為可利用還原糖，其中自制酒曲為酒糟制曲，整個(gè)過程可實(shí)現(xiàn)合理地最大資源化利用酒糟，降低生產(chǎn)成本，變廢為寶，提高酒糟的附加值，有很好的市場(chǎng)前景。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

大曲型酒糟（含水量65%）：北京紅星釀酒股份有限公司提供；混合酒曲：自制（利用酒糟接種里氏木霉和泡盛曲霉，經(jīng)過發(fā)酵而得酒曲，糖化酶活力184 U/g，濾紙酶活力＞30 U/g，羧甲基纖維素鈉酶活力＞40 U/g）；所用試劑均為分析純，北京化學(xué)試劑公司提供；里氏木霉（Trichoderma reesei）和泡盛曲霉（Aspergillus awamori）：分別由中國工業(yè)微生物菌種保藏中心和中國微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心提供。

1.2儀器與設(shè)備

LDZX-75KBS立式壓力蒸汽滅菌器：上海申安醫(yī)療器械廠；LRH-250生化培養(yǎng)箱、LHS-150SC恒溫恒濕箱、MJ-250-1霉菌培養(yǎng)箱：上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.3方法

新鮮酒糟（含水量65%，淀粉含量14.4%）與水按照一定比例混合，加熱處理后，添加酒曲進(jìn)行酶解，研究酒糟與水的混合比例、酒糟加熱處理溫度、酒曲添加量、酶解時(shí)間、酶解溫度5個(gè)因素對(duì)殘留可利用淀粉及纖維素轉(zhuǎn)化為還原糖的影響。

1.3.1自制酒曲酶解時(shí)間對(duì)酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率的影響

設(shè)置糟水比為1∶2（g∶mL），在121℃處理15 min后，涼至室溫，加入自制酒曲10.0%（按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)），在酶解溫度50℃，酶解時(shí)間分別為1 h、2 h、3 h、4 h、6 h、18 h、24 h和48h，測(cè)定酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率。

1.3.2自制酒曲酶解溫度對(duì)酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率的影響

設(shè)置糟水比為1∶2（g∶mL），在121℃處理15 min后，涼至室溫，加入自制酒曲10.0%，在不同溫度條件下酶解24 h，測(cè)定酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率。

1.3.3自制酒曲添加量對(duì)酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率的影響

設(shè)置糟水比為1∶2（g∶mL），在121℃處理15 min后，涼至室溫，加入不同量的自制酒曲，在50℃酶解24 h，測(cè)定酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率。

1.3.4酒糟料水比對(duì)酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率的影響

設(shè)置糟水比分別為1∶0.5、1∶1.0、1∶1.2、1∶1.5、1∶2.0（g∶mL），在121℃處理15 min后，涼至室溫，加入自制酒曲10%，在50℃酶解24 h，測(cè)定酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率。

1.3.5酒糟熱處理溫度對(duì)酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率的影響

該試驗(yàn)中酒糟淀粉含量為14.4%，糟水比為1∶2（g∶mL），分別在100℃、105℃、110℃、115℃及121℃處理15 min后，涼至室溫，加入自制酒曲10.0%，在50℃酶解24 h，測(cè)定酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率。

1.3.6檢測(cè)方法

白酒糟中淀粉的測(cè)定參考GB/T 5009.9—2008《食品中淀粉的測(cè)定》（酶解法）；還原糖測(cè)定參考GB/T 5009.7—2008《食品中還原糖的測(cè)定》；混合酒曲中糖化酶活力的測(cè)定采用菲林試劑法［16］；纖維素酶活力的測(cè)定參考QB 2583—2003《纖維素酶制劑》的方法；總酸的測(cè)定參考GB/T 12456—2008《食品中總酸的測(cè)定》。

1.3.7酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率定義及計(jì)算公式

本研究中還原糖轉(zhuǎn)化率在已有的相關(guān)研究中未見報(bào)道，因此，特給出還原糖轉(zhuǎn)化率的定義為每100 g干酒糟轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的還原糖的量，計(jì)算公式如下：還原糖轉(zhuǎn)化率

式中：A為酶解完成后還原糖生成量，g；B為酶解前還原糖含量，g；C為所用干酒糟量，g。

1.3.8統(tǒng)計(jì)分析

本研究中，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用SPSS 18.0 ANOVA單因素方差分析（P＜0.05），實(shí)驗(yàn)重復(fù)兩次，每次三個(gè)平行，數(shù)值以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2　結(jié)果與分析

2.1酒糟中營養(yǎng)成分

根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，酒糟中殘留的可利用淀粉及纖維素等物質(zhì)的含量也有差異，如濃香型及醬香型等多糧釀造白酒中殘留的淀粉含量高，而二鍋頭等麩曲型白酒酒糟中殘留的淀粉含量較低，但是其殘留纖維素含量較高，充分利用這些殘留的可利用物質(zhì)，獲得還原糖，可進(jìn)一步提高酒糟的附加值，其經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益顯著。本研究中用到的酒糟為大曲型，酒糟的營養(yǎng)成分如表1所示。

表1　酒糟中營養(yǎng)成分含量Table 1 Nutrient contents of distillers'grains

由表1可知，大曲型白酒酒糟中殘留淀粉和還原糖較高，分別為14.4%和2.3 g/100 g，其總酸含量較高，屬于高酸性環(huán)境，這對(duì)微生物利用酒糟會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

2.2自制酒曲酶解時(shí)間對(duì)酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率的影響

時(shí)間對(duì)酶解的影響一般來說是非常顯著的，自制酒曲酶解時(shí)間對(duì)酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率結(jié)果如圖1所示。

圖1　酶解時(shí)間對(duì)酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率的影響Fig.1 Effect of time on the conversion rate of reducing sugar of distillers'grains

由圖1可知，酶解時(shí)間對(duì)酒糟中還原糖轉(zhuǎn)化率的影響顯著（P＜0.05），隨著酶解時(shí)間的增加，還原糖轉(zhuǎn)化率顯著增加，當(dāng)酶解時(shí)間達(dá)到24 h時(shí)，還原糖轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高，約為17%，也就是說，100 g酒糟（干）能夠被自制酒曲轉(zhuǎn)化生成17 g的還原糖。由表1可知，100 g酒糟中可利用淀粉的含量約為14.4 g，酶解24 h后，淀粉含量為4.2%，即約71%的淀粉被降解，可見，酒糟中殘留淀粉達(dá)到了較高的降解，推測(cè)另有部分纖維素被轉(zhuǎn)化為還原糖。

2.3自制酒曲酶解溫度對(duì)酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率的影響

溫度對(duì)酶解的影響是顯著的，不同的酒曲酶解溫度對(duì)酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率的影響結(jié)果如圖2所示。

圖2　酶解溫度對(duì)酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率的影響Fig.2 Effect of temperature on the conversion rate of reducing sugar of distillers'grains

由圖2可知，隨著酶解溫度的升高，酒糟中還原糖的轉(zhuǎn)化率增加。酶解溫度在35℃以下時(shí)，酒曲對(duì)酒糟中還原糖的轉(zhuǎn)化率為12%左右，沒有顯著差異（P＜0.05）。酶解溫度達(dá)到40℃以上時(shí)，酶解效果顯著高于35℃以下（P＜0.05），還原糖轉(zhuǎn)化率達(dá)到16%以上。該混合酒曲的最適酶解溫度為40～60℃。從經(jīng)濟(jì)及方便實(shí)驗(yàn)操作方面考慮，選擇最適酶解溫度為40℃。

2.4自制酒曲添加量對(duì)酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率的影響

酒曲的添加量實(shí)際上表示的是酶的活力，本研究中，所用酒曲的糖化酶活力為184 U/g，濾紙酶活力＞30 U/g，羧甲基纖維素鈉酶活力＞40 U/g，即添加量為3.0%、5.0%、10.0%、12.5%的酒曲分別對(duì)應(yīng)的糖化酶活力為1 840 U、3 680 U、7 320 U、9 200 U，酒曲添加量對(duì)酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率的影響見圖3。

圖3　酒曲添加量對(duì)酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率的影響Fig.3 Effect of koji addition on the conversion rate of reducing sugar of distillers'grains

由圖3可知，當(dāng)酒曲添加量為10.0%（即7 320 U）時(shí)，酒糟酶解得到的還原糖轉(zhuǎn)化率最高。結(jié)合酒糟中淀粉含量，可知當(dāng)添加量為10.0%時(shí)，已滿足酶解的需求。原料酒糟中淀粉含量為14.4%（干基），即100g酒糟中含有14.4g淀粉，那么添加酒曲的量必須能夠達(dá)到完全降解殘留淀粉并且過量，才能對(duì)酒糟殘留成分的利用起到最大作用。由圖3可見，添加量為3.0%和5.0%時(shí)，添加的酶活力不足，因此，結(jié)果表現(xiàn)出來的是還原糖的轉(zhuǎn)化率在增加，但是沒有達(dá)到最大轉(zhuǎn)化率。因此，在酒糟中淀粉含量為14.4%時(shí)，酒曲添加量10.0%即可。

2.5酒糟料水比對(duì)酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率的影響

當(dāng)酒糟加水量不同時(shí)，酒曲對(duì)酒糟中還原糖轉(zhuǎn)化率的影響見圖4。

圖4　料水比對(duì)酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率的影響Fig.4 Effect of the ratio of material to water on conversion rate of reducing sugar of distillers'grains

由圖4可知，料水比為1∶0.5（g∶mL）時(shí)，酒糟還原糖的轉(zhuǎn)化率為12.1%，顯著低于料水比在1∶1.0（g∶mL）到1∶2.0（g∶mL）時(shí)的還原糖轉(zhuǎn)化率（P＜0.05）。當(dāng)料水比在1∶1.0（g∶mL）到1∶2.0（g∶mL）之間時(shí)，酒糟中還原糖的轉(zhuǎn)化率可達(dá)16.3%以上，并且沒有顯著差異（P＜0.05）。一般來說，加水量大會(huì)利于酶解的進(jìn)行。在加水量從1倍增加到2倍時(shí)，均為固液混合狀態(tài)，有足夠多的游離水將酶分布均勻，這可能是加水量對(duì)酶解作用影響不顯著的原因，因此，最適料水比為1∶1.0（g∶mL）。

2.6酒糟熱處理溫度對(duì)酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率的影響

酒糟加水后采用不同的溫度進(jìn)行熱處理，研究其對(duì)還原糖轉(zhuǎn)化率的影響，結(jié)果見圖5。

由圖5可見，酒糟的熱處理溫度對(duì)酒糟中還原糖的轉(zhuǎn)化率有顯著影響（P＜0.05）。隨著熱處理溫度的提高，還原糖轉(zhuǎn)化率增加，在熱處理溫度為121℃時(shí)，還原糖轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高，為17.3%。也就是說酒糟的熱處理溫度高對(duì)混合酒曲酶解酒糟有利。酒糟作為白酒發(fā)酵的副產(chǎn)物，已經(jīng)經(jīng)過高溫處理，在發(fā)酵過程中容易利用的營養(yǎng)成分優(yōu)先被利用，同時(shí)，酒糟中主要的組分是稻殼，稻殼中含有木質(zhì)素、纖維素及半纖維素達(dá)70%以上。因此，一般的熱處理對(duì)酒糟中殘留的淀粉、纖維素等成分結(jié)構(gòu)的破壞效果不顯著。這可能是由于高溫高壓能促進(jìn)酒糟中木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)的軟化，半纖維素脫掉羧基，降低纖維素的結(jié)晶度，從而增加纖維素酶與酒糟的有效接觸，提高酶解效率，高溫蒸汽使淀粉糊化，有利于α-淀粉酶或糖化酶迅速找到酶切位點(diǎn)［15，17］。

圖5　酒糟熱處理溫度對(duì)酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率的影響Fig.5 Effect of heat treatment temperature on the conversion rate of reducing sugar of distillers'grains

3　結(jié)論

白酒糟為白酒發(fā)酵的大宗副產(chǎn)物，其富含各種營養(yǎng)成分。但是，酒糟作為一種經(jīng)過加熱處理的發(fā)酵副產(chǎn)物，殘留的淀粉類物質(zhì)不易利用、高酸性環(huán)境、稻殼含量高、這都制約了酒糟的利用，本文探討了提高酒糟中殘留可利用淀粉及纖維素轉(zhuǎn)化為還原糖的方法，采用自制混合酒曲，提高還原糖的轉(zhuǎn)化率，為后期繼續(xù)利用酒糟釀酒或產(chǎn)酸等提供理論依據(jù)。

研究表明，通過自制混合酒曲進(jìn)行酶解，酒糟中殘留的淀粉70%以上被轉(zhuǎn)化為還原糖，并且部分纖維素也被轉(zhuǎn)化為還原糖，在對(duì)酒糟加熱溫度，酒曲酶解溫度、時(shí)間、料水比、酒曲添加量等條件進(jìn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)上，獲得了較高的酒糟還原糖轉(zhuǎn)化率，如淀粉含量為14.4%的大曲型酒糟在酶解溫度40℃，酶解時(shí)間24 h，酒糟經(jīng)過121℃，處理15 min，酒曲添加量10.0%，料水比1∶1.0（g∶mL）時(shí)，還原糖轉(zhuǎn)化率可達(dá)17.5%。

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Study on the conversion of reducing sugar of distillers'grains by compoundJiuqu

JI Fengdi1，ZHAO Shuang1，ZHAO Xiuwen1，ZHAO Zhanglin1，ZHENG Yuzhi1*，AI Jinzhong2
（1.Beijing Industrial Technology Research Institute，Beijing 101111，China；2.Beijing Red Star Co.，Ltd.，Beijing 101400，China）

HomemadeJiuquwas used to degrade available starch and cellulose residual in distillers'grains into available reducing sugar.The homemadeJiuquhydrolysis conditions，including enzymolysis temperature，time，heat treatment temperature of distillers'grains，material to water ratio，and koji addition were optimized.The results showed that the optimum condition for homemadeJiuquhydrolysis was temperature 40℃，hydrolysis time 24 h，heat treatment temperature of distillers'grains 121℃and time 15 min，andJiuquaddition 10.0%，material to water ratio 1∶1.0（g∶ml）.Under these conditions，the conversion of reducing sugar of distillers'grains was 17.5%.

distillers'grains；compoundJiuqu；enzymatic hydrolysis；reducing sugar

TS261.1

0254-5071（2016）03-0066-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.03.015

2015-11-10

北京市東城科委科技計(jì)劃項(xiàng)目（2015-3-004）資助

紀(jì)鳳娣（1977-），女，副研究員，博士，研究方向?yàn)槭称钒l(fā)酵技術(shù)。

鄭玉芝（1965-），女，高級(jí)工程師，博士，研究方向?yàn)槭称芳庸づc檢測(cè)。