酒糟再利用的研究進(jìn)展

張麗華，王小媛，李昌文，張培旗，胡曉龍，縱偉*

1(鄭州輕工業(yè)學(xué)院 食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州，450002) 2(食品生產(chǎn)與安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 鄭州，450002)

酒糟再利用的研究進(jìn)展

張麗華1,2，王小媛1，李昌文1,2，張培旗1，胡曉龍1，縱偉1,2*

1(鄭州輕工業(yè)學(xué)院 食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州，450002) 2(食品生產(chǎn)與安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 鄭州，450002)

酒糟是釀酒行業(yè)和燃料乙醇工業(yè)的主要副產(chǎn)物，隨著全球資源短缺局勢的發(fā)展，考察酒糟資源化利用成為研究熱點(diǎn)。該文綜述了酒糟在動物飼料工業(yè)、纖維素發(fā)酵乙醇工業(yè)及功能性成分開發(fā)等方面的研究進(jìn)展?，F(xiàn)有的研究表明，酒糟中的蛋白質(zhì)含量較高，可補(bǔ)充動物飼料的蛋白質(zhì)，但是纖維素含量高則限制了其在飼料中的添加量；降低和轉(zhuǎn)化酒糟中的纖維素不僅可提高其作為飼料添加物的用量，同時也能提高纖維素發(fā)酵乙醇的轉(zhuǎn)化率；酒糟中的功能成分開發(fā)將是酒糟再利用的有益探索。研究酒糟成分的再利用，可為其更好地應(yīng)用于飼料工業(yè)、纖維素乙醇轉(zhuǎn)化和功能成分提取提供新的思路和指導(dǎo)，因而具有重要的意義。

酒糟；乙醇發(fā)酵；釀酒；再利用；研究進(jìn)展

酒糟，是糧谷類作物發(fā)酵蒸餾之后的副產(chǎn)物，主要有兩個來源，一是來自釀酒行業(yè)的副產(chǎn)物，二是燃料乙醇工業(yè)的副產(chǎn)物[1]。這兩種酒糟的成分與其加工原料和加工工藝相關(guān)。釀酒行業(yè)多采用高粱或是小麥、大麥、玉米、大米、黑麥等混合物，通過加入酒曲、糖化酶等發(fā)酵劑，經(jīng)蒸煮、糖化發(fā)酵、蒸餾等工序后產(chǎn)生酒糟，其成分包括未能發(fā)酵完全的淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素、有機(jī)酸、氨基酸、維生素、脂肪、酒用風(fēng)味物質(zhì)、酚類化合物、含氮化合物、雜環(huán)類化合物等[2-4]。燃料乙醇工業(yè)則主要采用玉米為發(fā)酵原料，干法磨碎之后，加水混合產(chǎn)生糖漿，升溫液化和糖化，然后加入酵母發(fā)酵產(chǎn)生乙醇。蒸餾乙醇之后，剩余的酒糟被分成濕酒糟和酒糟水兩部分，酒糟水通過蒸發(fā)和濃縮后，與濕酒糟混合、干燥，最終得到干酒糟[1, 5]。玉米干酒糟中除了有未發(fā)酵完全的淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素等大分子物質(zhì)之外，還含有一些氨基酸、礦物質(zhì)、維生素、玉米黃色素和多酚類物質(zhì)等。相關(guān)研究表明，玉米發(fā)酵后剩余的酒糟中蛋白質(zhì)、脂肪、纖維和磷的濃度約可增加3倍[6]；而以小麥為發(fā)酵乙醇的原料時，酒糟中的粗蛋白可達(dá)到386 g/kg，必需氨基酸62 g/kg，酸性洗滌脂肪131 g/kg，中性洗滌脂肪541 g/kg，鈣1.9 g/kg，磷9.5 g/kg[7]。因此，酒糟成分依據(jù)加工原料的不同差異較大，甚至同一種加工原料，由于加工工序不同，最終產(chǎn)生的酒糟成分也略有差異[5, 8]。酒糟成分的不穩(wěn)定性，也給其再利用帶來了一定的難度。

新鮮酒糟水分含量高，酸度大，若任其排放，不及時處理就會腐敗變質(zhì)，一方面嚴(yán)重污染環(huán)境，同時也是一種極大的資源浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年中國規(guī)模以上白酒企業(yè)1 563家，形成的干白酒糟年產(chǎn)量達(dá)到400萬t以上[9]。因此，酒糟是大中型釀酒企業(yè)不能回避的重大問題，實(shí)現(xiàn)酒糟資源的綜合利用將有助于白酒企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。近年來，隨著對酒糟成分的深入研究，將酒糟用于生產(chǎn)有機(jī)肥、蛋白飼料、食用菌和食醋等的研究較多，但仍無法全部轉(zhuǎn)化龐大的酒糟資源。目前，關(guān)于酒糟的再利用大致可分為3類：一類是關(guān)注酒糟在動物飼料方面的研究，主要涉及添加酒糟后對動物生長發(fā)育及產(chǎn)乳量、牛乳品質(zhì)等方面的影響；二類是關(guān)注酒糟中纖維素資源的乙醇發(fā)酵研究，側(cè)重研究提高纖維素轉(zhuǎn)化成發(fā)酵性糖(木糖、葡萄糖為主的戊糖和己糖混合糖液)的預(yù)處理方法；第三類是關(guān)注酒糟中附加值更高的功能性成分物質(zhì)的研究。為此，深入挖掘酒糟中的營養(yǎng)成分對再利用的影響，不僅對拓寬酒糟的應(yīng)用范圍具有重要意義，同時也為其附加值提升和進(jìn)一步綜合利用提供參考。

1 酒糟在動物飼料工業(yè)中的應(yīng)用

由于酒糟中的蛋白質(zhì)含量較高，因此，將其用于補(bǔ)充動物飼料蛋白質(zhì)含量的研究較為廣泛，主要涉及酒糟飼料對動物產(chǎn)乳量和牛乳品質(zhì)的影響[10]，同時也有關(guān)于對動物的生長發(fā)育[11]和卵巢功能[12]等方面的報(bào)道。其中，玉米酒糟用做動物飼料配料的歷史較長，而對小麥酒糟、黑麥酒糟及高粱酒糟用作飼料配料的研究較少。

1.1添加酒糟對動物產(chǎn)乳量和牛乳品質(zhì)的影響

目前，加工乙醇后的酒糟主要用于補(bǔ)充反芻動物和非反芻動物飼料的蛋白質(zhì)含量和能量。大部分研究表明，用酒糟取代動物飼料中的大豆蛋白、玉米青貯、燕麥草或是紫花苜宿等蛋白來源的配料時，對奶牛的產(chǎn)乳量和牛乳成分沒有顯著影響。但是酒糟的添加量不宜過高，一般限制在300 g/kg以下[13]。PENNER[14]等研究了釀造乙醇后的濕酒糟或干酒糟直接添加到飼料中取代部分青貯飼料，對荷斯坦奶牛哺乳性能和咀嚼活性的影響。結(jié)果表明，酒糟的干濕狀態(tài)對奶牛的乳汁分泌或咀嚼性能沒有差異。然而，濕酒糟無法滿足奶牛對大麥青貯飼料咀嚼性能的要求，最終會降低牛乳的脂肪濃度和增加反芻酸中毒的發(fā)生。干酒糟的添加對奶牛產(chǎn)乳量、牛乳成分和咀嚼性能沒有負(fù)面影響。HUBBARD 等[15]以荷斯坦奶牛為研究對象，將干酒糟添加到飼料中后，評價(jià)其對牛乳產(chǎn)量和牛乳成分的影響。結(jié)果表明，以添加200 g/kg干酒糟補(bǔ)充飼料的蛋白質(zhì)含量后，對奶牛的產(chǎn)乳量和牛乳成分沒有顯著影響，可以取代奶牛飼料中大豆蛋白的用量。

然而，也有部分報(bào)道指出，添加酒糟后的飼料可以引起產(chǎn)乳量和蛋白質(zhì)含量的降低。MNTYSAARI 等[16]發(fā)現(xiàn)將濕酒糟添加到埃爾郡奶牛的飼料中，反而會引起奶牛乳汁分泌能力的下降。KLEINSCHMIT 等[17]比較了不同來源的玉米酒糟對奶牛產(chǎn)乳能力和牛乳成分的影響，結(jié)果表明，與對照相比，添加酒糟的各組飼料能提高產(chǎn)乳量，但是其牛乳的蛋白質(zhì)含量卻略低于對照。

另一方面，盡管酒糟中賴氨酸含量較低，但并不影響牛乳的品質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，隨著酒糟添加量的增加，奶牛血漿中賴氨酸的含量逐漸降低，但是仍有足夠的賴氨酸用于維持和增加牛乳中的蛋白質(zhì)含量。因此，采用酒糟作為動物飼料的配料時，無需額外補(bǔ)充賴氨酸[18]。然而，酒糟中含有大量的木聚糖、甘露聚糖、植酸以及退化淀粉等抗?fàn)I養(yǎng)因子，可能會影響動物對酒糟飼料的消化功能。周凱等[19]以白酒酒糟、玉米粉、麩皮和豆粕為發(fā)酵飼料的原料，選擇枯草芽孢桿菌L-1、L-2、YB-5和乳酸片球菌Rp作為制備多酶益生菌飼料的生產(chǎn)菌種，當(dāng)干基中酒糟含量為360 g/kg，麩皮含量280 g/kg，玉米粉含量260 g/kg和豆粕含量80 g/kg時，在pH7.0，溫度37℃和裝填量為80 g/L條件下發(fā)酵84 h時，可獲得益生菌活菌數(shù)最高的飼料。這種多酶益生菌飼料的開發(fā)不僅改善了酒糟的營養(yǎng)成分，而且極大地促進(jìn)了酒糟的再利用。

1.2添加酒糟對動物生長發(fā)育的影響

WARNER等[20]研究了添加酒糟的玉米秸稈飼料對肉用母牛懷孕最后3個月生長發(fā)育的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對照相比，飼喂含有酒糟飼料的母牛，身體條件更好；而且，產(chǎn)犢間隔、小牛出生體重和小牛斷乳后體重也存在差異。酒糟飼料提高了母牛的身體條件，同時也不影響母牛的繁殖能力和小牛的生長發(fā)育。然而，也有報(bào)道指出，酒糟過多添加會影響動物的生長發(fā)育。AVELAR[21]等發(fā)現(xiàn)用小麥酒糟飼喂斷奶的小豬，如果酒糟添加量超過200 g/kg的話，會顯著降低斷乳小豬的生長發(fā)育。WELKER[6]等指出，雖然釀造乙醇后的酒糟蛋白質(zhì)含量較高，但是，纖維含量高則限制了其添加量，同時，酒糟中的必需氨基酸含量較低，不能很好的滿足動物生長的需求。

因此，酒糟用于飼喂動物的日糧補(bǔ)充時，需考慮其成分和添加量。TRUJILLO 等[8]通過比較高粱濕酒糟和新鮮高粱作為反芻動物飼料的差異，指出高粱酒糟的降解纖維和降解脂肪含量較高，是一種高能量飼料的來源，但是仍沒有新鮮高粱能量高。而且，ANANDA等[22]指出酒糟中的胡蘿卜素含量較低，而且動物本身也不能合成胡蘿卜素，導(dǎo)致添加酒糟的動物飼料需要額外補(bǔ)充胡蘿卜素，以便提高動物乳汁和肉質(zhì)中的VA含量。他利用2種紅酵母(法夫酵母和擲孢酵母)發(fā)酵酒糟，將酒糟中蝦青素和胡蘿卜素的含量提高了2倍，為生產(chǎn)高附加值的動物飼料提供了思路。

合理評價(jià)酒糟的營養(yǎng)成分，關(guān)注酒糟的處理、儲藏和運(yùn)輸條件，檢測飼喂動物的生長發(fā)育和終產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)，提高加工人員的素質(zhì)教育等都是應(yīng)用酒糟開發(fā)動物飼料時需要考慮的問題。另外，酒糟中的真菌毒素污染也是加工動物飼料時需要重視的問題[23]。

2 酒糟在纖維素發(fā)酵乙醇工業(yè)中的應(yīng)用

利用木質(zhì)纖維素制取燃料乙醇既可減少對石化能源的依賴程度，又可減輕環(huán)境污染。利用木質(zhì)纖維素制取乙醇的原料范圍較廣，主要有玉米秸稈、小麥秸稈、大米秸稈、稻殼、甘蔗渣、棉籽殼、廢棄紙張以及木本草本資源等[24-26]，而針對酒糟中木質(zhì)素降解和發(fā)酵燃料乙醇的研究則較少。

酒糟中含有一些未被微生物發(fā)酵利用的淀粉、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等多糖類物質(zhì)，不僅是提取多糖的廉價(jià)原料[27]，而且可通過相應(yīng)的預(yù)處理手段降解多糖，提高酒糟中可發(fā)酵性糖的比例。近年來，針對酒糟中纖維素的糖化和降解，有采用酸處理、堿處理、酶處理和酸酶復(fù)合處理等方法來降解纖維素和半纖維素等碳水化合物的相關(guān)報(bào)道[28-30]，使之轉(zhuǎn)化為可被微生物利用的己糖和戊糖，進(jìn)而用于制備燃料乙醇。

任海偉等[31]研究了酸酶聯(lián)合水解法對白酒酒糟糖化的影響，并分析了纖維素酶對酸解殘?jiān)拿附鈿v程。酒糟在100 ℃、固液比為1∶12(g∶mL)和混合酸(由HCl和H3PO4以相同質(zhì)量濃度配制)質(zhì)量濃度為20 g/L的條件下經(jīng)混合酸水解120 min，可獲得59.32 g/L還原糖和6.49 g/L木糖，該酸解階段的半纖維素和纖維素轉(zhuǎn)化率分別為77.38%和62.50%，木質(zhì)素溶出率為43.50%。說明白酒酒糟經(jīng)酸酶聯(lián)合水解作用轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵糖，進(jìn)而為酒糟生物質(zhì)發(fā)酵制備乙醇提供了理論基礎(chǔ)。隨后，該作者也比較了酸-超聲波耦合、液氮、堿性雙氧水和酸性亞硫酸氫鹽4種預(yù)處理方法對酒糟酶解糖化的效果，結(jié)果顯示，采用酸性亞硫酸氫鹽處理后的酒糟，纖維素和半纖維素保留率最高，且總纖維素的酶解得率最高。因此，酸性亞硫酸氫鹽預(yù)處理是適用于酒糟生物質(zhì)糖化的一種可行方法[32]。另外，在玉米秸稈發(fā)酵乙醇的過程中，利用酒糟部分取代昂貴的酵母發(fā)酵劑，進(jìn)行同時糖化和乙醇發(fā)酵，不僅提高了乙醇的得率，而且可以節(jié)省成本[33]。

3 酒糟中功能性成分的提取及利用

3.1提取多酚類物質(zhì)

在燃料乙醇工業(yè)中，除了采用玉米為發(fā)酵原料之外，在一些寒冷氣候的國家和地區(qū)，比如加拿大西北部、法國和英國，近年來逐漸采用小麥替代玉米來發(fā)酵乙醇。因此，小麥酒糟的產(chǎn)量逐年增加[7, 21]。小麥?zhǔn)鞘澜缛蠹Z食之一，栽培面積最廣，小麥中的淀粉、蛋白質(zhì)和細(xì)胞壁多糖約占小麥干物質(zhì)的90%，其余成分包括脂質(zhì)、萜類、多酚、礦物質(zhì)和維生素[34]。因此，在發(fā)酵乙醇后的小麥酒糟中仍有多酚類物質(zhì)的殘留。小麥酒糟中含有一些天然的多酚類物質(zhì)，但是其細(xì)胞壁的阻礙會影響酒糟中多酚的提取效果。IZADIFAR[35]采用超聲波預(yù)處理酒糟，可使其提取率增加14.29%，而且當(dāng)超聲功率為100%，超聲30 s，獲得的提取率最高。

3.2提取蛋白質(zhì)

酒糟中的蛋白質(zhì)含量較高。姜福佳等[36]采用醇堿法提取玉米酒糟中的蛋白質(zhì)，并利用Box-Behnken中心組合試驗(yàn)優(yōu)化了蛋白質(zhì)的提取條件。結(jié)果表明，采用醇堿比為1∶2.7，提取87.2 min，固液比1∶42.3(g∶mL)時，蛋白提取率為19.40%。同時，也可采用蛋白酶(0.1% Protex 6L)酶解，可將小麥酒糟的可溶性蛋白含量，由未經(jīng)酶解處理的32%提高至57%。同時，這些水解之后的蛋白還可以加工成小分子的多肽或者氨基酸，成為制備其他生物材料的原材料[37]。

焦肖飛[38]采用復(fù)合酶發(fā)酵白酒酒糟，先接種白地霉和枯草芽孢桿菌發(fā)酵24 h，再接種產(chǎn)朊假絲酵母發(fā)酵72 h，接種量為白地霉∶枯草芽孢桿菌∶產(chǎn)朊假絲酵母=10∶5∶5，尿素添加量為20 g/kg，麩皮添加量為150 g/kg，在此條件下蛋白轉(zhuǎn)化率高，粗蛋白含量可達(dá)32.09%，粗纖維含量低至17.66%。與未發(fā)酵的白酒酒糟相比(粗蛋白189.4 g/kg，粗纖維237.4 g/kg)，復(fù)合菌發(fā)酵顯著提高了酒糟中粗蛋白含量，可更好地用于動物飼料的開發(fā)。WANG[39]等以苦蕎酒酒糟為原料，從中提取蛋白質(zhì)，再與細(xì)菌纖維素混合反應(yīng)，用于制備生物膜。結(jié)果表明，從苦蕎酒酒糟中提取的蛋白質(zhì)與細(xì)菌纖維素反應(yīng)后制備的生物膜，具有較低的水蒸氣滲透率和較好的機(jī)械性能。

3.3提取玉米黃色素

燃料乙醇工業(yè)的副產(chǎn)物玉米酒糟中含有一定量的玉米黃色素，宋佳等[40]研究了超聲波提取玉米酒糟中玉米黃色素的條件，在提取時間69.85 min，超聲功率744 W，液固比1∶4.5(g∶mL)條件下，可獲得0.132 g/kg的玉米黃色素。而且，將超聲波提取得到的玉米黃色素處理乳腺癌細(xì)胞和Hela細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)均具有明顯的抑制作用。

3.4提取油脂

干酒糟中含有約80～100 g/kg油脂，遠(yuǎn)超過動物飼料的需求，因此將其提取出來用于合成生物柴油是很有必要的[41]。NOUREDDINI等[41]研究了正己烷提取酒糟中玉米油，并比較玉米油的酸催化、堿催化、酸堿催化和酸堿催化的脫酯基+離子交換樹脂中和這4種方法對合成生物柴油產(chǎn)量的差異。結(jié)果表明，采用先酸后堿的催化方式，可使生物柴油的轉(zhuǎn)化量達(dá)到85%以上。從玉米酒糟中提取的油脂也具有一定的抗氧化活性。以正己烷為提取溶劑，索氏提取玉米酒糟中的油脂，并采用短程薄膜分子蒸餾技術(shù)進(jìn)行純化。結(jié)果表明，該油脂在加速儲藏過程中，具有延緩過氧化值、共軛二烯和己醛形成的能力，這可能與酒糟中含有的生育酚、生育三烯酚和阿魏酸植物甾醇酯的合成相關(guān)[42]。

另外，在小麥酒糟中也含有一定數(shù)量的脂肪酸，采用超臨界二氧化碳提取小麥酒糟中的脂肪酸，共鑒定出12種脂肪酸成分，其中ω-3-脂肪酸和ω-6-脂肪酸的含量較高[43]。同時，研究發(fā)現(xiàn)從高粱酒糟中提取的油脂，具有降低人結(jié)腸癌細(xì)胞(Caco-2)活性的能力。并且，該油脂具有抗細(xì)胞增殖的活性，可能與酒糟中含有的VE(γ-生育酚)、三酰基甘油酯(主要是亞油酸)、二十八烷醇、乙醛和甾醇(主要是菜油甾醇和豆甾醇)相關(guān)，這些成分之間的協(xié)同作用促進(jìn)了該油脂抗細(xì)胞增殖的功效[42]。

3.5提取有機(jī)酸類物質(zhì)

酒糟呈酸性，有機(jī)酸含量較高，且以乙酸含量最高。周小兵[44]等以白酒酒糟為原料，首先采用纖維素酶水解酒糟，再采用糖化酶和琥珀酸放線桿菌同步糖化發(fā)酵的工藝，可獲得240 g/L酒糟產(chǎn)琥珀酸質(zhì)量濃度為32 g/L，產(chǎn)率為133 g/kg酒糟。同時，該研究者[45]還采用淀粉酶和葡萄糖淀粉酶水解酒糟，然后再采用琥珀酸放線桿菌糖化，最終獲得的琥珀酸質(zhì)量濃度為35.5 g/L，產(chǎn)率為197 g/kg酒糟。琥珀酸，又名丁二酸，是一種重要的平臺有機(jī)酸。目前主要由化學(xué)法和微生物發(fā)酵法制得，但發(fā)酵成本偏高影響著其工業(yè)化的進(jìn)程。采用酒糟為原料來加工琥珀酸可大大節(jié)省原料成本。

酒糟中含有大量不能被微生物利用的谷物皮渣，其中有大量與多糖骨架結(jié)合在一起構(gòu)成細(xì)胞壁的酚酸類物質(zhì)(束縛型酚酸)，多以交聯(lián)聚合物的形式存在，利用率較低。采用復(fù)合酶(β-葡聚糖酶Ultarflo XL和Viscozyme L)酶解干酒糟，得到了較高的總酚酸產(chǎn)率，尤其是反式-阿魏酸的含量顯著增加，約是酶解前的35倍。因此，采用酶法可以提高酒糟中酚酸的得率[46]。研究表明，含麩皮的谷類食品植酸含量最高，如小麥麩皮的植酸含量為25～85 g/kg[47]，因此，小麥酒糟是提取植酸的很好來源。張?jiān)迄i等[48]采用鹽酸浸提干白酒酒糟中的植酸，在鹽酸濃度為1 mol/L，浸提溫度50 ℃，浸提時間80 min，料液比1∶6時，植酸的提取量可達(dá)到16.92 g/kg酒糟。

3.6提取風(fēng)味物質(zhì)

釀酒原料經(jīng)過酒曲的發(fā)酵，在酒曲微生物的作用下，生成豐富的有機(jī)酸、醇類、酯類、羥基化合物、酚類化合物等多種風(fēng)味物質(zhì)。雖然白酒中呈香物質(zhì)含量少，但是這些微量的呈香化合物卻構(gòu)成了白酒的風(fēng)格[2, 49]。相關(guān)研究表明，白酒酒糟中同樣含有豐富的呈香成分。孫林濤[4]利用超臨界CO2流體萃取出的白酒酒糟的風(fēng)味組分主要有有機(jī)酸、酯、醇、酮及醛五類物質(zhì)，其中有機(jī)酸及酯類含量較高，醇含量較低，醛、酮類物質(zhì)含量最少。趙東等[50]采用GC-MS分析了酒糟、白酒提取液中的芳香族香味成分，然而，作者僅是把兩種樣品的總離子流圖(TIC)列出，并未進(jìn)行具體成分的差異分析。不過，從TIC可以看出，酒糟的香氣物質(zhì)并不少于白酒。因此，對酒糟香氣成分的探究仍需進(jìn)一步研究，為酒糟香氣物質(zhì)的回收利用奠定基礎(chǔ)。

3.7發(fā)酵生產(chǎn)細(xì)菌纖維素

細(xì)菌纖維素是一種新型的生物高分子材料，由葡萄糖醋桿菌或者木醋桿菌發(fā)酵而來，由于其具有高純度、高結(jié)晶度、高聚合度、高拉伸強(qiáng)度和較強(qiáng)的生物相容性，因而在食品、造紙、復(fù)合膜、紡織、生物醫(yī)用材料、生物吸附材料和音響膜方面有廣泛的用途。但是由于高成本和低產(chǎn)量制約細(xì)菌纖維素在很多方面的應(yīng)用。馬霞等[3]以剛出廠的濕態(tài)酒糟為原料，通過優(yōu)化木醋桿菌發(fā)酵產(chǎn)細(xì)菌纖維素的工藝條件，得到1 L酒糟浸出液加入葡萄糖23 g，蛋白胨25 g，酵母粉25 g，檸檬酸4.5g，Na2HPO4·12H2O 2 g，KH2PO4·3H2O 1g，MgSO4·7H2O 0.2g，在接種量8%，發(fā)酵溫度30 ℃和培養(yǎng)周期7 d時，細(xì)菌纖維素的預(yù)測產(chǎn)量為14.42 g/L，為酒糟浸出液的加工利用開辟了新的方向。

4 結(jié)論與展望

酒糟是釀酒行業(yè)最主要的副產(chǎn)物之一，含有的一些尚未利用的營養(yǎng)功能物質(zhì)逐漸成為近年來有關(guān)學(xué)者研究的新課題。從已有的研究報(bào)道來看，酒糟在飼料工業(yè)、纖維素乙醇發(fā)酵工業(yè)和功能成分提取中都有較多的研究報(bào)道。然而，酒糟量大集中，且成分復(fù)雜，探究其綜合利用的途徑仍需要更深入和更廣泛的研究：

(1)不同加工原料的酒糟中殘存蛋白質(zhì)的種類和功能還不清楚，需要深入研究。例如，玉米酒糟中蛋白質(zhì)的種類、含量與小麥酒糟、高粱酒糟可能存在差異，這就導(dǎo)致其在飼料中的添加量也會不同。同時，不同加工原料的氨基酸含量的差異，也會造成不同酒糟的氨基酸含量不同，在作為飼料添加劑時，需要考慮氨基酸的配比。

(2)酒糟纖維素含量高既是再加工利用的優(yōu)勢，也是其再加工利用的一種障礙。例如，在飼料開發(fā)方面，高纖維含量由于不利于動物的消化，因而酒糟的添加量不能過高，否則影響動物的生長發(fā)育和終產(chǎn)品的品質(zhì)。然而，酒糟高纖維含量卻促生了利用酒糟制備乙醇工業(yè)的發(fā)展。通過降解酒糟中的纖維素，使其轉(zhuǎn)化為可被微生物發(fā)酵的可溶性糖，用于制備乙醇，既可部分替代糧食或糖基原料制備發(fā)酵乙醇，又可降低乙醇的生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了酒糟的綜合利用。目前，關(guān)于酒糟纖維素降解和微生物發(fā)酵的研究比較欠缺，在如何改變和降解纖維素的致密結(jié)構(gòu)，使其轉(zhuǎn)化為能被酶利用的可發(fā)酵糖，以及篩選發(fā)酵葡萄糖和木糖產(chǎn)乙醇菌株的開發(fā)應(yīng)用方面仍需進(jìn)一步研究。

(3)酒糟作為糧谷類作物酒精發(fā)酵后的副產(chǎn)物，其中殘存附加值較高的成分主要包括有機(jī)酸、色素、油脂、風(fēng)味物質(zhì)等，研究轉(zhuǎn)化這些功能成分在食品工業(yè)、精細(xì)化工行業(yè)及醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用，將會促進(jìn)酒糟附加值的提升。

[1] LIU K. Chemical composition of distillers grains, a review[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2011, 59(5): 1 508-1 526.

[2] SHA S, CHEN S, QIAN M, et al. Characterization of the typical potent odorants in Chinese roasted sesame-like flavor type liquor by headspace solid phase microextraction-aroma extract dilution analysis, with special emphasis on sulfur-containing odorants[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2017, 65(1): 123-131.

[3] 馬霞, 董炎炎, 于海燕. 酒糟浸出液發(fā)酵產(chǎn)細(xì)菌纖維素工藝優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2015, 31(8): 302-307.

[4] 孫林濤. 白酒發(fā)酵副產(chǎn)物丟糟中風(fēng)味組分的超臨界CO2萃取工藝開發(fā)研究[D]. 西安: 西北大學(xué), 2010.

[5] BELYEA R L, RAUSCH K D, TUMBLESON M E. Composition of corn and distillers dried grains with solubles from dry grind ethanol processing[J]. Bioresource Technology, 2004, 94(3): 293-298.

[6] WELKER T L, LIM C, BARROWS F T, et al. Use of distiller's dried grains with solubles (DDGS) in rainbow trout feeds[J]. Animal Feed Science and Technology, 2014, 195: 47-57.

[7] MCKINNON J J, WALKER A M. Comparison of wheat-based dried distillers' grain with solubles to barley as an energy source for backgrounding cattle[J]. Canadian Journal of Animal Science, 2008, 88(4): 721-724.

[8] TRUJILLO A I, BRUNI M, CHILIBROSTE P. Nutrient content and nutrient availability of sorghum wet distiller's grain in comparison with the parental grain for ruminants[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2017, 97(8): 2 353-2 357.

[9] 孫寶國, 李賀賀, 胡蕭梅, 等. 健康白酒的發(fā)展趨勢[J]. 中國食品學(xué)報(bào), 2016, 16(8): 1-6.

[10] ZHANG S Z, PENNER G B, YANG W Z, et al. Effects of partially replacing barley silage or barley grain with dried distillers grains with solubles on rumen fermentation and milk production of lactating dairy cows[J]. Journal of Daily Science, 2010, 93(7): 3 231-3 242.

[11] RAHMAN M M, CHOI J, LEE S-M. Distillers dried grain can be used as a feed ingredient for the growth of freshwater snail (Semisulcospiracoreana) and abalone (Haliotisdiscushannai)[J]. Aquaculture Research, 2016, 47(10): 3 239-3 245.

[12] SUBRAMANIAM E, COLAZO M G, GOBIKRUSHANTH M, et al. Effects of reducing dietary starch content by replacing barley grain with wheat dried distillers grains plus solubles in dairy cow rations on ovarian function[J]. Journal of Daily Science, 2016, 99(4): 2 762-2 774.

[13] MJOUN K, KALSCHEUR K F, HIPPEN A R, et al. Lactation performance and amino acid utilization of cows fed increasing amounts of reduced-fat dried distillers grains with solubles[J]. Journal of Daily Science, 2010, 93(1): 288-303.

[14] PENNER G B, YU P, CHRISTENSEN D A. Effect of replacing forage or concentrate with wet or dry distillers’ grains on the productivity and chewing activity of dairy cattle[J]. Animal Feed Science and Technology, 2009, 153(1-2): 1-10.

[15] HUBBARD K J, KONONOFF P J, GEHMAN A M, et al. Short communication: the effect of feeding high protein distillers dried grains on milk production of Holstein cows[J]. Journal of Daily Science,2009, 92(6): 2 911-2 914.

[17] KLEINSCHMIT D H, SCHINGOETHE D J, KALSCHEUR K F, et al. Evaluation of various sources of corn dried distillers grains plus solubles for lactating dairy cattle[J]. Journal of Dairy Science, 2006, 89(12): 4 784-4 794.

[18] PAZ H A, DE VETH M J, ORDWAY R S, et al. Evaluation of rumen-protected lysine supplementation to lactating dairy cows consuming increasing amounts of distillers dried grains with solubles[J]. Journal of Daily Science, 2013, 96(11): 7 210-7 222.

[19] 周凱, 徐慧, 劉建軍. 白酒酒糟制備多酶益生菌飼料發(fā)酵工藝研究[J]. 飼料工業(yè), 2016, 37(12): 42-46.

[20] WARNER J M, MARTIN J L, HALL Z C, et al. The effects of supplementing beef cows grazing cornstalk residue with a dried distillers grain based cube on cow and calf performance[J]. Professional Animal Scientist, 2011, 27(6): 540-546.

[21] AVELAR E, JHA R, BELTRANENA E, et al. The effect of feeding wheat distillers dried grain with solubles on growth performance and nutrient digestibility in weaned pigs[J]. Animal Feed Science and Technology, 2010, 160(1-2): 73-77.

[22] ANANDA N, VADLANI P V. Production and optimization of carotenoid-enriched dried distiller’s grains with solubles byPhaffiarhodozymaandSporobolomycesroseusfermentation of whole stillage[J]. Jounal of Industrial Microbiology amp; Biotechnology, 2010, 37(11): 1 183-1 192.

[23] STEPANIK T, KOST D, NOWICKI T, et al. Effects of electron beam irradiation on deoxynivalenol levels in distillers dried grain and solubles and in production intermediates[J]. Food Additives amp; Contaminants, 2007, 24(9): 1 001-1 006.

[24] ARENAS-CRDENAS P, LPEZ-LPEZ A, MOELLER-CHVEZ G E, et al. Current pretreatments of lignocellulosic residues in the production of bioethanol[J]. Waste and Biomass Valorization, 2016, 8(1): 161-181.

[25] SAITO K, HORIKAWA Y, SUGIYAMA J, et al. Effect of thermochemical pretreatment on lignin alteration and cell wall microstructural degradation in Eucalyptus globulus: comparison of acid, alkali, and water pretreatments[J]. Journal of Wood Science, 2016, 62(3): 276-284.

[26] LASER M, SCHULMAN D, ALLEN S G, et al. A comparison of liquid hot water and steam pretreatments of sugar cane bagasse for bioconversion to ethanol[J]. Bioresource Technology, 2002, 81(1):33-44.

[27] 張世仙, 劉燊, 朱彬, 等. α-萘酚-硫酸法測定酒糟多糖含量[J]. 食品科學(xué), 2013, 34(18): 245-248.

[28] 馬文鵬, 裴芳霞, 任海偉, 等. 雙酶復(fù)合水解酒糟制備可發(fā)酵糖的工藝研究[J]. 釀酒科技, 2016(4): 89-92.

[29] 劉高梅, 陳海秀, 任海偉. 酒糟酶解糖化條件的研究[J]. 食品工業(yè)科技, 2012, 33(15): 138-140.

[30] 劉躍紅, 張文學(xué), 譚力, 等. 濃硫酸降解白酒丟糟制備降解糖液的條件研究[J]. 中國釀造, 2011(1): 82-85.

[31] 任海偉, 李金平, 張軼, 等. 白酒丟糟的酸酶聯(lián)合水解糖化工藝[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2013, 29(5): 243-250.

[32] 任海偉, 徐娜, 李金平, 等. 化學(xué)預(yù)處理提高酒糟生物質(zhì)酶解糖化效果[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2014, 30(16): 239-246.

[33] BI D, CHU D, ZHU P, et al. Utilization of dry distiller's grain and solubles as nutrient supplement in the simultaneous saccharification and ethanol fermentation at high solids loading of corn stover[J]. Biotechnology Letters, 2011, 33(2): 273-276.

[34] SHEWRY P R, HAWKESFORD M J, PIIRONEN V, et al. Natural variation in grain composition of wheat and related cereals[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2013, 61: 8 295-8 303.

[35] IZADIFAR Z. Ultrasound pretreatment of wheat dried distiller's grain (DDG) for extraction of phenolic compounds[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2013, 20(6): 1 359-1 369.

[36] 姜福佳, 王玉萍, 周暢, 等. 酒糟中蛋白質(zhì)的提取工藝[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版), 2010, 48(1): 152-156.

[37] BALS B, BREHMER B, DALE B, et al. Protease digestion from wheat stillage within a dry grind ethanol facility[J]. American Institure of Chemical Engineers, 2011, 27(2): 428-434.

[38] 焦肖飛. 復(fù)合菌發(fā)酵白酒酒糟制取蛋白的研究[D]. 洛陽: 河南科技大學(xué), 2015.

[39] WANG X, ULLAH N, SUN X, et al. Development and characterization of bacterial cellulose reinforced biocomposite films based on protein from buckwheat distiller's dried grains[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2017, 96: 353-360.

[40] 宋佳, 姜福佳, 田野, 等. 超聲波法優(yōu)化酒糟中玉米黃色素的提取工藝及其抗腫瘤的研究[J]. 釀酒, 2009, 36(2): 65-68.

[41] NOUREDDINI H, BANDLAMUDI S R P, GUTHRIE E A. A novel method for the production of biodiesel from the whole stillage-extracted corn oil[J]. Journal of the American Oil Chemists’ Society, 2009, 86(1): 83-91.

[42] WINKLER-MOSER J K, VAUGHN S F. Antioxidant activity of phytochemicals from distillers dried grain oil[J]. Journal of the American Oil Chemists' Society, 2009, 86(11): 1 073-1 082.

[43] PRADHAN R C, NAIK S N, ROUT P K, et al. Supercritical carbon dioxide extraction of wheat distiller's dried grain with solubles[J]. International Journal of Food Science and Nutrition, 2010, 61(8): 829-836.

[44] 周小兵, 鄭璞. 以白酒酒糟為原料發(fā)酵產(chǎn)丁二酸[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè), 2013, 39(2): 7-10.

[45] ZHOU X, ZHENG P. Spirit-based distillers' grain as a promising raw material for succinic acid production[J]. Biotechnology Letters, 2013, 35(5): 679-684.

[46] 王鑫, 劉微微, 曹學(xué)麗. 酶法提取白酒糟中酚酸物質(zhì)工藝[J]. 食品科學(xué), 2011, 32(24): 114-119.

[47] 吳澎, 田紀(jì)春, 王鳳成. 谷物中植酸及其應(yīng)用的研究進(jìn)展[J]. 中國糧油學(xué)報(bào), 2009, 24(3): 137-143.

[48] 張?jiān)迄i, 劉軍, 陳娟. 白酒糟植酸提取條件的優(yōu)化[J]. 中國釀造, 2010(3): 125-127.

[49] YAO F, YI B, SHEN C, et al. Chemical analysis of the Chinese liquor Luzhoulaojiao by comprehensive two-dimensional gas chromatography/time-of-flight mass spectrometry[J]. Scientific Reports, 2015, 5, 9553.

[50] 趙東, 李陽華, 向雙全. 氣相色譜-質(zhì)譜法測定酒糟、白酒中的芳香族香味成分[J]. 釀酒科技, 2006(10): 92-94.

Recentadvancesincomprehensiveutilizationofgrainstillage

ZHANG Li-hua1,2, WANG Xiao-yuan1, LI Chang-wen1,2, ZHANG Pei-qi1, HU Xiao-long1, ZONG Wei1,2*

1 (School of Food and Bioengineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, China) 2 (Collaborative Innovation Center of Food Production and Safety, Zhengzhou 450002, China)

Distillers grains are the main by-products of liquid making industry fuel and ethanol production. With the development of global resource shortage situation, the value of utilization of grain stillage has become a new research hotspot. This study provides an overview of grain stillage in animal feed industry, fuel ethanol industry from cellulose fermentation and functional components exploration. Previous studies indicates that the grain stillage is a good source for feed due to its high content of protein, but the amount could be constrained by the high cellulose content. Then, the conversion of cellulose and reducing its content will be beneficial to increase the amount in feed, and improve the conversion rate of ethanol fermentation of cellulose from grain stillage. Moreover, functional components in residual grain stillage will be another highlight to reuse it. Therefore, review on the reuse of distiller grains will provide a novel idea and guidance for its better application in feed industry, cellulosic ethanol conversion and functional components extraction.

grain stillage; ethanol fermentation; liquor marking; utilization; research progress

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.015179

博士(縱偉教授為通訊作者，E-mail:zongwei1965515@163.com)。

中國輕工業(yè)濃香型白酒固態(tài)發(fā)酵重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(2017JJ011)；2017年度河南省科技攻關(guān)農(nóng)業(yè)項(xiàng)目(172102110211)；食品生產(chǎn)與安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心研究生科技創(chuàng)新項(xiàng)目(FCICY201605)

2017-07-12，改回日期：2017-08-04