白酒酒糟綜合利用技術(shù)研究進(jìn)展

胡志強(qiáng)，李存福，張國順，梁吉雷，何清明，丁志陽，劉 露

(1.泰州學(xué)院 醫(yī)藥與化學(xué)化工學(xué)院 江蘇省手性醫(yī)藥化學(xué)品生物制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 泰州 225300；2.泰州市梅蘭春酒廠有限公司，江蘇 泰州 225300)

白酒的酒糟又名丟糟、酒醅糟，是酒醅發(fā)酵完后再經(jīng)過蒸餾出酒后殘留的固態(tài)混合物，是白酒制造行業(yè)最大的副產(chǎn)品。如圖1所示從2008年到2016年我國白酒行業(yè)一直保持著產(chǎn)能的高速增長(zhǎng)，2017年白酒行業(yè)產(chǎn)量有所下降，主要是因?yàn)槭?012年末白酒質(zhì)量安全事故和政府嚴(yán)加懲治政治貪腐等影響，市場(chǎng)對(duì)白酒的需求變少，影響了行業(yè)產(chǎn)量的增長(zhǎng)[1]。隨著白酒市場(chǎng)的復(fù)蘇，2018年我國白酒產(chǎn)量開始上漲。每生產(chǎn)1 t白酒，將會(huì)產(chǎn)生6～10 t的酒糟[2]。如果白酒與酒糟按照1∶8的比例計(jì)算，2018年全國酒糟產(chǎn)量達(dá)到1.1億t。酒糟的含水量較高，堆放過程中會(huì)有大量污水滲出，產(chǎn)生的酒糟滲濾液中含有大量的有機(jī)污染物。這些污染物酸度高，其中化學(xué)需氧量(COD)高達(dá)100 g/L，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染[3]。除了水分外，酒糟中含有大量的有機(jī)物和營養(yǎng)物質(zhì)。利用酒糟作為原材料制作生物有機(jī)肥，不僅可以解決環(huán)保問題，還能夠?yàn)榫G色食品的生產(chǎn)提供有機(jī)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)酒糟大規(guī)模資源化利用，具有較高的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和社會(huì)效益。

圖1 2008～2018年白酒產(chǎn)量情況

Fig.1 Production of liquor from 2008 to 2018

1 酒糟成分分析

由于白酒生產(chǎn)采用的原材料和生產(chǎn)工藝等存在差異，造成白酒發(fā)酵產(chǎn)生的酒糟營養(yǎng)成分種類和含量各不相同，但酒糟中含有相當(dāng)豐富的營養(yǎng)物質(zhì)。酒糟主要是由水、稻殼、糖、淀粉、蛋白質(zhì)和有機(jī)酸等有機(jī)物質(zhì)構(gòu)成。從表1中可以看出，干糟中的營養(yǎng)物質(zhì)的含量都要高于鮮糟。與常規(guī)飼料玉米相比，干糟中除了粗淀粉外，干糟中其余營養(yǎng)物質(zhì)的含量(粗蛋白、粗脂肪、無氮浸出物等)均相對(duì)比較高。

表1 酒糟中常規(guī)營養(yǎng)成分[4]Table 1 Conventional nutrient in distiller's grains

注：無氮浸出物內(nèi)包含了粗淀粉。

表2 白酒糟中氨基酸含量[4]Table 2 Amino acids content in distiller's grains

注：*表示必需氨基酸。

表3 白酒糟中的維生素含量[4]Table 3 Vitamin contents in distiller's grains

表4 白酒糟中的無機(jī)元素含量[4]Table4 Inorganic element content in distiller's grains

表2～4向我們證明酒糟中含有多種氨基酸、維生素和豐富的酸、酯及醇等發(fā)酵產(chǎn)物。由此可見，酒糟中營養(yǎng)成分非常豐富，具有廣闊的開發(fā)利用價(jià)值。

2 酒糟利用現(xiàn)狀

2.1 生產(chǎn)飼料

酒糟中含有大量的淀粉、蛋白質(zhì)、氨基酸和維生素等營養(yǎng)成分，十分適合畜禽喂養(yǎng)。酒糟作為畜禽飼料，主要有三種方式：直接飼喂、加工成酒糟蛋白飼料和養(yǎng)殖高蛋白昆蟲后喂飼[5]。

2.1.1 直接飼喂

利用鮮酒糟或者簡(jiǎn)單干燥處理后的酒糟直接作為飼料喂養(yǎng)畜禽，方法簡(jiǎn)單，并且成本低廉。但是，這種方法也存在諸多弊端：鮮酒糟直接飼喂牲畜，適口性差，不易吸收消化；酒糟容易霉?fàn)€，產(chǎn)生病毒，污染環(huán)境；鮮酒糟含水率高，易變質(zhì)，難運(yùn)輸，對(duì)于量大而集中的大、中型的酒廠很難從根本上解決這個(gè)問題[6]。

2.1.2 微生物發(fā)酵

利用微生物發(fā)酵技術(shù)開發(fā)利用酒糟生產(chǎn)高蛋白飼料，提高酒糟附加值，解決目前蛋白質(zhì)飼料嚴(yán)重短缺問題，是當(dāng)前研究的重點(diǎn)方向。

經(jīng)過微生物對(duì)酒糟代謝發(fā)酵，可以產(chǎn)生大量的菌體蛋白和代謝產(chǎn)物。例如消化酶，多種維生素和有機(jī)酶等多種活性物質(zhì)。這些物質(zhì)不但能夠改善飼料口味，而且能夠提供動(dòng)物生理代謝不可缺少的營養(yǎng)元素[7]。相比與采用單一菌種，研究證實(shí)采用復(fù)合菌種發(fā)酵酒糟可以得到蛋白質(zhì)含量更高的飼料。盧向陽等人利用優(yōu)良菌種117號(hào)產(chǎn)朊假絲酵母、136號(hào)熱帶假絲酵母、白地霉和扣囊擬內(nèi)孢霉混合發(fā)酵白酒酒糟，可以將飼料中粗蛋白的含量提高58%，氨基酸、鈣和磷的含量也會(huì)顯著增加，而粗纖維和單寧含量則明顯降低，達(dá)到國家蛋白飼料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求[8]。王成濤等采用了綠色木霉、米曲霉、白腐真菌、產(chǎn)朊假絲酵母、白地霉和地衣芽孢桿菌混合微生物協(xié)同發(fā)酵啤酒酒糟生產(chǎn)蛋白飼料，發(fā)酵產(chǎn)物粗蛋白含量達(dá)到34.6%，并具有較高的半纖維素酶、纖維素酶和淀粉酶活性等[9]。

目前此種方法利用酒糟生產(chǎn)蛋白飼料還局限于實(shí)驗(yàn)室，距離形成規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)還有相當(dāng)?shù)木嚯x[10]。

2.1.3 養(yǎng)殖高蛋白昆蟲

蠅蛆和蚯蚓等均是很好的動(dòng)物性蛋白飼料，含有豐富的氨基酸，品質(zhì)高，深受養(yǎng)殖戶歡迎。采用酒糟和動(dòng)物糞便作為培養(yǎng)物飼養(yǎng)蚯蚓和蠅蛆等，能夠充分利用酒糟中的有效成分，已經(jīng)日趨流行。干蚯蚓中蛋白61%，賴氨酸5.3%，蛋氨酸0.73%。蠅蛆干粉中蛋白質(zhì)含量53.3%，賴氨酸4.1%，蛋氨酸1.4%，并且具有抗菌促生長(zhǎng)的功能，可以用于雞、鴨、豬和水產(chǎn)養(yǎng)殖的活飼料[11]。同時(shí)，飼養(yǎng)這些作物的廢渣也是一種氮含量很高的有機(jī)肥，可以制成高品質(zhì)的復(fù)合化肥，具有廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)[12]。

2.2 生產(chǎn)化工原料

白酒酒糟中含有很多有用的化學(xué)物質(zhì)，從酒糟中提取這些物質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)白酒酒糟的資源化利用。

2.2.1 提取植酸

酒糟中含有植酸，可以作為生產(chǎn)植酸的原料。張?jiān)迄i等以白酒酒糟為原料，通過鹽酸浸提法進(jìn)行酸漬，浸取液經(jīng)過一系列處理后，植酸的提取量可達(dá)到16.92 mg/g[13]。

2.2.2 生產(chǎn)甘油

酒糟能夠生產(chǎn)甘油。孫書靜采用廢酒糟，經(jīng)過糖化、發(fā)酵和離子交換方法提純除雜等工藝產(chǎn)生精甘油，精甘油中丙三醇的含量可達(dá)90%～95%，精甘油的收率能夠達(dá)到8%～9%[14]。

2.2.3 生產(chǎn)木糖醇

木糖醇是一種重要的功能性五碳糖醇，在體內(nèi)代謝不需要胰島素參與，可以直接通過細(xì)胞被人體吸收。此外，木糖醇還有類似甘油和其它多元醇的優(yōu)異特性，所以廣泛地被運(yùn)用與國防、醫(yī)療、化工、皮革、涂料和食品等行[15-16]。酒糟可以作為生產(chǎn)木糖醇的原料。在優(yōu)化后的發(fā)酵條件下，采用熱帶假絲酵母直接發(fā)酵，經(jīng)過石乳中和等簡(jiǎn)單處理的酒糟水解液，可以得到較高產(chǎn)率的木糖醇[17]。

2.2.4

丁二酸是重要的一種平臺(tái)化合物，在化工、醫(yī)藥、食品、農(nóng)藥。防腐劑等領(lǐng)域有廣泛用途。周小兵等人利用酒糟為原料，采用琥珀酸放線桿菌 Actinobacillus succinogenes F3-21可以發(fā)酵產(chǎn)生丁二酸，丁二酸產(chǎn)量可高達(dá)28.8 g/L[18]。

2.3 生產(chǎn)燃料

除了水分以外，酒糟中絕大部分為有機(jī)物。所以，酒糟能夠作為能源利用。作為能源利用酒糟的方式很多，可以直接燃燒，發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，生產(chǎn)乙醇，還可以氣化產(chǎn)生燃?xì)狻?/p>

2.3.1 直接燃燒

研究表明，除了將近60%的水分外，酒糟中含有約40%的有機(jī)物，這部分物質(zhì)的可以作為生物質(zhì)可燃物質(zhì)。干燥酒糟的揮發(fā)分比較高，高于250℃都能夠著火燃燒[19]。干燥的酒糟的軟化溫度高于1290℃，可以作為鍋爐燃燒材料[20]。另外，酒糟還可以作為循環(huán)流化床過路的燃料[19]。

2.3.2 發(fā)酵產(chǎn)生沼氣

酒糟中含有大量的有機(jī)酸、淀粉和蛋白質(zhì)等易降解有機(jī)物。厭氧條件下，經(jīng)過厭氧微生物發(fā)酵，酒糟中易降解有機(jī)物可分解成沼氣。利用這個(gè)特點(diǎn)，酒糟厭氧發(fā)酵后可以生產(chǎn)沼氣能源，同時(shí)沼渣還能夠作為肥料。

孫珂研究發(fā)現(xiàn)可以將酒糟淘洗后，對(duì)洗出物進(jìn)行厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣；也可以將酒糟和餐廚垃圾、豬糞、秸稈等其他有機(jī)物混合發(fā)酵生產(chǎn)沼氣。 添加餐廚垃圾，有助于提高總甲烷產(chǎn)率，但較高的固含率會(huì)影響微生物的代謝活性，降低反應(yīng)速率，延長(zhǎng)發(fā)酵周期[21]。

2.3.3 生產(chǎn)燃料乙醇

采用固態(tài)發(fā)酵工藝，利用酒糟生產(chǎn)燃料乙醇，產(chǎn)率可達(dá)到4.18%[22]。采用霉菌分解纖維素和優(yōu)良酵母菌發(fā)酵，能夠分解酒糟中部分纖維素，提高燃料乙醇產(chǎn)率。江鵬研究表明纖維素和淀粉利用率可以達(dá)27.15%和41.11%，燃料乙醇的產(chǎn)率能夠達(dá)到6.15%[23]。

2.3.4 氣化生產(chǎn)燃?xì)?/p>

在適宜的溫度、空氣和水蒸氣的條件下，生物質(zhì)能夠發(fā)生熱解、氧化和還原重整等反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)化為一氧化碳(CO)，氫氣(H2)和低分子烴類等可燃?xì)怏w。酒糟的主要成分為稻殼、淀粉和蛋白質(zhì)等。這些物質(zhì)均為生物質(zhì)，能夠發(fā)生氣化反應(yīng)。酒糟氣化的主要產(chǎn)物為燃?xì)狻⒛咎亢徒褂偷?，而且污染物便于集中控制。因此，氣化生產(chǎn)燃?xì)馐蔷圃闳剂侠玫囊粋€(gè)發(fā)展方向[3]。

3 結(jié)語

我國白酒生產(chǎn)一直都采取固態(tài)發(fā)酵和固態(tài)蒸餾傳統(tǒng)的釀造工藝，生產(chǎn)了大量的發(fā)酵殘留產(chǎn)物-酒糟。針對(duì)這種現(xiàn)狀，一是根據(jù)不同酒糟獨(dú)特的營養(yǎng)成分，進(jìn)行相應(yīng)的具體分析，最大程度地利用其營養(yǎng)成分；二是采用混合菌種發(fā)酵酒糟生產(chǎn)高蛋白飼料；三是積極探索添加酶制劑的種類和用量，提高酒糟的利用率。通過各種處理方法的綜合利用，提高酒糟資源化利用率。