啤酒糟綜合利用研究進展

（青島科技大學，山東青島 266000）

隨著我國啤酒工業(yè)的迅速發(fā)展，產(chǎn)生的啤酒釀造副產(chǎn)物及廢棄物也在迅速增加，其中啤酒糟是主要的副產(chǎn)物，約占85 %。啤酒糟富含蛋白質(zhì)、糖、維生素、礦物質(zhì)等成分，營養(yǎng)物質(zhì)豐富且含量高。在2012 年，我國啤酒糟的年產(chǎn)生量就已超過1000萬噸[1]，且近年來有逐年增長的趨勢,如果將其直接丟棄會造成資源的巨大浪費，且會導致環(huán)境污染嚴重。發(fā)達國家由于環(huán)境保護法的嚴格限制，對啤酒糟廢棄物副產(chǎn)品高度重視[2]。啤酒糟的再利用不僅遵循綠色、可持續(xù)、環(huán)保的原則，而且能夠在工業(yè)應(yīng)用中產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。近年來啤酒糟的深度開發(fā)和再利用在我國也越來越受到關(guān)注，這對企業(yè)節(jié)約成本和環(huán)境保護具有重要意義，并且能夠拓寬啤酒糟的應(yīng)用范圍，進一步提升其綜合利用的價值。

1 啤酒糟在動物飼料工業(yè)中的應(yīng)用

啤酒糟由于含有大量的蛋白質(zhì)和維生素，通常將其用于補充動物飼料中的必需含氮營養(yǎng)物質(zhì)。濕的啤酒糟可以直接作為反芻動物的飼料，而干燥后常被用作單胃動物的飼料，高含水量更容易被家畜消化[3]。并且，啤酒糟作為動物的一種替代蛋白質(zhì)來源，相對于大豆蛋白等其他蛋白更便宜，可以作為廉價氮源的同時又為動物提供所有必需的氨基酸，具有較高的營養(yǎng)價值[4]。

1.1 啤酒糟作為飼料對動物生長發(fā)育的影響

Chiou 等[5]研究發(fā)現(xiàn)添加啤酒糟能夠豐富飼料中的營養(yǎng)成分，提高奶牛的產(chǎn)奶量和牛乳成分，促進奶牛的生長發(fā)育，且不會對奶牛血液成分或其他物質(zhì)攝入量產(chǎn)生負面影響。De Souza 等[6]將濕啤酒糟作為泌乳奶牛的飼料，牛奶中的蛋白質(zhì)和脂肪含量有顯著增加。Radzik 等[7]向羔羊飼料中添加啤酒糟（35%），發(fā)現(xiàn)飼喂啤酒糟的羔羊增重相比于對照組更高，且達到屠宰體重的速度明顯加快。同時，肉的質(zhì)量明顯改善，脂肪含量較低，亞油酸和不飽和脂肪酸含量增加。這些結(jié)果表明，啤酒糟作為動物的低成本飼料的同時，也促進了動物生長發(fā)育和肉質(zhì)健康。姬向波等[8]研究了啤酒糟替代豆粕對肉鵝生長性能及腸道菌群的影響，發(fā)現(xiàn)10 %啤酒糟替代日糧中豆粕時可提高其生長性能,改善肉鵝腸道菌群，但過量的啤酒糟替代豆粕時則會降低肉鵝采食量和增重,阻礙其生長發(fā)育。因此，將啤酒糟作為飼料用于飼喂動物時，需合理考慮其添加量。

盡管添加啤酒糟作為動物飼料具有優(yōu)勢，但其應(yīng)用范圍仍然有限，這主要與原料的儲存問題有關(guān)。這種高水分含量的殘留物通常在農(nóng)場環(huán)境條件下容易受到微生物生長的影響。濕糧在生產(chǎn)后的幾天內(nèi)就會發(fā)生變形和變質(zhì)[9]。因此，如何儲存是這一副產(chǎn)品得到更好應(yīng)用的關(guān)鍵因素，目前通常的解決辦法都是將濕啤酒糟通過太陽輻射干燥和青貯（單獨或與其他干草料一起）保存。

1.2 啤酒糟生產(chǎn)高含量營養(yǎng)成分飼料

啤酒糟直接作為飼料，其價值得不到充分利用，為此國內(nèi)外研究者對啤酒糟進行深加工，提高啤酒糟中的各種營養(yǎng)成分和生物活性，生產(chǎn)高附加值飼料，大大提升經(jīng)濟效益，使啤酒糟實現(xiàn)高值化利用。鄧元元[10]通過酶解啤酒糟，制備富含低聚木糖飼料添加劑，能夠改善動物腸道微生態(tài)環(huán)境、增強機體免疫力并提高飼料利用率,是一種新型的綠色飼料添加劑。王瑞等[11]以麥糟為主料,加入血粉輔料,接種益生菌進行發(fā)酵,獲得蛋白質(zhì)含量高達50%的發(fā)酵產(chǎn)物,與初始樣品的蛋白質(zhì)含量相比,提升幅度超過100 %，可作為良好的蛋白質(zhì)飼料。Radosavl等[12]以固定化鼠李糖乳桿菌發(fā)酵啤酒糟發(fā)酵乳酸的研究中，對發(fā)酵后所產(chǎn)生的啤酒糟殘留物進行評估，得到了一種富含益生菌的動物飼料。

2 啤酒糟在食品工業(yè)中的應(yīng)用

研究表明，啤酒糟的主要成分粗纖維和蛋白質(zhì)，是人類日常飲食的重要組成部分，具有良好的營養(yǎng)價值[13]。因此啤酒糟也可以加工成面粉，用于生產(chǎn)許多食品，如面包、餅干、玉米餅、意大利面食和谷類早餐食品[14]。Ktenioudaki 等[15]將10 %的啤酒糟粉代替小麥粉生產(chǎn)面包，顯著提高了面包的膳食纖維和蛋白質(zhì)含量。并且，啤酒糟的添加還能夠增加食品的功能特性。Stojceska 等[16]發(fā)現(xiàn)在面粉面包中添加啤酒糟粉會增加蛋白質(zhì)和纖維含量，同時啤酒糟在適量酶的作用下能夠改善面包的質(zhì)地和體積等特性，延長面包的保質(zhì)期。Waters 等[17]在焙烤制品中添加啤酒糟粉，可以提高產(chǎn)品的保水性和質(zhì)地，并略微增加甜度，與全麥面包相比在營養(yǎng)、工藝和感官方面更有優(yōu)勢。李爽等[18]在研究啤酒糟添加量對餅干質(zhì)構(gòu)特性以及水分狀態(tài)在貯存過程中的影響發(fā)現(xiàn)，加入25 %的啤酒糟可以在一定程度上延長餅干的貯藏時間。

由于啤酒糟中水分、多糖和蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分含量較高，有利于微生物的生長并容易被降解。因此，選擇通過真菌和細菌對啤酒糟進行再加工處理來獲得酶和用于食品工業(yè)的附加值化合物[19]。Cooray 等[20]研究發(fā)酵的啤酒糟培養(yǎng)基能夠滿足酵母生長所需的氮源要求，可以作為酵母菌生長培養(yǎng)基一種廉價替代品。Zalynthios 等[21]在以啤酒糟為基礎(chǔ)的培養(yǎng)基上培養(yǎng)的圓紅冬孢酵母產(chǎn)生的脂肪酸和類胡蘿卜素在產(chǎn)量與在YPD 培養(yǎng)基中的基本相同，其中類胡蘿卜素可作為天然著色劑用于食品中。同樣，啤酒糟可以經(jīng)過發(fā)酵生產(chǎn)一系列其他具有應(yīng)用價值的化合物，如琥珀酸[20]、油脂[22]、木糖醇[23]或淀粉[24]，也可以通過微生物發(fā)酵得到粗酶制劑。不同的微生物產(chǎn)生的酶的類型和活性也不同，黑曲霉固體發(fā)酵啤酒糟可產(chǎn)生β-淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶[24]，米曲霉和芽孢桿菌等微生物作用可以生產(chǎn)α-淀粉酶[25]。

雖然目前還沒有大規(guī)模的用于食品生產(chǎn)，但啤酒糟可以作為供人類食用的低成本食品成分添加，在有助于啤酒廢棄物資源的綜合利用的同時，很大程度提高了啤酒糟的附加值，形成了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

3 啤酒糟中營養(yǎng)成分的提取及利用

啤酒糟主要是由大麥外殼和種皮組成，因而富含木質(zhì)素、纖維素、半纖維素、蛋白質(zhì)和脂類等營養(yǎng)物質(zhì)。通常糖類物質(zhì)含量較多，其中半纖維素最高占比可達40%，還有21%的蛋白質(zhì)、10%的脂類和5 %的灰分[26]。除了以上這些成分之外，啤酒糟中還含有大量的酚類化合物、維生素和礦物質(zhì)等[27]，由于其營養(yǎng)成分豐富含量可觀，越來越多的學者開始專注于其中營養(yǎng)物質(zhì)的提取與利用領(lǐng)域。

3.1 糖類

糖類是啤酒中含量最高的物質(zhì)，一般是由阿拉伯糖、纖維素和木質(zhì)素等組成。姜福佳等[28-29]優(yōu)化了酶法提取啤酒糟中的水溶性膳食纖維得率為5.09%，多糖得率為6.24 %。卜雯麗等[30]用出芽短梗霉固態(tài)發(fā)酵啤酒糟，在最佳固態(tài)發(fā)酵條件下得到的功能性物質(zhì)阿魏酰低聚糖含量和可溶性膳食纖維含量分別高達37.67 μmol/L和23.76%。Vieira等[31]用堿法連續(xù)提取啤酒糟中的阿拉伯木聚糖，提取效率快且最終阿拉伯木聚糖含量為66%～73%。阿拉伯木聚糖用于食品工業(yè)中，能提高食品的保水能力和面團淀粉的老化，改善面包的質(zhì)量[32]，也可以作為食品中的成膜劑或表面活性劑。Moreirinha 等[33]用從啤酒糟中提取的阿拉伯木聚糖作為基質(zhì)制備的納米復合膜，熱穩(wěn)定性和力學性能良好，且具有較強的抗氧化和抗菌活性。

3.2 蛋白質(zhì)

曲亮璠等[34]采用醇-堿法提取啤酒糟中的蛋白質(zhì)，在最優(yōu)條件下啤酒糟粗蛋白的提取率為85.66%,蛋白質(zhì)純度48.60%。Qin 等[35]研究了不同預處理對啤酒糟蛋白質(zhì)提取率的影響，結(jié)果表明，連續(xù)用堿法和酸法預處理的蛋白質(zhì)提取率最高（95 %），其次是酸法預處理（90 %）和熱水預處理（64%～66%）。Yu 等[36]在酶解啤酒糟前進行超聲波預處理，最終蛋白質(zhì)提取率由61.6 %提高到69.8%，同時使酶成本降低73%，酶反應(yīng)時間縮短56 %。Connolly 等[37]用不同蛋白酶水解啤酒糟蛋白，水解產(chǎn)物均表現(xiàn)出了較強的抗氧化、抗炎活性和DPP-IV 抑制活性，表明蛋白水解產(chǎn)物作為功能性物質(zhì)具有很好的應(yīng)用潛力。

3.3 酚類化合物

啤酒糟的大麥谷殼中富含天然的酚類化合物，如阿魏酸和對香豆酸，是目前啤酒糟中研究較多的具有抗氧化性能的酚類化合物?，F(xiàn)在最多常用的酚酸類化合物提取方法包括固液萃取、超臨界二氧化碳萃取以及堿水解處理等。Spinelli 等[38]使用超臨界二氧化碳萃取法，以乙醇作為共溶劑得到從啤酒糟中提取抗氧化物質(zhì)的最佳條件為240 min，溫度40℃，CO2壓力35MPa 和60%的乙醇（v/v），最終酚類和黃酮含量高，抗氧化性能好。Mussatto 等[39]研究了利用堿水解提取阿魏酸和對香豆酸，最終在2 % NaOH、120 ℃、90 min 的水解條件下分別得到阿魏酸145.3 mg/L和對香豆酸138.8 mg/L。所得產(chǎn)品可作為天然抗氧化劑，阿魏酸和對香豆酸在食品、化妝品、醫(yī)藥等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。Spinelli 等[40]將從啤酒糟中提取的活性物質(zhì)進行微膠囊化并應(yīng)用在魚肉漢堡中，添加了提取物微膠囊的魚肉漢堡富含多酚和黃酮類物質(zhì)，具有很強的抗氧化活性。

4 結(jié)論與展望

啤酒糟是啤酒釀造過程中最主要的副產(chǎn)物，含有一些尚未被充分利用的營養(yǎng)功能物質(zhì)，可以轉(zhuǎn)化為有價值的資源，從而大大降低生產(chǎn)成本，但目前對它的研究還未成體系，依然有較為廣闊的研究前景。本文綜述的副產(chǎn)品啤酒糟可以添加輔料用于人和動物食用的營養(yǎng)產(chǎn)品中，降低食品和飼料生產(chǎn)的成本；通過對其營養(yǎng)物質(zhì)的提取，將其中殘存附加值較高的功能成分應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，充分利用啤酒糟的營養(yǎng)價值的同時也將會促進酒糟附加值的提升。然而，目前以環(huán)境可持續(xù)的方式處置廢棄物仍是一項重要的挑戰(zhàn)，需要設(shè)計和開發(fā)經(jīng)濟可行的啤酒廠廢物利用工藝對一系列副產(chǎn)品進行有效管理，從而解決因處理這些副產(chǎn)品而造成的環(huán)境污染問題，同時也得到更好的經(jīng)濟效益。