啤酒糟綜合利用研究進(jìn)展

（青島科技大學(xué)，山東青島 266000）

隨著我國(guó)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富且含量高。在2012 年，我國(guó)啤酒糟的年產(chǎn)生量就已超過(guò)1000萬(wàn)噸[1]，且近年來(lái)有逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì),如果將其直接丟棄會(huì)造成資源的巨大浪費(fèi)，且會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染嚴(yán)重。發(fā)達(dá)國(guó)家由于環(huán)境保護(hù)法的嚴(yán)格限制，對(duì)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(jì)效益。近年來(lái)啤酒糟的深度開(kāi)發(fā)和再利用在我國(guó)也越來(lái)越受到關(guān)注，這對(duì)企業(yè)節(jié)約成本和環(huán)境保護(hù)具有重要意義，并且能夠拓寬啤酒糟的應(yīng)用范圍，進(jìn)一步提升其綜合利用的價(jià)值。

1 啤酒糟在動(dòng)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(bǔ)充動(dòng)物飼料中的必需含氮營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。濕的啤酒糟可以直接作為反芻動(dòng)物的飼料，而干燥后常被用作單胃動(dòng)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(dòng)物的一種替代蛋白質(zhì)來(lái)源，相對(duì)于大豆蛋白等其他蛋白更便宜，可以作為廉價(jià)氮源的同時(shí)又為動(dòng)物提供所有必需的氨基酸，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[4]。

1.1 啤酒糟作為飼料對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)成分，提高奶牛的產(chǎn)奶量和牛乳成分，促進(jìn)奶牛的生長(zhǎng)發(fā)育，且不會(huì)對(duì)奶牛血液成分或其他物質(zhì)攝入量產(chǎn)生負(fù)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(duì)照組更高，且達(dá)到屠宰體重的速度明顯加快。同時(shí)，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(dòng)物的低成本飼料的同時(shí)，也促進(jìn)了動(dòng)物生長(zhǎng)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(duì)肉鵝生長(zhǎng)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(shí)可提高其生長(zhǎng)性能,改善肉鵝腸道菌群，但過(guò)量的啤酒糟替代豆粕時(shí)則會(huì)降低肉鵝采食量和增重,阻礙其生長(zhǎng)發(fā)育。因此，將啤酒糟作為飼料用于飼喂動(dòng)物時(shí)，需合理考慮其添加量。

盡管添加啤酒糟作為動(dòng)物飼料具有優(yōu)勢(shì)，但其應(yīng)用范圍仍然有限，這主要與原料的儲(chǔ)存問(wèn)題有關(guān)。這種高水分含量的殘留物通常在農(nóng)場(chǎng)環(huán)境條件下容易受到微生物生長(zhǎng)的影響。濕糧在生產(chǎn)后的幾天內(nèi)就會(huì)發(fā)生變形和變質(zhì)[9]。因此，如何儲(chǔ)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(guò)太陽(yáng)輻射干燥和青貯（單獨(dú)或與其他干草料一起）保存。

1.2 啤酒糟生產(chǎn)高含量營(yíng)養(yǎng)成分飼料

啤酒糟直接作為飼料，其價(jià)值得不到充分利用，為此國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)啤酒糟進(jìn)行深加工，提高啤酒糟中的各種營(yíng)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(jì)效益，使啤酒糟實(shí)現(xiàn)高值化利用。鄧元元[10]通過(guò)酶解啤酒糟，制備富含低聚木糖飼料添加劑，能夠改善動(dòng)物腸道微生態(tài)環(huán)境、增強(qiáng)機(jī)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(jìn)行發(fā)酵,獲得蛋白質(zhì)含量高達(dá)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(guò)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(duì)發(fā)酵后所產(chǎn)生的啤酒糟殘留物進(jìn)行評(píng)估，得到了一種富含益生菌的動(dòng)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(yíng)養(yǎng)價(jià)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(huì)增加蛋白質(zhì)和纖維含量，同時(shí)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(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)、工藝和感官方面更有優(yōu)勢(shì)。李爽等[18]在研究啤酒糟添加量對(duì)餅干質(zhì)構(gòu)特性以及水分狀態(tài)在貯存過(guò)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(zhǎng)餅干的貯藏時(shí)間。

由于啤酒糟中水分、多糖和蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分含量較高，有利于微生物的生長(zhǎng)并容易被降解。因此，選擇通過(guò)真菌和細(xì)菌對(duì)啤酒糟進(jìn)行再加工處理來(lái)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(zhǎng)所需的氮源要求，可以作為酵母菌生長(zhǎng)培養(yǎng)基一種廉價(jià)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(guò)發(fā)酵生產(chǎn)一系列其他具有應(yīng)用價(jià)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(guò)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(méi)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(shí)，很大程度提高了啤酒糟的附加值，形成了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3 啤酒糟中營(yíng)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(yíng)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(dá)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(yíng)養(yǎng)成分豐富含量可觀，越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始專注于其中營(yíng)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(dá)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(tuán)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(fù)合膜，熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能良好，且具有較強(qiáng)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(yù)處理對(duì)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(yù)處理的蛋白質(zhì)提取率最高（95 %），其次是酸法預(yù)處理（90 %）和熱水預(yù)處理（64%～66%）。Yu 等[36]在酶解啤酒糟前進(jìn)行超聲波預(yù)處理，最終蛋白質(zhì)提取率由61.6 %提高到69.8%，同時(shí)使酶成本降低73%，酶反應(yīng)時(shí)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(qiáng)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(jìn)行微膠囊化并應(yīng)用在魚(yú)肉漢堡中，添加了提取物微膠囊的魚(yú)肉漢堡富含多酚和黃酮類物質(zhì)，具有很強(qiáng)的抗氧化活性。

4 結(jié)論與展望

啤酒糟是啤酒釀造過(guò)程中最主要的副產(chǎn)物，含有一些尚未被充分利用的營(yíng)養(yǎng)功能物質(zhì)，可以轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的資源，從而大大降低生產(chǎn)成本，但目前對(duì)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(dòng)物食用的營(yíng)養(yǎng)產(chǎn)品中，降低食品和飼料生產(chǎn)的成本；通過(guò)對(duì)其營(yíng)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值的同時(shí)也將會(huì)促進(jìn)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(xiàng)重要的挑戰(zhàn)，需要設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)可行的啤酒廠廢物利用工藝對(duì)一系列副產(chǎn)品進(jìn)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(wèn)題，同時(shí)也得到更好的經(jīng)濟(jì)效益。