國外利用生物技術(shù)對麥糟進(jìn)行高值化開發(fā)利用的新進(jìn)展

張德勇, 鄭志航, 許曉路

(浙江樹人大學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院1，杭州 310015)(寧波大學(xué)體育學(xué)院2，寧波 315211)

釀酒行業(yè)普遍使用大麥作為原料，因此會持續(xù)產(chǎn)生大量以大麥渣為主要成分的固體廢物——麥糟，例如歐洲每年產(chǎn)生3 400～3 500萬t麥糟(一般每生產(chǎn)1 t啤酒，會產(chǎn)生0.8～1 t麥糟)。而且麥糟是釀酒工藝中最大的副產(chǎn)物，約占總副產(chǎn)物重量的85%。因此，解決了麥糟的綜合利用問題就基本相當(dāng)于解決了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的廢棄物問題。歐盟早在1999年就立法通過了相關(guān)法令提出要減少垃圾填埋場處理的有機(jī)廢物占比。各國近年來也都越發(fā)重視工業(yè)廢物的資源化利用。對于麥糟，許多國家傳統(tǒng)的處理方式是堆肥和用于動(dòng)物飼料。不過，由于麥糟含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，具有增值化潛力。近年來，國外也一直在積極探索開拓麥糟的新的高附加值的利用方式(圖1)。例如利用其豐富的纖維素開發(fā)基于膳食纖維的功能性食品；還可以作為微生物發(fā)酵的原料，用于培養(yǎng)有營養(yǎng)價(jià)值的微生物；或者轉(zhuǎn)化制備出酶、乙醇、木糖醇、蛋白質(zhì)、乳酸、檸檬酸、抗氧化劑等產(chǎn)品等；還可以直接作為吸附劑用來去除或固定廢水中的各種有機(jī)污染物、作為基質(zhì)用于固定酵母細(xì)胞，制備發(fā)酵劑等。

圖1 當(dāng)前國外對麥糟綜合利用的主要方式

由于麥糟在動(dòng)物飼料、人類功能食品等方面的應(yīng)用眾所周知，不再贅述。本文主要綜述國外對麥糟的高值化利用情況，重點(diǎn)關(guān)注微生物產(chǎn)品領(lǐng)域近五年內(nèi)的新報(bào)道。其中有些思路雖然早已被提出，但在實(shí)際應(yīng)用中尚面臨大量具體問題，所以近年來仍有不少學(xué)者在此領(lǐng)域精耕細(xì)作。及時(shí)了解國外的新動(dòng)向，無疑對國內(nèi)相關(guān)行業(yè)有重要的借鑒意義。

1 簡單處理后提取有營養(yǎng)健康價(jià)值的物質(zhì)

1.1 麥糟的主要成分

國外學(xué)者對當(dāng)?shù)佧溤愕姆治鲲@示，其富含半纖維素、木聚糖、阿拉伯糖等，主要成分構(gòu)成見表1[1]。因此，通過簡單的預(yù)處理后，即可以從麥糟中直接提取低聚糖、氨基酸、脂類、多酚等有營養(yǎng)健康價(jià)值的成分。另外還可以通過微生物的轉(zhuǎn)化作用，進(jìn)一步增加這些活性物質(zhì)的產(chǎn)量。

表1 麥糟中的主要有機(jī)成分含量

1.2 抗氧化物質(zhì)

酒糟中含量較多的抗氧化多酚有阿魏酸(FA)和對香豆酸(p-CA)，前者在麥糟中的含量為35～490 mg/100 g干基，后者則為6.7～180 mg/100 g干基[2]。阿魏酸有抗氧化、抗衰老功能，還可以作為食品的防腐劑，應(yīng)用廣泛，屬研究熱點(diǎn)。近年的相關(guān)研究主要圍繞提取工藝方面的優(yōu)化，酚類提取主要用微波輔助萃取法(MAE)和堿水解法(1～4 mol/L NaOH)。使用1 mol/L NaOH提取到的阿魏酸濃度為(27.31±0.69) g/mL，酚酸為(0.732±0.020) mg/mL。提取酚類的其他方法還有酸水解、酶水解、超聲波萃取、液-液萃取或固液萃取、水浴萃取溶、超臨界CO2-乙醇萃取(40 ℃、240 min、35 MPa CO2壓力、60%乙醇)[2]。其中酸水解法效率低、成本高，微波輔助萃取(MAE)則是一種高效快捷的新技術(shù)，很有前景。溶劑是決定酚類提取效果最重要的因素之一。Meneses等[3]使用60%丙酮時(shí)提取到的產(chǎn)量為0.41 mg/g干物質(zhì)，而改用乙酸乙酯時(shí)產(chǎn)量則為2.14 mg/g，提取率提高了4.6倍。另外，使用丙酮提取時(shí)，得到的黃酮含量在0.51～2.12 mg/g。

不同顏色的麥糟(取決于麥芽的品種及釀酒工藝)也有差異。如Guido等[4]的研究顯示，使用酸化甲醇(HCl/甲醇/水1∶80∶10)作為溶劑分別從淺色麥糟和深色麥糟中提取酚類，得到的產(chǎn)量分別為(1.26±0.10)、(4.53±0.16) mg/g干物質(zhì)，即深色的產(chǎn)量更高。

提取次數(shù)也影響產(chǎn)量，如Vellingiri等[5]用80%乙醇首次提取得到多酚產(chǎn)量167.07 mg/L，但用同樣的溶劑再提取1次，又得到了66.75 mg/L的產(chǎn)量。

選擇提取劑時(shí)還需要考慮對人類的安全問題，如甲醇提取效果不錯(cuò)，但難應(yīng)用于食品、藥品領(lǐng)域。麥糟的多酚含量(28～51 mg/g)雖比一般的漿果低，但比常見的蔬菜高，例如洋蔥2.5 mg/g、土豆皮4.3 mg/g、西紅柿2.0 mg/g，因此仍有開發(fā)價(jià)值。

除了直接提取，還可以通過微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化出更多抗氧化物質(zhì)。例如Gupta等[6]用麥糟為原料，開發(fā)了一種基于植物乳酸桿菌發(fā)酵的液體保健品，具有顯著的抗氧化能力，冷藏保存期為15 d。在最佳條件下，乳酸產(chǎn)量為2.95 g/L，同時(shí)釋放135 mg/mL的類黃酮化合物。

1.3 益生低聚糖

低聚木糖(XOS)和阿拉伯糖基低聚糖(AXOS)被認(rèn)為是益生元，能選擇性地促進(jìn)某些腸道有益菌的生長，還有利于預(yù)防糖尿病、神經(jīng)毒性、結(jié)腸炎、便秘，利于解毒、減肥等。麥糟中含16.5%半纖維素，主要由木聚糖(10.3%)、阿拉伯多糖(5.1%)和乙酰基(1.1%)構(gòu)成，故可以作為生產(chǎn)XOS和AXOS的原料。Sajib等[7]研究使用各種木聚糖酶對麥糟中的糖類進(jìn)行酶解，通過其中的阿拉伯木聚糖的酶解，可以制備出長度適宜的AXOS。Amorim等[8]也將麥糟用于發(fā)酵生產(chǎn)AXOS和XOS。用枯草桿菌一步發(fā)酵法生產(chǎn)AXOS，最大產(chǎn)量54.2 mg/g；用里氏木霉(Trichodermareesei)一步發(fā)酵法生產(chǎn)XOS，在最優(yōu)條件下收率為38.3 mg/g。食品領(lǐng)域還有將益生產(chǎn)品搭配使用的發(fā)展趨勢，如益生菌和益生元低聚糖聯(lián)合使用，對健康有多種益處，其中不易消化的低聚糖還能改善食品風(fēng)味。

1.4 脂類

麥糟作為提取脂類的原料也有很好的前景，從這一角度說，麥糟將來在食品工業(yè)領(lǐng)域或許會大有可為。Del Río等[9]研究顯示，麥糟中含有的脂類主要是甘油三酯(占總提取物的67%)，其次是一系列游離脂肪酸(18%)，然后就是少量的單甘酯(1.6%)和甘油二酯(7.7%)。Niemi等[10]將大麥進(jìn)行酶解后，用GC/MS分析其中的脂質(zhì)，發(fā)現(xiàn)最豐富的是亞油酸(18∶2)、棕櫚酸(16∶0)和油酸(18∶1)以及少量的其他脂肪酸，如硬脂酸(18∶0)和亞麻酸(18∶3)。結(jié)果顯示，麥糟作為脂質(zhì)的來源在食品領(lǐng)域潛力巨大。

1.5 蛋白水解液

麥糟中含有10%～24%的蛋白質(zhì)(干重)，可用于制備蛋白水解液。但是這些蛋白質(zhì)的溶解性很差，很大程度上限制了其在食品行業(yè)推廣應(yīng)用。通?？刹捎妹阜ɑ驂A法對麥糟進(jìn)行處理，使其中的蛋白質(zhì)釋放出來。對麥糟粉碎后再使用來自特異腐質(zhì)霉菌(Humicolainsolens)的腐殖酸酶混合液進(jìn)行處理，可顯著提高蛋白質(zhì)從基質(zhì)中的溶出效率。另外，用堿性蛋白酶處理后，76%的蛋白質(zhì)可以被溶解。使用凝膠滲透高效液相色譜法對堿處理后的富含蛋白的分離物進(jìn)行分析顯示，氨基酸中以谷氨酰胺(或谷氨酸)和脯氨酸占比最高。Vieira等[11]設(shè)計(jì)了一種連續(xù)提取工藝，從麥糟中提取蛋白質(zhì)。隨著堿濃度增高，蛋白質(zhì)總得率為82%～85%。

2 通過發(fā)酵生產(chǎn)微生物產(chǎn)品

2.1 生物乙醇

纖維素是生產(chǎn)生物乙醇的重要原料，傳統(tǒng)工藝主要使用小麥、玉米、甜菜、甘蔗等作物及糖蜜中提取的糖來發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，這種方式勢必要與人類爭奪糧食資源。近年來出現(xiàn)的第二代工藝開始使用玉米芯、甘蔗渣、玉米秸稈和麥秸(麥秸)等廢棄物來生產(chǎn)乙醇。麥糟富含可發(fā)酵的糖(15%～30%的纖維素及10%～25%的半纖維素)，使麥糟成為生產(chǎn)乙醇的理想原料。但是，麥糟中除了纖維素、半纖維素，還有大量木質(zhì)素，后者會嚴(yán)重影響糖類的釋放。所以如何通過預(yù)處理去除木質(zhì)素、解離出糖類，對整個(gè)工藝的成本及效益至關(guān)重要。所以酒糟的預(yù)處理也成為近年來的研究重點(diǎn)之一。主流的酒糟預(yù)處理技術(shù)是用酸處理法或堿處理法。Wilkinson等[12]研究證實(shí)用5% NaOH、25%料液比預(yù)處理麥糟，可最大程度解離出葡萄糖，用該水解物發(fā)酵所產(chǎn)生的乙醇質(zhì)量濃度達(dá)到17.3 g/L。另一項(xiàng)研究使用熱的稀酸和稀堿溶液對麥糟預(yù)46處理，結(jié)果顯示當(dāng)料液比為25%時(shí)，用1%的HCl和3%的NaOH取得較理想的效果，乙醇產(chǎn)量為12～15 g/L。Rojas等[13]使用釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)，比較了糖化、發(fā)酵連續(xù)進(jìn)行與同步進(jìn)行2種不同的工藝，結(jié)果顯示連續(xù)工藝更易獲得高產(chǎn)量的乙醇，特別是在料液比為15%時(shí)，乙醇的最高轉(zhuǎn)化率為37 g/100 g。Broeker等[14]使用活性氯建立了一種溫和的濕法脫木質(zhì)素，酒糟被處理后木質(zhì)素含量顯著降低、葡萄糖含量顯著增加。Pinheiro等[15]研究了一種麥糟在高料液比(25%)條件下自我水解的預(yù)處理方法，20%和25% 2種料液比條件下可取得較好的糖化效果，葡萄糖得率分別為85.9%和70.6%。后續(xù)經(jīng)過釀酒酵母發(fā)酵，酒精產(chǎn)量最高為42.27 g/L。

Heredia-Olea等[16]嘗試采用熱塑擠壓法對酒糟進(jìn)行預(yù)處理以破壞其結(jié)構(gòu)，再經(jīng)酶解后再用于釀酒酵母來發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，但最終乙醇產(chǎn)量僅為5.43 mL/L。排除了各種因素后，乙醇產(chǎn)率低的原因是因?yàn)榻湍钢荒芾闷咸烟羌吧倭坑坞x的α-氨基氮。酒糟酶解液則既含己糖又含戊糖，而酵母不能代謝戊糖。Mata等[17]使用酸預(yù)處理加酶解方法，再分別使用可利用戊糖的畢赤酵母和克魯維酵母進(jìn)行發(fā)酵，結(jié)果乙醇產(chǎn)量分別僅為0.085 6、0.030 8 g/g，這是因?yàn)榘l(fā)酵體系中可能存在不明的發(fā)酵抑制劑。

為了提高酒糟到乙醇的生物轉(zhuǎn)化率，Hassan等[18]還研究了超聲波預(yù)處理法。結(jié)果超聲預(yù)處理(20%強(qiáng)度，60 min，26.3 ℃，17.3%料液比)使還原糖含量增加了2.1倍，用釀酒酵母發(fā)酵后乙醇含量為17.73 g/100 g麥糟。Ravindran等[19]使用非熱等離子體預(yù)處理提高酒糟的酶解效果，以利于后續(xù)的乙醇發(fā)酵。經(jīng)介質(zhì)阻擋放電等離子體處理后(28 kV)，還原糖的產(chǎn)量提高了2.14倍，再經(jīng)釀酒酵母發(fā)酵后，乙醇產(chǎn)量達(dá)25.06 g/L。

整合生物處理法(CBP)則是一種能極大降低生產(chǎn)成本的生物處理工藝。在CBP工藝中，從木質(zhì)纖維素到乙醇的整個(gè)過程，包括糖化酶的制備、多糖的水解、戊糖和己糖的發(fā)酵等環(huán)節(jié)，直接在一個(gè)反應(yīng)器中完成。Agarwal等[20]以麥糟為原料，通過引入CBP工藝，提高了鐮刀菌(Fusarium)和酵母菌的乙醇產(chǎn)量，最高達(dá)122 g/kg。Wilkinson等[21]以麥糟為原料，使用米曲霉(A.oryzae)和釀酒酵母發(fā)酵乙醇時(shí)，通過引入CBP工藝，乙醇產(chǎn)量在10 d內(nèi)最高可達(dá)37 g/L。盡管產(chǎn)物生成速率較低，但此過程中對水和能量的需求極低。Carrillo-Nieves等[22]則報(bào)道了以麥糟為原料利用白腐菌(Trametes)發(fā)酵來生產(chǎn)乙醇的CBP工藝，發(fā)酵周期為4 d，產(chǎn)量為0.3 g/L。

如果能同時(shí)利用戊糖和己糖發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，會有很多優(yōu)勢，如簡化工藝步驟、降低能耗、提高產(chǎn)量等。Rojas-Chamorro等[23]優(yōu)化了用磷酸或硫酸對麥糟預(yù)處理。使用磷酸(2% H3PO4、155 ℃)預(yù)處理再酶解，總糖回收率達(dá)92%。隨后用這些混合糖(淀粉產(chǎn)生的葡萄糖加上半纖維素糖)以大腸桿菌發(fā)酵，乙醇產(chǎn)量達(dá)0.40 g/g，總產(chǎn)量為17.9 g/100 g生麥糟。使用硫酸(130 ℃、1% H2SO4、26 min)預(yù)處理麥糟，半纖維素和纖維素的最大得率分別達(dá)到94%和90%，淀粉則全部可回收。隨后使用大腸桿菌發(fā)酵，乙醇產(chǎn)量達(dá)18.1 g/100 g干麥糟。這些研究均表明，產(chǎn)乙醇的大腸桿菌可以使用經(jīng)過酸預(yù)處理和酶解后的麥糟作為單一碳源，且不需任何脫毒處理，即能生產(chǎn)出乙醇。

2.2 生物丁醇

能用于發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的原料一般同樣可以用于生產(chǎn)丁醇。梭狀芽胞桿菌(Clostridiumbeijerinckii)曾被用于丙酮、丁醇、乙醇(ABE)的共同發(fā)酵。Plaza等[24]研究顯示，使用處理過的麥糟為原料，使用梭狀芽胞桿菌進(jìn)行發(fā)酵，可產(chǎn)生ABE，其總產(chǎn)量為95 g/kg，其中丁醇產(chǎn)量為75 g/kg。微波輔助熱水預(yù)處理法(無需酸或堿)被證實(shí)能有效從麥糟中解離得到可發(fā)酵的糖。研究表明，在最佳的預(yù)處理?xiàng)l件下(192.7 ℃、5.4 min)，酒糟中可發(fā)酵糖的總得率達(dá)82%。隨后用梭狀芽胞桿菌發(fā)酵后，ABE總產(chǎn)量為62 kg/t，其中丁醇為46 kg/t。Plaza等[25]使用稀酸預(yù)處理、酶解及梭狀芽胞桿菌發(fā)酵后，獲得了99.8 g/kg的丁醇產(chǎn)量和146.5 g/kg的ABE產(chǎn)量。Delgado等[26]比較了麥糟的不同預(yù)處理方法及發(fā)酵方式對丁醇產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，臭氧預(yù)處理對木質(zhì)素的分解、可發(fā)酵糖的回收均無改善；而NaOH堿法和過氧化氫-堿性法則均可作為麥糟的預(yù)處理劑用于ABE發(fā)酵。NaOH預(yù)處理(15%麥糟，1% NaOH)后丁醇產(chǎn)量44.4 g/kg，ABE產(chǎn)量54 g/kg；H2O2預(yù)處理(5%麥糟、60 min)后，丁醇產(chǎn)量45.1 g/kg，ABE產(chǎn)量為56.1 g/kg。酚類物質(zhì)經(jīng)漆酶預(yù)處理后還原率高達(dá)94%，隨后經(jīng)糖化及使用醋酸丁醇梭菌(Clostridiumacetobutilycum)菌發(fā)酵，發(fā)酵190 h，丁醇產(chǎn)量達(dá)7.83 g/L，ABE產(chǎn)量達(dá)12.6 g/L[27]。

2.3 微生物脂類(生物柴油)

微生物脂類是潛在的生物柴油生產(chǎn)來源。Sae-ngae等[28]研究了以麥糟為營養(yǎng)源培養(yǎng)酵母菌。在所研究的各類酵母菌中，以解脂耶羅維亞酵母(Trichosporonoidesspathulata)產(chǎn)脂肪最多，含量達(dá)到62.9 mg/g基質(zhì)。Alok等[29]使用水解及有機(jī)溶解劑預(yù)處理過的麥糟培養(yǎng)圓紅冬孢酵母(Rhodosporidiumtoruloides)生產(chǎn)脂質(zhì)，最優(yōu)條件下，脂質(zhì)累積量為10.41 g/L(脂質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為56.45%)，細(xì)胞干重達(dá)18.44 g/L。

2.4 乳酸

乳酸(2-羥基丙酸)在食品、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，尤其在可降解塑料領(lǐng)域，聚乳酸(PLA)塑料由于具有突出優(yōu)勢，正在成為傳統(tǒng)塑料的替代品，市場潛力巨大。木質(zhì)纖維材料經(jīng)過處理均可用來生產(chǎn)乳酸，一般需經(jīng)化學(xué)處理(使酶更容易接近纖維素)、酶解(獲得葡萄糖等可發(fā)酵的糖)、發(fā)酵(主要使用乳酸菌類)幾個(gè)步驟。工業(yè)上生產(chǎn)乳酸要求原料價(jià)格便宜、來源穩(wěn)定等，麥糟顯然是個(gè)不錯(cuò)的選擇。

麥糟在基于乳酸桿菌的乳酸發(fā)酵工藝中已經(jīng)獲得初步應(yīng)用，不過微生物產(chǎn)乳酸時(shí)會受各種因素影響，如pH值、搖動(dòng)速度、碳源、溫度、培養(yǎng)基成分、種子接種量及發(fā)育階段、通氣量、初始糖濃度和發(fā)酵模式等。在真菌中，根霉(Rhizopussp.)的使用最為廣泛。固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)乳酸所需的時(shí)間通常為120～200 h。有研究者在鼓泡塔反應(yīng)器中研究了各種培養(yǎng)條件對根霉菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)及乳酸產(chǎn)量的影響。對于深層培養(yǎng)乳酸發(fā)酵而言，使用細(xì)菌效率會更高。據(jù)報(bào)道，干酪乳桿菌(Lactobacilluscasei)產(chǎn)乳酸的產(chǎn)量比乳酸桿菌(Lactobacillushelveticus)和嗜熱鏈球菌(Streptococcusthermophiles)都要高。有研究使用德氏乳桿菌(Lactobacillusdelbrueckii)，以麥糟水解液為原料來發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸。酒糟先進(jìn)行了化學(xué)法預(yù)處理，然后用纖維素酶進(jìn)行糖化，不添加任何其他營養(yǎng)物。結(jié)果顯示，乳酸的最大產(chǎn)率可達(dá)到73%。Juodeikiene等[30]研究了乳桿菌(Lactobacillussakei)和2株片球菌(Pediococcusspp.)發(fā)酵轉(zhuǎn)化麥糟生產(chǎn)乳酸的情況。在經(jīng)過酶解(纖維素酶和半纖維素酶)、發(fā)酵48 h后，一株戊糖片球菌(Pediococcuspentosaceus)產(chǎn)L-乳酸的濃度最高達(dá)48.71 g/kg麥糟。Mussatto等[1]通過往麥糟水解物中添加酵母提取物和無碳源的MRS肉湯培養(yǎng)基成分，可提高乳酸產(chǎn)量。乳酸產(chǎn)量最高為35.54 g/L。Pejin等[31]研究顯示，在麥糟水解物中分別增加添加酵母提取物(0.5%～5.0%)和碳酸鈣(2%)后，發(fā)酵乳桿菌(Lactobacillusfermentum)所產(chǎn)的乳酸，產(chǎn)量分別提高了4%～26%和13%。而在鼠李糖乳桿菌(Lactobacillusrhamnosus)中，2種物質(zhì)的添加分別使乳酸產(chǎn)量提高了6%～8%和17%。添加酵母抽提物并對發(fā)酵過程中的pH進(jìn)行控制，也被證明能增加乳酸產(chǎn)量?？刂苝H值后，還原糖的利用度獲得了顯著的升高。當(dāng)酵母提取物的添加濃度為50 g/L、還原糖為54 g/L時(shí)，L-(+)-乳酸的濃度最大為39.38 g/L，單位體積產(chǎn)率為1.69 g/L/h，L-(+)-乳酸產(chǎn)量為91.29%，鼠李糖乳桿菌的細(xì)胞密度達(dá)到109.67CFU/mL。與分批發(fā)酵相比，進(jìn)行酵母提取物和葡萄糖補(bǔ)料的分批發(fā)酵顯著提高了乳酸濃度、單位體積率和總產(chǎn)量。

Liguori等[32]測試了不同菌株的乳桿菌發(fā)酵麥糟產(chǎn)乳酸的能力大小，發(fā)現(xiàn)一株嗜酸桿菌(L.acidophilus)表現(xiàn)最佳。他們還發(fā)現(xiàn)麥糟在水解前用氨水浸泡進(jìn)行預(yù)處理、麥糟水解物中添加酵母提取物，這樣該菌株發(fā)酵的乳酸產(chǎn)量可達(dá)22.16 g/L。

Pejin等[33]使用鼠李糖乳桿菌，以麥糟水解物、麥芽根提取物(MRE)和豆粕提取物(SME)為原料生產(chǎn)L-(+)-乳酸，發(fā)現(xiàn)添加MRE和SME提高了游離氮和礦物質(zhì)(Fe、Mg、Mn和Zn)含量。分批發(fā)酵中，添加50%的MRE后乳酸濃度最高達(dá)25.73 g/L，產(chǎn)量達(dá)86.31%，產(chǎn)率達(dá)0.95 g/(L·h)。補(bǔ)料分批發(fā)酵時(shí)，添加50%MRE則乳酸的3個(gè)指標(biāo)分別進(jìn)一步提高到58.01 g/L、88.54%和1.19 g/(L·h)。Radosavljevic等[34]利用麥糟、啤酒酵母(BY)、麥芽根(MR)和大豆卵磷脂(SL)為原料，進(jìn)行L-(+)-乳酸的發(fā)酵。發(fā)現(xiàn)麥糟和麥芽根水解液，加上SL和BY提取物可用于鼠李糖桿菌的分批發(fā)酵。以麥糟為基質(zhì)載體，可實(shí)現(xiàn)乳酸的最大產(chǎn)量和產(chǎn)率。他們還發(fā)現(xiàn)吐溫80和酵母抽提物還可被更廉價(jià)的麥糟、BY、MR和SL所替代，用于乳酸發(fā)酵。分批發(fā)酵模式下乳酸濃度最高為70.17 g/L，產(chǎn)率為1.22 g/(L·h)。Akermann等[35]發(fā)現(xiàn)壓榨法制備的麥糟汁，可用于德氏乳桿菌(L.delbrueckiisubsp.lactis.)的產(chǎn)乳酸發(fā)酵,在酒糟汁中添加一些啤酒酵母提取物進(jìn)行發(fā)酵，乳酸濃度最高為79.06 g/L，產(chǎn)率為4.93 g/(L·h)。

2.5 木糖醇

木糖醇是一種應(yīng)用廣泛的甜味劑，除了傳統(tǒng)的化學(xué)法合成，還可以采用微生物法生產(chǎn)。原理是以木糖為底物，讓微生物將木糖轉(zhuǎn)化出木糖醇，而木糖則可以通過對麥糟進(jìn)行酸解而獲得，麥糟中木糖含量很高，用來生產(chǎn)木糖醇獨(dú)具優(yōu)勢。

漢森德巴利酵母(Debaryomyceshansenii)就可以利用麥糟轉(zhuǎn)化生產(chǎn)木糖醇和阿拉伯糖醇，并且是其發(fā)酵的主產(chǎn)物，同時(shí)還能產(chǎn)生少量乙醇和甘油。通過優(yōu)化麥渣的酸水解條件，在酵母菌使用酸解物進(jìn)行發(fā)酵時(shí)，木糖醇的產(chǎn)量和產(chǎn)率分別達(dá)到0.70 g/g和0.45 g/(L·h)。以麥糟水解物為原料，利用假絲酵母(Candidaguilliermondii)生產(chǎn)木糖醇，從成本和效益角度考慮具有可行性。采用基于微生物的生物合成法來生產(chǎn)木糖醇，可以實(shí)現(xiàn)更高效、更高產(chǎn)。半纖維素能轉(zhuǎn)化成出木糖醇，這意味著釀酒、蒸酒行業(yè)所產(chǎn)生的大量麥糟都可以成為生產(chǎn)木糖醇的原料。Davila等[36]提出了以麥糟為原料，采用生物法生產(chǎn)乙醇、木糖醇和聚羥基丁酸酯的工藝。通過熱集成策略，減少麥糟加工過程的環(huán)保成本，使得這些產(chǎn)品的總體生產(chǎn)成本降低了43%。Silva等[37]使用謝弗氏酵母菌(Scheffersomycesstipitis)和嗜鞣管囊酵母(Pachysolentannophilus)，以麥糟的半纖維素為原料，發(fā)酵生產(chǎn)乙醇和木糖醇。其中對于謝弗氏酵母，通過限制發(fā)酵時(shí)的供氧可以選擇性地優(yōu)先產(chǎn)木糖醇而不是乙醇。

盡管已經(jīng)證實(shí)生物法可以高效生產(chǎn)木糖醇，但要想實(shí)現(xiàn)規(guī)?；茝V，仍需深入研究生產(chǎn)過程中各種條件因素對木糖醇的合成產(chǎn)生的影響。

2.6 微生物酶

酶的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)需要消耗專用培養(yǎng)基，這往往是造成生產(chǎn)成本高企不下的重要原因。因此，如果能改用麥糟這種廢棄物做廉價(jià)的原料，有望大幅度降低整體成本。麥糟含有的糖類成分使得它非常適合作為底物來生產(chǎn)各種酶。

見表2，麥糟已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)酶發(fā)酵。許多研究證明多種真菌(側(cè)耳屬、香菇屬、曲霉屬、茶樹菇屬、栓菌屬、神經(jīng)孢菌)和細(xì)菌類(枯草芽孢桿菌、鏈霉菌等)在大多數(shù)情況下均可生長良好，且不需額外添加營養(yǎng)。研究成功生產(chǎn)的各種微生物酶有淀粉酶、纖維素酶、木聚糖酶、蛋白酶、漆酶、阿魏酰酯酶和α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶。如有學(xué)者從巴西的土壤里分離到的一種產(chǎn)木聚糖酶的鏈霉菌，研究證實(shí)該菌可以以麥糟為底物，實(shí)現(xiàn)高效地生產(chǎn)木聚糖酶。阿魏鏈霉菌(Streptomycesavermitilis)則可以利用麥糟來生產(chǎn)木聚糖酶和阿魏酰酯酶[1]。此外，酒糟還可以被平菇(Pleurotusostreatus)、詹司克氏青霉菌(Penicilliumjanczewskii)等真菌高效利用，用以生產(chǎn)多種酶。

表2 麥糟在發(fā)酵生產(chǎn)各種微生物酶方面的應(yīng)用情況

2.7 單細(xì)胞蛋白

可食用微生物將來有望作為提取蛋白、脂肪、維生素等成分的來源，在食品和動(dòng)物飼料方面很有前途。Serba等[38]用麥糟為原料培養(yǎng)米曲霉(Aspergillusoryzae)，以提高微生物中的蛋白質(zhì)及多糖的含量。該研究顯示，含麥糟的這種固體培養(yǎng)基上生長的微生物，蛋白質(zhì)含量較高，是深層發(fā)酵培養(yǎng)法中蛋白濃度的3倍。Ogunjobi等[39]報(bào)道，米曲霉用麥糟固態(tài)發(fā)酵35 d與未發(fā)酵組相比，蛋白含量顯著提高、糖含量顯著減少、纖維和灰分含量增加。為了提高麥糟的營養(yǎng)價(jià)值，Ibarruri等[40]研究了根霉菌(Rhizopussp.)固態(tài)發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)使用麥糟于30 ℃發(fā)酵9 d，根霉的總蛋白、可溶性蛋白、生物量均顯著增加。而且合成氨基酸譜有改善(必需氨基酸比例提高)、總多酚含量提高，從而抗氧化能力有提高。食品級的根霉被用來進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵以提高麥糟中的營養(yǎng)成分，氨基酸、維生素、檸檬酸和抗氧化物的量均得到提升。Tan等[41]研究表明麥糟經(jīng)枯草芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵后，提高了不飽和氨基酸(2倍)、脂肪酸(1.7倍)和抗氧化劑(5.8倍)的含量，表明微生物能將各類復(fù)雜的物質(zhì)降解成有用的成分。Aggelopoulos等[42]研究表明，添加麥糟用于生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)微生物生物量的增加：釀酒酵母產(chǎn)量提高了2倍，馬克斯克魯維酵母(K.marxianus)產(chǎn)量則提高了3倍。麥糟及各種工農(nóng)業(yè)廢物均能用于培養(yǎng)食用平菇，麥糟被認(rèn)為是一種真菌生長促進(jìn)劑。培養(yǎng)的菌絲體富含蛋白質(zhì)、芳香物質(zhì)及礦物質(zhì)。

3 其他

如細(xì)菌素方面，有報(bào)道稱乳球菌、腸球菌用添加了吐溫80的麥糟水解液發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌素的生成增多了。免疫調(diào)節(jié)劑方面，有報(bào)道用麥糟作為低成本的基質(zhì)生產(chǎn)裸藻淀粉(一種高效免疫調(diào)節(jié)劑)，產(chǎn)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)32.3%、產(chǎn)率為0.11 g/g。食用色素方面，有報(bào)道以麥糟作為基質(zhì)用紅曲霉發(fā)酵生產(chǎn)紅色素，深層發(fā)酵工藝中色素含量達(dá)22.25 UA500。吸附劑方面，麥糟還可以作為吸附劑用于去除廢氣中的揮發(fā)性物質(zhì)以及水中重金屬。如對水中鎘、鉛、鉻的吸附容量分別為17.3、35.5、18.94 mg/g。熱解后的麥糟在吸收揮發(fā)性有機(jī)物方面則能與碳化的椰殼材料相當(dāng)。麥糟還能吸附廢水中的橙酸染料。30 ℃條件下的吸附能力為30.5 mg/mg。而且麥糟還能制成活性炭，用于更廣泛地凈化空氣和水體。

4 展望

國外在麥糟的高值化開發(fā)利用方面已經(jīng)取得多方面的成果，能夠通過生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)出各種高附加值的產(chǎn)品，這些技術(shù)和產(chǎn)品在未來有著廣闊的市場前景。國內(nèi)可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐募夹g(shù)水平和硬件設(shè)施配備情況，選擇適合自己的方案，實(shí)現(xiàn)廢棄物的資源化利用。具體采用哪種方案合適，還需充分考慮當(dāng)?shù)氐柠溤銓?shí)際產(chǎn)出情況、市場對不同產(chǎn)品的需求程度等。