白酒釀造廢棄物酒糟的綜合利用研究

范恩帝，尤小龍，張 健，程平言，胡 峰，徐 松

（貴州茅臺酒廠（集團(tuán)）習(xí)酒有限責(zé)任公司，貴州習(xí)水 564622）

白酒是以糧谷為主要原料，用大曲、小曲、麩曲、酒母等為糖化發(fā)酵劑，經(jīng)蒸煮、糖化、發(fā)酵、蒸餾而制成的飲料酒，白酒糟是白酒生產(chǎn)過程中的主要廢棄物。中國是白酒的主要生產(chǎn)國和消費國，白酒是中華民族的瑰寶，也是中華民族文化重要的載體，凝聚著我國古代勞動人民的智慧，至今已經(jīng)有幾千年的歷史。白酒源于獨特工藝和豐富微生物參與的不可比擬的風(fēng)味使得白酒市場需求量巨大，2010—2019 年白酒年產(chǎn)量如圖1 所示，2019 年產(chǎn)量達(dá)7.9×10噸，雖然近三年白酒產(chǎn)量有所下降，但也均接近千萬噸（數(shù)據(jù)來源于國家統(tǒng)計局2010—2019年白酒產(chǎn)量）。在白酒大規(guī)模生產(chǎn)中伴隨著數(shù)量龐大的副產(chǎn)物——酒糟的產(chǎn)生，有研究表明固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)白酒時，白酒產(chǎn)量與酒糟產(chǎn)量約為1∶3，按照這個比例換算，2019年全國白酒酒糟產(chǎn)量就有約2.4×10噸。白酒糟中含有大量的粗蛋白和粗脂肪等營養(yǎng)物質(zhì)，酒糟常規(guī)成分含量見表1。數(shù)量如此龐大且營養(yǎng)豐富的白酒糟難以利用，一方面是由于其水分含量高，酸度高，難以保存，另一方面是白酒糟稻殼占比高導(dǎo)致其纖維含量高。酒糟的再利用研究具有重要意義，不僅可以實現(xiàn)資源合理利用，也能實現(xiàn)傳統(tǒng)白酒綠色生產(chǎn)，響應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展號召。

表1 酒糟常規(guī)成分含量[6]

圖1 2010—2019年白酒年產(chǎn)量

數(shù)量龐大的白酒酒糟富含多種營養(yǎng)物質(zhì)，不僅包括具有較大占比的的粗蛋白和粗脂肪等，還含有豐富的氨基酸、維生素和微量元素等。酒糟具有酸度高和水分含量高的特點，導(dǎo)致其貯存困難，若管理不當(dāng)，極易霉變，且其加工成本高。若直接將白酒酒糟丟棄，不僅會嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境，也會造成大量資源的浪費。所以酒糟的再利用成為許多研究者關(guān)注的熱點，目前主要用于生產(chǎn)蛋白飼料、肥料、化工產(chǎn)品、細(xì)菌纖維素、燃料等，其中酒糟飼料化研究最為熱門。酒糟的再利用既能實現(xiàn)傳統(tǒng)白酒升級轉(zhuǎn)型為環(huán)境友好型產(chǎn)業(yè)，又能使企業(yè)經(jīng)濟效益最大化。本文對目前酒糟常見的綜合開發(fā)再利用的研究途徑方法進(jìn)行歸納，以期為相關(guān)研究提供思路。

1 生產(chǎn)蛋白飼料

白酒糟營養(yǎng)豐富，包括高占比的粗蛋白和粗脂肪，還含有豐富的氨基酸、維生素和微量元素等，不僅可以提供微生物生長所需物質(zhì)，還能豐富飼料營養(yǎng)成分，使得白酒糟發(fā)酵生產(chǎn)飼料成為可能。鮮白酒糟雖然可以用于直接飼喂動物，但是直接喂養(yǎng)反芻動物對胎兒及雄性動物功能有不利影響，動物采食率低，且過多食用會導(dǎo)致乙醇中毒。同時白酒酒糟存在纖維素比重大的問題，占白酒酒糟總重的16.0%～28.0%，非反芻動物食用后不易消化吸收。目前白酒酒糟的飼料化主要有3 條途徑，按適宜比例在日糧中直接添加、蠅蛆飼料和微生物發(fā)酵飼料，其中以微生物發(fā)酵飼料研究最多，其對蛋白質(zhì)提高幅度也最為明顯，有利于解決我國飼料蛋白資源匱乏的問題。有研究利用綠色木霉和沼澤紅假單胞菌發(fā)酵酒糟生產(chǎn)飼料，蛋白質(zhì)含量顯著提高，粗纖維、粗脂肪等物質(zhì)的含量因微生物的利用而降低。另外還有研究表明添加適量釀酒酵母發(fā)酵制得的酒糟飼料到母豬日糧中，不僅可以提高蛋白質(zhì)利用率，還可以提高母豬日增重、產(chǎn)奶量、品質(zhì)及其健康狀況和豬仔的生長性能。

目前市場上最常見的蛋白飼料功能單一，導(dǎo)致動物生長緩慢且易出現(xiàn)病死現(xiàn)象，功能飼料是一種能促進(jìn)動物生長、增強免疫力且改善動物產(chǎn)品品質(zhì)的多功能飼料，飼料中常用的功能添加劑見表2。目前對于功能酒糟飼料的研究相對較少，功能酒糟飼料主要體現(xiàn)在功能性的糖類、脂類、萜類、核苷酸等物質(zhì)和多種益生菌。這些功能性物質(zhì)具有增強動物免疫力、提高動物健康水平、加快動物生長速度及改善飼料適口性等作用，乳酸菌、芽孢桿菌等多種益生菌也具有增強動物免疫力并提高飼料攝入量和生長速度等功能，所以功能飼料的研究有很大的應(yīng)用前景。

表2 飼料常用功能添加劑[6]

具有不同功能的霉菌、酵母等微生物協(xié)同作用可發(fā)酵酒糟生產(chǎn)功能飼料。康寧木霉（）、黑曲霉）、嗜熱毀絲霉（）等霉菌微生物可以通過產(chǎn)生纖維素酶及其相關(guān)酶類降解纖維素，各類霉菌微生物產(chǎn)生的酶類有所差異，所以各霉菌在酒糟發(fā)酵過程中可以起到互補作用；枯草芽孢桿菌（）可以產(chǎn)生淀粉酶、葡聚糖酶等酶類物質(zhì)和改善飼料適口性的香味成分乙偶姻，具有促進(jìn)動物生長和增強免疫力等作用；部分釀酒酵母（）可以產(chǎn)生煙酸等功能成分，煙酸主要通過高錳酸鉀氧化法、硝酸氧化法、氨氧化法等化工合成方法進(jìn)行制備，不僅在食品添加劑、醫(yī)藥等領(lǐng)域有所應(yīng)用，作為飼料添加劑時也具有促進(jìn)動物生長并改善其肉質(zhì)等作用，在飼料行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，在飼料添加劑中是一種用量僅次于氯化膽堿的維生素類添加劑。產(chǎn)朊假絲酵母（）廣泛應(yīng)用于飼料生產(chǎn)，可將工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品、廢料作為能源物質(zhì)，主要用于提高飼料蛋白含量，也可用于生產(chǎn)維生素等物質(zhì)；目前細(xì)菌耐藥性和食品安全已引起全球普遍關(guān)注，導(dǎo)致飼料行業(yè)全面禁止使用抗生素，尤其是易使細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性的抗生素，所以飼料行業(yè)和畜牧業(yè)廣泛使用有抑菌作用的有益微生物代替抗生素，其中植物乳桿菌（）等乳酸菌有改善飼料適口性、抑制病原菌和維持腸道健康的作用。

2 生產(chǎn)有機肥料

生物有機肥是利用具有特定功能的微生物，以動植物殘體（包括畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈、農(nóng)產(chǎn)品加工等有機固體廢棄物）為發(fā)酵原料，經(jīng)過微生物高溫堆肥過程，殺滅有機廢物中病原體使其無害化，并將其與腐熟的有機物料按一定比例混合而成的一類兼具微生物肥料和有機肥料兩者功效的新型肥料。酒糟中含有豐富的氮、磷等植物必需營養(yǎng)物質(zhì)，可通過微生物發(fā)酵將其生產(chǎn)為有機肥料，以作為廉價的土壤肥力補充劑，可較為顯著地改善土壤環(huán)境并提高施用農(nóng)作物的產(chǎn)量等。

林金新等通過芽孢桿菌、霉菌和釀酒酵母發(fā)酵酒糟用以生產(chǎn)有機肥，在優(yōu)化條件下生產(chǎn)的有機肥腐殖質(zhì)含量達(dá)到17.50 %，種子發(fā)芽指數(shù)也高達(dá)93.2 %。楊新等將地衣芽孢桿菌（）、空氣芽孢桿菌（）、產(chǎn)色高溫單胞菌（）、微小根毛霉（）、嗜熱籃狀菌（T）、黑曲霉和腫梗根毛霉（）作為發(fā)酵菌種并按照實驗確定的比例接種于酒糟，酒糟發(fā)酵產(chǎn)物中有效活菌數(shù)為8.532×10CFU/g，種子發(fā)芽率達(dá)到86 %，經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)兩者均高于部分市售高溫菌劑。酒糟也可與秸稈等進(jìn)行混合作為底物，在枯草芽孢桿菌、植物乳桿菌、熱帶假絲酵母（）和嗜熱毛殼菌（）作用下進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)酒糟有機肥，高粱施用該有機肥后平均株高、穗長、莖粗、成穗率以及產(chǎn)量均高于對照組，同時土壤中的有機質(zhì)、全氮、全磷和全鉀有較顯著的增加。有研究對比酒糟生物有機肥和復(fù)合肥與普通有機肥的使用效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)施用酒糟生物有機肥的農(nóng)作物產(chǎn)量更高。也有研究顯示酒糟有機肥對土壤酸度、高粱等農(nóng)作物的產(chǎn)量、含淀粉量等均有改善作用。國外有研究表明無論在中產(chǎn)或高產(chǎn)環(huán)境下，施用酒糟肥料對玉米產(chǎn)量均有較大提升。酒糟有機肥和竹炭聯(lián)合使用時對二氯喹啉酸除草劑土壤殘留致煙株畸形生長的情況具有一定的改善作用，其中每株煙草施用100 g 酒糟有機肥和120 g 竹炭時效果最佳，并且施用酒糟有機肥有助于改善煙葉質(zhì)量，包括外觀質(zhì)量、化學(xué)組成和感官質(zhì)量。

3 生產(chǎn)化工產(chǎn)品

酒糟還可用于生產(chǎn)乙醇、甘油、丁二酸、乳酸、氫氣等化工產(chǎn)品，利用酒糟生產(chǎn)其他化工產(chǎn)品主要是通過微生物的發(fā)酵作用來實現(xiàn)，但是部分酒糟原本含有的物質(zhì)也可以通過直接提取或化學(xué)反應(yīng)獲得。有研究表明白酒酒糟中的谷物皮渣可以直接提取出豐富的酚酸類物質(zhì)、植酸及其鹽類等多種功能性物質(zhì)，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥或其他領(lǐng)域，較大程度提高了白酒企業(yè)的經(jīng)濟效益?？衫脷溲趸泴⒕圃阒苽錇榛钚蕴?，該過程主要受固液比、氫氧化鉀濃度、活化溫度和活化時間等因素影響。相比于可直接提取或者通過化學(xué)反應(yīng)得到的功能物質(zhì)，微生物發(fā)酵產(chǎn)生的化工產(chǎn)品種類更為豐富。琥珀酸放線菌（）可利用酒糟作為原料生產(chǎn)丁二酸；木醋桿菌（）可利用酒糟水解液合成細(xì)菌纖維素；皮狀絲孢酵母（）可以利用酒糟水解液作為發(fā)酵原料生產(chǎn)大量油脂；白酒發(fā)酵結(jié)束后余留在酒糟中的淀粉、纖維素等復(fù)雜多糖類物質(zhì)經(jīng)過酸、堿等各類預(yù)處理可生成微生物能直接利用的糖類物質(zhì)，微生物進(jìn)而利用酒糟降解物作為發(fā)酵原料生成乙醇等燃料物質(zhì)；酒糟經(jīng)過預(yù)處理后可與啤酒糟或甘油等混合，在大腸桿菌）作用下生成新能源物質(zhì)——氫氣。

4 展望

除上述提及應(yīng)用外，酒糟還有許多用途。酒糟與棉籽殼、麥麩、過磷酸鈣和石膏粉按照一定比例組合作為培養(yǎng)基可用于栽培茶樹菇，轉(zhuǎn)化率可達(dá)到78.2%，同時生產(chǎn)完茶樹菇的菌糠還可用于生產(chǎn)飼料；酒糟通過食用酒精浸提后所得濾液經(jīng)蒸餾可得到酒糟酒，該酒具有較多的酯類等香味成分，對其進(jìn)行勾兌即可得到成品白酒；酒糟在耐高溫酒精活性干酵母、生香活性干酵母、糖化酶和纖維素酶作用下可生成達(dá)標(biāo)食醋，每100 kg 鮮白酒糟可以生產(chǎn)食醋33.5 kg；酒糟提取液和黃水結(jié)合培養(yǎng)葡糖醋桿菌（）可用于生產(chǎn)細(xì)菌纖維素（BC），BC 產(chǎn)量可達(dá)到7.42 g/L，靜態(tài)培養(yǎng)7 d 后BC 的轉(zhuǎn)化率為42.4 %，相較于傳統(tǒng)的Hestrin-Schramm 培養(yǎng)基分別提高了2.72 倍和2.37 倍，同時較大程度地降低了生產(chǎn)成本。

酒糟是固態(tài)發(fā)酵白酒的主要副產(chǎn)物，伴隨著白酒行業(yè)的日益壯大，產(chǎn)生了數(shù)量龐大且營養(yǎng)豐富的酒糟。鑒于此，充分利用酒糟中殘留的營養(yǎng)物質(zhì)成為了有關(guān)學(xué)者研究的熱點，但其綜合利用的途徑仍需要更深入和更廣泛的研究。首先可以利用日新月異的檢測技術(shù)探索酒糟中的附加值高的功能成分，不僅可以提高酒糟的利用價值，同時也能降低功能成分的生產(chǎn)成本；酒糟多為單一使用，可考慮與其他固態(tài)廢棄物混合后再利用，彌補酒糟中缺少的成分，實現(xiàn)對酒糟最大程度的利用；高纖維含量的酒糟不利于其再利用，一方面可以篩選能有效降解利用酒糟粗纖維的微生物，另一方面也可在酒糟再利用前進(jìn)行預(yù)處理，常用的預(yù)處理方式包括酸水解、酶水解、酸酶聯(lián)合水解、蒸汽爆破等，其中蒸汽爆破技術(shù)具有污染小，耗能低等特點，因而在相關(guān)領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。