白酒糟中功能因子及其提取技术的研究进展

时 伟，郑红梅，何珺珺，吴德光，郭 举

（1.茅台学院酿酒工程系，贵州仁怀 564500；2.江南大学粮食发酵工艺与技术国家工程实验室，江苏无锡 214122；3.西北农林科技大学动物科技学院动物脂肪沉积与肌肉发育实验室，陕西杨凌 712100）

我国是白酒生产和消费大国，据最新数据统计表明，2014-2018年中国白酒每年平均产量为1 199.5万kL。白酒糟是白酒生产中形成的固体废弃物，按照产生3～4 t酒糟/t白酒计算，白酒行业年产酒糟量约4 000～5 000万t。由于白酒糟湿糟中含有大量水分（60%～70%）、酸度大、不易保存等特点，还会对环境造成严重污染。因此，如何提高白酒糟的综合利用效率，对于提升白酒产业资源利用和保护环境都有极其重要的意义。白酒糟中含有粗纤维、粗淀粉、脂肪、氨基酸、矿物质、酶类和多种维生素，不同酒厂白酒糟组成及营养水平有所不同[1]。目前对酒糟的综合利用主要有生产饲料、肥料；提取蛋白质、植酸、复合氨基酸、微量元素；发酵生产沼气、食醋、甘油和培养食用菌等[2]。

中国白酒可以降低人体尿酸含量、降低患老年痴呆症的风险，并能增强人体免疫功能，这与酒体中含有大量的功能因子息息相关[3-4]。有研究表明，白酒糟体积分数为75%乙醇提取物对2,2'-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸（2,2'-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid），ABTS）自由基有较好清除作用，酒糟石油醚提取物对枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有较好的抗菌作用，并且能够微弱抑制人白血病细胞（K562）癌细胞的活性[5]。白酒糟中的功能因子主要包括酸类、醇类、酚类、酯类、醛酮类、活性肽、氨基酸、多糖和吡嗪类化合物，大量研究表明，通过不同的提取方法可以从白酒糟中获取各种不同的功能因子，本文对白酒糟中提取的功能因子及其提取技术进行综述，旨在为白酒糟中功能因子的研究和应用提供理论基础和参考方法。

1 白酒糟中提取的功能因子

白酒糟中的功能因子不仅对白酒有呈香呈味的作用，还有很重要的生理作用，最近研究发现许多功能因子有益于人体健康。白酒糟中提取的功能因子情况见表1。

表1 白酒糟中提取的功能因子Table 1 Functional factors extracted from Baijiu distiller's grain

1.1 酸类

甲酸、乙酸、丙酸、丁酸均能为生物体提供能量，增强免疫功能并有调节肠道微生物的作用[6]；其中乙酸还能够促进肝脏氧化并抑制脂肪酸合成，从而达到降血脂、降胆固醇以及延缓血管硬化等功效[7]；丁酸还能促进结肠T细胞的分化，从而提高肠道的自身免疫能力[8]。乳酸能够刺激免疫系统，平衡肠道菌群，降低血清自由基和降低肿瘤的风险等[9]。江思瑶等[10]从白酒糟中提取了酒石酸、甲酸、乳酸、乙酸、柠檬酸、丙酸、丁酸、己酸，其中乳酸在提取液的有机酸中含量最高，可达1.84%。

琥珀酸又名丁二酸，能够抑制细菌，增强机体免疫力。研究表明，利用微生物发酵白酒糟能够提取琥珀酸，且最高产率可达133 mg/g[11-13]。

植酸可以充当抗氧化剂，可能会对胆固醇和血糖产生积极影响[14]；菲汀是植酸与钙、镁等离子形成的复盐，是营养型药物，能促进新陈代谢、增进食欲和营养助长发育等作用，也适用于治疗神经系统的各种疾病[15]。田小海等[16-17]分别从白酒糟中提取出了菲汀和植酸，且植酸产量可达16.92 mg/g。

富马酸是一种医药中间体，可用于生产治疗原发性高血压、心绞痛和各种过敏性疾病的药物，还具有一定的抗菌能力，作为酸味剂在食品工业中广泛应用[18]。白酒糟中也含有富马酸，利用少根根霉RH-7-13酒糟水解液进行发酵就能得到22.5 g/L的富马酸[18]。

1.2 醇类

2,3-丁二醇常被添加到白酒中，以改善白酒的风味；还能与乙酸反应生成2,3-丁二醇二乙酸酯，该酯可加到奶油中改善风味；在脱氢酶的作用下，生成的3-羟基-2-丁酮是一种应用广泛的天然食用香料[19]。YANG T等[20]利用解淀粉芽孢杆菌B10-127发酵白酒糟，可得到2,3-丁二醇0.81 g/（L·h）。

乙醇在人体内能被快速吸收，同时快速地氧化放热，所以饮酒可以御寒，适量摄入乙醇可以活血、增加吸氧量、促进新陈代谢；另外乙醇本身还是一种杀菌剂和麻醉剂，可以治疗慢性消化道疾病和失眠等[4]。通过对白酒糟发酵，乙醇产量可达238 mg/g[21]；如果运用连续乙醇发酵的方法，根据葡萄糖浓度不同，乙醇的产率可在91.9%～98.9%[22]。

木糖醇是一种五碳糖醇，在人体中代谢不需要胰岛素参与，也不会造成血糖的急剧变化，可作为糖尿病人的甜味替代品；木糖醇还可预防龋齿，其在医药和食品领域中应用广泛[23]。任海伟等[24-25]研究表明，利用微生物发酵方法可以从白酒糟中提取木糖醇，质量浓度可达11.85 mg/mL，转化率可达57.8%。

1.3 酚类

多酚具有抗氧化、清除自由基、抗菌和保鲜等生物活性，能够缓解肌肉疲劳，修复肌肉损伤[26-27]。研究表明，白酒糟中含有丰富的酚类物质，从不同来源的白酒糟中提取的总酚的含量不一样，总酚含量最高可达29.36%[28-30]。阿魏酸具有抗氧化、抑制肿瘤、提高神经系统免疫能力、保护肝脑损伤以及抗辐射等作用[31-32]。王鑫等[33]利用酶法提取白酒糟中酚酸物质，得到总酚酸最高产率为1.51%，其中含有反式-阿魏酸、香豆酸、肉桂酸、4-羟基苯甲酸、4-羟基苯乙酸、香草酸等。此外，据报道白酒糟中还含有抗氧化、抗炎、抑菌的黄酮类化合物[34]。王兴东等[35]在贵州茅台镇酱香型酒糟中检测到总黄酮和总多酚的含量分别为20.40 mg/g和4.78 mg/g。

1.4 酯和醛酮类

酯类是白酒中的主要香味物质，对人体有一定的健康作用。庚酸乙酯、亚麻酸乙酯、亚油酸乙酯等高级脂肪酸酯在人体内水解后生成脂肪酸，可抑制胆固醇合成[36]。5-羟甲基糠醛能够改善血液流变性，抗酪氨酸酶，抗炎，抑制肿瘤和降低血液中的胆固醇等作用[37]。王兴东等[5，38]从茅台酱香型白酒糟中提取出不同含量的糠醛、亚油酸乙酯、棕榈酸乙酯、油酸乙酯，它们占酒糟中香气成分的84.41%。

1.5 活性肽和氨基酸类

活性肽，在人体内有重要的生理作用。表面活性素是由芽抱杆菌属产生的环脂肽类表面活性剂，具有广谱的抗菌性、良好表面活性以及生物相容性。研究表明，利用解淀粉芽孢杆菌MT45和X82共培养发酵酒糟能够得到表面活性素含量为3.4 g/L[39]。血管紧张素转换酶抑制肽具有抗高血压活性[40]。魏冬等[41]从浓香型白酒酒糟中分离鉴定出6种血管紧张素转换酶（angiotensin converting enzyme，ACE）抑制肽、2种抗氧化肽和1种抑制紫外线引起红斑的功能短肽。二肽在胞间信息传递、抑制毒素、促癌细胞凋亡和镇痛方面都有作用[42]。廖勤俭等[43]研究发现，酒糟黄水中含有二肽和环二肽，能够通过细胞膜的渗透以原形直接进入细胞内，参与细胞的生长发育和生理功能等。

乳酸链球菌素（Nisin）是从乳酸链球菌或乳酸乳球菌发酵产物中提取的一种多肽抗菌素类物质，可被人体内的胰凝乳蛋白酶快速分解成氨基酸，不会产生任何毒副作用[44]，而酒糟可以作为替代原料生产乳酸链球菌素[45]。叶翔等[46]从江苏洋河酒厂白酒糟中检测出17种氨基酸，并且氨基酸含量高达13.45%，可满足机体对各种氨基酸的需要。

1.6 多糖

多糖能控制细胞分裂和分化，调节细胞的生长与衰老，有些多糖具有抗肿瘤、抗病毒、降血糖、降血压、抗辐射等药效[47]。研究表明，通过酸处理法、碱处理法或者酶法可从白酒糟中提取出木糖，由于白酒糟来源和处理方法不同，得到的木糖或木聚糖的产率不同[48-51]，酒糟中残存着大量的多糖、被富集的蛋白质、矿物元素等营养物质，是提取酒糟多糖的较好原料。张世仙等[52]采用酶法提取酒糟多糖，用α-萘酚-硫酸显色法测定（以葡萄糖计）酒糟中多糖含量为10.6%。

1.7 吡嗪类

四甲基吡嗪（tetramethylpyrazine，TTMP）是中国白酒中重要的功能性物质和关键特征香气成分，常被用作治疗心血管和脑血管疾病，对α-葡萄糖苷酶有抑制活性，对于高血糖有一定的改善作用，对甘油三酯有分解能力[53-54]。ZHANG W等[53]使用白酒糟作为固态发酵培养基，用解淀粉芽孢杆菌XJB-104发酵生产四甲基吡嗪，产量高达365 mg/（kg·d）。王晓丹等[55]利用高温大曲中分离得到的地衣芽孢杆菌（Baclicus lincheniformis）提高粹沙酒酱香风格特征，将地衣芽孢杆菌FBKL1.0199添加到窖池中层的糟醅中，与空白糟醅作对比，结果表明，最佳菌株添加量为5%，发酵后的酒醅四甲基吡嗪含量达6.81 μg/g，是对照组的3.03倍。

2 白酒糟中功能因子提取技术

白酒糟中功能因子的提取技术主要有4条途径：酸或碱处理、酶的催化反应、物理萃取和生物发酵，各种途径所提取的功能因子不同，目前应用最广泛的是生物发酵法。

2.1 酸处理法和碱处理法

酸处理法和碱处理法是对白酒糟进行预处理常用的方法，利用酸或碱降解白酒糟中的纤维素产生单糖，此方法主要用于提取单糖或多糖。酸处理法和碱处理法在白酒糟功能因子提取中的应用见表2。

表2 酸处理法和碱处理法在白酒糟功能因子提取中的应用Table 2 Application of acid treatment and alkali treatment in the extraction of functional factors from Baijiu distiller's grain

ZHENG Q等[50]研究发现，对于泸州老窖的酒糟酸处理法优于碱处理法，用2%硫酸在0.5 MPa、121 ℃条件下预处理1 h得到的单糖收率比用氢氧化钠和氢氧化钙处理得到的收率高。任海伟等[56]比较了酸-超声波转化、液氮、碱性双氧水和酸性亚硫酸氢盐等4种制备方法对酒糟酶解糖化的效果，结果显示，采用酸性亚硫酸氢盐预处理后的酒糟，总纤维素的酶解得率最高。因此，酸性亚硫酸氢盐预处理是适用于酒糟生物质糖化的一种可行方法。植酸的提取常用酸处理法，将酒糟加入一定量的稀酸溶液中进行酸浸，浸取液再经过一系列后处理即可得到植酸成品[45]，并且在酸浓度1 mol/L，浸提温度50 ℃，浸提时间80 min，料液比1∶6（g∶mL）的条件下提取效果最佳[17]。

2.2 酶法

由于白酒糟中含有丰富的纤维素和蛋白质，可利用纤维素酶或者蛋白酶进行水解，得到单糖和多糖[48，50，52]。酶法在白酒糟功能因子提取中的应用见表3。正因为白酒糟的水解液含有丰富的碳源和氮源，又可作为下一步微生物发酵的培养基，生产出特定的物质，如丁二酸[11]。在此过程中，酶的添加量、酶解时间、固液比以及pH都会影响酶法处理的效果。此外，白酒糟中含有大量不能被微生物利用的谷物皮渣，其中除含有蛋白质、氨基酸、微量元素等物质外，还含有大量与多糖骨架结合在一起构成细胞壁的酚酸类物质（束缚型酚酸）。采用复合酶酶解干酒糟，得到了较高的总酚酸，尤其是反式-阿魏酸的含量显着增加，约是酶解前的35倍[33]。

表3 酶法在白酒糟功能因子提取中的应用Table 3 Application of enzyme method in the extraction of functional factors from Baijiu distiller's grain

2.3 萃取法

白酒糟中总酚的提取最常用的方法就是利用乙醇萃取，乙醇浓度、料液比、提取时间、提取温度都会影响萃取的效果。萃取法在白酒糟功能因子提取中的应用见表4。研究表明，不同来源的白酒糟最佳的萃取条件并不相同[28-30]，此外，乙醇萃取法还用于提取白酒糟中的二肽和环二肽类化合物[43]。顶空固相微萃取技术适用于挥发性和半挥发性物质的提取，对于定性分析酒糟提取液中的微量香气成分是快捷有效的[57]，江思瑶等[10]对河北某酒厂的酒糟采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用的方法共鉴定出20种香气成分，8种有机酸，16种呈香呈味物质。此外，利用超临界二氧化碳萃取技术可从白酒糟中提取呈香呈味物质，萃取率最高可达到18.35%[58]。

表4 萃取法在白酒糟功能因子提取中的应用Table 4 Application of extraction method in the extraction of functional factors from Baijiu distiller's grain

2.4 生物发酵法

在众多的白酒糟综合利用的方法中，生物发酵法是目前运用最广泛的方法。生物发酵法在白酒糟功能因子提取中的应用见表5。白酒糟中淀粉和蛋白的含量均比较高，可作为微生物发酵培养基，并选用不同的菌种进行发酵得到不同的功能因子。一般常用的菌种有霉菌、细菌和酵母菌。张玉岭[18]用少根根霉RH-7-13发酵白酒糟得到22.5 g/L的富马酸。ZHOU X B等[12]用放线杆菌CGMCC 1593在37 ℃和100%厌氧条件下对洋河酒厂酒糟发酵处理，得到产量为35.5 g/L的琥珀酸。解淀粉芽孢杆菌的应用也较为广泛，可用于生产提取丁二醇、表面活性素、四甲基吡嗪等功能因子[20，39，53]。酵母菌常用于白酒糟中提取乙醇、木糖醇等[21-22，24]。郝标等[21-22]均用酵母菌发酵白酒糟提取乙醇，由于酒糟来源和酵母菌菌株不同，最终得到的乙醇产量不同。任海伟等[24]利用热带假丝酵母（Candida tropicalis）1779发酵酒糟水解液提取木糖醇，结果表明，当种子龄27 h、接种量20 mL、装液量100 mL、氮源添加量20 mL、氮源质量浓度48 g/L时，发酵液中木糖醇产量为11.85 mg/mL，木糖利用率和还原糖利用率分别为45.62%和74.81%。

表5 生物发酵法在白酒糟功能因子提取中的应用Table 5 Application of biological fermentation in the extraction of functional factors from Baijiu distiller's grain

研究表明，多菌种发酵比单菌种发酵产生的真蛋白多[59]。焦肖飞等[60]利用枯草芽孢杆菌、白地霉和产朊假丝酵母对白酒糟进行单菌和复合菌发酵实验，通过三菌单因素发酵试验及正交试验确定最佳发酵条件为：添加15%的麸皮和2%的尿素，先接种5%的枯草芽孢杆菌和10%的白地霉30 ℃培养24 h，然后接种5%的产朊假丝酵母30 ℃培养72 h，此时真蛋白的含量为24.85%，粗蛋白含量达32.09%，粗纤维含量降低到17.66%。此外，多数天然菌种发酵效率较低，可利用基因工程技术对天然菌种进行改良，提升生产效率，其中应用较多的是重组大肠杆菌[45，61]。

3 总结与展望

目前我国白酒糟的产量巨大，并且呈上升的趋势，利用白酒糟提取功能因子只是白酒糟综合化利用的一个方面，并不能完全解决白酒糟带来的资源浪费和环境污染等问题，所以探究其综合利用的途径仍需要更深入和更广泛的研究。应进一步探索白酒糟功能因子在食品和医药行业的应用，为企业创造更高的价值，提高企业研究利用白酒糟的动力；目前白酒糟在利用时方向单一，很容易在利用后产生二次废物，所以需要探寻白酒糟更高效的利用方法，使酒糟中各种组分得到资源化利用。白酒糟中含有大量的纤维素和难降解物质，随着基因编辑技术的发展，开发一种能够高效酵解白酒糟的微生物成为可能；还可以利用合成生物学的技术，定向设计合成能够利用白酒糟等生物质资源的微生物，可持续性的生产能源，既减轻环境的压力又能让资源利用最大化，这也将是未来的一个研究热点方向。