啤酒糟综合利用研究进展

（青岛科技大学，山东青岛 266000）

随着我国啤酒工业的迅速发展，产生的啤酒酿造副产物及废弃物也在迅速增加，其中啤酒糟是主要的副产物，约占85 %。啤酒糟富含蛋白质、糖、维生素、矿物质等成分，营养物质丰富且含量高。在2012 年，我国啤酒糟的年产生量就已超过1000万吨[1]，且近年来有逐年增长的趋势,如果将其直接丢弃会造成资源的巨大浪费，且会导致环境污染严重。发达国家由于环境保护法的严格限制，对啤酒糟废弃物副产品高度重视[2]。啤酒糟的再利用不仅遵循绿色、可持续、环保的原则，而且能够在工业应用中产生巨大的经济效益。近年来啤酒糟的深度开发和再利用在我国也越来越受到关注，这对企业节约成本和环境保护具有重要意义，并且能够拓宽啤酒糟的应用范围，进一步提升其综合利用的价值。

1 啤酒糟在动物饲料工业中的应用

啤酒糟由于含有大量的蛋白质和维生素，通常将其用于补充动物饲料中的必需含氮营养物质。湿的啤酒糟可以直接作为反刍动物的饲料，而干燥后常被用作单胃动物的饲料，高含水量更容易被家畜消化[3]。并且，啤酒糟作为动物的一种替代蛋白质来源，相对于大豆蛋白等其他蛋白更便宜，可以作为廉价氮源的同时又为动物提供所有必需的氨基酸，具有较高的营养价值[4]。

1.1 啤酒糟作为饲料对动物生长发育的影响

Chiou 等[5]研究发现添加啤酒糟能够丰富饲料中的营养成分，提高奶牛的产奶量和牛乳成分，促进奶牛的生长发育，且不会对奶牛血液成分或其他物质摄入量产生负面影响。De Souza 等[6]将湿啤酒糟作为泌乳奶牛的饲料，牛奶中的蛋白质和脂肪含量有显著增加。Radzik 等[7]向羔羊饲料中添加啤酒糟（35%），发现饲喂啤酒糟的羔羊增重相比于对照组更高，且达到屠宰体重的速度明显加快。同时，肉的质量明显改善，脂肪含量较低，亚油酸和不饱和脂肪酸含量增加。这些结果表明，啤酒糟作为动物的低成本饲料的同时，也促进了动物生长发育和肉质健康。姬向波等[8]研究了啤酒糟替代豆粕对肉鹅生长性能及肠道菌群的影响，发现10 %啤酒糟替代日粮中豆粕时可提高其生长性能,改善肉鹅肠道菌群，但过量的啤酒糟替代豆粕时则会降低肉鹅采食量和增重,阻碍其生长发育。因此，将啤酒糟作为饲料用于饲喂动物时，需合理考虑其添加量。

尽管添加啤酒糟作为动物饲料具有优势，但其应用范围仍然有限，这主要与原料的储存问题有关。这种高水分含量的残留物通常在农场环境条件下容易受到微生物生长的影响。湿粮在生产后的几天内就会发生变形和变质[9]。因此，如何储存是这一副产品得到更好应用的关键因素，目前通常的解决办法都是将湿啤酒糟通过太阳辐射干燥和青贮（单独或与其他干草料一起）保存。

1.2 啤酒糟生产高含量营养成分饲料

啤酒糟直接作为饲料，其价值得不到充分利用，为此国内外研究者对啤酒糟进行深加工，提高啤酒糟中的各种营养成分和生物活性，生产高附加值饲料，大大提升经济效益，使啤酒糟实现高值化利用。邓元元[10]通过酶解啤酒糟，制备富含低聚木糖饲料添加剂，能够改善动物肠道微生态环境、增强机体免疫力并提高饲料利用率,是一种新型的绿色饲料添加剂。王瑞等[11]以麦糟为主料,加入血粉辅料,接种益生菌进行发酵,获得蛋白质含量高达50%的发酵产物,与初始样品的蛋白质含量相比,提升幅度超过100 %，可作为良好的蛋白质饲料。Radosavl等[12]以固定化鼠李糖乳杆菌发酵啤酒糟发酵乳酸的研究中，对发酵后所产生的啤酒糟残留物进行评估，得到了一种富含益生菌的动物饲料。

2 啤酒糟在食品工业中的应用

研究表明，啤酒糟的主要成分粗纤维和蛋白质，是人类日常饮食的重要组成部分，具有良好的营养价值[13]。因此啤酒糟也可以加工成面粉，用于生产许多食品，如面包、饼干、玉米饼、意大利面食和谷类早餐食品[14]。Ktenioudaki 等[15]将10 %的啤酒糟粉代替小麦粉生产面包，显著提高了面包的膳食纤维和蛋白质含量。并且，啤酒糟的添加还能够增加食品的功能特性。Stojceska 等[16]发现在面粉面包中添加啤酒糟粉会增加蛋白质和纤维含量，同时啤酒糟在适量酶的作用下能够改善面包的质地和体积等特性，延长面包的保质期。Waters 等[17]在焙烤制品中添加啤酒糟粉，可以提高产品的保水性和质地，并略微增加甜度，与全麦面包相比在营养、工艺和感官方面更有优势。李爽等[18]在研究啤酒糟添加量对饼干质构特性以及水分状态在贮存过程中的影响发现，加入25 %的啤酒糟可以在一定程度上延长饼干的贮藏时间。

由于啤酒糟中水分、多糖和蛋白质等营养成分含量较高，有利于微生物的生长并容易被降解。因此，选择通过真菌和细菌对啤酒糟进行再加工处理来获得酶和用于食品工业的附加值化合物[19]。Cooray 等[20]研究发酵的啤酒糟培养基能够满足酵母生长所需的氮源要求，可以作为酵母菌生长培养基一种廉价替代品。Zalynthios 等[21]在以啤酒糟为基础的培养基上培养的圆红冬孢酵母产生的脂肪酸和类胡萝卜素在产量与在YPD 培养基中的基本相同，其中类胡萝卜素可作为天然着色剂用于食品中。同样，啤酒糟可以经过发酵生产一系列其他具有应用价值的化合物，如琥珀酸[20]、油脂[22]、木糖醇[23]或淀粉[24]，也可以通过微生物发酵得到粗酶制剂。不同的微生物产生的酶的类型和活性也不同，黑曲霉固体发酵啤酒糟可产生β-淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶[24]，米曲霉和芽孢杆菌等微生物作用可以生产α-淀粉酶[25]。

虽然目前还没有大规模的用于食品生产，但啤酒糟可以作为供人类食用的低成本食品成分添加，在有助于啤酒废弃物资源的综合利用的同时，很大程度提高了啤酒糟的附加值，形成了良好的经济效益和社会效益。

3 啤酒糟中营养成分的提取及利用

啤酒糟主要是由大麦外壳和种皮组成，因而富含木质素、纤维素、半纤维素、蛋白质和脂类等营养物质。通常糖类物质含量较多，其中半纤维素最高占比可达40%，还有21%的蛋白质、10%的脂类和5 %的灰分[26]。除了以上这些成分之外，啤酒糟中还含有大量的酚类化合物、维生素和矿物质等[27]，由于其营养成分丰富含量可观，越来越多的学者开始专注于其中营养物质的提取与利用领域。

3.1 糖类

糖类是啤酒中含量最高的物质，一般是由阿拉伯糖、纤维素和木质素等组成。姜福佳等[28-29]优化了酶法提取啤酒糟中的水溶性膳食纤维得率为5.09%，多糖得率为6.24 %。卜雯丽等[30]用出芽短梗霉固态发酵啤酒糟，在最佳固态发酵条件下得到的功能性物质阿魏酰低聚糖含量和可溶性膳食纤维含量分别高达37.67 μmol/L和23.76%。Vieira等[31]用碱法连续提取啤酒糟中的阿拉伯木聚糖，提取效率快且最终阿拉伯木聚糖含量为66%～73%。阿拉伯木聚糖用于食品工业中，能提高食品的保水能力和面团淀粉的老化，改善面包的质量[32]，也可以作为食品中的成膜剂或表面活性剂。Moreirinha 等[33]用从啤酒糟中提取的阿拉伯木聚糖作为基质制备的纳米复合膜，热稳定性和力学性能良好，且具有较强的抗氧化和抗菌活性。

3.2 蛋白质

曲亮璠等[34]采用醇-碱法提取啤酒糟中的蛋白质，在最优条件下啤酒糟粗蛋白的提取率为85.66%,蛋白质纯度48.60%。Qin 等[35]研究了不同预处理对啤酒糟蛋白质提取率的影响，结果表明，连续用碱法和酸法预处理的蛋白质提取率最高（95 %），其次是酸法预处理（90 %）和热水预处理（64%～66%）。Yu 等[36]在酶解啤酒糟前进行超声波预处理，最终蛋白质提取率由61.6 %提高到69.8%，同时使酶成本降低73%，酶反应时间缩短56 %。Connolly 等[37]用不同蛋白酶水解啤酒糟蛋白，水解产物均表现出了较强的抗氧化、抗炎活性和DPP-IV 抑制活性，表明蛋白水解产物作为功能性物质具有很好的应用潜力。

3.3 酚类化合物

啤酒糟的大麦谷壳中富含天然的酚类化合物，如阿魏酸和对香豆酸，是目前啤酒糟中研究较多的具有抗氧化性能的酚类化合物。现在最多常用的酚酸类化合物提取方法包括固液萃取、超临界二氧化碳萃取以及碱水解处理等。Spinelli 等[38]使用超临界二氧化碳萃取法，以乙醇作为共溶剂得到从啤酒糟中提取抗氧化物质的最佳条件为240 min，温度40℃，CO2压力35MPa 和60%的乙醇（v/v），最终酚类和黄酮含量高，抗氧化性能好。Mussatto 等[39]研究了利用碱水解提取阿魏酸和对香豆酸，最终在2 % NaOH、120 ℃、90 min 的水解条件下分别得到阿魏酸145.3 mg/L和对香豆酸138.8 mg/L。所得产品可作为天然抗氧化剂，阿魏酸和对香豆酸在食品、化妆品、医药等领域具有广泛的应用前景。Spinelli 等[40]将从啤酒糟中提取的活性物质进行微胶囊化并应用在鱼肉汉堡中，添加了提取物微胶囊的鱼肉汉堡富含多酚和黄酮类物质，具有很强的抗氧化活性。

4 结论与展望

啤酒糟是啤酒酿造过程中最主要的副产物，含有一些尚未被充分利用的营养功能物质，可以转化为有价值的资源，从而大大降低生产成本，但目前对它的研究还未成体系，依然有较为广阔的研究前景。本文综述的副产品啤酒糟可以添加辅料用于人和动物食用的营养产品中，降低食品和饲料生产的成本；通过对其营养物质的提取，将其中残存附加值较高的功能成分应用到工业生产中，充分利用啤酒糟的营养价值的同时也将会促进酒糟附加值的提升。然而，目前以环境可持续的方式处置废弃物仍是一项重要的挑战，需要设计和开发经济可行的啤酒厂废物利用工艺对一系列副产品进行有效管理，从而解决因处理这些副产品而造成的环境污染问题，同时也得到更好的经济效益。