白酒糟中功能因子及其提取技術的研究進展

時 偉，鄭紅梅，何珺珺，吳德光，郭 舉

（1.茅臺學院釀酒工程系，貴州仁懷 564500；2.江南大學糧食發酵工藝與技術國家工程實驗室，江蘇無錫 214122；3.西北農林科技大學動物科技學院動物脂肪沉積與肌肉發育實驗室，陜西楊凌 712100）

我國是白酒生產和消費大國，據最新數據統計表明，2014-2018年中國白酒每年平均產量為1 199.5萬kL。白酒糟是白酒生產中形成的固體廢棄物，按照產生3～4 t酒糟/t白酒計算，白酒行業年產酒糟量約4 000～5 000萬t。由于白酒糟濕糟中含有大量水分（60%～70%）、酸度大、不易保存等特點，還會對環境造成嚴重污染。因此，如何提高白酒糟的綜合利用效率，對于提升白酒產業資源利用和保護環境都有極其重要的意義。白酒糟中含有粗纖維、粗淀粉、脂肪、氨基酸、礦物質、酶類和多種維生素，不同酒廠白酒糟組成及營養水平有所不同[1]。目前對酒糟的綜合利用主要有生產飼料、肥料；提取蛋白質、植酸、復合氨基酸、微量元素；發酵生產沼氣、食醋、甘油和培養食用菌等[2]。

中國白酒可以降低人體尿酸含量、降低患老年癡呆癥的風險，并能增強人體免疫功能，這與酒體中含有大量的功能因子息息相關[3-4]。有研究表明，白酒糟體積分數為75%乙醇提取物對2,2'-聯氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸（2,2'-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid），ABTS）自由基有較好清除作用，酒糟石油醚提取物對枯草芽孢桿菌、大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有較好的抗菌作用，并且能夠微弱抑制人白血病細胞（K562）癌細胞的活性[5]。白酒糟中的功能因子主要包括酸類、醇類、酚類、酯類、醛酮類、活性肽、氨基酸、多糖和吡嗪類化合物，大量研究表明，通過不同的提取方法可以從白酒糟中獲取各種不同的功能因子，本文對白酒糟中提取的功能因子及其提取技術進行綜述，旨在為白酒糟中功能因子的研究和應用提供理論基礎和參考方法。

1 白酒糟中提取的功能因子

白酒糟中的功能因子不僅對白酒有呈香呈味的作用，還有很重要的生理作用，最近研究發現許多功能因子有益于人體健康。白酒糟中提取的功能因子情況見表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 酸類

甲酸、乙酸、丙酸、丁酸均能為生物體提供能量，增強免疫功能并有調節腸道微生物的作用[6]；其中乙酸還能夠促進肝臟氧化并抑制脂肪酸合成，從而達到降血脂、降膽固醇以及延緩血管硬化等功效[7]；丁酸還能促進結腸T細胞的分化，從而提高腸道的自身免疫能力[8]。乳酸能夠刺激免疫系統，平衡腸道菌群，降低血清自由基和降低腫瘤的風險等[9]。江思瑤等[10]從白酒糟中提取了酒石酸、甲酸、乳酸、乙酸、檸檬酸、丙酸、丁酸、己酸，其中乳酸在提取液的有機酸中含量最高，可達1.84%。

琥珀酸又名丁二酸，能夠抑制細菌，增強機體免疫力。研究表明，利用微生物發酵白酒糟能夠提取琥珀酸，且最高產率可達133 mg/g[11-13]。

植酸可以充當抗氧化劑，可能會對膽固醇和血糖產生積極影響[14]；菲汀是植酸與鈣、鎂等離子形成的復鹽，是營養型藥物，能促進新陳代謝、增進食欲和營養助長發育等作用，也適用于治療神經系統的各種疾病[15]。田小海等[16-17]分別從白酒糟中提取出了菲汀和植酸，且植酸產量可達16.92 mg/g。

富馬酸是一種醫藥中間體，可用于生產治療原發性高血壓、心絞痛和各種過敏性疾病的藥物，還具有一定的抗菌能力，作為酸味劑在食品工業中廣泛應用[18]。白酒糟中也含有富馬酸，利用少根根霉RH-7-13酒糟水解液進行發酵就能得到22.5 g/L的富馬酸[18]。

1.2 醇類

2,3-丁二醇常被添加到白酒中，以改善白酒的風味；還能與乙酸反應生成2,3-丁二醇二乙酸酯，該酯可加到奶油中改善風味；在脫氫酶的作用下，生成的3-羥基-2-丁酮是一種應用廣泛的天然食用香料[19]。YANG T等[20]利用解淀粉芽孢桿菌B10-127發酵白酒糟，可得到2,3-丁二醇0.81 g/（L·h）。

乙醇在人體內能被快速吸收，同時快速地氧化放熱，所以飲酒可以御寒，適量攝入乙醇可以活血、增加吸氧量、促進新陳代謝；另外乙醇本身還是一種殺菌劑和麻醉劑，可以治療慢性消化道疾病和失眠等[4]。通過對白酒糟發酵，乙醇產量可達238 mg/g[21]；如果運用連續乙醇發酵的方法，根據葡萄糖濃度不同，乙醇的產率可在91.9%～98.9%[22]。

木糖醇是一種五碳糖醇，在人體中代謝不需要胰島素參與，也不會造成血糖的急劇變化，可作為糖尿病人的甜味替代品；木糖醇還可預防齲齒，其在醫藥和食品領域中應用廣泛[23]。任海偉等[24-25]研究表明，利用微生物發酵方法可以從白酒糟中提取木糖醇，質量濃度可達11.85 mg/mL，轉化率可達57.8%。

1.3 酚類

多酚具有抗氧化、清除自由基、抗菌和保鮮等生物活性，能夠緩解肌肉疲勞，修復肌肉損傷[26-27]。研究表明，白酒糟中含有豐富的酚類物質，從不同來源的白酒糟中提取的總酚的含量不一樣，總酚含量最高可達29.36%[28-30]。阿魏酸具有抗氧化、抑制腫瘤、提高神經系統免疫能力、保護肝腦損傷以及抗輻射等作用[31-32]。王鑫等[33]利用酶法提取白酒糟中酚酸物質，得到總酚酸最高產率為1.51%，其中含有反式-阿魏酸、香豆酸、肉桂酸、4-羥基苯甲酸、4-羥基苯乙酸、香草酸等。此外，據報道白酒糟中還含有抗氧化、抗炎、抑菌的黃酮類化合物[34]。王興東等[35]在貴州茅臺鎮醬香型酒糟中檢測到總黃酮和總多酚的含量分別為20.40 mg/g和4.78 mg/g。

1.4 酯和醛酮類

酯類是白酒中的主要香味物質，對人體有一定的健康作用。庚酸乙酯、亞麻酸乙酯、亞油酸乙酯等高級脂肪酸酯在人體內水解后生成脂肪酸，可抑制膽固醇合成[36]。5-羥甲基糠醛能夠改善血液流變性，抗酪氨酸酶，抗炎，抑制腫瘤和降低血液中的膽固醇等作用[37]。王興東等[5，38]從茅臺醬香型白酒糟中提取出不同含量的糠醛、亞油酸乙酯、棕櫚酸乙酯、油酸乙酯，它們占酒糟中香氣成分的84.41%。

1.5 活性肽和氨基酸類

活性肽，在人體內有重要的生理作用。表面活性素是由芽抱桿菌屬產生的環脂肽類表面活性劑，具有廣譜的抗菌性、良好表面活性以及生物相容性。研究表明，利用解淀粉芽孢桿菌MT45和X82共培養發酵酒糟能夠得到表面活性素含量為3.4 g/L[39]。血管緊張素轉換酶抑制肽具有抗高血壓活性[40]。魏冬等[41]從濃香型白酒酒糟中分離鑒定出6種血管緊張素轉換酶（angiotensin converting enzyme，ACE）抑制肽、2種抗氧化肽和1種抑制紫外線引起紅斑的功能短肽。二肽在胞間信息傳遞、抑制毒素、促癌細胞凋亡和鎮痛方面都有作用[42]。廖勤儉等[43]研究發現，酒糟黃水中含有二肽和環二肽，能夠通過細胞膜的滲透以原形直接進入細胞內，參與細胞的生長發育和生理功能等。

乳酸鏈球菌素（Nisin）是從乳酸鏈球菌或乳酸乳球菌發酵產物中提取的一種多肽抗菌素類物質，可被人體內的胰凝乳蛋白酶快速分解成氨基酸，不會產生任何毒副作用[44]，而酒糟可以作為替代原料生產乳酸鏈球菌素[45]。葉翔等[46]從江蘇洋河酒廠白酒糟中檢測出17種氨基酸，并且氨基酸含量高達13.45%，可滿足機體對各種氨基酸的需要。

1.6 多糖

多糖能控制細胞分裂和分化，調節細胞的生長與衰老，有些多糖具有抗腫瘤、抗病毒、降血糖、降血壓、抗輻射等藥效[47]。研究表明，通過酸處理法、堿處理法或者酶法可從白酒糟中提取出木糖，由于白酒糟來源和處理方法不同，得到的木糖或木聚糖的產率不同[48-51]，酒糟中殘存著大量的多糖、被富集的蛋白質、礦物元素等營養物質，是提取酒糟多糖的較好原料。張世仙等[52]采用酶法提取酒糟多糖，用α-萘酚-硫酸顯色法測定（以葡萄糖計）酒糟中多糖含量為10.6%。

1.7 吡嗪類

四甲基吡嗪（tetramethylpyrazine，TTMP）是中國白酒中重要的功能性物質和關鍵特征香氣成分，常被用作治療心血管和腦血管疾病，對α-葡萄糖苷酶有抑制活性，對于高血糖有一定的改善作用，對甘油三酯有分解能力[53-54]。ZHANG W等[53]使用白酒糟作為固態發酵培養基，用解淀粉芽孢桿菌XJB-104發酵生產四甲基吡嗪，產量高達365 mg/（kg·d）。王曉丹等[55]利用高溫大曲中分離得到的地衣芽孢桿菌（Baclicus lincheniformis）提高粹沙酒醬香風格特征，將地衣芽孢桿菌FBKL1.0199添加到窖池中層的糟醅中，與空白糟醅作對比，結果表明，最佳菌株添加量為5%，發酵后的酒醅四甲基吡嗪含量達6.81 μg/g，是對照組的3.03倍。

2 白酒糟中功能因子提取技術

白酒糟中功能因子的提取技術主要有4條途徑：酸或堿處理、酶的催化反應、物理萃取和生物發酵，各種途徑所提取的功能因子不同，目前應用最廣泛的是生物發酵法。

2.1 酸處理法和堿處理法

酸處理法和堿處理法是對白酒糟進行預處理常用的方法，利用酸或堿降解白酒糟中的纖維素產生單糖，此方法主要用于提取單糖或多糖。酸處理法和堿處理法在白酒糟功能因子提取中的應用見表2。

表2 酸處理法和堿處理法在白酒糟功能因子提取中的應用Table 2 Application of acid treatment and alkali treatment in the extraction of functional factors from Baijiu distiller's grain

ZHENG Q等[50]研究發現，對于瀘州老窖的酒糟酸處理法優于堿處理法，用2%硫酸在0.5 MPa、121 ℃條件下預處理1 h得到的單糖收率比用氫氧化鈉和氫氧化鈣處理得到的收率高。任海偉等[56]比較了酸-超聲波轉化、液氮、堿性雙氧水和酸性亞硫酸氫鹽等4種制備方法對酒糟酶解糖化的效果，結果顯示，采用酸性亞硫酸氫鹽預處理后的酒糟，總纖維素的酶解得率最高。因此，酸性亞硫酸氫鹽預處理是適用于酒糟生物質糖化的一種可行方法。植酸的提取常用酸處理法，將酒糟加入一定量的稀酸溶液中進行酸浸，浸取液再經過一系列后處理即可得到植酸成品[45]，并且在酸濃度1 mol/L，浸提溫度50 ℃，浸提時間80 min，料液比1∶6（g∶mL）的條件下提取效果最佳[17]。

2.2 酶法

由于白酒糟中含有豐富的纖維素和蛋白質，可利用纖維素酶或者蛋白酶進行水解，得到單糖和多糖[48，50，52]。酶法在白酒糟功能因子提取中的應用見表3。正因為白酒糟的水解液含有豐富的碳源和氮源，又可作為下一步微生物發酵的培養基，生產出特定的物質，如丁二酸[11]。在此過程中，酶的添加量、酶解時間、固液比以及pH都會影響酶法處理的效果。此外，白酒糟中含有大量不能被微生物利用的谷物皮渣，其中除含有蛋白質、氨基酸、微量元素等物質外，還含有大量與多糖骨架結合在一起構成細胞壁的酚酸類物質（束縛型酚酸）。采用復合酶酶解干酒糟，得到了較高的總酚酸，尤其是反式-阿魏酸的含量顯著增加，約是酶解前的35倍[33]。

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

2.3 萃取法

白酒糟中總酚的提取最常用的方法就是利用乙醇萃取，乙醇濃度、料液比、提取時間、提取溫度都會影響萃取的效果。萃取法在白酒糟功能因子提取中的應用見表4。研究表明，不同來源的白酒糟最佳的萃取條件并不相同[28-30]，此外，乙醇萃取法還用于提取白酒糟中的二肽和環二肽類化合物[43]。頂空固相微萃取技術適用于揮發性和半揮發性物質的提取，對于定性分析酒糟提取液中的微量香氣成分是快捷有效的[57]，江思瑤等[10]對河北某酒廠的酒糟采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用的方法共鑒定出20種香氣成分，8種有機酸，16種呈香呈味物質。此外，利用超臨界二氧化碳萃取技術可從白酒糟中提取呈香呈味物質，萃取率最高可達到18.35%[58]。

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

2.4 生物發酵法

在眾多的白酒糟綜合利用的方法中，生物發酵法是目前運用最廣泛的方法。生物發酵法在白酒糟功能因子提取中的應用見表5。白酒糟中淀粉和蛋白的含量均比較高，可作為微生物發酵培養基，并選用不同的菌種進行發酵得到不同的功能因子。一般常用的菌種有霉菌、細菌和酵母菌。張玉嶺[18]用少根根霉RH-7-13發酵白酒糟得到22.5 g/L的富馬酸。ZHOU X B等[12]用放線桿菌CGMCC 1593在37 ℃和100%厭氧條件下對洋河酒廠酒糟發酵處理，得到產量為35.5 g/L的琥珀酸。解淀粉芽孢桿菌的應用也較為廣泛，可用于生產提取丁二醇、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]。郝標等[21-22]均用酵母菌發酵白酒糟提取乙醇，由于酒糟來源和酵母菌菌株不同，最終得到的乙醇產量不同。任海偉等[24]利用熱帶假絲酵母（Candida tropicalis）1779發酵酒糟水解液提取木糖醇，結果表明，當種子齡27 h、接種量20 mL、裝液量100 mL、氮源添加量20 mL、氮源質量濃度48 g/L時，發酵液中木糖醇產量為11.85 mg/mL，木糖利用率和還原糖利用率分別為45.62%和74.81%。

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

研究表明，多菌種發酵比單菌種發酵產生的真蛋白多[59]。焦肖飛等[60]利用枯草芽孢桿菌、白地霉和產朊假絲酵母對白酒糟進行單菌和復合菌發酵實驗，通過三菌單因素發酵試驗及正交試驗確定最佳發酵條件為：添加15%的麩皮和2%的尿素，先接種5%的枯草芽孢桿菌和10%的白地霉30 ℃培養24 h，然后接種5%的產朊假絲酵母30 ℃培養72 h，此時真蛋白的含量為24.85%，粗蛋白含量達32.09%，粗纖維含量降低到17.66%。此外，多數天然菌種發酵效率較低，可利用基因工程技術對天然菌種進行改良，提升生產效率，其中應用較多的是重組大腸桿菌[45，61]。

3 總結與展望

目前我國白酒糟的產量巨大，并且呈上升的趨勢，利用白酒糟提取功能因子只是白酒糟綜合化利用的一個方面，并不能完全解決白酒糟帶來的資源浪費和環境污染等問題，所以探究其綜合利用的途徑仍需要更深入和更廣泛的研究。應進一步探索白酒糟功能因子在食品和醫藥行業的應用，為企業創造更高的價值，提高企業研究利用白酒糟的動力；目前白酒糟在利用時方向單一，很容易在利用后產生二次廢物，所以需要探尋白酒糟更高效的利用方法，使酒糟中各種組分得到資源化利用。白酒糟中含有大量的纖維素和難降解物質，隨著基因編輯技術的發展，開發一種能夠高效酵解白酒糟的微生物成為可能；還可以利用合成生物學的技術，定向設計合成能夠利用白酒糟等生物質資源的微生物，可持續性的生產能源，既減輕環境的壓力又能讓資源利用最大化，這也將是未來的一個研究熱點方向。