酒糟中功能性成分综合利用研究进展

徐浩1,江友峰1,谭洪伟1,2,杨明开1,郑博文1,程利芳羽1,宋南伶1,吕锡斌1,2*

1(贵州茅台酒厂(集团)循环经济产业投资开发有限公司,贵州 遵义,564500)

2(中国贵州茅台酒厂(集团)有限责任公司,贵州 仁怀,564501)

摘 要 酒糟作为酒类产品酿造后的副产物,含有许多功能性成分,不同类型的成分有不同的功效,近年来对酒糟中功能性成分的研究得到广泛关注。该文综述了近年来在酒糟中检测到的功能性成分,包括各种风味物质、蛋白质类、氨基酸类、活性多肽类、功能性低聚糖、抗氧化酚类及黄酮类物质,为酒糟中功能性成分的进一步研究提供参考,同时也为其高附加值提升和进一步综合利用提供参考。

关键词 酒糟;功能性成分;风味物质;活性多肽;功能性低聚糖;综合利用

白酒是以高粱为主要原料,以大曲、小曲或麸曲等为糖化发酵剂,经蒸煮、发酵、蒸馏、贮存、勾调等酿造工艺制成的。酒糟是传统固态法白酒生产的主要副产物,每年规模以上白酒企业会产生大量的酒糟[1]。酒糟经过发酵蒸馏后仍含有较高的水分,极易发生霉变,影响酒糟的利用,并且酒糟的随意堆放会造成严重的环境污染[2]。同时酒糟中也有丰富的粗纤维、粗蛋白、粗脂肪等营养物质,丢弃会造成严重的资源浪费。

白酒经过固态发酵、蒸馏,其中容易挥发的物质通过蒸馏进入馏出液(白酒)中,难挥发的多肽、多糖、氨基酸等活性成分则更容易残留在酒糟中,这些物质可能具有一定的生理活性。作为酿酒副产物,酒糟中含有丰富的粗蛋白质、粗纤维素、粗脂肪和黄酮类成分,其中一些成分有呈香呈味、抗氧化、抗衰老等功能,近年来为各种功能性产品的开发提供了原料来源[3-5]。在酒糟的高附加值利用方面,目前有开发酒糟活性面膜、酒糟提取氨基酸、多肽和低聚糖等。生物活性物质往往具有抗氧化、抗癌、消炎等多种生理功能,天然植物来源中的活性物质受到食品、医药和化妆品等行业的密切关注。例如,王若帆等[6]研究了酒糟粗提物对肝癌细胞增殖的抑制作用,结果表明,酒糟粗提物含多种活性物质,可抑制 HepG2 细胞的增殖。关于白酒中风味成分以及健康因子的研究已有不少综述,白酒中肽类化合物、含硫化合物、吡嗪类化合物、萜烯类化合物和呋喃类化合物等健康因子相继被发现[7],然而对于酒糟中功能性成分的相关综述相对较少。如图1所示,本文总结了酒糟中功能性成分的研究进展,包括风味物质、蛋白类物质、氨基酸类物质、活性多肽、功能性低聚糖、抗氧化酚类及黄酮类物质等,以期为今后酒糟中活性成分的综合利用研究提供参考。

图1 酒糟中主要功能性成分及提取

Fig.1 Main functional components of distillers′ grains and their extraction

1 酒糟中功能性成分的研究

1.1 风味成分

酿酒原料经过蒸煮、摊晾、加曲、发酵,在各种微生物的作用下,生成醇类、酯类、有机酸类、酚类等风味物质。虽然白酒中风味成分仅占2%左右,但是这些微量的化合物却构成了白酒的独特风格[8-9]。相关研究表明,酒糟中同样含有丰富的风味物质。酒糟本身由于发酵不完全,含有一些难挥发物质、高沸点物质,蒸馏后残留部分风味物质。酒糟为酿酒过程的副产物,其香气成分主要取决于酿酒过程中的工艺条件,不同类型的酿酒工艺,其酒糟中的香气成分各异。

酒糟中部分风味物质的含量较高,比如有机酸类,总酸含量可达2%以上,特别是发酵周期长的酱香酒糟,其含量可达到4%左右。如表1所示,酒糟中分离鉴定出多种风味成分,张世仙等[10]对茅台酱香型酒糟的香气成分进行分析,鉴定出32种成分,其中棕榈酸乙酯、亚油酸乙酯、油酸乙酯、糠醛等是构成茅台酱香型酒糟香气的主要成分。芳香族化合物构成了各种蒸馏酒的重要香味组分,其主要来源于原料中单宁、木质素的分解,部分芳香族化合物来自于泥碳[11]。秦朗[12]采用微波萃取法提取黄酒糟中的香气成分,用GC-MS对其进行分离和鉴定,确认了58种组分,其中苯乙醇等13种物质是黄酒香气的主要成分,而其余多种微量成分及其特殊的构成比例是形成糟香的原因。叶翔等[13]将酒糟浸出液进行气相色谱分析,统计检测结果共有31种成分,其中酯类有8种、酸类10种、醇类有9种、其他类物质4种,表明酒糟中存在丰富的风味成分。王轩等[14]对2种不同酿造方式下酒糟的风味成分进行研究,结果表明机械酿造和手工酿造出窖酒糟中酒糟的风味物质总含量有较大差别,其原因主要与窖池窖龄有关。如图2所示,微生物对原料中的糖和氨基酸的分解产生了多种醇类物质,其中含量较高的为苯乙醇、异戊醇、丙醇、2,3-丁二醇和1,2-丙二醇等。风味成分在酒糟中种类丰富,含量各异,目前对酒糟中风味物质的研究仅处于定性阶段,对风味物质的定量研究较少,酒糟中风味物质的研究还不深入,后续要在此基础上进一步利用先进的仪器对微量成分进行研究,以期对酒糟中风味物质进行全面解析。

表1 不同酒糟中的主要风味成分、提取方法及定性检测方法

Table 1 Main flavor components,extraction methods and qualitative detection methods in different distillers′ grains

酒糟类别前处理方法定性及检测方法主要风味成分文献酱香型白酒糟水提取,膜处理,顶空固相微萃取GC-MS己酸乙酯、庚酸乙酯、乳酸乙酯、辛酸乙酯、2-羟基-4-甲基戊酸乙酯、戊酸异戊酯、琥珀酸二乙酯、乙酸苯乙酯、月桂酸乙酯;乙酸、异丁酸、丁酸、戊酸、己酸、2-乙基己酸等[18]酱香型白酒糟水提取,膜处理HPLC酒石酸、丁酸、乙酸、甲酸、乳酸、柠檬酸、丙酸、己酸[18]酱香型白酒糟水蒸气蒸馏法,乙醚萃取,无水硫酸钠干燥GC-MS棕榈酸乙酯、苯甲醛、糠醛、5-甲基-2-糠醛、亚油酸乙酯、油酸乙酯、9-十五碳烯酸乙酯苯乙醇、吡咯-2-甲醛、苯乙醛、2-乙酰呋喃、糠醇[10]白酒糟戊烷萃取,浓缩GC-MS4-乙烯基愈创木酚、苯乙醛、香草醛等[19]黄酒酒糟微波萃取,浓缩,氮吹GC-MS苯乙醇、丙醇、乙酸乙酯、乙酸、异丁醇、异戊醇、2-甲基丁醇、2,3-丁二醇、乳酸乙酯、琥珀酸乙酯、癸酸乙酯、对羟基苯乙醇、月桂酸乙酯[12]白酒糟加水,超声振荡,离心GC异丁醛、甲酸乙酯、2-丁酮、异戊醛、乳酸乙酯、乙酸、丙酸、2,3-丁二醇(内消旋)、苯乙酸乙酯、棕榈酸乙酯[13]白酒糟石油醚脱脂,酶解,乙醚萃取,旋蒸,甲醇复溶HPLC4-羟基苯甲酸、4-羟基苯乙酸、香草酸、4-羟基苯甲醛、丁香酸、香豆酸、反式阿魏酸、肉桂酸[15]

图2 风味成分的形成或来源

Fig.2 Formation or source of flavor components

酒糟经过发酵后剩余一些不能被微生物分解的谷物皮渣,这些物质中含有大量的酚酸类物质。酚酸类物质具有抗氧化、清除自由基等生物活性。王鑫等[15]利用酶法提取白酒糟中酚酸物质,提高了酒糟中束缚型酚酸的提取率,为白酒糟中酚酸类物质的开发利用奠定了基础,同时也为白酒糟资源的高效利用开辟了新的途径。张佳丽等[16]通过GC-MS对青稞酒糟脂溶性成分中的脂肪酸、甾醇的组成和含量进行分析,为青稞酒糟的高值化利用和高原食品的深度开发奠定了基础。张云鹏等[17]以白酒酒糟为原料,采用盐酸浸提酒糟中的植酸,最终提取率达到16.92 mg/g,酒糟中的植酸对酒糟的营养价值有一定的影响,如果将白酒糟中的植酸提取出来,不仅可将其纯化应用,而且去除植酸的酒糟用于饲料的生产更有价值。

1.2 蛋白及氨基酸类物质

酒糟中营养成分多种多样,其中蛋白质含量较为丰富,酒糟中的蛋白质主要由谷物蛋白和微生物蛋白组成。高粱和小麦是白酒酿造和制曲的主要原料,白酒经过发酵和蒸馏后会使营养物质尤其是蛋白质残留于酒糟中,因此酒糟中的蛋白质含量丰富。如表2所示,YANG等[20]从酒糟中提取蛋白质,并加入绿茶提取物,制成具有抗氧化作用的食品外包装薄膜,并应用于猪肉的抗氧化包装上,结果表明猪肉的保鲜效果良好。陈佳兴等[21]对酱香型白酒酒糟中蛋白质进行提取,得出酱香型白酒酒糟蛋白质的提取率达到25.76%,具有较高的提取率,为今后酱香型白酒酒糟中蛋白质的利用提供可行性依据。LEE等[22]通过在啤酒糟蛋白中添加壳聚糖获得生物可降解膜,随着壳聚糖添加量的添加,复合膜的水蒸气透气性逐渐降低。并且该复合膜能显著抑制金黄色葡萄球菌、单核增生李斯特菌、伤寒沙门菌、大肠杆菌等致病菌的生长。宗绪岩等[23]在研究曲奇饼干的制备时,在原料部分有15%用啤酒糟蛋白替代面粉,最终得到的饼干风味和营养都有了进一步的改善。因此,啤酒糟的可持续循环利用将有助于拓宽蛋白质的种类,加快蛋白质工业化生产的进程。张丙云等[24]研究了超声波预处理对双酶法提取蛋白质的影响,研究发现与单种酶辅助提取相比,纤维素酶和木聚糖酶2种酶同步添加的双酶法提取效果最好,超声波预处理能有效提高酒糟蛋白质的酶法提取率。姜福佳等[25]采用醇碱法提取玉米酒糟中的蛋白质,结果表明在最优条件下蛋白提取率为19.40%。玉米酒糟营养价值较好,特别是蛋白质含量高,玉米醇溶蛋白具有环境友好性、原料丰富、可持续生产等优点,目前已成为酒糟功能性成分的研究热点。酒糟中蛋白质的研究主要涉及酒糟中蛋白质的提取分离、不同提取分离条件的优化以及蛋白质提取率的测定,对提取出的蛋白质的功能特性和应用研究较少,酒糟中蛋白质的应用研究还不明确,随着检测技术的发展和仪器设备的更新,酒糟中蛋白类物质的功能特性更加明确,有助于酒糟中蛋白类物质的开发利用。

表2 不同酒糟中蛋白质及氨基酸的预处理方法、提取方法

Table 2 Pretreatment methods and extraction methods of proteins and amino acids in different distillers′ grains

酒糟样品预处理方法蛋白质或氨基酸的提取方法结果文献酱香型白酒酒糟40℃干燥,粉碎,过40目筛醇碱法(95%乙醇和0.5mol/LNaOH)酱香型白酒酒糟蛋白质的提取率可达到25.76%[21]青稞酒糟90℃干燥,粉碎,过40目筛醇碱溶、酸沉析青稞酒糟蛋白质提取率为50.24%,干燥物中蛋白质纯度为29.40%[30]啤酒糟70℃干燥,粉碎,过80目筛醇碱法啤酒酒糟粗蛋白的提取率85.66%,蛋白质纯度48.60%[31]白酒糟超声波预处理双酶法(纤维素酶和木聚糖酶)超声波预处理后的蛋白质提取率升至43.37%[24]玉米酒糟105℃干燥,粉碎,过100目筛,去色素醇碱法酒糟中蛋白质提取率19.40%[25]红曲黄酒糟60℃干燥,粉碎酶解法蛋白提取率达63.62%。黄酒糟蛋白酶解物中鲜味氨基酸(天门冬氨酸、谷氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸)和甘氨酸总质量分数达53.50%[29]浓香型酒糟70~80℃烘干,除稻壳醇碱法、乙酸法醇碱法提取得率及纯度均高于乙酸法,且所提取的鲜酒糟和干燥后酒糟的醇溶蛋白在分子质量、氨基酸组成、傅立叶变换红外光谱和差示扫描量热法分析方面均无明显差异[32]黄酒糟粉碎,过0.1489mm筛酶解法(碱性蛋白酶)酒糟中蛋白质提取率72.25%[33]黄酒糟水洗和纤维素酶水解酶解法(碱性蛋白酶)酒糟中蛋白质提取达到74.42%[34]

酒糟中所含的氨基酸种类及数量决定了蛋白质的营养价值,特别是一些必需氨基酸。必需氨基酸是人体不能合成或者合成速度不能满足需要且必须要从食品中补充的一类氨基酸。如表2所示,刘晨星等[26]对发酵黄酒糟中蛋白营养组分进行分析,发现黄酒糟在发酵后有机物含量下降,粗蛋白以及多肽含量显著提高,除脯氨酸外的16种氨基酸含量在发酵48 h后均显著增加。CONNOLLY等[27]研究了连续碱溶酸沉法提取浅色和黑色啤酒糟中的蛋白质,最终回收率为59%和15%,对其氨基酸组成分析结果表明,浅色啤酒糟蛋白富含谷氨酸、缬氨酸和亮氨酸,半胱氨酸和蛋氨酸这类含硫氨基酸含量较低。并且分离得到的啤酒糟蛋白的氨基酸组成与大麦食品基本相同,表明啤酒糟蛋白具有与大麦蛋白相同的利用价值。李华等[28]对绍兴黄酒糟蛋白质的含量及氨基酸的组成进行了分析,研究发现绍兴黄酒糟中含有17种常见氨基酸,包括蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸等必需氨基酸以及谷氨酸、丝氨酸、天冬氨酸、丙氨酸等10种其他氨基酸。林晓婕等[29]发现黄酒糟中的必需氨基酸含量丰富、比例得当,很有开发利用价值。酒糟中含有丰富的氨基酸及蛋白质,酒糟氨基酸的组成中还含有较高含量的人体必需氨基酸,这表明酒糟在作为蛋白质及氨基酸来源方面具有较高的研究前景,然而目前对酒糟中氨基酸的研究不够深入,处于定量分析阶段,对酒糟中氨基酸的开发利用较少。

1.3 活性多肽类

生物活性肽(bioactive peptides,BAPs)是从动植物蛋白中获得的,具有潜在的应用潜力,可作为一种辅助的功能因子,调控、改善或抑制多种生理途径,促进人体健康和对抗身体疾病,包括心血管疾病、炎症和癌症等。生物活性肽对各种分子疾病靶标的特异性生物活性主要取决于其结构特征,如疏水性、氨基酸残基的链长、侧链体积和理化特征[35]。生物活性肽分为降血压活性肽、抗氧化活性肽、抗癌活性肽、免疫调节肽等。杨婷婷等[36]研究发现在21 μg/L质量浓度下,酒糟多肽对DPPH自由基、超氧阴离子自由基和羟自由基的清除率分别为70.76%、52.05%、55.88%,具有良好的抗氧化性;在10 mg/mL质量浓度水平下酒糟多肽对乙醇脱氢酶的激活效果最高,具有良好的醒酒效果。廖勤俭等[37]从酒糟黄水中提取出二肽和环二肽,研究发现,2种多肽能够通过细胞膜的渗透作用直接进入细胞内,参与细胞的生长发育和生理功能等。魏冬等[38]从浓香型白酒酒糟中分离鉴定出30种多肽,包括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。研究结果表明,白酒酒糟中含有多种生物活性肽,酒糟中功能性多肽的研究对提高酒糟的附加值具有重要意义。

1.4 功能性低聚糖

功能性低聚糖是由2~7个单糖分子脱水通过α、β 型等糖苷键连接形成的带有支链或直链的低度聚合糖,具有一定甜度、黏度和水溶性等糖类的特性。功能性低聚糖研究认为包括水苏糖、棉籽糖、乳酮糖、低聚异麦芽酮糖等。人体肠道内没有水解它们(除异麦芽酮糖外)的酶系统,因而它们不被消化吸收而直接进入大肠内优先为双歧杆菌所利用,是双歧杆菌的增殖因子[39-40]

近年来功能性食品的研究和生产已经成为国内外研究热点,活性低聚糖的生产已成为人们关注的新产业,因其生理功能独特,已成为一种重要的功能性食品基础原料。功能性低聚糖具有低热、整肠、摄入后促进肠道内双歧杆菌的增殖、提高人的机体免疫、促进健康的独特生理功能,是一种重要的活性多糖,已得到全社会的普遍关注。如表3所示,姜福佳等[41]优化了啤酒糟中多糖的提取工艺,研究所得的啤酒糟多糖提取工艺高效、简单且可重复性强,同时该多糖可以作为一种潜在的辅助抗肿瘤成分应用在保健食品及医药领域。杨志成等[42]对黄酒糟中低聚木糖的提取工艺进行了研究和优化,实验得出,在添加量为4%、pH值为5、超声时间为60 min、反应温度为50 ℃时,脱色效果最好。FONSECA 等[43]采用稀酸水解和超声波预处理干酒糟得到高选择性的五碳糖,采用两段水解工艺可选择性地提取单独的戊糖,得到富含阿拉伯糖(阿拉伯糖81.5%)和富含木糖(木糖85.2%)的提取液。NGHIEM等[44]采用氨水浸泡预处理,在较温和的条件下,酶解和用稀硫酸水解预处理后得到的五碳糖低聚物可以生成木糖和阿拉伯糖。低聚木糖因其具有耐酸、耐热、可促进人体肠道益生菌繁殖的特性被认为是理想的保健品原料。GU 等[45]采用超声波辅助提取木聚糖,提取液中木聚糖含量可达到73.8%。王金华等[46]从啤酒糟中提取水溶性戊聚糖,可提取9.79%的水溶性戊聚糖粗品,经2次纯化可得4.50%的纯化品。酒糟中功能性低聚糖的研究内容较浅,处于对低聚糖的提取、分离和测定阶段,酒糟中功能性低聚糖的应用研究处于起步阶段,后期将进一步对提取的多糖进行结构功能分析,以期应用于食品、医药等行业。

表3 不同酒糟中多糖的提取纯化及测定

Table 3 Extraction,purification and determination of polysaccharides from different types of distillers′ grains

酒糟类别提取方法主要结论或者结果文献啤酒糟浸提,离心,浓缩醇沉,干燥浸提温度96.7℃、浸提时间1.83h、固液比1∶27(g∶mL),最大多糖得率为6.24%,验证值为6.07%,相对误差为2.72%[41]黄酒糟烘干过80目筛,2%硫酸溶液提取,超声,水浴,离心采用的料液比为1∶15(g∶mL),90℃水浴中提取2h,趁热3000r/min离心15min[42]酒糟稀酸水解,超声波处理,富含阿拉伯糖(阿拉伯糖81.5%)和木糖(木糖85.2%)的提取液[43]酒糟氨水浸泡,酶解,稀硫酸水解得到五碳糖低聚物,进一步可生成木糖和阿拉伯糖[44]酒糟超声辅助提取和碱性提取提取液中木聚糖含量可达到73.8%[45]啤酒糟水溶,酶解,醇沉可提取9.79%的水溶性戊聚糖粗品,经2次纯化可得4.50%的纯化品[46]

1.5 抗氧化酚类及黄酮类

黄酮类化合物是在植物中普遍存在的次生代谢产物,是一类以2-苯基色原酮为基本骨架所衍生出的化合物,基本构造是以中央三碳链连接的2个苯环结构(C6-C3-C6骨架)。酒糟中含有丰富的黄酮及黄酮苷类成分,黄酮类化合物作为一种次生代谢产物,具有抗氧化[47]、抗菌[48]以及治疗心血管疾病[49]等功效,有较高的研究价值。酒糟中除含有丰富的黄酮类物质外,也存在许多多酚类物质,多酚类物质具有抗氧化、强化血管壁的作用,具有较高的医学价值。

如表4所示,李云龙等[50]利用响应面优化法从苦荞酒糟中成功提取了黄酮类化合物,据测定苦荞酒糟中黄酮含量为1.76%。蒋新龙等[51]以高粱酒糟作为原料,测定高粱酒糟中总黄酮含量为2.16%。上述研究结果表明黄酮类化合物在酒糟中具有较高的含量。龙谋等[52]优化了超声辅助乙醇法从苦荞红曲保健酒酒糟中提取黄酮的工艺,总黄酮得率为18.28 mg/g。而KIM等[53]对韩国烧酒酒糟中的黄酮类化合物进行抗凝血实验,并发现该类化合物具有良好的的抗凝血活性,具有成为一种新型抗凝血药物的潜力。因此,针对酒糟中的黄酮类化合物并以此开发出一些保健产品有良好的研究前景。许世浩等[54]研究了酒糟中总氨基酸、总多酚、多糖含量以及抗氧化活性,研究发现酒糟液富含大量多酚物质,具有较强抗氧化能力,可开发为新型产品,为企业带来效益的同时减轻环境污染,为后续高效利用酒糟奠定基础。王兴东等[55]建立了酱香型酒糟中总黄酮及总多酚含量测定方法,结果得出茅台酱香型酒糟中总黄酮及总多酚含量分别为20.40 mg/g和4.78 mg/g。冉宇舟等[56]用福林酚法测定黄酒中的总酚含量,证实黄酒糟酚类物质含量为144 μg/g。目前的研究主要集中在酒糟中酚类和黄酮类物质的提取、测定及特性研究,对这些物质的应用研究还不够深入,无法将提取的物质应用于实际的产品,后续要不断加强酒糟中酚类和黄酮类物质的应用研究。

表4 不同酒糟中抗氧化酚类及黄酮类化合物的提取纯化及测定

Table 4 Extraction,purification and determination of antioxidant phenols and flavonoids in different distillers′ grains

化合物酒糟类别预处理方法提取和纯化方法主要结论或者结果文献黄酮类苦荞酒糟50℃干燥,粉碎过50目筛乙醇回流法最优工艺条件为乙醇体积分数为70%vol,提取时间3.3h,液固比为24∶1(mL∶g),此工艺条件下提取酒糟黄酮得率为1.642g/100g,回收率为93.3%[50]黄酮类高粱酒糟65℃干燥,粉碎过40目筛微波协同乙醇-磷酸氢二钾双水相乙醇体积分数80%,提取时间60s,磷酸氢二钾用量180mg/mL,液料比47∶1(mL∶g),黄酮得率为2.16%;二级双水相纯化,黄酮纯度可达82.58%[51]黄酮类苦荞红曲保健酒酒糟50℃干燥,粉碎过80目筛超声辅助乙醇提取法乙醇体积分数为60%,超声提取时间45min,提取温度40℃,固液比为1∶43(g∶mL),总黄酮得率为18.28mg/g[52]黄酮类苦荞酒酒糟60℃干燥,粉碎超声辅助乙醇提取法乙醇体积分数为85%、萃取温度为40℃、萃取时间55min、固液比1∶45(g∶mL),总黄酮含量为55.49mg/g[57]酚类郎酒酒糟85℃干燥2h乙醇回流法乙醇浓度100%vol、料液比1∶11(g∶mL)、提取时间8h、提取温度75℃,总酚含量为29.36%,其还原能力为56.32%[58]酚类清香型酒糟日光下晒至恒重,粉碎乙醇回流法体积分数52.08%的乙醇,提取温度60.13℃、提取时间67min,料液比1∶24.84(g∶mL)时,实际测得的得率为17.23%[59]酚类小曲酒糟85℃干燥2h索氏提取法总酚最佳提取工艺条件为料液比1∶12(g∶mL),乙醇浓度100%vol,提取温度80℃,提取时间10h[60]

1.6 膳食纤维

膳食纤维是一种不能被人体消化的碳水化合物,分为水溶性纤维(soluble dietary fiber,SDF)和非水溶性(insoluble dietary fiber,IDF)两大类。水溶性膳食纤维是指不能被人体消化道分泌的消化酶所消化,果胶和树胶等属于水溶性纤维,存在于自然界的非纤维性物质中[61];水不溶性膳食纤维是指不能被人体消化酶消化,且不溶于热水的非淀粉类多糖,纤维素、半纤维素和木质素是3种常见的非水溶性纤维,存在于植物细胞壁中。其中SDF具有比IDF更强的生理功能,如持水率高,具有降血脂、降血压、减少脂肪积累等功效[62],因此越来越受到研究者的关注。高粱、小麦作为膳食纤维的主要来源。贵州是酱香型白酒酿造大省,酱香型白酒是用当地红缨子高粱加上高温大曲发酵而酿造而成的,其酿造副产物—酒糟中残存着大量的纤维素、蛋白质、代谢产物氨基酸等营养物质,是生产蛋白质、膳食纤维等的重要原料[63]。张世仙等[64]优化了碱法提取茅台酱香型酒糟中水溶性膳食纤维的最佳工艺条件,即料水比1∶17(g∶mL),加碱量0.9%,提取时间70 min,提取温度80 ℃,水溶性膳食纤维得率为23.60%,颜色为焦糖色粉末。许祯毅等[65]采用氢氧化钠溶液提取啤酒糟中SDF,最终得到较优提取工艺参数为液料比30∶1(mL∶g)、提取温度45 ℃、提取时间60 min、沉淀时间6 h,此条件下啤酒糟中SDF的平均得率为20.34%。啤酒糟中含有大量的膳食纤维,富含可溶性戊聚糖。王晓力等[66]用乙醇沉淀和酶解蛋白质及淀粉可提取16.5%的SDF,提取的SDF中含有12%的β-葡聚糖、1.16%甘露糖和3.35%半乳糖。酒糟中膳食纤维提取工艺的研究较多,提取方法也较为成熟,为酒糟中功能性成分的研究奠定了基础,但是现有的研究停留于对物质的分离提取,缺乏对酒糟中膳食纤维如何应用于产品的研究,影响了酒糟中功能性成分的应用。

1.7 其他化学成分

酒糟中除了含有风味成分、黄酮类、有机酸、多糖、氨基酸及蛋白质等成分外,还含有其他功能性成分及各种微量元素。陈冬梅等[67]测定了甘肃世纪金徽酒糟的营养成分,发现该酒糟中所含的矿物质元素种类齐全,其含有丰富的Mg、Fe、Zn、Mg,且比常见粮食中的矿物质含量还要高。该研究中还发现了酒糟中含有大量的B族维生素,其中维生素B6的含量最多。丰富的矿物质元素和维生素有助于人体或动物体内的生物功效以及营养物吸收。胡光源等[68]发现含糠壳及无糠壳高粱白酒糟中均含有较高含量的Fe、Zn等微量元素。张德勇等[69]建立了酒糟中生育酚类、甾醇类和三萜类物质的分析方法,实现茅台酒糟中5种生育酚类、9种甾醇类和4 种三萜类生物活性物质的定性及其中7种物质的定量分析,完成茅台酒糟中上述18种生物活性物质的溯源分析。

2 酒糟功能性成分的综合利用

酒糟是酿酒发酵后产生的废弃物,其含有丰富的成分,其中包括各种功能性成分,酒糟中风味成分种类繁多,包括醇类、酸类、醛类、酯类物质等,已有的研究发现,通过对酒糟进行超临界萃取,提取其中的香精物质,得到工业化制备的浓缩液可应用于配制酒、烟草及化妆品等。酒糟中蛋白类和氨基酸类物质比较丰富,蛋白类物质可制成生物薄膜,也可加入食品中改善食品的营养和风味,氨基酸大多具有呈味效应,对于食品的风味有显著的影响,可作为开发调味品的原料来源。酒糟中存在各种生理功能的活性多肽,酒糟多肽具有抗氧化、醒酒、降血压等效果。目前有通过酶解法使酒糟中的蛋白发生降解,产生功能性多肽,同时还开发出了酒糟肽粉产品,其作为一种优质的蛋白质营养强化剂,可作为辅助治疗高血压的保健食品。此外,还有基于酒糟多肽开发的培养基,用于特定微生物的培养。酒糟中功能性低聚糖的综合利用较少,目前仅处于提取工艺优化研究阶段,要实现推广应用需要与传统工艺成本及产品功能特性进行比较,充分发掘产品功效方面的优势。酒糟中抗氧化酚类及黄酮类物质对人体健康有益,但也存在一些现实问题。目前这类物质在一些可食用水果中含量较大,这很大程度上影响酒糟抗氧化产品的市场需求。另一个问题是酒糟中的抗氧化物质含量总体偏低,且不同酿酒原料在含量方面存在很大差异。因此要实现规模化开发,尚有许多问题需要解决。总体来说,酒糟中功能性成分的综合利用还不够成熟,处于研发和小范围推广阶段,后期要不断加大酒糟中功能性成分综合利用研究,为酒糟的高值化利用创造途径。

3 展望

白酒是我国特有的发酵食品,其酿造历史十分悠久。随着白酒的产业化发展,其副产物酒糟的量也日益增加。我国白酒糟产量较为庞大,为白酒糟资源化利用奠定了良好发展基础,根据国家统计局数据显示,2022年全国白酒产量为671.2万千升,每千升基酒将产生3 t左右酒糟,因此,2022年我国白酒糟产量已超2 000万t。白酒糟富含营养物质,除了可作为新型饲料外,还可应用于有机肥、生物天然气、食用菌的培植等领域。酒糟作为粮谷类作物酒精发酵后的副产物,其中残存附加值较高的成分包括抗氧化物质、风味物质、氨基酸等,研究转化这些功能成分应用在食品工业、化妆品行业,将会促进酒糟附加值的提升。酒糟功能性成分的研究不仅可为各白酒产区酒糟资源的深度开发提供参考,减少生产旺季因酒糟积压而造成的环境压力,同时也能提高白酒产业副产物酒糟的综合利用价值。

酒糟中富含各类微生物代谢产物,其中包括风味物质、蛋白类物质、酚类及黄酮类物质、膳食纤维等,它们有着巨大的开发利用价值。其中一些功能性成分的功能特性以及在酒糟中的含量已有研究,有助于提高对酒糟中功能性成分的应用。随着检测方法的不断优化以及仪器设备的不断升级,酒糟中越来越多的活性成分将会被发现,有助于科研人员更深入认识酒糟中功能性成分的分子结构和特性。由已报道的文献可以看出,对白酒、黄酒、啤酒、清酒等酒糟中功能性成分的研究有利于深入了解酒糟中功能性成分的组成、含量以及生物活性功能,为酒糟的循环利用和资源化利用提供数据支撑。目前酒糟中风味成分应用于调味品领域已实现商业化,酒糟中活性多肽方面的应用也有产品初步问世。未来需要利用微生物转化提高活性物质产量、改进活性成分的提取工艺,来提高产量和降低成本,为酒糟中活性成分的商业化应用扫除障碍。酒糟作为酿酒行业主要的副产物之一,对其含有的一些功能性成分的研究逐渐成为科研工作者研究的新方向。酒糟中功能性成分不断被发现,譬如功能性低聚糖、黄酮类物质、抗氧化多酚等成分的发现,意味着酒糟可以被进一步开发,未来将在食品、化妆品和健康领域发挥更大价值。

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Utilization of functional components in distillers′ grains:A review

XU Hao1,JIANG Youfeng1,TAN Hongwei1,2,YANG Mingkai1,ZHENG Bowen1,CHENG Lifangyu1,SONG Nanling1,LYU Xibin1,2*

1(Guizhou Moutai Brewery (Group) Circular Economy Industrial Investment Development Co.Ltd.,Zunyi 564500,China)

2(China Kweichow Moutai Distillery (Group) Co.Ltd.,Renhuai 564501,China)

ABSTRACT As a by-product in the production process of alcoholic products,distillers′ grains contain many functional components,and different types of components have different effects.In recent years,the research on functional components in distillers′ grains has aroused wide interest.This paper reviewed the functional components detected in distillers′ grains,including various flavor substances,proteins,amino acids,active peptides,functional oligosaccharides,antioxidant phenolics,and flavonoids,to provide a reference for further research on functional components in distillers′ grains,as well as for their high value-added enhancement and further comprehensive utilization.

Key words distillers′ grains; functional components; flavor substances; active peptides; functional oligosaccharide; comprehensive utilization

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.037788

引用格式:徐浩,江友峰,谭洪伟,等.酒糟中功能性成分综合利用研究进展[J].食品与发酵工业,2024,50(18):391-400.

XU Hao,JIANG Youfeng,TAN Hongwei,et al.Utilization of functional components in distillers′ grains:A review[J].Food and Fermentation Industries,2024,50(18):391-400.

第一作者:硕士,助理工程师(吕锡斌工程师为通信作者,E-mail:lvxibinhist@163.com)

基金项目:贵州茅台循环产投成果转化项目(XHFW2023022)

收稿日期:2023-10-29,改回日期:2023-12-15