混合酒曲對酒糟還原糖轉化的研究

紀鳳娣，趙　爽，趙秀文，趙章林，鄭玉芝*，艾金忠

（1.北京一輕研究院，北京101111；2.北京紅星股份有限公司，北京101400）

混合酒曲對酒糟還原糖轉化的研究

紀鳳娣1，趙爽1，趙秀文1，趙章林1，鄭玉芝1*，艾金忠2

（1.北京一輕研究院，北京101111；2.北京紅星股份有限公司，北京101400）

采用自制酒曲對酒糟中殘留可利用淀粉及纖維素等進行降解，將其轉化為可利用的還原糖。對自制酒曲酶解酒糟的條件進行優化，包括，酶解溫度、時間、酒糟熱處理溫度、料水比、酒曲添加量等。結果表明，該自制酒曲在酶解溫度40℃，酶解時間24 h，酒糟經過121℃，處理15 min，酒曲添加量10.0%，料水比1∶1.0（g∶mL）時，大曲型酒糟還原糖轉化率可達17.5%。

酒糟；混合酒曲；酶解；還原糖

酒糟是白酒生產的大宗副產物，通常每生產1 t白酒可產3 t酒糟，據不完全統計，2013年，全國白酒總產量達到1 226萬kL，折算酒糟量達幾千萬噸之多。白酒酒糟營養豐富、酸度高、易腐敗，酒糟中富含蛋白質、淀粉、各種氨基酸、有機酸、微量元素等，如果不及時加以處理，就會腐敗變質。目前，除五糧液和茅臺企業有部分酒糟被進一步循環利用外，大量酒糟直接被運送至養殖場，工業化加工較少，每年仍有約千萬噸的酒糟未經處理或稍加處理就排放到環境中，對環境污染嚴重。因此，酒糟的綜合開發利用技術也已成為釀酒工業亟待解決的問題。

白酒糟研究主要在國內，目前已有大量的研究報道。如生產蛋白飼料［1-3］、生產纖維素酶［4-7］、生產燃料乙醇及功能成分提?。?-11］等方面，實際應用中以生產飼料為主。將酒糟中殘留淀粉和纖維素轉化為可利用糖，也是酒糟有效利用的方式，目前，酒糟中淀粉和纖維素的降解，以酸水解為主［12-13］，也有采用酶法與酸水解法相結合降解淀粉和纖維素［14］，而采用自制酒曲酶解酒糟獲得還原糖的研究報道較少。任海偉等［12］利用超聲波處理酒糟后，酸水解殘留的淀粉和纖維素獲得還原糖質量濃度11.85 mg/mL。譚力等［13］利用稀鹽酸水解白酒糟獲得還原糖質量濃度為3.35 g/100 g，雖然酸水解能獲得較高的還原糖含量，但是酸水解的方式獲得的還原糖不能用于食品生產。劉高梅等［15］采用純酶制劑組合，降解殘留的淀粉和纖維素，酶解得到還原糖的質量濃度達49.75 mg/mL，但純酶制劑用于生產成本偏高。

本研究采用自制混合酒曲酶解酒糟中殘留可利用淀粉及纖維素等成分，將其轉化為可利用還原糖，其中自制酒曲為酒糟制曲，整個過程可實現合理地最大資源化利用酒糟，降低生產成本，變廢為寶，提高酒糟的附加值，有很好的市場前景。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

大曲型酒糟（含水量65%）：北京紅星釀酒股份有限公司提供；混合酒曲：自制（利用酒糟接種里氏木霉和泡盛曲霉，經過發酵而得酒曲，糖化酶活力184 U/g，濾紙酶活力＞30 U/g，羧甲基纖維素鈉酶活力＞40 U/g）；所用試劑均為分析純，北京化學試劑公司提供；里氏木霉（Trichoderma reesei）和泡盛曲霉（Aspergillus awamori）：分別由中國工業微生物菌種保藏中心和中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心提供。

1.2儀器與設備

LDZX-75KBS立式壓力蒸汽滅菌器：上海申安醫療器械廠；LRH-250生化培養箱、LHS-150SC恒溫恒濕箱、MJ-250-1霉菌培養箱：上海一恒科學儀器有限公司。

1.3方法

新鮮酒糟（含水量65%，淀粉含量14.4%）與水按照一定比例混合，加熱處理后，添加酒曲進行酶解，研究酒糟與水的混合比例、酒糟加熱處理溫度、酒曲添加量、酶解時間、酶解溫度5個因素對殘留可利用淀粉及纖維素轉化為還原糖的影響。

1.3.1自制酒曲酶解時間對酒糟還原糖轉化率的影響

設置糟水比為1∶2（g∶mL），在121℃處理15 min后，涼至室溫，加入自制酒曲10.0%（按質量分數計），在酶解溫度50℃，酶解時間分別為1 h、2 h、3 h、4 h、6 h、18 h、24 h和48h，測定酒糟還原糖轉化率。

1.3.2自制酒曲酶解溫度對酒糟還原糖轉化率的影響

設置糟水比為1∶2（g∶mL），在121℃處理15 min后，涼至室溫，加入自制酒曲10.0%，在不同溫度條件下酶解24 h，測定酒糟還原糖轉化率。

1.3.3自制酒曲添加量對酒糟還原糖轉化率的影響

設置糟水比為1∶2（g∶mL），在121℃處理15 min后，涼至室溫，加入不同量的自制酒曲，在50℃酶解24 h，測定酒糟還原糖轉化率。

1.3.4酒糟料水比對酒糟還原糖轉化率的影響

設置糟水比分別為1∶0.5、1∶1.0、1∶1.2、1∶1.5、1∶2.0（g∶mL），在121℃處理15 min后，涼至室溫，加入自制酒曲10%，在50℃酶解24 h，測定酒糟還原糖轉化率。

1.3.5酒糟熱處理溫度對酒糟還原糖轉化率的影響

該試驗中酒糟淀粉含量為14.4%，糟水比為1∶2（g∶mL），分別在100℃、105℃、110℃、115℃及121℃處理15 min后，涼至室溫，加入自制酒曲10.0%，在50℃酶解24 h，測定酒糟還原糖轉化率。

1.3.6檢測方法

白酒糟中淀粉的測定參考GB/T 5009.9—2008《食品中淀粉的測定》（酶解法）；還原糖測定參考GB/T 5009.7—2008《食品中還原糖的測定》；混合酒曲中糖化酶活力的測定采用菲林試劑法［16］；纖維素酶活力的測定參考QB 2583—2003《纖維素酶制劑》的方法；總酸的測定參考GB/T 12456—2008《食品中總酸的測定》。

1.3.7酒糟還原糖轉化率定義及計算公式

本研究中還原糖轉化率在已有的相關研究中未見報道，因此，特給出還原糖轉化率的定義為每100 g干酒糟轉化產生的還原糖的量，計算公式如下：還原糖轉化率

式中：A為酶解完成后還原糖生成量，g；B為酶解前還原糖含量，g；C為所用干酒糟量，g。

1.3.8統計分析

本研究中，數據統計采用SPSS 18.0 ANOVA單因素方差分析（P＜0.05），實驗重復兩次，每次三個平行，數值以均值±標準差表示。

2　結果與分析

2.1酒糟中營養成分

根據生產工藝的不同，酒糟中殘留的可利用淀粉及纖維素等物質的含量也有差異，如濃香型及醬香型等多糧釀造白酒中殘留的淀粉含量高，而二鍋頭等麩曲型白酒酒糟中殘留的淀粉含量較低，但是其殘留纖維素含量較高，充分利用這些殘留的可利用物質，獲得還原糖，可進一步提高酒糟的附加值，其經濟及社會效益顯著。本研究中用到的酒糟為大曲型，酒糟的營養成分如表1所示。

表1　酒糟中營養成分含量Table 1 Nutrient contents of distillers'grains

由表1可知，大曲型白酒酒糟中殘留淀粉和還原糖較高，分別為14.4%和2.3 g/100 g，其總酸含量較高，屬于高酸性環境，這對微生物利用酒糟會產生一定的影響。

2.2自制酒曲酶解時間對酒糟還原糖轉化率的影響

時間對酶解的影響一般來說是非常顯著的，自制酒曲酶解時間對酒糟還原糖轉化率結果如圖1所示。

圖1　酶解時間對酒糟還原糖轉化率的影響Fig.1 Effect of time on the conversion rate of reducing sugar of distillers'grains

由圖1可知，酶解時間對酒糟中還原糖轉化率的影響顯著（P＜0.05），隨著酶解時間的增加，還原糖轉化率顯著增加，當酶解時間達到24 h時，還原糖轉化率達到最高，約為17%，也就是說，100 g酒糟（干）能夠被自制酒曲轉化生成17 g的還原糖。由表1可知，100 g酒糟中可利用淀粉的含量約為14.4 g，酶解24 h后，淀粉含量為4.2%，即約71%的淀粉被降解，可見，酒糟中殘留淀粉達到了較高的降解，推測另有部分纖維素被轉化為還原糖。

2.3自制酒曲酶解溫度對酒糟還原糖轉化率的影響

溫度對酶解的影響是顯著的，不同的酒曲酶解溫度對酒糟還原糖轉化率的影響結果如圖2所示。

圖2　酶解溫度對酒糟還原糖轉化率的影響Fig.2 Effect of temperature on the conversion rate of reducing sugar of distillers'grains

由圖2可知，隨著酶解溫度的升高，酒糟中還原糖的轉化率增加。酶解溫度在35℃以下時，酒曲對酒糟中還原糖的轉化率為12%左右，沒有顯著差異（P＜0.05）。酶解溫度達到40℃以上時，酶解效果顯著高于35℃以下（P＜0.05），還原糖轉化率達到16%以上。該混合酒曲的最適酶解溫度為40～60℃。從經濟及方便實驗操作方面考慮，選擇最適酶解溫度為40℃。

2.4自制酒曲添加量對酒糟還原糖轉化率的影響

酒曲的添加量實際上表示的是酶的活力，本研究中，所用酒曲的糖化酶活力為184 U/g，濾紙酶活力＞30 U/g，羧甲基纖維素鈉酶活力＞40 U/g，即添加量為3.0%、5.0%、10.0%、12.5%的酒曲分別對應的糖化酶活力為1 840 U、3 680 U、7 320 U、9 200 U，酒曲添加量對酒糟還原糖轉化率的影響見圖3。

圖3　酒曲添加量對酒糟還原糖轉化率的影響Fig.3 Effect of koji addition on the conversion rate of reducing sugar of distillers'grains

由圖3可知，當酒曲添加量為10.0%（即7 320 U）時，酒糟酶解得到的還原糖轉化率最高。結合酒糟中淀粉含量，可知當添加量為10.0%時，已滿足酶解的需求。原料酒糟中淀粉含量為14.4%（干基），即100g酒糟中含有14.4g淀粉，那么添加酒曲的量必須能夠達到完全降解殘留淀粉并且過量，才能對酒糟殘留成分的利用起到最大作用。由圖3可見，添加量為3.0%和5.0%時，添加的酶活力不足，因此，結果表現出來的是還原糖的轉化率在增加，但是沒有達到最大轉化率。因此，在酒糟中淀粉含量為14.4%時，酒曲添加量10.0%即可。

2.5酒糟料水比對酒糟還原糖轉化率的影響

當酒糟加水量不同時，酒曲對酒糟中還原糖轉化率的影響見圖4。

圖4　料水比對酒糟還原糖轉化率的影響Fig.4 Effect of the ratio of material to water on conversion rate of reducing sugar of distillers'grains

由圖4可知，料水比為1∶0.5（g∶mL）時，酒糟還原糖的轉化率為12.1%，顯著低于料水比在1∶1.0（g∶mL）到1∶2.0（g∶mL）時的還原糖轉化率（P＜0.05）。當料水比在1∶1.0（g∶mL）到1∶2.0（g∶mL）之間時，酒糟中還原糖的轉化率可達16.3%以上，并且沒有顯著差異（P＜0.05）。一般來說，加水量大會利于酶解的進行。在加水量從1倍增加到2倍時，均為固液混合狀態，有足夠多的游離水將酶分布均勻，這可能是加水量對酶解作用影響不顯著的原因，因此，最適料水比為1∶1.0（g∶mL）。

2.6酒糟熱處理溫度對酒糟還原糖轉化率的影響

酒糟加水后采用不同的溫度進行熱處理，研究其對還原糖轉化率的影響，結果見圖5。

由圖5可見，酒糟的熱處理溫度對酒糟中還原糖的轉化率有顯著影響（P＜0.05）。隨著熱處理溫度的提高，還原糖轉化率增加，在熱處理溫度為121℃時，還原糖轉化率達到最高，為17.3%。也就是說酒糟的熱處理溫度高對混合酒曲酶解酒糟有利。酒糟作為白酒發酵的副產物，已經經過高溫處理，在發酵過程中容易利用的營養成分優先被利用，同時，酒糟中主要的組分是稻殼，稻殼中含有木質素、纖維素及半纖維素達70%以上。因此，一般的熱處理對酒糟中殘留的淀粉、纖維素等成分結構的破壞效果不顯著。這可能是由于高溫高壓能促進酒糟中木質纖維結構的軟化，半纖維素脫掉羧基，降低纖維素的結晶度，從而增加纖維素酶與酒糟的有效接觸，提高酶解效率，高溫蒸汽使淀粉糊化，有利于α-淀粉酶或糖化酶迅速找到酶切位點［15，17］。

圖5　酒糟熱處理溫度對酒糟還原糖轉化率的影響Fig.5 Effect of heat treatment temperature on the conversion rate of reducing sugar of distillers'grains

3　結論

白酒糟為白酒發酵的大宗副產物，其富含各種營養成分。但是，酒糟作為一種經過加熱處理的發酵副產物，殘留的淀粉類物質不易利用、高酸性環境、稻殼含量高、這都制約了酒糟的利用，本文探討了提高酒糟中殘留可利用淀粉及纖維素轉化為還原糖的方法，采用自制混合酒曲，提高還原糖的轉化率，為后期繼續利用酒糟釀酒或產酸等提供理論依據。

研究表明，通過自制混合酒曲進行酶解，酒糟中殘留的淀粉70%以上被轉化為還原糖，并且部分纖維素也被轉化為還原糖，在對酒糟加熱溫度，酒曲酶解溫度、時間、料水比、酒曲添加量等條件進行優化的基礎上，獲得了較高的酒糟還原糖轉化率，如淀粉含量為14.4%的大曲型酒糟在酶解溫度40℃，酶解時間24 h，酒糟經過121℃，處理15 min，酒曲添加量10.0%，料水比1∶1.0（g∶mL）時，還原糖轉化率可達17.5%。

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Study on the conversion of reducing sugar of distillers'grains by compoundJiuqu

JI Fengdi1，ZHAO Shuang1，ZHAO Xiuwen1，ZHAO Zhanglin1，ZHENG Yuzhi1*，AI Jinzhong2
（1.Beijing Industrial Technology Research Institute，Beijing 101111，China；2.Beijing Red Star Co.，Ltd.，Beijing 101400，China）

HomemadeJiuquwas used to degrade available starch and cellulose residual in distillers'grains into available reducing sugar.The homemadeJiuquhydrolysis conditions，including enzymolysis temperature，time，heat treatment temperature of distillers'grains，material to water ratio，and koji addition were optimized.The results showed that the optimum condition for homemadeJiuquhydrolysis was temperature 40℃，hydrolysis time 24 h，heat treatment temperature of distillers'grains 121℃and time 15 min，andJiuquaddition 10.0%，material to water ratio 1∶1.0（g∶ml）.Under these conditions，the conversion of reducing sugar of distillers'grains was 17.5%.

distillers'grains；compoundJiuqu；enzymatic hydrolysis；reducing sugar

TS261.1

0254-5071（2016）03-0066-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.03.015

2015-11-10

北京市東城科委科技計劃項目（2015-3-004）資助

紀鳳娣（1977-），女，副研究員，博士，研究方向為食品發酵技術。

鄭玉芝（1965-），女，高級工程師，博士，研究方向為食品加工與檢測。