酒糟營養(yǎng)成分檢測及其酶水解研究

王曉力，王春梅，王永剛，任海偉

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所，蘭州 730050；2.蘭州理工大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院）

營養(yǎng)與飼料

酒糟營養(yǎng)成分檢測及其酶水解研究

王曉力1，王春梅1，王永剛2，任海偉2

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所，蘭州 730050；2.蘭州理工大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院）

文章測定了采自甘肅世紀(jì)金徽酒業(yè)集團(tuán)公司的酒糟營養(yǎng)成分，并對其進(jìn)行了酶水解研究。結(jié)果表明：酒糟中蛋白質(zhì)、淀粉和粗脂肪含量分別為14.03%、13.7%和3.4%，并富含維生素B族，其中維生素B6含量高達(dá)0.3 g/kg。礦物質(zhì)元素鈣、鎂、鋅、鐵含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他常見糧食。含有的18種氨基酸中，必需氨基酸占總氨基酸的30.27%，必需氨基酸與非必需氨基酸的比值43.40%。氨基酸比值系數(shù)法評價表明，該酒糟中必需氨基酸種類齊全，比值系數(shù)分（SRC）63.37，比例均衡。酶解結(jié)果表明，蒸汽加熱處理（121℃，10 min）后酒糟的酶解效果優(yōu)于超聲波（400 W，15 min）處理，酶添加順序?yàn)橄燃永w維素酶，后加糖化酶，酶添加量分別為纖維素酶（2 000 U/g纖維素）和糖化酶（1 000 U/g淀粉），該條件下還原糖含量達(dá)49.75 mg/mL。

酒糟；營養(yǎng)成分；酶水解

近幾年，我國白酒年產(chǎn)量約500萬t，隨之而來的副產(chǎn)品酒糟的年產(chǎn)量約1 500萬t，這是一個不小的數(shù)字。我國輕工業(yè)對水資源的污染相當(dāng)嚴(yán)重，其中發(fā)酵業(yè)對環(huán)境的污染程度僅次于造紙行業(yè)而位居第二。因而充分有效地對酒糟加以綜合利用，既可以減輕環(huán)境污染，又可以節(jié)約糧食、降低成本。

甘肅省作為白酒主產(chǎn)區(qū)之一，每年產(chǎn)生約上萬噸廢棄白酒糟，酒糟的開發(fā)利用程度較低，通常被直接作為動物飼料使用［1-2］，但是由于酒糟中植酸等物質(zhì)含量較高，降低了蛋白質(zhì)在動物體內(nèi)的生物效價，長期食用會造成動物食欲不振等不良癥狀。

青貯飼料多汁適口，氣味酸香，消化率高，營養(yǎng)豐富，是飼喂牛羊等家畜的上等飼料。本研究對產(chǎn)自甘肅世紀(jì)

金徽酒業(yè)集團(tuán)的酒糟進(jìn)行了營養(yǎng)學(xué)評價，并采用酶水解方法對酒糟進(jìn)行了水解，以期為酒糟進(jìn)一步深加工作為青貯飼料開發(fā)利用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

酒糟由甘肅金徽酒業(yè)集團(tuán)提供，自然晾干、粉碎后過50目篩備用。

Carry50紫外分光光度計（美國，Varian）；Z-5000火焰原子吸收分光光度計（日本，Hitachi）；LC-200高效液相色譜儀（日本，JASCO）；835-50型高速氨基酸分析儀（日本，Hitachi）。HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋(國華電器有限公司)；TDL-5-A離心機(jī)（上海安亭科學(xué)儀器廠）；GZX-9240MBE數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱（上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）。

纖維素酶（酶活力2 000 U/g，最適溫度45℃，最適pH值4.5，廣西南寧龐博生物工程有限公司）；α-淀粉酶（酶活力3 700 U/g，最適溫度70℃，最適pH值7.0，北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司）；糖化酶（20 000 U/g，最適溫度60℃，最適pH值4.5，廣西南寧龐博生物工程有限公司），甲醇、乙腈為色譜純；庚烷磺酸鈉、三乙胺、四氫呋喃等均為分析純。

1.2 方法

1.2.1 基本成分測定 蛋白質(zhì)測定采用GB2009.5—2010法［3］；淀粉含量測定采用旋光法［4］；脂肪含量測定采用索氏抽提法［5］。

1.2.2 礦物質(zhì)元素測定 準(zhǔn)確稱取酒糟樣品1 g，參照文獻(xiàn)方法［6］濕法消化，消化完全后定容至25 mL，待測。配制各種礦物質(zhì)元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，乙炔火焰原子分光光度法檢測并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算樣品中各種礦物質(zhì)元素含量。

1.2.3 維生素B含量測定 準(zhǔn)確稱取酒糟樣品3 g，按照文獻(xiàn)方法［7］水解后，定容至100 mL，采用LC-200高效液相色譜儀測定VB1、VB2、VB6和煙酰胺含量。色譜條件為：sinoChrom ODS-BP色譜柱（4.6 mm×250 mm，粒徑5 μm），流動相為庚烷磺酸鈉（含0.5%冰醋酸和0.05%三乙胺）—甲醇（72∶28），柱溫30℃，流速1.0 mL/min。

1.2.4 氨基酸含量測定 參考GB/T5009.124—2003中檢測方法，委托蘭州大學(xué)分析測試中心測定，分析酒糟水解液中氨基酸的種類及含量。

1.2.5 營養(yǎng)價值評價 根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）和聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）于1973年提出的評價蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值的氨基酸比值系數(shù)法對酒糟營養(yǎng)價值進(jìn)行評價。按照WHO/FAO提出的必需氨基酸模式譜，計算樣品中氨基酸評分（AAS）、必需氨基酸的比值（RAA）、氨基酸比值系數(shù)（RC）及比值系數(shù)分（SRC）［8］。

AAS=樣品中某氨基酸含量/（WHO/FAO）式中相應(yīng)的氨基酸含量；

RAA=樣品中某必需氨基酸含量/（WHO/FAO）式中相應(yīng)的氨基酸含量；

RC=樣品中某必需氨基酸RAA/各種氨基酸RAA的平均值；

SRC=100-SRD×100，其中SRD為RC的相對標(biāo)準(zhǔn)差。

1.2.6 酒糟酶解糖化工藝 準(zhǔn)確稱取25 g酒糟樣品，以1∶8（w/v）的料液比定量加入蒸餾水，攪拌均勻。經(jīng)過不同方法預(yù)處理后，按照表1方案加入適量酶I，調(diào)至酶的最適條件酶解糖化3 h；然后加入酶Ⅱ在最適條件下繼續(xù)酶解3 h。酶解過程中，每隔0.5 h測1次還原糖含量。酶添加量分別為：纖維素酶（2 000 U/g纖維素）、淀粉酶（1 000 U/g淀粉）和糖化酶（1 000 U/g淀粉）。

表1 酶種類及添加順序的組合方案設(shè)計

2 結(jié)果與分析

2.1 酒糟營養(yǎng)成分含量

由表2可知，世紀(jì)金徽酒酒糟中蛋白質(zhì)、淀粉和脂肪的含量分別為14.03%、13.7%和3.4%。其蛋白質(zhì)含量約為水稻的2倍，比小麥、玉米、大麥略高；脂肪含量約為小麥、玉米、大麥的3倍，水稻的4倍。由于其是發(fā)酵副產(chǎn)物，所以淀粉含量偏低。

表2 世紀(jì)金徽酒酒糟與部分糧食的營養(yǎng)成分對比%

2.2 礦物質(zhì)元素檢測結(jié)果

由表3可知，酒糟中所含礦物質(zhì)元素種類齊全，而且含量均比常見的糧食高，尤其是鈣、鎂、鋅、鐵含量極為豐富。礦物質(zhì)元素對人體具有重要的生物功效，Mg能促進(jìn)心肌代謝，F(xiàn)e為血紅蛋白的重要原料，Zn是蛋白質(zhì)、胰島素等的成分，而且對生物體內(nèi)的免疫功能起調(diào)節(jié)作

用，從而達(dá)到抗菌抗病毒作用。

表3 世紀(jì)金徽酒酒糟礦物質(zhì)元素含量與部分糧食的比較mg/g

2.3 維生素B含量測定結(jié)果

維生素B族是水溶性維生素中重要的一類，對動物消化和營養(yǎng)物質(zhì)的吸收有重要作用，其中VB1在維持神經(jīng)組織正常功能和碳水化合物代謝方面起重要作用，對食欲和消化也有影響；VB2在某些酶類的構(gòu)成和細(xì)胞氧化方面起重要作用；VB3是輔酶Ⅰ和磷酸輔酶Ⅰ的成分，在生化氧化還原方面極其重要；VB6是氨基酸的氨基轉(zhuǎn)移和脫羧作用的基礎(chǔ)。通過高效液相色譜法分析表明，該酒糟中含有豐富的B族維生素，VB1、VB2、VB3、VB6的含量分別為0.97 mg/100 g、22.67 mg/100 g、28.05 mg/100 g、30.04 mg/100 g。

2.4 氨基酸檢測結(jié)果

2.4.1 氨基酸含量分析 由表4可知，世紀(jì)金徽酒業(yè)酒糟樣品中各種氨基酸種類齊全，含有18種氨基酸。氨基酸總質(zhì)量占樣品總質(zhì)量的13.58%，人體必需氨基酸占總氨基酸的30.27%。其中谷氨酸的含量最高，為2.95%，其次為絲氨酸、亮氨酸。

表4 世紀(jì)金徽酒酒糟中18種氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)%

2.4.2 世紀(jì)金徽酒酒糟氨基酸組成營養(yǎng)價值分析 利用氨基酸比值系數(shù)法對世紀(jì)金徽酒業(yè)酒糟中蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值做了評價。在氨基酸比值系數(shù)評價體系中，RAA及RC的數(shù)值越接近1，表明該必需氨基酸越接近WHO/FAO的推薦值；SRC的數(shù)值越接近100，表明該樣品中各種必需氨基酸的含量越均衡，其營養(yǎng)價值就越高。

如表5所示，除了蘇氨酸、色氨酸、蛋氨酸+胱氨酸占總氨基酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)略低于WHO/FAO推薦的模式譜標(biāo)準(zhǔn)外，其他必需氨基酸均高于模式譜標(biāo)準(zhǔn)。世紀(jì)金徽酒酒糟的比值系數(shù)分（SRC）為63.37，說明其營養(yǎng)價值較高。在各種必需氨基酸中，第一限制性氨基酸為賴氨酸。

表5 各種必需氨基酸營養(yǎng)價值評價

2.5 酒糟酶解工藝研究

2.5.1 預(yù)處理方法對酒糟酶解效果的影響 由圖1可知，盡管添加酶的種類和順序不同，但121℃蒸汽加熱后酒糟的酶解糖化效果優(yōu)于超聲波，尤其方案7。這是因?yàn)?，一方面高溫高壓促進(jìn)酒糟中木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)的軟化，使酒糟中的半纖維素脫掉羧基，改變天然纖維素的結(jié)構(gòu)，破壞纖維素、木質(zhì)素和半纖維素三者之間鍵的連接，降低纖維素的結(jié)晶度，從而增加纖維素酶與酒糟的有效接觸，提高酶解效率；另一方面，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(diǎn)。而超聲波處理方式，僅僅是依靠空化效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)造成部分纖維素結(jié)構(gòu)的破壞，酒糟結(jié)構(gòu)的“開放”程度不如蒸汽加熱方式，因此選取酒糟預(yù)處理方法為121℃蒸汽加熱15 min。

圖1 不同預(yù)處理?xiàng)l件對酒糟酶解糖化的影響

2.5.2 酶種類的選擇 由圖2可知，酶解前3 h內(nèi)，纖維素酶對酒糟酶解的效果優(yōu)于淀粉酶或糖化酶。因?yàn)?，一方面木質(zhì)素和纖維素結(jié)晶度影響著酒糟的酶降解可及度，不利于纖維素酶的吸附，而高溫蒸汽處理破壞了木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)，增大酶與底物接觸面積，有利于纖維素酶的靶位作用，從而提高酶解效率；另一方面，商業(yè)纖維素酶包含有外切β-1,4-葡聚糖酶、內(nèi)切β-1,4-葡聚糖酶和β-1,4-葡萄糖苷酶，酶解過程中通過互相提供

新可及部位、除去障礙、消除產(chǎn)物抑制等多種方式協(xié)同作用于纖維素底物，從而提高酶解效率［9］。另外，酒糟中較高的纖維素含量也決定了其還原糖釋放速率快于淀粉酶解物。酶解過程的后3 h，糖化酶的酶降解效果優(yōu)于其他酶種類，因?yàn)棣?淀粉酶作用于淀粉，僅無差別地切斷α-1,4-鍵，而糖化酶除了能從淀粉鏈的非還原性末端切開α-1,4-鍵外，還能緩慢切開α-1,6-鍵。另一方面，糖化酶和纖維素酶的作用條件接近，有利于纖維素酶對剩余纖維素的持續(xù)酶解，實(shí)現(xiàn)了糖化酶和纖維素對酒糟的協(xié)同降解。因此，本實(shí)驗(yàn)選取纖維素酶和糖化酶對酒糟進(jìn)行復(fù)合降解。

圖2 酶種類對酒糟酶解糖化進(jìn)程的影響

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)研究了世紀(jì)金徽酒酒糟中的基本營養(yǎng)成分，結(jié)果表明，該酒糟中營養(yǎng)成分齊全且含量豐富，與常見幾種糧食相比，其蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)元素含量均比較高，而且含有豐富的B族維生素。此外，各種氨基酸含量也較高，比值系數(shù)分達(dá)63.37。同時采用酶水解法對酒糟進(jìn)行了水解，得出纖維素酶和糖化酶對酒糟進(jìn)行復(fù)合水解效果較好。為青貯飼料的研究提供了基礎(chǔ)資料。

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Study on the Composition and Enzymatic Saccharification of the Distiller's Grains

WangXiao-li1,WangChun-mei1,WangYong-gang2,et al

（1.Lanzhou Institute ofHusbandryand Pharmaceutical Sciences ofCAAS，Lanzhou 730050，China；2.School ofLife Science and Engingeering,Lanzhou UniversityofTechnology）

The composition and enzymatic saccharification of the distiller's grains from Shijijinhui were studied.The contents of protein,starch and crude fat were 14.03%,13.7%,3.4%respectively.B-complex vitamins were rich in the distiller's grains,and the content of VB6was the highest,reaching to 30.04 mg/100g.Inorganic elements were rich too.18 common amino acids were detected,the ratios of total essential amino acids to total amino acids and to non-essential amino acids were 30.27%and 43.40% respectively.According to the nutritional evaluation on amino acid,all kinds of human essential amino acids were contained and the SRCwas 63.37.The results ofenzymatic saccharification showed that the pretreatment ofsteamheat（121℃,10 min）was better than the ultrasonic pretreatment（400 W,15min）.The order ofenzyme addingwas cellulase and glucoamylase.The content ofreducing sugar reached 49.75 mg/mL under the optimum conditions of cellulase addition with 2 000 U/g and glucoamylase addition with 1 000 U/g.

distiller's grains；composition；enzymatic saccharification

S816.15

A

2095-3887（2014）01-0028-04

10.3969/j.issn.2095-3887.2014.01.008

2013-09-22

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201203042）；國家自然科學(xué)基金（31201841）；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（1610322013011）；飼草TMR安全性評價研究項(xiàng)目

王曉力(1965-)，女，副研究員。研究方向：飼草飼料生產(chǎn)加工。