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醋糟的利用现状及前景



全 文 :中 国 酿 造
2010年 第 10期
总第 223期
醋糟是利用粮食原料生产食醋的下脚料。我国醋糟
资源丰富,如江苏镇江恒顺酱醋有限公司每年生产排放的
醋糟达260万t左右。醋糟酸性大、腐烂慢,是城市环境卫生
治理的一大难点。为了减少环境污染,实现资源的综合利
用,有必要对醋糟的利用进行研究。醋糟含粗蛋白质6%~
10%、粗脂肪2%~5%、无氮浸出物20%~30%、灰分13%~
17%、钙0.25%~0.45%、磷0.16%~0.37%,营养丰富,有很大
的利用价值。为了更好地利用资源,近年来人们从多个方
面做了许多研究,并有一定的研究进展。
1 醋糟的利用现状
国内一直将醋糟直接作垃圾进行填埋处理,但这种处
理方式会因酸水渗漏而造成环境污染。近几年来国内外
在醋糟的利用方面进行了较为广泛的研究,主要是将醋糟
用于饲料、食用菌培料、植物无土栽培基质、医药和生物
质能源等方面。
1.1 醋糟饲料原料
醋糟用于饲料有2种方式,分别为直接应用和发酵后
应用。直接应用是指对醋糟不做任何处理,直接作为饲料
使用。如花卫华等[1]选择4月龄湖羊羔羊60只,分成3组,各
组基础日粮相同,分别补饲0%、15%、25%醋糟的混合料,
观察并记录各组羔羊的生长情况。结果表明,补饲15%、
25%醋糟试验组羔羊平均日增重比对照组分别提高
19.50%和20.56%,差异均显著(p<0.05);3组羊耗料差异
不显著;2试验组平均比对照组增收53.9元和66.0元。表明
在精饲料中添加15%和25%的醋糟对湖羊羔羊的育肥效
果明显。醋糟来源丰富,价格低廉,且主要营养物质基本能
满足肥育牲畜的营养需要。同时,利用醋糟代替部分精料,
既节约粮食,又降低了生产成本,减少了环境污染[2-3]。但由
于醋糟中含有较多的醋酸,所以不可单一饲喂,以免造成不
良影响[4]。
发酵后应用是将醋糟经微生物发酵后再用作饲料。
醋糟本身的蛋白质含量较低,而粗纤维含量较高,将其作
为粗饲料饲喂非反刍动物时,消化率低、适口性差,因此需
作适当的预处理。将醋糟先行碱化,再接种适宜的微生物,
将培养料中的粗纤维降解转化成糖、脂肪和蛋白质等营
养成分;另接入一种微生物,利用前面产生的营养物质合
成菌体蛋白,使培养料中的蛋白质含量大幅提高,从而
提高醋糟的营养价值和消化利用率,适口性也得到有效
改善[5]。于磊娟等[6]以樱桃醋糟为原料,麸皮、玉米粉等为
辅料,采用多菌偶联协同发酵技术发酵生产蛋白饲料。
经多菌偶联发酵后,饲料中粗蛋白可达38.7%,粗纤维含
量降低 34.8%,极大的提高了饲料的营养价值和适口性。
因近年来能源危机与环境问题日益严重,曾被人们冷
落的固态发酵技术再次引起人们的兴趣。固态发酵技术
正由一种“原始的工艺”逐渐转变成一项现代技术。然而,
影响固态发酵技术的关键是固态发酵反应器(发酵罐)。发酵
反应器是生物化工行业中最重要的生化反应器之一。在
生物反应过程中,生物反应器具有中心作用,是连接原料
和产物的桥梁。林克龙等[7-8]对转轴式和转鼓式2种反应器
发酵醋糟进行了比较,结果表明,使用转鼓式反应器,采用
绿色木霉和热带假丝酵母作为菌种,培养温度30℃,通气
量65L/min,搅拌频率为1次/4h,初始含水量65%,发酵时
醋 糟 的 利 用 现 状 及 前 景
陈晓寅,王振斌*,马海乐,江慎华,常金科,马晓珂
(江苏大学食品与生物工程学院,江苏 镇江 212013)
摘 要:醋糟是酿醋的下脚料,其酸性大、腐烂慢,是城市环境卫生治理的一大难点。对醋糟在饲料、食用菌栽培料、植物无土栽培基
质、医药及生物质能源等方面应用的研究进行了介绍和分析,并对其的利用前景进行了展望。
关 键 词:醋糟;饲料;直接燃烧;生物质能;发酵
中图分类号:TQ920.1 文献标识码:A 文章编号:0254-5071(2010)10-0001-03
Situation and prospect of the utilization of vinegar residue
CHEN Xiaoyin, WANG Zhenbin*, MA Haile, JIANG Shenhua, CHANG Jinke, MA Xiaoke
(College of Food and Biological Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China)
Abstract: The vinegar residues are the byproduct of vinegar brewing and have the characteristics of high acidity and slow rotting, which is a big
problem of the urban environmental sanitation management. This paper introduces the research of vinegar residue utilization in feed, mushroom
planting material, medicine and bio-energy. The prospect was also discussed.
Key words: vinegar residue; feed; direct combustion; biomass; fermentation
收稿日期:2010-05-28
基金项目:镇江市科技攻关项目(GY2007002);镇江市国际科技合作项目(GJ2007010)
作者简介:陈晓寅,女,江苏南通人,在读硕士研究生,主要从事生物质能源技术研究工作;王振斌*,副教授,通讯作者。
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间48h,醋糟发酵的效果最好。
1.2 食用菌栽培料
许多食用菌在生长的不同阶段分别具有降解木质
素、纤维素和半纤维素的能力,因而可以直接利用醋糟进
行生长,无需对其预处理[5]。景小兰等[9]把双孢菇醋糟栽培
法与稻草栽培法的工艺流程和双孢菇品质进行了比较研
究,结果表明,醋糟是栽培双孢菇极好的原料,极大地降低
了生产成本,提高了经济效益,产量与品质又明显优于稻
草栽培,为醋糟找到了一条利用途径。
用醋糟培养食用菌能大大降低成本,提高经济效益,
但食用菌的营养价值如何呢?姚满生等[10]对醋糟栽培的平
菇进行了蛋白质质量评价,营养成分测定和计算结果表
明,供试样品中的氨基酸含量丰富,而且必需氨基酸种类
齐全,占总氨基酸的43%以上,特别是醋糟料平菇中必需
氨基酸占总氨基酸的44.91%。从平菇与鸡蛋中必需氨基
酸量的比值来看,平菇类是人体必需氨基酸的极好来源。
供试样品蛋白质的化学评分为54.25~77.99,除蛋、乳之外,
其蛋白质质量可与各种主副食品相媲美,不失为一种人
类较好的素食蛋白质来源。其意义在于既解除了人们对醋
糟料栽培的平菇蛋白质质量的疑虑,又揭示了醋糟栽培平
菇的营养价值很高。
1.3 植物无土栽培基质
把醋糟用于无土栽培基质,首先要调节醋糟的pH值至
合适范围,再加入氮源、矿物质等营养元素,然后接入相应
的微生物菌种,经发酵后即可形成理化性质均适于植物
生长的栽培基质[5]。李萍萍等[11-12]对利用酿造工业废弃物
醋糟开发有机栽培基质的发酵技术进行了试验研究。结
果表明,通过加入鸡粪、粉煤灰、石灰水和尿素等碱性物
质调节酸度后,能促进醋糟正常发酵,发酵后的产物理化
性状均适合于作植物栽培基质。
除了上面提到的条件会影响植物生长外,还有一些条
件也对其有影响。刘超杰等[13]为了进一步促进醋糟基质作
为育苗基质的应用,针对醋糟基质颗粒粗、通气孔隙大等
缺陷,采用半湿法粉碎,研究醋糟基质粉碎程度对辣椒幼
苗生长、叶片光合气体交换参数和叶绿素荧光参数的影
响。结果表明,随粉碎程度的提高,醋糟基质的干体积质
量、饱和状态体积质量、持水孔隙度和水气比逐渐增大,而
总孔隙度和通气孔隙度逐渐减小。醋糟基质含水率为
30%~35%时,采用半湿法粉碎,通过直径为6mm的筛网粉
1次(处理T2)能显著促进辣椒幼苗的生长,提高光合色素
的含量、净光合速率(Pn)和光系统Ⅱ实际光化学效率
(ΦPSⅡ)。
1.4 醋糟的药用价值
据《食疗本草》记载:醋糟为米、麦、高粱等酿醋后所余
残渣,性味酸、微寒,无毒,主治气滞风壅、手臂脚膝痛。由
此可知,醋糟具有一定的药用价值。李凤兰[14]介绍了醋糟
可以治疗创伤后四肢瘀血肿胀:将醋糟晾至4成干,每晚取
1.5kg放入铁锅内用文火加热翻炒,并倒入食醋250g,炒至约
40℃时,将其倒入用双层棉布制成的袋子(大小约40cm×
50cm)内,让患者取舒适体位,用包布 1块将患肢包起,然
后将盛有醋糟的布袋裹住肿痛部位,外用包布包绕一
层,最后用塑料薄膜外裹。使用醋糟热敷,可使药效直达
病变部位,有效地消除了损伤部位的瘀血,从而促进患
肢的血液循环,起到消肿、止痛之疗效,且对身体无任何
毒副作用。孙丰胜[15]的醋糟熏熥法对治疗陈旧性骨折畸形
也非常有效。
醋糟不仅可以用于人类疾病的治疗,而且可以用来治
疗养殖鱼类的中毒。张韦[16]采用第1d将醋糟共1000kg和
水后均匀泼洒于池塘四周浅水区即塘鱼聚集区,30min后
全池均匀泼洒硫酸铵 20mg/L。第2d开始大量换水,在池塘
下风头排水,同时在上风头进水(经镜检进水水质藻类组
成较好,没有发现三毛金藻)。换水量为原池水量的30%左
右。第3d继续将醋糟 1000kg和水后均匀泼洒池塘四周浅
水区,30min后全池均匀泼洒硫酸铵10mg/ L。第5d全池泼
洒磷肥7.5kg/亩。结果表明,醋糟对治疗三毛金藻中毒症
有很好的效果。但也要注意:(1)必须使用新鲜的醋糟;
(2)具体用量应根据水体pH值和醋糟中的含酸量决定,最
好是先做小面积的试验;(3)单纯使用醋糟虽然能快速
解救池鱼小三毛金藻中毒症状,但只能持续2d,因此只
有配合使用硫酸铜杀灭藻体,并通过施肥提高池塘水体
含氮量,增殖有益藻类,才能达到彻底治愈的目的。此外
醋糟也能处理鱼类氨氮、亚硝酸盐等中毒的症状。白维
东[17-18]使用醋糟处理养殖鱼类氨氮、亚硝酸盐中毒的症状。
1.5 生物质能源
醋糟中含有大量未被降解利用的淀粉、蛋白质、粗纤
维和非蛋白氮等组分,可以用于直接燃烧、厌氧发酵制备
沼气和氢气等生物质能气体、热裂解等方面。
1.5.1 直接燃烧
高湿度醋糟资源化处理方法的特征在于对压榨脱水
后的湿醋糟,首先直接进入焚烧炉中进行焚烧,此时需要
外来能源对焚烧炉进行点火燃烧,采用焚烧产生的尾部烟
气对湿醋糟进行干燥,使干燥系统有足够的热能来干燥足
够的醋糟,干醋糟被送入焚烧炉焚烧,关闭点火系统,再
将焚烧产生的烟气用来干燥湿醋糟,从而形成循环。如
施爱平等[19]所发明的一种燃烧醋(酒)糟的流化床锅炉炉
膛结构。其发明涉及锅炉设备领域,特指一种燃烧醋(酒)
糟的流化床锅炉炉膛结构,包括风口、送料口、炉体、燃烧
室、蓄热层、出料口、下风口、燃料输送装置;醋(酒)糟经燃
料输送装置进入送料口,并最终由燃料输送装置通过出料
口;炉壁和燃料输送装置都由耐高温材料制成;燃烧室中温
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度很高,醋(酒)糟在一次发热之中,将携带的绝大部分的
灰分烧掉;醋(酒)糟经过二次发热后,释放出绝大部分的
热量,此时醋(酒)糟完全烧尽。实现了醋(酒)糟资源的大
规模减量化、减容化、无害化、资源化利用,较好地解决了
醋(酒)糟引发的环境和能源问题。
1.5.2 厌氧发酵
醋糟中含有大量未被降解利用的粗纤维和非蛋白氮
等组分,可以利用醋糟进行发酵产氢气、甲烷等。有机废弃物
厌氧发酵是国内外近年来研究的新领域,能够在降解有机
物质的同时生成氢气、甲烷等生物质能气体,并且发酵以
后的底物能够用作有机肥料。国内的一些研究是把醋糟进
行简单的预处理后与牛粪或活性污泥混合后进行发酵。
在这些研究中,醋糟预处理的方法不系统,且只是进行了
液体的批量发酵,没有进行连续发酵。刘瑞光等[20-21]研究了
醋糟和牛粪混合发酵产氢的情况,研究表明,在批式反应
器中的适宜运行参数时,产氢效果最好,累积产氢量达
到46.91mL/g TS;5L规模的反应器中,各项参数控制在适
宜范围内时,该反应器的最高产氢能力为23.27mL/g TS,
气相中平均氢气浓度在50%以上。总的来说,国内外对醋
糟发酵产氢气的研究并不完善。
1.5.3 热裂解
生物质热裂解(又称热解或裂解)通常是指在无氧环
境下,生物质被加热升温引起分子分解而产生焦炭、可冷
凝液体和气体产物的过程,是生物质能的一种重要利用形
式。生物质热裂解制取生物油技术能以连续的工艺将生
物质废弃物转化为易储存、易运输、能量高的液体燃料成
为世界生物质能研究开发的前沿技术[22-24]。国内外已有很
多学者对纤维素热裂解过程进行了研究,提出了相应的热
裂解模型 [25-28]。其中得到广泛认同的是Broido-Shafizdeh
模型[27-28]。该模型将纤维素热裂解过程分为2步,在热裂解
初期是一聚合度降低形成活性纤维素的反应过程,后续
两平行竞争反应,其中低温有利于焦炭和小分子气体的生
成,较高温度则有利于生成以左旋葡聚糖为特征产物的
液态挥发分[29]。如彭云云等[30]利用热重分析(TG)在不同的
升温速率和连续通氮的情况下对蔗渣半纤维素的热失重
行为进行了研究。结果表明,蔗渣半纤维素的热解分为脱
水、热解初期、主要热裂解和炭化4个阶段。其主要失重区
间为 200℃~315℃,并出现一个肩状峰,在 700℃时焦炭残
留物比例较高,大约为20%。利用Coats-Redfern积分法对
得到的热失重曲线进行了模拟。这些研究仅仅限于机理
和过程方面的研究,要把热裂解应用于实际生产中还要进
一步的研究。
2 结论及展望
醋糟是一种廉价但却较难以利用的普通碳源。从目
前来看,醋糟在饲料资源、食用菌栽培料和植物无土栽培
基质方面的应用是最常见的。这些方法虽然可以在一定程
度上处理掉一些醋糟,但是在对醋糟干燥时耗能大。在食用
菌栽培料和植物无土栽培基质方面,其残渣应该怎么处
理呢?是填埋还是再利用呢?如果是填埋,则既污染环境
又浪费了资源;如果再利用,又该怎么利用呢?表明了这
些醋糟的处理方法都不是最理想的。
近几年,人们进行了醋糟直接燃烧、发酵产生物质能
气体和热裂解等方面的研究。其都有一定的优势,如直接
燃烧可以实现醋糟的大规模减量化、减容化、无害化、资源
化利用,较好地解决了醋糟引发的社会、环境和能源问题;
厌氧发酵产生的氢气是无污染能源,且发酵后产生的废
弃物可以作为肥料;热裂解可以将生物质废弃物转化为
易储存、易运输、能量高的液体燃料。因而无论从解决环境
污染的角度还是从资源开发的综合利用角度看,都是值得
推广的。为了能更好的利用醋糟,应对这些最新的发展进
行更深入的研究。
参考文献:
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果胶酶(pectolytic enzyme or pectinase)是指能够分解
果胶物质的多种酶的总称[1]。果胶物质广泛存在于高等植
物(如水果、蔬菜及大豆、玉米等谷物)中,是细胞壁的一种
组织成分,能将细胞彼此粘合在一起。果胶物质是碳水化
合物的衍生物,是一种高分子聚合物。主要由D-半乳糖醛
酸以α-1,4糖苷键连接形成,是非淀粉多糖的成分之一[2]。
果胶酶在工业生产中作为重要的酶之一,早已为人们广泛
认识。20世纪30年代,美国和德国就将果胶酶应用于工业
生产中,经过半个多世纪的发展,果胶酶已经实现商品化,
大量应用于食品工业[3]。本文针对果胶酶的特性对其在食
品工业中的应用加以综述。
1 果胶酶及其来源
果胶酶广泛分布于高等植物和微生物中,在某些原生
动物和昆虫中也有发现。在微生物中,细菌、放线菌、酵母
和霉菌都能代谢合成果胶酶[4]。果胶酶一般分为原果胶酶、
果胶水解酶(pectin hydrolases)、果胶裂解酶(pentin lyases,
PL)和果胶酯酶(pectin esterases,PE)等[1]。许多微生物都
能产生使果胶溶解的原果胶酶,其能从植物组织中使原
果胶释放出可溶性的果胶物质[5]。一般根据原果胶酶的作
用机理,将其分为2种类型:A型原果胶酶和B型原果胶酶。
A型原果胶酶主要作用于原果胶的光滑区(smooth region),
也就是多聚半乳糖醛酸的区域;B型原果胶酶主要作用于
果胶酶在食品工业中应用的研究进展
张占军1,2,王富花3,曾晓雄1
(1.南京农业大学食品科技学院,江苏 南京 210003;2.扬州环境资源职业技术学院,
江苏 扬州 225127;3.扬州工业职业技术学院,江苏 扬州 225127)
摘 要:果胶酶是一类分解果胶物质的酶的总称,其在自然界中分布很广。该文综述了果胶酶的特性及其在果汁澄清、提高果蔬汁的
出汁率、提取生物活性功能成分以及改善酒的品质等食品领域中的应用,并提出了目前存在的问题及以后的研究发展方向。
关 键 词:果胶酶;食品工业;果汁澄清;应用
中图分类号:Q814.9 文献标识码:A 文章编号:0254-5071(2010)10-0004-03
Research progress of pectinase application in food industry
ZHANG Zhanjun1,2, WANG Fuhua3, ZENG Xiaoxiong1
(1.College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210003, China; 2.Yangzhou Vocational College of
Environmental and Resources, Yangzhou 225127, China; 3.Yangzhou Polytechnic Institute, Yangzhou 225127, China)
Abstract: Pectinase is a class of enzymes that degrade pectin and is widely distributed in nature. This paper described the characteristics of pectinase
and its application in the fruit juice clarification, increase of fruit and vegetable juice yield, extraction of bio-active functional components and
improvement of the wine quality. In addition, the current problems, research directions and development were discussed.
Key words: pectinase; food industry; fruit juice clarification; application
收稿日期:2010-05-13
作者简介:张占军(1977-),甘肃通渭人,男,讲师,研究方向食品生物技术。
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