5 啤酒企业麦糟资源化利用
5.1 啤酒麦糟
5.1.1 麦糟的概述
5.1.1.1 麦糟的定义、产量、成分组成、资源化可行性
麦糟又称啤酒糟，是啤酒在糖化过程结束时，糖化醪液经过过滤后残留的皮壳、高分子蛋白质、纤维素、脂肪等，是啤酒生产中的主要副产物 （占副产物的 80%以上 ）。在啤酒生产过程中，每100kg麦芽投料可得110～130kg、含水量75%～80%的麦糟。
麦糟由于生产工艺和使用原料的不同，仍含有0.3%～3.0%可洗出浸出物和0.6%～3.0%可溶出浸出物。全麦芽湿麦糟和干麦糟组成如表1-5-1和表1-5-2所列。
表1-5-1 全麦芽湿麦糟的成分
表1-5-2 全麦芽干麦糟的成分
据统计，2016年我国啤酒产量达4506万吨，年产干糟量可达247.5万吨以上，积极开展麦糟的综合利用具有重要的现实意义。
5.1.1.2 麦糟干燥技术
国内外啤酒厂的麦糟绝大多数为湿态，但湿麦糟因其含水率高、营养丰富、易腐烂、不宜长久储藏且不便于运输，有必要对湿麦糟进行干燥。
麦糟含水高达80%～95% （湿基），且为黏稠状，不利于干燥。麦糟中水分主要是非结合水分，经实验分析，麦糟中非结合水分大于35%，这种非结合水分是附着在物料表面的，与物料的结合形式属于机械形式的结合，结合力较弱，可以采用机械的方式脱去麦糟中大部分非结合水分。机械脱水相对于热力干燥除水所消耗的能量要小得多，仅需要消耗少量的机械能而不需要热能，因此首先采用机械方法脱去麦糟中的大部分非结合水分。机械脱水后残余的水分大约为60%～65%，这些水分与物料的结合形式为部分非结合水分和结合水分，必须采用热力干燥法除去，由于糟料有一定的黏性，干燥难度较大[1]。
为使麦糟的湿度从60%～ 65% 减至10%以下，干燥的方式应采取较经济的空气干燥法。麦糟的空气干燥法是采用加热后的空气将部分热能传给麦糟，使其水分汽化，然后热空气又将汽化了的水分带走。为保证麦糟表面的水分不断汽化，内部水分能连续扩散到表面来，必须使麦糟表面的蒸汽压强大于热空气的蒸汽压强。在干燥过程中，由传热与传质两个基本过程同时进行。传热过程是热量由气体传递给麦糟，麦糟表面上的水分被汽化，并穿过麦糟表面处的气膜向气流主体中扩散，传质过程是由于麦糟表层水分汽化的结果，湿糟内部与表面之间产生了湿分浓度差，内部水分由麦糟内部向表面扩散。通过气固两相间不断地传热传质，使得麦糟中的水分不断降低，湿麦糟得以干燥。
5.1.2 国内外啤酒麦糟干燥处理工艺
5.1.2.1 法国诺顿公司啤酒麦糟干燥处理工艺流程
湿麦糟→储糟罐→螺杆泵→自动布袋压滤机→列管干燥机→冷却系统→粉碎机→包装机→成品
5.1.2.2 国产啤酒麦糟干燥处理工艺流程
湿麦糟→储糟罐→螺旋输送机→螺旋压滤机→松散机→流化干燥机→冷却系统→粉碎机→包装机→成品
麦糟资源有很高的利用价值，采用先进的麦糟干燥工艺技术和干燥装置对于麦糟的工业化处理具有至关重要的作用。运用现代工程技术合理有效地利用麦糟资源，不仅环保，同时会给啤酒行业带来巨大的经济效益和社会效益。
5.1.3 麦糟的应用
5.1.3.1 麦糟在酶制剂方面的应用
以麦糟为主要原料，通过微生物的发酵，得到粗酶制品，明显提高了经济效益和环境效益。目前此方面的研究得到了众多研究者的青睐，将会成为高效利用啤酒糟的一个发展趋势[2]。
（1） 啤酒糟生产木聚糖酶
木聚糖酶是戊聚糖酶的一种，可广泛应用于食品、医药、饲料、能源、造纸、纺织等行业，具有广阔的应用前景。目前，木聚糖的生产成本较高，啤酒糟中无氮浸出物的主要成分是木聚糖，以啤酒糟为原料生产木聚糖酶可有效地降低其生产成本，为综合开发利用啤酒糟这一再生资源开辟了新途径。
姚晓玲等[3]以黑曲霉An54-2-1为菌种，经过固态发酵制备木聚糖酶的浸提工艺和盐析工艺，采用0.2%的NaCl为浸提剂，固液比为1∶200（g/mL），浸提时间为1.5h，质量分数为60%的(NH4)2SO4盐析分离时，木聚糖酶相对活力最高，得率为77.08%；该木聚糖酶反应的最适pH值为5，最适温度为50℃。
（2） 啤酒糟生产纤维素酶
纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称，现已广泛用于食品加工、发酵酿造、制浆造纸、废水处理及饲料等领域，尤其是利用纤维素生产燃料乙醇是解决世界能源危机的有效途径之一，其应用前景十分广阔。目前，用于生产纤维素酶的菌种主要是木霉属和曲霉属，但木霉易产生毒素，限制了其在食品等领域的应用。黑曲霉是公认的安全菌种，国外已实现黑曲霉纤维素酶的工业化生产。
啤酒糟的主要成分是麦芽壳和未糖化的麦芽，这些物质含有大量的纤维素，纤维素是纤维素酶的诱导物，而且啤酒糟中含有一定量的含氮化合物、多种无机元素及维生素，质地疏松，是固态发酵生产纤维素酶的优良基质[4]。
以啤酒糟为主要原料，对黑曲霉固态发酵生产纤维素酶的培养基组成和发酵条件进行了研究，以期解决啤酒糟处理问题，并进一步降低纤维素酶的生产成本，为进一步研制纤维素酶制剂提供理论依据。李兰晓等[5]以啤酒糟为主要原料，采用黑曲霉固态发酵生产纤维素酶，对培养基的组成和培养条件进行了优化，结果表明适宜的培养基组分为：500mL三角瓶中装入啤酒糟和棉粕20g，配料比8∶2，料水比1∶1.5，30℃发酵66h，滤纸酶活和羧甲基纤维素酶活分别达到（759.9±51.7）U/g和（14187.8±579.1）U/g干物质。
5.1.3.2 麦糟制备乳酸
乳酸又称2-羟基丙酸，是世界上公认的三大有机酸之一，广泛应用于食品、医药、化工等领域，其衍生品乳酸盐、乳酸醋及其共聚物的用途十分广泛。近年来，国内乳酸市场的快速发展以及聚乳酸应用研究的开展，促进了乳酸生产的发展。
在我国，随着乳酸及其衍生品应用领域的不断扩大和消费量的增加，乳酸的需求量也不断增加，尤其是使用乳酸作为调节剂的啤酒行业发展迅速，乳酸需求量很大。但目前我国乳酸生产规模小，生产成本高，要缩小与国外先进水平的差距，就必须扩大规模效应，加快乳酸及其衍生品的生产和科技开发，满足日益增长的国内外市场需求。利用啤酒糟生产乳酸的工艺流程如下：
湿啤酒糟→烘干→机械粉碎、筛分→硫酸浸泡→121℃预水解→氢氧化钠调节pH值→添加纤维素酶水解→调节酶解液pH值→发酵→添加碳酸钙→乳酸
5.1.3.3 麦糟生产单细胞蛋白饲料
单细胞蛋白也叫微生物蛋白质，主要是指细菌、酵母、真菌等微生物在其生长过程中利用各种基质，在适宜条件下，培养单细胞或丝状微生物个体而获得菌体蛋白。用于生产单细胞蛋白的单细胞生物包括微型藻类、非病原细胞、酵母菌类和真菌。它们可利用各种基质如碳水化合物、碳氢化合物、石油副产品、氢气及有机废水等在适宜的培养条件下生产单细胞蛋白，从而大幅度提高啤酒糟的蛋白质含量，降低粗纤维含量，改善了啤酒糟的品质，增加了饲料的利用率和消化率。生产工艺如下：
麦糟→盐酸水解→调节pH值→蒸煮→冷却→调成分→加酵母进行发酵离心→干燥→饲料酵母
5.1.3.4 酱油
酱油是以蛋白质和淀粉为原料进行微生物发酵而得到的一种营养丰富的调味品。传统方法酿造酱油采用的蛋白质原料主要是大豆、豆粕、豆饼等。随着生产的发展，对大豆蛋白需求量日益增大，大豆、豆粕等价格逐年上涨，导致酱油酿造行业生产成本大幅度增加。利用麦糟和废酵母代替部分豆粕用于酿造酱油，不仅降低了酱油生产成本，丰富了酱油品种，而且使麦糟和废酵母变废为宝，也使啤酒行业获得较高经济效益、环境效益和社会效益。
陈健旋[6]对以啤酒生产副产物麦糟和废酵母为原料，以沪酿3.042为菌种，采用低盐固态发酵方法酿造酱油的工艺进行了研究，为啤酒生产副产物综合利用提供了新的方法。工艺流程为：
麦糟、废酵母、豆粕、麸皮、面粉混匀→蒸熟、冷却→接种米曲霉3.042菌种→厚层机械通风培养制成曲→低盐固态发酵得成熟酱醅→浸泡、淋油→加热杀菌→澄清→成品酱油。
5.1.3.5 麦糟处理废水
麦糟是啤酒工业的副产物，富含有机物，具有去除废水中重金属离子的能力。为了更有效地去除废水中的Pb2+，李青竹等[7]对麦糟进行了改性研究，实验过程中选择HCl、H2SO4、H3PO4、NaCl、NaOH作为改性剂。结果表明，用1mol/L NaCl溶液改性13h的麦糟对Pb2+有最好的吸附能力。通过扫描电镜、X射线能谱、红外光谱分析研究了麦糟改性机理，发现经NaCl溶液改性后的麦糟新增N-Cl基团和C-Cl基团，容易和Pb2+配位结合，从而提高了吸附能力。
许多钴离子存在于工业废水中，特别是矿山企业排放的废水中钴离子浓度较高，在众多大型钢铁企业和化工企业排放的废水中，也或多或少地含有钴离子。此外，在食品行业排放的废水中也含有少量的钴离子，并且钴通常是以二价离子的形式存在于废水中的。过量钴离子对蛋白质、氨基酸、辅酶和脂蛋白合成产生有害的影响，可发生红细胞增多症，还可以使血糖增高，甚至钴中毒。目前钴的污染治理主要有化学沉淀法、活性炭吸附法、离子交换法等。其中化学沉淀法容易造成二次污染和钴资源的浪费，活性炭价格昂贵，离子交换法成本较高，再生困难。陈云嫩等研究表明溶液pH值为8、反应时间60min时麦糟对钴离子的吸附量最大。