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用啤酒糟為原料開發麥芽蛋白

發布日期:2013-06-01 咨詢電話:400-629-1299  文章來源://www.oodgio.com.cn/ 作者:鼎力小編

導讀: 本文就啤酒釀造主要原料麥芽和大米等輔料在糖化過程中產生的啤酒糟,作為除牛以外家畜的植物性飼料和養魚用魚粉的代用蛋白源等具有廣泛用途的高附加值新原料—麥芽……

排列三走势图新浪网 www.oodgio.com.cn    本文就啤酒釀造主要原料麥芽和大米等輔料在糖化過程中產生的啤酒糟,作為除牛以外家畜的植物性飼料和養魚用魚粉的代用蛋白源等具有廣泛用途的高附加值新原料—麥芽蛋白的制造方法進行了介紹,并對產品的品質和安全作了評價。
    麥芽蛋白的開發: 1 、不僅可以降低啤酒生產中副產物處理的費用; 2 、還是解決糧食問題非常有益的技術。

一、前言

   啤酒生產過程中,**大量的副產物是啤酒糟,它一直作為牛的糟糠類飼料使用(屬于米糠、麩皮、淀粉粕、豆渣等范疇),由于纖維素是**大量的成分,所以在日本只作為對纖維素具有一定消化能力的反芻動物牛的飼料,出售的形式有濕糟(水分低于 80% )、脫水糟(含水分約 65% )和干燥糟(含水分小于 10% )。

   可是,從幾年前開始,由于市郊制奶酪業和養牛業的衰退,加上日元升值,對進口飼料比較便宜感的喪失等諸多原因,啤酒糟的銷售量減少,因此目前啤酒企業需要花費很大的費用來處理啤酒糟。

   啤酒糟按啤酒產量成比例地生產,日本每年生產啤酒糟約 20 萬噸(干重),啤酒生產不斷擴大,仍采用過去一貫利用的方法,啤酒糟的市場則日益趨向縮小。

   根據這樣狀況,開發把啤酒糟變為能為牛以外家畜、養魚和人類利用,具有廣泛用途和高附加值新原料的技術將成為主要課題。

   筆者等開發了從啤酒糟分離麥芽蛋白(英語名暫稱 MPF,Malt Protein Flour) 的工藝(在日本、美國和歐洲已取得專利權),在過去三年間,進行了小規模的中試,現就其制造方法、產品的品質評價介紹如下

二、啤酒糟的生成

( 1 )啤酒釀造和啤酒糟的生成

  啤酒的主原料是大麥麥芽,而且,通常配以未發芽的輔料(米、玉米、淀粉),這些原料在糖化過程中,被麥芽中的酶分解成小分子水溶性物質,然后,些水溶性物質通過麥芽的皮殼過濾出來,透明的液體稱之麥汁,而以可作為濾材的皮殼為主的不溶性殘渣則稱之為啤酒糟。

( 2 )糖化過程中的物料平衡

   啤酒生產量與啤酒糟生成量之間的比例,按干物質計為:啤酒(原料):啤酒糟 =4 : 1 (重量比),在啤酒釀造中,常按此比例生成啤酒糟。

   觀其成分,原料中**大的成分是淀粉,約占 76% ,幾乎全部轉移到麥汁之中,而原料中約 9% 的蛋白質, 1/3 強轉移到麥汁中。 2/3 弱保留在啤酒糟中,轉移到麥汁中的是游離氨基酸和小分子肽,大分子的蛋白質則留在啤酒糟中,糖化工藝過程可以看作是大分子蛋白質有選擇的濃縮到啤酒糟中,纖維和脂肪大致全部保留在啤酒糟中。

啤酒糟的組成成分見表 1
表一 啤酒糟和麥芽蛋白的組成成分(干重)( DM% ) 本文就啤酒釀造主要原料麥芽和大米等輔料在糖化過程中產生的啤酒糟,作為除牛以外家畜的植物性飼料和養魚用魚粉的代用蛋白源等具有廣泛用途的高附加值新原料—麥芽蛋白的制造方法進行了介紹,并對產品的品質和安全作了評價。
    麥芽蛋白的開發: 1 、不僅可以降低啤酒生產中副產物處理的費用; 2 、還是解決糧食問題非常有益的技術。

一、前言

   啤酒生產過程中,**大量的副產物是啤酒糟,它一直作為牛的糟糠類飼料使用(屬于米糠、麩皮、淀粉粕、豆渣等范疇),由于纖維素是**大量的成分,所以在日本只作為對纖維素具有一定消化能力的反芻動物牛的飼料,出售的形式有濕糟(水分低于 80% )、脫水糟(含水分約 65% )和干燥糟(含水分小于 10% )。

   可是,從幾年前開始,由于市郊制奶酪業和養牛業的衰退,加上日元升值,對進口飼料比較便宜感的喪失等諸多原因,啤酒糟的銷售量減少,因此目前啤酒企業需要花費很大的費用來處理啤酒糟。

   啤酒糟按啤酒產量成比例地生產,日本每年生產啤酒糟約 20 萬噸(干重),啤酒生產不斷擴大,仍采用過去一貫利用的方法,啤酒糟的市場則日益趨向縮小。

   根據這樣狀況,開發把啤酒糟變為能為牛以外家畜、養魚和人類利用,具有廣泛用途和高附加值新原料的技術將成為主要課題。

   筆者等開發了從啤酒糟分離麥芽蛋白(英語名暫稱 MPF,Malt Protein Flour) 的工藝(在日本、美國和歐洲已取得專利權),在過去三年間,進行了小規模的中試,現就其制造方法、產品的品質評價介紹如下

二、啤酒糟的生成

( 1 )啤酒釀造和啤酒糟的生成

  啤酒的主原料是大麥麥芽,而且,通常配以未發芽的輔料(米、玉米、淀粉),這些原料在糖化過程中,被麥芽中的酶分解成小分子水溶性物質,然后,些水溶性物質通過麥芽的皮殼過濾出來,透明的液體稱之麥汁,而以可作為濾材的皮殼為主的不溶性殘渣則稱之為啤酒糟。

( 2 )糖化過程中的物料平衡

   啤酒生產量與啤酒糟生成量之間的比例,按干物質計為:啤酒(原料):啤酒糟 =4 : 1 (重量比),在啤酒釀造中,常按此比例生成啤酒糟。

   觀其成分,原料中**大的成分是淀粉,約占 76% ,幾乎全部轉移到麥汁之中,而原料中約 9% 的蛋白質, 1/3 強轉移到麥汁中。 2/3 弱保留在啤酒糟中,轉移到麥汁中的是游離氨基酸和小分子肽,大分子的蛋白質則留在啤酒糟中,糖化工藝過程可以看作是大分子蛋白質有選擇的濃縮到啤酒糟中,纖維和脂肪大致全部保留在啤酒糟中。

啤酒糟的組成成分見表 1
表一 啤酒糟和麥芽蛋白的組成成分(干重)( DM% )

蛋白質=氮(N,%)×6.25

   大約在六年前,就對未轉移到麥汁,而被濃縮到啤酒糟的成分,特別是以蛋白質為主要成分的新原料的開發開始了實驗規模的研究。

三、麥芽蛋白的制造
(1)啤酒糟顆粒的細微構造(圖略)
   大麥發芽后麥芽顆粒的縱截面(圖略),糖化工藝過程中所轉移到麥汁中的成分包含在胚乳細胞之中。
   殘留的皮殼和糊粉層構成啤酒酒糟,纖維幾乎全部存在于皮殼之中,蛋白質以蛋白顆粒狀態存在于糊粉層的內部和表面。
(2)麥芽蛋白的分離
   充分利用上述啤酒糟的典型構造特性,皮殼和糊粉層之間物理性質的差異,僅用機械的方法,試將兩組織分離。
   啤酒糟通過輥式粉碎機,由于皮殼具有彈性,雖通過而不被粉碎,但糊粉層則被分離,粉碎很細,用篩子篩經過粉碎機處理的啤酒糟,在實驗室中發現,皮殼留在篩網上部,而糊粉層粉則被篩下。
   篩下的篩分含蛋白質50%以上(干重),確認可與代表植物性蛋白的脫脂大豆相媲美,此篩分稱之為“麥芽蛋白(MPF)”,麥芽蛋白以外的篩分(篩網上的)稱之為“非麥芽蛋白”(non.MPF)。
(3)麥芽蛋白的中試生產見下圖

   首先將鮮啤酒糟通過輥式粉碎機,加水調成懸浮液,用震動篩進行分離,篩網以下得到麥蛋白篩分的懸濁液,再經脫水濃縮、干燥、粉碎而成麥芽蛋白成品。
   按干重計,收得率是:原料(啤酒糟):制品(麥芽蛋白)=100:35,此比例大致與皮殼和糊粉層厚度之比相同。
   麥芽蛋白近乎無味、無臭,外觀呈茶褐色。為了確定產品的品質開發低成本的工藝和制造供動物實驗用的樣品等三個目的,從1991年10月開始進行了中間工廠實驗,每天一批,約生產麥芽蛋白5公斤。

四、麥芽蛋白的評價和法律認可
(1)一般成分(表1)
   麥芽蛋白的基本品質標準:蛋白質含量保持在50%—55%。表一所示:原料(啤酒糟)與制品(麥芽蛋白)相比較,制品蛋白質含量約為原料的兩倍,脂肪約增加30%,纖維素約減少一半。
(2)氨基酸組成
   在人體的必須氨基酸中,精氨酸和賴氨素麥芽蛋白比脫脂大豆約少55%,而蛋氨酸則約多50%其它、麥芽蛋白的胱氨酸比脫脂大豆為50%強,脯氨酸約是脫脂大豆的兩倍,麥芽蛋白氨基酸組成與脫脂大豆的氨基酸組成具有互補關系,同樣,魚粉與脫脂奶粉等也有互補關系。
(3肌醇六磷酸鈣鎂(植酸鈣鎂、非丁,phttin)態磷與非肌醇六磷酸鈣鎂態磷的比例
   作為麥芽蛋白原料的麥芽是大麥經發芽制成的,在大麥發芽過程中,肌醇六磷酸酶被激活,磷酸從肌醇六磷酸鈣鎂中游離出來。
   其結果,在麥芽蛋白的磷中,動物能利用的非肌醇六磷酸鈣鎂態磷(磷酸態磷)占全磷的71%,這個比例在飼用谷類和豆類中是**高的(見表2),肌醇六磷酸鈣鎂態磷與礦物質形成不溶性鹽,阻礙動物對礦物質的吸收,這是眾所周知的事,動物吸收由礦物質來的磷全部是磷酸(非肌醇六磷酸鈣鎂態磷)。
   在非肌醇六磷酸鈣鎂態磷多,肌醇六磷酸鈣鎂態磷少的情況下,動物對磷和其它礦物質利用率不高,動物不能利用,而排泄掉,這也啟示由畜產廢水引起的富營養化的可能性很低,在想提高某種植物性飼料原料配比的場合中,如果肌醇六磷酸鈣鎂態磷的比率高就會成為限制因子,在這個方面麥芽蛋白可以說難成為限制因子。
表2 肌醇六磷酸鈣鎂態磷和非肌醇六磷酸鈣鎂態磷的含量

(4)通過家畜消化實驗后的營養學評價 根據飼料安全法,家畜消化實驗采用日本科學飼料協會規定的方法進行。 就營養學**重要的兩個指標是:可消化粗蛋白質和可消化養分總量,把麥芽蛋白與主要的飼料原料進行比較。麥芽蛋白以外的數據引用農林水產省編《日本標準飼料成分表》。 雞麥芽蛋白的可消化粗蛋白與脫脂大豆近似,可消化養分總量與全脂大豆相同。 豬麥芽蛋白的可消化粗蛋白略低于脫脂大豆,可消化養分總量介于全脂大豆和脫脂大豆之間。 豬麥芽蛋白的可消化粗蛋白是啤酒糟的2.4倍,可消化養分總量是啤酒糟的1.9倍,麥芽蛋白的粗蛋白質和粗脂肪的含量也都比啤酒糟高,各自的消化率高時粗纖維的消化率也同樣高。 綿羊麥芽蛋白的可消化粗蛋白與脫脂大豆相同水平,可消化養分總量介于脫脂大豆和全脂大豆之間,對于綿羊來講趣味深長的是麥芽蛋白與原料啤酒糟相比,粗蛋白質和粗脂肪的消化率高時,而粗纖維的消化率不變,就飼料安全法上營養學的評價,綿羊的消化實驗數據也可作為牛的消化實驗數據對待(綿羊的結果可直接適用于牛)。 麥芽蛋白在雞、豬和綿羊任何一種中,可消化粗蛋白和可消化養分總量與昂貴的脫脂奶粉相比都高,更應引起重視。 此外,麥芽蛋白用老鼠實驗,經口免疫原型下降的效果麥芽蛋白對奶牛的泌乳量和乳汁的影響等生理調節機能在實驗中。
(5)在養殖水產動物(養魚)中替代蛋白源 水產養殖中作為蛋白源和能源的馬交魚,**近在日本近海捕撈量急劇下降,水產廳以及有關單位大力開展代替馬交魚魚粉的研究。 魚對淀粉和糖作為能源的利用率很低,大部分能源是由蛋白質→氨基酸→糖的轉化途徑獲得,與家畜不同,飼料中的蛋白含量必須非常高,因此。替代魚粉的替代蛋白源品質(替代率)和價格受到重視(脂肪作為能源,為了魚肉品質的關系、配合比率不能大)。 麥芽蛋白作為替代魚粉的蛋白源,水產廳在養殖研究所和告知大學在過去二年多就對三種魚在水槽中進行了養殖試驗,其結果表明,麥芽蛋白作為替代蛋白源與脫脂大豆的魚粉替代率相同,由于魚種類不同,有時顯示出比脫脂大豆還高的替代率,又麥芽蛋白與其它原料并用時,則魚粉的配合比可適當的降低。 但是,麥芽蛋白的配比提高,纖維的比率就高,纖維比率成為限制因子,因此規定麥芽蛋白配合比的上限(魚不能消化纖維)。
(6)安全性 由于麥芽蛋白只是用機械的方法從天然麥芽的啤酒糟中分離出來的,對啤酒糟成分沒有引起任何的化學變化,所以安全性高,是其**大的優點,到現在為止,在家畜、養魚實驗中安全性從未出現過問題。 根據飼料安全法,由農水省指示的安全性評價實驗(雛雞的生長實驗)中,沒有任何問題,并被“日本科學飼料協會”的實驗所確認。
(7)根據飼料安全法的暫定值的認可 根據飼料安全法,向農林水產省提出“原材料的可消化在粗蛋白質,可消化養分總量,關于代謝能量的暫定值認可申請書”,經農業資料審議會審議,關于麥芽蛋白的暫定值(雞、豬、牛)于去年12月下達各部門,法定名稱暫定為“麥芽蛋白”(MPF,Malt Protein Flour)。

五、麥芽蛋白的市場規模
啤酒糟當作牛的糟糠類飼料使用,在日本市場銷量規模約50萬噸(干重),五家啤酒公司啤酒糟的產量約20萬噸,僅占市場的40%。 脫脂大豆、玉米谷蛋白粗粉、脫脂菜籽等植物性蛋白源的市場約380萬噸,把日本全部啤酒糟加工成麥芽蛋白的理論極限值約七萬噸(實際不可能)不到市場的1.8%。 即使把全世界的啤酒糟豆加工成麥芽蛋白也不過是約1億大豆的2%以下。 新啤酒糟的情況不同,巨大的市場將是麥芽蛋白的顧客。

六、大規模生產模式的試算成本
積累了以往三年中間工廠生產實驗結果,一直在探索低成本的工藝,以其成果為基礎,設計大規模生產的模式工廠,計算了成本。

七、麥芽蛋白的地球環境意義
    **近,在意識到地球環境的時代,東京大學總長吉川弘之氏的逆工廠(Inverse Factory)和聯合國大學的ZERI(Zero Emission Reserch Initiative)等提倡制造業應有的態度,即是“把廢棄物和副產物作為其它產業的原料使用,制成制品,促使企業的制造成本和地球全體的環境成本都低廉”的想法。
    開發麥芽蛋白是解決地球環境和糧食問題的決策之一,同時,由于副成品處理費用的降低,導致啤酒制造成本的減低??梢韻嘈?,它對社會的進步和啤酒工業的發展都將做出貢獻。

[吳方星議自(日)《日本釀造協會雜志》,第90卷,第2號,93.99(1995).吳禾 校]

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