啤酒废弃物在制药工业中的应用 农业废弃物综合利用技术研究与应用.docx

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1、啤酒废弃物在制药工业中的应用 农业废弃物综合利用技术研究与应用 摘要：啤酒废弃物主要指啤酒废酵母和啤酒糟。在制药工业中，啤酒废弃物可作为原材料提取超氧化物歧化酶、1, 6-二磷酸果糖、核酸、谷胱苷肽、葡聚糖、甘露聚糖、酒花素及复合磷酸酯酶等物质，具有广袤的应用前景。 关键词：啤酒；啤酒废酵母；啤酒糟；制药 中图分类号：TS262.5文献标识码：A文章编号：1672-979X(2007)11-0054-05 Application of Beer Waste in Pharmaceutical Industry GUO Xue-xia1, ZHANG Hui-yuan1, LAI Chuang-

2、ye2, SUN Xue-hua3 (1. Planning and Designing Academy of the Ministry of Agriculture, Beijing 100026, China; 2. Cangzhou Technical Supervision & Examination Station of Product Quality, Cangzhou 061001, China; 3. College of Huihua, Hebei Normal University, Shijiazhuang 050091, China) Abstract：The beer

3、 waste yeast and beer distillers grains are the main beer wastes which can be used as material in the productions of SOD, FDP, RNA, GSH, glucosan, mannan, lupulin and phosphoesteraees complex, etc. The application prospect of beer wastes is wide. Key words：beer; beer waste yeast; beer distillers gra

4、ins; drugs manufacture 啤酒是以大麦芽为主要原料，经糖化和酵母发酵而成的低酒精饮料。啤酒酿制过程中产生肯定量的废弃物（副产物，弃置物），如啤酒糟、废酵母、硅藻土污泥、少量废蛋白质沉淀物及废CO2气体等。我国是啤酒生产大国，2000年啤酒产量已达2 000万吨左右，2005年达到3 061万吨，产销量位居世界第一。随着啤酒产量的增加，啤酒酿造废弃物也快速增加，如不加以利用，将造成巨大的资源奢侈和环境污染。欧美发达国家受“环境爱护法”的严格制约，高度重视啤酒废弃物的开发利用。我国的啤酒行业也很重视此问题，近年探讨了很多回收及综合利用啤酒废弃物的途径，不仅削减了对环境的污染，而

5、且开发了潜在的高附加值产品，提高了企业的经济效益。 1啤酒酿造废弃物概述 啤酒生产过程中的废弃物有制麦过程中的麦根，糖花过程中的糖化糟、酒花糟、沉淀蛋白质，发酵过程中的剩余酵母，以及从各工序排出的废水和废水处理沉淀的活性污泥等1。 啤酒废酵母含有约50 %的蛋白质，6 %8 %的核糖核酸，2 %的B族维生素，1 %的谷胱苷肽及辅酶A，还有人体必需的8种氨基酸等多种养分成分。 啤酒糟的主要成分是麦芽壳，蛋白质含量约为25 %，粗纤维含量在17 %以上。啤酒糟是啤酒生产中最主要的废弃物，占废弃物总量的80%以上。 废酒花糟含芦草酮5 %，异萍草酮5 %，蛇麻灵酮1 %，蛇味酮20 %，总树脂34

6、%。一个中型厂每年啤酒生产中产生的酒花糟约有几百吨。 麦根的主要成分为：含氮物质24.4%，无氮浸出物42.2%，粗纤维14.2%。麦根内还含有多种酶类，主要是磷酸酯酶。麦根数量约占大麦原料投入量的3%。 啤酒废水含有酒糟、酵母、废啤酒液、麦汁等成分，相当困难。各工艺排放的废水特性不同，糖化麦糟水固形物含量高，是高浓度的有机废水。 活性污泥粗蛋白含量约46 %，高于3级鱼粉。污水处理产生污泥的体积约占污水总体积的0.3 %0.5 %。 2啤酒废酵母在制药工业中的应用 啤酒酵母含有多种氨基酸、核酸、维生素、酶类和其他生物活性物质，在生物制药行业中具有广袤的开发前景。目前主要生产和开发药用干酵母、

7、核酸及其衍生物、1，6-二磷酸果糖、谷胱苷肽、辅酶A、B族维生素、葡聚糖、甘露聚糖等产品2。 2.1制备药用干酵母 目前药用干酵母已胜利用于医药领域，其药理作用是助消化，供应蛋白质、维生素等养分物质。生产工艺为：酵母泥洗涤、过筛脱苦、脱色过滤喷雾干燥酵母干粉调制药用干酵母。 2.1.1制备富含硒的药用干酵母啤酒酵母生长繁殖快，发酵周期短，对微量元素汲取率高，是将无机硒转化为有机硒的志向载体。硒是人和动物体内谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的协助因子，有清除氧自由基，防止细胞膜氧化受损的作用，广泛存在于机体的肝、肾、心、肺等脏器。缺硒可能导致癌症、心肌梗死等多种疾病，通过膳食摄取足够的硒可起到

8、预防的作用。GSH-Px利用谷胱甘肽使有毒性的过氧化物还原为无毒的羟基化合物，分解过氧化物，清除活性自由基部位，爱护细胞膜结构和功能，修复分子损伤。酵母具有较高的富集硒的实力并能将毒性高的无机硒转化为平安的有机硒。含硒酵母作为一种平安有效的食品硒源，受到国内外探讨者的重视。学者们探讨了含硒酵母中硒的有机结合形态、生物学作用机制等。含硒酵母在一些国家已成为商业化产品，目前国外报道的富含硒的干酵母中硒含量达1 400g/g。国内报道3一般是将一般的酿酒酵母或稍作筛选的酵母添加至含适量亚硒酸钠的发酵培育基中，发酵培育获得富含硒酵母，每1 g干酵母的硒含量在3001 200g之间。随着生物医学技术的发

9、展，微量元素硒作为人体必需的养分元素已引起大家的高度重视。 2.1.2制备富含铬的药用干酵母铬（III）是葡萄糖耐量因子（glucose tolerance factor，GTF）的中心活性成分，能帮助胰岛素维持正常糖耐量并影响糖类、脂类、蛋白质和核酸的代谢3。啤酒酵母具有富集多种微量元素的实力，是目前最可能作为微量元素载体的最大菌种。利用啤酒酵母的这一特点制备富含铬的酵母，使其作为功能性补铬食品和治疗糖尿病及其他心血管疾病的药品，已成为学者们探讨的热点。 2.2制取超氧化物歧化酶（SOD） SOD是重要的氧自由基清除剂，是一种广泛存在于动植物及微生物中的金属酶3。现代医学证明，SOD可有效清

10、除人体超氧负离子自由基，削减氧化损伤。作为功能性食品基料的SOD，在食品、医药、化妆品等行业越来越成为市场的抢手货，需求量大，经济效益显著。目前SOD主要从牲畜血液中提取，受原料来源限制，且质量不稳定。从啤酒废酵母泥中提取开发SOD，资源丰富，具有很好的发展前景。 明景熙4用不同工艺提取SOD。结果表明，提取离心法提取SOD回收率达到73 %，纯化倍数达96倍；分步提取法则具有收率高，产品质量稳定，经济效益显著等优点，但工序繁琐；微滤超滤法无相变，低温，活性损失小，操作简洁，是今后发展的方向，运用此法提取的SOD总酶活性达到3 000 U/mgpro。 廖湘萍5探讨了利用异丙醇破壁、丙酮2次纯

11、化提取SOD的生产工艺，最佳提取条件为：异丙醇浓度90 %，时间120 min，pH 7.0，粗酶液收率73 %，所得SOD的酶比活性为3 048.7 U/mgpro。与胞内提取SOD的老工艺相比，具有工艺简洁、设备少、操作简便、成本低等特点。 2.3生产1,6-二磷酸果糖（FDP） 以啤酒酵母为原料，用酶法制取FDP是啤酒酵母深加工开发利用的新途径。FDP是细胞内糖代谢过程的中间产物，是一种在分子水平上改善细胞代谢的生化药物，可聚增细胞内高能磷酸物质浓度，促进钾离子回流，回复细胞极化状态，有利于细胞在损伤、缺氧、休克等状态下对葡萄糖的代谢与利用，修复细胞的损伤等。FDP还有削减血小板粘附、聚

12、集，爱护红细胞韧性的实力，并有干脆的抗氧化作用，抑制氧自由基产生。因此，近年FDP在医药领域受到重视。临床上FDP广泛用于急性心肌梗死、心肌缺氧、休克、缺血及缺氧等危重患者的急救和治疗，以及用于体外循环手术和血液净化。FDP还可用于协助治疗酒精中毒、肝炎和糖尿病等。 用啤酒废酵母生产FDP工艺流程为：酵母泥生理盐水洗涤细胞破壁生物反应合成FDP压滤纯化分别FDP稀液真空浓缩FDP浓液脱色、结晶、烘干FDP结晶体 齐香君等6探讨了用啤酒酵母生产FDP的工艺条件。结果表明，pH对转化过程的影响最大，最佳工艺条件为：蔗糖含量6 %，磷酸盐4 %，pH 6.5，转化温度300 ，转化时间6 h。李祥等

13、6探讨发觉，发酵液中MgCl2的浓度、pH值是生产FDP的最主要影响因素。最佳发酵条件为发酵温度37 ，葡萄糖浓度0.4 mo1/L，pH 6.5，有机溶剂的添加量约6 %。发酵液中FDP的量最高可达70.5 mg/mL。 朱玉强7探讨了由啤酒废酵母发酵提取FDP的工艺。正交试验结果表明，发酵液中MgCl2的浓度、酸度是FDP生产的最主要影响因素。最佳发酵参数为：发酵温度37 ，葡萄糖浓度0.5 mol/L，磷酸盐浓度0.4 mol/L，pH 6.5，有机溶剂加量约6%。FDP在发酵液中的得率最高可达69.8 mg/mL。 2.4制取核酸、核苷酸类药物 啤酒工业废弃物中含有核糖核酸（RNA），

14、其含量占废酵母干物质的6 %8 %。RNA是重要的生物遗传物质，主要分布在细胞质中，是指导蛋白质合成的模板物质。核酸大分子的不完全水解产物中有核苷和核苷酸。其中鸟苷酸（GMP）和肌苷酸（IMP）是强力助鲜剂，胞苷酸（CMP）和尿苷酸（UMP）可作为癌症、肝炎及冠心病等治疗药物的原料。医学上RNA可作为生产治疗癌症、脑震荡、肝炎、带状疱疹、冠心病、病毒性疾病药物的原料；农业上核酸及水解物可促进植物生长、结果，是不行多得的生长素，现已在水稻、小麦、柑橘及多种蔬菜生产中应用，取得了良好效果。综合利用废弃酵母泥提取核酸，不仅可增加经济效益，而且能解决饲料酵母含高核酸的问题，提高饲料酵母质量。 从啤酒废

15、酵母中提取RNA的方法有酚法、酶法、自溶法、氨法、稀碱法、浓盐法等3，广泛用于工业化生产的是稀碱法和浓盐法。一般工艺流程为：啤酒废酵母盐处理（碱处理）菌体分别清液提取RNA过滤干燥成品。 运用酶制剂处理酵母细胞8，使提取的5-核苷酸量达到较高水平。探讨表明，外切蛋白酶用量对固形物和蛋白质回收率有极大影响。内切蛋白酶和外切蛋白酶用量为0.6 %时，固形物回收率达到48.3 % 53.1 %。先用蛋白酶再用核酸酶处理可使核苷酸量达到最大，5-磷酸二酯酶和磷酸腺苷脱氨酶最佳浓度为0.03 %。在最佳酶组合、酶用量及处理依次相怜悯况下，固形物回收率高达5.31 %，5-核苷酸达到3.67 %。 李珊等

16、9采纳正交设计试验法探讨了盐法提取啤酒废酵母RNA工艺过程中的酵母浓度、NaCl浓度、抽提温度及抽提时间等因素。结果表明，酵母浓度8 %，盐浓度6 %，抽提温度95 ，抽提时间6 h是提取啤酒废酵母RNA的相宜条件，在此条件下RNA得率为3.23 %。探讨发觉，用浓盐法提取RNA，假如限制盐浓度、加热温度、絮凝剂用量等条件，RNA得率可达到80 %，纯度达90 %以上10。 用自溶方法可释放酵母细胞内的核糖核酸，在60 ，pH 7.0的条件下自溶6 h，磷酸嘌呤核苷酸（LMP）达到6.2 mg/g，磷酸鸟苷酸（GMP）达到35.5 mg/g；腺核苷酸最佳产生条件为60 ，pH 6.5，自溶6

17、h11。 2.5提取谷胱甘肽（GSH） GSH是机体的重要活性物质，在肝细胞内参与氧化还原反应，具有清除自由基，解毒，激活SH酶，提高含Fe2的酶活性，维持红细胞膜的完整性，DNA生物合成，细胞正常生长及细胞免疫等生理功能。GSH广泛存在于生物体内，是主要的抗氧化剂，参加细胞内的多种反应。2分子还原型GSH氧化后可形成1分子氧化型GSH（GSSG）。GSH是多种酶反应的辅酶，对生物体内蛋白质分子上的巯基有爱护作用，可维持某些酶的活性。此外，有防止脂质氧化、解毒、防止白内障发展和爱护皮肤等作用。临床上用于肝疾病，有机物及重金属解毒，癌症治疗所致的药物性损伤爱护等。近年由于膳食结构不合理，生活节奏

18、加快，老龄人口增加，以及环境因素影响等，人体内GSH降低，导致早衰和诱发疾病。因此，从外界获得功能肽非常迫切，GSH在食品、医药等领域的应用日益受到重视。生产GSH主要有生物提取法、发酵法、化学合成法及酶法等。 邱雁临12探讨了从啤酒废酵母中提取GSH的工艺流程及参数，结果表明，壳聚糖对啤酒废酵母抽提物中GSH有一的定吸附实力，吸附率为85.68 %，最佳提取条件为：上柱GSH抽提液最适pH为7.0，最适洗脱剂为pH 4.4的磷酸盐缓冲液。 在发酵液中添加L-蛋氨酸可作为产生GSH的引物。当啤酒废酵母的浓度达到30 g/L时，葡萄糖和L-蛋氨酸的浓度分别为30 g/L和1.0 g/L，GSH量

19、达到13.18 mg/g13。 2.6制取碱不溶性葡聚糖 啤酒酵母细胞壁所含的葡聚糖分为碱不溶性、碱溶性、酸溶性3种。其中碱不溶性葡聚糖能增加免疫力，有抗癌、抗病毒、降血脂等功能。生产工艺为：酵母泥洗涤、脱色加蛋白酶处理、离心加碱处理、离心碱处理、离心酸处理、离心沉淀物用乙醇脱水干燥成品。 Suphantharika14探讨最佳抽提-葡聚糖的工艺条件是在90 下，用1.0 mol/L的NaOH配成15（w/v）碱液抽提1 h。李花霞等15以啤酒废酵母为原料，结合自溶、酶解和碱溶等方法优化碱不溶性葡聚糖的制备条件，结果表明：采纳1.0 mol/L NaOH碱溶处理啤酒废酵母7.5 h效果较好，成

20、品不含甘露聚糖，碱不溶性葡聚糖得率为9.59 %。 用超声波法提取酵母葡聚糖，得到的产品主要为(1-3)-D-葡聚糖，产品得率达30 %，与酸碱法、酶-酸碱法相比具有工艺简便、成本低廉、无酸碱废水排放、污染环境较少等优点16。热碱、热酸方法提取酵母中葡聚糖会降低其生物活性，且产率不高，采纳酶法提取(1-3)-D-葡聚糖使纯度高达92 %，产量达到87 %，而且产品的生物活性不受影响17。 2.7甘露聚糖 酵母甘露聚糖（MOS）3是酵母细胞壁外包被着的一层胶状糖蛋白。多糖活性与相对分子质量、溶解度、黏度等物理化学性质有关。修饰多糖分子结构可大大提高其活性，如甲基化、乙酰解、硫栓酸化等。据报道，酵

21、母主要含葡聚糖、甘露聚糖、半乳甘露聚糖和戊糖基甘露聚糖等多糖成分，不同的酵母含有不同类型和不同结构的多糖。甘露聚糖是较主要的一种酵母多糖，存在于细胞壁外层，具有免疫活性和抑制肿瘤生长等作用。 3酒花糟在制药工业的应用 利用废酒花糟1可提取酒花浸膏，进一步制取酒花素片和酒花油剂。酒花素是一种疗效高、副作用小、疗程短的广谱抗菌类药物。酒花素中的斧草酮、蛇麻酮具有脂溶性能，简单穿透结核杆菌的薄膜产生复合作用，破坏菌体的生长而使之死亡，故酒花素治疗结核病效果好。 酒花浸膏的传统生产已工业化，目前最新工艺是用超临界CO2提取技术。新疆高校研制出GM32-50X3超临界CO2提取装置，已被北京双合盛五星啤

22、酒集团引进投入生产。 4麦根在生物制药工业中的应用 麦根1含丰富的磷酸酯酶，生产复合磷酸酯酶技术难度不大，已形成规模生产。从麦根中提取含有多种酶活性的酶粉剂制成复合磷酸酯酶片，可催化多种磷酸酯酶水解，调整人体新陈代谢，增进食欲，改善或治愈某些疾病。特殊是它有提高受损肝细胞再生实力的功能，临床治疗用于迁延性肝炎、慢性肝炎、中期肝硬化、心血管系统疾病、胶原性硬皮病、小儿顽固性牛皮癣、再生障碍性贫血、白细胞削减症及协助治疗矽肺有较好的疗效。 其生产工艺：麦根粉碎（加水）低温浸泡离心酶液澄清上清液（加入95 %酒精）沉淀压滤湿酶块制粒低温干燥干颗粒配料压片成品。 5结语 啤酒废弃物在制药工业的开发利用

23、前景非常广袤。利用啤酒工业中的废弃物，如啤酒糟、废酵母、酒花糟、麦芽根开发各种生物活性物质，如膳食纤维、低聚糖、生物药品、酶制剂、活性肽等已成为目前国内外探讨啤酒糟资源化的主要方向，既可生产出高科技产品，又可防止三废污染，明显提高了经济效益和社会效益。现对啤酒糟为原料进行微生物发酵的工艺流程、菌种筛选和组合、工艺参数、产物养分价值评定和产物的负影响的探讨较多，其过程如何实现规范化、程序化有待深化探讨。 啤酒废弃物的回收利用对促进我国啤酒工业的健康发展、削减环境污染、增加社会效益和经济效益有很大的意义。随着市场需求增加和新型生物技术的应用，啤酒废弃物的应用将会有更好的市场前景。 参考文献 1邹连

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