用啤酒糟为原料开发麦芽蛋白

   本文就啤酒酿造主要原料麦芽和大米等辅料在糖化过程中产生的啤酒糟，作为除牛以外家畜的植物性饲料和养鱼用鱼粉的代用蛋白源等具有广泛用途的高附加值新原料—麦芽蛋白的制造方法进行了介绍，并对产品的品质和安全作了评价。
    麦芽蛋白的开发： 1 、不仅可以降低啤酒生产中副产物处理的费用； 2 、还是解决粮食问题非常有益的技术。

一、前言

   啤酒生产过程中，**大量的副产物是啤酒糟，它一直作为牛的糟糠类饲料使用（属于米糠、麸皮、淀粉粕、豆渣等范畴），由于纤维素是**大量的成分，所以在日本只作为对纤维素具有一定消化能力的反刍动物牛的饲料，出售的形式有湿糟（水分低于 80% ）、脱水糟（含水分约 65% ）和干燥糟（含水分小于 10% ）。

   可是，从几年前开始，由于市郊制奶酪业和养牛业的衰退，加上日元升值，对进口饲料比较便宜感的丧失等诸多原因，啤酒糟的销售量减少，因此目前啤酒企业需要花费很大的费用来处理啤酒糟。

   啤酒糟按啤酒产量成比例地生产，日本每年生产啤酒糟约 20 万吨（干重），啤酒生产不断扩大，仍采用过去一贯利用的方法，啤酒糟的市场则日益趋向缩小。

   根据这样状况，开发把啤酒糟变为能为牛以外家畜、养鱼和人类利用，具有广泛用途和高附加值新原料的技术将成为主要课题。

   笔者等开发了从啤酒糟分离麦芽蛋白（英语名暂称 MPF,Malt Protein Flour) 的工艺（在日本、美国和欧洲已取得专利权），在过去三年间，进行了小规模的中试，现就其制造方法、产品的品质评价介绍如下

二、啤酒糟的生成

（ 1 ）啤酒酿造和啤酒糟的生成

  啤酒的主原料是大麦麦芽，而且，通常配以未发芽的辅料（米、玉米、淀粉），这些原料在糖化过程中，被麦芽中的酶分解成小分子水溶性物质，然后，些水溶性物质通过麦芽的皮壳过滤出来，透明的液体称之麦汁，而以可作为滤材的皮壳为主的不溶性残渣则称之为啤酒糟。

（ 2 ）糖化过程中的物料平衡

   啤酒生产量与啤酒糟生成量之间的比例，按干物质计为：啤酒（原料）：啤酒糟 =4 ： 1 （重量比），在啤酒酿造中，常按此比例生成啤酒糟。

   观其成分，原料中**大的成分是淀粉，约占 76% ，几乎全部转移到麦汁之中，而原料中约 9% 的蛋白质， 1/3 强转移到麦汁中。 2/3 弱保留在啤酒糟中，转移到麦汁中的是游离氨基酸和小分子肽，大分子的蛋白质则留在啤酒糟中，糖化工艺过程可以看作是大分子蛋白质有选择的浓缩到啤酒糟中，纤维和脂肪大致全部保留在啤酒糟中。

啤酒糟的组成成分见表 1
表一 啤酒糟和麦芽蛋白的组成成分（干重）（ DM% ） 本文就啤酒酿造主要原料麦芽和大米等辅料在糖化过程中产生的啤酒糟，作为除牛以外家畜的植物性饲料和养鱼用鱼粉的代用蛋白源等具有广泛用途的高附加值新原料—麦芽蛋白的制造方法进行了介绍，并对产品的品质和安全作了评价。
    麦芽蛋白的开发： 1 、不仅可以降低啤酒生产中副产物处理的费用； 2 、还是解决粮食问题非常有益的技术。

一、前言

   啤酒生产过程中，**大量的副产物是啤酒糟，它一直作为牛的糟糠类饲料使用（属于米糠、麸皮、淀粉粕、豆渣等范畴），由于纤维素是**大量的成分，所以在日本只作为对纤维素具有一定消化能力的反刍动物牛的饲料，出售的形式有湿糟（水分低于 80% ）、脱水糟（含水分约 65% ）和干燥糟（含水分小于 10% ）。

   可是，从几年前开始，由于市郊制奶酪业和养牛业的衰退，加上日元升值，对进口饲料比较便宜感的丧失等诸多原因，啤酒糟的销售量减少，因此目前啤酒企业需要花费很大的费用来处理啤酒糟。

   啤酒糟按啤酒产量成比例地生产，日本每年生产啤酒糟约 20 万吨（干重），啤酒生产不断扩大，仍采用过去一贯利用的方法，啤酒糟的市场则日益趋向缩小。

   根据这样状况，开发把啤酒糟变为能为牛以外家畜、养鱼和人类利用，具有广泛用途和高附加值新原料的技术将成为主要课题。

   笔者等开发了从啤酒糟分离麦芽蛋白（英语名暂称 MPF,Malt Protein Flour) 的工艺（在日本、美国和欧洲已取得专利权），在过去三年间，进行了小规模的中试，现就其制造方法、产品的品质评价介绍如下

二、啤酒糟的生成

（ 1 ）啤酒酿造和啤酒糟的生成

  啤酒的主原料是大麦麦芽，而且，通常配以未发芽的辅料（米、玉米、淀粉），这些原料在糖化过程中，被麦芽中的酶分解成小分子水溶性物质，然后，些水溶性物质通过麦芽的皮壳过滤出来，透明的液体称之麦汁，而以可作为滤材的皮壳为主的不溶性残渣则称之为啤酒糟。

（ 2 ）糖化过程中的物料平衡

   啤酒生产量与啤酒糟生成量之间的比例，按干物质计为：啤酒（原料）：啤酒糟 =4 ： 1 （重量比），在啤酒酿造中，常按此比例生成啤酒糟。

   观其成分，原料中**大的成分是淀粉，约占 76% ，几乎全部转移到麦汁之中，而原料中约 9% 的蛋白质， 1/3 强转移到麦汁中。 2/3 弱保留在啤酒糟中，转移到麦汁中的是游离氨基酸和小分子肽，大分子的蛋白质则留在啤酒糟中，糖化工艺过程可以看作是大分子蛋白质有选择的浓缩到啤酒糟中，纤维和脂肪大致全部保留在啤酒糟中。

啤酒糟的组成成分见表 1
表一 啤酒糟和麦芽蛋白的组成成分（干重）（ DM% ）

蛋白质=氮（N，%）×6.25

   大约在六年前，就对未转移到麦汁，而被浓缩到啤酒糟的成分，特别是以蛋白质为主要成分的新原料的开发开始了实验规模的研究。

三、麦芽蛋白的制造
（1）啤酒糟颗粒的细微构造（图略）
   大麦发芽后麦芽颗粒的纵截面（图略），糖化工艺过程中所转移到麦汁中的成分包含在胚乳细胞之中。
   残留的皮壳和糊粉层构成啤酒酒糟，纤维几乎全部存在于皮壳之中，蛋白质以蛋白颗粒状态存在于糊粉层的内部和表面。
（2）麦芽蛋白的分离
   充分利用上述啤酒糟的典型构造特性，皮壳和糊粉层之间物理性质的差异，仅用机械的方法，试将两组织分离。
   啤酒糟通过辊式粉碎机，由于皮壳具有弹性，虽通过而不被粉碎，但糊粉层则被分离，粉碎很细，用筛子筛经过粉碎机处理的啤酒糟，在实验室中发现，皮壳留在筛网上部，而糊粉层粉则被筛下。
   筛下的筛分含蛋白质50%以上（干重），确认可与代表植物性蛋白的脱脂大豆相媲美，此筛分称之为“麦芽蛋白（MPF）”,麦芽蛋白以外的筛分（筛网上的）称之为“非麦芽蛋白”（non.MPF）。
（3）麦芽蛋白的中试生产见下图

首先将鲜啤酒糟通过辊式粉碎机，加水调成悬浮液，用震动筛进行分离，筛网以下得到麦蛋白筛分的悬浊液，再经脱水浓缩、干燥、粉碎而成麦芽蛋白成品。    按干重计，收得率是：原料（啤酒糟）：制品（麦芽蛋白）=100：35，此比例大致与皮壳和糊粉层厚度之比相同。    麦芽蛋白近乎无味、无臭，外观呈茶褐色。为了确定产品的品质开发低成本的工艺和制造供动物实验用的样品等三个目的，从1991年10月开始进行了中间工厂实验，每天一批，约生产麦芽蛋白5公斤。

四、麦芽蛋白的评价和法律认可
（1）一般成分（表1）
   麦芽蛋白的基本品质标准：蛋白质含量保持在50%—55%。表一所示：原料（啤酒糟）与制品（麦芽蛋白）相比较，制品蛋白质含量约为原料的两倍，脂肪约增加30%，纤维素约减少一半。
（2）氨基酸组成
   在人体的必须氨基酸中，精氨酸和赖氨素麦芽蛋白比脱脂大豆约少55%，而蛋氨酸则约多50%其它、麦芽蛋白的胱氨酸比脱脂大豆为50%强，脯氨酸约是脱脂大豆的两倍，麦芽蛋白氨基酸组成与脱脂大豆的氨基酸组成具有互补关系，同样，鱼粉与脱脂奶粉等也有互补关系。
（3肌醇六磷酸钙镁（植酸钙镁、非丁,phttin）态磷与非肌醇六磷酸钙镁态磷的比例
   作为麦芽蛋白原料的麦芽是大麦经发芽制成的，在大麦发芽过程中，肌醇六磷酸酶被激活，磷酸从肌醇六磷酸钙镁中游离出来。
   其结果，在麦芽蛋白的磷中，动物能利用的非肌醇六磷酸钙镁态磷（磷酸态磷）占全磷的71%，这个比例在饲用谷类和豆类中是**高的（见表2），肌醇六磷酸钙镁态磷与矿物质形成不溶性盐，阻碍动物对矿物质的吸收，这是众所周知的事，动物吸收由矿物质来的磷全部是磷酸（非肌醇六磷酸钙镁态磷）。
   在非肌醇六磷酸钙镁态磷多，肌醇六磷酸钙镁态磷少的情况下，动物对磷和其它矿物质利用率不高，动物不能利用，而排泄掉，这也启示由畜产废水引起的富营养化的可能性很低，在想提高某种植物性饲料原料配比的场合中，如果肌醇六磷酸钙镁态磷的比率高就会成为限制因子，在这个方面麦芽蛋白可以说难成为限制因子。
表2 肌醇六磷酸钙镁态磷和非肌醇六磷酸钙镁态磷的含量

（4）通过家畜消化实验后的营养学评价 根据饲料安全法，家畜消化实验采用日本科学饲料协会规定的方法进行。 就营养学**重要的两个指标是：可消化粗蛋白质和可消化养分总量，把麦芽蛋白与主要的饲料原料进行比较。麦芽蛋白以外的数据引用农林水产省编《日本标准饲料成分表》。 鸡麦芽蛋白的可消化粗蛋白与脱脂大豆近似，可消化养分总量与全脂大豆相同。 猪麦芽蛋白的可消化粗蛋白略低于脱脂大豆，可消化养分总量介于全脂大豆和脱脂大豆之间。 猪麦芽蛋白的可消化粗蛋白是啤酒糟的2.4倍，可消化养分总量是啤酒糟的1.9倍，麦芽蛋白的粗蛋白质和粗脂肪的含量也都比啤酒糟高，各自的消化率高时粗纤维的消化率也同样高。 绵羊麦芽蛋白的可消化粗蛋白与脱脂大豆相同水平，可消化养分总量介于脱脂大豆和全脂大豆之间，对于绵羊来讲趣味深长的是麦芽蛋白与原料啤酒糟相比，粗蛋白质和粗脂肪的消化率高时，而粗纤维的消化率不变，就饲料安全法上营养学的评价，绵羊的消化实验数据也可作为牛的消化实验数据对待（绵羊的结果可直接适用于牛）。 麦芽蛋白在鸡、猪和绵羊任何一种中，可消化粗蛋白和可消化养分总量与昂贵的脱脂奶粉相比都高，更应引起重视。 此外，麦芽蛋白用老鼠实验，经口免疫原型下降的效果麦芽蛋白对奶牛的泌乳量和乳汁的影响等生理调节机能在实验中。
（5）在养殖水产动物（养鱼）中替代蛋白源 水产养殖中作为蛋白源和能源的马交鱼，**近在日本近海捕捞量急剧下降，水产厅以及有关单位大力开展代替马交鱼鱼粉的研究。 鱼对淀粉和糖作为能源的利用率很低，大部分能源是由蛋白质→氨基酸→糖的转化途径获得，与家畜不同，饲料中的蛋白含量必须非常高，因此。替代鱼粉的替代蛋白源品质（替代率）和价格受到重视（脂肪作为能源，为了鱼肉品质的关系、配合比率不能大）。 麦芽蛋白作为替代鱼粉的蛋白源，水产厅在养殖研究所和告知大学在过去二年多就对三种鱼在水槽中进行了养殖试验，其结果表明，麦芽蛋白作为替代蛋白源与脱脂大豆的鱼粉替代率相同，由于鱼种类不同，有时显示出比脱脂大豆还高的替代率，又麦芽蛋白与其它原料并用时，则鱼粉的配合比可适当的降低。 但是，麦芽蛋白的配比提高，纤维的比率就高，纤维比率成为限制因子，因此规定麦芽蛋白配合比的上限（鱼不能消化纤维）。
（6）安全性 由于麦芽蛋白只是用机械的方法从天然麦芽的啤酒糟中分离出来的，对啤酒糟成分没有引起任何的化学变化，所以安全性高，是其**大的优点，到现在为止，在家畜、养鱼实验中安全性从未出现过问题。 根据饲料安全法，由农水省指示的安全性评价实验（雏鸡的生长实验）中，没有任何问题，并被“日本科学饲料协会”的实验所确认。
（7）根据饲料安全法的暂定值的认可 根据饲料安全法，向农林水产省提出“原材料的可消化在粗蛋白质，可消化养分总量，关于代谢能量的暂定值认可申请书”，经农业资料审议会审议，关于麦芽蛋白的暂定值（鸡、猪、牛）于去年12月下达各部门，法定名称暂定为“麦芽蛋白”（MPF,Malt Protein Flour)。

五、麦芽蛋白的市场规模
啤酒糟当作牛的糟糠类饲料使用，在日本市场销量规模约50万吨（干重），五家啤酒公司啤酒糟的产量约20万吨，仅占市场的40%。 脱脂大豆、玉米谷蛋白粗粉、脱脂菜籽等植物性蛋白源的市场约380万吨，把日本全部啤酒糟加工成麦芽蛋白的理论极限值约七万吨（实际不可能）不到市场的1.8%。 即使把全世界的啤酒糟豆加工成麦芽蛋白也不过是约1亿大豆的2%以下。 新啤酒糟的情况不同，巨大的市场将是麦芽蛋白的顾客。

六、大规模生产模式的试算成本
积累了以往三年中间工厂生产实验结果，一直在探索低成本的工艺，以其成果为基础，设计大规模生产的模式工厂，计算了成本。

七、麦芽蛋白的地球环境意义
    **近，在意识到地球环境的时代，东京大学总长吉川弘之氏的逆工厂（Inverse Factory）和联合国大学的ZERI（Zero Emission Reserch Initiative）等提倡制造业应有的态度，即是“把废弃物和副产物作为其它产业的原料使用，制成制品，促使企业的制造成本和地球全体的环境成本都低廉”的想法。
    开发麦芽蛋白是解决地球环境和粮食问题的决策之一，同时，由于副成品处理费用的降低，导致啤酒制造成本的减低。可以相信，它对社会的进步和啤酒工业的发展都将做出贡献。
[吴方星议自（日）《日本酿造协会杂志》，第90卷，第2号，93.99（1995）.吴禾 校]

公司地址：河南省 · 郑州市高新区红叶路12号 诚邀来访考察