啤酒，是世界上最受欢迎的饮品之一，其酿造原料主要包括大麦、水、酵母和啤酒花等，这些原料经过破碎、糖化、煮沸、发酵、陈化等一系列步骤最终生产出啤酒。
然而，啤酒酿造过程伴随着废弃物的污染问题，其中，啤酒酿造废弃谷物渣（啤酒糟，BSG）是生产环节的主要固体废弃物，由于这些谷物渣中含有较高的有机物质，在很大程度上属于粮食资源浪费，而且处理不当还会造成环境污染。
围绕啤酒糟的回收利用，新加坡南洋理工大学食品科学与技术项目William Chen团队开发出一种新方法能够从啤酒糟中提取 80% 以上的蛋白质，可直接应用于食品和化妆品领域，有助于减少粮食资源浪费并带来更可持续的蛋白质来源。
目前，这项研究成果已经以“Recovery of antioxidative protein hydrolysates with functional properties from fermented brewer's spent grain via microwave-assisted three phase partitioning”为题发表在Innovative Food Science & Emerging Technologies上。
（来源：Innovative Food Science & Emerging Technologies）
“这项研究成果为啤酒厂的废弃谷物渣处理提供了更加可持续和高效的增值方法，这是朝着减少其对温室气体排放的贡献和减少环境压力迈出的关键一步，同时也丰富了全球食品供应链。”这篇论文的共同通讯作者、南洋理工大学食品科学与技术项目主任兼首席研究员 William Chen 表示。
在啤酒糟中回收 80% 以上的蛋白质
据不完全统计，全球范围每年约有三分之一的食物被浪费掉，然而目前世界上仍有 7.8 亿人口面临饥荒问题，因此，更高效和可持续的蛋白质来源对于人类社会的未来发展至关重要。
啤酒糟是酿造啤酒后的固体残留物，约占啤酒行业产生废物的 85%。统计数据显示，每年全球产出的啤酒糟达3640 万吨。尽管有一部分啤酒糟被畜牧业用作饲料，或是生产生物燃料、堆肥等，但仍有相当一部分啤酒糟被填埋，释放二氧化碳、甲烷等温室气体，加剧生态破坏。
作为啤酒产业的主要副产物，啤酒糟含有相对较高的蛋白质（约 19-30%），然而由于其溶解性较差，导致难以从啤酒糟中提取蛋白质，在食品加工中的应用受到限制。围绕这一挑战，业界已经探索了数种提取啤酒糟蛋白质的方法，比如碱性提取法、盐或醇溶液提取法等。
在此前的研究中，William Chen和团队曾使用了一种更经济的方法，即在乙醇碱提取之前使用寡孢根霉菌（Rhizopus oligosporus，一种传统用来生产印尼发酵食品丹贝的真菌菌株）对啤酒糟进行发酵。真菌发酵是提高啤酒糟蛋白质可提取性的一种有效方法，真菌能够分泌胞外酶，将蛋白质的复杂结构水解为更简单的氨基酸，这一过程有助于蛋白质在处理溶液中的溶解，从而提高蛋白质的可提取性。
在这项研究中，他们首先对啤酒糟进行杀菌消毒处理，然后用寡孢根霉菌进行发酵。经过 3 天的微生物发酵过程，啤酒糟的复杂结构被打破，使蛋白质更容易被提取。接下来，他们将发酵后的啤酒糟干燥并研磨成粉末，然后过滤，通过离心机将混合物中的蛋白质与其他物质进行分离。
▲图｜通过 MATPP 和 TPP 提取的蛋白质量对比（来源：Innovative Food Science & Emerging Technologies）
需要注意的是，他们在这项研究中使用了微波辅助三相分配法（MATPP）的生物分离技术，用于真菌发酵后从啤酒糟中提取和分离蛋白质。
据了解，作为一种新兴的生物分离技术，MATPP 可以在相对较短的时间内有效地从富含蛋白质的植物材料中同时提取、分离和部分纯化蛋白质，这种方法所使用的微波不会显著改变植物蛋白水解物的大部分物理化学性质，可用于工业环境中的大规模生产。
他们通过试验显示，使用 MATPP 提取回收的蛋白质量是传统三相分配法（TPP）的两倍（两种方法分别为82.2%和 41.8%），而且还能提高蛋白质的抗氧化活性，此外，MATPP 和 TPP 方法提取的蛋白质在氨基酸组成、蛋白模式和部分功能特性方面均无显著差异。
最终，他们基于 MATPP 方法从 1000g 啤酒糟中提取到了 200g 蛋白质。
▲图｜通过 MATPP 和 TPP 提取的蛋白质的各项功能特性对比（来源：Innovative Food Science & Emerging Technologies）
总的来说，这项研究将啤酒产业的废弃副产物作为蛋白质来源，减少食物浪费和环境污染，满足可持续生产蛋白质的需求，带来一种循环、更可持续的蛋白质来源，有助于解决全球粮食短缺等全球挑战，此外，这种 MATPP 方法具有高效、便捷等优势，在工业规模的蛋白质回收方面展现出应用潜力。
接下来进一步扩大生产规模
俗话说“取之精华，弃之糟粕”。随着合成生物学技术的发展，学术界和产业界纷纷探索如何让“糟粕”变废为宝，而上文提到的 William Chen 团队的这项研究就属于此类。
值得一提的是，他们提取的这些蛋白质无需进一步加工，能够直接应用于食品和化妆品领域，比如，可以直接作为食品添加剂，可提高食物蛋白质含量、延长保质期，或是作为添加剂增强乳液或面霜的保湿和抗氧化能力。
以此次研究中的每 1000g 啤酒糟可以提取到 200g 蛋白质的收率计算，如果全球所有的啤酒糟（每年约产出 3640 万吨）都能发酵生产蛋白质，那每年就可以额外获得728 万吨蛋白质。
“来源于啤酒厂的废谷物富含蛋白质，它们被提取出来并转化为各种补充剂，这对于消费者而言更具吸引力，同时解决了两个全球所面临的重要挑战，粮食浪费和食物短缺。”William Chen指出。
▲图｜基于啤酒糟提取的蛋白质并应用于皮肤保湿霜（来源：NTU）
鉴于从啤酒糟中提取的蛋白质也富含抗氧化剂，它们还可以保护皮肤免受污染物的侵害，为传统化妆品成分提供了一种环保的替代品，比如，对羟基苯甲酸酯和石油基成分，前者会破坏水生动物的激素功能，后者的加工生产会对气候造成污染。
“由于这些蛋白质具有天然的去角质特性和丰富的抗氧化剂，我们认为它们可以被纳入各种护肤配方中，从润肤霜到身体乳液，为防腐剂等化学物质提供了一种更为环保和可持续的替代品。”研究人员指出。
围绕新兴可持续替代产品，曾经有一项调研数据显示，全球约有66%的消费者愿意为致力于可持续发展的品牌的产品支付更多费用，这类提取蛋白质增加了消费者对可持续来源和环保产品的偏好。
“目前新加坡 90% 的食品供应依赖于进口，但政府已经制定了到 2030 年 30% 的食品自给自足的目标。像南洋理工大学发酵的那些未充分利用的谷物的这类创新应用，将有望减少新加坡对原材料进口的依赖，为当地生产商提供额外的收入来源，并帮助企业生产营养更丰富的植物肉。”替代蛋白质智库 Good Food Institute 亚太区董事总经理 Mirte Gosker 表示。
围绕 William Chen 团队此次的研究，他们表示，“接下来将进一步扩大这种‘啤酒糟蛋白质’的生产规模，并将其商业化。”
据了解，此次研究中，荷兰酿酒公司喜力为William Chen团队提供了啤酒糟，目前，该团队正在与喜力公司进行洽谈，以扩大这种蛋白质提取方法的生产规模，此外他们还计划与食品、饮料和化妆品等其他公司开展广泛的合作，加速推进这项技术的商业化进程。
素材来源官方媒体/网络新闻
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