白酒酒糟資源化利用現(xiàn)狀及展望

固態(tài)發(fā)酵法白酒多采用高粱單一原料或者高粱、小麥、大麥、玉米、大米和小米等糧食混合原料，經(jīng)蒸煮、糖化發(fā)酵、蒸餾等工序制成，同時會產(chǎn)生大量的有機固體廢棄物白酒酒糟。在我國酒類行業(yè)，固態(tài)發(fā)酵法白酒的消費和市場認可度占絕對領(lǐng)導地位，2021年我國統(tǒng)計白酒企業(yè)的白酒產(chǎn)量（折算為65%vol）約為716萬千升[1]，按照白酒產(chǎn)量與酒糟產(chǎn)量約為1∶3的比例，可以估算出2021年白酒酒糟的產(chǎn)量超過1 926萬t。釀酒發(fā)酵過程中的原料利用率較低，發(fā)酵后的末端產(chǎn)物糧食酒糟中富含營養(yǎng)物質(zhì)和大量微生物，如果不及時處理，容易腐敗，造成二次環(huán)境污染[2]。隨著國家“雙碳”戰(zhàn)略的實施[3]，推動白酒釀造企業(yè)建設“零碳產(chǎn)區(qū)”“零碳酒企”和向綠色循環(huán)低碳發(fā)展全面轉(zhuǎn)型迫在眉睫。白酒酒糟低效粗放的傳統(tǒng)處理方式已經(jīng)不能適應釀酒工業(yè)綠色發(fā)展的需求，對其進行大規(guī)模無害化處理和資源化利用具有重要現(xiàn)實意義。白酒酒糟是一種生物質(zhì)資源，經(jīng)過處理后具有較好的資源化利用潛力[4]。白酒酒糟通過資源化利用生產(chǎn)出高附加值能源產(chǎn)品和其他產(chǎn)品，這些產(chǎn)品進入釀酒工業(yè)的生產(chǎn)加工過程中有助于釀酒企業(yè)實現(xiàn)清潔生產(chǎn)和碳減排。國內(nèi)學者在白酒酒糟資源化利用方面取得了一些研究成果，本文就白酒酒糟資源循環(huán)利用進展及利用現(xiàn)狀進行綜述，對白酒酒糟資源化利用發(fā)展前景進行展望并對其產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出建議。

1 白酒酒糟的資源特性

固態(tài)法白酒發(fā)酵原料主要是高粱、大米、糯米、玉米、小麥和豌豆等糧食谷物，發(fā)酵過程中會加入大量蒸煮過的稻殼作為疏松劑，經(jīng)數(shù)月發(fā)酵以及一系列工藝后制成白酒，最終產(chǎn)生大量的酒糟。酒糟中含有大量的水、粗纖維、粗蛋白、粗脂肪、未能發(fā)酵完全的淀粉、有機酸、小分子氨基酸、維生素以及其他微量元素[5]。白酒酒糟的成分及含量范圍見表1。

表1 白酒酒糟的成分及含量表（干物質(zhì)計）

2 白酒酒糟的資源化利用進展

根據(jù)白酒酒糟的成分特性和生物質(zhì)屬性，可以進行飼料化、肥料化、基料化、能源化和原料化等高值化利用，獲得的產(chǎn)品可廣泛應用在能源、農(nóng)業(yè)、建筑和生物醫(yī)藥等行業(yè)。

2.1 白酒酒糟飼料化利用

白酒酒糟中含有粗蛋白、粗脂肪、粗淀粉、維生素以及微量元素等營養(yǎng)物質(zhì)，可作為飼料用于禽畜喂養(yǎng)，緩解飼料短缺的問題。但白酒酒糟具有酸度高、纖維素含量高、濕料含有乙醇的缺點，導致其不能完全替代現(xiàn)有的飼料。目前酒糟作為飼料利用的主要方式有按適宜比例添加到現(xiàn)有飼料中、混合青貯發(fā)酵和微生物發(fā)酵飼料等。

用適量白酒酒糟發(fā)酵飼料喂養(yǎng)畜禽，可以改善畜禽代謝和生理機能。有研究表明經(jīng)過干燥處理的白酒酒糟，可以以不高于30%的添加比例直接添加到牛羊等禽畜的日常飼料中，對其正常生長無明顯影響，也可以降低料重比。白酒酒糟與皇竹草、巨菌草、菊芋渣[6]等按照一定比例混合青貯，可以改善青貯品質(zhì)，減少營養(yǎng)物質(zhì)流失，同時還可延長酒糟的保存時間。發(fā)酵技術(shù)可以改善酒糟的營養(yǎng)成分，富集蛋白質(zhì)和氨基酸并降低纖維素含量。有學者[7]用蒸汽爆破方法預處理白酒酒糟，再用多種微生物對酒糟進行發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)蒸汽爆破預處理和微生物發(fā)酵都能降低酒糟中纖維素含量，最終發(fā)酵酒糟粗蛋白含量的提高超過1/5，纖維素含量大幅降低。目前酒糟作為禽畜飼料利用尚無統(tǒng)一的質(zhì)量標準，需要對預處理、飼料品質(zhì)的穩(wěn)定性、對不同禽畜的適應性和安全性等進行更深入的研究。

2.2 白酒酒糟肥料化利用

白酒酒糟是一種很好的有機肥原料，富含有機質(zhì)、氮磷鉀等植物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，抗生素、重金屬等有害物質(zhì)含量低，施入土壤可提高土壤養(yǎng)分含量、改善微生物群落結(jié)構(gòu)，對植物的生長發(fā)育具有積極作用。目前白酒酒糟作為肥料利用，主要有直接還田、堆肥還田以及制作微生物有機肥等利用方法。

白酒酒糟直接還田和秸稈還田的過程基本一致，一般需要經(jīng)過干燥粉碎預處理再翻耕到田土中，這樣容易腐熟分解。在堆制肥料過程中，白酒酒糟中的大分子有機物在好氧條件下降解，留下植物易吸收的腐殖質(zhì)和無機質(zhì)，經(jīng)過堆肥的酒糟可制作有機肥或用作肥料添加劑。有研究表明施用酒糟發(fā)酵有機肥可增加土壤肥力，應用于高粱等農(nóng)作物種植時，可促進高粱等農(nóng)作物增產(chǎn)與品質(zhì)改善；應用于煙葉種植時，可提升煙葉的組織結(jié)構(gòu)和成熟度，改善煙葉外觀質(zhì)量、糖堿比，提升煙葉燃燒性、香氣量和甜感等[8]。酒糟也可與農(nóng)業(yè)廢棄物混合后作發(fā)酵底物，在多種菌劑作用下進行堆肥，生產(chǎn)微生物發(fā)酵有機肥。施用這種有機肥后，土壤中的有機質(zhì)、全氮、全磷和全鉀有較顯著的增加，作物的植株生長情況及產(chǎn)量均有提高。有研究者篩選高效解磷細菌、固氮細菌、纖維素降解菌等制成復合菌劑，將其接種于酒糟中進行堆肥。結(jié)果表明，微生物菌劑的接入可以促進腐熟作用和提高肥料質(zhì)量[9]。目前長期施用酒糟發(fā)酵肥料對土壤營養(yǎng)成分提升程度的影響鮮有報道，酒糟肥料長期施用對土壤改良效果和植物生長狀況的影響還需要加以研究。

2.3 白酒酒糟基料化利用

白酒酒糟中含食用菌所必需的糖分、蛋白質(zhì)、氨基酸、礦物質(zhì)和維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，是食用菌良好的栽培原料。白酒酒糟經(jīng)預處理后加入適量輔料配制成培養(yǎng)基，可栽培多種食用菌，培養(yǎng)基使用后還可作有機肥、魚餌等使用。酒糟含有的醇類、醛類的有機酸類物質(zhì)不利于食用菌的菌絲生長，使用前應先進行處理，即通過暴曬揮發(fā)和加石灰粉將酸堿度調(diào)整為8～9。目前文獻中有關(guān)于白酒酒糟栽培香菇、平菇、雞腿菇、猴頭菇、姬松茸、杏鮑菇、金針菇和茶樹菇等多種食用菌的報道，但都限于實驗室研究，未規(guī)?；茝V?，F(xiàn)有的研究判斷酒糟栽培食用菌是否成功，幾乎都是圍繞食用菌的產(chǎn)量來衡量的，對不同香型來源的白酒酒糟及其栽培基質(zhì)配方研制和優(yōu)質(zhì)食用菌菌株品種的篩選還缺乏深入研究。

2.4 白酒酒糟能源化利用

白酒酒糟中主要含有粗纖維、粗脂肪、粗蛋白及淀粉等成分，是一種生物質(zhì)能載體。白酒酒糟具有產(chǎn)量穩(wěn)定、來源穩(wěn)定、集中性高和成本低等特點，相較于農(nóng)林類生物質(zhì)資源更具有大規(guī)模能源化利用潛力，可替代化石資源作為燃料和原料使用。通過使用物理、化學和生物轉(zhuǎn)化技術(shù)中的一種或者幾種技術(shù)對白酒酒糟能源化利用可產(chǎn)出能量密度更高的固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)能源產(chǎn)品或改性生物基材料。

固體致密成型技術(shù)是一種物理轉(zhuǎn)化技術(shù)，主要包括原料預處理和壓縮成型兩個過程。與白酒酒糟原料相比，致密成型后的白酒酒糟固體成型燃料的能量密度、堆積密度有很大提高，運輸成本和儲存成本也大大降低。白酒酒糟致密成型后的固體成型燃料是一種零碳能源，可替代燃煤等常規(guī)固體燃料，用于高效燃燒爐、生物質(zhì)氣化爐和小型鍋爐等設備。但是，酒糟生物質(zhì)顆粒燃料制備過程能耗高成為目前產(chǎn)業(yè)發(fā)展的阻礙，低能耗成型制備技術(shù)及設備研制成為未來研究的關(guān)鍵方向。

在直接燃燒技術(shù)方面，國內(nèi)學者主要對酒糟鍋爐直燃、與化石燃料摻燒等方面的燃燒特性和應用進行了研究。研究結(jié)果表明濕酒糟含水量大于60%，干燥后的酒糟中約含有90%的干物質(zhì)，揮發(fā)分含量高，著火點低于大部分農(nóng)林廢棄物；酒糟中蛋白質(zhì)含量高，其燃燒后NOx排放高；煤與白酒酒糟摻燒具有協(xié)同效應，可以改善煤的燃盡率。中國科學院過程工程研究所開發(fā)出了雙流化床解耦燃燒技術(shù)，可實現(xiàn)高含水和高含氮濕酒糟的連續(xù)熱解燃燒和低氮排放[10]。

白酒酒糟可通過微生物發(fā)酵技術(shù)實現(xiàn)生物轉(zhuǎn)化利用，包含白酒酒糟厭氧發(fā)酵制生物質(zhì)沼氣技術(shù)[11]和發(fā)酵制備液體燃料乙醇技術(shù)[12]等。白酒酒糟可在混合微生物作用下通過厭氧發(fā)酵將有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)沼氣，沼氣提純后可用來發(fā)電供熱或制成車用天然氣，或可進一步探索用于制氫、制醇，產(chǎn)生的副產(chǎn)物沼液和沼渣可回收生產(chǎn)液態(tài)和固態(tài)有機肥等。白酒酒糟中含有淀粉、纖維素、木質(zhì)素等物質(zhì)，可以在酶的作用下水解成可發(fā)酵糖，再通過糖化發(fā)酵工藝化為乙醇，提純后制成燃料乙醇。

熱解技術(shù)是白酒酒糟能源化利用的主要技術(shù)之一。在隔絕氧氣或者限氧的條件下，生物質(zhì)在高溫下慢速或快速熱解，產(chǎn)生生物質(zhì)燃氣、生物炭和生物油產(chǎn)品。生物質(zhì)燃氣和生物油可作為燃料供熱或用于合成化學品；熱解炭可在土壤改良、替代化石燃料、重金屬吸附、水體和廢氣凈化、電極材料、固碳減排等方面廣泛應用。有研究者研究了熱解溫度與時間對白酒酒糟廢棄物熱解產(chǎn)生的氣、液、固三相產(chǎn)物的產(chǎn)率的影響，發(fā)現(xiàn)隨著熱解終溫的升高，氣相產(chǎn)物中H2、CH4相對含量與溫度呈正相關(guān)關(guān)系；液相產(chǎn)物中芳香族產(chǎn)物產(chǎn)量與溫度呈正相關(guān)關(guān)系；固相產(chǎn)物產(chǎn)率與溫度呈負相關(guān)關(guān)系。國內(nèi)學者以白酒酒糟作為前驅(qū)體，制備出生物炭或高比表面的活性炭，研究結(jié)果表明白酒酒糟炭具有好的吸附效率，改性后的活性炭比表面積最高可達3 654.9 m2·g-1，可廣泛用于污染物吸附以及土壤修復等方向[2]。有研究者以白酒酒糟為前驅(qū)物，通過高溫碳化和酸浸洗后制得氧摻雜多孔碳（Oxygendoped Porous Carbon，OPC），將OPC材料作為電芬頓陰極，可有效降解雙酚A（BPA）和雙酚S（BPS）等雙酚類污染物。能源化利用可以實現(xiàn)白酒酒糟的大規(guī)模處理和產(chǎn)物梯級利用，有較好的應用前景。

2.5 白酒酒糟原料化利用

白酒酒糟含有木質(zhì)素、纖維素、半纖維素等物質(zhì)，可以通過熱壓、注塑等技術(shù)生產(chǎn)秸稈人造板、秸稈纖維等纖維復合材料。白酒酒糟經(jīng)預處理后，可制成各種各樣的低密度纖維板材；經(jīng)加壓和化學處理可用作填充物部分替代木粉等傳統(tǒng)木質(zhì)纖維，制作木塑復合材料。釀酒是多菌混合發(fā)酵代謝的過程，會產(chǎn)生小分子蛋白質(zhì)、糖、有機酸、醇類、酚類、酯類、醛類、維生素、氨基酸和含氮化合物等物質(zhì)，這些物質(zhì)很大一部分都保留在酒糟中，可通過酸或堿處理、酶催化、物理法萃取和生物發(fā)酵等途徑提取各種功能成分。目前生物發(fā)酵法應用最廣泛，可提取酚類、蛋白質(zhì)、有機酸和風味物質(zhì)等[5]。其中，含量較高的蛋白質(zhì)的提取技術(shù)值得深入研究。

3 結(jié)語與展望

白酒酒糟是釀酒工業(yè)過程中產(chǎn)生的可再生生物質(zhì)資源，具有資源總量大、收集方便、營養(yǎng)豐富等特性，在肥料化、飼料化、基料化、能源化和原料化利用等方面均表現(xiàn)出了一定價值和潛力。其中，高蛋白發(fā)酵飼料、厭氧發(fā)酵制生物質(zhì)沼氣和炭氣聯(lián)產(chǎn)等技術(shù)有規(guī)?；玫膬?yōu)勢。從白酒酒糟資源化利用現(xiàn)狀及存在的問題可知，現(xiàn)有的資源化利用技術(shù)都存在產(chǎn)品用途單一的問題，應結(jié)合白酒酒糟不同成分進行多級綜合開發(fā)，使白酒酒糟中各種組分得到充分的資源化利用。如果要完全解決白酒酒糟存在資源浪費以及環(huán)境污染等問題，還需對其資源化利用途徑開展更深入和更廣泛的研究。

結(jié)合白酒釀造企業(yè)建設“零碳產(chǎn)區(qū)”“零碳酒企”和向綠色循環(huán)低碳發(fā)展全面轉(zhuǎn)型的發(fā)展趨勢，白酒酒糟資源化利用研究應該圍繞多級綜合開發(fā)、高附加值產(chǎn)品開發(fā)、規(guī)?；療o害處理、提高白酒行業(yè)清潔生產(chǎn)水平等方向進行技術(shù)攻關(guān)，協(xié)同白酒釀造行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能、降污、減碳。對此，筆者有以下3方面思考。①加強不同種類白酒酒糟資源特性和資源化利用全生命周期全過程減排潛力研究，為釀酒企業(yè)探索最優(yōu)的資源化技術(shù)利用方向和實現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型提供指導。②對白酒酒糟資源化耦合利用加強研究。例如，對白酒酒糟進行能源化+肥料化+原料化綜合利用，開發(fā)酒糟熱解產(chǎn)生能源產(chǎn)品供能和熱解炭-土壤修復改良-綠色種植的耦合利用技術(shù)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)、工業(yè)協(xié)同循環(huán)發(fā)展。具體實施模式可以是白酒酒糟通過炭氣聯(lián)產(chǎn)技術(shù)制取生物質(zhì)氣和生物質(zhì)炭產(chǎn)品，代替部分石化能源在白酒生產(chǎn)過程中提供能源或者蒸汽，制取的炭產(chǎn)品也可制作成炭基肥還田，改良土壤并實現(xiàn)固碳減排。③建議科研機構(gòu)、環(huán)保技術(shù)企業(yè)和大型酒企進行聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，對不同產(chǎn)地和不同香型白酒酒糟資源特性進行更深入地研究，結(jié)合當?shù)禺a(chǎn)業(yè)發(fā)展情況建設具有一定規(guī)模的白酒酒糟綜合利用技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范基地，推動白酒酒糟資源循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。