酿酒产业近年来发展迅速，根据国家统计局数据显示，2021年酿酒业利润总额达到1 949.33亿元，其中白酒利润占比约87%，啤酒利润占比9%，并且年利润同比增长在30%以上[1]。酒糟是酿酒过程中高粱、小麦等原料经过蒸煮、发酵、蒸馏出酒后留下的固体废弃物，是酿酒产业副产物的主要组成部分，产量巨大、含水率高、酸度大、易腐烂变质，处理不当会严重污染生态环境。随着越来越严格的环境政策和持续深入的国家生态文明建设，酒糟的减量化、无害化、资源化处理势在必行。以白酒为例，研究显示，平均每生产1 t白酒会产生3 t以上的酒糟[2]，当前我国白酒正在经历“由量到质”的根本性转变，白酒酒糟产量略有下降，规模以上白酒企业运营状态良好，酒糟总产量仍处于较高水平，我国每年酒糟产排量约在2 000～3 000万t左右。但目前我国大部分企业仍难以对酒糟等酿酒废弃物进行合理处理与利用，由于运输、处理、保存都存在多种限制，极易造成严重的环境污染和极大的资源浪费。推动酒糟资源化利用使其变废为宝实现绿色循环发展，将有效解决酿酒废弃物长期带来的环境问题并为整个社会带来可观的经济效益、社会效益及生态效益[3]。
酒糟富含大量营养成分，如纤维素、蛋白质、淀粉、脂类等，具有很高的利用价值和巨大的资源化潜力，已有大量的研究报道了酒糟的不同资源化利用途径，但目前对国内外酒糟综合利用研究进行系统统计、分析的报道较少。为了解国内外酒糟的资源化利用现状及发展概况，本文全面系统回顾国内外近年来酒糟的处理方法、资源化途径、研究热点及发展趋势，并对酒糟综合利用进行系统分类，最后对茅台集团酒糟资源化利用实践案例进行分析，进而提出酒糟综合利用的科学合理路径，更好地助推地方绿色发展和助力我国生态文明建设。
1 我国白酒产业发展情况及酒糟产排现状
我国是白酒第一大产国和出口国，在最近十来年间我国白酒行业得到前所未有的发展，白酒累计产量超过12 500万t，在2016达到高峰（1 358.4万t），每年酒糟产量维持在2 100万t以上。为实现我国生态文明建设，国家对白酒产业进行了整顿，白酒业发展经历了“由量到质”的根本性转变，取缔了大量小酒企、小作坊，进而向规模以上企业发展，规范行业发展、加强环境保护力度。酒产量虽在下降，但白酒业累计销售收入呈不断上升的趋势，2021年达到新高（6 434亿元），成为我国国民经济建设的重要力量。近年来我国白酒业产量及酒糟产排量情况见图1。
图1 近年来中国白酒、酒糟产量及白酒销售情况
Fig.1 Output of Chinese Baijiu of distillers' grains and sales revenue of Baijiu in recent years
2 酒糟成分分析及综合利用发展途径
酒糟成分复杂，排放到环境中会对环境造成严重的危害（图2）。根据李倩等[4]的实验数据显示，部分酒糟的干糟含有N、P、K、S等多种适宜植物生长的营养元素，有机质含量超过80%，根据已有经验，酒糟将会在工、农业生产等方面有重点应用。对此，结合酒糟主要成分（表1），通过对SciFinder、CNKI中酒糟资源化相关文献的检索与分析总结，得出酒糟资源化方式主要可以分为三大类、十四小类：利用微生物发酵实现高附加值转化、利用物理化学等手段加工成功能性材料和从中提取有机物（图3），不同地区开展的酒糟资源化研究有很多差异。
表1 不同酒糟成分组成
Table 1 Composition of different distillers' grains%（以干基计）
图2 酒糟的主要危害
Fig.2 Main hazards of distillers' grains
图3 酒糟综合利用途径
Fig.3 Approaches of comprehensive utilization of distillers' grains
3 微生物对酒糟高附加值转化的研究
3.1 微生物发酵制沼气和肥料
3.1.1 厌氧发酵产沼气
刚出厂的酒糟一般含水率高，呈酸性，极易腐败霉变产生黄曲霉素。生物沼气是一种清洁新能源，酒糟中有机物含量丰富，是一种良好的发酵原料，可通过微生物厌氧发酵产生沼气。谢彤彤等[5]研究了酱香白酒丢糟厌氧发酵产甲烷，甲烷累计产量为360 mL/g，为优化酒糟产甲烷工艺奠定理论基础，因地制宜充分利用生物质资源，使清洁生产成为可能。在付善飞等[6]的研究中，通过厌氧发酵四种常见酒糟，沼气产量最大达607.4 mL/g，其中甲烷含量在60%～70%，论证了酒糟发酵生产沼气的可行性，并进一步提出酱香型酒糟发酵液（沼气废液）含有N、P、K、S元素，可继续作为生物肥的优势。WANG T T等[7]采用蒸馏粮食废弃物干式厌氧消化制取沼气，洗脱后的残渣可以成功地转化为肥料进一步提高其附加值，实现资源节约化应用。
3.1.2 好氧堆肥产有机肥
酒糟作为酿酒过程剩余有机固体废弃物之一，也可以利用微生物有氧发酵进行好氧堆肥将其处理成有机肥料，在WANG S P等[8]研究中，通过加入CaO预先调节酒糟的pH值在5～6范围内取得了好氧堆肥的成熟产物，在WANG T T等[9]研究中，利用好氧堆肥处理酒糟厌氧发酵制沼气剩余消化残渣取得了成熟的化肥产品，解决堆肥产品的保存。刘林培等[10]通过实验改变白酒糟、桑葚酒糟、吹糠灰的比例，实现同时对多种酿酒废弃物的处理并生产有机肥，得到种子萌发指数为103.93%的有机肥，证明好氧堆肥法处理酒糟具有良好的潜力。
3.1.3 混合发酵
酿酒废水是酿酒行业主要的液体废物，每1 L烈酒产生大约2～6 L废水，采用活性污泥法处理酿酒废水，但它产生的剩余污泥在处置前也需要适当处理。WANG S P等[11]研究发现，通过大量实验显示，酒糟和酿酒污泥混合堆肥加快了细菌群落的演替速度，可以缓解酿酒污泥产生的污染，取得良好收益。在蔡玮玮等[12]的研究中，采取酒糟与餐厨垃圾混合发酵并接种消化污泥，累计产甲烷率达到222.58 mL/g。李哲等[13]采用酒糟与酿酒污泥混合堆肥得到了合格的商用有机肥，具有增加高粱产量，改善植物营养和土壤水平的优点。研究表明，将酒糟与其它有机固废混合发酵，产物生产效果要比单一的固废发酵好，这为不同组分固废资源化利用提供新参考。
3.2 生产动物饲料
近年国内在酒糟处理过程中，因其含有较多的营养成分且价格低廉而常被用作饲料，但是鲜酒糟木质素纤维素含量高且酸度较大，只有少数反刍动物可以消化分解[14]。NUEZ-ORTÍN W G等[15]采用小肠真正吸收蛋白质/降解蛋白质平衡系统模型比较小麦、玉米和混合酒糟等，验证多种类型酒糟均是奶牛吸收蛋白质的良好来源。在ANDERSON J L等[16]的研究中，添加10%～20%酒糟有利于奶牛泌乳，增加了牛奶中脂肪和蛋白质含量，同时降低了干物质摄入，采用酒糟饲料作为蛋白质来源可以减少了氮的排泄，降低生产牛奶对环境的影响。YOUSSEFI M I等[17]采用对照实验证明15%的酒糟加入肉鸡日粮，酒糟蛋白质的消化率与小麦大麦原粮蛋白质相近，具有良好的替代饲料潜力，有利于消化吸收，家禽增重。当前多项成熟的研究均表明酒糟拥有良好的饲料潜力，可广泛应用于猪、羊、奶牛、肉牛、肉鸡、鱼[18]、虾[19]等饲养场景，有效降低传统饲料成本和环境影响[20]。因此，生产饲料也是当前酒糟资源化的主要途径。
3.3 生产生物能源
全球能源资源日益紧张，开发工业副产品生产能源有利于节约资源和保护环境，发展生物质燃料可实现生物质高效利用同时减少环境负荷，生物质乙醇是目前潜力最大的方向之一。DEROSE K等[21]利用技术经济分析（technoeconomic analysis，TEA）、生命周期综合评价（life cycle assessment，LCA）对酒糟转化为可再生燃料进行分析，发展生物乙醇汽油可以提高原料利用率，减少生物燃料对土地的需求，产生良好的环境效益。LIU F等[22]通过开发微生物联合体结合工程大肠杆菌与酒糟水解物共培养产出生物燃料，燃料乙醇质量浓度最高达10.3 g/L。KUMAR A等[23]采用热化学气化工艺和热电联产技术相结合处理酒糟，电效率达到34%，最大净能效达到94%，证明其具有替代传统化石燃料的潜力。
3.4 生产菌种培养基
酒糟含有丰富的有机质可以提供良好的物质来源，但由于pH多呈酸性，需要经过一系列技术预处理，目前研究中，添加酒糟作为菌种培养基已成功培育出平菇[24]、杏鲍菇[25]、鸡腿菇[26]、姬松茸[27]、双孢蘑菇[28]、猴头菇、灵芝等多种高品质食用菌种[29]，为酒企在循环经济方向提供新动力，也为乡村振兴产业发展指明了新方向。
3.5 制备化工产品
传统化工产品多来自于石油、煤炭等不可再生资源，利用可再生资源生产化工产品由于其绿色环保的特性而广泛受到关注，其中包含丁二酸、丁二醇、表面活性剂等工业产品。周小兵等[30]利用琥珀酸放线杆菌（Actinobacillus succinogenes）F3-21生产丁二酸，无需添加额外氮源，采用同步糖化发酵工艺，先水解白酒糟中纤维素，丁二酸质量浓度达到32 g/L，不需要酸碱预处理，产率可达到133 mg/g。YANG T W等[31]以酒糟为原料利用解淀粉芽孢杆菌B10-127直接发酵生产2,3-丁二醇（2,3-butanediol，2,3-BD），不需要补充营养源显著降低微生物发酵成本，2,3-BD质量浓度为40.7 g/L，最大产率达到0.81 g/（L·h），证明酒糟替代化石原料生产2,3-BD具有潜在的商业价值。表面活性剂在日用化工、环保、健康、新材料等多个行业用途广泛，给人们生活带来便利的同时也存在着污染难题。酒糟表面活性剂主要由微生物利用可持续原料生产，具有低毒性、高生物降解性、极端条件下的稳定性等多种优势。ZHI Y等[32]培养解淀粉芽孢杆菌MT45以酒糟为唯一碳源，可产生1.04 g/L的表面活性物质，当MT45与解淀粉芽孢杆菌X82共培养时表面活性物质达到3.4 g/L，证明了酒糟有潜力生产表面活性剂。
3.6 生产复糟酒
复糟酒，指以白酒丢糟为原料，继续加入糖化酶、发酵菌等发酵剂进行二次强化发酵生产的酒。赵东等[33]以浓香型白酒糟为例，生产复糟酒，对酒糟中微生物充分利用，减少碳排放，节约粮食资源。近年来，为解决大量酒糟的利用难题，利用酒糟生产复糟酒已被纳入国家鼓励的循环经济技术[34]，目前该技术已经较为成熟，酒体多个指标可达到优级标准，在市面上供不应求，剩余废糟也可用于生产有机肥还田种植高粱、小麦、玉米等酿酒原料，可以有效降低粮食成本并产生良好的经济效益[35]。
3.7 生产食品
在传统调味品领域，酒糟也可应用于酱油[36]和醋的制备，进一步降低成本，提高产品品质。罗乐等[37]研制的酒糟醋，因含有特定的酶和微量元素具有抑癌作用。酒糟食品化利用有利于酒企研发酿酒副产品、发展绿色循环经济，提高科技实力，进一步拓宽市场。
4 酒糟生产材料的研究
4.1 制备吸附剂
以酒糟为原料，在蒋宏等[38]的研究中，酒糟进行脱硅之后，加入ZnCl2进行活化，得到性能优良的活性炭产品。XU Q Y等[39]采用低成本粘土与酒糟进行合成得到改性氢碳，对亚甲基蓝和磷酸盐的吸附能力大幅度提高，最大吸附量分别达到340.3 mg/g和96.9 mg/g，达到优质工业吸附剂标准，证明其具有良好的环境吸附剂潜力。铬（Cr）及其化合物被广泛应用于化工领域同时也带来大量的含铬废水，LIAN G Q等[40]采用酒糟和磷石膏混合废渣制备生物炭复合物，可自发吸附六价铬离子，在pH为3.0时达到最大吸附容量63.1 mg/g，实现高质量低成本吸附金属污染物。ZHENG X B等[41]在生物质燃料大量消耗导致副产品沼气残渣增多的背景下，以酒糟厌氧消化渣为原料，研究发现700 ℃热解生成的炭可实现废水中铵根离子的高效去除。
4.2 生产新型包装材料
植物蛋白具有良好的可降解性，酒糟作为生物填料制作复合材料具有取代传统塑料制品的潜力。杭州靡特洛公司利用酒糟蛋白制作包装材料，通过加入细菌在自然环境中可实现6个月内完全降解并对土壤零污染，可在考虑经济和环境效益逐渐取代传统包装材料[42]。储李娜等[43]采用聚乙烯醇与酒糟制作缓释肥包膜材料，其材料的热稳定性和力学性能均有提高。ANDERSON C等[44]从酒糟中提取阿拉伯木聚糖加入50%山梨醇制成薄膜拥有较强的抗穿刺和抗撕裂特性，可以帮助食物减少挤压带来的影响。
4.3 生产阻燃材料
据报道，酒糟复合材料具有良好的阻燃材料潜力，酒糟可作为生物基填料，降低一些复合材料的成本。LUO X G等[45]用NaOH预处理得到表面粗糙的酒糟，通过机械性能强度测试和热稳定性的研究证明该复合材料拉伸量、刚度、阻燃性均有提高，并成功采用熔融法制备低密度聚乙烯和酒糟复合材料。JU Y Q等[46]采用粉碎和水系工艺对酒糟进行处理，通过熔融法使聚乳酸、15%间苯二酚磷酸二苯酯（diphenyl resorcinol phosphate，RDP）和15wt%酒糟生物复合材料拉伸强度达到53 MPa，在燃烧过程中形成了具有一定顺序的部分石墨炭化层保护内部材料，提升材料的阻燃性。
5 从酒糟中提取有机物
5.1 提取糖类物质
得益于酒糟中较高的半纤维素含量和我国代糖的崛起，FONSECA D A等[47]采用稀酸水解和超声波预处理干酒糟得到高选择性的五碳糖，采用两段水解工艺可选择性地提取单独的戊糖，得到富含阿拉伯糖（阿拉伯糖81.5%）和富含木糖（木糖85.2%）的提取液。NGHIEM N P等[48]采用氨水浸泡预处理，在较温和的条件下，酶解和用稀硫酸水解预处理后得到的C5糖低聚物可以生成木糖和阿拉伯糖。低聚木糖由于耐酸、耐热可促进人体肠道益生菌繁殖的特性被认为是理想的保健品原料。GU H Q等[49]采用超声波辅助提取木聚糖，提取液中木聚糖含量可达到73.8%。
5.2 提取粘合剂
粘合剂是最重要的辅助材料之一，在包装作业中应用广泛，其主要来源于天然提取和人工合成。XIANG Z Y等[50]将酒糟分解为碱溶性高半纤维素聚合物和碱不溶性残留物，前者能有效提高纸张的韧性，后者具有良好的饲料潜力。在纸张生产过程中，粘合剂来源于化石原料合成且在纸张合成成本占比较高，ANTHONY R等[51]从酒糟中提取一种丰富而未被充分利用的半纤维素基粘结剂，与传统粘合剂对比证明半纤维素基粘结剂具有改善纸张耐水性的特质，并且适合作为天然产品发展环保产业。
5.3 提取酚类化合物
目前天然酚类化合物具有抗氧化、抗菌保鲜等重要的药用特性。王鑫等[52]利用酶解法从酒糟中提取酚酸，产率达到1.51%。IZADIFAR Z等[53]采用24 kHz高能超声波预处理小麦干酒糟细胞壁，酚类化合物的提取率提高了14.29%，得出在测试的超声条件中，100%超声功率30 s为最佳预处理条件，为酒糟中酚类物质提取利用奠定基础。
5.4 提取蛋白质
相关报道显示，酒糟中蛋白质含量丰富，其中醇溶蛋白在产品保鲜涂层、药物载体等方向具有良好的潜力。侯梦媛等[54]采用醇碱法提取酒糟蛋白，醇溶蛋白占比可达到50%。李娇等[55]通过对酒糟中醇溶蛋白进行磷酸化改性，提取率最高可达22.8%并能显著增加稳定性和持水、持油等功能特性。
6 茅台集团酒糟综合利用实践与经验
贵州茅台集团作为我国高端白酒行业的代表以及产业龙头，在贵州经济发展中占据重要地位，酒糟一直是该企业最为主要且量最为巨大的副产物，为有效解决酒糟的处理处置问题，更好地加快国家生态文明建设、贵州大生态战略及赤水河流域生态环境保护，作为一个大国企业，茅台集团于2013年11月创办茅台生态循环经济产业示范园，展示了一些现有或独创技术与方法在酒糟综合利用的科学工厂化运用，其采用复糟酒、生物质沼气、化肥、饲料相结合的方式对酒糟进行“吃干榨净，从土里来到土里去的循环发展”。截止2022年7月现已建成1.5万t酱香型复糟酒、1 000万m3生物天然气、12万t有机肥、2万t发酵饲料四大主线生产项目，实现了酒糟、窖泥、曲草等酿酒废弃物的全部资源化利用和内外部多级循环经济产业链的贯通，实现了茅台集团的绿色、健康、可持续发展，该产业园的发展也证明酒糟资源化拥有广阔的资源化前景。
本文根据茅台集团现有酒糟综合利用方案和最新文献进展综合提出以下酒糟循环利用方式（如图4所示，蓝色为茅台集团已实现的方案，红色为根据现有文献建议及技术发展制定的方案），以期减少酿酒废弃物带来的环境污染，彻底实现酒糟的完全闭环处理及资源化利用，争取带来更多的经济效益、社会效益及生态效益，为我国实现碳达峰、碳中和贡献自己的力量。
图4 茅台集团酒糟循环利用
Fig.4 Cyclic utilization of distillers' grains in Moutai Group
7 结论与展望
本文系统总结了酒糟的已有处理处置及综合利用方法并对已有的资源化途径划分为三大类（利用微生物发酵实现高附加值转化；利用物理化学等手段加工成功能性材料；提取有机物），建议不同地区因地制宜解决酿酒废弃物处理问题，倡导酿酒行业酒糟处理经验取长补短；并在具体案例中介绍茅台集团利用先进技术优化产业布局，建立酒糟循环产业园，形成酒糟四大资源化利用主线。今后酒糟综合利用发展还可利用酒糟加工成活性炭对酿酒废水中N、P等元素进行吸附，然后还田增强土壤活力和肥力，促进当地经济发展和生态环境保护；或通过酿酒废弃物与窖泥结合解决酿酒过程中的水体污染问题，吸收各种营养元素后通过微生物发酵制沼气、乙醇缓解能源问题；再或利用酒糟残渣高蛋白质含量的优势与畜牧场合作生产出优质乳制品和优质肉类，最大程度实现酒糟的完全闭环，缓解人畜争粮、降低碳排放、保护生态环境。
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