啤酒糟残存大麦蛋白的定量组成解析及其对食品配料应用的影响与创新策略

本研究针对啤酒糟（BSG）作为啤酒生产主要副产物却未被高值化利用的问题，通过定量蛋白质组学技术深入分析了BSG的蛋白质组成及其在制麦和糖化过程中的动态变化。研究人员发现BSG中超过30%的蛋白质为B3-大麦醇溶蛋白，且>45%的蛋白质为潜在致敏原和抗营养因子，同时揭示了BSG具有营养均衡的氨基酸组成和较高的胞内蛋白比例。该研究为开发靶向酶解策略提供了蛋白质水平的关键见解，对促进BSG在食品工业中的安全高效利用具有重要意义。

　　

啤酒酿造过程中会产生大量副产物——啤酒糟（Brewer's Spent Grain, BSG），全球每年产量约4000万吨。尽管BSG蛋白质含量高达30%，但由于其技术功能特性不佳且含有抗营养因子，目前主要被用作饲料或废弃处理，造成资源的严重浪费。随着对可持续食品体系需求的增长，如何将BSG转化为高价值食品配料成为研究人员关注的重点。酶解处理被认为是改善BSG功能特性的有效手段，但传统的"黑箱"式酶解方法缺乏对蛋白质组成特征的深入了解，制约了靶向加工策略的开发。

为破解这一难题，来自丹麦奥尔堡大学的研究团队在《Innovative Food Science 》发表了突破性研究。研究人员采用先进的定量蛋白质组学技术，首次对工业大麦品种"Planet"及其相应麦芽和BSG进行了系统分析。他们通过优化蛋白质提取方案（结合聚焦超声和iST植物组织试剂盒），运用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）技术进行 bottom-up proteomics（BUP，自下而上蛋白质组学）分析，并采用MaxQuant软件进行数据处理，利用DeepLoc 2.0进行亚细胞定位预测，建立了全面的蛋白质定量数据库。

研究结果揭示了三个关键发现：

在蛋白质含量和氨基酸组成特征方面，研究发现BSG的粗蛋白含量（17.4%）显著高于大麦（9.0%）和麦芽（10.5%）。氨基酸分析显示BSG的必需氨基酸比例（33%）虽略低于大麦和麦芽（38-39%），但仍优于许多植物蛋白，仅赖氨酸略微不足。这表明BSG具有较好的营养品质，可作为优质的蛋白质来源。

通过蛋白质提取优化实验，研究人员发现谷物样品（大麦和麦芽）需要2个超声提取循环才能实现最佳提取效果，而BSG仅需1个循环即可。SDS-PAGE分析证实该方法能够代表性地提取蛋白质，为后续蛋白质组学分析提供了可靠保证。

在整体蛋白质水平变化方面，研究共鉴定到967个大麦蛋白质组，其中29%的蛋白质在不同加工阶段表现出差异丰度。主成分分析（PCA）显示样品间存在明显的分离趋势，表明制麦和糖化过程引起了显著的蛋白质组变化。

特别值得关注的是制麦过程中应激相关蛋白的减少和酶促储存消耗。研究发现27种蛋白质在麦芽中显著下调，包括多种晚期胚胎发生丰富蛋白（LEA）和应激相关蛋白，而69种蛋白质显著上调，主要是碳水化合物降解酶和蛋白酶。这反映了种子从休眠状态向萌发过程的转变。

糖化过程中的选择性富集和耗竭现象尤为明显。研究发现66种蛋白质在BSG中显著耗竭，包括防御相关蛋白（如大麦茚琳素-B1、α-大麦硫素）和应激相关蛋白，而仅有6种蛋白质富集。亚细胞定位分析显示BSG中胞外蛋白比例显著降低，从大麦的60%降至51%，而胞质、核和质体蛋白比例增加。

最重要的是对BSG中高丰度蛋白质的风险评估。研究发现B3-大麦醇溶蛋白（B3-Hordein）占BSG蛋白质的32.2%，Serpin-Z4占5.2%，α-淀粉酶/胰蛋白酶抑制剂（αATI）占3.4%。超过45%（mol/mol）的BSG蛋白质被归类为潜在致敏原或抗营养因子，这为BSG的食品安全性评估提供了重要依据。

研究结论表明，BSG确实具有作为蛋白质基食品配料的潜力，但其高含量的致敏性和抗营养蛋白质需要在下游加工过程中特别关注。制麦和糖化过程虽然已经减少了部分抗营养因子和致敏原，但BSG中仍含有大量需要进一步处理的风险蛋白质。这些发现为开发靶向酶解策略提供了关键的蛋白质水平见解，有助于实现BSG的高值化利用。

该研究的重要意义在于首次提供了BSG蛋白质组成的全面定量数据，为食品工业开发安全、高效的BSG加工工艺奠定了科学基础。通过针对性地降解致敏性和抗营养蛋白质，同时保留或增强功能特性，可以显著提升BSG在食品中的应用价值，促进啤酒产业的可持续发展和副产物的资源化利用。