再利用啤酒花做防晒霜？圣保罗大学完成首例概念验证

精酿啤酒生产中的「干投法」（dry hopping），是在发酵后向酒液中加入啤酒花颗粒以补强香气，工艺结束后约 85% 的活性物会随未被酒液萃取的啤酒花一同被丢弃，传统上作为有机废料处理。圣保罗大学（USP）药学院（FCF）一支多学科研究团队，把目光投向了这部分被忽视的残料，最新成果发表在近期的《Photochem》期刊。

 

研究的核心发现是，以再利用啤酒花的乙醇提取物为辅助光防护成分，加入 O/W 型防晒乳液后，体外 SPF 出现显著提升，最高一组达到 178.0 ± 21.5，远高于仅含传统紫外线滤剂的对照组。但研究者同时指出，本次实验仅完成概念验证阶段，未涉及在体 SPF、长期稳定性与临床安全性评估。

 

 

原料处理：纯啤酒花与干投法残料的差异从干燥工艺开始

 

研究使用了 NUGGET-HAAS/BarthHass 公司 2021 年收获的 T90 啤酒花颗粒作为「纯啤酒花」对照样品，α-酸含量约 13.6%，精油含量约 1.8 mL/100 g。「再利用」样品则取自精酿啤酒生产现场，经干投法工艺后回收。

 

两类材料采用同样的乙醇提取路径，50 g 颗粒或残料先以 300 mL 无水乙醇浸渍 18 小时，再以 2000 mL 乙醇渗滤至样品耗尽。干燥环节体现出原料形态差异。纯啤酒花提取物使用旋转蒸发仪在 40 ℃ 下完成；干投法残料含水量较高，研究团队改用冻干机完成干燥。后续两种提取物的外观与气味相近，但实际处理流程已不完全相同。

 

图：纯啤酒花 (a) 和重复利用的啤酒花原料 (b) 提取物的结果外观

 

HPLC-MS 分析显示，两类提取物均检出 α-酸成分，包括葎草酮（humulone）与合葎草酮（cohumulone）；而黄腐酚（xanthohumol）类异戊烯基黄酮，仅在再利用啤酒花提取物中被检出。

 

研究团队对这一差异给出的解释包含两个层面。一方面，黄腐酚在啤酒花中的本底含量本就较低，仅占干重的 0.1% 至 1.0%，且亲脂性强、检出困难，可能在纯啤酒花提取物中被其他次级代谢物掩盖；另一方面，啤酒煮沸阶段的高温会使黄腐酚发生异构化转化为异黄腐酚（isoxanthohumol），而干投法是发酵后冷却阶段加料，避开了煮沸的热降解路径，使黄腐酚得以相对完整保留。

 

 

配方设计与 SPF 实测

 

配方端，研究团队制备了 8 个 O/W 乳液样品（F1 至 F8），共同基础为两种传统紫外线滤剂，UVB 段的对甲氧基肉桂酸-2-乙基己酯（ethylhexyl p-methoxycinnamate，EHMC）与 UVA 段的阿伏苯宗（avobenzone）。对照组仅含两种滤剂，无啤酒花提取物。其余 8 组在此基础上分别加入 10% 的纯啤酒花或再利用啤酒花提取物，并以四种不同溶剂体系预先溶解，纯水、肉豆蔻酸异丙酯（IPM）、棕榈酸异丙酯（IPP）、辛酸/癸酸甘油三酯（CCT）。

 

图：实验设计，1—啤酒花生产；2—5：提取步骤（浸渍、渗滤、溶剂去除、干燥）；6：植物化学分析；7：体外抗氧化活性评价；8—乳液制备；9—体外防晒系数 (SPF) 分析；10—UVA 防护系数；11—结果

 

光防护效能使用 Labsphere UV2000S 紫外透射分析仪测试，符合 ISO 与 FDA 在体外 SPF 与 UVA 测试方面的方法学要求。每组样品以 1.3 mg/cm² 涂布于 25 cm² 的 PMMA 板上，每板取至少 5 个透射读数，覆盖 290 至 400 nm 波段。

 

数据中最突出的两组，一组是含 10% 纯啤酒花提取物、以水为溶剂的 F1 配方测得 SPF 117.48 ± 13.28；另一组是含 10% 再利用啤酒花提取物、同样以水为溶剂的 F2 配方测得 SPF 178.0 ± 21.5。两者均显著高于对照组。其余配方中，含再利用提取物但换用 IPM 的 F4 与换用 CCT 的 F8 居中，F3 与 F7 两组反而表现低于对照。所有样品的临界波长稳定在 380 nm 左右，符合广谱防晒判定标准。

 

不过 UVA 防护表现并未呈现相同走向。研究指出，SPF 增益主要集中在 UVB 段；油溶性溶剂体系（IPM、IPP、CCT）的 UVA 防护因子（UVAPF）也仅与对照相当，未带来显著提升。F1 与 F2 在 UVA 防护上反而出现下降趋势。换言之，再利用啤酒花提取物对 UV 滤剂体系的协同主要发生在 UVB 段，对 UVA 段并无有效补充。

 

DPPH 自由基清除测试的结果同样需要谨慎解读。纯啤酒花提取物的抑制率为 36.4%，阳性对照槲皮素（quercetin，1.0 mg/mL）为 83.7%；含黄腐酚的再利用提取物则未表现出可测量的 DPPH 活性。研究团队援引 Kontek 等人在 2021 年发表的工作指出，DPPH 法本身对黄腐酚类化合物的反应性较弱，纯黄腐酚在 1.0 mg/mL 以上浓度下 DPPH 清除率亦不足 20%。再利用提取物的 0% 数据，更可能反映 DPPH 法的机制局限与溶剂依赖性，而非该提取物本身缺乏抗氧化潜力。

 

 

距离配方落地仍有不少路要走

 

研究团队在论文结尾明确列出本次工作的几项主要局限。

 

第一，所有数据均来自体外实验，未进行在体 SPF 验证；第二，抗氧化活性仅用 DPPH 法初筛，缺乏其他机制层面的多元验证；第三，黄腐酚类化合物的定量标准化尚未完成，提取得率、批次间组分波动情况未充分量化。论文同时承认，F2 体外测得的 SPF 178 数值远超常规市售防晒乳液，「可能源于多因素的配方与光学/生物协同效应」，并非可以直接套用到产品配方中的活性当量。

 

要让这一想法真正进入市场，仍需进一步研究和验证，包括防晒霜的长期稳定性、活性化合物的标准化、以及临床安全性和有效性的评估。再利用啤酒花的体外活性优于纯啤酒花，部分原因可能在于啤酒生产过程中挥发性物质被消耗，留下了具备光防护所需化学键结构的化合物。

 

 

编辑手记

 

从配方视角看，几个原料端细节具备直接参考价值：第一，再利用啤酒花残料含水量高，常规旋转蒸发可能难以胜任，需要考虑冻干工艺；第二，在体外 SPF 表现上，水作溶剂的体系明显优于油溶性体系，但相关增益可能与配方成膜性、油水相结构等多种因素相关，并非单纯归功于提取物的吸光性能；第三，UVA 防护未见改善，意味着即便未来该类活性物进入配方，仍需与 UVA 滤剂或其他长波 UVA 增效组分协同设计；第四，黄腐酚类化合物的稳定性、纯度与法规合规路径目前尚无成熟商业级原料对应。虽然已有农工业副产物原料商已在化妆品级纤维素纳米晶产品上做出示范，但啤酒花残料路径仍处于学术研究阶段。

 

 

 

综合参考自 Photochem 期刊论文 Valorization of Hop (Humulus lupulus L.) Brewing Residue as a Natural Photoprotective Adjuvant、FAPESP 科研报道等资料

 

来源：

作者：John Xie