豆腐黄浆水资源综合利用研究进展

李小凤，蓝莹儿，蒋丽婷，郑文雄，刘功良，3，费永涛，3

（1.广东省华微检测股份有限公司，广东 广州 510663；2.仲恺农业工程学院 轻工食品学院，广东 广州 510225；3.仲恺农业工程学院 现代农业工程创新研究院，广东 广州 510225）

豆腐是一种营养丰富又历史悠久的食材，深受广大消费者的喜爱。在生产豆制品的过程中，浸泡豆子、豆浆热凝固、压滤成型时会排放出废水，由于废水富含大豆异黄酮和类胡萝卜素色素，且呈黄色，因此被称为“黄浆水”[1]。在豆腐黄浆水中含有大量来自大豆的水溶性营养功能物质，如低聚糖、大豆异黄酮和维生素[2]。我国豆制品行业发展迅速，在传统大豆制品制作过程中有大量废水产生，据统计每加工1 t大豆将排放2～5 t大豆黄浆水。国内大豆分离蛋白生产企业排放黄浆水375×104t/年，化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）24 000～30 000 mg/L，生物需氧量（biological oxygen demand，BOD）40 000～60 000 mg/L，远远高于国家规定的排放标准[3]。目前我国大多数豆制品企业将黄浆水直接排放到环境中，不仅没有充分开发利用其营养价值，而且导致污染环境。由于豆腐黄浆水中含有大量的营养物质，来自自然环境中的微生物尤其是益生乳酸菌会在其中大量生长，导致黄浆水逐渐酸化成为酸浆水并作为豆腐凝固剂使用[4]。因此，豆腐黄浆水中的营养功能物质以及微生物资源具有重要的开发利用价值。针对豆腐黄浆水的开发利用方面的研究也有大量报道，如制备多种高附加值的产品和制备微生物生长的培养基[5-6]，或直接从豆腐黄浆水提取出营养功能性物质等[2]。同时与黄浆水有关的综述论文也有报道[2，7-8]，但其内容主要集中在黄浆水的营养成分及其开发利用，未对其酸化后浆水中微生物资源开发利用相关的研究进行综述。因此，本文主要从黄浆水营养功能物质组成、黄浆水开发利用和酸浆水微生物资源开发利用等方面追踪研究进展，为豆腐黄浆水的开发利用研究提供理论基础和实践指导。

1 豆腐黄浆水的研究与应用

1.1 黄浆水的营养功能成分

黄浆水是制备豆腐过程中所产生的副产物，其产生流程如图1所示，首先将泡过的大豆进行研磨，除掉豆渣，制备得到生豆浆，然后将生豆浆进行煮沸，获得熟豆浆，将由豆腐黄浆水酸化得到的酸浆水作为凝固剂，按照一定比例加入到熟豆浆中，缓慢搅拌混匀后，进行凝乳，将得到的凝乳加到豆腐磨具中挤压成型，在挤压的过程中产生大量黄色沥水，即黄浆水。将部分黄浆水与之前点浆用的少量酸浆水混合，室温下发酵20～36 h，得到酸浆水（pH＜4），再次进入豆腐生产中[1]。

图1 以酸浆水为点浆剂制备豆腐的生产工艺Fig.1 Production technology of tofu prepared with the acidified tofu whey as curdling agent

黄浆水的生产过程使它富集了大豆里大部分水溶性营养功能物质，研究发现黄浆水中含有大量的功能成分，如大豆异黄酮、皂苷、功能性低聚糖等，黄浆水的主要成分见表1[9]。

表1 豆腐黄浆水中的主要成分Table 1 Main components in tofu whey

1.1.1 大豆低聚糖

大豆低聚糖主要包括水苏糖和棉子糖，两种低聚糖被食品药品监督管理局（food and drug administration，FDA）认为是一种潜在的益生元，广泛的存在于豆制品中，豆腐黄浆水中同样也存在大量的大豆低聚糖。目前研究报道较多的是直接从豆腐黄浆水中提取大豆低聚糖，提高其附加值。有研究[10]通过酸沉法和离子交换树脂法去除黄浆水中蛋白、脱盐、脱苦，最后浓缩得到水苏糖为17%、棉子糖为3%的低聚糖糖浆。严玲[11]采用超滤膜工艺法提取黄浆水中的大豆低聚糖并进行脱盐、脱色的纯化处理，最终得到高质量的大豆低聚糖液，低聚糖的含量为72.1%，而其中棉籽糖和水苏糖的含量为47.7%。虽然水苏糖和棉子糖可以作为益生元，然而当人体摄入大量的大豆低聚糖，会由于体内缺乏α-半乳糖苷酶，难以分解大豆低聚糖，这些糖会被人体胃肠道的产气微生物利用，导致胀气的产生[12]。TOMOMATSU H[13]研究证实，连续每天摄入含有3 g的棉子糖或水苏糖的碳酸软饮料100 mL达2周，对人体不会产生胀气等负面作用，同时研究人员也对大豆低聚糖产生益生功能和胀气等副作用进行综合评估，认为将低聚糖的摄入量控制在上述合理范围内，可以避免胀气的产生并会对人体健康具有很好的促进作用，如调节肠道菌群平衡、预防癌症、骨质疏松等慢性疾病[14]。

1.1.2 大豆异黄酮

大豆异黄酮在大豆中主要以结合型的糖苷存在，包括染料木素、大豆黄素、黄豆黄素，而游离型苷元的含量较少[15]。异黄酮几乎只存在于豆类植物中，特别是大豆提供了最为丰富的异黄酮。王欣欣等[16]对黄浆水中的大豆异黄酮的含量进行检测分析，发现黄浆水中大豆苷、染料木苷、大豆苷元以及染料木素含量分别为25.64 mg/L、48.12 mg/L、0.37 mg/L、1.17 mg/L，糖苷型异黄酮占四种异黄酮总量的97.95%，而苷元型异黄酮的含量低。研究人员对大豆异黄酮的结构进行研究分析，证明大豆异黄酮与人体中的雌激素具有同源性，可以用来给某些老年女性病人补充雌激素[17]。研究表明，每天摄入含有45 mg异黄酮的组织化植物蛋白（textured vegetable protein，TVP），可以延长健康绝经前妇女的月经周期特征，特别是延长卵泡期的长度，并且抑制卵泡刺激素和黄体生成素的正常周期中期激增的幅度[18]。除此之外，大豆异黄酮对骨质疏松、前列腺癌等疾病具有预防的效果[19-20]。

1.1.3 大豆皂苷

大豆皂苷是一类类固醇或三萜类化合物，主要存在于豆制品中。赵冬梅等[9]通过一步酸碱沉淀方法，在豆腐黄浆水中提取出0.3 mg/g的大豆皂苷。WEI Y等[21]对豆腐黄浆水的成分进行分析，结果表明，在豆腐黄浆水中大豆皂苷的含量占比为0.20%。研究表明，大豆皂苷对各种癌细胞的生长具有显著的抑制作用或诱导癌细胞凋亡的作用[22]。大豆皂苷还可明显降低四氯化碳（CCl4）所导致急性肝损伤的小鼠血清中谷丙转氨酶（alanine transaminase，ALT）、天冬氨酸转氨酶（aspartate transaminase，AST）和碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）的活性，可以减轻肝损伤并且改善肝功能的作用[23]。

1.2 豆腐黄浆水的开发利用研究

1.2.1 生产发酵制品

对豆腐黄浆水开发利用报道最多的是以黄浆水作为基础培养基进行发酵来制备各种高附加值的产品。黄莉等[5]以豆腐黄浆水为原料，利用木醋杆菌进行发酵制备细菌纤维素，通过优化葡萄糖添加量、发酵温度、发酵时间、接种量等发酵条件，最终获得的细菌纤维素产量为1.21 g/100 mL，该菌对糖的利用率达到94.38%。通过优化乙醇和葡萄糖添加量，研究人员发现补加6 g/L的乙醇和10 g/L的葡萄糖到豆腐黄浆水可以促进红发夫酵母的生长提高生物量，同时还可促进红发夫酵母分泌虾青素，产量达到0.1 mg/g[24]。另外，也有研究利用豆腐黄浆水来发酵生产红曲色素，王薇等[25]在豆腐黄浆水中添加豆粕粉等低成本材料以改良豆腐黄浆水，再以接种量为10%的紫红曲霉接种到黄浆水中，培养7 d，得到色价为183 U/mL的红曲色素。最近的研究报道利用豆腐黄浆水为底物，通过酶的催化合成益生元低聚果糖，为黄浆水的开发利用提供了新的途径[26]。除此之外，还有其他的以黄浆水为原料生产具有高附加值的产品。例如姚子鹏等[27]对豆腐黄浆水培养基进行优化，并将此培养基用于乳酸菌发酵生产γ-氨基丁酸的工艺优化，在接种量为3%、培养温度为42 ℃、谷氨酸钠添加量为3%条件下，经过40 h的发酵，γ-氨基丁酸的产量达到6.22 g/L。WANG S K等[28]利用豆腐黄浆水作为发酵的主要原料，用裂殖壶菌（Schicochytriumsp.）S31作为发酵剂生产二十二碳六烯酸，最终得到生物量和二十二碳六烯酸的产量分别为1.89g/（L·d）和0.24 g/（L·d），且化学需氧量、总氮、总磷的去除率分别为64.7%、66.0%、59.3%。

1.2.2 制备培养基

黄浆水中含有丰富的营养物质，可用来制备微生物的培养基来获得大量的微生物菌体。WANG S K等[6]首次将黄浆水作为培养基应用到微藻的培养当中，对黄浆水pH进行简单调整，发现蛋白核小球藻在黄浆水的生长量要大于专门用于培养微藻的BG-11培养基的生长量，为黄浆水的开发利用拓宽了思路。黄浆水被用于培养乳酸菌如植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌的研究也被广泛的报道，OUNIS W B等[29]采用电渗析方法对黄浆水进行预处理来制备脱钙脱脂的豆腐乳清培养基，结果发现乳清培养基中60%的大豆低聚糖被植物乳杆菌代谢利用，乳杆菌的菌体量也达到1.0×109CFU/mL，大大降低了发酵的成本。此外，庞文华[30]首次利用豆腐黄浆水通气培养炭疽芽胞苗，发现炭疽芽孢苗的芽孢数与蛋白胨水培养的芽孢数相当，与蛋白胨水培养相比，还具有通气量大、通气时间短及发酵完成时pH低等优点。王洪图等[31]利用黄浆水作为培养基制备试制禽霍乱G190E40弱毒冻干苗，与传统的马丁氏肉汤制造的菌苗相比，菌苗数略高于马丁肉汤培养，菌存率、菌效力和稳定性也无明显差异。采用黄浆水制成的培养基与其他培养基相比较，前者还具有成本低，易加工等特点，拓宽了黄浆水利用的领域。

1.2.3 大豆蛋白的提取

利用豆腐黄浆水直接提取营养功能物质也是提高黄浆水利用价值的重要途径。豆腐黄浆水的蛋白可以被用来制备鲜味基料，通过蛋白酶M酶解豆腐黄浆水增加浆水中游离氨基酸含量来提高鲜味，优化酶解条件并获得综合感官评分较高的产品[32]。豆腐黄浆水中含有大量的大豆乳清蛋白，为高效的利用其中的蛋白，潘秋月等[33]采用超滤的方法制备大豆乳清蛋白，通过转谷氨酰胺酶的处理，可以聚合豆腐黄浆水中的乳清蛋白，然后结合超滤形式制备得到高质量的大豆乳清蛋白。田旭等[34]通过超滤膜技术，在45 ℃、0.5 MPa条件下，蛋白质截留率为83.44%，总糖透过率为93.73%，可有效分离大豆蛋白和低聚糖。

1.2.4 其他应用

在其他领域黄浆水也有广泛的应用，例如用于饮品、豆腐凝固剂、面粉制备等。李丽梅等[35]对黄浆水进行脱臭、澄清、脱盐等工艺，再将大豆黄浆水、红枣粉、柠檬酸、木糖醇和大豆寡肽进行复配，制得黄浆水红枣复合饮料。叶翠层等[36]利用富硒大豆作为原料制备得到的黄浆水作为发酵原料，以保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌作为发酵菌种进行发酵，制备富硒豆清蛋白乳酸饮料。同时，吕博等[37]利用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌发酵黄浆水来制备豆腐凝固剂，经过发酵工艺条件的优化，该凝固剂制备的豆腐中乳酸含量明显增高，提高豆腐酸浆水中功能物质如苷元型大豆异黄酮的含量，而最近研究人员LI C等[38]从自然发酵的豆腐酸浆水中分离得到一株植物乳杆菌并利用该菌制备豆腐酸浆水凝固剂，该凝固剂制备的豆腐与硫酸钙（CaSO4）和氯化镁（MgCl2）制备的豆腐相比，在感官评价、质构、产率等方面都具有一定的优势。WEI Y等[21]将豆腐黄浆水进行喷雾干燥，制备的面粉蛋白质含量、多糖含量、低聚糖含量、皂苷含量、异黄酮含量分别为23.60%、18.22%、13.67%、3.86%、0.98%。

2 豆腐酸浆水的研究进展

豆腐酸浆水是由于环境中大量微生物尤其是乳酸菌在豆腐黄浆水中生长而逐步酸化形成的，黄浆水在酸化过程中营养功能物质被微生物消耗殆尽，除用作豆腐凝固剂外，研究人员对其关注度较少。随着消费者对益生乳酸菌需求越来越高，亟需开发新型具有特定功能和适应特定发酵体系的益生菌。因此，豆腐酸浆水中适应豆制品发酵环境的乳酸菌群落为研究人员开发益生菌提供了天然的菌种资源库[4]。

2.1 豆腐酸浆水中的微生物菌群结构

由于现代微生物培养鉴定技术和高通量测序技术的发展，近年来研究人员对酸浆水中的微生物菌群组成及演替规律进行了深入探究。QIAO Z H等[4]利用平板培养法对黄浆水酸化过程中的乳酸菌、芽孢菌、肠球菌、酵母、霉菌等微生物的数量变化进行测定，发现乳酸菌是主导黄浆水酸化的微生物群落，同时还对黄浆水酸化过程中的pH值、蛋白质、碳水化合物、有机酸的含量变化进行了研究，发现乳酸菌代谢分泌的乳酸是凝固豆腐的主要作用物质。最近研究对酸浆水的微生物进行较全面的分离鉴定，筛选得到112株乳杆菌、18株肠球菌和33株酵母，对其中7株乳杆菌在黄浆水中的产酸能力进行测定，发现植物乳杆菌JMC-1产酸能力较强，将该菌制备的酸浆水生产出来的豆腐比其他凝固剂如硫酸钙和氯化镁制备的豆腐，在感官、质构、产出方面都具有明显的优势[21]。由于平板培养法的局限性即无法分离酸浆水微生物菌群中不可培养的微生物菌株，同时还会选择性富集某些微生物，不能真实的反映酸浆水中微生物的组成，而高通量测序技术可以弥补培养法的不足[39]，许多研究人员利用高通量测序结合培养法来分析酸浆水中微生物群落的组成变化。FEI Y T等[1]通过高通量测序技术结合培养法来探究酸浆水中微生物群落的组成，发现在酸浆水菌群中乳杆菌属占据95.31%，而芽孢杆菌属、肠球菌属和醋酸菌属所占比例不到0.2%，从种的水平分析结合培养法，确定解淀粉乳杆菌是酸浆水优势菌种之一，并分离出大量的乳酸菌如哈尔滨乳杆菌、粘液乳杆菌、发酵乳杆菌和鼠李糖乳杆菌，同时还分离到多株的芽孢杆菌、醋酸菌以及酵母菌。此外，研究人员从酸浆水中分离出干酪乳杆菌、屎肠球菌、白地霉菌、阿米塞毕赤酵母和假丝酵母等微生物[40-43]。因此，酸浆水中优势菌群为乳酸菌，同时还具有丰富菌群结构如芽孢菌、醋酸菌和酵母。

2.2 豆腐酸浆水中微生物资源的开发利用

豆腐酸浆水中含有丰富的微生物资源尤其是乳酸菌，研究人员针对从酸浆水中的乳酸菌菌株开展了大量的应用研究，叶青等[40]从自然发酵的酸浆水中筛选出一株乳酸菌，经过生理生化以及16S rDNA分子生物学鉴定为干酪乳杆菌（Lactobacillus casei），将该菌用来制备豆腐酸浆水，由该酸浆水制备的豆腐与自然发酵的酸浆水制备的豆腐在口感上没有明显的差异，为纯种发酵制备酸浆水打下理论和技术基础。同时，乔支红等[41]从6个不同地区（河北涞源、陕西榆林、山东邹平、云南石屏、云南建水及云南元阳）的酸浆水中分离得到12株不同乳酸菌，通过比较它们的产酸能力，筛选出一株产酸能力较强的乳酸菌，然后对其进行生理生化和分子鉴定，确定该菌为屎肠球菌（Enterococcus faecium）。此外，刘力等[44]从酸浆水中分离鉴定得到一株解淀粉乳杆菌（Lactobacillus amylolyticus）L6，利用该菌发酵黄浆水可以显著提高黄浆水中有机酸的含量，达到7.32 g/L，可以将糖苷型的大豆异黄酮转化成生物活性较高的苷元型大豆异黄酮，苷元异黄酮占比从10%提高到37%，该菌也可显著提高豆腐黄浆水的抗氧化特性。通过全基因组测序和表型研究对解淀粉乳杆菌（Lactobacillus amylolyticus）L6的益生功能特性进行研究，发现该菌不仅具有耐胃酸、耐胆盐、抑制有害微生物生长和定植在肠道等益生功能特性，还对豆制品中的胀气因子棉籽糖和水苏糖有极强的利用能力[45]。除了解淀粉乳杆菌（Lactobacillus amylolyticus）L6之外，还从豆腐酸浆水中分离得到哈尔滨乳杆菌（Lactobacillus harbinensis）M1、粘液乳杆菌（Lactobacillus viscosus）M2、发酵乳杆菌（Lactobacillus fermentium）M3、干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）M8和鼠李糖乳杆菌（Lactobacillus rhamnosus）C1，分别与嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）ST3组合来发酵豆奶，通过气质联用（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）分析发现，哈尔滨乳杆菌（Lactobacillus harbinensis）M1能够高产2,3-丁二酮（2.45 mg/kg）和乙二酮（44.30 mg/kg），并在该菌的全基因组中注释到合成2,3-丁二酮/乙酸丁二酮的编码基因（alsS、alsD、bua），在哈尔滨乳杆菌M1和干酪乳杆菌M8的共同发酵下，可以明显改善豆奶的风味[46]。

除乳酸菌外，研究人员还从酸浆水中分离鉴定得到其他微生物菌株并开展应用研究，孙冰洁等[42]从酸浆水中分离得到一株白地霉（Geotrichum candidum）FL44，利用该菌生产单细胞蛋白，通过优化培养基成分和发酵条件，菌体生物量及蛋白产量可以达到15.2 g/L和7.42 g/L。同时刘玉等[47]也从酸浆水中分离得到白地霉菌（Geotrichum candidum）和假丝酵母菌（Candida），这两株菌的菌体蛋白中含有18种氨基酸以及8种必需氨基酸，而且必需氨基酸的比例适宜与人体需要符合，具有很好的开发前景。后续对高产蛋白的假丝酵母（Candida）FM45菌株培养基条件进行优化，其生物量和蛋白产量分别达到12.08 g/L和5.97 g/L。李理等[48]利用分离于酸浆水中阿米塞毕赤酵母发酵豆乳，通过固相微萃取（solid phase microextraction，SPME）结合GC-MS分析其挥发性香气成分，发现酸豆乳中特征性的豆腥味成分基本消失，乙酸乙酯等香气成分丰富且含量显著增加，结果表明阿米塞毕赤酵母具有产香且脱除豆腥味能力强等优良特性，具有很好的开发应用前景。目前针对豆腐酸浆水的研究主要集中在微生物资源的挖掘与利用，在豆腐实际生产过程中，由于黄浆水处理不及时，产生大量的酸浆水，而针对酸浆水直接的开发利用研究相关报道较少，在该方向的应用研究仍需加强。

3 结论与展望

对豆腐黄浆水的开发利用，不仅使得豆制品加工产业的产业链得到延长，带来了更高的经济收益，而且还能降低对环境的污染以及提高能源的利用率，具有重要的实现意义。但在实现黄浆水“变废为宝”的过程中仍然面临着诸多挑战，豆腐黄浆水中含有大量的营养功能成分，可对这些残留在豆腐黄浆水中的营养功能成分进行提取，但相关技术还停留在实验室阶段，提取成本较高，无法实现产业化。目前以黄浆水作为基础培养基并加以改造来发酵生产单细胞蛋白或者其他功能物质具有较好的前景，但豆腐黄浆水品质不稳定以及采用卤盐作为凝固剂而导致黄浆水中镁离子和钙离子超标的问题。近年来，研究人员开始将黄浆水开发并应用于食品加工领域，如生产黄浆水饮料或者与奶粉进行搭配并发酵制备双蛋白酸奶，但是黄浆水中的豆腥味对产品的风味影响较大，如果通过筛选除腥发酵菌种和改进加工工艺来消除豆腥味，则黄浆水系列饮料具有很好的发展前景。