豆制品废水资源化利用研究现状

林春阳，王春勇，兴长策，朱博

豆制品废水资源化利用研究现状

林春阳，王春勇*，兴长策，朱博

（辽宁工业大学 化学与环境工程学院，辽宁 锦州 121001）

介绍了豆制品废水的资源化利用现状，并论述了豆制品废水的资源化利用途径，包括培养微生物、以黄浆水为原料加工食品以及膜技术分离黄浆水有价组分3种利用途径，之后介绍了不同利用途径的优势及局限性，最后对未来豆制品废水的资源化利用方法进行了展望。

豆制品废水；微生物培养；膜分离技术；资源化利用

大豆是一种重要的豆类作物，而豆制品是我国传统食物，其历史悠久，且长期被用作蛋白质来源，凝结着中华民族数千年智慧的结晶[1]。豆制品具有极好的营养价值和健康益处。而大豆所含低聚糖中的棉子糖和水苏糖可以促进结肠中有益细菌的生长，被认为是益生元[2]。此外，豆制品口感和风味良好，深受人们的喜欢。世界各地的豆制品种类繁多，大致可分为两大类：发酵豆豉（如豆豉、纳豆、酱油等）和未发酵豆制品（如豆奶和豆腐）。近年来，我国豆制品产业迅速发展，产品种类增多，如豆干、豆腐乳等多种豆制品被推向市场[3-4]。

目前，豆制品行业还存在许多问题，例如传统的豆制品生产，大多在小作坊进行，而且生产中的卫生问题很难控制。此外，许多企业缺乏科学的生产工艺和核心技术，自动化水平较低。豆制品行业产生的废水未经处理直接排放，对环境造成严重污染[5]。随着人们对豆制品需求、质量和安全等要求提升，将传统豆制品生产技术与新型设备相结合，实现豆制品的自动化生产将是未来的发展方向。随着豆制品质量和产量的不断提高，产生的废水处理问题也亟待解决。

1 豆制品废水来源、主要成分及危害

1.1 来源

豆制品生产过程中会产生大量废水，其中以泡豆水、清洗水和压榨过程中产生的黄浆水为主[6]。泡豆水和清洗水主要是浸泡豆子和清洗设备产生的废水，其所含杂质较多。大豆黄浆水则是以大豆为原料，在豆腐生产过程中产生的液体副产品。无论制作豆腐的程序如何，其基本原理是将大豆种子用水提取制成豆浆或豆浆饮料，大豆蛋白与盐或酸凝固制成豆腐。而豆腐经过凝固和挤压后会产生大豆黄浆水。

1.2 主要成分

豆制品废水属典型高浓度有机废水，其COD高达10 000 mg·L-1以上。豆制品废水中含有大豆乳清蛋白、大豆寡糖、大豆异黄酮、大豆皂苷等多种生理活性物质组成，水质微黄，且容易变质[7]。

1.3 危害

豆制品废水是一种可生化性好的高浓度有机废水。豆制品废水如果不经处理直接排入河流和湖泊，其会在生物降解作用下，消耗大量的氧气，使受纳水体缺氧甚至厌氧，导致大多数水生生物死亡，产生恶臭，引起水质恶化[8]。此外，废水中所含的维生素、蛋白质、矿物质和碳水化合物是许多微生物所需的营养物质[9]。废水进入河流、湖泊、海湾等缓流水体时，会引起有害藻类等浮游生物快速繁殖，引起水质恶化，鱼类等生物死亡，导致水体富营养化[10]。

豆制品废水中还含有皂甙等功能成分，工厂生产的豆制品废水往往伴随着浑浊、异味、色泽和泡沫[11]。它会引起人们的不愉快感，严重影响水体附近人们的正常生活。

2 豆制品废水资源化利用现状

豆制品废水的处理方法主要集中在将废水中蛋白质和低聚糖作为有机污染物直接去除的生物过程[12-14]。蛋白质和低聚糖作为一种很有吸引力的食品添加剂，如果能够得到有效的回收利用，其效益将是很有吸引力的。目前，豆制品黄浆水的资源化利用主要是将豆制品废水作为微生物培养基 质[15-16]，以及用于食品开发[17-19]和膜分离提取功能性成分[20-23]。

2.1 以豆制品黄浆水为基质培养微生物

微藻具有光合速率高、生长速度快、环境适应性好、运行成本低以及作为生物质来源的潜力等特殊优势，因此其在固定来自工业排放（如燃煤烟气）的二氧化碳方面得到了广泛的研究[24]。HU[25]等利用豆制品废水和二氧化碳烟气共培养微藻。实验结果表明，在大豆废水与模拟烟气的杂交培养体系中可以培养出小球藻L166。小球藻L166对COD的去除率最高为78.2%。由此可见，小球藻L166具有同时固定烟气二氧化碳和处理大豆加工废水的潜力。SONG[16]等以大豆加工废水为研究对象，采用吸附-微藻复合工艺处理大豆加工废水。实验结果表明，此方法对大豆废水的高效净化效率为60.8%，体现了吸附-微藻杂交工艺的技术经济可行性。SHEN[26]等用大豆废水培养斜曲霉，培养8天后COD的去除率为72%，验证了氮、磷在葡萄糖培养中的作用，为高效处理大豆废水提供了一种经济、环保的选择。

由于豆制品生产过程中会生产大量废水，若用豆制品废水培养微生物并投入工业化使用，同时达到对豆制品废水的净化作用，不仅需要苛刻的培养条件，还要考虑培养过程中对人们观感的影响以及是否有异味产生等。

2.2 用豆制品黄浆水加工食品

豆制品黄浆水也可以应用于加工食品[27]，例如，陈思雨[28]等以豆腐黄浆水和蔗糖为原料，采用单因素和响应面试验优化了制醋工艺的最适条件，既资源化利用了豆腐黄浆水，又为制醋工艺提供了理论依据。郑送友[29]等利用豆腐黄浆水、苹果汁、白砂糖为主要原料，研制出了酸甜可口、质感细腻、营养保健的黄浆水苹果汁复合饮料，不仅为功能性负荷饮料的研制提供理论依据，还为豆腐黄浆水的回收利用提供有效途径。

以豆制品黄浆水为原料加工食品做到了废弃资源的再利用，但是此种方法要综合考虑人们的接受程度。

2.3 利用膜技术分离豆制品废水中的有用成分

膜分离技术以选择性透过膜作为分离介质，在膜两侧施加一定推动力使某些原料中的某些组分选择性地透过膜。膜分离技术被广泛应用于食品浓缩、澄清及分离等过程。根据料液中蛋白质和糖类物质分子大小差异，可以从豆制品废水中分离回收蛋白质、糖类等有价组分，该工艺主要包括超滤、纳滤和反渗透[30-31]。田旭[32]等研究了温度、压力等条件对黄浆水的透过率和截留率的影响。结果表明，采用超滤膜技术对黄浆水进行综合处理后，蛋白质截留率为83.44%，总糖透皮率为93.73%。大豆蛋白和低聚糖能有效分离，为黄浆水的利用提供了理论依据。秦学磊[33]等将黄浆水用壳聚糖絮凝后进行超滤处理，结果表明，经絮凝超滤后，黄浆水中蛋白质的回收率为76.1%，蛋白质质量分数为50.7%，为黄浆水中蛋白质的回收提供了有效的方法和理论依据。WANG[34]等以含糖和盐的大豆乳清废水作为模型溶液，模拟了间歇式全渗滤过程，研究了低聚糖和盐去除的可能性。SRINIWORN[35]等采用具有不同相对分子质量截留率的中空纤维膜（MWCO）来评价蛋白质和糖的保留情况。与30 kDa膜相比，100 kDa膜具有更高的渗透通量和较低的糖类保留率。BENEDETTI[36]等使用4级块冻结浓缩工艺和纳滤浓缩大豆乳清，以浓缩异黄酮含量。经纳滤处理的豆腐乳清的渗透通量随时间的增加而降低，最大减容系数为4.5。

豆制品废水膜处理工艺的主要限制为膜分离过程中产生的浓差极化以及污垢导致的膜通量降低，另一方面，残留在豆制品废水处理膜表面或膜孔内吸附或沉积残留分子或颗粒的污垢，用水冲洗很难去除，只有化学清洗才能去除。

3 展 望

本文综述了豆制品废水的资源化利用现状，豆制品废水中含有丰富的蛋白质、大豆低聚糖和大豆异黄酮等有价组分。为了充分回收利用这些物质，未来工作可以探索更具经济效益的方法。

1）膜技术依旧是最有前景的分离方法，通过优化各种操作条件，减少浓差极化对膜通量衰减的影响，例如有效地利用旋转陶瓷膜。

2）可以尝试一些无害经济的有机絮凝剂，将絮凝出的有价组分用于家禽饲料的生产。

3）泡沫分离法设备简单，能耗低，投资少，也不会存在膜处理的膜污染问题，值得未来开展进一步研究。

[1] 李浩明. 舌尖上的中国豆制品——中国豆制品2014年行业发展高峰论坛特别报道[J].食品工业科技，2014，35（16）：18-22.

[2] TENORIO M D, ESPINOSA-MARTOS I, PRÉSTAMO G, et al. Soybean whey enhance mineral balance and caecal fermentation in rats[J]., 2010, 49(3):155-163.

[3] 聂莉莎.豆制品污水的研究及防治对策[J].电大理工，2006（2）：17-18.

[4] 褚绍霞. 大豆黄浆水的资源化利用[D].杭州：浙江工业大学，2010.

[5] GUO K, SHANG Y, GAO B, et al. Study on the treatment of soybean protein wastewater by a pilot-scale IC-A/O coupling reactor[J]., 2018, 343: 189-197.

[6] 王秋霜，应铁进. 大豆制品生产废水综合开发研究进展[J].食品科学，2007（9）：594-599.

[7] 赵冬梅，刘凌，张京健. 豆制品生产中高浓度废水的检测与分析[J].食品与发酵工业，2006（1）：68-71.

[8] 赵平.基于生物滤膜的豆制品废水处理技术研究[J].食品工业，2016，37（3）：146-148.

[9] 曹建平，许婷，刘寅，,等. 气浮—改良活性污泥法处理豆制品废水[J].给水排水，2013，49（9）：62-65.

[10] 刘芳，高秋生，毕轶，等. 污泥固定化两相厌氧系统处理豆制品加工废水（英文）[J].哈尔滨商业大学学报（自然科学版），2019，35（4）：413-418.

[11] REN Z, XU X, WANG X, et al. FTIR, Raman, and XPS analysis during phosphate, nitrate and Cr (VI) removal by amine cross-linking biosorbent[J]., 2016, 468: 313-323.

[12] 杨圣广. 豆制品生产废水能源化利用的工艺实践[J].安徽农业科学，2018，46（25）：64-66.

[13] 马志辉. UASB与CASS联用处理豆制品废水工艺设计[D].保定：河北大学，2017.

[14] SUN L, WAN S, YU Z, et al. Anaerobic biological treatment of high strength cassava starch wastewater in a new type up-flow multistage anaerobic reactor[J]., 2012, 104: 280-288.

[15] 王丽夏. 黄浆水的蛹虫草发酵及其功能活性研究[D].南京：南京农业大学，2017.

[16] SONG C, QIU Y, LI S, et al. A novel concept of bicarbonate-carbon utilization via an absorption-microalgae hybrid process assisted with nutrient recycling from soybean wastewater[J]., 2019, 237: 117864.

[17] 张清，刘丽莎，田旭，等. 黄浆水生料法发酵黄酒工艺优化[J].中国酿造，2017，36（12）：23-26.

[18] 李丽梅，刘霞，李喜宏，等. 黄浆水红枣复合饮料的研制及其稳定性研究[J].食品研究与开发，2017，38（2）：74-77.

[19] 慕鸿雁，于春娣，杜德红.大豆乳清蛋白乳饮料的研制[J].食品研究与开发，2012，33（4）：114-116.

[20] 刘娜，彭黔荣，杨敏，等. 膜分离技术在食品废水处理和生产中的应用[J].食品研究与开发，2014，35（3）：114-118.

[21] LV S H, LIANG Z H, ZEN Y Y, et al. Soybean whey treatment with an air sparging ultrafiltration system[C].Advanced Materials Research. Trans Tech Publications Ltd., 2013.

[22] 冯晓，任南琪，陈兆波. 超滤膜分离工艺处理大豆乳清蛋白废水的效能[J].化工学报，2009，60（6）：1477-1486.

[23] 井乐刚，张永忠. 大豆乳清中蛋白质和异黄酮的超滤分离技术[J].应用生态学报，2006（10）：1993-1995.

[24] 韩玉.膜技术在微藻采收中的应用[J].净水技术，2021，40（5）：22-27.

[25] HU X, SONG C, MU H, et al. Optimization of simultaneous soybean processing wastewater treatment and flue gas CO2fixation via chlorella sp. L166 cultivation[J]., 2020, 8(4): 103960.

[26] SHEN X F, GAO L J, ZHOU S B, et al. High fatty acid productivity from Scenedesmus obliquus in heterotrophic cultivation with glucose and soybean processing wastewater via nitrogen and phosphorus regulation[J]., 2020, 708: 134596.

[27] 陈晴，李自成，李娟娟，等. 豆干黄浆水发酵条件优化及其作为酸浆豆腐凝固剂的应用[C].中国食品科学技术学会第十七届年会论文集，2020.

[28] 陈思雨，孙楠，司定成，等. 豆腐黄浆水与蔗糖制醋工艺研究及功能性成分分析[J].食品与发酵工业，2020，46（22）：153-160.

[29] 郑宋友，段红梅，吴淑清. 黄浆水苹果汁复合饮料的研制[J].江苏调味副食品，2018（3）：9-12.

[30] 李昆凝.超滤膜技术在环境工程水处理中的应用[J].新农业，2021（11）：60.

[31] 高玉婷，陈文兵，温明铎，等. 纳滤/反渗透技术去除水中含氮消毒副产物的研究进展[J]. 工业用水与废水，2021，52（2）：6-10.

[32] 田旭，刘丽莎，彭义交，等. 膜技术集成对黄浆水乳清蛋白的高效分离[J].食品科技，2018，43（1）：81-87.

[33] 秦学磊，张国治，刘宇，等. 豆制品废水中蛋白质回收研究[J].粮食与油脂，2018，31（4）：54-58.

[34] WANG X L, ZHANG C, OUYANG P. The possibility of separating saccharides from a NaCl solution by using nanofiltration in diafiltration mode[J]., 2002, 204(1-2): 271-281.

[35] SRINIWORN P, YOURAVONG W, WICHIENCHOT S. Permeate flux enhancement in ultrafiltration of tofu whey using pH-shifting and gas-liquid two-phase flow[J]., 2015, 50(15): 2367-2374.

[36] BENEDETTI S, PRUDENCIO E S, MÜLLER C M O, et al. Utilization of tofu whey concentrate by nanofiltration process aimed at obtaining a functional fermented lactic beverage[J]., 2016, 171: 222-229.

Research Status of Resource Utilization of Soybean Product Wastewater

,,,

（School of Chemical and Environmental Engineering, Liaoning University of Technology, Jinzhou Liaoning 121001, China）

The current status of resource utilization of soybean wastewater was introduced, and the resourceful utilization ways of soybean wastewater were discussed, including cultivating microorganisms, processing food with yellow slurry water as raw material, and membrane technology to separate valuable components of yellow slurry water. The advantages and limitations of different utilization methods were analyzed, and finally the future resource utilization trend of soybean wastewater was prospected.

Soybean wastewater; Cultivation of microorganisms; Membrane separation technology; Resource utilization

辽宁省教育厅科学研究经费项目（项目编号：JQL202015402、JFL202015403）。

2021-06-13

林春阳（1999-），女，河南省南阳市人，研究方向：污水资源化。

王春勇（1987-），男，博士，讲师，研究方向：土壤污染修复。

X703

A

1004-0935（2021）12-1827-03