豆渣的综合利用研究进展

2022-11-24李静

粮食与食品工业 2022年2期

李静

河南工业贸易职业学院 (郑州 451191)

大豆原产于中国，是五谷之一，距今已有5 000多年的栽培历史，我国自古以来就有食用大豆及其制品的习惯，是大豆种植、制品加工、消费的主要国家，大豆的年消耗量超过1亿t，除之直接食用外，大豆油的制取及各类豆制品加工业占大豆消耗量的84.07%，加工过程中产生了大量副产物。豆渣是豆腐、豆浆、腐竹等大豆制品加工业中最大的副产物，每年鲜豆渣产量可达2 000万t，资源极为丰富[1]。由于鲜豆渣水分含量高达83%～85%，容易腐败变质，不耐储存、不便运输，且质地粗糙、豆腥味重、口感较差，因此利用率较低，长久以来并没有受到足够的重视，被作为饲料、肥料或废料丢弃，造成了较大的资源浪费。然而，豆渣含有丰富的营养物质，是优质的蛋白质和膳食纤维资源，提高其开发的广度和深度、增加副产品的精深加工，提升高值化利用具有重要意义。

1 豆渣营养成分的研究

豆渣的营养价值较高，成分丰富多样，研究表明，豆渣干基中含有18.2%的蛋白质，其氨基酸组成基本与大豆一致，含量为大豆的44%，高于大部分的粮食和蔬菜作物，是优质蛋白质资源，碳水化合物的含量为13.7%，粗脂肪含量为7%，脂肪酸以单不饱和脂肪酸及多不饱和脂肪酸为主。干豆渣中含有维生素B10.354 mg/100 g，含钙433 mg/100 g、钾1 076 mg/100 g、镁151 mg/100 g、磷247 mg/100 g，是一种低糖、高蛋白、矿物质元素丰富的食品原料，是钾、钙、磷、锌、铜和维生素B1的优良资源，同时还含有膳食纤维、大豆多糖、异黄酮、植酸、大豆皂苷等功能性成分[2-3]。膳食纤维(DF)被称为人体的“第七营养素”，豆渣中膳食纤维含量高达65%，由木质素、纤维素、半纤维素、果胶等组成。DF不能被人体消化吸收，降低小肠对于脂肪和胆固醇的吸收，预防肥胖；能够吸附螯合血液中的胆固醇，促进血脂及脂蛋白的正常代谢，降低心脑血管疾病的发病率；改变末梢组织对胰岛素的感受性，调节血糖水平，预防和改善糖尿病；能够调节肠道的菌群，预防便秘，降低癌症的发病率，是一种优良的食品功能性成分[4]。可溶性大豆多糖存在于大豆子叶的细胞壁中，属于酸性多糖，豆渣中大约含有约30%的可溶性大豆多糖。

王思琪[5]等对其进行分离纯化，结果表明：其主要由半乳糖、阿拉伯糖、半乳糖醛酸组成，还含有少量的鼠李糖、木糖和葡萄糖。在抗氧化、抗菌、抗肿瘤以及调节人体免疫力等方面具有一定的功效。大豆异黄酮是大豆生长过程中形成的次级代谢产物，可从豆渣中提取,含量约为58.8 mg/100 g，是一种天然活性物质，因与雌激素的结构及功能类似，故被称为植物雌激素，具有增加骨密度、预防骨质疏松，抗菌、抗氧化、降低患乳腺癌的风险，改善女性更年期综合症，延缓衰老、神经保护等，具有较多种类生理功能[6-7]。

1.1 大豆功能因子

1.1.1豆渣膳食纤维

目前豆渣膳食纤维的提取方法主要有化学法、酶法、微生物发酵法、物理法以及混合法等。豆渣中的膳食纤维以不溶性膳食纤维为主，水溶性膳食纤维比不溶性膳食纤维有更强的功能。王凌翌[8]等采用联合酶法提取豆渣中的蛋白肽和水溶性膳食纤维( SDF)，首先使用碱性蛋白酶酶解豆渣，再使用纤维素酶酶解脱蛋白豆渣制备SDF，碱性蛋白酶酶解最佳工艺为酶与底物比2%、料液比1∶35、pH 9.5、温度50 ℃、酶解时间5 h，豆渣蛋白肽得率为 66.81%；纤维素酶酶解最佳工艺条件为酶与底物比3%、料液比1∶30、 pH 4.0、温度50℃、酶解时间2 h，SDF提取率为15. 54%；豆渣总利用率高达89.81%，为豆渣的综合开发利用提供了新途径。吴学凤[9]等采用安卡红曲霉As 3.4811液态发酵豆渣、麦麸制备膳食纤维，发酵后不溶性膳食纤维基质被破坏,使其暴露内部结构,纤维结晶度降低，膳食纤维分子内氢键断裂,寡糖含量增加，可以改善豆渣膳食纤维结构及其特性。吴长玲[10]等为促进豆渣不溶性膳食纤维可溶化，采用空化微射流技术处理生物酶法制取的油豆渣膳食纤维，经空化射流处理18 min后，其结构产生结晶度下降、粒径减小、粘度降低等变化；处理12 min时豆渣膳食纤维的膨胀力和持水力分别达到最大，对胆固醇和葡萄糖的吸附能力最佳，可显著改善其结构及理化性质、促进不溶性膳食纤维的可溶化。

1.1.2豆渣大豆多糖

大豆多糖(SSPS)具有优良的乳化性，能够提高蛋白质在冷冻环境中的稳定性，在酸性条件下性能更优,可作为乳化剂、抗冻保护剂、乳酸等酸性饮料的稳定剂[11]。其侧链半乳糖的含量较高，易产生水合现象，保持食品中的水分，可提高面条的耐煮性和机械抗性，增加非油炸方面面饼的吸水力，提高其复水性能。能够阻止直链淀粉双螺旋结构的形成从而具备抗老化、凝胶化的作用，可作水分保持剂、淀粉回生抑制剂[12]。SSPS具有较好的成膜性，可作为食品被膜剂及微胶囊壁材的材料。

田瑞红[13]等采用超声波协同纤维素酶解法提取豆渣中的水溶性大豆多糖，最佳工艺条件为液固比28∶1、纤维素酶用量0.4%、酶解时间1.5 h、pH 4.0、温度45 ℃，超声波协同酶法的提取率为25.92%，较之单一采用超声波法提高了14.41%。袁森[14]等采用电解水(EW)替代部分强碱提取豆渣多糖，当EW与NaOH体积比4∶6时效果最好，提取率为12.08%，与碱提法提取率相近，但减少了强碱40%的使用量，不失为一种绿色经济的提取方法。徐洁茹[15]等利用乙酸酐法处理可溶性大豆多糖，制备乙酰化可溶性大豆多糖，乙酰化改性可有效改善其乳化性能，超滤后得到高分子质量的乙酰化可溶性大豆多糖具有的乳化性和纳米乳液的稳定效果更好。

1.1.3豆渣大豆异黄酮

目前大豆异黄酮常规的提取方法有:超声波辅助提取法、机溶剂萃取法、超临界流体萃取法、微波辅助提取法、亚临界水法等[6]。近5年豆渣大豆异黄酮的相关研究较少。徐渐[16]等采用超声波及酸水解相结合方法提取豆渣中的大豆异黄酮，其提取量提高42.55%。靳羽慧[17]等使用蒸汽爆破法处理豆渣，用高效液相色谱法研究其对大豆异黄酮含量和组成的影响，该方法证明能够显著的提高豆渣中6种大豆异黄酮含量，且增幅随着汽爆强度的增加而增加,在2.0 MPa汽爆压强、30 s维压时间时达到最大值。

1.2 豆渣预处理及品质改良

豆渣因口感粗糙、可溶性膳食纤维含量低、干燥困难等缺点，限制了其在食品工业中的应用。豆渣的预处理及品质改良技术是关键环节，将直接影响豆渣的在食品中应用效果。相关研究主要在湿豆渣的适宜的干燥方法以及豆渣改性处理技术两个方面。用于豆渣的干燥技术目前主要有热风干燥、冷冻干燥、真空干燥、远红外干燥、微波干燥、联合干燥法等，近3年有6项豆渣干燥的专利。豆渣的改性处理方法主要有化学法、发酵法、酶法、物理法以及多方法联用等。

2 豆渣的综合开发利用

2.1 豆渣在食品工业中的应用

2.1.1豆渣在蒸煮、油炸、烘焙食品中的应用

豆渣可应用于馒头面条等传统面制食品、油炸制品、以及面包饼干中西式面点等焙烤食品中，符合“谷豆同食”的营养膳食搭配，增加其营养价值，降低食品热量。目前研究主要集中在不同预处理方式对豆渣添加制品品质的影响，以及如何调整豆渣添加量和配方，使制品的质构特性及感官质量达到最优两个方面。

豆渣中的大豆多糖在增加面条的持水性、抑制面制品老化等方面具有一定效果。崔丽琴[18]等研究表明，随着豆渣粉在馒头中添加量的增加，面团及馒头的胶黏性、咀嚼性及黏附性、硬度显著增加，馒头的高度、比容、弹性、内聚性呈下降趋势，内部气孔减少、韧性降低，感官品质变差，豆渣粉添加量不高于15%为宜。豆康宁[19]等将大豆渣粉超微粉碎后在馒头中添加量为0%～2%、粒径为20～30 μm时，馒头品质能够达到要求。黄现青[20]等研究表明,在面条中加入10%发酵豆渣时，其面团的糊化温度升高、峰值黏度降低、弹性较好，面条色泽较好、表面光滑、弹性增加、蒸煮损失小、适口性较好，具有较高的感官品质。

在油炸制品方面，夏衣旦[21]等以豆渣为基料,制出最优油炸裹层，豆渣经胰蛋白酶酶解处理后粉碎至110目，水分含量60%，羧甲基纤维素1.5%添加量，油炸样品含油率仅为11.022%。孟凡冰[22]等使用超微粉碎预处理豆渣添加至面包中，得出豆渣添加量为8%时可延缓面包老化，豆渣的添加会改良面团拉伸特性，影响面筋的形成，增大面包的胶着性、硬度和咀嚼性。董艳梅[23]等使用自然干燥、真空干燥、电热干燥、微波干燥、真空冷冻干燥不同的方法处理的豆渣制备豆渣饼干，得出经真空冷冻干燥处理效果最好，豆渣粉占添加量为10%的饼干结构疏松、色泽最浅、品质最好。

2.1.2豆渣在饮料中的应用

豆渣中膳食纤维含量高达65%，是优质的膳食纤维资源,而将膳食纤维添加至饮料中是饮料发展的热点之一, 马敏[24]等研究豆渣膳食纤维保健酸奶,确定最佳工艺为复合酶法提取豆渣膳食纤维：α-淀粉酶2%、木瓜蛋白酶6%、酶解时间90 min，提取率达74.26%，豆渣膳食纤维酸奶最优工艺为：添加1.8%豆渣膳食纤维，3.5%乳酸菌粉，7%蔗糖，0.5%果胶，发酵温度40 ℃，发酵时间为3.5 h。张美玉[25]等研制豆渣膳食纤维菠萝功能饮料，添加0.3 g豆渣粉、20 g菠萝汁、6 g白砂糖、0.1g柠檬酸、0.1 g羧甲基纤维素钠。

2.1.3其它食品

可直接将鲜豆渣替代部分黄豆利用到酱油、腐乳、黄豆酱等产品的发酵中，实现降低成本，提高出品率，解决目前豆制品企业存在的鲜豆渣易腐和低值化利用问题。除此之外，还有将豆渣添加至鱼糜、肉丸、香肠等制品中，提高其胶凝性、硬度和持水力；少量回添豆渣至内酯豆腐中，增其膳食纤维含量，改善蒸煮特性和持水力；使用豆渣膳食纤维制作可食用包装纸其纸，具有张力大、湿强度高、不易断裂的特点。

2.2 食品添加剂

孔维宝[26]等采用紫色红曲霉固态发酵豆渣生产天然食用色素红曲色，研究得出最佳培养基组成为：NaNO30.04%、KH2PO40.3%、MgSO40.2%、甘油6%、抗坏血酸2.2%，基质初始含水量50%、接种量8%、湿度60%～65%、30 ℃培养12 d，红曲色素含量为(6. 03±0. 11) mg/g，可实现豆渣的高值化再利用。杨涛[27]以生产大豆分离蛋白的豆渣为原料,经过球磨、超声处理可获得一类高功能特性、胆固醇强吸附能力的纳米颗粒，可充当发高效、具有生物相容性的食品级皮克林稳定剂，并提出用温和碱性球磨处理可实现高效、简便地制备豆渣全纤维素纳米纤维的技术。李学朋[28]采用碱性蛋白酶和纤维素酶复配酶酶解豆渣，回收蛋白，酶解温度50 ℃，时间5 h，酶用量4%，大豆蛋白回收率高达90%，将回收的大豆蛋白投用于发酵制备黄原胶，对黄原胶产胶和转化率无影响，同时可提高黄原胶的黏度。

2.3 吸附剂

陈莉[29]等采用皂化处理生物废料豆渣，制备改性豆渣生物吸附剂，吸附值达99.53%，过程符合二级动力学方程以及Freundich等温吸附模型，改性豆渣生物吸附剂对于Cd2+的吸附是以化学吸附及单分子层吸附为主、物理吸附为辅的混合吸附，可应用于吸附污水中的重金属离子。李远[30]等研究豆渣吸附氯氟氰菊酯，最优条件为豆渣投放量15 g/L、粒径100目、pH值5、温度40 ℃、农药初始浓度1.25 mg/L，吸附率高达85.67%，可作为一种低成本的水中氯氟氢菊酯农药吸附剂。陈锋[31]等以碳酸钾作为活化剂，使用一步碳化活化法制备豆渣派生微介孔碳(MMPC)，所制MMPC是具有片状结构的无定型微介孔碳，比表面积为1 247 m2/g 、孔体积0.75 cm3/g，可提供更多活性吸附位点，298 K下理论对橙黄G的最大吸附量为1 667 mg/g，可应用于废水中有机偶氮染料橙黄G的吸附。豆渣作为一种经济、有效、易于获得的绿色环保的生物材料吸附剂制作材料，具有重要的现实及推广意义。

2.4 纤维素纳米纤丝

纤维素纳米纤丝由于其具有优异的机械强度、轻质和生物相容性等独特属性，作为增强材料被研究应用于制药、造纸、电子设备、涂层和聚合物纳米复合材料等领域，豆渣纤维素含量高、木素含量较低，可省去常规的木材纤维原料蒸煮工艺直接提纯并制备。李佩燚[32-33]等采用氯化胆碱-草酸经混合加热法制备了低共熔溶剂，其体系对于提纯豆渣纤维素的效果较好，综纤维素含量95. 81%，得到的α-纤维素含量达92. 60%，经高压均质制得的豆渣纤维素纳米纤丝直径为27～30 nm。并研究了DES预处理结合TEMPO氧化制备纳米纤维素的方法，结果表明，TEMPO氧化后的纳米纤维素粒径分布均匀，平均粒径13.1 nm，羧基含量高，有更好的分散性。

2.5 催化剂

刘鹏[34]采用同步炭化磺化法制备豆渣基固体酸催化剂应用于催化合成环氧大豆油，以硫酸为磺化剂制得的豆渣基固体酸(BD-1-2)具有高表面酸量，以其为催化剂，大豆油环氧值达到6.30%，经4次使用后仍可保持较好的催化性能。谢梦姣[35]采用一步碳化磺化法制豆渣基炭磺酸催化剂，干豆渣与浓硫酸质量比1∶12、温度180 ℃、时间2.5 h制得的催化剂具有较好的效果，催化乳酸丁酯的酯化率达97.4%。

2.6 发酵豆渣在饲料中的应用

豆渣被广泛应用于用于饲料生产，如直接饲喂或处理不良会对其吸收豆类蛋白产生抑制，甚至导致消化不良、腹泻等问题。范阳[36]等采用植物乳杆菌、酿酒酵母和枯草芽孢杆菌混合菌固态发酵豆渣饲料，发酵后豆渣的pH值显著下降，粗灰分、酸溶蛋白、粗蛋白质含量显著提高，营养成分得到改善。王雅菲[37]等研究在饲料中添加不同水平发酵豆渣对于育肥猪的指标的影响，得出添加10%的发酵豆渣可提高育肥猪的生长性能、屠宰性能以及经济效益。钟云飞[38]等研究得出：饲料中添加发酵豆渣可显著降低大鳞鲃腹脂比、脏体比及肌肉脂肪含量，显著提高其肌肉氨基酸总量、PUFA和DHA含量，改善大鳞鲃肌肉质构及理化特性，提高肌肉T-SOD活性，降低MDA含量，饲料中添加适宜水平发酵豆渣可在改善大鳞鲃的肉质的同时提高肌肉的抗氧化能力、延长其货架寿命，是一类优质的肉质改良剂。此外，Kamari[39]等用豆渣饲喂黑军蝇幼虫，并采用两步酯交换工艺用于粗黑军蝇幼虫油转化生产环境友好型的生物柴油，提取油脂得率达47%。