豆腐黃漿水資源綜合利用研究進展

李小鳳，藍瑩兒，蔣麗婷，鄭文雄，劉功良，3，費永濤，3

（1.廣東省華微檢測股份有限公司，廣東 廣州 510663；2.仲愷農業工程學院 輕工食品學院，廣東 廣州 510225；3.仲愷農業工程學院 現代農業工程創新研究院，廣東 廣州 510225）

豆腐是一種營養豐富又歷史悠久的食材，深受廣大消費者的喜愛。在生產豆制品的過程中，浸泡豆子、豆漿熱凝固、壓濾成型時會排放出廢水，由于廢水富含大豆異黃酮和類胡蘿卜素色素，且呈黃色，因此被稱為“黃漿水”[1]。在豆腐黃漿水中含有大量來自大豆的水溶性營養功能物質，如低聚糖、大豆異黃酮和維生素[2]。我國豆制品行業發展迅速，在傳統大豆制品制作過程中有大量廢水產生，據統計每加工1 t大豆將排放2～5 t大豆黃漿水。國內大豆分離蛋白生產企業排放黃漿水375×104t/年，化學需氧量（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，遠遠高于國家規定的排放標準[3]。目前我國大多數豆制品企業將黃漿水直接排放到環境中，不僅沒有充分開發利用其營養價值，而且導致污染環境。由于豆腐黃漿水中含有大量的營養物質，來自自然環境中的微生物尤其是益生乳酸菌會在其中大量生長，導致黃漿水逐漸酸化成為酸漿水并作為豆腐凝固劑使用[4]。因此，豆腐黃漿水中的營養功能物質以及微生物資源具有重要的開發利用價值。針對豆腐黃漿水的開發利用方面的研究也有大量報道，如制備多種高附加值的產品和制備微生物生長的培養基[5-6]，或直接從豆腐黃漿水提取出營養功能性物質等[2]。同時與黃漿水有關的綜述論文也有報道[2，7-8]，但其內容主要集中在黃漿水的營養成分及其開發利用，未對其酸化后漿水中微生物資源開發利用相關的研究進行綜述。因此，本文主要從黃漿水營養功能物質組成、黃漿水開發利用和酸漿水微生物資源開發利用等方面追蹤研究進展，為豆腐黃漿水的開發利用研究提供理論基礎和實踐指導。

1 豆腐黃漿水的研究與應用

1.1 黃漿水的營養功能成分

黃漿水是制備豆腐過程中所產生的副產物，其產生流程如圖1所示，首先將泡過的大豆進行研磨，除掉豆渣，制備得到生豆漿，然后將生豆漿進行煮沸，獲得熟豆漿，將由豆腐黃漿水酸化得到的酸漿水作為凝固劑，按照一定比例加入到熟豆漿中，緩慢攪拌混勻后，進行凝乳，將得到的凝乳加到豆腐磨具中擠壓成型，在擠壓的過程中產生大量黃色瀝水，即黃漿水。將部分黃漿水與之前點漿用的少量酸漿水混合，室溫下發酵20～36 h，得到酸漿水（pH＜4），再次進入豆腐生產中[1]。

圖1 以酸漿水為點漿劑制備豆腐的生產工藝Fig.1 Production technology of tofu prepared with the acidified tofu whey as curdling agent

黃漿水的生產過程使它富集了大豆里大部分水溶性營養功能物質，研究發現黃漿水中含有大量的功能成分，如大豆異黃酮、皂苷、功能性低聚糖等，黃漿水的主要成分見表1[9]。

表1 豆腐黃漿水中的主要成分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蘇糖和棉子糖，兩種低聚糖被食品藥品監督管理局（food and drug administration，FDA）認為是一種潛在的益生元，廣泛的存在于豆制品中，豆腐黃漿水中同樣也存在大量的大豆低聚糖。目前研究報道較多的是直接從豆腐黃漿水中提取大豆低聚糖，提高其附加值。有研究[10]通過酸沉法和離子交換樹脂法去除黃漿水中蛋白、脫鹽、脫苦，最后濃縮得到水蘇糖為17%、棉子糖為3%的低聚糖糖漿。嚴玲[11]采用超濾膜工藝法提取黃漿水中的大豆低聚糖并進行脫鹽、脫色的純化處理，最終得到高質量的大豆低聚糖液，低聚糖的含量為72.1%，而其中棉籽糖和水蘇糖的含量為47.7%。雖然水蘇糖和棉子糖可以作為益生元，然而當人體攝入大量的大豆低聚糖，會由于體內缺乏α-半乳糖苷酶，難以分解大豆低聚糖，這些糖會被人體胃腸道的產氣微生物利用，導致脹氣的產生[12]。TOMOMATSU H[13]研究證實，連續每天攝入含有3 g的棉子糖或水蘇糖的碳酸軟飲料100 mL達2周，對人體不會產生脹氣等負面作用，同時研究人員也對大豆低聚糖產生益生功能和脹氣等副作用進行綜合評估，認為將低聚糖的攝入量控制在上述合理范圍內，可以避免脹氣的產生并會對人體健康具有很好的促進作用，如調節腸道菌群平衡、預防癌癥、骨質疏松等慢性疾病[14]。

1.1.2 大豆異黃酮

大豆異黃酮在大豆中主要以結合型的糖苷存在，包括染料木素、大豆黃素、黃豆黃素，而游離型苷元的含量較少[15]。異黃酮幾乎只存在于豆類植物中，特別是大豆提供了最為豐富的異黃酮。王欣欣等[16]對黃漿水中的大豆異黃酮的含量進行檢測分析，發現黃漿水中大豆苷、染料木苷、大豆苷元以及染料木素含量分別為25.64 mg/L、48.12 mg/L、0.37 mg/L、1.17 mg/L，糖苷型異黃酮占四種異黃酮總量的97.95%，而苷元型異黃酮的含量低。研究人員對大豆異黃酮的結構進行研究分析，證明大豆異黃酮與人體中的雌激素具有同源性，可以用來給某些老年女性病人補充雌激素[17]。研究表明，每天攝入含有45 mg異黃酮的組織化植物蛋白（textured vegetable protein，TVP），可以延長健康絕經前婦女的月經周期特征，特別是延長卵泡期的長度，并且抑制卵泡刺激素和黃體生成素的正常周期中期激增的幅度[18]。除此之外，大豆異黃酮對骨質疏松、前列腺癌等疾病具有預防的效果[19-20]。

1.1.3 大豆皂苷

大豆皂苷是一類類固醇或三萜類化合物，主要存在于豆制品中。趙冬梅等[9]通過一步酸堿沉淀方法，在豆腐黃漿水中提取出0.3 mg/g的大豆皂苷。WEI Y等[21]對豆腐黃漿水的成分進行分析，結果表明，在豆腐黃漿水中大豆皂苷的含量占比為0.20%。研究表明，大豆皂苷對各種癌細胞的生長具有顯著的抑制作用或誘導癌細胞凋亡的作用[22]。大豆皂苷還可明顯降低四氯化碳（CCl4）所導致急性肝損傷的小鼠血清中谷丙轉氨酶（alanine transaminase，ALT）、天冬氨酸轉氨酶（aspartate transaminase，AST）和堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）的活性，可以減輕肝損傷并且改善肝功能的作用[23]。

1.2 豆腐黃漿水的開發利用研究

1.2.1 生產發酵制品

對豆腐黃漿水開發利用報道最多的是以黃漿水作為基礎培養基進行發酵來制備各種高附加值的產品。黃莉等[5]以豆腐黃漿水為原料，利用木醋桿菌進行發酵制備細菌纖維素，通過優化葡萄糖添加量、發酵溫度、發酵時間、接種量等發酵條件，最終獲得的細菌纖維素產量為1.21 g/100 mL，該菌對糖的利用率達到94.38%。通過優化乙醇和葡萄糖添加量，研究人員發現補加6 g/L的乙醇和10 g/L的葡萄糖到豆腐黃漿水可以促進紅發夫酵母的生長提高生物量，同時還可促進紅發夫酵母分泌蝦青素，產量達到0.1 mg/g[24]。另外，也有研究利用豆腐黃漿水來發酵生產紅曲色素，王薇等[25]在豆腐黃漿水中添加豆粕粉等低成本材料以改良豆腐黃漿水，再以接種量為10%的紫紅曲霉接種到黃漿水中，培養7 d，得到色價為183 U/mL的紅曲色素。最近的研究報道利用豆腐黃漿水為底物，通過酶的催化合成益生元低聚果糖，為黃漿水的開發利用提供了新的途徑[26]。除此之外，還有其他的以黃漿水為原料生產具有高附加值的產品。例如姚子鵬等[27]對豆腐黃漿水培養基進行優化，并將此培養基用于乳酸菌發酵生產γ-氨基丁酸的工藝優化，在接種量為3%、培養溫度為42 ℃、谷氨酸鈉添加量為3%條件下，經過40 h的發酵，γ-氨基丁酸的產量達到6.22 g/L。WANG S K等[28]利用豆腐黃漿水作為發酵的主要原料，用裂殖壺菌（Schicochytriumsp.）S31作為發酵劑生產二十二碳六烯酸，最終得到生物量和二十二碳六烯酸的產量分別為1.89g/（L·d）和0.24 g/（L·d），且化學需氧量、總氮、總磷的去除率分別為64.7%、66.0%、59.3%。

1.2.2 制備培養基

黃漿水中含有豐富的營養物質，可用來制備微生物的培養基來獲得大量的微生物菌體。WANG S K等[6]首次將黃漿水作為培養基應用到微藻的培養當中，對黃漿水pH進行簡單調整，發現蛋白核小球藻在黃漿水的生長量要大于專門用于培養微藻的BG-11培養基的生長量，為黃漿水的開發利用拓寬了思路。黃漿水被用于培養乳酸菌如植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌的研究也被廣泛的報道，OUNIS W B等[29]采用電滲析方法對黃漿水進行預處理來制備脫鈣脫脂的豆腐乳清培養基，結果發現乳清培養基中60%的大豆低聚糖被植物乳桿菌代謝利用，乳桿菌的菌體量也達到1.0×109CFU/mL，大大降低了發酵的成本。此外，龐文華[30]首次利用豆腐黃漿水通氣培養炭疽芽胞苗，發現炭疽芽孢苗的芽孢數與蛋白胨水培養的芽孢數相當，與蛋白胨水培養相比，還具有通氣量大、通氣時間短及發酵完成時pH低等優點。王洪圖等[31]利用黃漿水作為培養基制備試制禽霍亂G190E40弱毒凍干苗，與傳統的馬丁氏肉湯制造的菌苗相比，菌苗數略高于馬丁肉湯培養，菌存率、菌效力和穩定性也無明顯差異。采用黃漿水制成的培養基與其他培養基相比較，前者還具有成本低，易加工等特點，拓寬了黃漿水利用的領域。

1.2.3 大豆蛋白的提取

利用豆腐黃漿水直接提取營養功能物質也是提高黃漿水利用價值的重要途徑。豆腐黃漿水的蛋白可以被用來制備鮮味基料，通過蛋白酶M酶解豆腐黃漿水增加漿水中游離氨基酸含量來提高鮮味，優化酶解條件并獲得綜合感官評分較高的產品[32]。豆腐黃漿水中含有大量的大豆乳清蛋白，為高效的利用其中的蛋白，潘秋月等[33]采用超濾的方法制備大豆乳清蛋白，通過轉谷氨酰胺酶的處理，可以聚合豆腐黃漿水中的乳清蛋白，然后結合超濾形式制備得到高質量的大豆乳清蛋白。田旭等[34]通過超濾膜技術，在45 ℃、0.5 MPa條件下，蛋白質截留率為83.44%，總糖透過率為93.73%，可有效分離大豆蛋白和低聚糖。

1.2.4 其他應用

在其他領域黃漿水也有廣泛的應用，例如用于飲品、豆腐凝固劑、面粉制備等。李麗梅等[35]對黃漿水進行脫臭、澄清、脫鹽等工藝，再將大豆黃漿水、紅棗粉、檸檬酸、木糖醇和大豆寡肽進行復配，制得黃漿水紅棗復合飲料。葉翠層等[36]利用富硒大豆作為原料制備得到的黃漿水作為發酵原料，以保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌作為發酵菌種進行發酵，制備富硒豆清蛋白乳酸飲料。同時，呂博等[37]利用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌發酵黃漿水來制備豆腐凝固劑，經過發酵工藝條件的優化，該凝固劑制備的豆腐中乳酸含量明顯增高，提高豆腐酸漿水中功能物質如苷元型大豆異黃酮的含量，而最近研究人員LI C等[38]從自然發酵的豆腐酸漿水中分離得到一株植物乳桿菌并利用該菌制備豆腐酸漿水凝固劑，該凝固劑制備的豆腐與硫酸鈣（CaSO4）和氯化鎂（MgCl2）制備的豆腐相比，在感官評價、質構、產率等方面都具有一定的優勢。WEI Y等[21]將豆腐黃漿水進行噴霧干燥，制備的面粉蛋白質含量、多糖含量、低聚糖含量、皂苷含量、異黃酮含量分別為23.60%、18.22%、13.67%、3.86%、0.98%。

2 豆腐酸漿水的研究進展

豆腐酸漿水是由于環境中大量微生物尤其是乳酸菌在豆腐黃漿水中生長而逐步酸化形成的，黃漿水在酸化過程中營養功能物質被微生物消耗殆盡，除用作豆腐凝固劑外，研究人員對其關注度較少。隨著消費者對益生乳酸菌需求越來越高，亟需開發新型具有特定功能和適應特定發酵體系的益生菌。因此，豆腐酸漿水中適應豆制品發酵環境的乳酸菌群落為研究人員開發益生菌提供了天然的菌種資源庫[4]。

2.1 豆腐酸漿水中的微生物菌群結構

由于現代微生物培養鑒定技術和高通量測序技術的發展，近年來研究人員對酸漿水中的微生物菌群組成及演替規律進行了深入探究。QIAO Z H等[4]利用平板培養法對黃漿水酸化過程中的乳酸菌、芽孢菌、腸球菌、酵母、霉菌等微生物的數量變化進行測定，發現乳酸菌是主導黃漿水酸化的微生物群落，同時還對黃漿水酸化過程中的pH值、蛋白質、碳水化合物、有機酸的含量變化進行了研究，發現乳酸菌代謝分泌的乳酸是凝固豆腐的主要作用物質。最近研究對酸漿水的微生物進行較全面的分離鑒定，篩選得到112株乳桿菌、18株腸球菌和33株酵母，對其中7株乳桿菌在黃漿水中的產酸能力進行測定，發現植物乳桿菌JMC-1產酸能力較強，將該菌制備的酸漿水生產出來的豆腐比其他凝固劑如硫酸鈣和氯化鎂制備的豆腐，在感官、質構、產出方面都具有明顯的優勢[21]。由于平板培養法的局限性即無法分離酸漿水微生物菌群中不可培養的微生物菌株，同時還會選擇性富集某些微生物，不能真實的反映酸漿水中微生物的組成，而高通量測序技術可以彌補培養法的不足[39]，許多研究人員利用高通量測序結合培養法來分析酸漿水中微生物群落的組成變化。FEI Y T等[1]通過高通量測序技術結合培養法來探究酸漿水中微生物群落的組成，發現在酸漿水菌群中乳桿菌屬占據95.31%，而芽孢桿菌屬、腸球菌屬和醋酸菌屬所占比例不到0.2%，從種的水平分析結合培養法，確定解淀粉乳桿菌是酸漿水優勢菌種之一，并分離出大量的乳酸菌如哈爾濱乳桿菌、粘液乳桿菌、發酵乳桿菌和鼠李糖乳桿菌，同時還分離到多株的芽孢桿菌、醋酸菌以及酵母菌。此外，研究人員從酸漿水中分離出干酪乳桿菌、屎腸球菌、白地霉菌、阿米塞畢赤酵母和假絲酵母等微生物[40-43]。因此，酸漿水中優勢菌群為乳酸菌，同時還具有豐富菌群結構如芽孢菌、醋酸菌和酵母。

2.2 豆腐酸漿水中微生物資源的開發利用

豆腐酸漿水中含有豐富的微生物資源尤其是乳酸菌，研究人員針對從酸漿水中的乳酸菌菌株開展了大量的應用研究，葉青等[40]從自然發酵的酸漿水中篩選出一株乳酸菌，經過生理生化以及16S rDNA分子生物學鑒定為干酪乳桿菌（Lactobacillus casei），將該菌用來制備豆腐酸漿水，由該酸漿水制備的豆腐與自然發酵的酸漿水制備的豆腐在口感上沒有明顯的差異，為純種發酵制備酸漿水打下理論和技術基礎。同時，喬支紅等[41]從6個不同地區（河北淶源、陜西榆林、山東鄒平、云南石屏、云南建水及云南元陽）的酸漿水中分離得到12株不同乳酸菌，通過比較它們的產酸能力，篩選出一株產酸能力較強的乳酸菌，然后對其進行生理生化和分子鑒定，確定該菌為屎腸球菌（Enterococcus faecium）。此外，劉力等[44]從酸漿水中分離鑒定得到一株解淀粉乳桿菌（Lactobacillus amylolyticus）L6，利用該菌發酵黃漿水可以顯著提高黃漿水中有機酸的含量，達到7.32 g/L，可以將糖苷型的大豆異黃酮轉化成生物活性較高的苷元型大豆異黃酮，苷元異黃酮占比從10%提高到37%，該菌也可顯著提高豆腐黃漿水的抗氧化特性。通過全基因組測序和表型研究對解淀粉乳桿菌（Lactobacillus amylolyticus）L6的益生功能特性進行研究，發現該菌不僅具有耐胃酸、耐膽鹽、抑制有害微生物生長和定植在腸道等益生功能特性，還對豆制品中的脹氣因子棉籽糖和水蘇糖有極強的利用能力[45]。除了解淀粉乳桿菌（Lactobacillus amylolyticus）L6之外，還從豆腐酸漿水中分離得到哈爾濱乳桿菌（Lactobacillus harbinensis）M1、粘液乳桿菌（Lactobacillus viscosus）M2、發酵乳桿菌（Lactobacillus fermentium）M3、干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）M8和鼠李糖乳桿菌（Lactobacillus rhamnosus）C1，分別與嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus）ST3組合來發酵豆奶，通過氣質聯用（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）分析發現，哈爾濱乳桿菌（Lactobacillus harbinensis）M1能夠高產2,3-丁二酮（2.45 mg/kg）和乙二酮（44.30 mg/kg），并在該菌的全基因組中注釋到合成2,3-丁二酮/乙酸丁二酮的編碼基因（alsS、alsD、bua），在哈爾濱乳桿菌M1和干酪乳桿菌M8的共同發酵下，可以明顯改善豆奶的風味[46]。

除乳酸菌外，研究人員還從酸漿水中分離鑒定得到其他微生物菌株并開展應用研究，孫冰潔等[42]從酸漿水中分離得到一株白地霉（Geotrichum candidum）FL44，利用該菌生產單細胞蛋白，通過優化培養基成分和發酵條件，菌體生物量及蛋白產量可以達到15.2 g/L和7.42 g/L。同時劉玉等[47]也從酸漿水中分離得到白地霉菌（Geotrichum candidum）和假絲酵母菌（Candida），這兩株菌的菌體蛋白中含有18種氨基酸以及8種必需氨基酸，而且必需氨基酸的比例適宜與人體需要符合，具有很好的開發前景。后續對高產蛋白的假絲酵母（Candida）FM45菌株培養基條件進行優化，其生物量和蛋白產量分別達到12.08 g/L和5.97 g/L。李理等[48]利用分離于酸漿水中阿米塞畢赤酵母發酵豆乳，通過固相微萃取（solid phase microextraction，SPME）結合GC-MS分析其揮發性香氣成分，發現酸豆乳中特征性的豆腥味成分基本消失，乙酸乙酯等香氣成分豐富且含量顯著增加，結果表明阿米塞畢赤酵母具有產香且脫除豆腥味能力強等優良特性，具有很好的開發應用前景。目前針對豆腐酸漿水的研究主要集中在微生物資源的挖掘與利用，在豆腐實際生產過程中，由于黃漿水處理不及時，產生大量的酸漿水，而針對酸漿水直接的開發利用研究相關報道較少，在該方向的應用研究仍需加強。

3 結論與展望

對豆腐黃漿水的開發利用，不僅使得豆制品加工產業的產業鏈得到延長，帶來了更高的經濟收益，而且還能降低對環境的污染以及提高能源的利用率，具有重要的實現意義。但在實現黃漿水“變廢為寶”的過程中仍然面臨著諸多挑戰，豆腐黃漿水中含有大量的營養功能成分，可對這些殘留在豆腐黃漿水中的營養功能成分進行提取，但相關技術還停留在實驗室階段，提取成本較高，無法實現產業化。目前以黃漿水作為基礎培養基并加以改造來發酵生產單細胞蛋白或者其他功能物質具有較好的前景，但豆腐黃漿水品質不穩定以及采用鹵鹽作為凝固劑而導致黃漿水中鎂離子和鈣離子超標的問題。近年來，研究人員開始將黃漿水開發并應用于食品加工領域，如生產黃漿水飲料或者與奶粉進行搭配并發酵制備雙蛋白酸奶，但是黃漿水中的豆腥味對產品的風味影響較大，如果通過篩選除腥發酵菌種和改進加工工藝來消除豆腥味，則黃漿水系列飲料具有很好的發展前景。