豆制品廢水資源化利用研究現狀

林春陽，王春勇，興長策，朱博

豆制品廢水資源化利用研究現狀

林春陽，王春勇*，興長策，朱博

（遼寧工業大學 化學與環境工程學院，遼寧 錦州 121001）

介紹了豆制品廢水的資源化利用現狀，并論述了豆制品廢水的資源化利用途徑，包括培養微生物、以黃漿水為原料加工食品以及膜技術分離黃漿水有價組分3種利用途徑，之后介紹了不同利用途徑的優勢及局限性，最后對未來豆制品廢水的資源化利用方法進行了展望。

豆制品廢水；微生物培養；膜分離技術；資源化利用

大豆是一種重要的豆類作物，而豆制品是我國傳統食物，其歷史悠久，且長期被用作蛋白質來源，凝結著中華民族數千年智慧的結晶[1]。豆制品具有極好的營養價值和健康益處。而大豆所含低聚糖中的棉子糖和水蘇糖可以促進結腸中有益細菌的生長，被認為是益生元[2]。此外，豆制品口感和風味良好，深受人們的喜歡。世界各地的豆制品種類繁多，大致可分為兩大類：發酵豆豉（如豆豉、納豆、醬油等）和未發酵豆制品（如豆奶和豆腐）。近年來，我國豆制品產業迅速發展，產品種類增多，如豆干、豆腐乳等多種豆制品被推向市場[3-4]。

目前，豆制品行業還存在許多問題，例如傳統的豆制品生產，大多在小作坊進行，而且生產中的衛生問題很難控制。此外，許多企業缺乏科學的生產工藝和核心技術，自動化水平較低。豆制品行業產生的廢水未經處理直接排放，對環境造成嚴重污染[5]。隨著人們對豆制品需求、質量和安全等要求提升，將傳統豆制品生產技術與新型設備相結合，實現豆制品的自動化生產將是未來的發展方向。隨著豆制品質量和產量的不斷提高，產生的廢水處理問題也亟待解決。

1 豆制品廢水來源、主要成分及危害

1.1 來源

豆制品生產過程中會產生大量廢水，其中以泡豆水、清洗水和壓榨過程中產生的黃漿水為主[6]。泡豆水和清洗水主要是浸泡豆子和清洗設備產生的廢水，其所含雜質較多。大豆黃漿水則是以大豆為原料，在豆腐生產過程中產生的液體副產品。無論制作豆腐的程序如何，其基本原理是將大豆種子用水提取制成豆漿或豆漿飲料，大豆蛋白與鹽或酸凝固制成豆腐。而豆腐經過凝固和擠壓后會產生大豆黃漿水。

1.2 主要成分

豆制品廢水屬典型高濃度有機廢水，其COD高達10 000 mg·L-1以上。豆制品廢水中含有大豆乳清蛋白、大豆寡糖、大豆異黃酮、大豆皂苷等多種生理活性物質組成，水質微黃，且容易變質[7]。

1.3 危害

豆制品廢水是一種可生化性好的高濃度有機廢水。豆制品廢水如果不經處理直接排入河流和湖泊，其會在生物降解作用下，消耗大量的氧氣，使受納水體缺氧甚至厭氧，導致大多數水生生物死亡，產生惡臭，引起水質惡化[8]。此外，廢水中所含的維生素、蛋白質、礦物質和碳水化合物是許多微生物所需的營養物質[9]。廢水進入河流、湖泊、海灣等緩流水體時，會引起有害藻類等浮游生物快速繁殖，引起水質惡化，魚類等生物死亡，導致水體富營養化[10]。

豆制品廢水中還含有皂甙等功能成分，工廠生產的豆制品廢水往往伴隨著渾濁、異味、色澤和泡沫[11]。它會引起人們的不愉快感，嚴重影響水體附近人們的正常生活。

2 豆制品廢水資源化利用現狀

豆制品廢水的處理方法主要集中在將廢水中蛋白質和低聚糖作為有機污染物直接去除的生物過程[12-14]。蛋白質和低聚糖作為一種很有吸引力的食品添加劑，如果能夠得到有效的回收利用，其效益將是很有吸引力的。目前，豆制品黃漿水的資源化利用主要是將豆制品廢水作為微生物培養基 質[15-16]，以及用于食品開發[17-19]和膜分離提取功能性成分[20-23]。

2.1 以豆制品黃漿水為基質培養微生物

微藻具有光合速率高、生長速度快、環境適應性好、運行成本低以及作為生物質來源的潛力等特殊優勢，因此其在固定來自工業排放（如燃煤煙氣）的二氧化碳方面得到了廣泛的研究[24]。HU[25]等利用豆制品廢水和二氧化碳煙氣共培養微藻。實驗結果表明，在大豆廢水與模擬煙氣的雜交培養體系中可以培養出小球藻L166。小球藻L166對COD的去除率最高為78.2%。由此可見，小球藻L166具有同時固定煙氣二氧化碳和處理大豆加工廢水的潛力。SONG[16]等以大豆加工廢水為研究對象，采用吸附-微藻復合工藝處理大豆加工廢水。實驗結果表明，此方法對大豆廢水的高效凈化效率為60.8%，體現了吸附-微藻雜交工藝的技術經濟可行性。SHEN[26]等用大豆廢水培養斜曲霉，培養8天后COD的去除率為72%，驗證了氮、磷在葡萄糖培養中的作用，為高效處理大豆廢水提供了一種經濟、環保的選擇。

由于豆制品生產過程中會生產大量廢水，若用豆制品廢水培養微生物并投入工業化使用，同時達到對豆制品廢水的凈化作用，不僅需要苛刻的培養條件，還要考慮培養過程中對人們觀感的影響以及是否有異味產生等。

2.2 用豆制品黃漿水加工食品

豆制品黃漿水也可以應用于加工食品[27]，例如，陳思雨[28]等以豆腐黃漿水和蔗糖為原料，采用單因素和響應面試驗優化了制醋工藝的最適條件，既資源化利用了豆腐黃漿水，又為制醋工藝提供了理論依據。鄭送友[29]等利用豆腐黃漿水、蘋果汁、白砂糖為主要原料，研制出了酸甜可口、質感細膩、營養保健的黃漿水蘋果汁復合飲料，不僅為功能性負荷飲料的研制提供理論依據，還為豆腐黃漿水的回收利用提供有效途徑。

以豆制品黃漿水為原料加工食品做到了廢棄資源的再利用，但是此種方法要綜合考慮人們的接受程度。

2.3 利用膜技術分離豆制品廢水中的有用成分

膜分離技術以選擇性透過膜作為分離介質，在膜兩側施加一定推動力使某些原料中的某些組分選擇性地透過膜。膜分離技術被廣泛應用于食品濃縮、澄清及分離等過程。根據料液中蛋白質和糖類物質分子大小差異，可以從豆制品廢水中分離回收蛋白質、糖類等有價組分，該工藝主要包括超濾、納濾和反滲透[30-31]。田旭[32]等研究了溫度、壓力等條件對黃漿水的透過率和截留率的影響。結果表明，采用超濾膜技術對黃漿水進行綜合處理后，蛋白質截留率為83.44%，總糖透皮率為93.73%。大豆蛋白和低聚糖能有效分離，為黃漿水的利用提供了理論依據。秦學磊[33]等將黃漿水用殼聚糖絮凝后進行超濾處理，結果表明，經絮凝超濾后，黃漿水中蛋白質的回收率為76.1%，蛋白質質量分數為50.7%，為黃漿水中蛋白質的回收提供了有效的方法和理論依據。WANG[34]等以含糖和鹽的大豆乳清廢水作為模型溶液，模擬了間歇式全滲濾過程，研究了低聚糖和鹽去除的可能性。SRINIWORN[35]等采用具有不同相對分子質量截留率的中空纖維膜（MWCO）來評價蛋白質和糖的保留情況。與30 kDa膜相比，100 kDa膜具有更高的滲透通量和較低的糖類保留率。BENEDETTI[36]等使用4級塊凍結濃縮工藝和納濾濃縮大豆乳清，以濃縮異黃酮含量。經納濾處理的豆腐乳清的滲透通量隨時間的增加而降低，最大減容系數為4.5。

豆制品廢水膜處理工藝的主要限制為膜分離過程中產生的濃差極化以及污垢導致的膜通量降低，另一方面，殘留在豆制品廢水處理膜表面或膜孔內吸附或沉積殘留分子或顆粒的污垢，用水沖洗很難去除，只有化學清洗才能去除。

3 展 望

本文綜述了豆制品廢水的資源化利用現狀，豆制品廢水中含有豐富的蛋白質、大豆低聚糖和大豆異黃酮等有價組分。為了充分回收利用這些物質，未來工作可以探索更具經濟效益的方法。

1）膜技術依舊是最有前景的分離方法，通過優化各種操作條件，減少濃差極化對膜通量衰減的影響，例如有效地利用旋轉陶瓷膜。

2）可以嘗試一些無害經濟的有機絮凝劑，將絮凝出的有價組分用于家禽飼料的生產。

3）泡沫分離法設備簡單，能耗低，投資少，也不會存在膜處理的膜污染問題，值得未來開展進一步研究。

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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

遼寧省教育廳科學研究經費項目（項目編號：JQL202015402、JFL202015403）。

2021-06-13

林春陽（1999-），女，河南省南陽市人，研究方向：污水資源化。

王春勇（1987-），男，博士，講師，研究方向：土壤污染修復。

X703

A

1004-0935（2021）12-1827-03