大豆加工副產物資源化利用研究進展

邰孟雅，袁岐山，楊欣玲，馬勝濤，崔 廷，孫 巖，黃五星

（1.河南農業大學 煙草學院，河南 鄭州 450002；2.河南中煙工業有限責任公司技術中心，河南 鄭州 450000；3.河南省農科院農業經濟與信息研究所，河南 鄭州 450002）

我國是大豆主產國之一，大豆種植面積也在逐年上升，但消費者對大豆的需求仍遠超實際生產[1]。國家統計局數據顯示，2021年國產大豆的總產量約為1 640萬t，其中僅食用需求就消耗約1 600萬t。隨著國內居民對豆制品及植物油消費需求的提高，大豆進口量節節攀升，2020年中國大豆進口量首次破億噸[2]。雖然2021年進口量有所降低，但仍處于較高水平[3]。

由于巨大的大豆進口量以及國內豆制品產業的快速發展，相應副產物的產量也急劇增加。豆渣和豆粕是大豆加工中產生的主要固體廢物，是富含高蛋白和低脂肪的優質原料[4-5]。黃漿水是豆制品加工環節產生的液態有機廢水，含有大量大豆水溶性功能物質[6]。若這些副產物得到合理加工，不僅可以降低環境壓力，還可實現廢棄物的高值利用[7]。目前關于豆制品加工副產物附加價值的開發利用已有大量研究，并取得明顯成效。該文就豆渣、豆粕和黃漿水的綜合應用研究進展和發展趨勢進行綜述，以期為大豆加工副產物資源化高效利用研究提供參考依據。

1 國內外大豆加工副產物研究可視化分析

1.1 國內研究

選擇中國知網數據庫，以“豆渣”、“豆粕”和“黃漿水”等為關鍵詞進行高級檢索。文獻發表時間不做規定，對會議、報紙等無效文獻進行人工精煉。最后對所得結果進行可視化分析，年度發表趨勢見圖1、研究機構分布見圖2及主題分布見圖3。

圖1 1982-2022年CNKI數據庫大豆加工副產物研究發文量總體趨勢Fig.1 Overall trend of the number of published articles in CNKI database on soybean processing by-products research of 1982-2022

圖2 1982-2022年CNKI數據庫大豆加工副產物主要研究機構Fig.2 Major research institutions of soybean processing by-products in CNKI database of 1982-2022

圖3 1982-2022年CNKI數據庫大豆加工副產物主要研究主題Fig.3 Major research topics of soybean processing by-products in CNKI database of 1982-2022

由圖1可知，全國大豆加工副產物研究年度發文量總體呈現上升趨勢。首篇文獻發表于1982年，至1999年發文數量均較低；2000年該領域發文量超過60篇，至2013年到達頂峰（283篇）；自2014年起發文量逐漸減少。

由圖2可知，4 483篇文獻中以東北農業大學發文最多（116篇），其次分別為蘭州大學、江南大學、中國農業大學、華南理工大學、華中農業大學、吉林農業大學和南京農業大學，8家機構共計發文656篇。

由圖3可知，除去“廣東省”、“大豆市場”等低價值關鍵詞后，研究主題“發酵豆粕”出現的頻次最高，發文量達218篇。原因可能是隨著消費者對豆油需求的增加，豆粕產量也與日俱增[8]。其次關于“大豆異黃酮”、“大豆蛋白”和“大豆肽”等生物活性成分的研究也較多。

1.2 國外研究

選擇Web of Science核心合集數據庫，以“soy by-products”為主題詞，語種為“English”，檢索相關文獻。發表時間不作規定，文獻類型選擇“artical”精煉后，對所得結果進行可視化分析，年度發文量見圖4和研究機構分布見表1。

表1 2002-2022年Web of Science核心合集數據庫大豆加工副產物主要研究機構Table 1 Major research institutions of soybean processing by-products in the Web of Science Core Collection database 2002-2022

圖4 2002-2022年Web of Science核心合集數據庫大豆加工副產物研究發文量總體趨勢Fig.4 Overall trends of soybean processing by-products research publications in the Web of Science Core Collection database of 2002-2022

由圖4可知，英文文獻中，關于大豆加工副產物研究的年度發文量總體也呈現上升趨勢。2002年發表首篇文獻，2014年出現第一個峰值（37篇）；隨后發文量先稍有減少又開始增加，至2021年到達頂峰（58篇）；2022年截至目前共發文15篇。與國內研究相比，國外的發文數量明顯偏低。原因之一可能是東西方人在飲食習慣等方面的差異，國外大豆制品類型相對單一[9]。

由表1可知，449篇文獻中，以美國農業部發文最多（20篇），其次主要是圣保羅大學、國家科學技術研究委員會、新加坡國立大學和華南理工大學。

2 大豆加工副產物的發酵工藝研究

大豆加工副產物所含營養物質的種類及含量十分豐富，可經簡單處理后直接應用。比如豆渣和豆粕經預消化后可用于飼喂動物[10]，也可干燥后部分替代面粉等原料添加至糕點、面條等食品中[11]。但未經加工的副產物存在大量抗營養因子和大分子物質，都會阻礙其作用的有效發揮[12]。同時豆渣、豆粕和黃漿水中水分含量較高，若不加以處理極易發霉變質，不僅資源利用率大大降低，還會造成環境污染。大豆加工副產物的改良方式主要有酶解法、物理加工和發酵改性等，也可先通過物理和酶法使其分解，再經微生物發酵達到更為理想的效果[13]。實際生產中可針對不同原料選擇合適的方法，目前關于副產物發酵改性的研究最為廣泛。

發酵是復雜的有機物在微生物作用下分解成簡單物質的過程。發酵可接種單一菌株，亦可采用復合菌株，后者還需注意配比問題[14]。利用霉菌、芽孢桿菌和酵母菌等可產生蛋白酶、纖維素酶的微生物發酵大豆加工副產物可有效提升其應用價值[15]。范陽等[16]研究發現，以植物乳桿菌∶枯草芽孢桿菌∶釀酒酵母菌=3∶2∶1的比例發酵豆渣，在10%接種量、35 ℃發酵48 h等條件下，粗脂肪含量顯著降低，酸溶蛋白含量提高7.35%。最適發酵工藝因菌株、發酵原料及發酵目的不同存在差異。李春梅等[17]采用依次接種枯草芽孢桿菌和植物乳桿菌的方式發酵豆粕，發現以小肽和游離氨基酸含量等為響應值時的最佳工藝參數：接種枯草芽孢桿菌2 d后接種植物乳桿菌，前者接種量4%，枯草芽孢桿菌∶植物乳桿菌=1∶5，37 ℃發酵5 d。在此條件下發酵豆粕的抗營養因子得到有效分解，小肽含量較發酵前提高161%，益生菌數量也明顯增加。

3 大豆加工副產物的營養價值研究

3.1 常規營養成分

每加工一噸干豆產生豆渣、豆粕和黃漿水中營養物質的成分大致相同，但因加工工藝不同其含量存在差異，但總體來說內含物的種類及發酵過程中的變化規律較為相似。WANG F等[18]研究發現，豆渣中含有膳食纖維50%～55%，蛋白質和脂肪含量分別為18%～23%和6%～10%。除此之外豆渣中還含有豐富的礦質元素、維生素和必需氨基酸等[19]。豆粕中蛋白質占比可達50%左右，脂肪含量較低，賴氨酸、色氨酸和蛋氨酸含量較高[20]。豆粕中還含有較高含量的卵磷脂[21]。李小鳳等[22]研究發現，黃漿水中蛋白質和脂肪含量分別為6.5 mg/g、3.6 mg/g。也有研究顯示黃漿水中蛋白質含量為4.08 g/L，脂肪含量為1.10 g/L[23]。說明不同來源的同種副產物之間成分含量也不盡相同。

經發酵后副產物中蛋白質、粗脂肪和粗纖維等得到充分降解，營養物質含量更加平衡。張杰等[24]研究發現，豆渣發酵后蛋白質含量由33.8 g/100 g下降至20.1 g/100 g，氨基酸態氮含量從1.12 mg/g上升至8.75 mg/g，營養品質得到改善。李飛龍等[25]研究表明，發酵對豆渣營養特性的改善主要表現在粗脂肪和粗纖維含量降低、維生素等有益物質增加以及抗營養物質含量的下降等方面。

3.2 生物活性成分及功能特性

大豆加工副產物自身即存在功能物質，豆腐黃漿水中異黃酮含量占大豆總異黃酮的50%[26]。經發酵后活性成分的含量和價值得到大幅提升，主要成分有異黃酮、納豆激酶、多肽、磷脂、皂苷和小肽等[27-28]。

3.2.1 異黃酮

異黃酮主要存在于豆科植物中，具有抗氧化、抗腫瘤和雌激素作用等功能[29-30]。在大豆加工副產物中異黃酮絕大部分以結合型糖苷的形式存在，需要分解為苷元態才能被直接利用[31]。尹琳琳等[32]利用雅致放射毛霉、枯草芽孢桿菌與植物乳桿菌發酵豆渣，發現發酵后異黃酮多轉化為易于吸收及活性更高的苷元型。據上官修蕾等[33]的研究，茯茶金花菌發酵豆粕后異黃酮糖苷轉化率明顯提高。歐紅艷等[34]以黃漿水為原料發酵豆清飲料，結果表明，在一定范圍內隨發酵時間的延長，黃酮苷大量轉化為黃酮苷元，發酵22 h時染料木素含量顯著提高。

3.2.2 納豆激酶

納豆激酶提取自以豆類為原料生產的發酵納豆，是由納豆桿菌產生的具有纖溶酶原激活作用的蛋白酶，具有抗血栓、降血壓血脂等活性[35]。據吳錦源等[36]的研究，粵小黃粒3號大豆發酵納豆酶活可達20 586 IU/g。YANG Y等[37]以枯草芽孢桿菌和雙歧桿菌發酵納豆，一定條件下，納豆激酶活性有所增強，溶栓性能也得到改善。但以大豆為原料生產納豆激酶成本較高，今后應關注其副產物的發酵利用。蘇敏等[38-39]以豆渣為原料生產納豆激酶，優化工藝后所得酶活分別為1 751.28 U/g和1 734 U/g。郭玩湘等[40]研究發現，在豆粕∶麩皮配比為5∶1，pH 7.6，37 ℃發酵36 h條件下生產的納豆激酶活力最高。

3.2.3 多肽

豆渣和豆粕中蛋白質的殘留量較高，發酵副產物中的蛋白質主要以多肽的形式存在。發酵制備的多肽與酶解相比優點更多，且發酵菌株及工藝都會對活性肽的功能產生影響[41]。多肽按功能分包括抗氧化肽、抑菌肽和抗糖尿病肽等[42]。尹樂斌等[43]以纖維素酶和枯草芽孢桿菌發酵豆渣，發現在3%接種量、37 ℃發酵60 h時，多肽產率可達88.12%。申春莉等[44]研究發現，以靈芝菌絲體發酵豆渣前多肽含量為11.90 mg/g，發酵后期上升至19.59 mg/g。劉國慶等[45]研究發現，豆粕發酵后功能成分大豆肽的含量較發酵前增加6倍，營養價值顯著提升。

3.2.4 膳食纖維

膳食纖維主要指食物中不能被消化的多糖。適當攝入膳食纖維可以促進腸胃蠕動，預防腸癌和血管疾病的發生[46]。根據在水中的溶解性，膳食纖維分為可溶性和不溶性兩種，相對而言可溶性膳食纖維功能更強[47]。大豆加工副產物中的膳食纖維含量較高，但絕大部分為不溶性膳食纖維[48]。發酵可以破壞原料的纖維結構，促進不溶性膳食纖維可溶化[49]。吳學鳳等[50]以安卡紅曲霉As3.4811發酵豆渣，發現發酵后不溶性膳食纖維的結晶度有所降低，可溶性膳食纖維含量增加，品質得到明顯改善。張瑜[51]研究發現，利用毛霉和乳酸菌發酵的豆渣其可溶性膳食纖維含量相較新鮮豆渣提升8.5倍，結構也更加疏松。

3.2.5 卵磷脂

脂類是人體必需的三大產能營養素之一，包括脂肪、磷脂和固醇類。磷脂是除脂肪外人體內含量最多的脂類。大豆磷脂主要包括卵磷脂、腦磷脂、肌醇磷脂和其他磷脂，其中卵磷脂最為重要[52]。卵磷脂在臨床中也叫磷脂酰膽堿，最早于1844年由法國科學家Gobley從蛋黃中發現并分離鑒定[53]。卵磷脂中富含不飽和脂肪酸，可降低膽固醇水平、促進神經系統發育以及預防心腦血管等疾病[54]。孫家正等[55]以高脂肪酶活性菌株傘枝犁頭霉發酵制備豆豉，所得豆豉中磷脂酰膽堿含量明顯高于市售豆豉。

3.2.6 皂苷

皂苷由皂苷元、糖和有機酸組成，因糖以及皂苷元與糖結合部位的不同其種類呈現多樣性。大豆皂苷具有抗氧化、調節心腦血管系統和抑制腫瘤細胞等活性[56-57]。大豆加工副產物中的皂苷多以糖基取代形式存在，難以被直接利用。研究表明發酵可以改變原料形態，產生各類水解酶，促進皂苷向機體易于利用的形式轉化[58]。孫睿等[59]以黑曲霉發酵豆渣為原料制作豆腐乳，發現黑曲霉豆腐乳與傳統腐乳相比皂苷含量顯著提高。趙堂彥[60]的研究表明，以乳酸菌發酵鷹嘴豆，一定時間內發酵液中的總皂苷含量增加。

4 大豆加工副產物在醫藥領域的應用研究

由于消費者健康意識的增強，新型功能食品的開發已成為市場中極具吸引力的研究方向[61]。孔倩[62]通過對大豆異黃酮在食品中的應用專利進行分析，發現目前大豆異黃酮主要應用于保健食品方面。如在奶粉和巧克力中添加異黃酮成分，可以降低心臟病等的發病幾率，緩解女性更年期癥狀。周艷華等[63]研究發現，富含納豆激酶的酸奶具有降血壓血脂等多重功效。另外大豆加工副產物的特性搭配中藥材健脾益氣等功效，可以促進消化、清熱解毒。肖順治等[64]發明了一款發酵豆渣和中藥制成的顆粒沖劑，服用后可預防腸癌、維持血糖平衡等，增強人體免疫力。

隨著科研工作者對活性成分研究的不斷深入，大豆加工副產物的醫學價值不容忽視。豆渣、豆粕等活性成分殘留量相對較大。大豆異黃酮是一種天然雌性激素，目前已被用于癌癥、糖尿病、白血病治療以及心腦血管保護等多個方面[65]。黃宏等[66]通過對患肝癌小鼠的研究，發現經大豆異黃酮處理后的腫瘤質量明顯減輕，且在一定范圍內，異黃酮高劑量處理組抑瘤率更高。納豆激酶也發揮著極其重要的作用，其中研究最為廣泛的是其血管保護功能。任莉莉等[67]通過模擬人體環境，觀察在血栓處注射納豆激酶后的溶解過程，發現藥物濃度越高、管徑越大，血栓的溶解效果越好。除此之外，納豆激酶還具有治療乳腺癌[68]、促進口腔黏膜愈合[69]等多種藥理活性。膳食纖維對高膽固醇小鼠的抗高血脂效果顯著[70]，對于低劑量鏈脲霉素引發的小鼠2型糖尿病也有一定效果[71]。

5 展望

不同品種、不同來源的大豆以及不同加工工藝產生的副產物性質具有不同程度的差異，應根據具體情況實現利用途徑多元化。目前關于豆類加工副產物的研究多集中于黃豆，原因可能是黑豆食品尚不普及，今后應加強對營養價值更高的黑豆加工副產物的產品研發。雖然大豆加工副產物經處理后功能成分大大增加，但提取工藝仍需優化。此外還可以加強對活性成分的改性研究，深度開發其所蘊含價值，努力實現增產增效。

目前研究者多關注大豆加工副產物中活性成分的有利功能，但對其作用機制、使用劑量及副作用等不甚了解，保證其安全性的相關研究可作為今后關注的重點。關于大豆加工副產物在臨床中的應用主要以動物為研究對象，而對人體效果的研究尚少，動物與人體在某些方面存在差異。當前雖然有關大豆加工副產物資源綜合利用的研究已不可枚舉，但大多仍停留在實驗室層面，科研成果的轉化、應用和推廣尚有不足。今后應注重搭建企業與高校或科研院所間長期對話的服務橋梁，實現大豆加工副產物資源的高效利用。