豆渣品质改良技术研究进展

康芳芳，杨 伟，芦 菲，李云波，马汉军，李 波（河南科技学院食品学院，河南新乡453003）

豆渣品质改良技术研究进展

康芳芳，杨 伟，芦 菲，李云波，马汉军，李 波
（河南科技学院食品学院，河南新乡453003）

豆渣因可溶性膳食纤维含量低、口感粗糙等缺陷，限制了它在食品中的应用。本文综述了改良豆渣品质特性方法的研究进展，对化学法、酶法、发酵法、物理法以及多方法联用的作用机理、改良效果、优缺点、应用前景等进行了分析和探讨，以期为豆渣的开发利用提供参考。

豆渣，膳食纤维，品质改良，研究进展

豆渣（soybean residue，okara）是生产豆腐、豆浆、豆奶等豆制品的副产物。每加工1 t大豆，约产生1.2 t湿豆渣［1］。豆渣含有约50%膳食纤维和20%蛋白质，另外含有异黄酮、木酚素、植物固醇等营养成分，具有很高的营养保健价值［2］。

根据溶解性的差异，豆渣中的膳食纤维可分为不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）和可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）。虽然膳食纤维在人体内不能被消化吸收，却具有多种生理功能，如预防结肠癌和乳腺癌，调节血糖水平、预防糖尿病，调节血脂水平、预防心血管疾病，改善胃肠道功能、预防胃肠道疾病，控制体重、预防肥胖等［3］。IDF和SDF对人体有着不同的生理功能：IDF能增加粪便的体积，促进肠道蠕动，因而具有预防便秘、腹泻、肠癌的功能；SDF则更多地发挥代谢功能，具有提高葡萄糖耐受力、降低胆固醇水平等生理功效［3-4］。膳食纤维中可溶性成分的组成比例是影响其生理功能的一个重要因素。有学者提出，膳食纤维中含有30%～50%的SDF才是高品质膳食纤维［5］。

中国是豆制品生产和消费大国，豆制品厂每天产生大量的湿豆渣，但目前我国对豆渣的开发利用程度比较低，大部分湿豆渣被作为饲料或者废弃物处理，既浪费了资源，又污染了环境。豆渣利用率低的原因，主要是：湿豆渣含水量高，容易腐败变质，但因其粘度大，传统干燥方法效果较差；豆渣SDF所占比例小，不到总膳食纤维的5%，口感粗糙，限制了它在食品中的应用。因此，探寻适合湿豆渣的干燥方法，对豆渣进行改性处理，提高SDF含量，改善豆渣品质特性，是提高豆渣利用率的重要途径。

目前，对豆渣进行品质改良的方法已有研究报道，主要包括化学法、酶法、发酵法和物理法。本文综述了该领域的研究进展，对这些方法的作用机理、处理条件、改良效果、优缺点、应用前景等进行了分析探讨，以期为豆渣的有效开发利用提供参考。

1 化学法

化学法是通过加入酸、碱、离子液体等化学试剂，控制适当的pH、温度和反应时间，使豆渣中的纤维素和半纤维素的糖苷键断裂，大分子聚合度下降，从而提高水溶性多糖的比例［6］。

1.1 酸法

采用低浓度盐酸处理豆渣，使不溶性多糖发生部分酸水解，从而提高SDF比例。Furuta等在pH2.0、100℃条件下提取1.5 h，豆渣中SDF含量大幅提高；在pH3.0条件下提取4.5 h，SDF含量达到8%左右［7］。姜录等采用盐酸溶液水解豆渣，当水解温度90℃、水解时间5 h、盐酸溶液添加量与原料比值为2.75时，豆渣的水解率为58.02%［8］。采用酸水解时，要注意控制盐酸的浓度和反应时间，避免多糖被过度水解，进一步转化为单糖和低聚糖。

1.2 碱法

在碱性溶液中，多糖还原性末端的糖基会逐个分解下来，即发生“剥皮”反应，进而使多糖分子量降低，水溶性增强。孙云霞等利用Na2CO3溶液提取豆渣中的SDF，将5 g湿豆渣置于75 mL、4%的Na2CO3溶液中，在90℃浸提1 h，可得到产率为41.86%的SDF［9］。娄海伟等采用液固比26∶1、温度89℃、时间68 min、NaOH浓度1.12%的条件处理挤压豆渣，可使SDF产率达到34.12%［10］。此外，豆渣中含有一定量的蛋白质和脂肪。在制备豆渣纤维时，采用碱处理（如5% NaOH、在80℃浸泡1 h），结合胰蛋白酶酶解，能够除去蛋白质和脂肪，从而提高产品的质量［11］。

1.3 离子液体法

离子液体是由正负离子组成的、室温或使用温度下呈液态的盐，是一类溶解能力强、不挥发、低毒、可设计的绿色溶剂。目前，离子液体已在食品成分的提取分离、分析检测、物性修饰等方面显示出较好效果，它能够破坏淀粉和微晶纤维素的结晶结构，改善其性能。豆渣经离子液体处理后，SDF含量显著提高，其提高效果随离子液体阳离子基团的延长而减弱，1-乙基-2-甲基咪唑乙酸盐的效果最好，可将SDF含量从5.97%提高到17%，SDF/IDF比值从0.17提高到0.69，豆渣的持水力、持油力显著增加［12］。

化学法（尤其是酸法）对多糖的降解程度高，成本较低，但也存在副反应较多、工艺过程复杂、化学试剂污染、多糖水解程度较难控制等缺陷，因而目前主要用于豆渣水溶性膳食纤维的提取制备［6］。

2 酶法

采用适宜的酶水解，能够使不溶性多糖发生降解，从而提高SDF含量，改善豆渣的品质。

2.1 纤维素酶水解

一般认为，豆渣IDF的主要成分为纤维素，因而采用纤维素酶进行水解，能够使纤维多糖发生降解，多糖聚合度下降，分子量降低，从而使一部分不溶性成分转变成可溶性成分。王文侠等以挤压膨化豆渣为原料，利用纤维素酶制备高活性膳食纤维，在pH5.0、温度50℃、纤维素酶添加量2%、反应时间2.5 h、料水比1∶18的条件下，豆渣SDF得率为23.9%，且900 ku的大分子量SDF组分有所减少［13］。刘昊飞以生产大豆分离蛋白所产生的豆渣为原料，对4种来源不同的纤维素酶进行了筛选，其中Viscozyme L提取豆渣SDF的得率最高，最佳酶解条件为：加酶量0.5%，温度45℃，pH4.5，料水比1∶15，反应时间1.5 h，在此条件下豆渣SDF得率为27.27%［14］。

直接以豆渣为原料进行酶法改性，所需酶量较多，不仅成本较高，而且容易将豆渣中原有的SDF过度酶解，从而造成SDF得率偏低的现象。若将豆渣中原有的SDF提取后，再对剩余的IDF进行酶解改性，则能避免这种情况。景言等以碱处理豆渣制备SDF后剩余的不溶性残渣为原料，采用纤维素酶处理，在加酶量1.8%、时间3.5 h、温度48℃、pH4.8条件下，豆渣SDF得率可达7.64%。扫描电镜显示，酶法制备的豆渣SDF颗粒较小，呈现蜂窝状，颗粒表面积增大，有利于水合特性的提高［15］。

2.2 复合多糖酶的使用

研究表明，豆渣SDF除纤维素之外，还包括其他结构类型的多糖，因此还可以选用纤维素酶之外的其他多糖水解酶，以提高SDF的转化率。豆渣粗多糖依次用0.05 mol/L EDTA+草酸铵、0.05 mol/L NaOH、1 mol/L NaOH和4 mol/L NaOH进行提取，可得到级分F1、F2、F3、F4和不溶性成分F5，得率分别为7.7%、3.6%、20.7%、16.0%和27.9%。根据这5个级分的单糖组成和甲基化分析结果，可推测级分F1和F2含有大量的果胶聚合物，级分F3和F4含有较多的半乳糖和阿拉伯半乳聚糖，级分F5主要含有纤维素，另外含有少量的木聚糖和木糖葡聚糖［16］。由此可见，纤维素只占豆渣多糖总量的20%左右，若仅采用纤维素酶进行处理，则SDF提高程度有限。若结合果胶酶、半乳聚糖酶、木聚糖酶等进行酶解，则会有更多的不溶性多糖被降解，从而大大提高豆渣SDF的得率。目前这方面的研究尚未见报道。

2.3 复合酶水解

在豆渣膳食纤维提取制备过程中，通过加入蛋白酶、淀粉酶等酶制剂，可除去豆渣中含有的蛋白质、淀粉等杂质，从而提高膳食纤维的纯度［17］。周德红等采用复合蛋白酶（Protamex）、风味蛋白酶（Flavourzyme）、复合纤维素酶（Viscozyme L）对豆渣进行水解，在纤维素酶添加量为1.2%、豆渣/水为1∶12，pH4.5、水解时间12 h、温度40℃时，SDF得率可达39.03%［18］。

综上所述，酶法具有选择性好、专一性强、反应条件温和、安全无毒等优点，但酶法成本较高，且需选择适宜的酶。在酶解之前，最好对豆渣进行预处理，使紧密的纤维结构变得疏松，以提高酶的作用效率。

3 发酵法

发酵法是利用微生物发酵产生的酶，对纤维素、半纤维素进行降解，从而提高豆渣SDF含量，降低豆渣纤维粒度，改善豆渣口感和品质特性。

3.1 单一菌株发酵

发酵豆渣是我国南方许多省份的传统食品，俗称霉豆渣，在印度尼西亚、日本等国也有较多的发酵豆渣食品［19］。发酵豆制品中常用的菌种有毛霉、根霉、曲霉、纳豆菌、枯草芽孢杆菌等。朱运平等研究了这5种菌种发酵豆渣中主要营养成分、纤维结构及抗氧化活性的变化规律。结果表明，与蒸煮豆渣相比，发酵豆渣的蛋白质含量增加，脂肪含量减少，粗纤维含量略有降低，豆渣水提物和醇提物的抗氧化活性明显提高。发酵豆渣中的纤维块明显减小，这可能是豆渣在微生物各种酶，如纤维素酶、半纤维素酶、蛋白酶及淀粉酶的共同作用下，大分子物质蛋白质、纤维素部分被降解，同时一些原本结合在一起的蛋白质和纤维素得以分离，因而形成许多小的颗粒结构［20］。

能够分泌纤维素酶的微生物主要是霉菌。李想对里氏木霉Rut C-30进行紫外诱变，选育出能够利用豆渣作为基质的优良发酵菌株，在28℃、160 r/min摇床发酵培养3 d，豆渣SDF含量最高为42.79%。经分析，发酵结束后，豆渣纤维素降解了90%，半纤维素降解55.4%，IDF由53%降至20%以下，纤维素比半纤维素更容易水解和转化［21］。谢婧研究了毛霉发酵对豆渣主要营养成分的影响规律，在pH5.5、25℃、3 d、85%水分的最佳发酵条件下，豆渣粗脂肪从14.36%增至16.72%，蛋白质由33.04%降至21.87%，游离氨基酸总量从0.22%增至1.10%，可溶性总糖由8.46%增加至10.99%，并产生0.37 mg/100 g维生素B2，SDF含量由5.39%增至10.16%，异黄酮含量增加了约2倍，且由结合型糖苷向高活性的游离型苷元转变［22］。李艳芳等选用传统发酵豆酱中常用的米曲霉和黑曲霉对新鲜豆渣进行发酵，在28℃、95%相对湿度条件下，豆渣渣感减弱，吞咽变易，口感明显改善，其原因是发酵豆渣过程中所产生的酶降解了豆渣中的纤维素和半纤维素，导致豆渣颗粒变小。黑曲霉对渣感的改善效果好于米曲霉［23］。

3.2 复合菌株发酵

采用复合菌种发酵，能够充分利用不同菌种的优点，提高发酵效率，改进发酵效果。何晓哲利用黑曲霉、绿色木霉混合菌液对豆渣进行发酵，SDF含量增加了4.46倍，达到22.76%，占总膳食纤维比例由6.59%提高到43.21%。发酵产品颗粒度小，质地均匀，口感细腻，气味淡香。最佳发酵工艺条件为：黑曲霉/绿色木霉为2∶1，时间45 h，温度26℃，接种量10%，发酵液初始pH6［24-25］。

发酵法成本低廉，相对安全，还能改善豆渣粗糙的口感，提高其营养保健价值。但微生物发酵操作较为复杂，发酵条件需严格控制，发酵周期较长，限制了它的应用。

4 物理法

物理法是指通过高温、高压、高剪切力等物理机械作用，来改变豆渣膳食纤维的化学组成和物理结构，从而改善豆渣的物化特性和功能品质。物理法具有处理时间短、工艺简单、无溶剂残留、成本较低等优点，成为近年来豆渣品质改良领域研究的热点。

4.1 双螺杆挤压

双螺杆挤压是通过一对相互平行啮合的螺杆推动物料，物料前进过程中与螺杆、机筒之间发生强烈的摩擦和剪切，通过控制挤压机内不同区域的温度，可使物料逐渐升温并产生高压，当物料被挤出时，压力迅速释放，游离水分急剧蒸发，物料随之发生膨化。挤压过程中的高剪切力可使豆渣纤维之间的连接键断开，纤维向小分子结构降解，同时发生半纤维素的释放和降解，因而提高了豆渣的SDF含量。此外，挤压所产生的高温使豆渣中残存蛋白质的空间结构发生变化，削弱了蛋白质之间的疏水作用，并使部分包埋在分子内部的疏水基团暴露出来，因而提高了豆渣的水溶性和乳化性。研究发现，采用双螺杆挤压机处理豆渣，其SDF含量可由2%提高至27%～30%，IDF含量明显下降，豆渣的水溶性、膨胀性、乳化性、起泡性、流动性、持水性、持油性得到提高［26-29］。

4.2 超高压

超高压技术是指将食品放入液体介质，在100～1000 MPa压力下，不仅会影响细胞形态，还能使氢键、离子键、疏水键等非共价键发生变化，导致蛋白质、淀粉、纤维素等生物大分子的结构和性能发生改变。李凤研究显示，经700 MPa高压处理的大豆膳食纤维，其组织结构变得更加疏松、多孔，因而持水力和膨胀率有所增加，但其瓣膜状的空间结构并没有改变，因而大豆膳食纤维的根本性质也没有改变［30］。Mateos-Aparicio等采用400 MPa高压结合热处理（60℃），豆渣的SDF含量提高了8倍，且其膨胀性、持水（油）性等也得到改善［31］。

4.3 超微粉碎

超微粉碎是一种新型加工技术，可将物料粒径降低至几微米到几十微米范围。在食品加工领域，可通过降低物料粒度，改善原料的口感、分散性、持水性等加工性能。超微粉碎可采用高压均质机、胶体磨、动态高压微射流机等设备予以实现。豆渣经超微粉碎机处理后，其分散性、水溶性、膨胀性、粘度、阳离子交换能力显著提高，而持水力、持油力有一定程度的下降；SDF含量显著增加，其原因是部分结构致密不溶性的半纤维素和不溶性果胶化合物发生熔融现象或部分键断裂，转变为可溶性的结构疏松的半纤维素及可溶性果胶［32-33］。涂宗财等报道，豆渣经动态高压微射流处理后，SDF含量提高1倍多，膨胀力、持水力、持油力显著改善，胆汁酸结合能力提高，阳离子交换能力无显著变化，其原因是均质过程中，剧烈的处理条件（如液体高速撞击、高速剪切、空穴爆炸、高速振荡等作用）使纤维物料外层致密的表层破碎，组织疏松，膳食纤维聚合物多糖分子链间的弱作用力减弱或消失，聚合度下降，亲水基团裸露，因而SDF含量增多，持水力提高；膨胀力提高说明纤维的网状结构没有被破坏；豆渣粒度变小，比表面积增大，因而胆汁酸结合能力增强；豆渣膳食纤维侧链基团或糖醛酸含量没有受到影响，因而阳离子交换能力不变［4］。

4.4 高温蒸煮或微波处理

高温蒸煮或微波处理是一种常用的物理改性方法。在高温、高压条件下，豆渣纤维的致密多孔网状结构被破坏，组织结构变疏松，表面完整性降低，因而水溶性成分增多，豆渣的品质特性发生改变。郑刚等采用高压（120℃）蒸煮豆渣膳食纤维30 min，SDF含量提高69.4%，持水力和结合水力下降，膨胀性略有降低［34］。朱昌玲等将豆渣在140℃蒸煮100 min，水溶性大豆多糖的得率可达22.9%［35］。Tsubaki等报道，200℃、7 min的微波处理能够使豆渣水溶性多糖的溶出率提高70%［36］。

4.5 蒸汽爆破

蒸汽爆破是将原料置于高温、高压的环境中，孔隙中充满蒸汽，当瞬间解除高压时，原料空隙中的过热蒸汽迅速气化，体积急剧膨胀而使细胞“爆破”，细胞壁破裂形成多孔，小分子物质从细胞内释放出来。在蒸汽爆破过程中，存在类酸性水解及热降解、类机械断裂、氢键破坏等作用，因而能够将纤维素进行降解破坏，使其转化为SDF［37］。蒸汽爆破技术出现已有80多年历史，主要用于木质纤维的预处理，提高纤维素对酶及化学试剂的可及性。目前，蒸汽爆破在食品中的应用还比较少［38-41］，且尚未用于豆渣的品质改良。鉴于蒸汽爆破对IDF有很好的断裂、降解、疏松、破坏作用，因而能够使其转化为SDF，进而改善豆渣的品质特性。而且，蒸汽爆破在处理过程中只需高温蒸汽，不添加任何化学物质，具有工艺简单、成本较低、处理时间短、效率高、安全无毒的特点，是一种很有前景的改良豆渣品质的方法。

综上所述，物理法主要是通过减小豆渣粒度、破坏纤维素之间的紧密结构、使纤维素、半纤维素发生部分降解等作用，提高SDF含量，改善豆渣口感和品质特性。物理法处理时间短、处理量大、工艺简便易行，因而具有很好的开发应用前景。物理法种类较多，但目前具有较强应用价值的是双螺杆挤压和超微粉碎。蒸汽爆破虽尚未应用，但因其独特的优势，今后可能会成为豆渣品质改良领域的研究热点之一。

5 多种技术联用

上述豆渣品质改良方法各有优缺点，若将几种方法结合起来使用，充分发挥各自的优势，则能够进一步提高豆渣品质的改良效果。目前比较常用的联用技术是将酶法或物理法与其他方法结合。

5.1 酶法与其他方法联用

酶法具有反应条件温和、可控性强等优点，但由于IDF结构致密，酶难以到达反应位点，导致酶解效率不高。如果先采用物理、化学等方法破坏、疏松豆渣IDF的致密结构，暴露出酶的作用位点，再进行酶解处理，则能大大提高酶解效果。例如，王文侠等先对豆渣进行超微粉碎和挤压膨化处理，再加纤维素酶进行酶解，SDF得率较高［13］。叶鸿剑等采用加酶挤压技术，利用双螺杆挤压机作为连续酶反应器能够得到不同SDF含量的豆渣产物，并且能够实现豆渣连续酶法处理［42］。周丽珍等采用高温蒸煮结合纤维素酶解的方法处理豆渣，SDF得率为31.89%，明显高于单独采用高温蒸煮法的10.85%［43］。李娜等采用化学试剂结合酶处理，制备得到高纯度的豆渣膳食纤维，且产品理化特性得到明显改善［44］。林宁晓采用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌对豆渣进行发酵，使部分不溶组分转化为可溶组分，膳食纤维致密的网状结构变得疏松，然后加纤维素酶进行酶解，进一步增加SDF的得率［45］。

5.2 物理法与其他方法联用

物理法具有作用时间短、处理效率高、工艺简单等优点，但其可控性较差，仅仅依靠物理机械作用难以有效破坏豆渣IDF糖苷键。将其与酶法、发酵法、化学法等结合使用，则能进一步提高改良效果。例如，首先采用螺杆挤压或超微粉碎对豆渣进行处理，增加豆渣比表面积，疏松IDF致密结构，再加入纤维素酶降解IDF，则能大大提高SDF得率。涂宗财等研究发现，乳酸菌发酵能提高豆渣膳食纤维的膨胀力、持水力和持油力，动态高压微射流处理能改善豆渣膳食纤维的水化性质、持油力和胆汁酸结合能力，两者均能显著提高豆渣的SDF含量，发酵后的豆渣经动态高压微射流改性后，SDF/IDF达到1/2.6［4］。

将物理法与化学法结合，或者两种不同的物理法联用，也能产生良好的效果。碱则是纤维的膨润剂，有利于使纤维结构松散。王文侠等先用5%NaOH溶液浸泡豆渣12 h，然后进行挤压膨化处理，SDF含量由4.26%提高到32.37%［46］。吴占威等采用螺杆挤压——超微粉碎联用处理，豆渣的分散性明显优于直接超微粉碎，截留物质量仅为1.53 g，更适合冲调产品［33］。

6 展望

豆渣作为一种物美价廉、来源广泛的膳食纤维资源，具有很好的开发应用前景，但其SDF含量低、品质特性较差的缺陷，限制了它在食品中的应用范围和应用效果。上述改善豆渣品质的方法各有优缺点，豆制品企业要结合自己的实际情况、生产规模、开发目的等，采取适合自身特点和需求的方法。此外，湿豆渣含水量高，容易腐败变质，而且我国豆制品厂大多规模较小，缺乏对豆渣进行复杂处理的能力，因而对豆渣的加工处理要尽可能的快速、简便。因此，科研工作者也要根据我国豆渣的生产现状，有针对性地开发适应国情、厂情的改良豆渣品质的方法，改善豆渣在食品中的应用效果，从而提高豆渣的开发利用率。

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Reasearch progress on the methods for quality improvement of okara

KANG Fang-fang，YANG Wei，LU Fei，LI Yun-bo，MA Han-jun，LI Bo
（School of Food Science，Henan Institute of Science and Technology，Xinxiang 453003，China）

The defects of low content on soluble dietary fiber and week taste limit the application of okara on foods.This paper summarized the research progress of improvement methods for okara's quality，analyzed and probed the mechanisms，modified effects，advantages and disadvantages，application prospects of chemical method，enzymatic method，fermentative method，physical method and multi-methods technology.This would provide reference for the use of okara.

okara；dietary fiber；quality improvement；research progress

TS209

A

1002-0306（2016）02-0374-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.02.068

2015－03－27

康芳芳（1991-），女，硕士研究生，研究方向：功能性食品，E-mail：572500496@qq.com。

*通讯作者：李波（1973-），男，博士，教授，研究方向：功能性食品，E-mail：libohnxx@163.com。

河南省高校科技创新团队支持计划（13IRTSTHN006）；河南省产学研合作项目（132107000060）。