豆渣品質改良技術研究進展

康芳芳，楊 偉，蘆 菲，李云波，馬漢軍，李 波（河南科技學院食品學院，河南新鄉453003）

豆渣品質改良技術研究進展

康芳芳，楊 偉，蘆 菲，李云波，馬漢軍，李 波
（河南科技學院食品學院，河南新鄉453003）

豆渣因可溶性膳食纖維含量低、口感粗糙等缺陷，限制了它在食品中的應用。本文綜述了改良豆渣品質特性方法的研究進展，對化學法、酶法、發酵法、物理法以及多方法聯用的作用機理、改良效果、優缺點、應用前景等進行了分析和探討，以期為豆渣的開發利用提供參考。

豆渣，膳食纖維，品質改良，研究進展

豆渣（soybean residue，okara）是生產豆腐、豆漿、豆奶等豆制品的副產物。每加工1 t大豆，約產生1.2 t濕豆渣［1］。豆渣含有約50%膳食纖維和20%蛋白質，另外含有異黃酮、木酚素、植物固醇等營養成分，具有很高的營養保健價值［2］。

根據溶解性的差異，豆渣中的膳食纖維可分為不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）和可溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）。雖然膳食纖維在人體內不能被消化吸收，卻具有多種生理功能，如預防結腸癌和乳腺癌，調節血糖水平、預防糖尿病，調節血脂水平、預防心血管疾病，改善胃腸道功能、預防胃腸道疾病，控制體重、預防肥胖等［3］。IDF和SDF對人體有著不同的生理功能：IDF能增加糞便的體積，促進腸道蠕動，因而具有預防便秘、腹瀉、腸癌的功能；SDF則更多地發揮代謝功能，具有提高葡萄糖耐受力、降低膽固醇水平等生理功效［3-4］。膳食纖維中可溶性成分的組成比例是影響其生理功能的一個重要因素。有學者提出，膳食纖維中含有30%～50%的SDF才是高品質膳食纖維［5］。

中國是豆制品生產和消費大國，豆制品廠每天產生大量的濕豆渣，但目前我國對豆渣的開發利用程度比較低，大部分濕豆渣被作為飼料或者廢棄物處理，既浪費了資源，又污染了環境。豆渣利用率低的原因，主要是：濕豆渣含水量高，容易腐敗變質，但因其粘度大，傳統干燥方法效果較差；豆渣SDF所占比例小，不到總膳食纖維的5%，口感粗糙，限制了它在食品中的應用。因此，探尋適合濕豆渣的干燥方法，對豆渣進行改性處理，提高SDF含量，改善豆渣品質特性，是提高豆渣利用率的重要途徑。

目前，對豆渣進行品質改良的方法已有研究報道，主要包括化學法、酶法、發酵法和物理法。本文綜述了該領域的研究進展，對這些方法的作用機理、處理條件、改良效果、優缺點、應用前景等進行了分析探討，以期為豆渣的有效開發利用提供參考。

1 化學法

化學法是通過加入酸、堿、離子液體等化學試劑，控制適當的pH、溫度和反應時間，使豆渣中的纖維素和半纖維素的糖苷鍵斷裂，大分子聚合度下降，從而提高水溶性多糖的比例［6］。

1.1 酸法

采用低濃度鹽酸處理豆渣，使不溶性多糖發生部分酸水解，從而提高SDF比例。Furuta等在pH2.0、100℃條件下提取1.5 h，豆渣中SDF含量大幅提高；在pH3.0條件下提取4.5 h，SDF含量達到8%左右［7］。姜錄等采用鹽酸溶液水解豆渣，當水解溫度90℃、水解時間5 h、鹽酸溶液添加量與原料比值為2.75時，豆渣的水解率為58.02%［8］。采用酸水解時，要注意控制鹽酸的濃度和反應時間，避免多糖被過度水解，進一步轉化為單糖和低聚糖。

1.2 堿法

在堿性溶液中，多糖還原性末端的糖基會逐個分解下來，即發生“剝皮”反應，進而使多糖分子量降低，水溶性增強。孫云霞等利用Na2CO3溶液提取豆渣中的SDF，將5 g濕豆渣置于75 mL、4%的Na2CO3溶液中，在90℃浸提1 h，可得到產率為41.86%的SDF［9］。婁海偉等采用液固比26∶1、溫度89℃、時間68 min、NaOH濃度1.12%的條件處理擠壓豆渣，可使SDF產率達到34.12%［10］。此外，豆渣中含有一定量的蛋白質和脂肪。在制備豆渣纖維時，采用堿處理（如5% NaOH、在80℃浸泡1 h），結合胰蛋白酶酶解，能夠除去蛋白質和脂肪，從而提高產品的質量［11］。

1.3 離子液體法

離子液體是由正負離子組成的、室溫或使用溫度下呈液態的鹽，是一類溶解能力強、不揮發、低毒、可設計的綠色溶劑。目前，離子液體已在食品成分的提取分離、分析檢測、物性修飾等方面顯示出較好效果，它能夠破壞淀粉和微晶纖維素的結晶結構，改善其性能。豆渣經離子液體處理后，SDF含量顯著提高，其提高效果隨離子液體陽離子基團的延長而減弱，1-乙基-2-甲基咪唑乙酸鹽的效果最好，可將SDF含量從5.97%提高到17%，SDF/IDF比值從0.17提高到0.69，豆渣的持水力、持油力顯著增加［12］。

化學法（尤其是酸法）對多糖的降解程度高，成本較低，但也存在副反應較多、工藝過程復雜、化學試劑污染、多糖水解程度較難控制等缺陷，因而目前主要用于豆渣水溶性膳食纖維的提取制備［6］。

2 酶法

采用適宜的酶水解，能夠使不溶性多糖發生降解，從而提高SDF含量，改善豆渣的品質。

2.1 纖維素酶水解

一般認為，豆渣IDF的主要成分為纖維素，因而采用纖維素酶進行水解，能夠使纖維多糖發生降解，多糖聚合度下降，分子量降低，從而使一部分不溶性成分轉變成可溶性成分。王文俠等以擠壓膨化豆渣為原料，利用纖維素酶制備高活性膳食纖維，在pH5.0、溫度50℃、纖維素酶添加量2%、反應時間2.5 h、料水比1∶18的條件下，豆渣SDF得率為23.9%，且900 ku的大分子量SDF組分有所減少［13］。劉昊飛以生產大豆分離蛋白所產生的豆渣為原料，對4種來源不同的纖維素酶進行了篩選，其中Viscozyme L提取豆渣SDF的得率最高，最佳酶解條件為：加酶量0.5%，溫度45℃，pH4.5，料水比1∶15，反應時間1.5 h，在此條件下豆渣SDF得率為27.27%［14］。

直接以豆渣為原料進行酶法改性，所需酶量較多，不僅成本較高，而且容易將豆渣中原有的SDF過度酶解，從而造成SDF得率偏低的現象。若將豆渣中原有的SDF提取后，再對剩余的IDF進行酶解改性，則能避免這種情況。景言等以堿處理豆渣制備SDF后剩余的不溶性殘渣為原料，采用纖維素酶處理，在加酶量1.8%、時間3.5 h、溫度48℃、pH4.8條件下，豆渣SDF得率可達7.64%。掃描電鏡顯示，酶法制備的豆渣SDF顆粒較小，呈現蜂窩狀，顆粒表面積增大，有利于水合特性的提高［15］。

2.2 復合多糖酶的使用

研究表明，豆渣SDF除纖維素之外，還包括其他結構類型的多糖，因此還可以選用纖維素酶之外的其他多糖水解酶，以提高SDF的轉化率。豆渣粗多糖依次用0.05 mol/L EDTA+草酸銨、0.05 mol/L NaOH、1 mol/L NaOH和4 mol/L NaOH進行提取，可得到級分F1、F2、F3、F4和不溶性成分F5，得率分別為7.7%、3.6%、20.7%、16.0%和27.9%。根據這5個級分的單糖組成和甲基化分析結果，可推測級分F1和F2含有大量的果膠聚合物，級分F3和F4含有較多的半乳糖和阿拉伯半乳聚糖，級分F5主要含有纖維素，另外含有少量的木聚糖和木糖葡聚糖［16］。由此可見，纖維素只占豆渣多糖總量的20%左右，若僅采用纖維素酶進行處理，則SDF提高程度有限。若結合果膠酶、半乳聚糖酶、木聚糖酶等進行酶解，則會有更多的不溶性多糖被降解，從而大大提高豆渣SDF的得率。目前這方面的研究尚未見報道。

2.3 復合酶水解

在豆渣膳食纖維提取制備過程中，通過加入蛋白酶、淀粉酶等酶制劑，可除去豆渣中含有的蛋白質、淀粉等雜質，從而提高膳食纖維的純度［17］。周德紅等采用復合蛋白酶（Protamex）、風味蛋白酶（Flavourzyme）、復合纖維素酶（Viscozyme L）對豆渣進行水解，在纖維素酶添加量為1.2%、豆渣/水為1∶12，pH4.5、水解時間12 h、溫度40℃時，SDF得率可達39.03%［18］。

綜上所述，酶法具有選擇性好、專一性強、反應條件溫和、安全無毒等優點，但酶法成本較高，且需選擇適宜的酶。在酶解之前，最好對豆渣進行預處理，使緊密的纖維結構變得疏松，以提高酶的作用效率。

3 發酵法

發酵法是利用微生物發酵產生的酶，對纖維素、半纖維素進行降解，從而提高豆渣SDF含量，降低豆渣纖維粒度，改善豆渣口感和品質特性。

3.1 單一菌株發酵

發酵豆渣是我國南方許多省份的傳統食品，俗稱霉豆渣，在印度尼西亞、日本等國也有較多的發酵豆渣食品［19］。發酵豆制品中常用的菌種有毛霉、根霉、曲霉、納豆菌、枯草芽孢桿菌等。朱運平等研究了這5種菌種發酵豆渣中主要營養成分、纖維結構及抗氧化活性的變化規律。結果表明，與蒸煮豆渣相比，發酵豆渣的蛋白質含量增加，脂肪含量減少，粗纖維含量略有降低，豆渣水提物和醇提物的抗氧化活性明顯提高。發酵豆渣中的纖維塊明顯減小，這可能是豆渣在微生物各種酶，如纖維素酶、半纖維素酶、蛋白酶及淀粉酶的共同作用下，大分子物質蛋白質、纖維素部分被降解，同時一些原本結合在一起的蛋白質和纖維素得以分離，因而形成許多小的顆粒結構［20］。

能夠分泌纖維素酶的微生物主要是霉菌。李想對里氏木霉Rut C-30進行紫外誘變，選育出能夠利用豆渣作為基質的優良發酵菌株，在28℃、160 r/min搖床發酵培養3 d，豆渣SDF含量最高為42.79%。經分析，發酵結束后，豆渣纖維素降解了90%，半纖維素降解55.4%，IDF由53%降至20%以下，纖維素比半纖維素更容易水解和轉化［21］。謝婧研究了毛霉發酵對豆渣主要營養成分的影響規律，在pH5.5、25℃、3 d、85%水分的最佳發酵條件下，豆渣粗脂肪從14.36%增至16.72%，蛋白質由33.04%降至21.87%，游離氨基酸總量從0.22%增至1.10%，可溶性總糖由8.46%增加至10.99%，并產生0.37 mg/100 g維生素B2，SDF含量由5.39%增至10.16%，異黃酮含量增加了約2倍，且由結合型糖苷向高活性的游離型苷元轉變［22］。李艷芳等選用傳統發酵豆醬中常用的米曲霉和黑曲霉對新鮮豆渣進行發酵，在28℃、95%相對濕度條件下，豆渣渣感減弱，吞咽變易，口感明顯改善，其原因是發酵豆渣過程中所產生的酶降解了豆渣中的纖維素和半纖維素，導致豆渣顆粒變小。黑曲霉對渣感的改善效果好于米曲霉［23］。

3.2 復合菌株發酵

采用復合菌種發酵，能夠充分利用不同菌種的優點，提高發酵效率，改進發酵效果。何曉哲利用黑曲霉、綠色木霉混合菌液對豆渣進行發酵，SDF含量增加了4.46倍，達到22.76%，占總膳食纖維比例由6.59%提高到43.21%。發酵產品顆粒度小，質地均勻，口感細膩，氣味淡香。最佳發酵工藝條件為：黑曲霉/綠色木霉為2∶1，時間45 h，溫度26℃，接種量10%，發酵液初始pH6［24-25］。

發酵法成本低廉，相對安全，還能改善豆渣粗糙的口感，提高其營養保健價值。但微生物發酵操作較為復雜，發酵條件需嚴格控制，發酵周期較長，限制了它的應用。

4 物理法

物理法是指通過高溫、高壓、高剪切力等物理機械作用，來改變豆渣膳食纖維的化學組成和物理結構，從而改善豆渣的物化特性和功能品質。物理法具有處理時間短、工藝簡單、無溶劑殘留、成本較低等優點，成為近年來豆渣品質改良領域研究的熱點。

4.1 雙螺桿擠壓

雙螺桿擠壓是通過一對相互平行嚙合的螺桿推動物料，物料前進過程中與螺桿、機筒之間發生強烈的摩擦和剪切，通過控制擠壓機內不同區域的溫度，可使物料逐漸升溫并產生高壓，當物料被擠出時，壓力迅速釋放，游離水分急劇蒸發，物料隨之發生膨化。擠壓過程中的高剪切力可使豆渣纖維之間的連接鍵斷開，纖維向小分子結構降解，同時發生半纖維素的釋放和降解，因而提高了豆渣的SDF含量。此外，擠壓所產生的高溫使豆渣中殘存蛋白質的空間結構發生變化，削弱了蛋白質之間的疏水作用，并使部分包埋在分子內部的疏水基團暴露出來，因而提高了豆渣的水溶性和乳化性。研究發現，采用雙螺桿擠壓機處理豆渣，其SDF含量可由2%提高至27%～30%，IDF含量明顯下降，豆渣的水溶性、膨脹性、乳化性、起泡性、流動性、持水性、持油性得到提高［26-29］。

4.2 超高壓

超高壓技術是指將食品放入液體介質，在100～1000 MPa壓力下，不僅會影響細胞形態，還能使氫鍵、離子鍵、疏水鍵等非共價鍵發生變化，導致蛋白質、淀粉、纖維素等生物大分子的結構和性能發生改變。李鳳研究顯示，經700 MPa高壓處理的大豆膳食纖維，其組織結構變得更加疏松、多孔，因而持水力和膨脹率有所增加，但其瓣膜狀的空間結構并沒有改變，因而大豆膳食纖維的根本性質也沒有改變［30］。Mateos-Aparicio等采用400 MPa高壓結合熱處理（60℃），豆渣的SDF含量提高了8倍，且其膨脹性、持水（油）性等也得到改善［31］。

4.3 超微粉碎

超微粉碎是一種新型加工技術，可將物料粒徑降低至幾微米到幾十微米范圍。在食品加工領域，可通過降低物料粒度，改善原料的口感、分散性、持水性等加工性能。超微粉碎可采用高壓均質機、膠體磨、動態高壓微射流機等設備予以實現。豆渣經超微粉碎機處理后，其分散性、水溶性、膨脹性、粘度、陽離子交換能力顯著提高，而持水力、持油力有一定程度的下降；SDF含量顯著增加，其原因是部分結構致密不溶性的半纖維素和不溶性果膠化合物發生熔融現象或部分鍵斷裂，轉變為可溶性的結構疏松的半纖維素及可溶性果膠［32-33］。涂宗財等報道，豆渣經動態高壓微射流處理后，SDF含量提高1倍多，膨脹力、持水力、持油力顯著改善，膽汁酸結合能力提高，陽離子交換能力無顯著變化，其原因是均質過程中，劇烈的處理條件（如液體高速撞擊、高速剪切、空穴爆炸、高速振蕩等作用）使纖維物料外層致密的表層破碎，組織疏松，膳食纖維聚合物多糖分子鏈間的弱作用力減弱或消失，聚合度下降，親水基團裸露，因而SDF含量增多，持水力提高；膨脹力提高說明纖維的網狀結構沒有被破壞；豆渣粒度變小，比表面積增大，因而膽汁酸結合能力增強；豆渣膳食纖維側鏈基團或糖醛酸含量沒有受到影響，因而陽離子交換能力不變［4］。

4.4 高溫蒸煮或微波處理

高溫蒸煮或微波處理是一種常用的物理改性方法。在高溫、高壓條件下，豆渣纖維的致密多孔網狀結構被破壞，組織結構變疏松，表面完整性降低，因而水溶性成分增多，豆渣的品質特性發生改變。鄭剛等采用高壓（120℃）蒸煮豆渣膳食纖維30 min，SDF含量提高69.4%，持水力和結合水力下降，膨脹性略有降低［34］。朱昌玲等將豆渣在140℃蒸煮100 min，水溶性大豆多糖的得率可達22.9%［35］。Tsubaki等報道，200℃、7 min的微波處理能夠使豆渣水溶性多糖的溶出率提高70%［36］。

4.5 蒸汽爆破

蒸汽爆破是將原料置于高溫、高壓的環境中，孔隙中充滿蒸汽，當瞬間解除高壓時，原料空隙中的過熱蒸汽迅速氣化，體積急劇膨脹而使細胞“爆破”，細胞壁破裂形成多孔，小分子物質從細胞內釋放出來。在蒸汽爆破過程中，存在類酸性水解及熱降解、類機械斷裂、氫鍵破壞等作用，因而能夠將纖維素進行降解破壞，使其轉化為SDF［37］。蒸汽爆破技術出現已有80多年歷史，主要用于木質纖維的預處理，提高纖維素對酶及化學試劑的可及性。目前，蒸汽爆破在食品中的應用還比較少［38-41］，且尚未用于豆渣的品質改良。鑒于蒸汽爆破對IDF有很好的斷裂、降解、疏松、破壞作用，因而能夠使其轉化為SDF，進而改善豆渣的品質特性。而且，蒸汽爆破在處理過程中只需高溫蒸汽，不添加任何化學物質，具有工藝簡單、成本較低、處理時間短、效率高、安全無毒的特點，是一種很有前景的改良豆渣品質的方法。

綜上所述，物理法主要是通過減小豆渣粒度、破壞纖維素之間的緊密結構、使纖維素、半纖維素發生部分降解等作用，提高SDF含量，改善豆渣口感和品質特性。物理法處理時間短、處理量大、工藝簡便易行，因而具有很好的開發應用前景。物理法種類較多，但目前具有較強應用價值的是雙螺桿擠壓和超微粉碎。蒸汽爆破雖尚未應用，但因其獨特的優勢，今后可能會成為豆渣品質改良領域的研究熱點之一。

5 多種技術聯用

上述豆渣品質改良方法各有優缺點，若將幾種方法結合起來使用，充分發揮各自的優勢，則能夠進一步提高豆渣品質的改良效果。目前比較常用的聯用技術是將酶法或物理法與其他方法結合。

5.1 酶法與其他方法聯用

酶法具有反應條件溫和、可控性強等優點，但由于IDF結構致密，酶難以到達反應位點，導致酶解效率不高。如果先采用物理、化學等方法破壞、疏松豆渣IDF的致密結構，暴露出酶的作用位點，再進行酶解處理，則能大大提高酶解效果。例如，王文俠等先對豆渣進行超微粉碎和擠壓膨化處理，再加纖維素酶進行酶解，SDF得率較高［13］。葉鴻劍等采用加酶擠壓技術，利用雙螺桿擠壓機作為連續酶反應器能夠得到不同SDF含量的豆渣產物，并且能夠實現豆渣連續酶法處理［42］。周麗珍等采用高溫蒸煮結合纖維素酶解的方法處理豆渣，SDF得率為31.89%，明顯高于單獨采用高溫蒸煮法的10.85%［43］。李娜等采用化學試劑結合酶處理，制備得到高純度的豆渣膳食纖維，且產品理化特性得到明顯改善［44］。林寧曉采用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌對豆渣進行發酵，使部分不溶組分轉化為可溶組分，膳食纖維致密的網狀結構變得疏松，然后加纖維素酶進行酶解，進一步增加SDF的得率［45］。

5.2 物理法與其他方法聯用

物理法具有作用時間短、處理效率高、工藝簡單等優點，但其可控性較差，僅僅依靠物理機械作用難以有效破壞豆渣IDF糖苷鍵。將其與酶法、發酵法、化學法等結合使用，則能進一步提高改良效果。例如，首先采用螺桿擠壓或超微粉碎對豆渣進行處理，增加豆渣比表面積，疏松IDF致密結構，再加入纖維素酶降解IDF，則能大大提高SDF得率。涂宗財等研究發現，乳酸菌發酵能提高豆渣膳食纖維的膨脹力、持水力和持油力，動態高壓微射流處理能改善豆渣膳食纖維的水化性質、持油力和膽汁酸結合能力，兩者均能顯著提高豆渣的SDF含量，發酵后的豆渣經動態高壓微射流改性后，SDF/IDF達到1/2.6［4］。

將物理法與化學法結合，或者兩種不同的物理法聯用，也能產生良好的效果。堿則是纖維的膨潤劑，有利于使纖維結構松散。王文俠等先用5%NaOH溶液浸泡豆渣12 h，然后進行擠壓膨化處理，SDF含量由4.26%提高到32.37%［46］。吳占威等采用螺桿擠壓——超微粉碎聯用處理，豆渣的分散性明顯優于直接超微粉碎，截留物質量僅為1.53 g，更適合沖調產品［33］。

6 展望

豆渣作為一種物美價廉、來源廣泛的膳食纖維資源，具有很好的開發應用前景，但其SDF含量低、品質特性較差的缺陷，限制了它在食品中的應用范圍和應用效果。上述改善豆渣品質的方法各有優缺點，豆制品企業要結合自己的實際情況、生產規模、開發目的等，采取適合自身特點和需求的方法。此外，濕豆渣含水量高，容易腐敗變質，而且我國豆制品廠大多規模較小，缺乏對豆渣進行復雜處理的能力，因而對豆渣的加工處理要盡可能的快速、簡便。因此，科研工作者也要根據我國豆渣的生產現狀，有針對性地開發適應國情、廠情的改良豆渣品質的方法，改善豆渣在食品中的應用效果，從而提高豆渣的開發利用率。

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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，碩士研究生，研究方向：功能性食品，E-mail：572500496@qq.com。

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

河南省高校科技創新團隊支持計劃（13IRTSTHN006）；河南省產學研合作項目（132107000060）。