豆制品廢水資源化利用研究現(xiàn)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(xiàn)狀

林春陽，王春勇*，興長策，朱博

（遼寧工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

介紹了豆制品廢水的資源化利用現(xiàn)狀，并論述了豆制品廢水的資源化利用途徑，包括培養(yǎng)微生物、以黃漿水為原料加工食品以及膜技術(shù)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(yōu)勢及局限性，最后對未來豆制品廢水的資源化利用方法進(jìn)行了展望。

豆制品廢水；微生物培養(yǎng)；膜分離技術(shù)；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(tǒng)食物，其歷史悠久，且長期被用作蛋白質(zhì)來源，凝結(jié)著中華民族數(shù)千年智慧的結(jié)晶[1]。豆制品具有極好的營養(yǎng)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(jìn)結(jié)腸中有益細(xì)菌的生長，被認(rèn)為是益生元[2]。此外，豆制品口感和風(fēng)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(fā)酵豆豉（如豆豉、納豆、醬油等）和未發(fā)酵豆制品（如豆奶和豆腐）。近年來，我國豆制品產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，產(chǎn)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(yè)還存在許多問題，例如傳統(tǒng)的豆制品生產(chǎn)，大多在小作坊進(jìn)行，而且生產(chǎn)中的衛(wèi)生問題很難控制。此外，許多企業(yè)缺乏科學(xué)的生產(chǎn)工藝和核心技術(shù)，自動化水平較低。豆制品行業(yè)產(chǎn)生的廢水未經(jīng)處理直接排放，對環(huán)境造成嚴(yán)重污染[5]。隨著人們對豆制品需求、質(zhì)量和安全等要求提升，將傳統(tǒng)豆制品生產(chǎn)技術(shù)與新型設(shè)備相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)豆制品的自動化生產(chǎn)將是未來的發(fā)展方向。隨著豆制品質(zhì)量和產(chǎn)量的不斷提高，產(chǎn)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(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量廢水，其中以泡豆水、清洗水和壓榨過程中產(chǎn)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(shè)備產(chǎn)生的廢水，其所含雜質(zhì)較多。大豆黃漿水則是以大豆為原料，在豆腐生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的液體副產(chǎn)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?jié){或豆?jié){飲料，大豆蛋白與鹽或酸凝固制成豆腐。而豆腐經(jīng)過凝固和擠壓后會產(chǎn)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(jī)廢水，其COD高達(dá)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(zhì)組成，水質(zhì)微黃，且容易變質(zhì)[7]。

1.3 危害

豆制品廢水是一種可生化性好的高濃度有機(jī)廢水。豆制品廢水如果不經(jīng)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(dǎo)致大多數(shù)水生生物死亡，產(chǎn)生惡臭，引起水質(zhì)惡化[8]。此外，廢水中所含的維生素、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和碳水化合物是許多微生物所需的營養(yǎng)物質(zhì)[9]。廢水進(jìn)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(zhì)惡化，魚類等生物死亡，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化[10]。

豆制品廢水中還含有皂甙等功能成分，工廠生產(chǎn)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(yán)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(xiàn)狀

豆制品廢水的處理方法主要集中在將廢水中蛋白質(zhì)和低聚糖作為有機(jī)污染物直接去除的生物過程[12-14]。蛋白質(zhì)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(yǎng)基 質(zhì)[15-16]，以及用于食品開發(fā)[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(zhì)培養(yǎng)微生物

微藻具有光合速率高、生長速度快、環(huán)境適應(yīng)性好、運(yùn)行成本低以及作為生物質(zhì)來源的潛力等特殊優(yōu)勢，因此其在固定來自工業(yè)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(yǎng)微藻。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在大豆廢水與模擬煙氣的雜交培養(yǎng)體系中可以培養(yǎng)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(fù)合工藝處理大豆加工廢水。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此方法對大豆廢水的高效凈化效率為60.8%，體現(xiàn)了吸附-微藻雜交工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性。SHEN[26]等用大豆廢水培養(yǎng)斜曲霉，培養(yǎng)8天后COD的去除率為72%，驗(yàn)證了氮、磷在葡萄糖培養(yǎng)中的作用，為高效處理大豆廢水提供了一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的選擇。

由于豆制品生產(chǎn)過程中會生產(chǎn)大量廢水，若用豆制品廢水培養(yǎng)微生物并投入工業(yè)化使用，同時達(dá)到對豆制品廢水的凈化作用，不僅需要苛刻的培養(yǎng)條件，還要考慮培養(yǎng)過程中對人們觀感的影響以及是否有異味產(chǎn)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(yīng)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(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)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(jù)。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(zhì)感細(xì)膩、營養(yǎng)保健的黃漿水蘋果汁復(fù)合飲料，不僅為功能性負(fù)荷飲料的研制提供理論依據(jù)，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(shù)分離豆制品廢水中的有用成分

膜分離技術(shù)以選擇性透過膜作為分離介質(zhì)，在膜兩側(cè)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(shù)被廣泛應(yīng)用于食品濃縮、澄清及分離等過程。根據(jù)料液中蛋白質(zhì)和糖類物質(zhì)分子大小差異，可以從豆制品廢水中分離回收蛋白質(zhì)、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(jié)果表明，采用超濾膜技術(shù)對黃漿水進(jìn)行綜合處理后，蛋白質(zhì)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(jù)。秦學(xué)磊[33]等將黃漿水用殼聚糖絮凝后進(jìn)行超濾處理，結(jié)果表明，經(jīng)絮凝超濾后，黃漿水中蛋白質(zhì)的回收率為76.1%，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50.7%，為黃漿水中蛋白質(zhì)的回收提供了有效的方法和理論依據(jù)。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(zhì)量截留率的中空纖維膜（MWCO）來評價蛋白質(zhì)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(jié)濃縮工藝和納濾濃縮大豆乳清，以濃縮異黃酮含量。經(jīng)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(shù)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(chǎn)生的濃差極化以及污垢導(dǎo)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(nèi)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(xué)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(xiàn)狀，豆制品廢水中含有豐富的蛋白質(zhì)、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(zhì)，未來工作可以探索更具經(jīng)濟(jì)效益的方法。

1）膜技術(shù)依舊是最有前景的分離方法，通過優(yōu)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(zhuǎn)陶瓷膜。

2）可以嘗試一些無害經(jīng)濟(jì)的有機(jī)絮凝劑，將絮凝出的有價組分用于家禽飼料的生產(chǎn)。

3）泡沫分離法設(shè)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(jìn)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(xué)研究經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（項(xiàng)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(fù)。

X703

A

1004-0935（2021）12-1827-03