发酵豆渣的菌种选择及应用研究进展

杨洋，汤晓娟，王江勤，扈晓杰，刘云国*

（1.新疆大学生命科学与技术学院，新疆 乌鲁木齐 830046；2.临沂大学生命科学学院，山东 临沂 276000；3.豆黄金食品有限公司，山东 临沂 273400）

随着农业生产水平和人民生活水平的提高，豆制品的种类越来越多，豆渣的产量也随之增加[1]。据统计，我国每年的湿豆渣产量约2 000万吨[2]，巨大的年产量给其处理造成了严峻的问题，每年产生的大量豆渣，除少数被用于生产饲料，大多被直接丢弃[3]。豆渣中富含多种营养物质，干基中总膳食纤维含量高达60%、粗蛋白含量约为20%，脂肪含量约为10%，同时还含有磷脂、维生素和多种矿物质元素[4-6]，有着巨大的开发潜力。但未经处理的豆渣由于有着口感差、难贮存等缺点，使其无法充分得到利用，这不仅对环境造成了污染，同时也是一种资源的浪费。如何开发再利用豆渣成为当下的研究热门，目前主要采用的加工方法有物理法[7-8]、化学法[9]、酶法[10]以及微生物发酵法[11]，还有将上述方法联合起来使用的研究[12-13]。其目的一方面是利用这些方法对豆渣中含量最多的膳食纤维（dietary fiber，DF）进行改性，使得豆渣中可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）的含量增加，从而提升豆渣的品质以及再加工性[14-15]；另一方面消除大豆在加工过程中产生的小分子醇、醛、酮、酸、胺等挥发性化合物产生的豆腥味；此外豆渣经处理后，还可以增加其营养成分，使豆渣具有一定功能性。

豆渣加工再利用的方法中，微生物发酵法因其操作简单、成本低、安全性高等优点，被广泛采用。豆渣中富含的多种营养物质为微生物的生长提供了良好的条件，豆渣经发酵后，不仅可以改善口感、延长保质期、降低抗营养因子、提高营养价值，还具备降血脂、抑制糖尿病等独特的生理功能[16-18]。本文就发酵豆渣的微生物种类以及应用的相关研究进行综述，以期为豆渣资源的再开发利用提供参考。

1 发酵豆渣的微生物种类

近年来诸多国内外学者致力于发酵豆渣的研究，常用的微生物有以霉菌、酵母菌、食用菌为主的真菌以及芽孢杆菌、乳酸菌等细菌。在发酵过程中，按加入微生物种类的数量，可分为单一菌种发酵与混合菌种发酵。研究者们在对优势发酵菌株选育时，利用单一菌种对豆渣进行发酵，排除其它微生物可能对发酵过程产生的影响，研究发酵前后主要营养成分和功能成分的变化，以进行优良菌种的选育；混合菌发酵则能够充分利用不同菌种的优点，弥补单菌发酵所产酶系的不足，发酵效果明显优于单菌发酵，但不同菌种的发酵条件有所差异，所以需要考虑菌种间的拮抗作用等问题，发酵过程更为复杂。

1.1 霉菌

霉菌被广泛应用于发酵豆渣的研究，如黑曲霉、米曲霉、雅致放射毛霉等。一方面是因为发酵豆渣大多是以固态发酵的方式，较低的含水量在一定程度上限制了酵母菌以及乳酸菌的生长，但是一些霉菌有着发达的菌丝体，能够通过基质的表皮进入基质内部，更好地利用底物，从而有助于发酵的进行[19]；另一方面曲霉、毛霉等一些霉菌在发酵过程中能够产生纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶等多种酶系，且大多为胞外酶，其中纤维素酶能够使豆渣中不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）的糖苷键断裂，生成小分子糖，进而转化为SDF，从而提升DF的品质，起到改善豆渣口感的作用；蛋白酶能够使得豆渣粗蛋白分解成多肽、小肽和氨基酸等物质，更容易被人体吸收；此外淀粉酶、蛋白酶以及纤维素酶等，还可以促进豆渣中一些结合状态的生物活性成分的释放[20-21]，因此在发酵菌株的选育过程中，主要方向也是对高产纤维素酶、蛋白酶等菌株的筛选。管瑛[22]从湖北黄石市购的霉豆渣中分离出一种雅致放射毛霉DCY-1，并利用该菌株发酵豆渣，结果表明，豆渣经发酵后粗蛋白从28.14%上升至30.61%；粗脂肪从12.05%上升至13.32%；可溶性膳食纤维从6.01%上升至11.71%，豆渣蛋白中的氨基酸组成也发生了改变，豆渣中总酚的含量和抗氧化能力随发酵时间的延长，均有显著的提升。然而一些霉菌虽然有着良好的发酵能力，但是在利用霉菌作为发酵菌株应用于非传统食品时，需考虑所用菌株的安全性及可食用性；另外，发酵过程中霉菌产生的孢子会对豆渣的颜色及口感造成一定影响。

1.2 食用菌

香菇、平菇、灵芝等食用菌在生长过程中会产生复杂的酶系，如：蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶等，相比于霉菌，食用菌不产孢子，发酵后的豆渣具有特殊的菌菇香味，感官特性更好。申春莉等[23]利用灵芝菌丝体固态发酵豆渣，结果表明，发酵后DF含量下降了33.45%，脂肪含量下降了37.6%，多肽含量升高了65%，可溶性蛋白、氨基酸态氮分别上升了3.9倍和7.6倍。

1.3 酵母菌

近年来关于利用酵母发酵豆渣的研究越来越多，一是因为酵母在发酵过程中能够产生一些复杂酶系有助于发酵的进行；另一方面，豆渣经酵母发酵后，豆渣中的部分醛类物质转化为醇、酸、酯等，从而赋予豆渣特殊的香气[24-25]。HU等[26]利用从开菲尔谷物中筛选出的马克斯克鲁维酵母发酵豆渣，研究表明，豆渣经发酵后多糖和SDF分别增加了262%和158%，粗脂肪增加了24.5%，豆渣的加工特性也得到改善，植酸和胰蛋白酶抑制剂的活性分别下降了61.7%和92.7%，并减少了豆腥味。

1.4 芽孢杆菌

芽孢杆菌因其繁殖速度快，抗逆性比较强且能够分泌较为丰富的酶系，如蛋白酶、淀粉酶、葡聚糖酶等，而且还能够分泌一些对有害菌生长有抑制作用的活性物质，如抗菌肽、枯草菌素等，常常被用于发酵豆渣生产饲料的研究。薛世崇[27]利用乳酸菌和枯草芽孢杆菌混合固态发酵豆渣生产反刍动物饲料，并对发酵豆渣的相关特性和瘤胃降解参数进行研究，结果表明，采用两种菌株混合固态发酵豆渣能够改善豆渣的气味、提高适口性、延长其贮藏时间，而且豆渣发酵产物的粗蛋白和中性洗涤纤维等在瘤胃内的有效降解率与发酵原料相比均有显著提高。

1.5 乳酸菌

乳酸菌产纤维素酶、蛋白酶能力较弱，在以往的研究中通常与其它菌种联合进行混菌发酵，以提高豆渣的感官品质。诸多研究表明，乳酸菌在发酵过程中产生的大量有机酸、细菌素等物质，有着抑制有害菌生长的作用[28]，此外乳酸菌有较强的代谢碳水化合物产酸能力，在发酵过程中使豆渣处于酸性环境下，豆渣粗纤维的糖苷键会发生断裂，产生新的还原性末端，同时大豆纤维的大分子聚合度也不断的下降，部分转化成非消化性可溶多糖，对提升豆渣纤维的品质有着一定的作用[29]。李伟伟等[30]分别利用黑曲霉、米曲霉、毛霉3种霉菌联合乳酸菌发酵豆渣，结果表明，混菌发酵的各项特性均优于单菌发酵，其中黑曲霉与乳酸菌联合发酵的效果最好，SDF含量由黑曲霉单菌发酵的20.48%增加至28.24%，蛋白质、脂肪含量均有显著降低，结合水和吸附胆固醇的能力得到增强。

2 发酵豆渣的应用

随着社会的发展，消费者的保健意识越来越强，不再只看重风味，对产品的营养价值也有着一定程度的重视。豆渣经微生物发酵后，营养价值得到提升的同时，口感变得细腻，豆腥味得到很好的抑制，是一种高膳食纤维、低热量的食品源，被广泛应用于食品等领域的研究。

2.1 发酵豆渣在食品中的应用

2.1.1 饮料制品

豆渣经微生物发酵后膳食纤维的品质得到提高，豆腥味得到抑制，是研发高膳食纤维饮品的良好原材料。林雪娇等[31]以SDF含量为13.4%的新鲜发酵豆渣为原料，添加辅料匀浆后得到一款高膳食纤维乳饮料。王继楠[32]利用豆渣研制发酵乳饮料，结果表明，豆渣经微波处理后再发酵生产的乳饮料，SDF的含量更高，口感更为细腻。

2.1.2 面团及面制品

发酵后的豆渣代替部分面粉制作面制品，能够提高产品的营养价值，但是由于面团中膳食纤维含量的增加，会与面筋间发生相互作用，面筋网状结构发生萎缩，从而影响面团的品质，即使豆渣经过发酵后，豆渣中膳食纤维结构得到一定程度的改变，在生产面制品时发酵豆渣的添加量也不宜过高。黄现青等[33]将发酵后的豆渣粉碎过筛后，添加到面粉中制成面条，结果表明，当发酵豆渣的添加量为10%时，面团的峰值黏度降低、糊化温度升高、弹性较好，制作的面条外表光滑、白色中略带黄色、适口性较好、蒸煮损失小、弹性增加，具有良好的感官品质。

2.1.3 烘焙制品

在生产焙烤食品时添加发酵豆渣，不仅可以提高产品的营养价值，更重要的是烘焙食品与传统蒸煮面制品相比，对面筋品质的要求不高，因此生产烘焙食品时可以适当增加豆渣的添加量。杨玉红等[34]以酵母和乳酸菌作为发酵剂研制豆渣面包，豆渣的添加量可达22%，制作的豆渣面包有着更低的血糖生成指数。MBAEYI-NWAOHA等[35]利用发酵豆渣混合Acha粉制作早餐谷物烘焙食品，研究表明，由于发酵豆渣的添加，增加了产品的营养价值，改善了产品的口感。

2.1.4 酱油及酱制品

酱油及酱制品是常用的调味品，利用豆渣为原料生产酱油及酱制品，在一定程度上能够代替大豆，解决豆渣资源浪费的问题[36]。王慧[37]利用米曲霉、毛霉发酵豆渣和麸皮生产酱油，为豆渣酱油的工业化生产提供了一定的参考依据。张明[38]对发酵豆渣辣椒酱的工艺进行研究，首先研究确定了辣椒酱的生产工艺，再通过米曲霉、毛霉混菌发酵豆渣，制作研发了多种发酵豆渣辣椒酱制品。

2.2 发酵豆渣在饲料及其他领域的应用

2.2.1 发酵豆渣在饲料中的应用

豆渣不经加工直接喂养牲畜不仅使其难以吸收营养，还会导致腹泻、生长缓慢等多种问题，微生物发酵能够有效改善豆渣的适口性、提高营养价值、降低豆渣中的抗营养因子，被广泛应用于饲料的生产。张文佳等[39]利用产朊假丝酵母和白地霉混合固态发酵豆渣，结果表明，豆渣经固态发酵后蛋白质含量明显升高，中性洗涤纤维有所降低，随后经瘤胃降解试验发现，对比未发酵豆渣，发酵产物干物质、中性洗涤纤维和蛋白质的有效瘤胃降解率均有所提高。

2.2.2 发酵豆渣在其他领域的应用

发酵豆渣除了用于食品和饲料的生产外，由于其发酵产物含有多种生物活性物质，被广泛用于其它领域的研究。孔维宝等[40]利用紫色红曲霉固态发酵豆渣，并确定了最佳发酵条件，结果显示发酵产物可以用来作为功能性生物饲料以及提取生产红曲色素。NGUYEN等[41]首先利用酶解豆渣以增加单糖含量，再利用酿酒酵母发酵酶解后的豆渣生产乙醇，在提高豆渣利用性的同时，也增加了豆渣的附加值。此外还有从发酵豆渣中提取抗真菌功能的物质IturinA[42]以及利用发酵豆渣生产杀虫剂的研究[43]。

3 结论与展望

微生物发酵法作为一种能够改善豆渣品质，提升豆渣再利用性的方法，有着巨大的发展潜力和实际生产意义，与未发酵豆渣相比，发酵豆渣的营养成分和功能性等都得到显著提高。但是目前的研究也存在一些问题和不足：1）豆渣发酵后大多作为饲料使用，现已有多种商品发酵剂上市，但是利用豆渣生产饲料在一定程度上使得豆渣的附加值无法得到显著的提高；2）利用豆渣生产食品时，因多种因素导致豆渣添加量过少的问题仍需解决；3）对于发酵豆渣功能性的研究较少，大多停留在实验室阶段，很少有应用在工业化生产中。

在接下来的研究中，对优良发酵菌株的选育仍将是发酵豆渣的重点；另一方面，还应考虑微生物发酵法与其他改良方法的联合使用，以提高豆渣的品质；此外还需对发酵豆渣的功能性加以关注，例如从发酵豆渣中提取分离抗氧化、降血压等功能性成分，从而进一步提高豆渣的利用率和附加值，使之变废为宝。