楊洋，湯曉娟，王江勤，扈曉杰，劉云國*

（1.新疆大學生命科學與技術學院，新疆 烏魯木齊 830046；2.臨沂大學生命科學學院，山東 臨沂 276000；3.豆黃金食品有限公司，山東 臨沂 273400）

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平和人民生活水平的提高，豆制品的種類越來越多，豆渣的產(chǎn)量也隨之增加[1]。據(jù)統(tǒng)計，我國每年的濕豆渣產(chǎn)量約2 000萬噸[2]，巨大的年產(chǎn)量給其處理造成了嚴峻的問題，每年產(chǎn)生的大量豆渣，除少數(shù)被用于生產(chǎn)飼料，大多被直接丟棄[3]。豆渣中富含多種營養(yǎng)物質(zhì)，干基中總膳食纖維含量高達60%、粗蛋白含量約為20%，脂肪含量約為10%，同時還含有磷脂、維生素和多種礦物質(zhì)元素[4-6]，有著巨大的開發(fā)潛力。但未經(jīng)處理的豆渣由于有著口感差、難貯存等缺點，使其無法充分得到利用，這不僅對環(huán)境造成了污染，同時也是一種資源的浪費。如何開發(fā)再利用豆渣成為當下的研究熱門，目前主要采用的加工方法有物理法[7-8]、化學法[9]、酶法[10]以及微生物發(fā)酵法[11]，還有將上述方法聯(lián)合起來使用的研究[12-13]。其目的一方面是利用這些方法對豆渣中含量最多的膳食纖維（dietary fiber，DF）進行改性，使得豆渣中可溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）的含量增加，從而提升豆渣的品質(zhì)以及再加工性[14-15]；另一方面消除大豆在加工過程中產(chǎn)生的小分子醇、醛、酮、酸、胺等揮發(fā)性化合物產(chǎn)生的豆腥味；此外豆渣經(jīng)處理后，還可以增加其營養(yǎng)成分，使豆渣具有一定功能性。

豆渣加工再利用的方法中，微生物發(fā)酵法因其操作簡單、成本低、安全性高等優(yōu)點，被廣泛采用。豆渣中富含的多種營養(yǎng)物質(zhì)為微生物的生長提供了良好的條件，豆渣經(jīng)發(fā)酵后，不僅可以改善口感、延長保質(zhì)期、降低抗營養(yǎng)因子、提高營養(yǎng)價值，還具備降血脂、抑制糖尿病等獨特的生理功能[16-18]。本文就發(fā)酵豆渣的微生物種類以及應用的相關研究進行綜述，以期為豆渣資源的再開發(fā)利用提供參考。

1 發(fā)酵豆渣的微生物種類

近年來諸多國內(nèi)外學者致力于發(fā)酵豆渣的研究，常用的微生物有以霉菌、酵母菌、食用菌為主的真菌以及芽孢桿菌、乳酸菌等細菌。在發(fā)酵過程中，按加入微生物種類的數(shù)量，可分為單一菌種發(fā)酵與混合菌種發(fā)酵。研究者們在對優(yōu)勢發(fā)酵菌株選育時，利用單一菌種對豆渣進行發(fā)酵，排除其它微生物可能對發(fā)酵過程產(chǎn)生的影響，研究發(fā)酵前后主要營養(yǎng)成分和功能成分的變化，以進行優(yōu)良菌種的選育；混合菌發(fā)酵則能夠充分利用不同菌種的優(yōu)點，彌補單菌發(fā)酵所產(chǎn)酶系的不足，發(fā)酵效果明顯優(yōu)于單菌發(fā)酵，但不同菌種的發(fā)酵條件有所差異，所以需要考慮菌種間的拮抗作用等問題，發(fā)酵過程更為復雜。

1.1 霉菌

霉菌被廣泛應用于發(fā)酵豆渣的研究，如黑曲霉、米曲霉、雅致放射毛霉等。一方面是因為發(fā)酵豆渣大多是以固態(tài)發(fā)酵的方式，較低的含水量在一定程度上限制了酵母菌以及乳酸菌的生長，但是一些霉菌有著發(fā)達的菌絲體，能夠通過基質(zhì)的表皮進入基質(zhì)內(nèi)部，更好地利用底物，從而有助于發(fā)酵的進行[19]；另一方面曲霉、毛霉等一些霉菌在發(fā)酵過程中能夠產(chǎn)生纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶等多種酶系，且大多為胞外酶，其中纖維素酶能夠使豆渣中不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）的糖苷鍵斷裂，生成小分子糖，進而轉(zhuǎn)化為SDF，從而提升DF的品質(zhì)，起到改善豆渣口感的作用；蛋白酶能夠使得豆渣粗蛋白分解成多肽、小肽和氨基酸等物質(zhì)，更容易被人體吸收；此外淀粉酶、蛋白酶以及纖維素酶等，還可以促進豆渣中一些結合狀態(tài)的生物活性成分的釋放[20-21]，因此在發(fā)酵菌株的選育過程中，主要方向也是對高產(chǎn)纖維素酶、蛋白酶等菌株的篩選。管瑛[22]從湖北黃石市購的霉豆渣中分離出一種雅致放射毛霉DCY-1，并利用該菌株發(fā)酵豆渣，結果表明，豆渣經(jīng)發(fā)酵后粗蛋白從28.14%上升至30.61%；粗脂肪從12.05%上升至13.32%；可溶性膳食纖維從6.01%上升至11.71%，豆渣蛋白中的氨基酸組成也發(fā)生了改變，豆渣中總酚的含量和抗氧化能力隨發(fā)酵時間的延長，均有顯著的提升。然而一些霉菌雖然有著良好的發(fā)酵能力，但是在利用霉菌作為發(fā)酵菌株應用于非傳統(tǒng)食品時，需考慮所用菌株的安全性及可食用性；另外，發(fā)酵過程中霉菌產(chǎn)生的孢子會對豆渣的顏色及口感造成一定影響。

1.2 食用菌

香菇、平菇、靈芝等食用菌在生長過程中會產(chǎn)生復雜的酶系，如：蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶等，相比于霉菌，食用菌不產(chǎn)孢子，發(fā)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]利用靈芝菌絲體固態(tài)發(fā)酵豆渣，結果表明，發(fā)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、氨基酸態(tài)氮分別上升了3.9倍和7.6倍。

1.3 酵母菌

近年來關于利用酵母發(fā)酵豆渣的研究越來越多，一是因為酵母在發(fā)酵過程中能夠產(chǎn)生一些復雜酶系有助于發(fā)酵的進行；另一方面，豆渣經(jīng)酵母發(fā)酵后，豆渣中的部分醛類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為醇、酸、酯等，從而賦予豆渣特殊的香氣[24-25]。HU等[26]利用從開菲爾谷物中篩選出的馬克斯克魯維酵母發(fā)酵豆渣，研究表明，豆渣經(jīng)發(fā)酵后多糖和SDF分別增加了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劑的活性分別下降了61.7%和92.7%，并減少了豆腥味。

1.4 芽孢桿菌

芽孢桿菌因其繁殖速度快，抗逆性比較強且能夠分泌較為豐富的酶系，如蛋白酶、淀粉酶、葡聚糖酶等，而且還能夠分泌一些對有害菌生長有抑制作用的活性物質(zhì)，如抗菌肽、枯草菌素等，常常被用于發(fā)酵豆渣生產(chǎn)飼料的研究。薛世崇[27]利用乳酸菌和枯草芽孢桿菌混合固態(tài)發(fā)酵豆渣生產(chǎn)反芻動物飼料，并對發(fā)酵豆渣的相關特性和瘤胃降解參數(shù)進行研究，結果表明，采用兩種菌株混合固態(tài)發(fā)酵豆渣能夠改善豆渣的氣味、提高適口性、延長其貯藏時間，而且豆渣發(fā)酵產(chǎn)物的粗蛋白和中性洗滌纖維等在瘤胃內(nèi)的有效降解率與發(fā)酵原料相比均有顯著提高。

1.5 乳酸菌

乳酸菌產(chǎn)纖維素酶、蛋白酶能力較弱，在以往的研究中通常與其它菌種聯(lián)合進行混菌發(fā)酵，以提高豆渣的感官品質(zhì)。諸多研究表明，乳酸菌在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的大量有機酸、細菌素等物質(zhì)，有著抑制有害菌生長的作用[28]，此外乳酸菌有較強的代謝碳水化合物產(chǎn)酸能力，在發(fā)酵過程中使豆渣處于酸性環(huán)境下，豆渣粗纖維的糖苷鍵會發(fā)生斷裂，產(chǎn)生新的還原性末端，同時大豆纖維的大分子聚合度也不斷的下降，部分轉(zhuǎn)化成非消化性可溶多糖，對提升豆渣纖維的品質(zhì)有著一定的作用[29]。李偉偉等[30]分別利用黑曲霉、米曲霉、毛霉3種霉菌聯(lián)合乳酸菌發(fā)酵豆渣，結果表明，混菌發(fā)酵的各項特性均優(yōu)于單菌發(fā)酵，其中黑曲霉與乳酸菌聯(lián)合發(fā)酵的效果最好，SDF含量由黑曲霉單菌發(fā)酵的20.48%增加至28.24%，蛋白質(zhì)、脂肪含量均有顯著降低，結合水和吸附膽固醇的能力得到增強。

2 發(fā)酵豆渣的應用

隨著社會的發(fā)展，消費者的保健意識越來越強，不再只看重風味，對產(chǎn)品的營養(yǎng)價值也有著一定程度的重視。豆渣經(jīng)微生物發(fā)酵后，營養(yǎng)價值得到提升的同時，口感變得細膩，豆腥味得到很好的抑制，是一種高膳食纖維、低熱量的食品源，被廣泛應用于食品等領域的研究。

2.1 發(fā)酵豆渣在食品中的應用

2.1.1 飲料制品

豆渣經(jīng)微生物發(fā)酵后膳食纖維的品質(zhì)得到提高，豆腥味得到抑制，是研發(fā)高膳食纖維飲品的良好原材料。林雪嬌等[31]以SDF含量為13.4%的新鮮發(fā)酵豆渣為原料，添加輔料勻漿后得到一款高膳食纖維乳飲料。王繼楠[32]利用豆渣研制發(fā)酵乳飲料，結果表明，豆渣經(jīng)微波處理后再發(fā)酵生產(chǎn)的乳飲料，SDF的含量更高，口感更為細膩。

2.1.2 面團及面制品

發(fā)酵后的豆渣代替部分面粉制作面制品，能夠提高產(chǎn)品的營養(yǎng)價值，但是由于面團中膳食纖維含量的增加，會與面筋間發(fā)生相互作用，面筋網(wǎng)狀結構發(fā)生萎縮，從而影響面團的品質(zhì)，即使豆渣經(jīng)過發(fā)酵后，豆渣中膳食纖維結構得到一定程度的改變，在生產(chǎn)面制品時發(fā)酵豆渣的添加量也不宜過高。黃現(xiàn)青等[33]將發(fā)酵后的豆渣粉碎過篩后，添加到面粉中制成面條，結果表明，當發(fā)酵豆渣的添加量為10%時，面團的峰值黏度降低、糊化溫度升高、彈性較好，制作的面條外表光滑、白色中略帶黃色、適口性較好、蒸煮損失小、彈性增加，具有良好的感官品質(zhì)。

2.1.3 烘焙制品

在生產(chǎn)焙烤食品時添加發(fā)酵豆渣，不僅可以提高產(chǎn)品的營養(yǎng)價值，更重要的是烘焙食品與傳統(tǒng)蒸煮面制品相比，對面筋品質(zhì)的要求不高，因此生產(chǎn)烘焙食品時可以適當增加豆渣的添加量。楊玉紅等[34]以酵母和乳酸菌作為發(fā)酵劑研制豆渣面包，豆渣的添加量可達22%，制作的豆渣面包有著更低的血糖生成指數(shù)。MBAEYI-NWAOHA等[35]利用發(fā)酵豆渣混合Acha粉制作早餐谷物烘焙食品，研究表明，由于發(fā)酵豆渣的添加，增加了產(chǎn)品的營養(yǎng)價值，改善了產(chǎn)品的口感。

2.1.4 醬油及醬制品

醬油及醬制品是常用的調(diào)味品，利用豆渣為原料生產(chǎn)醬油及醬制品，在一定程度上能夠代替大豆，解決豆渣資源浪費的問題[36]。王慧[37]利用米曲霉、毛霉發(fā)酵豆渣和麩皮生產(chǎn)醬油，為豆渣醬油的工業(yè)化生產(chǎn)提供了一定的參考依據(jù)。張明[38]對發(fā)酵豆渣辣椒醬的工藝進行研究，首先研究確定了辣椒醬的生產(chǎn)工藝，再通過米曲霉、毛霉混菌發(fā)酵豆渣，制作研發(fā)了多種發(fā)酵豆渣辣椒醬制品。

2.2 發(fā)酵豆渣在飼料及其他領域的應用

2.2.1 發(fā)酵豆渣在飼料中的應用

豆渣不經(jīng)加工直接喂養(yǎng)牲畜不僅使其難以吸收營養(yǎng)，還會導致腹瀉、生長緩慢等多種問題，微生物發(fā)酵能夠有效改善豆渣的適口性、提高營養(yǎng)價值、降低豆渣中的抗營養(yǎng)因子，被廣泛應用于飼料的生產(chǎn)。張文佳等[39]利用產(chǎn)朊假絲酵母和白地霉混合固態(tài)發(fā)酵豆渣，結果表明，豆渣經(jīng)固態(tài)發(fā)酵后蛋白質(zhì)含量明顯升高，中性洗滌纖維有所降低，隨后經(jīng)瘤胃降解試驗發(fā)現(xiàn)，對比未發(fā)酵豆渣，發(fā)酵產(chǎn)物干物質(zhì)、中性洗滌纖維和蛋白質(zhì)的有效瘤胃降解率均有所提高。

2.2.2 發(fā)酵豆渣在其他領域的應用

發(fā)酵豆渣除了用于食品和飼料的生產(chǎn)外，由于其發(fā)酵產(chǎn)物含有多種生物活性物質(zhì)，被廣泛用于其它領域的研究?？拙S寶等[40]利用紫色紅曲霉固態(tài)發(fā)酵豆渣，并確定了最佳發(fā)酵條件，結果顯示發(fā)酵產(chǎn)物可以用來作為功能性生物飼料以及提取生產(chǎn)紅曲色素。NGUYEN等[41]首先利用酶解豆渣以增加單糖含量，再利用釀酒酵母發(fā)酵酶解后的豆渣生產(chǎn)乙醇，在提高豆渣利用性的同時，也增加了豆渣的附加值。此外還有從發(fā)酵豆渣中提取抗真菌功能的物質(zhì)IturinA[42]以及利用發(fā)酵豆渣生產(chǎn)殺蟲劑的研究[43]。

3 結論與展望

微生物發(fā)酵法作為一種能夠改善豆渣品質(zhì)，提升豆渣再利用性的方法，有著巨大的發(fā)展?jié)摿蛯嶋H生產(chǎn)意義，與未發(fā)酵豆渣相比，發(fā)酵豆渣的營養(yǎng)成分和功能性等都得到顯著提高。但是目前的研究也存在一些問題和不足：1）豆渣發(fā)酵后大多作為飼料使用，現(xiàn)已有多種商品發(fā)酵劑上市，但是利用豆渣生產(chǎn)飼料在一定程度上使得豆渣的附加值無法得到顯著的提高；2）利用豆渣生產(chǎn)食品時，因多種因素導致豆渣添加量過少的問題仍需解決；3）對于發(fā)酵豆渣功能性的研究較少，大多停留在實驗室階段，很少有應用在工業(yè)化生產(chǎn)中。

在接下來的研究中，對優(yōu)良發(fā)酵菌株的選育仍將是發(fā)酵豆渣的重點；另一方面，還應考慮微生物發(fā)酵法與其他改良方法的聯(lián)合使用，以提高豆渣的品質(zhì)；此外還需對發(fā)酵豆渣的功能性加以關注，例如從發(fā)酵豆渣中提取分離抗氧化、降血壓等功能性成分，從而進一步提高豆渣的利用率和附加值，使之變廢為寶。