在全球资源紧缺与“双碳”战略的双重驱动下,废弃物的高值化利用已成为循环经济中的关键议题。酱油作为一种历史悠久的传统发酵调味品,主要由大豆或脱脂大豆、小麦以及麦麸等原料,通过微生物的代谢作用发酵而成,在中国餐桌上占据了重要的地位[1-2]。随着社会进步和生活水平的提升,酱油的需求持续增加。据《中国调味品协会2023年行业白皮书》数据显示,2023年我国酱油产量突破1 000万t,人均年消费量达到7.1 L,酱油已成为我国产量和人均消费量最大的调味品行业。
酱油渣是酱油生产过程中的主要副产物,通常通过酱醪淋油、抽油或压榨等方式产生,其产量约占酱油总产量的67%,即每生产1 kg酱油大约能产生0.67 kg鲜酱油渣[3]。从化学成分来看,酱油渣富含粗蛋白(18%～25%)、膳食纤维(20%～28%)、油脂(15%～22%),并且含有大豆异黄酮等具有生物活性的成分[3-6]。因此,酱油渣的高值化利用成为近年来酱油行业的重要研究方向之一。
近年来,随着资源可持续利用理念的深入以及相关技术的不断发展,通过微生物发酵、酶解、能源物质转化及营养成分提取等多种手段,酱油渣已在畜牧业、生物能源、生物化工及食品工业等领域实现了多元化应用[7-9](图1)。这种综合利用模式不仅有效推动了酿造行业的清洁生产,也为企业创造了显著的经济效益和社会效益。随着资源利用效率要求的不断提高,酱油渣的高值化利用研究将继续深化,为循环经济发展提供新的突破口。本文将从酱油渣再利用的技术难点、现阶段的应用现状以及发展前景3个方面进行探讨,以期为酱油渣的高值化利用提供理论依据和实践指导。
图1 酱油渣成分回收的多领域应用
Fig.1 Multifield application of component recycling from soy sauce residue
1 酱油渣再利用难点
1.1 水分和食盐含量高
鲜酱油渣的含水量通常高达60%～80%,这使其容易腐败变质,增加了贮存和运输的难度,并导致了额外的成本,成为酱油渣综合利用的主要障碍。此外,酱油渣的盐分含量通常在5%～15%。对于低盐固态酱油渣,通常以较低的价格出售给周边农民作为肥料或饲料。然而,高盐稀态酱油渣由于食盐含量过高,若直接作为饲料使用,可能引发动物中毒;如果作为肥料使用或直接填埋,可能导致土壤盐化[10-11]。因此,酱油渣使用前必须进行适当的脱盐处理。
传统的脱盐方法,如水洗,常常受到一些因素的限制。比如,食盐容易被包裹在酱油渣内部,萃取过程存在较大的传质阻力。这不仅增加了能量和水资源消耗,还延长了脱盐时间,容易引发二次发酵,导致酱油渣变质和产生异味,降低其利用价值。
1.2 油脂酸价高
酱油渣是由大豆或豆粕等原料经过微生物发酵后产生,脱水和脱盐处理后的酱油渣含有丰富的油脂[9]。然而,由于酱油渣是酸性环境,并且在高水分、高酸条件下受到光照、热量及微生物的影响,油脂中的不饱和脂肪酸易发生水解与氧化反应,导致油脂酸败[4]。酸败后的油脂对生物膜和细胞具有较强的毒性,一般来说,酱油渣的酸价在10～50 mg KOH/g,而食用油的酸价通常不应超过3 mg KOH/g。因此,酱油渣中的油脂无法直接用于食品领域。此外,酱油渣油脂采用简单的压榨或萃取方法处理时,常常会出现萃取效果不稳定、油脂容易氧化变质或处理时间过长等问题。因此,开发合理的处理技术和方法,对于促进酱油渣油脂的有效利用具有重要的学术和实践意义。
1.3 营养不均衡
在酱油酿造过程中,原料中的淀粉、糖类及大部分蛋白质(如大豆球蛋白、β-伴大豆蛋白、麦谷蛋白和醇溶蛋白)已被霉菌、酵母和细菌等微生物代谢分解。最终,酱油渣中主要残留的固形物为未被消化的蛋白质、粗纤维素等大分子物质。这些大分子物质由于其复杂的结构,难以被酱油酿造微生物进一步分解。具体而言,酱油渣中的蛋白质含量为18%～25%,但其氨基酸组成却不均衡,尤其是赖氨酸含量相对较低。此外,碳水化合物主要由粗纤维构成,其含量可达到13%～24%。这一方面会降低动物的采食量,另一方面也会影响营养成分的消化利用率。
此外,酱油渣中矿物质元素比例也不均衡,特别是钙和磷含量较低,无法满足动物或者植物对常量矿物质的需要。同时,酱油渣中维生素种类和含量有限,通常缺乏脂溶性维生素A、维生素D、维生素E以及部分B族维生素,这进一步限制了其作为饲料的营养价值。综上所述,酱油渣中营养成分的分布不均衡,导致其作为食品或饲料的营养价值受到影响[9]。如果酱油渣中剩余的营养成分未能得到有效利用,就等于浪费了本可以通过生物转化或其他工艺处理转化为小分子物质的潜力,从而降低了其经济价值。因此,针对酱油渣的营养成分进行有效的处理和转化,显得尤为重要。
2 酱油渣的综合利用现状
2.1 生物肥料与饲料
2.1.1 生物肥料
酱油渣富含氮、磷、钾等无机元素,经过处理后,能够为植物提供丰富的养分。酱油渣作为酸性肥料具有缓释的特点,尤其在干施条件下,其肥效释放较为缓慢;而水施时则具有较强的速效性。此外,酱油渣中的蛋白质可为微生物提供优质的氮源,有助于微生物的生长,进一步促进其解磷能力。
为充分利用酱油渣、麸皮及水稻秸秆等废弃资源,减少环境污染并实现资源的二次利用,已有研究者通过微生物发酵技术,将多种废弃物进行解磷处理,进而生产有机肥料[12-14]。郑君花等[12]以磷矿尾矿粉、水稻秸秆和酱油渣等废弃物为原料,通过接种复合微生物菌种(包含黑曲霉、乳酸菌、醋酸菌和芽孢杆菌)进行混合发酵生产含磷有机肥料。研究表明,当尾矿粉、水稻秸秆、酱油渣质量比为4.6∶5∶4,料水比为1∶2.56(g∶mL),发酵温度控制在30 ℃、发酵时间为121.2 h时,解磷效果最佳,所得含磷有机肥料的速效磷含量可达2 500 mg/kg。该研究为含磷有机肥的工业化生产提供了关键工艺参数与理论依据。此外,张云舒等[14]研究了以二次发酵酱油渣、蛭石和珍珠岩(体积比1∶1∶1)为主要原料制成的育苗基质对番茄育苗的影响。结果表明,酱渣复合基质的容重为0.167～0.253 g/cm3,孔隙度为71.20%～75.48%。其速效氮、磷、钾含量显著高于对照基质(草炭∶蛭石=2∶1)。使用该基质育苗的番茄苗高度较对照组显著降低,最高为28.5 cm,比对照低3.8 cm,但茎粗明显增大,增粗17.7%。然而,酱油渣中含有一定量的盐分,长期使用可能导致土壤盐分积累,对植物生长产生不利影响,尤其对盐敏感作物。此外,由于酱油渣来源单一,过量施用可能引起养分不平衡,不能完全满足植物对营养的需求,特别是缺乏微量元素。因此,在使用酱油渣作为肥料时,应根据土壤类型和作物需求,合理搭配其他肥料,并控制施用量和施用频次。
2.1.2 生物饲料
2.1.2.1 酶解和辅料强化
酱油渣富含膳食纤维和矿物质,有助于动物消化与健康,且低脂肪,适合用于控制宠物体重,作为动物饲料的潜力较大。在饲料预处理阶段,高效脱盐脱水技术至关重要。机械压滤技术,如带式真空吸滤机与卧式离心机,能有效去除60%～70%的水分,比传统晾晒法节省80%以上的时间,显著提高处理效率。过高的食盐含量可能导致宠物钠中毒,因此酱油渣在饲料中的占比应控制在10%以下[11]。尽管陈喜崇等[15]提出的水洗法能够将盐浓度降至安全范围,但每吨酱油渣需用水3.5 m3,且能耗超过50 kW·h,面临一定的经济性挑战。
在酱油渣的发酵处理中,添加麦麸、谷糠等辅料可降低食盐含量,同时促进底物之间的营养互补,提供有利于发酵微生物生长和繁殖的环境,从而提高饲料的适口性[16]。例如,LU等[17]已将发酵豆粕和酱油渣复合饲料应用到蛋鸡日粮中,不仅使蛋白质的利用率提高,还增强了蛋壳的强度和质量。此外,杨明泉等[18]采用纤维素酶水解耦合二次压榨技术,成功将酱油渣的食盐含量从20%降至5%,水分含量从60%～80%降低至16%,并且粗蛋白的保留率超过85%,符合饲料级原料的标准,可以直接作为动物饲料主料。周志豪等[19]使用复合酶(纤维素酶和碱性蛋白酶)对酱油渣进行水解,所得水解液稀释6倍后用于小球藻培养,结果表明小球藻的蛋白质含量最高达到222.3 mg/L,证明了酱油渣水解液具有作为营养源促进小球藻生长并积累蛋白质的潜力,为酱油渣的高值化利用提供了理论支持[20-21]。综上,尽管酶解技术和辅料强化技术在生产动物饲料方面具有一定优势,但酶解过程较为复杂,要求较高的技术水平和稳定的原料供应,因此其工业化应用前景难言乐观。
2.1.2.2 微生物发酵
微生物发酵法制备动物饲料因其具有处理效率高、产生的废物少以及操作成本低等显著优势,在大规模工业化应用中展现出较强的潜力。通过微生物的代谢活动可实现双重效益:一方面通过吸附、转运或代谢生成有机酸等,将食盐中的钠离子与有机物质交换,降低体系中的盐浓度,另一方面可将原料中约30%的动物难消化的组分转化为高附加值的营养物质[22]。研究表明,微生物的生长代谢能将粗蛋白和粗纤维转化为可溶性蛋白及低分子碳水化合物,使饲料营养利用率提升超40%[23]。例如,钟世荣等[10]通过将酱油渣与菜籽粕按质量比1∶1比例混合,利用曲霉菌在(30±2) ℃下进行固态深层通风发酵24 h。结果显示,饲料中的粗蛋白质含量提高至16.9%,粗纤维含量下降13%,改善了饲料的适口性。李鹏等[24]向酱油渣中接种单一曲霉进行30 d的发酵。结果表明,酱油渣中半纤维素的降解率达到84.28%,同时黑曲霉对纤维素和木质素的降解率分别达到了23.86%和9.43%。张海静等[23,25]通过曲霉-乳酸菌-酵母菌复合菌种固态发酵,在16.6%接种量、36 ℃条件下发酵6 d,使饲料真蛋白含量提升至32.11%,粗纤维含量降至16.82%,不仅提高了饲料的营养价值,还有利于促进动物采食与健康。
目前以酱油渣为部分原料利用微生物发酵法生产饲料仍然存在如下困难:首先,尽管研究者已开发出多种菌种协同发酵技术提高酱油渣饲料发酵效率(如乳酸菌、黑曲霉和枯草芽孢杆菌等),但由于多菌种协同作用机制尚不明确,因此尚需要深入探究上述机制以获得最优工业化生产技术。其次,实验室条件与大型发酵设备生产环境之间存在差异,导致工艺的稳定性和可重复性不高。此外,为了降低成本,工业化生产中通常不对原料进行灭菌处理,增加了发酵菌种与杂菌竞争的风险。在冬季,大型设备升温缓慢,导致发酵启动困难,内源霉菌可能抑制外接菌种的生长;而在夏季,高温环境会对微生物的正常生长产生负面影响,显著降低发酵效率。上述发酵过程控制难题,成为突破规模化发酵饲料生产的技术瓶颈。针对上述问题,江苏大学固态发酵实验室已经创新性地研发了滚筒卧式回转式工业化发酵罐样机,该设备成功解决了动态混菌、回转驱动和物料进出等工程化难题。同时,设备通过结合近红外原位监测和人工智能技术,能够实时监测和调节温度、湿度、氧气浓度等关键参数,从而显著提高发酵过程的效率和质量(图2)。该成果有望推动酱油渣在饲料加工中的规模化应用。
图2 酱油渣制备动物饲料的工艺过程
Fig.2 Process of preparing animal feed from soy sauce residue
2.2 生物能源
2.2.1 生物柴油
酱油渣作为一种富含油脂的生物质残留物,其在发酵过程中产生的高酸值和过氧化值使其不适合直接用作食用油。然而,酱油渣的油脂具有作为生物燃料或高级脂肪醇原料的潜力[7,26]。李学伟等[27]首次采用正己烷溶剂对酱油渣油脂进行提取,但提取的原油仍需经过深度精炼处理才能作为能源使用。近年来,研究表明甘油、丁酸乙酯和丙酸乙酯等绿色溶剂不仅能够提高酱油渣油脂提取效率,还能有效降低环境污染[28]。张松涛等[29]以酱油渣毛油为原料,首先通过甘油预酯化反应降低油脂酸值,然后进行醇解反应生产生物柴油。研究结果表明,该工艺可将酱油渣油脂的酸值从25.7 mg KOH/g显著降至1 mg KOH/g以下。经甘油预酯化处理后的高酸值酱油渣油,能够高效转化为生物柴油的主要成分——脂肪酸甲酯(fatty acid methyl ester,FAME),且转化速率显著提升。此外,XIANG等[5]首次提出利用超临界二氧化碳技术从酱油渣中直接生产生物柴油的方法,简化了传统的多步骤处理过程。该研究表明,在原料粒径为60目、反应压力为16 MPa、温度为100 ℃、反应时间为180 min、甲醇与油的摩尔比为35∶1的条件下,生物柴油的收率可达到96.21%。另外,邹子懿[4]使用Pd/NiAl2O4催化剂,通过超临界二氧化碳一步法提取酱油渣中的油脂,并进一步将脂肪酸甲酯转化为烃类物质。结果表明,在温度为553 K、反应时间为4 h、压力为3 MPa、催化剂与油脂质量比为3∶10的条件下,脂肪酸甲酯的转化率、烃类收率和烃类选择性分别达到100%、91.4%和100%,产物几乎完全由烃类物质组成,极大减少了分离的难度。
2.2.2 生产沼气
酱油渣富含蛋白质、纤维以及大量水分,为微生物的厌氧发酵提供了优良的环境,有助于沼气的产生,成为一种可再生且清洁的能源[30-31]。然而,酱油渣的氮含量较高,且其碳氮比偏低,这可能会影响厌氧发酵的顺利进行。因此,补充外源碳源以调整其碳氮比是确保发酵过程正常进行的必要措施。李凯等[32]研究表明,将酱油渣与玉米秸秆和牛粪混合进行厌氧发酵,发酵周期为36 d,混合料液的单位总固体(total solid,TS)产气量达到129.8 mL/g,单位挥发性固体(volatile solid,VS)产气量达到122.6 mL/g,平均甲烷含量达到61.07%。此外,梁文华等[33]的研究发现,利用工业菌渣的协同作用可以突破单一碳源的限制。在链霉素菌渣与酱油渣混合物中,以质量比为7∶3的混合比例在共发酵过程中产气量最高,沼气产量比单一酱油渣的发酵提高了20%以上。对酱油渣在中温厌氧条件下的甲烷产气动力学研究表明[34],在发酵温度为(35±2) ℃、发酵24 d的条件下,其产气能力可达到198.10 mL/g。
2.3 生物化工产品
2.3.1 芳香烃类和炭基材料
热解技术应用于酱油渣资源化利用时,可将其含有的蛋白质、脂质和纤维素等组分转化为高附加值的液体产物、燃气及功能炭材料。然而,酱油渣直接热解所得液体产物中的芳香烃含量较低,通常不足1%。为了提高芳香烃的产量,达娜·波拉提别克[35]提出了一种基于HZSM-5催化的热解方法,通过催化热解将酱油渣转化为芳香烃,并成功将芳香烃产率提高至22.20%(质量分数)。同时,经过活化处理后的固体热解产物具有较好的电容特性,在电流密度为1 A/g时,比电容可达到274.5 F/g。赵嘉琪[36]以HZSM-5为催化剂开展酱油渣与甘蔗渣的催化共热解研究。结果显示,在酱油渣与甘蔗渣质量比为1∶1、热解温度650 ℃、催化剂与原料质量比8∶3的条件下,芳香烃总产率可达24.44%(质量分数),其中单环芳烃产率为18.39%(质量分数)。在此最佳热解条件下制备的炭基电极材料(superior biomass carbon,SBC)的电容性能良好,当电流密度为1 A/g时,其比电容可达到346.4 F/g。
2.3.2 可降解包装材料
酱油渣富含膳食纤维,且纤维素和淀粉具有相似的重复结构单元,这些高分子质量的多糖高聚物能够通过分子内外的相互作用形成网状结构,从而合成可降解的复合薄膜[37-38]。梅小虎等[39]以淀粉和酱油渣为主要原料制备可食膜,在干燥温度76 ℃、玉米淀粉质量分数6.5%、酱油渣质量分数1.5%、甘油质量分数27.0%时,制得可食膜厚度为0.145 mm,拉伸性能最佳,强度为14.26 MPa,断裂伸长率为7.82%。此外,谢彩玲等[40]使用酱油渣和淀粉为主要原料成功制备了方便食品调料包,在淀粉含量6.5%、酱油渣含量1.5%、甘油含量27%以上均为质量分数、76 ℃ 下制备的可食膜,抗拉强度为14.22 MPa、断裂伸长率6.81%,在封合温度160 ℃、时间5 s、压强0.6 MPa 条件下,膜的封合强度最大3.11 N/15 mm。该调料包在沸水中泡1.5 min后调料溶出,2.5 min后膜的自然溶解度大于32.38%。内装食用油脂料包在15 d后油脂质量仅损失0.19%,基本满足方便食品调料包装性能要求,具有广阔的市场前景。
2.4 食品营养成分提取与利用
2.4.1 蛋白质及活性肽
酱油渣作为一种富含植物蛋白的副产品,其蛋白质含量约占总质量的18%～25%。然而,酿造过程中,原料中的大部分可利用蛋白质已经被霉菌、酵母及细菌等微生物催化降解和部分消耗,残留蛋白质的酶解利用面临一定的挑战。因此,深入研究这类蛋白质的酶解特性,探索其潜在应用,对于酱油渣的再利用技术开发具有重要意义。
通过采用不同的酶解处理方法,可以显著提高酱油渣中蛋白质的水解度。例如,傅亮等[41]采用机械破碎与中性蛋白酶和纤维素酶结合处理的方法,显著提高了酱油渣的可溶性蛋白质含量,从5.99%增加至12.77%。CHEN等[42]采用超声辅助蛋白酶酶解酱油渣,研究结果表明,在最佳酶解条件下[酶解量6 000 U/g,pH 7.8,温度50 ℃,底物与水的比例为1∶20(g∶mL),水解时间为4 h],水解度可达到15.53%。此外,适当的蛋白酶酶解处理还能够制备具有生理活性的蛋白肽。张兴茂等[43]采用Alcalase与中性蛋白酶联用酶解酱油渣。结果表明,在酶解量6 000 U/g、pH 8、60 ℃条件下,酶解2 h后得到的水解产物展现出较强的抗氧化活性,其中10 mg/mL水解产物的羟自由基抑制率为85.05%,超氧阴离子自由基清除活性为56.05%,DPPH自由基清除率为82.11%。于志成等[44]通过碱提酸沉方法提取酱油渣中的蛋白质,并使用碱性蛋白酶进行酶解处理,制备出了具有免疫活性的肽。该酶解产物在底物质量分数为5%、pH 7.5、温度60 ℃、酶解时间2.9 h、酶解量5 500 U/g的条件下,对脂多糖诱导的小鼠巨噬细胞NO释放的抑制率可达到18.92%。
2.4.2 膳食纤维
酱油酿造过程中使用的淀粉质原料主要包括大豆、小麦或麸皮等,膳食纤维素含量较高。由于膳食纤维不易被微生物在发酵过程中分解,大部分仍然保留在酱油渣中。膳食纤维作为一种功能性食品原料,具有显著的吸附性和持水能力,并能够发挥发酵、填充等多种作用。此外,膳食纤维不仅能够改善肠道菌群,预防便秘与结肠癌,还能调节血糖水平、降低血压、增强饱腹感,并具备抗癌等健康功效,在减肥食品、营养强化剂和低脂保健品的开发中具有广泛的应用前景[45]。
传统的酸碱处理方法从酱油渣中提取膳食纤维,提取率可达到32.37%,但该方法存在高酸碱消耗、水处理成本高及持水性降低等问题,限制了其产业化应用[46]。为了克服这些问题,张泳等[47]采用低温连续相变萃取技术从酱油渣中提取不溶性膳食纤维,并结合水洗与酶解工艺对其进行纯化,最终获得的不溶性膳食纤维纯度达到了70.9%,且酱油渣中提取的膳食纤维具备较强的持水力(6.65 g/g)、膨胀力(5.83 mL/g)和较高的吸油力(2.23 g/g),其性能优于商业大豆膳食纤维,符合高品质膳食纤维的标准。从酱油渣提取的膳食纤维不仅理化性能优异,还展现出显著的生理调节功能。例如,宋军成等[48]通过将豆粕或酱油渣进行挤压脱脂处理,并依次添加纤维素酶(50 ℃、pH 4.8)、淀粉酶(25 ℃、pH 6.0)、糖化酶(55 ℃、pH 4.5)和木瓜蛋白酶(50 ℃、pH 6.0)进行酶解,所得的可溶性膳食纤维结合体外消化模拟模型发现,SSDF可有效抑制大豆油脂体乳液中游离脂肪酸释放,从而延缓脂质在胃肠道的消化进程。MO等[49]研究发现,酱油渣发酵膳食纤维可通过调控2型糖尿病小鼠的磷脂酰肌醇-3-肌酶/丝氨酸苏氨酸肌酸信号通路和肠道菌群短链脂肪酸-G蛋白偶联受体轴,发挥了抗糖尿病的作用。此外,郭泳静等[50]通过体外发酵及动物实验表明,采用醇提法从酱油渣中提取制备的膳食纤维(67.3 g/100 g)不仅展现出良好的抑菌活性(最小抑菌质量浓度为3.125 mg/mL),还具有调节肠道微生物群的作用。
2.4.3 大豆异黄酮
大豆异黄酮是一类由大豆在生长过程中合成的次级代谢产物,主要以游离苷元和结合型糖苷2种形式存在,具有类似雌激素的生物活性。有研究表明,大豆异黄酮在改善骨质疏松、缓解更年期症状以及降低乳腺癌和心血管疾病风险方面具有重要作用[51]。在酿造酱油过程中,大豆中的β-葡萄糖苷酶和微生物的发酵作用将糖苷型异黄酮转化为苷元形式[52]。然而,由于苷元在水中的溶解度较差,绝大部分异黄酮仍然保留在酱油渣中,其中的异黄酮主要以生物活性较强的苷元形式存在。通过采用适当的提取方法,可以有效避免传统酸水解或酶水解等复杂的操作步骤,从而提高提取效率并简化操作流程。
大豆异黄酮的提取方法包括有机溶剂提取法、固相萃取法、超声/微波辅助萃取法以及超临界二氧化碳萃取法等。其中,有机溶剂提取法因其操作简便且提取效率较高,成为最常用的方法。然而,该方法所得异黄酮的纯度较低,通常需要进一步纯化处理。董玲燕等[51]采用乙醇提取法从酱油渣中提取大豆异黄酮,随后通过超滤和大孔树脂吸附法对提取物进行分离和纯化,最终获得的大豆异黄酮含量达到43.9%。沈春华[53]则使用超声辅助乙醇提取法,在70%乙醇、料液比1∶20(g∶mL)、超声频率40 kHz、功率150 W/L的条件下,结合HPLC-MS技术,使大豆异黄酮的总含量提高至10.9 mg/g。近年来,新的吸附材料在大豆异黄酮提取方面显示了良好的应用潜力。例如,CHENG等[8]使用MIL-100(Fe)作为吸附材料,从酱油渣中吸附提取大豆异黄酮,研究表明MIL-100(Fe)对大豆异黄酮的吸附容量为51.81 mg/g,纯度为56.17%,回收率高达93.8%。
2.4.4 食品调味料
酱油渣不仅富含蛋白质和纤维素,而且在酱油发酵过程中,通过美拉德反应、焦糖化反应以及酶促褐变反应生成了特有的黑褐色物质——类黑精[54]。类黑精具有抗氧化、抗肿瘤、抗菌、降血压等多种生物活性,可作为风味增强剂和营养添加剂[55-57]。因此,将酱油渣作为部分调味品原料加入到调味品的生产中,不仅能赋予产品独特的酱香风味,还能提高其稳定性。此外,已有研究者开始探索利用酱油天然发酵渣生产多种食品,如饼干、豆瓣酱和酱料粉等多种产品[58]。
例如,张宗卫[3]将经过无害化处理的酱油渣(质量分数68%)添加到曲奇饼干中,制得的曲奇饼干膳食纤维含量是对照组的43.4倍,且各项理化指标和微生物指标均符合国家标准。张子岩等[59]以酱油渣为主要原料制备了低脂少盐的调味酱,含有6种人体必需氨基酸和6种呈味氨基酸,其中谷氨酸含量高达46.75 mg/g,其产品的品质优于市场上部分现有调味酱。杨静宜[9]对表层酱油渣物质及其特征味感信息进行了研究,发现表层酱油渣中的生物胺总量处于安全水平,且可溶性物质含量高达73.53%。此外,表层酱油渣富含鲜味氨基酸和疏水性氨基酸,在相同浓度下,表层酱油渣提取物的挥发性物质含量明显高于传统酱油,其中包含与酱油差异较大的特色香气物质,如4-乙基愈创木酚、2-庚酮、苯乙醇、4-乙基苯酚和1-辛烯-3-醇等,这些成分为开发高质量鲜味调味品提供了新的思路。基于以上研究成果,本课题组利用酱油渣油脂适度氧化生香技术、可控Maillard反应生香技术以及风味后修饰技术,成功开发出酱油粉(图3)。该产品符合国家食品安全标准,GB 31644—2018《食品安全国家标准 复合调味料》,并且在感官评价方面表现良好。
图3 利用酱油渣开发的酱油粉
Fig.3 Soy sauce powder developed from soy sauce residue
综上所述,酱油渣的综合利用呈现出“多领域应用、高低附加值并存”的特点(表1)。结合前文对酱油渣综合再利用现状的讨论,利用智能化发酵设备生产酱油渣饲料展现出较大的工业化应用潜力。相比之下,生物能源和生物化工产品的处理成本较高,且工艺复杂,但能生产可再生能源和化工环保材料,具有一定的应用前景。此外,酱油渣富含蛋白质、活性肽、膳食纤维、大豆异黄酮及美拉德反应香气物质等多种营养成分,这些成分为新型调味品的开发提供了高性价比原料,并能够显著提升其利用率,成为实现高附加值再利用的有效途径。
表1 酱油渣再利用的综合评价
Table 1 Comprehensive evaluation of the reuse of soy sauce residue
利用途径处理方式处理成本产物价值利用可行性生物饲料酶解、以微生物发酵为主中等高蛋白、高纤维饲料利用率高、应用潜力大生物能源超临界萃取较高可再生能源工艺复杂、资金投入大生物化工产品催化热解高 化工及环保包装材料工艺复杂、技术要求高营养成分提取酶解、有机溶剂提取中高高值保健品原料操作繁琐、提取率高食品调味料风味生香、营养调配低 高附加值调味基料操作简单、利用率高
3 结论与展望
酱油渣作为酱油生产的副产物,尽管因其具有高盐、高水分、高油脂及营养成分不均等特性而面临一定的处理难度,但其资源化利用在多个领域已展现出广阔的潜力。从综合评价来看(表1),不同的利用方式具有各自的优劣势和可行性,生物饲料及高附加值营养食品开发具有较大的工业化潜力和利用价值,未来的研究应着重于工艺优化与资源利用效率的提升,从而推动酱油渣的高效、可持续利用,这也契合了酱油生产企业和社会对可持续发展的需求。未来的研究可从以下几个方向展开:a)目标菌株的筛选:通过高效微生物育种技术或合成生物学技术,改造发酵菌株,以增强其对酱油渣中难降解组分的生物转化能力,从而定向提高目标产物的产量和质量。b)工业发酵自动化控制技术:通过设计连续化、自动化发酵装备(如滚筒式固态发酵设备-自动化实时发酵监测),提高发酵过程的效率和质量,推动酱油渣在饲料加工中的规模化和产业化应用。c)高附加值产品研发:以酱油天然发酵渣为部分原料,综合利用油脂适度氧化生香技术、可控Maillard反应技术及风味后修饰技术,开发符合消费者需求的调味品基料。
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