《Food Chemistry》：Mechanism and optimization of NaCl removal from soy sauce residue using low pressure superheated steam drying: Role of condensation and moisture migration
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酱油渣高盐分及湿度难题通过低压过热蒸汽干燥（LPSSD）实现34.8%的盐分去除，机理为冷凝溶解与蒸汽流动协同作用，水分与盐分迁移分阶段进行并存在分层迁移现象，该技术减少废水生成具有环境友好优势。
Xin Xu|Jian-Bo Liu|Jia-Cheng Guo|Zhi-Hong Xing|Rui-Fang Wang|Qing Xu
天津工业大学机械工程学院轻工与食品机械装备集成设计与在线监测重点实验室，中国天津市300222
摘要
酱油残渣（SSR）是调味品生产过程中产生的高盐副产品，由于其含有大量的NaCl，因此在环境和资源利用方面面临挑战。高盐度限制了其直接用于动物饲料或肥料等领域的应用。本研究引入了低压过热蒸汽干燥（LPSSD）技术，以实现同时脱水与脱盐。NaCl的去除主要通过冷凝诱导的溶解作用和蒸汽流动对流实现，其中水分起到了关键作用。LPSSD技术使NaCl含量减少了34.8%，显著优于真空干燥（p < 0.001）。冷凝和多级冷凝过程进一步增强了脱盐效果，同时增加了蒸汽与物料的接触面积，提高了效率。建立的动力学模型显示NaCl含量与水分比例之间存在显著相关性（R2 > 0.92），表明该过程分为三个阶段。分层实验进一步证实了冷凝过程中盐分的向上迁移以及随后的对流传输现象。与基于洗涤的脱盐方法相比，LPSSD能够减少工艺用水产生的废水，为酱油残渣的回收利用提供了一种更环保的途径。
引言
随着全球变暖加剧和自然资源限制的加剧，提高食品加工残渣的利用率变得日益重要（Aschemann-Witzel, 2016）。酱油残渣（SSR）是东亚和东南亚地区酱油生产过程中的主要副产品（Gao et al., 2019）。如图1a所示，每生产1千克酱油大约会产生0.67千克的SSR。近年来，中国的酱油年产量稳步增长，2023年达到了90亿千克。全球年酱油消费量约为100亿升（Zhou et al., 2021）。SSR含有大量的盐分和水分，尤其是高盐液态发酵（HSSF）过程产生的残渣具有极高的水分和盐度（Wang et al., 2021）。如图1b所示，SSR含有丰富的粗蛋白、脂肪、纤维和灰分（干基含量分别为21.8%、29.2%、18.1%和29.5%）（Liu et al., 2017），显示出较大的回收利用潜力，但目前大部分仍被丢弃。高盐度限制了其多种用途：作为肥料原料可能导致土壤盐碱化（Shokri et al., 2024）；在动物饲料中，过量的钠摄入会损害动物健康（Faraco, 2024）；在厌氧消化过程中，盐度会抑制微生物活性并降低甲烷产量（Li et al., 2024）。此外，SSR的高水分含量也阻碍了其运输和储存（Xu, Liu, Xu, & Wang, 2025）。现有的工业脱盐方法（如图1c所示）主要采用水洗和酶解，要么消耗大量水资源并产生含盐废水，要么成本较高。因此，同时减少盐分和水分是提高SSR利用率的前提。
传统的干燥技术（如热风干燥、真空干燥）虽然能有效去除水分，但脱盐效果甚微。初步研究表明，低压过热蒸汽（LPSSD）在去除酱油残渣中的盐分（Liu et al., 2017）和糖分（Liu et al., 2024a）方面具有潜力，但这些过程的详细机制尚不清楚。图1d展示了LPSSD条件下的不同干燥阶段和物料温度分布（Kittiworrawatt & Devahastin, 2009）。作为生物材料的干燥介质，过热蒸汽还具有其他优势：提高产品质量（Sehrawat et al., 2018）、降低氧化降解（Kheto et al., 2025）、防止火灾和爆炸，并显著降低能耗（Linke & Kohlus, 2025）。Liu et al.通过LPSSD成功减少了芒果中的糖分，证明了该技术适用于食品加工领域（Liu et al., 2024b）。
然而，关于食品废弃物中盐分迁移的机制研究仍十分有限（Wang et al., 2019），尤其是LPSSD过程中的NaCl迁移机制。为填补这一空白，我们使用两种代表性物质研究了NaCl的迁移过程：一种是液态系统（NaCl溶液），用于研究界面溶解/传输行为；另一种是固态系统（酱油残渣SSR），用于观察多孔食品基质中的盐分重新分布。通过分析不同冷凝条件和接触面积下的质量平衡、水分变化、NaCl去除情况以及盐分分层分布，我们提出了一个与实验结果一致的NaCl迁移机制。这些发现为开发无需洗涤的酱油残渣同步脱水和脱盐策略提供了实用依据。这种无水工艺的实施有助于减少淡水消耗，消除高浓度含盐废水的产生，从而支持全球向清洁生产和循环经济中废弃物资源化方向的努力。
材料
新鲜的低盐固态发酵酱油残渣（SSR）由天津利民调味品有限公司提供（中国天津）。氯化钠（NaCl，AR级，纯度≥99.5%）及其他分析级化学品均从富晨化学试剂有限公司（中国天津）购买。用于氯化物滴定的硝酸银标准溶液（0.1 mol/L）也来自同一供应商。所有溶液的制备均使用三级实验室去离子水。
LPSSD下的NaCl去除行为
图3显示了干燥环境、蒸汽与物料接触程度及冷凝历史对SSR中NaCl去除的影响。在真空干燥（VD）条件下，尽管水分快速流失（见图3a和图S2），NaCl含量并未显著下降（p > 0.05）。这表明在VD条件下，水分和盐分的传输是分离的。在VD过程中，SSR中的水分去除是由蒸汽压驱动的相变引起的（Cáceres et al., 2007; Chahbani et al., 2018）。相比之下，NaCl的迁移过程...
结论
本研究证明，低压过热蒸汽干燥（LPSSD）能够有效实现酱油残渣的同时脱水和脱盐。LPSSD使干燥后的SSR中NaCl含量减少了34.8%，远优于仅去除水分但脱盐效果不佳的真空干燥方法。
LPSSD的成功得益于一种协同机制：初始的蒸汽冷凝溶解了表面盐分，随后的蒸汽流动提供了所需的机械剪切力...
作者贡献声明
Xin Xu：撰写初稿、数据可视化、软件开发、概念设计。Jian-Bo Liu：撰写初稿、项目监督、资金争取、概念设计。Jia-Cheng Guo：软件开发、数据分析。Zhi-Hong Xing：数据分析、数据整理。Rui-Fang Wang：方法设计、项目监督。Qing Xu：撰写修订稿、项目监督。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益冲突或个人关系。
致谢
作者感谢天津农业学院青年科技人才发展基金项目（项目编号：2025QNKJ13）和天津市教委科研项目（合同编号：2023ZD002）的支持。
