《Food Bioscience》：Comparative functional and antioxidant characterization of enzymatic and fermentation-derived sugar beet waste hydrolysates
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阿伊谢努尔·阿卡尔（Ay?enur Acar）|维尔丹·埃伊兹（Vildan Eyiz）|伊斯梅尔·通图尔（?smail Tontul）塞尔丘克大学（Selcuk University），农业学院，食品工程系，科尼亚（Konya），土耳其摘要本研究评估了一种顺序优化和发酵策略，旨
阿伊谢努尔·阿卡尔（Ay?enur Acar）|维尔丹·埃伊兹（Vildan Eyiz）|伊斯梅尔·通图尔（?smail Tontul）
塞尔丘克大学（Selcuk University），农业学院，食品工程系，科尼亚（Konya），土耳其
摘要
本研究评估了一种顺序优化和发酵策略，旨在将甜菜废弃物转化为具有抗氧化性和功能增强的水解产物。采用响应面方法（Response Surface Methodology, RSM）对酶促水解过程进行优化，优化参数包括温度（40-60°C）、pH值（6.5-8.5）和酶的比例（1-3%）。多响应优化分析结果表明，最佳条件为温度40°C、pH值8.5和酶的比例3%（优化度为0.756），此时水解度达到42.23%，可溶性蛋白含量为18.48 mg/mL，自由基清除活性（TEAC/kg dm）为16.46 g。优化后的水解产物随后经过酵母和乳酸菌（LAB）的发酵处理，并设置了酶促和非酶促对照组。酶促水解使水解度提高到53.6%，而乳酸菌发酵进一步将其提高到74.3%，这表明主要是酸溶性成分的增加，而非肽键的直接断裂。
酵母发酵提高了总酚含量和自由基清除活性，表明酚类物质的可用性或组成可能发生了变化，但未获得分子层面的证据。相比之下，乳酸菌发酵增强了还原能力，并产生了最高的总黄酮含量。发酵还改变了产品的工艺功能特性：酵母在中性条件下改善了泡沫形成能力和稳定性，而乳酸菌则增强了酸性稳定性，但降低了乳化能力，这可能是由于蛋白质分解和肽链断裂加剧所致。
引言
甜菜废弃物是糖生产过程中产生的大量低价值副产品，主要用作动物饲料或被丢弃，这对糖加工行业带来了经济和环境挑战。现代生物技术研究表明，这种富含纤维素、半纤维素、果胶和生物活性化合物的废弃物通过物理化学和生物转化方法（包括热处理、酸处理和酶处理）具有生产高附加值产品的潜力（Usmani等人，2022年）。虽然传统上甜菜废弃物的利用多局限于低利润领域，但最近的研究强调了其作为可发酵糖类和生物化学品可再生原料的潜力（de Wolf等人，2025年；Gaizauskaite和Zadeike，2025年）。因此，甜菜废弃物的增值利用越来越符合循环生物经济的理念，旨在实现资源回收和减少废物。
近年来，甜菜废弃物在循环生物经济框架内受到广泛关注，被视为集成生物精炼系统的可再生原料（Dhodduraj等人，2026年）。然而，大多数研究仍集中在碳水化合物的降解以生产生物燃料和生物化学品上，重点关注糖的释放和发酵效率（Glaser等人，2024年；Dhodduraj等人，2026年）。因此，甜菜废弃物仍主要被视为碳水化合物来源，而非多功能生物活性物质。
除了碳水化合物的转化外，甜菜废弃物还被用于果胶提取和工艺功能应用，特别是与其蛋白质相关领域的乳化性能研究（Dygas等人，2023年）。从食品成分的角度来看，甜菜废弃物研究主要关注果胶提取及其工艺功能性能。甜菜果胶因其独特的乳化性能而受到重视，这部分归因于其中的蛋白质结构（Chen等人，2016年）。不过，本研究主要关注多糖的功能性，而非基于肽的生物活性。
相比之下，农业工业副产品的酶促水解已被广泛报道能产生富含肽的分馏物，这些肽具有抗氧化和工艺功能特性。例如，马铃薯蛋白水解物表现出更好的乳化和抗氧化活性（Yay等人，2025年），而植物蛋白副产品则通过优化增强了自由基清除和界面功能（Udenigwe和Aluko，2012年；Tavano，2013年）。最新研究进一步证实，可控的蛋白质分解可以调节肽的大小和表面活性，从而影响其功能表现（Khalid等人，2025年）。这些发现共同支持了利用酶促水解从植物废弃物中生成生物功能肽的策略。
尽管取得了这些进展，针对甜菜废弃物中基于肽的功能性水解产物的系统研究仍较为有限。此外，将酶促水解与后续微生物发酵结合以同时调节抗氧化性和界面特性的研究也很少。具体而言，将响应面方法（RSM）引导的酶促水解参数优化与后续微生物发酵（乳酸菌和酵母）相结合，以综合调节甜菜废弃物中的抗氧化机制和界面功能的研究尚未得到充分探索。因此，本研究旨在通过将酶促水解优化和微生物发酵结合在一个系统中，评估它们对抗氧化性和工艺功能特性的综合影响。本研究将甜菜废弃物重新定位为多功能生物活性水解产物的来源，而不仅仅是碳水化合物资源，从而更全面地理解其结构-功能关系，并支持其在食品级应用中的潜力。
章节摘录
材料
甜菜废弃物来自土耳其科尼亚的当地糖加工厂（Konya ?eker Sugar Factory）。植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）由塞尔丘克大学食品工程系提供（科尼亚，土耳其），而酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）则从当地市场购买（Pakmaya，伊兹密尔，土耳其）。所有试剂均为分析级。DPPH、TPTZ、铜（II）-新铜试剂和双缩脲试剂均购自Sigma-Aldrich公司（圣路易斯，密苏里州）。
通过RSM优化酶促水解
采用响应面方法（RSM）优化甜菜废弃物蛋白的酶促水解过程，同时考虑温度（40–60°C）、pH值（6.5–8.5）和酶的比例（1–3%，v/w）对水解度（DH）、TCA可溶性蛋白和DPPH的影响。DH和TCA可溶性蛋白作为水解相关变化的操作指标，而非直接的分子描述符。实验数据和响应值见表2。RSM有助于评估交互效应和多响应优化。
结论
本研究表明，通过顺序优化-发酵策略，丰富的农业工业副产品甜菜废弃物可以转化为多功能生物活性成分。通过应用RSM，确定了最佳的水解条件（40°C、pH 8.5、3%酶），表明最大程度的蛋白质分解并不一定对应最佳的功能表现。控制水解强度对于保持抗氧化能力至关重要。
CRediT作者贡献声明
维尔丹·埃伊兹（Vildan Eyiz）：撰写、审稿与编辑、数据可视化、方法验证、实验设计、数据分析、概念构建。阿伊谢努尔·阿卡尔（Ay?enur Acar）：撰写、审稿与编辑、数据可视化、方法验证、实验设计、数据分析、概念构建。伊斯梅尔·通图尔（?smail Tontul）：撰写、审稿与编辑、数据验证、实验设计、概念构建。
资助
利益冲突声明
作者声明没有可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
