序列依赖性竹笋膳食纤维的酶解与植物乳杆菌发酵改性

《Foods》：Sequence-Dependent Modification of Bamboo Shoot Dietary Fiber Through Enzymatic Hydrolysis and Lactobacillus plantarum Fermentation

　　

竹笋膳食纤维（BSDF）主要由不溶性组分构成，严重限制了其理化性能与食品应用。本研究采用三种酶-发酵序列（酶解后发酵（EH-F）、发酵后酶解（F-EH）及酶解发酵一体化（IEHF））提升竹笋可溶性膳食纤维（SDF）含量。EH-F处理获得最高SDF含量（17.27%）。通过监测pH、生物量、酶活性及短链脂肪酸（SCFAs）变化，揭示处理序列间改性效率差异。傅里叶变换红外光谱（FTIR）显示序列酶解与发酵处理改变了竹笋粉末化学结构，与不溶性组分向可溶性转化一致。EH-F处理所得SDF表现出优越的持水性（6.71 g/g）、持油性（6.42 g/g）及DPPH自由基清除率（1.2 mg/mL时65.69%）。此外，在模拟胃肠道消化过程中，EH-F处理SDF的碳水化合物残留保留率达87.82%。这些增强性能与序列加工过程改善的水合性质相关。本研究初步探索了不同酶发酵序列对BSDF改性的影响，为BSDF利用提供参考。

**论文解读文章**
竹笋富含膳食纤维（DF）、多糖及生物活性化合物，是潜在的功能食品原料。然而，竹笋膳食纤维（BSDF）主要包含不溶性膳食纤维（IDF），其致密有序的木质纤维素结构导致水合性差、可发酵性低，在食品体系中功能有限。为提升可溶性膳食纤维（SDF）含量及功能特性，需采用有效改性策略。单独酶解常导致结构转化不完全和功能改善有限；而乳酸菌（LAB）发酵（尤其是植物乳杆菌）可通过产酸和胞外酶部分降解多糖结构、改善纤维表面特性。近期研究表明酶解与微生物发酵存在协同效应，但多数研究聚焦于单一或同时处理，不同处理序列对BSDF结构转化、SDF形成机制及功能特性差异的影响尚不明确，序列依赖性协同机制尚未系统阐明。本研究旨在通过比较三种酶-发酵复合序列（EH-F、F-EH、IEHF）对BSDF的改性效果，阐明序列依赖性协同效应，为BSDF的高值化开发和工业应用提供参考。论文发表在《Foods》。

研究人员采用的主要关键方法包括：以竹笋粉（广德经世农业有限公司提供）为原料，使用纤维素酶（EC 3.2.1.4）和木聚糖酶（EC 3.2.1.8）进行酶解，以植物乳杆菌GS2（实验室保藏）进行发酵。三种序列处理为：酶解后发酵（EH-F）、发酵后酶解（F-EH）及酶解发酵一体化（IEHF）。通过pH监测、酶残留活性测定、高效液相色谱（HPLC）分析有机酸及短链脂肪酸（SCFAs）、微生物计数、傅里叶变换红外光谱（FTIR）进行结构表征，并评价SDF的持水性（WHC）、持油性（OHC）、DPPH自由基清除活性及模拟胃肠道消化稳定性（INFOGEST 2.0静态法）。

**研究结果**

**3.1 不同处理后总膳食纤维（TDF）、IDF和SDF含量的变化**
通过酶解-重量法测定各处理组膳食纤维含量。与对照组相比，所有处理均显著提高SDF含量。EH组SDF（14.28%）高于F组（13.79%），表明酶解更有效地促进纤维可溶化。EH-F组SDF最高（17.27%），IDF最低（46.74%），表明先酶解后发酵序列最有效地促进纤维可溶化；F-EH组SDF（15.08%）次之，IEHF组效率较低。

**3.2 不同处理过程中pH的动态变化**
通过pH计实时监测。对照pH稳定约6.5；EH组缓冲维持pH约4.6；所有发酵组pH持续下降。F组6h降至4.59；F-EH组发酵后pH约4.61，酶解阶段稳定；EH-F组酶解阶段pH约4.6，发酵后从4.25降至3.81，酸化最显著；IEHF组pH下降最慢，8h仅5.12，表明微生物代谢受限。

**3.3 不同处理策略下有机酸产量**
高效液相色谱（HPLC）测定乳酸及SCFAs（乙酸、丙酸、丁酸）浓度。EH-F组乳酸含量最高（42.56 mg/g），总SCFAs高于F组，表明酶解预处理改善了底物可及性，维持了活跃的微生物代谢。IEHF组乳酸（25.83 mg/g）和总SCFAs（7.93 mg/g）最低，与弱酸化和低菌数一致。F-EH组代谢物水平介于两者之间。

**3.4 残留酶活与乳酸菌生长**
通过DNS法测定酶活性，平板计数测定活菌数。F-EH组酶解后纤维素酶和木聚糖酶残留活性最高（70.81%、75.64%），因发酵后酸性环境（pH约4.6）接近酶最适pH；IEHF组残留酶活最低（8h时58.28%、61.76%），表明一体化处理条件不利于酶稳定性。活菌计数显示F-EH组发酵6h达9.05×10⁹ CFU/mL，与F组相当；IEHF组全程菌数最低；EH-F组发酵初期菌数增长较慢，但8h达9.85×10⁸ CFU/mL，表明酶解后微生物仍可维持代谢。

**3.5 FTIR表征不同处理后结构变化**
FTIR光谱分析显示，所有处理组在500–2000 cm^?1区域出现明显差异。多糖指纹区（1000–1200 cm^?1）处理组吸收增强且峰位偏移，尤以EH-F组呈现单个宽峰（1032 cm^?1），区别于其他组的双峰特征，表明其多糖结构被独特改变。木质纤维素相关区（1500–1610 cm^?1）处理组出现峰移和肩峰，反映木质纤维素网络及木质素-碳水化合物相互作用被改变。

**3.6 改性SDF的持水性与持油性**
测定WHC和OHC。所有处理均提高WHC和OHC。单处理中EH组WHC高于F组；EH-F组WHC（6.71 g/g）和OHC（6.42 g/g）均为最高，表明先酶解后发酵序列最有效；F-EH组提升幅度较小；IEHF组在复合处理中最低。

**3.7 改性SDF的体外抗氧化活性**
DPPH自由基清除实验显示，所有样品清除率呈浓度依赖性。EH-F组在所有浓度下清除率最高（1.2 mg/mL时65.69%），顺序为EH-F > F-EH > F > EH > IEHF，与酸化和代谢物水平一致。

**3.8 改性SDF的体外胃肠稳定性**
选用最优EH-F组SDF进行模拟胃肠消化，以天然SDF（Ctrl）为对照。肠道期Ctrl组还原糖释放（89.36 mg/g）显著高于EH-F组（42.73 mg/g），EH-F组碳水化合物残留率（87.82%）高于Ctrl组（70.36%），表明EH-F改性增强了SDF的抗酶解能力。

**结论部分翻译**
本研究证明了酶解与发酵的序列在决定BSDF结构和功能特性中起重要作用。通过对EH-F、F-EH和IEHF策略的比较分析，研究人员发现工艺整合顺序显著影响不溶性膳食纤维向可溶性组分的转化，使SDF含量从6.57%提升至17.27%。EH-F组在理化性质上表现出最显著的改善，包括增强的持水性（6.71 g/g）、持油性（6.42 g/g）和DPPH自由基清除活性（1.2 mg/mL时65.69%）。此外，体外消化分析表明其胃肠道稳定性提高，表现为肠道还原糖释放减少（42.73 mg/g）和碳水化合物残留率增加（87.82%）。这些发现表明，酶解与微生物发酵的序列组合有助于BSDF的结构改性和功能增强。总体而言，EH-F策略为改善BSDF的功能品质提供了有效途径，并展示了其在功能性食品开发中的应用潜力。然而，需要进一步研究优化工艺效率，并验证改性BSDF在真实食品体系中的适用性。