豆渣不溶性膳食纤维的NaIO4/TEMPO顺序氧化调控及其功能特性增效机制研究

本研究通过创新性地采用不同顺序的NaIO4/TEMPO氧化策略，系统揭示了氧化顺序对豆渣不溶性膳食纤维（IDF）表面官能团（羧基/醛基）转化的调控规律，首次发现NaIO4-TEMPO顺序氧化（OT-IDF）可协同提升持油能力（143% IDF）和亚硝酸盐吸附能力（147% IDF），为豆渣高值化利用提供了理论依据和技术路径。

　　

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Materials

大豆购自中国哈尔滨本地市场。实验所用耐高温α-淀粉酶（4000 U/g）、中性蛋白酶（50 U/mg）、淀粉葡萄糖苷酶（100000 U/mL）、2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基（TEMPO）、次氯酸钠溶液（6%–14%）、高碘酸钠、2,2-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐（ABTS）和2,2-联苯基-1-苦基肼基（DPPH）均购自麦克林生化科技有限公司。

Content of aldehyde group and carboxyl group

图1A展示了高碘酸钠/TEMPO氧化纤维素的示意图及化学结构变化。IDF主要包含纤维素、半纤维素和木质素。纤维素是由β-1,4糖苷键连接的脱水葡萄糖单元组成的线性聚合物。经高碘酸钠氧化后，纤维素表面C2和C3位的糖环被打开，连接的羟基转化为醛基。进一步通过TEMPO氧化可将醛基转化为羧基，而直接TEMPO氧化则选择性氧化C6位羟基生成羧基。氧化顺序显著影响醛基和羧基含量：OT-IDF（先NaIO₄后TEMPO）的羧基含量最高（2.293 mmol/g），而TO-IDF（先TEMPO后NaIO₄）因空间位阻导致醛基转化率降低。

Conclusion

本研究通过高碘酸钠和TEMPO顺序氧化改性IDF，发现NaIO₄-TEMPO顺序氧化（OT-IDF）通过醛基向羧基的转化实现了羧基含量最大化（2.293 mmol/g），并显著提升了功能特性：持油能力（OHC）达到10.37 g/g（较IDF提升143%），亚硝酸盐吸附能力（NIAC）为6.37 μmol/g（提升147%）。尽管木质素降解导致抗氧化能力下降至IDF的33.1%，但OT-IDF通过官能团协同作用实现了功能特性的优化，为豆渣资源的高值化利用提供了新策略。