《Food Chemistry》：Temperature-controlled steam explosion modulates structural and functional characteristics of
Porphyra haitanensis dietary fiber
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本研究采用温度调控蒸汽爆破法处理紫菜膳食纤维，发现140℃处理显著提升可溶性膳食纤维（SDF）含量至127.67%，形成多孔结构并增强水分保持、脂质吸附及α-淀粉酶抑制活性；而180℃处理导致结构致密化、功能下降。该绿色技术可有效改善海藻DF的结构与功能特性。
欧阳玉佳|周炳辉|王叶松|洪涛|江泽东|倪慧|郑明珠
厦门海洋职业学院海洋生物学院，中国厦门361100
摘要
由于海藻膳食纤维（DF）中的硫酸化半乳聚糖骨架与陆地木质纤维素基质的本质差异，开发高效改性方法受到了阻碍。本研究采用温度控制的蒸汽爆炸（SE）技术来调节Porphyra haitanensis膳食纤维的结构和功能特性。适度的SE处理（140°C）显著提高了DF的转化率，表现为DF含量增加了127.67%，半乳糖增加了37.71%，尿苷酸增加了22.73%-25.65%，同时DF含量减少了17.95%，酸不溶性残渣减少了28.54%，硫酸基团减少了47.40%（p<0.05）。多尺度表征显示，该过程形成了蜂窝状多孔网络，增强了羟基/羧基信号，提高了结晶度，并增强了热稳定性。相应地，海藻膳食纤维的水合能力、脂质吸附能力、胆固醇结合能力以及对α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶的抑制作用也显著提高。然而，过高的SE处理温度（180°C）会导致结构致密化，从而降低其功能性。这些发现表明，控制SE处理可以重新构建海藻膳食纤维的结构，为其功能性利用提供了一种绿色策略。
引言
Porphyra spp.富含半乳糖、3,6-脱水半乳糖、尿苷酸和硫酸基团，使其成为膳食纤维（DF）的优良来源（Geng等人，2019；Shin、An、In和KOO，2013）。膳食纤维通常被定义为聚合度大于10的难消化多糖，它们不能在小肠中被消化或吸收，但会在大肠中被发酵，从而发挥促进排便、降低血糖、血脂和胆固醇水平等生理作用（Gong等人，2024）。许多天然植物材料同时含有可溶性膳食纤维（SDF）和不可溶性膳食纤维（IDF），其中IDF通常占主导地位（Timm等人，2023）。较高的IDF比例通常会限制其食品工业中的应用潜力（Liu、Lei等人，2024）。因此，开发合适的改性策略以提高DF的产量和功能特性成为亟待研究的重点。这些进展可以增强植物来源膳食纤维在功能性食品领域的应用，以满足消费者对健康促进成分的需求。
蒸汽爆炸（SE）是一种新型的水热预处理技术，因其操作简单、处理时间短、效率高和适用范围广而在食品加工和改性中得到广泛应用（Fan等人，2025）。在SE处理过程中，材料在密封腔室内置于120°C–260°C的高压饱和蒸汽中短时间内处理，随后立即减压。这种突然的压力下降会导致多孔结构内气体迅速膨胀，产生细胞破裂的“爆炸”效应，从而改变材料的物理化学性质（Hoang等人，2023）。在分子层面，高温蒸汽处理和瞬时减压会破坏分子间的氢键和其他化学键，导致分子状态无序。在快速减压后，这些分子可以重新排列并聚集，形成更具有功能性和有序的结构（Li、Huang和Xi，2024）。与主要含有纤维素、半纤维素或木质素的陆地植物来源膳食纤维不同，海藻来源的膳食纤维富含酸性多糖和硫酸基团，在SE诱导的水热裂解和重组过程中可能表现出不同的反应性。因此，SE处理温度对Porphyra haitanensis膳食纤维的结构重组和功能性能的影响仍有待阐明。
在SE处理参数中，温度是决定纤维解聚、结构破坏和生物活性成分释放的关键因素（Qiang等人，2024）。以往的研究主要集中在单一的SE处理温度或分离的DF组分（DF或IDF）上，而很少有研究全面探讨SE对藻类膳食纤维结构变化的影响。此外，SE引起的结构变化与所获得的生物功能之间的关系尚未明确。因此，本研究旨在探讨温度控制的SE如何调节P. haitanensis膳食纤维的结构和功能性能。通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）和低场核磁共振（LF-NMR）等多尺度表征技术阐明了结构变化，并建立了其与物理化学性质及体外降糖/降脂效果之间的关联。本研究将为理解SE对海藻膳食纤维的温度控制效应提供基础，为进一步探索其结构改性和在功能性食品系统中的应用提供支持。
材料
P. haitanensis采自中国霞浦沿海地区。木瓜蛋白酶、磷酸盐缓冲液（PBS）、3,5-二硝基水杨酸（DNS）试剂和D-半乳糖醛酸购自北京Solarbio科技有限公司。硫酸、乙醇、盐酸、丙酸、氢氧化钠和无水碳酸钠（均为分析级）购自上海新华制药试剂有限公司。溴化钾（光谱级）
SE处理对P. Haitanensis膳食纤维化学性质的影响
SE处理显著改变了P. Haitanensis膳食纤维的组成（表1）。随着SE处理温度的升高，DF含量最初增加随后下降，而IDF的含量则呈现相反趋势。与对照组相比，适度的SE处理（140°C–160°C）显著降低了IDF、AIR和硫酸基团的含量，分别降低了17.95%-18.30%、28.54%-14.46%和47.40%-15.02%（p<0.05）。这些结果表明，适度的SE处理有助于
结论
本研究表明，温度控制的SE处理可以有效改善从P. haitanensis中提取的膳食纤维的结构和功能性能。适度的SE处理显著增强了P. haitanensis膳食纤维的水合能力、吸附能力和酶抑制能力，表明其具有更好的降糖和降脂潜力。这些发现表明，SE处理是一种绿色且高效的策略，可以提高海藻膳食纤维的价值。
作者贡献声明
欧阳玉佳：撰写初稿、获取资金、概念构思。
周炳辉：实验研究、数据分析。
王叶松：实验研究。
洪涛：撰写、审稿与编辑、数据分析。
江泽东：撰写、审稿与编辑、概念构思。
倪慧：撰写、审稿与编辑、概念构思。
郑明珠：撰写、审稿与编辑、监督、数据分析、概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本工作得到了福州-厦门-泉州国家自主创新示范区协同创新平台项目（编号：2024-P-005）和福建省食品微生物学与酶工程重点实验室（编号：CM23070-3）的支持。
