燕麦豆渣预处理对其组分的调控作用及丝状真菌发酵升级回收在食品应用中的生物精炼策略

本研究针对燕麦奶副产物燕麦豆渣（oat okara）资源化利用难题，通过采用丝状真菌Rhizopus oligosporus进行固态发酵，显著提升其蛋白质含量、优化氨基酸谱并降低植酸与饱和脂肪酸；同时系统评估酶法（α-淀粉酶）与酸法（HCl、H3PO4）预处理对豆渣营养成分的调控效应，为功能性食品开发提供新策略，对推动食品工业循环经济发展具有重要意义。

　　

随着全球对可持续农业和循环经济模式的关注度不断提高，植物基食品产业迎来快速发展。燕麦奶作为乳制品替代品市场的重要产品，其生产过程中产生大量副产物——燕麦豆渣（oat okara）。据统计，每生产1千克燕麦奶约产生0.45千克豆渣，其主要成分为蛋白质（干基32%）和膳食纤维（干基35%），还富含酚类化合物和β-葡聚糖等生物活性成分。然而，目前燕麦豆渣大多被用作动物饲料或废弃处理，未能实现高值化利用，不仅造成资源浪费，也增加了环境负担。

为解决这一问题，研究人员开始探索通过生物精炼（biorefinery）策略对燕麦豆渣进行升级回收（upcycling）。其中，微生物发酵技术被视为改善植物副产物营养特性、提高其功能性和食用价值的有效手段。丝状真菌Rhizopus oligosporus在发酵过程中可产生多种酶系，能够降解抗营养因子、改善基质质地，并增强蛋白质的生物利用度，已成功应用于甘薯渣等副产物的发酵改良。然而，针对燕麦豆渣的真菌发酵研究尚未见系统报道。

另一方面，燕麦奶生产过程中的预处理工艺（如酶解、酸处理）会显著改变燕麦豆渣的组成和结构，进而影响其后续加工性能。α-淀粉酶处理可有效降解淀粉，释放被包埋的蛋白质和纤维；酸处理则能改性淀粉并促进蛋白质溶出。但目前研究多关注预处理对燕麦奶品质的影响，对豆渣固体残渣组分的变化规律缺乏系统评估。

在此背景下，本研究发表于《Future Foods》的研究论文通过两个阶段系统探讨了燕麦豆渣的高值化利用路径：第一阶段采用Rhizopus oligosporus对工业燕麦豆渣进行固态发酵（Solid-State Fermentation, SSF），并将其加工成肉丸替代品；第二阶段通过实验室自制豆渣，比较不同酶法（α-amylase）和酸法（HCl、H₃PO₄）预处理对豆渣营养成分的影响，旨在为燕麦豆渣的资源化利用提供理论依据和技术支持。

在研究过程中，团队运用了多项关键技术方法：采用凯氏定氮法（Kjeldahl method）测定蛋白质含量，使用ISO 13903:2005标准方法分析氨基酸组成，通过酶重量法（AOAC法）测定总膳食纤维（TDF）、不溶性膳食纤维（IDF）和可溶性膳食纤维（SDF），利用气相色谱分析脂肪酸组成，采用ICP-MS技术测定矿物质元素，并通过Megazyme试剂盒测定植酸和淀粉含量。所有实验均设三次重复，数据以均值±2倍标准差表示，采用t检验进行统计学分析。

研究结果主要体现在以下几个方面：

Phase I: 发酵对燕麦豆渣营养特性的影响

通过比较工业燕麦豆渣和发酵豆渣肉丸的营养成分发现，发酵后蛋白质含量从39.89g/100g略微增加至42.50g/100g；必需氨基酸如赖氨酸（从1.53增至1.87g/100g）、丙氨酸（从1.81增至2.23g/100g）和苏氨酸（从1.27增至1.39g/100g）含量均有所提高，但含硫氨基酸（蛋氨酸和半胱氨酸）有所降低。脂肪酸组成分析显示，饱和脂肪酸比例下降，其中棕榈酸（C16:0）从17.70%降至14.00%，而单不饱和脂肪酸油酸（C18:1 n-9）从36.50%显著增加至41.70%。矿物质分析表明，钠含量从488.06mg/100g降至250.00mg/100g，钾含量从4668.44mg/kg增至6041.67mg/kg。最显著的变化是植酸含量降低了约45%（从3.1%降至1.7%），大大提高了矿物质的生物利用度。

Phase II: 预处理对非工业燕麦豆渣组成的影响

酶处理（特别是高酶量En-3条件）使淀粉含量从57.6%大幅降至11.78%，蛋白质含量从13.56%增至24.03%，纤维含量增至43.00%。酸处理（AC-H）也使蛋白质含量显著提高至25.80%，但淀粉保留量较高（22.34%）。酶处理组的豆渣得率随酶量增加而降低（En-1:10.18%, En-2:8.28%, En-3:7.01%），而酸处理组的得率较高（AC-H:11.53%, AC-P:11.60%）。这些结果表明，通过调控预处理条件可以定向改变燕麦豆渣的营养组成，为后续加工提供合适的原料基础。

研究结论与讨论部分强调，本研究成功验证了Rhizopus oligosporus发酵对改善燕麦豆渣营养品质的有效性，表现为蛋白质强化、氨基酸谱优化、脂肪酸组成改善以及抗营养因子减少。同时，酶法和酸法预处理能够显著改变豆渣的化学成分，特别是高酶量处理（En-3）实现了最大程度的淀粉降解和蛋白质富集，而盐酸处理（AC-H）则获得了最高的蛋白质含量。这些发现表明，通过精细调控预处理和发酵工艺参数，可以生产出符合特定功能食品要求的燕麦豆渣原料。

该研究的科学意义在于首次系统评估了燕麦豆渣预处理与真菌发酵的协同效应，为植物基副产物的高值化利用提供了完整的技术路线。实践上，开发出的发酵豆渣肉丸产品展示了将农业副产物转化为高蛋白食品的可行性，符合可持续食品系统的发展方向。未来研究可进一步关注发酵过程中生物活性化合物的变化规律，以及矿物质生物利用度的实际改善效果，为功能性食品开发提供更全面的科学依据。

总体而言，这项工作通过生物精炼策略成功将燕麦奶副产物转化为高营养价值食品配料，不仅提升了资源利用效率，也为植物基食品创新提供了新思路，对推动食品工业的绿色转型和循环经济发展具有重要实践价值。