《Food Chemistry: X》：Characterization of structural and functional properties of okara dietary fiber synergistically modified by
Bacillus subtilis fermentation and enzymatic hydrolysis
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研究人员针对豆渣（okara）中超过90%为不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）导致口感粗糙与加工适应性差的问题，采用食品级枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）结合半纤维素酶（hemicellulase）与纤维
研究人员针对豆渣（okara）中超过90%为不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）导致口感粗糙与加工适应性差的问题，采用食品级枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）结合半纤维素酶（hemicellulase）与纤维素酶（cellulase）构建“发酵-双酶水解”协同改性策略。结果显示，协同处理使豆渣中可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）含量显著提升至45.28%。发酵预处理通过分泌胞外酶破坏致密细胞壁结构，提高底物可及性，随后外源酶实现靶向水解。改性后纤维呈疏松多孔形态，亲水基团增加，从而增强水合特性、乳化特性及体外生物活性。该协同机制兼具发酵粗破壁与酶解精准切割优势，为大豆加工副产物高值化及功能食品配料开发提供路径。
研究背景与问题提出
豆渣是全球大豆加工产业产生的主要副产物，因易腐、质地粗糙，多被用作低值饲料或废弃，造成资源浪费与环境负担。豆渣虽富含膳食纤维（dietary fiber，DF），但其中90%以上为不溶性膳食纤维（IDF），导致适口性差、加工适应性受限。相较之下，可溶性膳食纤维（SDF）因具备更优的持水、凝胶、乳化及益生特性，在调控餐后血糖、降低血清胆固醇、改善肠道菌群方面更具价值。物理与化学改性条件剧烈或存在试剂残留；单一微生物发酵转化效率有限且易产生不良气味；单一酶解对致密结晶结构穿透力不足且成本高。因此，亟需一种温和、可控、高效的生物改性路径。
研究人员开展的工作与结论
研究人员以食品级枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）DC-15为发酵菌株，联合半纤维素酶与纤维素酶，建立“发酵预处理-双酶水解”顺序协同改性体系，并以未处理组、仅发酵组进行对照。通过对IDF化学组成、微观结构、结晶度、粒径与热稳定性的系统解析，结合理化与体外功能评价，阐明结构解构机制与功能提升规律。结论表明：协同策略显著促进IDF向SDF转化，SDF含量达45.28%；疏松多孔结构与增加的亲水基团共同赋予改性豆渣膳食纤维更优的水合、乳化与生物活性，具备作为高值功能食品基料的潜力。
主要关键技术方法
研究以黑龙江北丰源食品科技提供的鲜湿豆渣为样本原料。采用单因素结合Box-Behnken响应面法（response surface methodology，RSM）以SDF得率为响应值优化工艺；通过Van Soest法分析IDF中纤维素、半纤维素与木质素组分；利用扫描电镜（SEM）观察微观形貌，X射线衍射（XRD）分析结晶结构，傅里叶变换红外光谱（FTIR）解析官能团，同步热分析（STA）评估热降解，激光粒度仪测定粒径分布；并系统测定持水性（WHC）、持油性（OHC）、膨胀性（SC）、水溶性（WS）及乳化活性指数（EAI）等界面与理化指标。
研究结果
- 2.
Materials and methods（材料与方法）
研究规定样本来源、菌种活化、豆渣干粉制备与SDF/IDF测定依据国标GB 5009.88–2023，并明确发酵、双酶水解最优参数，为后续结构比较提供方法学框架。
- 3.
未呈现小标题部分：组成与结构表征结论
发酵仅处理已能部分降解IDF，但协同双酶进一步显著降低中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）中难溶组分，提升SDF比例。SEM显示未处理纤维表面致密平滑，仅发酵组出现局部破损，协同组则呈明显碎裂、孔洞与疏松片层结构。XRD表明结晶区被部分破坏，结晶度下降；FTIR显示糖环与羟基、羧基等亲水基团信号增强；热分析显示起始与最大降解温度改变、残炭率变化，提示热稳定性重构；粒径分布向更小尺度偏移。
- 4.
理化与界面性质
协同改性后WHC、OHC、SC与WS均显著高于对照组，EAI提升，说明疏松孔隙与暴露的极性基团共同强化水油结合与乳液稳定能力。
- 5.
体外功能特性
增加SDF与多孔结构使改性纤维在葡萄糖吸附、胆固醇结合及抗氧化等体外评价中表现增强，验证结构改造对功能活性的正向贡献。
讨论与结论翻译
讨论指出，发酵作为“粗破壁”前置步骤，分泌纤维素酶、半纤维素酶与果胶酶，瓦解豆渣细胞壁；后续外源双酶在开放结构中执行“精准切割”，将高分子不溶多糖降解为中等分子量可溶片段。该顺序协同弥补了单一工艺效率低、可控性弱的缺陷，并抑制了过长发酵导致的蛋白过度降解。研究明确：发酵预处理与双酶水解对纤维结构松弛和IDF-to-SDF转化具有不可替代的叠加效应。
研究结论部分翻译如下：
结果表明，发酵-双酶水解协同策略有效改善了豆渣膳食纤维的结构与功能特性；SDF含量提升至45.28%，疏松多孔架构与增加的亲水基团共同增强了水合、乳化及体外生物活性，为大豆加工残渣转化为高附加值功能食品配料提供了可行路径。
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