《Current Research in Food Science》：Complex enzyme hydrolysis of okara to enrich soluble dietary fiber and peptides and insights into the dietary fiber–protein interaction mechanism
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摘要：膳食纤维与蛋白质之间的相互作用抑制了不溶性膳食纤维（IDF）向可溶性膳食纤维（SDF）的转化以及豆渣蛋白的水解。研究人员采用Viscozyme? L和胃蛋白酶进行顺序酶解以富集SDF和肽，并通过分析IDF、SDF、肽及其混合体系的结构，探究了纤维与蛋白质
摘要：膳食纤维与蛋白质之间的相互作用抑制了不溶性膳食纤维（IDF）向可溶性膳食纤维（SDF）的转化以及豆渣蛋白的水解。研究人员采用Viscozyme? L和胃蛋白酶进行顺序酶解以富集SDF和肽，并通过分析IDF、SDF、肽及其混合体系的结构，探究了纤维与蛋白质之间的相互作用机制。经复合酶水解后，豆渣的SDF/IDF比值和肽含量分别达到0.48和54.38%。与单独使用Viscozyme? L或胃蛋白酶水解相比，复合酶水解有效降解了IDF和蛋白质，破坏了SDF-肽中的氢键，并水解了IDF的无定形区。IDF无定形区的水解以及SDF与肽之间氢键的破坏促进了SDF和肽的富集。总体而言，该研究为豆渣的开发与利用提供了实践框架。
复合酶水解豆渣富集可溶性膳食纤维与肽的机制研究解读
一、研究背景与意义
豆渣是豆乳和豆腐生产过程中产生的副产物，全球约7%的大豆用于豆腐、豆乳、发酵大豆和纳豆的生产，每加工1 kg大豆约产生1.1–1.2 kg湿豆渣。干豆渣富含膳食纤维（DF，50%–60%）、蛋白质（20%–30%）、脂肪（10%–12%）以及异黄酮、皂苷、植物甾醇等生物活性成分。豆渣中的DF可在体内吸水膨胀，促进饱腹感并抑制食物摄入，有助于调节体重和预防肥胖；豆渣蛋白的必需氨基酸比例也接近商业化大豆分离蛋白。然而，由于豆渣含水量高、易腐败变质并存在环境污染风险，其通常被用作动物饲料、土壤肥料或被废弃，造成了资源浪费和环境压力，成为大豆加工业面临的重要挑战。
豆渣DF分为不溶性膳食纤维（IDF）和可溶性膳食纤维（SDF）。IDF主要包含纤维素、半纤维素和木质素，占总DF的90%以上，高含量IDF在食品应用中会产生不良影响。而充足摄入SDF对人体健康至关重要，具有益生元效应、调节血糖、降低血脂、预防肥胖和癌症等益处。因此，调节DF比例、提高SDF含量十分必要。目前已有酶解、机械降解、挤压蒸煮、热处理及多种集成方法用于改变SDF/IDF比值。酶处理可降低豆渣细胞壁刚性并提高蛋白质提取率，被认为是一种有前景的方法。已有研究报道Viscozyme? L处理可使豆渣中IDF含量降低33%、SDF含量提高110%，也可将豆渣细胞壁多糖水解后使SDF含量从1.17%提高至2.15%。
然而，DF与蛋白质之间可通过氢键、疏水相互作用和静电作用力相互结合。这种DF-蛋白相互作用会干扰IDF向SDF的转化，同时阻碍豆渣蛋白的水解及小分子肽的生成。单一酶对复杂底物具有底物特异性限制，其水解效率受到制约。已有研究表明纤维素酶和蛋白酶联合使用能更有效地破坏藻类细胞壁结构，复合酶体系可增强细胞壁破坏并促进糖蛋白复合物的水解，释放更多多糖。截至目前，尚未见将Viscozyme? L与蛋白酶联合用于豆渣中SDF和肽顺序富集的报道。因此，阐明复合酶作用下DF与蛋白质的相互作用机制，对于提高SDF和肽的共富集效率具有关键意义。
二、研究内容与结论
该研究发表于《Current Research in Food Science》。研究人员以Viscozyme? L（来源于黑曲霉，含纤维素酶、半纤维素酶、阿拉伯聚糖酶、β-葡聚糖酶和木聚糖酶）和胃蛋白酶对豆渣进行顺序酶解，系统优化了复合酶水解工艺，并从未经处理的豆渣（对照C）、Viscozyme? L处理组（V）、胃蛋白酶处理组（P）及Viscozyme? L复合胃蛋白酶处理组（VP）的SDF、IDF、肽及其混合体系的结构入手，阐明豆渣纤维-蛋白相互作用机制。
研究发现，经复合酶水解后豆渣SDF/IDF比值达0.48，肽含量达54.38%，显著高于已有研究报道的水平。复合酶水解较单一酶解能更有效降解IDF和蛋白质，破坏SDF-肽间氢键，水解IDF无定形区，从而促进SDF和肽的富集。
三、主要技术方法
研究人员采用以下关键技术方法开展研究：以湿豆渣（购自中国河南省安阳市当地市场，55°C干燥12 h，总DF 67.77%、蛋白质13.94%）为原料，依次进行Viscozyme? L和胃蛋白酶顺序酶解，以SDF/IDF比值和肽含量为指标优化酶解工艺条件。结构表征方面，利用激光共聚焦扫描显微镜（CLSM）观察水相和残渣相的微观结构及DF、蛋白、油脂分布；利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析水相、SDF、IDF及残渣相的功能基团和氢键变化；利用荧光光谱、表面疏水性（H0）和紫外-可见光谱分析多肽及水相中蛋白质构象变化；利用X射线衍射（XRD）分析SDF和IDF的相对结晶度；利用超高效液相色谱-质谱联用和高效液相色谱分别测定SDF和IDF的单糖组成与分子量。
四、研究结果与分析
（一）复合酶水解对豆渣SDF/IDF比值和肽含量的影响
Viscozyme? L水解研究表明，在酶浓度0.50%、时间4 h、pH 5.0、温度50°C条件下，SDF/IDF比值和肽含量达到最高值0.26和54.16%，SDF含量为15.03%，较原料提高13.67%。pH 5.0时SDF和蛋白质因静电排斥不易聚集，有利于SDF含量提高。50°C接近Viscozyme? L最适温度（49.19°C），过高温度会导致酶蛋白变性失活。
胃蛋白酶水解研究表明，在酶浓度0.75%、时间2 h、pH 1.5、温度37°C条件下，SDF/IDF比值和肽含量分别达到0.48和54.19%。强酸条件通过质子化作用促进氢键和β-1,4-糖苷键断裂，生成低分子量低聚糖，提高SDF含量。复合酶作用下豆渣SDF/IDF比值和肽含量高于文献报道值，表明Viscozyme? L与胃蛋白酶联用具有协同增效作用。
（二）复合酶水解对SDF-肽相互作用的影响
CLSM观察显示，未处理豆渣水相中SDF呈大块聚集体，且可与肽共定位。Viscozyme? L水解后SDF结构降解、形态变得松散；胃蛋白酶水解后SDF呈现较大聚集体且表面出现小空洞；复合酶水解后SDF降解更为彻底，在水相中形成更细小、分布更均匀的组分。酶处理后肽与SDF区域呈现高共定位现象，静电相互作用增强是蛋白-多糖共定位的原因之一。
FTIR分析显示，胃蛋白酶及复合酶水解后水相–OH吸收峰发生蓝移，说明多糖链内及多糖-蛋白间分子内相互作用减弱、氢键减少。复合酶处理使SDF所有羟基吸收峰蓝移幅度更显著，表明其对SDF-肽氢键的破坏程度更大，有助于提高SDF/IDF比值和肽含量。水相中–OH峰较肽和SDF出现明显红移（复合酶水解除外），证实了多糖羟基与蛋白氨基之间氢键的形成抑制了伸缩振动。
荧光和表面疏水性分析显示，胃蛋白酶和复合酶水解所得肽的最大发射波长发生红移，表明原本埋藏在疏水核心中的色氨酸（Trp）残基暴露于更极性环境。胃蛋白酶优先水解芳香族氨基酸（苯丙氨酸、Trp、酪氨酸）相邻的肽键。胃蛋白酶和复合酶水解所得肽的H0值高于对照组，表明更多疏水氨基酸暴露于分子表面。Viscozyme? L水解组因SDF与肽的相互作用增强，H0呈下降趋势。复合酶处理使疏水区域暴露增加、荧光红移，促进蛋白水解，与肽含量显著升高一致。
单糖组成、分子量和结晶度分析表明，SDF主要由半乳糖、阿拉伯糖和木糖组成。Viscozyme? L和复合酶水解后SDF中半乳糖含量较对照增加，表明半纤维素发生部分解聚并实现了从IDF向SDF的转化。复合酶处理后SDF的结晶度较对照降低，表明其水溶性增强。IDF的分子量约为1000 kDa，与文献报道（724–2081 kDa）一致。
（三）复合酶水解对IDF和残渣相结构的影响
CLSM观察显示，未处理豆渣中DF呈相对完整的骨架结构，蛋白质被包裹其中。Viscozyme? L水解有效破碎DF骨架结构，产生大片状碎片。复合酶水解使IDF结构遭受严重破坏并逐步解离，这种更彻底的降解与SDF/IDF比值显著提高一致，证明两种酶之间具有协同效应。IDF和豆渣蛋白在相同区域内共定位。
FTIR分析显示，复合酶水解后IDF的–OH吸收峰发生红移，表明羟基暴露增加、多糖链间及分子内氢键增强。残渣相中酶解后–OH峰出现蓝移，说明蛋白质水解破坏了IDF与蛋白质之间的氢键相互作用。胃蛋白酶处理后IDF的–OH/N–H伸缩带明显蓝移，表明蛋白质去除破坏了IDF-蛋白复合物中的氢键。
单糖组成和结晶度分析显示，Viscozyme? L和复合酶水解降低IDF中半乳糖和阿拉伯糖含量，表明半纤维素部分解聚并转化为SDF。酶水解使IDF结晶度显著增加，其中复合酶处理后IDF结晶度较对照增加88.34%，表明IDF无定形区被优先水解，导致结晶区比例升高，有利于IDF向SDF转化。
（四）豆渣纤维-蛋白相互作用机制
综合水相和残渣相的结构分析结果，Viscozyme? L主要作用于IDF并将其转化为SDF，同时豆渣中原本的SDF也可被Viscozyme? L降解，降解后的SDF发生再聚集。Viscozyme? L水解增强了SDF与肽之间的氢键作用，但减弱了其疏水相互作用，同时增强了IDF与蛋白质之间的氢键作用。胃蛋白酶水解蛋白质促进SDF释放，在强酸条件下IDF被部分降解，伴随SDF与肽间疏水相互作用增强和氢键减弱。复合酶首先水解IDF以促进被包埋蛋白质的释放，同时破坏SDF与肽之间的氢键，从而提高SDF/IDF比值和肽的生成量。复合酶表现出比单一酶更强的氢键破坏能力，对应最高的SDF/IDF比值和肽含量，证实了微观结构与纤维-蛋白相互作用和宏观结果之间的相关性。氢键可能是纤维与蛋白之间的主要作用力。复合酶水解IDF无定形区后暴露了更有序规整的结构。
五、结论与展望
该研究采用Viscozyme? L和胃蛋白酶复合酶水解豆渣，显著提高了SDF/IDF比值（0.48）和肽含量（54.38%）。CLSM结果显示复合酶水解同时降解了SDF和IDF，并诱导SDF与肽、IDF与蛋白质之间的共定位。与单独Viscozyme? L水解相比，复合酶水解进一步削弱了SDF-肽内氢键并提高了肽的表面疏水性；与单独胃蛋白酶水解相比，复合酶水解增强了DF降解和IDF-蛋白间氢键作用。单糖组成、分子量和结晶度分析表明复合酶优先水解IDF无定形区，提高了其结构有序性。
豆渣具有营养和生物价值，可广泛应用于多种食品中。复合酶水解豆渣不仅可减少废弃物产生，还能提升其在食品工业中的经济和营养可及性。未来研究需进一步表征豆渣生物活性特性，评估其消化性及与其他食品组分的相互作用，以实现其在真实食品体系中的成功应用。
