《Foods》：Effects of Ultra-High Pressure–Cellulase Pretreatment on the Structural Characteristics and Functional Properties of Soluble Dietary Fiber from Perilla Seed Hulls and Its Application in Wheat–Corn Composite Dough
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紫苏籽壳是具潜力但未被充分利用的膳食纤维来源，然而关于该类外壳来源可溶膳食纤维(SDF)经预处理后结构变化如何影响其谷物面团功能性的认识仍有限。研究人员比较了未处理、超高压(UHP)预处理、纤维素酶预处理以及UHP—纤维素酶顺序预处理紫苏籽壳所提取SDF的结构
紫苏籽壳是具潜力但未被充分利用的膳食纤维来源，然而关于该类外壳来源可溶膳食纤维(SDF)经预处理后结构变化如何影响其谷物面团功能性的认识仍有限。研究人员比较了未处理、超高压(UHP)预处理、纤维素酶预处理以及UHP—纤维素酶顺序预处理紫苏籽壳所提取SDF的结构、理化及修饰面团特性。顺序处理使壳物料SDF含量由3.71%升至8.63%，不溶膳食纤维(IDF)由55.74%降至50.37%。相较未处理SDF，所得UCPSDF表观分子量更低（2442对比2788 Da），平均粒径更小（2.76对比3.62 μm），葡萄糖比例降低，阿拉伯糖与酸性单糖比例升高。FTIR、XRD、SEM与热分析显示主要多糖及纤维素I特征保留，同时结构改变并形成更疏松多孔形貌。UCPSDF持水与溶胀能力最高。在6%添加量下，UCPSDF使小麦—玉米复合面团弹性响应最强，显著升高弹簧度（0.59—0.72）与内聚性（0.64—0.76），使面团蛋白酰胺I区α-螺旋与β-折叠合计占比由53.93%增至66.82%，T23弛豫时间由297.86降至81.23 ms。上述结果表明，UHP—纤维素酶顺序预处理可改善紫苏籽壳SDF实测SDF含量与 hydration 功能性质，并支持其作为小麦—玉米复合食品中的面团结构型配料使用。
研究背景方面，膳食纤维(DF，dietary fiber)因改善胃肠健康、调节糖脂代谢及降低慢性病风险而受关注，其中可溶膳食纤维(SDF，soluble dietary fiber)因水溶性、水合性与发酵性更优，成为食品体系重要功能配料。紫苏(Perilla frutescens L.)籽油研究较多，而紫苏籽壳作为加工副产物常作饲料或废弃，其纤维素丰富，具备高值化开发为功能纤维配料的潜力。物理、化学及生物法可提升纤维提取与功能，超高压(UHP，ultra-high pressure)可破坏细胞壁非共价作用、松动结构；纤维素酶可水解β-1,4-糖苷键释放可溶多糖；二者联用可能存在协同。小麦—玉米复合制品可减小麦依赖，但玉米粉缺面筋蛋白，会削弱淀粉—面筋网络。膳食纤维加入不一定改善面团，可能因夺水或无序干扰而劣化，也可能借水合作用稳结构。因此，紫苏籽壳SDF经顺序UHP—纤维素酶预处理后，其结构改变如何转化为水合行为并调控面筋网络与水分分布，尚不清楚，研究人员据此开展本研究，论文发表于《Foods》。
主要技术方法上，研究人员以2026年1月云南产黑紫苏籽壳为物料，设未处理、UHP预处理、纤维素酶预处理、UHP—纤维素酶顺序预处理四组提取SDF；采用酶—重量法测IDF/SDF，HPLC测单糖组成，HPGPC测表观分子量，激光衍射测粒径，FTIR与XRD与SEM与热重分析结构，并测持水/持油/溶胀能力；面团端以小麦:玉米8:2为基，6% SDF添加，用粉质仪调水合，RVA测糊化，旋转流变测动态黏弹，质构仪测TPA，FTIR酰胺I区解卷积测蛋白二级结构，DTNB/Ellman法测游离巯基与二硫键，低场核磁(LF-NMR)测T2水分分布，SEM观察面团微结构。
研究结果如下。
3.1 不同预处理对紫苏籽壳化学成分的影响：经组分测定，UCPSH的SDF最高、IDF最低，说明顺序处理最显著改变纤维构成，UHP松结构、纤维素酶切β-1,4-糖苷键使不溶纤维转为可溶片段。
3.2 SDF单糖组成与分子量分布：单糖分析显示葡萄糖为主但处理组下降，阿拉伯糖与半乳糖醛酸升高；HPGPC表明PSDF＞UPSDF＞CPSDF＞UCPSDF，顺序处理降分子量，结构更松、侧链更多。
3.3 SDF粒径分布：激光衍射显示纤维素酶是降粒径主因，UCPSDF平均粒径2.76 μm，比表面积增大，利于在面团中分散并与水、淀粉、面筋互作。
3.4 SDF的FTIR分析：FTIR显示各组长吸收带相似，O–H、C–H、C=O、C–O–C等多糖特征基团保留，预处理未根本改变化学基团。
3.5 SDF的XRD分析：XRD表明纤维素I等结晶特征保留，无新峰或消失主峰，晶体结构未被根本改变。
3.6 SDF的SEM分析：SEM见PSDF致密光滑，UPSDF有裂痕孔，CPSDF碎片粗糙多孔，UCPSDF最开放多孔、聚团少，支撑水合性提升。
3.7 SDF热稳定性：TG/DTG显示多段降解，Tonset、Tmax,1、Tmax,2与600 ℃残炭因处理而异，但无全温区一致增强的热稳定趋势。
3.8 SDF功能性质：UCPSDF持水与溶胀最高，CPSDF持油最高；UCPSDF低分子量、酸性糖增多、多孔形貌共同提升water accessibility与retention。
3.9 SDF对小麦—玉米复合粉糊化性质影响：RVA显示PSDF/UPSDF峰值黏度升高，UCPSDF因强水合限淀粉膨胀而与对照相近；所有SDF组 trough viscosity 与 final viscosity 升高、breakdown 降低、setback 升高、pasting temperature 升高，体系更耐热电剪切。
3.10 SDF对面团动态流变性质影响：频率扫描中G′＞G″，SDF增强黏弹；UCP-D的G′最高、tan δ最低，呈更强固样与弹性主导，源于UCPSDF氢键、物理缠结与限水。
3.11 SDF对面团质构性质影响：TPA中UCP-D弹簧度与内聚性显著升高，硬度和咀嚼性多为不显著上升趋势，说明UCPSDF更利弹性恢复与结构完整。
3.12 SDF对面团蛋白二级结构影响：酰胺I区解卷积显示UCP-D的α-helix由29.69%至36.50%、β-sheet由24.24%至30.32%，random coil与β-turn下降，α-helix+β-sheet由53.93%至66.82%，氢键环境增强。
3.13 SDF对面团游离巯基与二硫键影响：SDF组游离SH下降、S–S上升，UCP-D最明显，提示巯基—二硫交换与面筋聚合重排被调控。
3.14 SDF对面团水分分布影响：LF-NMR见T21窄变，T22由16.46 ms、T23由297.86 ms分别降至6.23—6.83 ms与81.23—97.77 ms；UCP-D的T23为81.23 ms，A21升、A22降，水向强结合态重分布。
3.15 SDF对面团微结构影响：SEM中CK-D淀粉粒裸露、基质不连续；UCP-D基质紧凑互连、空隙少，与更高G′、更低tan δ及限水结果一致。
讨论部分总结：研究人员将结构—水合—面团性能串为因果链：UHP松壁、纤维素酶切链，使UCPSDF低分子量、小粒径、侧链糖多、多孔；这些结构特征提升WHC/WSC，在面团中与淀粉竞争并绑定自由水，借氢键、缠结、巯基—二硫重排与蛋白构象改变，促成更连续面筋—淀粉—多糖网络，表现为弹性增强、水分迁移受限、 immobilized water 比重调整。讨论也指出单水平实验室添加有限，后续需优化剂量、工艺并验证烘焙、感官、货架期、生理功效与放大生产。
结论部分翻译：UHP—纤维素酶顺序预处理是所评估策略中最有效改造紫苏籽壳膳食纤维的方法，使壳物料SDF由3.71%增至8.63%、IDF由55.74%降至50.37%；所得UCPSDF表观分子量更低（2442对比2788 Da）、平均粒径更小（2.76对比3.62 μm），阿拉伯糖与酸性单糖比例升高；主要多糖与纤维素I特征保留，但形貌更松多孔，持水与溶胀最高。6%添加时，UCPSDF赋予小麦—玉米复合面团最强弹性响应，显著提升弹簧度与内聚性，酰胺I区α-helix+β-sheet由53.93%增至66.82%，二硫键增加、水流动性降低、基质更紧凑互连。结果表明UCPSDF面团改良效应关联其增强水合行为及低分子量、单糖改变、开放多孔等结构特征，支持紫苏籽壳高值化及UHP—纤维素酶预处理作为制备面团结构型SDF配料的路径；因仅单添加量实验室评价，后续应优化用量工艺并验证成品烘焙性能、感官、货架期、生理功能与放大可行性。
