《Food Chemistry: X》：Optimization of pressure-assisted enzymatic treatment for fiber solubilization and structural modification of Korean cabbage by-products
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高压辅助酶处理（High-pressure enzyme treatment，HPET）显著提高了韩国泡菜副产物中乙醇沉淀多糖（ethanol-precipitable polysaccharide，EPP）组分的回收率。优化后的HPET条件使E
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高压辅助酶处理（High-pressure enzyme treatment，HPET）显著提高了韩国泡菜副产物中乙醇沉淀多糖（ethanol-precipitable polysaccharide，EPP）组分的回收率。优化后的HPET条件使EPP得率从3.85%提高至5.52%，水溶性指数（water solubility index，WSI）从46.55%提高至64.61%。HPET增加了分子量≤10 kDa组分的相对比例，并改变了所回收EPP组分的理化及微观结构特征。响应面法（response surface methodology，RSM）与人工神经网络（artificial neural network，ANN）均成功预测了HPET的响应值及最优加工条件。HPET为韩国泡菜副产物作为功能性富纤维配料的高值化利用提供了一种有前景的策略。
论文解读
一、研究背景与问题
工业蔬菜加工过程中产生大量副产物，这些副产物通常含有丰富的结构多糖，但因含水量高而极易腐败变质，不仅增加处理成本，还造成环境负担。在韩国，大白菜（Brassica rapa subsp. pekinensis）广泛用于泡菜生产，在修整和预处理环节会产生大量副产物，包括外层叶片、菜心和缺陷组织。这些残渣虽常被当作废弃物处理，但保留了大量的细胞壁组分，是植物源膳食纤维配料的潜在来源。
从植物加工残渣中提取的膳食纤维作为一种可持续的功能性配料日益受到关注。此类材料可通过水结合、溶胀和黏度形成来影响食品体系的水合行为和流变特性。然而，韩国白菜来源纤维的功能性在很大程度上受植物细胞壁组织结构的制约。具有部分结晶域的纤维素微纤丝嵌入以果胶和半纤维素多糖为主的基质中，这种致密结构限制了水分渗透，也限制了细胞壁组分的增溶。因此，提高韩国白菜纤维的功能性需要能够部分破坏细胞壁网络并增加亲水性多糖可及性的加工方法。
高压辅助酶处理（HPET）被认为是一种增强植物材料酶法改性的有效途径。中等静水压力与细胞壁降解酶的组合可提高酶的可及性，并加速结构多糖的分解。然而，压力辅助酶法加工对白菜来源细胞壁材料的影响尚未得到充分表征，尤其是压力辅助解聚对多糖分子量分布的影响以及这些变化与溶解性和吸水率等功能特性之间的关联仍缺乏系统研究。此外，针对蔬菜副产物的加工变量系统优化研究仍然有限。
二、研究内容与结论
本研究旨在探讨HPET在韩国泡菜副产物中的应用，并评估其对膳食纤维增溶的影响。研究人员采用基于面心中心复合设计（face-centered central composite design，FCCD）的响应面法（RSM）优化加工条件，并进一步采用人工神经网络（ANN）建模分析。选取四个响应变量评价所回收多糖组分的增溶、水合、回收及分子量修饰情况：水溶性指数（WSI）和水吸收指数（WAI）作为水合相关功能性的互补指标，分别反映所回收组分的水溶性/分散性和持水行为；乙醇沉淀多糖（EPP）得率用于评价乙醇沉淀多糖的回收率；分子量≤10 kDa组分的相对色谱面积作为HPET诱导的分子量再分布和解聚的操作性指标。
研究结果表明，优化的HPET条件使EPP得率从3.85%提高至5.52%，水溶性指数从46.55%提高至64.61%。HPET增加了≤10 kDa低分子量组分的相对比例，改变了所回收EPP组分的理化性质和微观结构特征。RSM和ANN均成功预测了HPET的响应值和最优加工条件。该研究为韩国泡菜副产物作为功能性富纤维配料的高值化利用提供了有前景的策略。
三、主要关键技术方法
研究人员采用了以下主要技术方法：采用面心中心复合设计（FCCD）进行实验设计，考察酶浓度（0.5%–2.0%）、压力（40–100 MPa）和反应时间（30–240 min）三个因素对响应变量的影响；采用响应面法（RSM）建立二阶多项式模型分析变量间关系；采用人工神经网络（ANN）多层感知器模型进行非线性预测，网络结构为3个输入神经元、1个含10个神经元的隐藏层和4个输出神经元，使用Levenberg–Marquardt算法训练；采用凝胶渗透色谱（GPC）分析分子量分布；采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分别表征化学结构、结晶度和微观结构特征。样本来源于韩国全罗南道海南郡一家泡菜预处理工厂，于2025年5月采集，副产物由外层叶片和菜心组成。
四、研究结果
酶筛选与HPET条件优化。 研究人员在50°C、2 h条件下对单一酶和酶组合进行筛选，基于WSI和WAI响应值，选定纤维素酶–果胶酶组合（1:1，v/v）用于后续HPET优化，因为该组合在测试的酶处理中表现出最优的整体溶解特性。通过FCCD实验设计和RSM回归分析，确定了各因素对响应变量的影响及最优加工条件。
RSM与ANN建模与预测。 RSM采用二阶多项式模型拟合实验数据，通过失拟检验、决定系数（R2）和F值评估模型适用性。ANN采用前馈反向传播网络，数据随机分为训练（70%）、验证（15%）和测试（15%）子集，以均方误差（MSE）最小化和回归相关系数（R）最大化选择最优网络。两种模型均成功预测了HPET的响应值，ANN在处理复杂非线性关系方面表现出互补优势。
分子量分布与结构表征。 通过GPC分析发现，HPET处理增加了≤10 kDa低分子量组分的相对比例，表明压力辅助酶解促进了多糖的解聚和分子量再分布。FT-IR分析揭示了化学结构的变化，XRD分析显示了结晶度改变，SEM观察到了微观结构的变化。这些结构修饰与水溶性指数（WSI）从46.55%提高至64.61%以及EPP得率从3.85%提高至5.52%的功能性改善密切相关。
五、讨论与结论
讨论部分指出，HPET通过中等静水压力与细胞壁降解酶（纤维素酶和果胶酶）的协同作用，提高了酶对细胞壁底物的可及性，加速了结构多糖的分解，导致基质多糖解聚、纤维素相关结构部分破坏以及植物组织微观结构变化。这些结构修饰直接影响水溶性和水合行为等功能特性。RSM与ANN的联合使用既提供了可解释的统计模型，又改善了预测性能。
研究结论为：高压辅助酶处理（HPET）是一种有效的策略，可增强韩国泡菜副产物中膳食纤维的增溶和回收，优化条件下EPP得率从3.85%提高至5.52%，水溶性指数从46.55%提高至64.61%。HPET增加了≤10 kDa低分子量组分的相对比例，改变了所回收EPP组分的理化及微观结构特征。RSM和ANN均成功预测了HPET响应值和最优加工条件。该研究为韩国泡菜副产物作为功能性富纤维配料的高值化利用提供了有前景的策略，具有重要的工业应用价值和环境意义。
