《Food Science & Nutrition》：Phytochemical Profiling and Characterization of Honeydew, Cantaloupe, and Galia Melon Peel Extracts for Potential Prebiotic Activities
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本研究系统地表征了哈密瓜、Cantaloupe和Galia三种甜瓜果皮提取物的植物化学组成，并评估了其对益生菌（Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 和 Bifidobacterium bifidum）体外生长的促进作用。研究揭示了果皮富含不可消化多糖、还原糖和多酚化合物，其中Cantaloupe品种在多项指标中表现突出，并显示出显著的抗水解性。成果为将甜瓜加工副产物转化为具有肠道健康促进功能的可持续性食品原料提供了科学依据。
甜瓜果皮：从农业废弃物到潜在益生元宝库
1 引言
甜瓜（Cucumis melo L.）是全球广泛种植的水果，年产量巨大，但其加工过程中产生的果皮和种子等生物废弃物可达数百万吨。这些果皮实际上是生物活性化合物的丰富储库，含有膳食纤维、多酚、寡糖等，然而目前其利用率仍然很低。将果皮转化为功能性成分，不仅能减轻环境负担，还能提升水果加工的经济可持续性。甜瓜果皮富含的膳食纤维（如木质素、半纤维素和纤维素）可作为有益肠道微生物（如乳杆菌和双歧杆菌）的可发酵底物，其选择性发酵会产生短链脂肪酸（Short-Chain Fatty Acids, SCFA），从而带来抗氧化、抗炎、抗糖尿病和心脏保护等多种健康益处。这些纤维成分符合国际益生菌和益生元科学协会对益生元的定义。此外，果皮还含有多酚、类胡萝卜素、黄酮类和必需脂肪酸，具有强大的抗氧化和抗炎活性。值得注意的是，与可食用的果肉相比，果皮中的矿物质和生物活性化合物含量显著更高，还提供可观的蛋白质和必需氨基酸。已有证据表明甜瓜果皮粉通过体外模拟消化和发酵具有益生元潜力。然而，先前的研究多局限于单一品种或分离成分。因此，本研究旨在对哈密瓜、Cantaloupe和Galia这三种甜瓜果皮进行全面的植物化学表征和益生元样潜力评估。
2 材料与方法
研究选取了哈密瓜、Cantaloupe和Galia三种甜瓜的果皮。提取过程包括清洗、去除果肉和种子、均质成糊，随后采用不同溶剂（95%乙醇、50%乙醇、冷蒸馏水、沸蒸馏水）在不同条件下进行提取，以最大化回收生物活性化合物。合并提取液后经旋转蒸发浓缩并冷冻干燥，得到干燥提取物用于后续分析。益生菌生长实验采用标准方法，在补充了果皮寡糖提取物的MRS肉汤中培养 Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 和 Bifidobacterium bifidum，于0、24、48小时进行微生物计数。糖分定量采用改良的DNS法和苯酚-硫酸法，并通过高效液相色谱（High-Performance Liquid Chromatography, HPLC）进行单糖和酚类化合物的定性与定量分析。不可消化多糖的分析通过酸消化和α-淀粉酶酶解后进行，计算其含量。水解抗性测定则在模拟胃酸和不同pH条件下α-淀粉酶水解环境中进行。总酚含量（Total Phenolic Content, TPC）采用Folin-Ciocalteu法测定，抗氧化活性通过DPPH和ABTS自由基清除实验评估。此外，还利用傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared spectroscopy, FTIR）和质子核磁共振（1H-Nuclear Magnetic Resonance, 1H-NMR）对提取物的分子结构和功能基团进行了表征。所有数据均进行统计学分析。
3 结果与讨论
3.1 甜瓜果皮提取物及其益生元样活性
果皮提取物在培养48小时后，能显著促进两种益生菌的生长。对于L. bulgaricus，Cantaloupe果皮提取物（Cantaloupe Melon Peel Extract, CMPE）支持的最高活菌数达9.81 ± 0.04 log CFU/g，哈密瓜果皮提取物（Honeydew Melon Peel Extract, HMPE）和Galia果皮提取物（Galia Melon Peel Extract, GMPE）也显著高于对照。对于B. bifidum，HMPE的促进作用最强。在所有处理中，L. bulgaricus的种群数量始终高于B. bifidum，这可能与其高效的糖酵解代谢和对酸性环境的耐受性有关。增强的益生菌生长表明提取物中存在可发酵成分，如果胶和可溶性纤维，它们可以作为益生元底物支持益生菌增殖。虽然本研究未定量SCFA浓度，但观察到的生长促进现象暗示了可发酵组分的贡献。成分分析证实，果皮提取物含有大量不可消化多糖和多酚化合物，这些成分是介导所观察到的生物活性的强有力候选者。
3.2 高效液相色谱法（HPLC）定量糖分
HPLC分析揭示了三个品种果皮在单糖组成上存在显著差异。CMPE的果糖和葡萄糖含量最高，总糖浓度达438 ± 3.01 mg/g干提取物，高于HMPE和GMPE。高水平的游离葡萄糖和果糖虽然本身并非益生元，但表明提取物中富含果胶和半纤维素等多糖。这些来源于植物细胞壁的不可消化多糖部分，可选择性地被有益微生物发酵产生SCFA。研究结果与已报道的甜瓜品种糖分组成趋势一致。果糖水平随果实成熟度增加，这在HMPE和CMPE中观察到。
3.3 HPLC定量酚类化合物
除了糖类，酚类化合物是果皮中另一类重要的次生代谢物。HPLC分析鉴定出六类主要酚类化合物。HMPE富含黄酮和4-羟基苯甲酸，CMPE的p-香豆酸和咖啡酸含量较高，而GMPE则含有较高水平的没食子酸、p-香豆酸和松脂醇。三个品种的总多酚浓度存在差异，CMPE最高（175.87 mg/100g），其次是GMPE和HMPE。尽管酚类化合物常与抗菌活性相关，但越来越多的证据表明，膳食多酚在营养相关浓度下可以作为乳酸杆菌和双歧杆菌等有益菌的微生物可及底物，发挥选择性调节作用，而非抑制作用。
3.4 不可消化多糖
不可消化多糖含量在三个品种的果皮提取物中存在显著差异。CMPE的H2SO4消化部分（寡糖）浓度最高（29.20 ± 1.00 mg/g），这是益生元功能性的关键指标。而总非淀粉多糖含量则以HMPE最高。这表明Cantaloupe果皮富含特定类型的不可消化碳水化合物（如寡糖、可溶性纤维），这些成分是益生元样底物，支持其作为促进肠道健康的功能性成分的潜力。
3.5 模拟胃缓冲液中的水解
评估果皮多糖在模拟胃酸条件下的水解程度，是判断其益生元潜力的关键，即必须抵抗上消化道的降解才能完整到达结肠。所有样品均表现出对水解的抗性，且在较低pH下（如pH 2）水解百分比有增加趋势。Cantaloupe果皮在pH 2时的水解率最高（9.25%），但在pH 3和4时，品种间差异不显著。鉴于胃液pH通常在2-4之间持续约2小时，可以推断近96%的果皮多糖能保持完整，从而到达结肠发挥益生元作用。这一特性与已知的益生元如低聚半乳糖（Galacto-oligosaccharides, GOS）类似。
3.6 α-淀粉酶水解
果皮多糖被α-淀粉酶水解的程度显示，CMPE的水解度最高（34.67%），其次是HMPE和GMPE。在所有样品中，随着pH升高，水解度逐渐降低。这些发现表明，Cantaloupe果皮对酶降解具有最高的抵抗力，暗示其在不同pH环境下支持益生菌增殖的能力。比较胃酸水解和α-淀粉酶水解结果可见，果皮多糖能抵抗胃酸水解，并在模拟肠道消化中被α-淀粉酶部分水解，这种消化特征与益生元样活性一致，即多糖能够大部分完整到达结肠，同时仍提供可发酵底物。
3.7 总酚含量与抗氧化活性
三个品种的总酚含量存在显著差异，CMPE的TPC值最高。果皮提取物的抗氧化活性（通过DPPH和ABTS法测定）与酚类化合物的自由基清除能力密切相关。CMPE表现出最高的DPPH自由基清除活性，ABTS实验进一步证实了这一点。CMPE和HMPE的ABTS自由基清除值最高，而GMPE最低。这些抗氧化活性与多酚含量（尤其是CMPE和HMPE）呈强相关，凸显了甜瓜果皮作为抗氧化功能食品成分来源的潜力。
3.8 傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析
FTIR光谱用于鉴定干燥果皮粉末中的功能基团。光谱显示在3400-3530 cm-1有宽的吸收带，对应于O-H伸缩振动，表明存在醇、酚和碳水化合物中常见的羟基。~2967 cm-1处的显著峰归属于C-H伸缩。1740-1800 cm-1和~1627 cm-1附近的强带是羰基伸缩的特征。在1255-1270 cm-1和1025-1065 cm-1之间观察到的吸收峰可能代表C-O和C-O-C伸缩振动，这与碳水化合物结构相关。不同品种的光谱细节略有不同，但总体上揭示了果皮富含羟基、羰基和芳香族功能基团的复杂生化结构，这些基团与碳水化合物、酚类化合物和其他生物分子相关，为提取具有益生元样活性的水溶性成分（如寡糖和酚类化合物）提供了物质基础。
3.9 核磁共振（NMR）分析
定量1H-NMR分析与HPLC、FTIR相结合，实现了对三种甜瓜果皮代谢物的全面鉴定。光谱在中场区域（δ 3.0-5.0）显示出强共振信号，主要对应于蔗糖、葡萄糖、β-葡萄糖和果糖等糖类。在哈密瓜果皮中还检测到苹果酸、柠檬酸和琥珀酸等有机酸的共振峰。δ 5.20处的共振归属于果胶的脂肪族质子。多酚化合物如绿原酸和咖啡酸也被鉴定出来。Cantaloupe果皮的光谱进一步确认了蔗糖、葡萄糖和果糖的存在，并鉴定出α-木糖、绿原酸、槲皮素以及谷氨酸、乙酸、柠檬酸等有机酸。Galia果皮光谱显示出中等强度的蔗糖、果糖和葡萄糖信号，并鉴定出半乳糖醛酸、木聚糖、谷氨酰胺、苹果酸和绿原酸。半乳糖醛酸是果胶多糖的结构成分，其特征化学位移证实了其在果胶结构中的作用。总体而言，光谱揭示了所有甜瓜果皮中都富含糖类、有机酸、多酚和结构多糖。植物来源的多糖因其免疫调节潜力而日益受到关注。
4 结论
本研究证明，甜瓜果皮多糖通过选择性刺激Bifidobacterium bifidum和Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus等益生菌株的生长和增殖，展现出益生元样潜力。综合运用HPLC、FTIR和1H-NMR分析，证实了作为水果加工业主要副产物的甜瓜果皮中含有多糖、酚类抗氧化剂和生物活性化合物。FTIR和NMR谱图进一步揭示了与益生元样寡糖和酚类成分一致的结构特征。这些发现共同凸显了甜瓜果皮作为促进肠道健康的功能性食品成分的可持续、高附加值来源。未来需要进一步的体内验证来阐明其作用机制，并探索其在食品、制药和生物包装等领域的潜在应用，为食物废弃物价值化和循环经济倡议做出贡献。
