超声微波辅助优化菠萝蜜果皮多糖提取工艺及其对肠道健康的体内评估研究

本研究针对菠萝蜜果皮废弃物处理不当引发的环境问题，创新性地采用超声微波辅助提取(UMAE)技术优化菠萝蜜果皮多糖(PJP)的提取工艺，通过Box-Behnken设计获得24.6%的高提取率。研究发现PJP以→4)-β-D-Glcp-(1→为主链结构，在DSS诱导的结肠炎小鼠模型中显著提升Bacteroides和Lactobacillus丰度，增加短链脂肪酸(SCFAs)产量，降低TNF-α和IL-1β等炎症因子，同时增强claudin-1、occludin和ZO-1等紧密连接蛋白表达。该研究为多糖资源的高效开发利用提供了方法学框架，并为PJP在功能性食品和炎症性肠病(IBD)辅助治疗中的应用提供了科学依据。

　　

随着现代生活节奏加快，不健康的饮食模式导致炎症性肠病(IBD)发病率持续攀升。传统药物治疗如皮质类固醇虽能缓解症状，但存在感染风险增加、骨质疏松等副作用。与此同时，热带水果菠萝蜜(Artocarpus heterophyllus)加工产生的大量果皮废弃物造成严峻的环境压力，而这些废弃物中富含具有潜在健康益处的多糖物质(PJP)。如何高效提取这些生物活性物质并验证其健康功效，成为当前食品科学与医学交叉领域的重要课题。

广东海洋大学食品科学与技术学院的研究团队在《Chemical and Biological Technologies in Agriculture》发表创新性研究，通过超声微波协同技术破解传统多糖提取效率低下的难题，并系统评估了PJP对肠道健康的改善作用。研究人员采用三因素Box-Behnken设计优化提取参数，建立二次多项式模型确定最佳条件为料液比48.7 mL/g、时间29.8分钟、温度81.9°C，提取率较传统方法提升30%。通过核磁共振(1H和13C NMR)解析发现PJP主要含β-糖苷键连接的葡萄糖单元，具有典型纤维素型多糖特征。在动物实验中，采用3%DSS诱导建立结肠炎小鼠模型，通过16S rRNA测序、气相色谱和免疫组化等多维度分析，证实PJP能重塑肠道菌群结构，提升SCFAs产量，下调促炎因子TNF-α和IL-1β，同时上调紧密连接蛋白表达。

关键技术方法包括：(1)超声微波协同提取系统(CW-2000)结合40kHz超声波与2450MHz微波；(2)Box-Behnken响应面法优化工艺参数；(3)DSS诱导建立IBD小鼠模型；(4)GC-MS分析粪便SCFAs；(5)Illumina Hiseq 2500平台进行16S rRNA测序；(6)免疫组化检测紧密连接蛋白。

【结构特征与提取优化】
超声微波辅助提取(UMAE)通过空化效应和热力学协同作用，使细胞壁破裂更彻底。1H NMR在δ3.2-4.6的特征峰证实β-糖苷键存在，13C NMR在δ76.9处的信号对应(1→4)连接葡萄糖残基。与传统热水提取相比，UMAE将时间从2小时缩短至30分钟，多糖得率从18.9%提升至24.6%。

【肠道健康改善机制】
在DSS模型中，PJP治疗组体重下降减缓21%，结肠长度较模型组增加18%。LEfSe分析显示PJP特异性富集Eggerthellaceae和Coriobacteriia等有益菌。SCFAs总量达4.4 μg/g，较模型组提升76%，其中丁酸增幅最显著。免疫组化显示ZO-1表达恢复至对照组的87%，血清IL-10水平升高2.3倍。

【微生物群调控】
PCoA分析表明PJP组菌群结构与模型组明显分离。在属水平上，Bacteroides相对丰度增加1.8倍，Alistipes提升2.2倍。这些变化与SCFAs产量呈正相关(r=0.82)，与TNF-α水平呈负相关(r=-0.79)。

研究结论表明，菠萝蜜果皮多糖通过"菌群-代谢-免疫"多靶点通路发挥肠道保护作用：结构特征决定其不易被上消化道酶解，直达结肠后被特定菌群发酵；产生的SCFAs尤其是丁酸通过抑制HDAC(组蛋白去乙酰化酶)减轻炎症；同时上调claudin-1/occludin/ZO-1表达修复肠屏障。该研究不仅为农业废弃物高值化利用提供技术方案，其建立的UMAE优化模型也可推广至其他植物多糖提取。未来研究可进一步解析PJP活性片段结构，探索其与特定菌株的互作机制，为开发靶向肠道微生态的精准营养干预策略奠定基础。