甜菜根与西瓜副产物的增值化利用：靶向一氧化氮（NO）通路的功能性成分及其心血管健康意义

《Current Nutrition Reports》：Valorization of Beetroot and Watermelon by-Products as Functional Ingredients Targeting Nitric Oxide Pathways: Implications for Cardiovascular Health

　　

综述目的
食物损失与浪费对食品系统构成重大挑战，而加工过程中产生的果蔬副产物是生物活性化合物的未充分利用来源，在功能性食品开发方面具有潜在应用价值。本综述旨在探讨甜菜根和西瓜副产物作为与一氧化氮（NO）生物利用度、血管功能和心血管健康相关的功能性成分的增值化利用。鉴于NO信号受损是内皮功能障碍和心脏代谢疾病的标志性特征，能够调节NO相关通路的营养策略正日益受到关注。

近期发现
甜菜根副产物（包括果皮和果渣）含有甜菜红素（betalains）、酚类化合物、膳食纤维及其他可能具有功能相关性的成分。然而，这些材料中的硝酸盐含量很少被测定，且目前缺乏其摄入可增加硝酸盐生物利用度或改善血管功能的直接证据。因此，其对硝酸盐-亚硝酸盐-NO通路的假定贡献主要基于传统富含硝酸盐的甜菜根产品的证据。相比之下，西瓜果皮是L-瓜氨酸（L-citrulline）的天然来源，L-瓜氨酸摄入后具有生物可利用性，并可能通过瓜氨酸-精氨酸-内皮型一氧化氮合酶（eNOS）通路支持NO生成。人体研究已证明源自西瓜果皮的L-瓜氨酸具有生物可利用性，而使用提供4 g L-瓜氨酸的微胶囊化果皮汁的研究报告了传导动脉内皮功能的改善。这些副产物中存在的抗氧化化合物也可能有助于限制NO的氧化降解，尽管该效应尚未被直接证实。

总结
甜菜根和西瓜副产物与不同的NO生成通路相关，但目前支持两者的证据水平不同。未来研究应量化甜菜根副产物中的硝酸盐和西瓜果皮中的L-瓜氨酸（包括相应最终食品中的含量），并在设计良好的临床研究中评估循环硝酸盐、亚硝酸盐和氨基酸的变化以及血管功能。

食物损失与浪费对当代食品系统构成重大挑战，导致温室气体排放、土地和水资源利用效率低下以及供应链中的不必要能源消耗。水果和蔬菜因易腐性和加工过程中产生的大量副产物尤其受影响。食品废弃物增值化已成为循环生物经济的重要原则，旨在从利用不足的生物质中回收高价值化合物。心血管疾病是全球发病和死亡的主要原因，内皮功能障碍是其早期核心特征，主要表现为一氧化氮（NO）生物利用度降低。NO生物利用度受多条相互关联的通路调节，包括内皮型一氧化氮合酶（eNOS）依赖通路和硝酸盐-亚硝酸盐-NO通路。甜菜根和西瓜副产物分别对应这两条通路，但两者现有证据的特征和强度不同。本综述旨在比较这两种副产物的拟议机制、现有证据、局限性以及作为靶向NO生物利用度的功能性成分的开发潜力。

食品浪费与环境（Food Waste and the Environment）
约三分之一供人类消费的食品在供应链中被损失或浪费，水果和蔬菜因高易腐性和易损伤性受影响最为严重，部分区域损失可能超过总产量的40%。食品废弃物增值化旨在将副产物和残留物转化为价值更高的产品，而非用于处置或低价值用途。西瓜果皮是L-瓜氨酸的来源，甜菜根果皮和果渣含有甜菜红素、酚类化合物和膳食纤维，但硝酸盐含量记录不足。使用这些副产物作为食品成分可替代处置并增加原作物价值，但加工、运输、包装和储存同样消耗资源，因此环境效益需通过比较评估加以确定。

心血管功能、一氧化氮与营养调节（Cardiovascular Function, Nitric Oxide, and Nutritional Modulation）
内皮功能是心血管健康的核心决定因素，其功能障碍的主要特征是NO生物利用度降低，进而损害血管舒张并促进血小板聚集、炎症和血管平滑肌增殖。NO合成主要由eNOS介导，但在氧化应激和代谢紊乱状态下，L-精氨酸缺乏、内源性抑制物如不对称二甲基精氨酸（ADMA）升高以及eNOS辅因子四氢生物蝶呤（BH₄）氧化可导致eNOS解偶联和NO减少。硝酸盐-亚硝酸盐-NO通路独立于eNOS发挥作用，膳食硝酸盐经肠唾液循环被口腔细菌还原为亚硝酸盐，再在低氧和酸性条件下转化为NO，因此该通路在内皮功能受损时尤为重要，但受口腔微生物组成和抗菌漱口水使用的影响。瓜氨酸-精氨酸-eNOS通路通过L-瓜氨酸在肾脏高效转化为L-精氨酸，增加eNOS底物供应，绕过L-精氨酸补充的代谢瓶颈。然而，L-瓜氨酸摄入增加循环L-瓜氨酸和L-精氨酸并不等同于改善血管功能，其效应还取决于精氨酸酶活性、ADMA水平和血管氧化还原环境。这两条通路在NO来源和限制因素上不同，氧化应激均可加速NO降解并削弱其血管作用。

甜菜根副产物作为靶向一氧化氮生物利用度的功能性成分（Beetroot by-Products as Functional Ingredients Targeting Nitric Oxide Bioavailability）
甜菜根（Beta vulgaris L.）加工产生果皮、果渣和残余浆，果汁生产中果渣约占加工甜菜根质量的15%–30%。现有研究主要表征甜菜红素、酚类化合物、膳食纤维和抗氧化活性，以及将其掺入食品中的适用性，但硝酸盐浓度很少被测定。目前缺乏直接证据证明摄入这些副产物可提高硝酸盐生物利用度或改善血管功能。传统甜菜产品研究显示，甜菜汁中硝酸盐含量约12,250 mg·kg^-1干重，而甜菜片、甜菜粉和熟甜菜分别为2,030、1,680和1,650 mg·kg^-1干重，但这些产品并非来自果皮或果渣。另有研究表明甜菜根硝酸盐含量受基因型、种植地点和年份、收获时间及冷藏储存影响，但这些研究针对整根甜菜，不能直接外推至副产物。多数果皮果渣研究未报告硝酸盐，因此无法计算每克成分或每份最终产品提供的硝酸盐量。甜菜副产物所含的甜菜红素和酚类化合物在体外显示高抗氧化能力，可能有助于限制NO氧化降解，但体外抗氧化活性不能作为人体内效应的证据。果皮和果渣可干燥加工成粉末或面粉，用于零食、烘焙产品等以增加膳食纤维、甜菜红素、酚类含量和天然着色，但此类研究仅证明其食品应用可行性，未建立对NO相关或血管结果的影响。封装可提高甜菜红素和酚类的稳定性，但硝酸盐稳定性数据来自甜菜汁而非果皮果渣。总体而言，甜菜果皮和果渣作为甜菜红素、酚类和膳食纤维来源具有一定价值，但其增加NO生物利用度的能力尚未被证实，未来需量化硝酸盐含量并评估循环硝酸盐/亚硝酸盐、内皮功能和血压等结果。

西瓜副产物作为靶向一氧化氮生物利用度的功能性成分（Watermelon by-Products as Functional Ingredients Targeting Nitric Oxide Bioavailability）
西瓜（Citrullus lanatus）加工和消费产生的果皮约占果实总重的40%，2017年全球西瓜产量约118百万吨，可开发的果皮量可观。西瓜果皮比果肉含有更高浓度的L-瓜氨酸，但不同品种间差异显著，例如5个品种果皮中L-瓜氨酸浓度约2.0–7.2 mg·g^-1鲜重；一项涉及56个种质的研究显示果实中L-瓜氨酸浓度约1.09–4.52 mg·g^-1鲜重，且生长环境影响浓度。这些数据针对果实而非果皮，不能直接外推至果皮产品。西瓜果皮可能通过瓜氨酸-精氨酸-eNOS通路支持NO生成，并具有较低的蔗糖、葡萄糖和果糖含量，但健康成人的餐后血糖反应与果肉汁相似，在糖调节受损人群中是否不同仍需研究。人体研究显示，含4 g L-瓜氨酸的微胶囊化果皮汁可增加血浆L-瓜氨酸和L-精氨酸浓度，并在60分钟时改善肱动脉血流介导扩张（FMD），但微血管反应无显著变化。另一项研究使用约0.4 g L-瓜氨酸的鲜西瓜果皮未改善FMD，可能与剂量较低有关，但产品配方和受试者特征不同也造成影响。一项随机安慰剂对照交叉研究显示，微胶囊化果皮汁（4 g L-瓜氨酸）单独或与微胶囊化甜菜根汁联合可减轻缺血诱导的FMD降低，但联合未提供额外益处，且均未影响微血管反应。总体证据仍受限于小样本、急性干预和以健康成人为主，需要更大样本、更长时间补充和心脏代谢风险人群的研究。

结论与食品废弃物利用的未来展望（Conclusions and Future Perspectives in Food Waste Utilization）
食品废弃物增值化为开发功能性成分提供了机会。甜菜根和西瓜副产物与不同的NO生成通路相关，但支持证据的类型和强度明显不同。甜菜根果皮和果渣的研究主要集中于酚类、甜菜红素、膳食纤维、抗氧化活性及食品应用，硝酸盐和血管结果很少评估，其对硝酸盐-亚硝酸盐-NO通路的贡献尚待证明。西瓜果皮则是L-瓜氨酸的来源，并在小规模急性人体研究中评估了氨基酸生物利用度和血管功能。未来研究应优先开展剂量-反应研究，以与验证过的血管终点（如内皮功能）和NO相关生物标志物相关联；开发食品配方和加工方法以在加工和储存中保留硝酸盐、L-瓜氨酸等化合物，并确保每份最终产品中含量一致，同时报告栽培品种、种植地点和年份、收获阶段及储存条件，以及所用成分中实测的硝酸盐或L-瓜氨酸含量。此外，还需进行剂量-反应和长期干预研究，以确定西瓜果皮急性血管反应能否在持续消费中维持，以及具有明确硝酸盐含量的甜菜根副产物配方能否产生临床相关效果。当前，来自甜菜根和西瓜副产物的靶向NO成分的临床相关剂量和长期疗效/安全性仍不确定。因此，对于甜菜根果皮和果渣，应测量硝酸盐含量并确定其消费是否增加循环硝酸盐和亚硝酸盐或改善血管功能；对于西瓜果皮，应在更多参与者中并通过更长周期重复消费研究确认初步发现。