《Bioresource Technology Reports》：Effect of different techniques on pumpkin seed hull (PSH) dietary fiber extraction: Yield, monosaccharide composition, structural, functional, and physiological properties
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Rishabh Thakur | H.K. Sharma
食品工程与技术系，Sant Longowal 工程与技术学院（被认定为大学），由印度政府建立，地址：Longowal, 148106, Sangrur, Punjab, India
摘要
本研究探讨了不同处理方法（US
Rishabh Thakur | H.K. Sharma
食品工程与技术系，Sant Longowal 工程与技术学院（被认定为大学），由印度政府建立，地址：Longowal, 148106, Sangrur, Punjab, India
摘要
本研究探讨了不同处理方法（US：超声波；E：酶法；USE：超声波辅助酶法）对南瓜籽壳（PSH）中不可溶性膳食纤维（IDF）和可溶性膳食纤维（SDF）提取的影响。南瓜籽壳是南瓜籽加工的主要副产品。通过改变溶剂与固体的比例（20:1–70:1 mL/g）、功率（20–70%）和处理时间（3–21 min），优化了超声波提取条件，并将其与标准酶法结合使用，以获得最大的SDF产量。超声波辅助酶法处理后，纤维的溶解度最高，SDF含量达到12.43%，而IDF含量最低，为74.69%。高效液相色谱法（HPLC）分析显示存在八种单糖。IDF中以葡萄糖和甘露糖为主，而SDF中则含有果胶相关的乌洛糖酸。傅里叶变换红外光谱（FTIR）显示天然官能团得以保留。随着提取方法的强度增加（USE > US > E），SDF的结晶度降低。所有纤维在多个阶段都表现出热降解现象。扫描电子显微镜-能量色散X射线光谱（SEM-EDX）显示，超声波辅助酶法处理的纤维结构破坏最为严重，其中碳和氧是主要元素。超声波辅助酶法处理的IDF和SDF在功能性和生理性能上有所提升，分别表现出最高的持水能力（8.74 g/g 和 10.12 g/g）、膨胀能力（4.32 mL/g 和 7.44 mL/g）以及持油能力（9.75 g/g 和 4.92 g/g）。体外实验表明，这两种方法对葡萄糖（1.98 mmol/g 和 3.08 mmol/g）、阳离子交换（0.69 mmol/g）和胆固醇（19.30 mg/g 和 14.74 mg/g）的吸附能力更强。总体而言，本研究确立了超声波辅助酶法作为一种绿色可持续的方法，可以从农业副产品南瓜籽壳中回收膳食纤维，并通过优化参数和全面表征为其在功能性食品和营养保健品中的应用奠定了基础。
引言
南瓜（Cucurbita属）主要作为新鲜蔬菜食用，也可加工成多种增值产品。南瓜籽是一种营养价值很高的食物，其内核被坚硬的外壳包裹。在提取内核的过程中会产生大量外壳废弃物。尽管外壳是保护内核的坚硬结构，但预计其中富含生物活性物质，包括多酚和膳食纤维（DF）。南瓜籽壳（PSH）含有大量的水分（5.51–9.15%）、蛋白质（12.63–16.57%）、粗纤维（6.80%）、总脂肪（7.61%）、矿物质（2.23%）、灰分（12.78%）和多种微量营养素（Mohaammed等人，2014年；Sarinho等人，2025年）。它们是膳食纤维的丰富来源，其中包含纤维素（40%）、半纤维素（17.5%）和木质素（28.5%）（Saura-Calixto等人，1983年）。然而，目前尚无关于PSH中可溶性纤维成分的数据。迄今为止，PSH主要被用于提取纤维素、纤维素纳米晶体、葫芦素以及作为阳离子染料的生物吸附剂（Massironi等人，2023年；Valadez-Renteria等人，2025年；Hady等人，2025年；Kaur等人，2026年）。尽管已有多种尝试对PSH进行增值利用，但其高含量的膳食纤维仍未得到充分开发。南瓜籽和油加工产生的大量PSH未能找到食品用途。因此，探索PSH作为膳食纤维的来源具有重要意义，这不仅可以将这种低价值废弃物转化为功能性成分，还能减少其倾倒或焚烧造成的环境污染。
膳食纤维（DF）是一种复杂的碳水化合物，被认为是人体所需的第七大重要营养素（Phirom-on和Apiraksakorn，2022年）。尽管DF在体内无法被消化，但它具有多种健康益处。美国食品药品监督管理局（FDA）和欧洲食品安全局（EFSA）建议健康成年人每天摄入25–38克DF，而世界卫生组织（WHO）建议至少摄入25克DF（WHO，2023年；Shaikh等人，2024年）。DF具有降血糖、降血脂、抗肥胖和抗癌（结肠）作用。根据溶解性，DF可分为可溶性膳食纤维（SDF）和不可溶性膳食纤维（IDF）。IDF和SDF对人体具有不同的生理效应：IDF因其开放的网络结构而增加粪便体积、调节肠道运动并促进蠕动，而SDF则具有益生元作用（Khanpit等人，2025年）。尽管PSH含有丰富的多糖，但从PSH中提取DF的方法尚未得到充分研究。
迄今为止，已经采用了多种传统和绿色方法从水果和蔬菜废弃物中提取DF。研究人员更倾向于使用超声波、酶、微波辐射、脉冲电场和深共晶溶剂等绿色技术，单独或组合使用，以克服传统方法的缺点并提高提取效率（Jiang等人，2020年；Fan等人，2022年；Dhar和Deka，2023年；Zhou等人，2023年）。除了提高产量外，这些技术还通过改善DF的功能性和生理特性带来额外益处。超声波处理（US）通过产生空化和局部压力变化破坏细胞结构，从而提高整体传质速率，最终提高DF的提取效率（Altaf等人，2025年）。
Rawat和Ghosh（2025年）使用超声波辅助提取法从Bhimkol（Musa balbisiana）果皮中提取了49.58%的DF。Dhar和Deka（2023年）报告称，与碱性提取法（64.43%）相比，超声波提取法从菠萝果皮中提取的DF产量更高（86.67%）。Bhatt和Gupta（2024年）使用超声波从芒果和石榴果皮中提取了具有更好技术和功能特性的SDF。已有大量关于使用超声波从不同食物来源（如柚子皮、百香果和苹果渣等）中提取SDF的研究（de Oliveira等人，2015年；Dranca和Oroian，2019年；Dixit等人，2025年）。将超声波与其他方法结合使用通常能提高DF产量。Panwar等人（2024年）观察到，在超声波辅助酶法（α-淀粉酶、蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶）处理后，Citrus limetta果皮中的IDF产量为55.97%，SDF产量为11.83%。Xiao等人（2024年）使用超声波-酶法（纤维素酶）从沙棘渣中获得了高产量的IDF（78.00%）和SDF（13.34%）。Tian等人（2025年）报告称，使用超声波从竹笋中提取的SDF产量为9.72%。纤维素酶和木聚糖酶等酶也被用于提高SDF产量。Lin等人（2025年）使用超声波+木聚糖酶从米糠中获得了更高的SDF产量。其他研究还展示了结合超声波与微波、碱和深共晶溶剂从咖啡银皮、青豌豆皮和脐橙皮中提取DF的有效性（Wen等人，2020年；Kumari等人，2022年；Zhou等人，2023年）。
虽然超声波和酶已被用于从多种水果/蔬菜废弃物和谷物废弃物中提取DF，但尚未有研究系统地应用超声波、酶法或任何其他绿色提取技术从南瓜籽壳（PSH）中回收DF。本研究首次标准化了PSH的超声波提取工艺参数，并进一步将超声波与酶法（USE）结合使用。本研究全面评估了不同提取方法对PSH-IDF和SDF的产量、单糖组成、结构、热性能、形态学、功能性和生理特性的影响，从而确立了PSH作为DF的新来源。
章节摘录
材料
南瓜籽从印度新德里的Paradise Farms购买。热稳定α-淀粉酶（20–60 KU/mL）、蛋白酶（7–15 U/mg）和淀粉葡萄糖苷酶溶液（目录编号A9913）从美国马萨诸塞州的Sigma-Aldrich Chemicals购买。为了进行成本比较，酶也从印度古吉拉特邦Vadodara的Infinita Biotech Pvt. Ltd.购买。实验中使用的其他所有化学品均来自印度马哈拉施特拉邦Thane的HiMedia。
超声波提取工艺参数的单因素优化
首先进行线性优化，保持功率（40%）和处理时间（9分钟）不变，改变溶剂与固体的比例（SSR）。随着SSR的增加，IDF含量从81.12%（SSR 20:1）持续稳定下降至77.44%（SSR 70:1）。当SSR超过50:1 mL/g时，IDF提取量的下降幅度很小。另一方面，SDF产量先增加后减少。在SSR为40:1 mL/g时，SDF产量达到最大值（5.07%）（图1a），显示出关键平衡点
结论
本研究发现，超声波辅助酶法（USE）是从南瓜籽壳（PSH）中回收DF的最佳方法。最佳参数为溶剂与固体比例为40:1 mL/g，超声波功率为60%（390 W），处理时间为15分钟，这既能最大化SDF的释放量，又能最小化不必要的降解。单糖分析显示，提取方法会影响成分的变化。IDF成分中以葡萄糖和甘露糖为主，表明存在葡甘露聚糖和半乳甘露聚糖；而SDF成分中则含有较多的乌洛糖酸
作者贡献声明
Rishabh Thakur：负责撰写初稿、方法设计和实验研究。H.K. Sharma：负责审稿和编辑、验证、项目管理和概念构思。
作者感谢印度Longowal的Sant Longowal 工程与技术学院（SLIET）提供的研究设施。
