三种南瓜属植物的可食用花粉末：代谢组学分析和植物营养特性的见解

《Journal of Agriculture and Food Research》：Edible flower powders of three Cucurbita species: Insights into metabolomic profiling and phytonutritional properties

　　

本研究评估了来自三种南瓜属（Cucurbita）物种——西葫芦（Cucurbita pepo，CPP）、南瓜（C. maxima，CMX）和麝香南瓜（C. moschata，CMS）的南瓜花粉末的营养成分、抗氧化活性和非靶向代谢组学（untargeted metabolomic）谱。CPP的钙（Ca）含量（1.44 g/100 g）和玉米黄质（zeaxanthin）含量（380.06 mg/100 g）最高，而CMS的铁（Fe）含量（0.14 g/100 g）、镁（Mg）含量（0.56 g/100 g）、磷（P）含量（0.69 g/100 g）和蛋白质（protein）含量（26.91 g/100 g）最高。CMS花粉末中记录到最高类胡萝卜素（carotenoids），如反式-β-胡萝卜素（Trans-β-carotene）（334.89 mg/100 g）和顺式-β-胡萝卜素（cis-β-carotene）（20.92 mg/100 g），以及较低的草酸盐（oxalate）含量（70.14 mg/100 g），这有助于其最高的铁还原抗氧化能力（FRAP）（66.62 mM TE/g）。CMX的赖氨酸（Lysine）（1.30 g/100 g）、苯丙氨酸（Phenylalanine）（1.16 g/100 g）和草酸盐含量（109.96 mg/100 g）最高。抗氧化测定显示，CMX具有最高的ABTS（2,2'-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)）自由基清除活性（IC₅₀ = 0.34 mg/mL）。超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UPLC-Q-TOF-MS）在花粉末中鉴定出49种代谢物，主要为酚类化合物（phenolic compounds）（68%），以及环烯醚萜苷（iridoids）、碳水化合物衍生物（carbohydrate derivatives）和脂肪酸及其衍生物（fatty acid and derivatives）。差异分析显示，CMS与CPP之间有27种调控代谢物，其中16种在CMS中上调，主要是黄酮类（flavonoids）和酚酸衍生物（phenolic acid derivatives）。KEGG（京都基因与基因组百科全书）通路分析表明，黄酮类相关代谢通路包含最多的差异代谢物。研究表明，南瓜花粉末在营养成分、抗氧化潜力和代谢组学谱上表现出物种依赖性差异。CMS具有较高的蛋白质含量和抗氧化能力，而CPP和CMX则提供独特的矿物质和类胡萝卜素谱。这些发现凸显了南瓜属（Cucurbita）花粉末作为功能性食品成分的潜力。

**论文解读：三种南瓜属植物花粉末的代谢组学与植物营养特性研究**

**研究背景与问题**
可食用花因其富含天然色素和生物活性化合物（如酚类、黄酮类和类胡萝卜素）而受到关注，有望作为功能性成分和天然添加剂应用于食品体系。然而，不同物种和植物部位之间的成分变异性尚未得到充分表征，限制了其标准化应用。南瓜属（Cucurbita）植物（包括南瓜、西葫芦等）在热带和亚热带地区广泛种植，其果实和种子已被大量研究，但花朵仍相对未被充分利用，尽管在非洲、亚洲和拉丁美洲有传统食用习惯。以往研究多基于靶向分析，缺乏对脱水南瓜花粉末跨多个物种的全面代谢组学比较，尤其是对非洲生产体系下栽培品种的研究。此外，关于物种变异如何影响加工花产品的植物营养和代谢物组成的信息有限。因此，研究人员旨在表征并比较三种南瓜属物种（C. maxima、C. moschata 和 C. pepo）花粉末的植物营养组成，包括近似成分、氨基酸和矿物质谱、类胡萝卜素、抗氧化活性及草酸盐含量，并结合非靶向代谢组学分析，以填补该领域的数据空白，为将其作为食品成分的评价提供基础。

**研究内容与结论**
研究人员在位于南非林波波省（Limpopo Province）的小型农场种植了三种南瓜属植物，采用完全随机区组设计，每个物种约30株，于种植后6–8周采集雄性花朵，经冷冻干燥、研磨成粉后进行分析。主要结论如下：三种花粉末在营养组成、抗氧化活性和代谢组学谱上表现出显著的物种依赖性差异。C. moschata（CMS）具有较高的蛋白质含量、铁、镁、磷、类胡萝卜素（尤其是反式-β-胡萝卜素和顺式-β-胡萝卜素）以及较低的草酸盐含量，从而表现出最高的铁还原抗氧化能力（FRAP）。C. pepo（CPP）的钙和玉米黄质含量最高，而C. maxima（CMX）的赖氨酸、苯丙氨酸和草酸盐含量最高，且ABTS自由基清除活性最强。非靶向代谢组学鉴定出49种代谢物，以酚类化合物（68%）为主，差异分析显示CMS与CPP之间有27种差异代谢物，其中16种在CMS中上调，主要为黄酮类和酚酸衍生物。KEGG通路分析表明黄酮和黄酮醇生物合成通路富集显著。这些发现表明，南瓜花粉末具有作为功能性食品成分的潜力，但需进一步研究其生物利用度和健康效应。该论文发表在《Journal of Agriculture and Food Research》。

**关键技术与方法**
1. **矿物质分析**：采用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）测定钙、铁、钾、镁、磷、硫等元素含量。
2. **蛋白质与氨基酸分析**：使用凯氏定氮法（Kjeldahl method）测定蛋白质含量；氨基酸谱通过超高效液相色谱（UPLC）结合AccQ-Tag衍生化试剂进行定量。
3. **类胡萝卜素提取与定量**：采用高效液相色谱法（HPLC）在C30色谱柱上分离并定量反式-β-胡萝卜素、顺式-β-胡萝卜素、叶黄素和玉米黄质。
4. **非靶向代谢组学分析**：利用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UPLC-QTOF/MS）在负离子模式下进行代谢物鉴定，结合Progenesis QI软件及ChemSpider、METLIN、KNApSAcK数据库进行注释。
5. **抗氧化活性测定**：采用铁还原抗氧化能力（FRAP）和ABTS自由基清除活性两种方法，分别以Trolox为标准品，计算IC₅₀值。
6. **抗营养因子分析**：通过分光光度法测定草酸盐含量。
7. **统计与多变量分析**：采用单因素方差分析（ANOVA）、主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）及Pearson相关性分析，差异代谢物筛选标准为VIP≥1且|log₂FC|≥1或≤-1。

**研究结果**
**1. 矿物质组成**：C. pepo（CPP）钙含量最高（1.44 g/100 g），C. moschata（CMS）的铁、镁、磷含量最高，C. maxima（CMX）的钾含量最高。10 g CMS粉末可提供约77.8%的成年女性铁推荐膳食摄入量（RDA），但未考虑生物利用度。
**2. 蛋白质与氨基酸组成**：CMS蛋白质含量最高（26.91 g/100 g），CMX的多种必需氨基酸（如赖氨酸1.30 g/100 g、苯丙氨酸1.16 g/100 g）含量最高，但10 g粉末仅提供约4.81%的每日蛋白质RDA，表明其补充而非主要作用。
**3. 类胡萝卜素谱**：CMS的反式-β-胡萝卜素（334.89 mg/100 g）和顺式-β-胡萝卜素（20.92 mg/100 g）最高，CPP的玉米黄质（380.06 mg/100 g）最高，CMS的叶黄素（90.10 mg/100 g）最高。基于β-胡萝卜素计算的视黄醇活性当量（RAE）显示，CMS（3102.76 μg RAE/120 g）和CMX（2490.66 μg RAE/120 g）具有较高的维生素A原潜力。
**4. 总酚含量（TPC）**：CMX的TPC最高（1450.67 mg GAE/100 g），其次为CMS（1259.56 mg GAE/100 g），CPP最低（1134 mg GAE/100 g），均高于多种其他可食用花。
**5. 非靶向代谢组学**：共鉴定49种代谢物，其中33种酚类化合物、5种环烯醚萜苷、4种脂肪酸衍生物等。PCA和PLS-DA得分图显示三种物种代谢物谱清晰分离，CPP以咖啡酸4-O-葡萄糖醛酸苷等为特征，CMS以Barlerin、木三糖等为特征，CMX以环烯醚萜O-糖苷衍生物、β-葡萄糖没食子苷和木犀草素7-葡萄糖苷为特征。
**6. 差异调控代谢物（DRMs）**：CMS vs CPP有27种DRMs，其中16种上调（主要为黄酮类如槲皮素-3-L-鼠李糖苷、山奈酚-3-O-芸香苷等）；CMS vs CMX有6种上调；CPP vs CMS有8种上调。KEGG通路富集分析显示黄酮和黄酮醇生物合成通路最显著。
**7. 抗氧化活性与相关性分析**：CMX的ABTS IC₅₀最低（0.34 mg/mL），CMS的FRAP最高（66.62 mM TE/g）。Pearson相关分析显示，叶黄素与ABTS（r=0.98）和FRAP（r=0.95）呈强正相关，而β-胡萝卜素与FRAP相关性不显著。芦丁与多种苯丙烷类代谢物呈强正相关，但与抗氧化测定无显著相关。只有赤藓糖苷A与FRAP显著正相关（r=0.71），可能与其C-2位游离羟基的还原能力有关。
**8. 抗营养因子草酸盐**：CMX草酸盐含量最高（109.96 mg/100 g），CPP次之（81.86 mg/100 g），CMS最低（70.14 mg/100 g），均低于高草酸盐蔬菜（如菠菜），属于中等水平，适量摄入对健康个体无显著风险。

**讨论与结论**
讨论部分指出，南瓜花粉末的矿物质、蛋白质、类胡萝卜素和酚类含量存在显著种间差异，这些差异可能受遗传、环境及基因型-环境互作影响。代谢组学分析揭示了物种特异性的代谢物积累模式，尤其是黄酮类化合物，其抗氧化能力主要归因于叶黄素而非黄酮苷。草酸盐含量虽高于50 mg/100 g，但低于典型高草酸盐食物，且可通过加工方法降低。研究结论强调，将南瓜花加工成粉末形式可稳定保存营养成分并便于食品应用，但需进一步研究其生物利用度、代谢及健康效应。结论部分原文翻译如下：
**结论**：来自C. maxima、C. moschata和C. pepo的花粉末含有可测量的矿物质、蛋白质、类胡萝卜素、酚类化合物和多种代谢物，并表现出明显的种间变异。C. maxima显示出较高的类胡萝卜素水平和抗氧化活性，而C. moschata则具有相对较高的矿物质和蛋白质含量。转化为粉末形式为成分分析和潜在食品系统掺入提供了稳定的形式。将花朵转化为粉末不仅保留了敏感营养素，还增强了其掺入食品应用的多功能性和稳定性。尽管数据表明南瓜属花粉末可作为营养素和生物活性化合物的来源，但就其营养意义而言，仍需进一步研究以评估生物利用度、代谢和健康相关效应。