碱性过氧化氢与木聚糖酶的序贯处理提升了柑橘果皮及果肉纤维的益生功能

《Food Research International》：Alkaline hydrogen peroxide–xylanase sequential modification enhances the prebiotic functionality of citrus peel and pulp fibers

　　

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  依次改良处理提升了柑橘纤维的体外功能特性。
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  经过依次改良后的纤维在模拟胃肠道转运后仍保持约95%的基质完整性。
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  AXCRF中Prevotella的相对含量增加，且产生的短链脂肪酸比例高于果聚糖。
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  AXCPF与Bacteroides相关，且能促进粪便发酵过程中丁酸的产生。
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  将柑橘的果皮与果肉分开处理，为定制化精准益生元应用提供了可能。

引言

全球柑橘年产量超过1.5亿吨，果汁加工过程中产生的果渣量占处理后水果总量的50%至60%。这类果渣富含果胶、纤维素以及具有生物活性的黄酮类物质，但若以填埋或作为低价值动物饲料的方式处理，既会造成资源浪费，也会带来环境压力（Kato-Noguchi & Kato, 2025; Seyyedi-Mansour et al., 2024）。将柑橘果渣转化为功能性膳食纤维，是一种可持续的解决方案，有助于弥补全球膳食纤维摄入不足的问题——目前全球平均膳食纤维摄入量低于20克/天，而世界卫生组织建议的摄入量为25至30克/天（Dreher, 2018; Elleuch et al., 2011; Roberfroid et al., 2010）。

由于独特的多糖组成，包括果胶、半纤维素和纤维素，柑橘衍生的膳食纤维作为益生元底物越来越受到关注。这类多糖能够选择性地促进有益肠道微生物如Bifidobacterium和Lactobacillus的生长，同时提升短链脂肪酸的生成量（Zayed et al., 2025; W. Y. Zhang et al., 2025）。然而，天然柑橘纤维的益生元潜力受到其致密的、被木质素包裹的细胞壁结构限制（Puhlmann & de Vos, 2022），这种结构会阻碍微生物酶的进入，延缓发酵开始时间，且在典型的结肠转运时间（24至48小时）内，其产生的总短链脂肪酸量也低于果聚糖等易发酵的益生元（Li et al., 2025; M. M. Wang et al., 2019）。

人们通过物理、化学和酶法等多种手段对膳食纤维进行改性，旨在打破木质素与碳水化合物的复合结构，增加纤维表面积，从而提高可发酵多糖被微生物酶分解的概率（Gan et al., 2021）。近期研究显示，碱性过氧化氢处理能有效去除柑橘果渣中的木质素，增大其表面积并暴露出疏水结合位点；而木聚糖酶水解则能选择性释放木寡糖，进而提升纤维的可溶性及粘度（Disca et al., 2024; Liu et al., 2026; X. Zhao et al., 2025）。将这些处理方法依次结合使用，可产生单一处理无法实现的协同效应，从而得到一种可调节可溶性膳食纤维与不可溶性膳食纤维比例的纤维材料，进而控制发酵速率及短链脂肪酸的生成比例。

在益生元研究中，一个重大挑战在于不同个体的肠道微生物组组成存在较大差异，这会在仅依靠复杂的粪便发酵模型评估时掩盖底物的实际效果（Fan et al., 2025）。为解决这一问题，需要采用分阶段的实验策略：首先在受控条件下使用代表性益生菌菌株进行机制筛选，随后在人体结肠环境中进行生态学验证，以此评估微生物群落的稳定性以及菌群间的相互作用网络（Ribeiro et al., 2021; M. M. Wang et al., 2019）。在之前对纤维结构特征的研究基础上（X. Zhao et al., 2025），本研究构建了一个综合评估框架，将纤维结构、上消化道功能、益生元作用机制以及生态学验证相结合，系统研究八种柑橘纤维底物在胃肠道内的变化情况。本研究的具体目标包括：（1）评估这些纤维在胃肠道中的消化率以及对关键消化酶的抑制作用；（2）测定它们结合胆固醇和胆酸钠的能力；（3）通过使用L. acidophilus和B. animalis进行纯培养发酵，筛选其益生元潜力；（4）通过结合微生物群分析和短链脂肪酸检测，在人体结肠环境中验证经优化处理后的纤维的生态学效应。通过将机制筛选与生态学验证相结合，本研究旨在深入理解经依次改良的柑橘纤维的益生元作用机制，为有效利用水果加工副产品提供理论依据。

章节摘要

材料

柑橘果皮渣和果肉渣是从中国广东省梅州市飞龙水果有限公司的工业果汁加工过程中获得的副产品。经过机械榨汁后，残留的果皮（包括果皮层和白膜层）和果肉（去除种子后的部分）会被分别收集起来。过氧化氢由国药集团化学试剂有限公司提供；木聚糖酶（FDY-3001，来自Trichoderma reesei，活性为20000 U/mL，为食品级产品）则由孙森实业集团有限公司提供。

改良后柑橘纤维的多酚与黄酮类物质含量

天然柑橘纤维与经过改良后的柑橘纤维在多酚和黄酮类物质的含量上存在显著差异，而且不同来源的纤维差异也较为明显；此外，改良处理还会导致这些物质的分布发生改变（见图1）。与果肉纤维相比，果皮纤维的总多酚含量（5.49毫克GAE/克）和总黄酮含量（3.86毫克RE/克）均显著更高（分别为3.73毫克GAE/克和2.17毫克RE/克；p值小于0.05），这一现象与柑橘果皮层和白膜层中黄酮类物质含量较高的特点相符（Singh et al., 2020）。

结论

本研究构建了一个综合评估框架，将上消化道功能、益生菌筛选以及生态学验证相结合，用于深入研究经碱性过氧化氢与木聚糖酶依次改良后的柑橘纤维的益生元作用机制。这种依次改良的处理方式能够创造出单一处理无法实现的功能性膳食纤维材料：过氧化氢与木聚糖酶的依次处理既提升了底物被微生物利用的可行性，又通过碱性过氧化氢处理

作者贡献说明

徐 Zhao：负责原始稿撰写、数据可视化、结果验证、研究监督、方法设计、实验开展、正式数据分析、数据整理以及研究概念构思。 刘玉杰：负责实验开展、正式数据分析、数据整理以及研究概念构思。 黄晓玲：负责数据可视化、结果验证、研究监督、项目管理工作、方法设计、实验开展、正式数据分析、数据整理以及研究概念构思。 崔春：负责审稿与文章编辑、资源协调、项目管理工作以及资金筹集工作。

利益冲突声明

所有作者均声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关联或个人关系。

致谢

本研究得到了广东省普通高等学校特色创新类项目（项目编号：2021KTSCX003）以及山东省科技型中小企业创新能力提升计划项目（项目编号：2022TSGC2558）的支持。

机构审查委员会声明

本研究涉及人体结肠发酵实验。华南理工大学仅设有动物护理与使用委员会，没有专门负责人类受试者研究的机构审查委员会。因此，本研究严格遵循《赫尔辛基宣言》中关于人类研究的伦理原则开展。所有参与者在参与研究前都签署了书面知情同意书，且所有参与者都完全了解研究内容并自愿参与。

Xu Zhao|Yujie Liu|Xiaoling Huang|Chun Cui|Wei Wang|Duo Chen