不同干燥方式对废弃籽瓜果肉副产物品质及多糖特性的比较效应：结构特征、生物活性与胃肠消化稳定性

《Foods》：Comparative Effects of Drying Methods on Waste Seed Melon Pulp By-Product Quality and Polysaccharide Characteristics: Structural Features, Bioactivity, and Gastrointestinal Digestion Stability

　　

摘要：废弃籽瓜加工副产物富含具有生物活性的多糖。然而，其高含水量和易腐性限制了这些多糖的高值化利用。本研究采用四种预处理干燥方式，即日晒干燥（SD）、55°C热风干燥（HAD）、弱微波辅助热风干燥（WMHAD）和真空冷冻干燥（VFD），探究了干燥方式对于籽瓜干制品品质特性，以及籽瓜多糖（SMPs）的结构特征（微观形态、单糖组成、分子量分布和官能团）、生物活性（抗氧化能力、α-葡萄糖苷酶抑制活性和胰脂肪酶抑制活性）和胃肠道稳定性的影响。研究人员进一步阐明了SMPs的构效关系。结果表明，四种干燥方式均未破坏多糖的糖苷键骨架，仅改变了单糖的摩尔比。VFD保留了果肉的疏松结构；VFD-SMP具有最高的重均分子量和半乳糖醛酸含量，并表现出最优的α-葡萄糖苷酶抑制活性和胃肠道稳定性。HAD诱导了多糖降解，HAD-SMP展现出最强的抗氧化能力。WMHAD-SMP则表现出突出的胰脂肪酶抑制活性。SD处理的样品显示出最低的多糖提取率以及最差的总体生物活性。这项工作可为从籽瓜加工副产物中靶向制备功能性多糖提供初步的理论基础和数据参考。

研究背景、问题与研究意义

籽瓜是一种适应干旱环境的葫芦科经济作物，其种子是主要产品，而果肉作为加工副产物通常被丢弃，造成严重的资源浪费。研究表明，果蔬副产物来源的多糖具有低毒性、强抗氧化能力和调节糖脂代谢等多种生物活性，在功能食品、天然食品添加剂等领域具有广阔应用前景。然而，新鲜果肉含水量高、呼吸作用旺盛，采后极易腐烂变质，难以长期储存和长途运输。因此，干燥预处理成为保存原料质量、促进活性成分高效利用的必要策略。不同的干燥方法在传热传质机制、处理温度、氧气环境和脱水速率上差异显著，这些因素会影响果蔬组织的微观结构、活性组分的保留以及功能性能。目前，针对籽瓜果肉副产物的研究缺乏系统性对比多种干燥技术（包括日晒干燥、55°C热风干燥、弱微波辅助热风干燥和真空冷冻干燥），并将干制品品质、多糖多层次结构、多靶点生物活性及胃肠消化稳定性进行关联的综合评价。因此，比较不同干燥方法对籽瓜干制品品质及其多糖生物活性的影响，对于籽瓜资源的精深加工和高值化利用具有重要的理论和实践意义。

研究方法概述

研究人员以来自新疆阜康市的半成熟大籽籽瓜果实（黑籽品种）的废弃果肉为原料，采用四种干燥方法（SD、HAD、WMHAD、VFD）进行处理。随后，利用扫描电子显微镜（SEM）观察干制品及多糖的微观形貌；采用PMP柱前衍生高效液相色谱法（HPLC）测定多糖的单糖组成；通过高效凝胶渗透色谱法（HPGPC）分析多糖的分子量分布；运用傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征多糖官能团。在生物活性方面，分别测定了多糖的体外抗氧化能力（DPPH、ABTS⁺、羟自由基清除力及总还原力）、α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶抑制活性，并通过体外模拟胃肠消化实验评估了多糖的消化稳定性。

研究结果

3.1 不同干燥方法对籽瓜干制品理化品质的影响

研究发现，SD和WMHAD将干制品水分降至4%以下，但SD导致组织严重收缩、复水比最低、色泽暗淡。HAD引起严重褐变，颜色参数（红度a、黄度b和总色差ΔE）最高。VFD样品色泽最佳（L*值最高，ΔE最小），复水比最大，但残留水分含量较高。

3.2 籽瓜多糖的得率与化学成分含量

多糖得率顺序为：VFD（18.9%）> WMHAD（15.5%）> HAD（12.1%）> SD（9.8%）。VFD-SMP和WMHAD-SMP的总糖含量最高，无显著差异。VFD-SMP的半乳糖醛酸（GalA）含量显著高于其他组，表明VFD能最大限度保留多糖的酸性单元。WMHAD-SMP的残留蛋白含量最低。

3.3 不同干燥方法处理籽瓜多糖的表征

SEM显示，VFD-SMP呈交织纤维状疏松多孔网络结构；SD-SMP和HAD-SMP为致密不规则片状结构；WMHAD-SMP为细碎碎片。单糖组成分析表明，所有SMPs均为含酸性糖的典型杂多糖，主要由半乳糖（Gal）、阿拉伯糖（Ara）和葡萄糖（Glc）构成。不同干燥方式显著改变了单糖相对含量，VFD-SMP富集了GalA。分子量分布显示，所有SMPs均为多分散混合物，平均重均分子量顺序为：VFD-SMP（198.69 kDa）> SD-SMP（79.70 kDa）> WMHAD-SMP（59.15 kDa）> HAD-SMP（31.49 kDa），HAD导致严重多糖降解。FTIR证实四种干燥方式均未破坏多糖的基本化学骨架。

3.4 不同干燥方法对籽瓜多糖体外抗氧化活性的影响

在DPPH和ABTS⁺自由基清除及总还原力测定中，HAD-SMP均表现出最优活性，IC₅₀值最低。而在羟自由基清除实验中，WMHAD-SMP活性最强。SD-SMP在所有抗氧化体系中表现最弱。

3.5 不同干燥方法对籽瓜多糖α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶抑制活性的影响

对于α-葡萄糖苷酶抑制活性，VFD-SMP的IC₅₀值（71.21 μg/mL）最低，活性最强，其次是WMHAD-SMP和SD-SMP，HAD-SMP最弱。对于胰脂肪酶抑制活性，WMHAD-SMP和VFD-SMP的IC₅₀值较低，活性较强，显著优于SD-SMP和HAD-SMP。

3.6 不同干燥方法对籽瓜多糖胃肠消化稳定性的影响

在体外模拟消化过程中，所有SMPs的水解度随消化时间延长而增加，肠消化阶段水解加剧。水解度始终遵循HAD-SMP > WMHAD-SMP > SD-SMP > VFD-SMP的顺序。DPPH清除活性在消化后均增强，HAD-SMP增幅最大。α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶抑制活性在消化后均下降，VFD-SMP下降最慢，活性保持最好；HAD-SMP下降最显著。

讨论与结论

讨论总结

不同干燥方法通过改变果肉组织形态进而影响多糖的提取效率和基本组成。VFD的疏松多孔结构有利于溶剂渗透，因此多糖得率最高。持续高温（HAD）和长期氧化（SD）会导致多糖糖苷键断裂和小分子糖损失，降低总糖比例，并可能降解半乳糖醛酸结构。结构表征证实，干燥不会破坏多糖的吡喃糖骨架，而是通过调控单糖比例、聚合度、微观形貌和官能团分布来实现结构重塑，进而导致生物活性差异。低分子量的HAD-SMP因含有更多还原性基团而表现出最强均相自由基清除能力；高分子量的VFD-SMP因富含GalA和空间位阻效应而具有优异的α-葡萄糖苷酶抑制活性；分支结构丰富的WMHAD-SMP可能与胰脂肪酶接触机会更多，从而表现出突出的脂酶抑制活性。体外消化实验进一步表明，高分子量的酸性多糖VFD-SMP结构更稳定，抗酶解能力强，活性保留好；而低分子量的HAD-SMP易被水解，活性衰减明显。基于此，本研究提出了潜在的构效关系：不同干燥方法可通过重塑籽瓜果肉副产物及其提取多糖的微观形态，差异性地调控SMPs的抗氧化、降血糖和降血脂特性。

研究结论翻译

四种干燥方式（SD、HAD、WMHAD和VFD）并未破坏SMPs的糖苷键骨架，但差异性地重塑了其单糖比例、分子量分布、微观形貌和官能团图谱。VFD-SMP表现出良好的α-葡萄糖苷酶抑制活性和胃肠道稳定性，HAD-SMP显示出最强的抗氧化能力，WMHAD-SMP展现出突出的胰脂肪酶抑制活性，而SD-SMP的整体表现最差。这些体外结果提示了初步的应用方向——VFD-SMP可能具有作为口服功能性成分的潜力，HAD-SMP可能更适合用于抗氧化相关的应用，而WMHAD-SMP可能适用于零食类产品的开发——但这些均需体内验证和放大评估。