Food Biosci | Fereidoon Shahidi教授：番石榴加工废料—天然和可持续来源的酚类抗氧化剂的生物活性概况|化合物|多酚|抗氧化剂|水果|番石榴|酚类|酚酸|黄酮

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Introduction

零废弃物处理作为一种减少残渣产生的策略被提出。对这些废弃组分的潜力进行研究是必要的，以证明食物废物再利用所产生的收益可以抵消这些组分的运输和保存的初始成本。番石榴加工废弃物作为生物活性化合物的丰富来源的潜力已经被探索，包括番茄红素和酚类化合物，如鞣花酸和没食子酸。

关于番石榴果肉和加工废弃物中酚类化合物的文献仅限于可溶性酚类化合物，没有关于不溶性结合态酚类化合物在此类材料中存在的报道。此外，除体外抗氧化活性外，番石榴多酚潜在的其他生物活性尚未被研究。因此，本研究旨在对番石榴果肉和废弃物的不同酚类组分（游离、酯化、结合态）进行表征，并考察其对糖尿病相关代谢酶（α-葡萄糖苷酶）和肥胖相关代谢酶（胰脂肪酶）的抑制作用，以及对关键生物分子（DNA和LDL-c）氧化损伤的预防作用。

Results and Discussion

总酚和总黄酮含量

番石榴果肉和加工废弃物提取物各组分（游离、酯化、结合态）的总酚含量（TPC）之和显示，两种水果部分显示出相同的总酚水平（图1）。这突出了感知番石榴加工废弃物作为具有营养保健潜力的分子的宝贵来源的重要性。

与已观察到的TPC类似，番石榴样品中总黄酮含量（TFC）的定量也证明了这种酚类物质在果肉和废料组分之间的均匀分布（图1）。番石榴果肉的TFC为11.7 mg儿茶素当量（CE）/g（游离态+酯化态+不溶性结合态黄酮），而番石榴废弃物的TFC为10.5 mg CE/g。黄酮主要以酯化形式存在于纸浆组分中，而废液中的黄酮主要以游离态形式存在，总酚也有相同的趋势。在番石榴果肉和废弃物中，不溶性结合态黄酮分别占总黄酮的27%和24%。本研究首次报道了番石榴果肉和加工废弃物中酯化态和不溶性结合态总酚和总黄酮的含量。

图1 1）番石榴果肉和废弃物的游离态、酯化态和不溶性结合态的总酚含量（TPC）和2）总黄酮含量（TFC）

抗氧化活性

通过测定番石榴提取物清除2,2-二苯基-1-苦肼基自由基（DPPH）和2,2′-联氮-双-(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐（ABTS）自由基的能力来评价其抗自由基活性。还测定了铁还原抗氧化能力，所有测定的结果如表1所示。总体而言，总酚含量较高的提取物（游离酚和酯化酚提取物）在所有抗氧化测试中表现最好。Pearson相关性分析（表2）证实了这一趋势，因为总酚含量与DPPH、ABTS和FRAP结果呈强正相关。与番石榴果肉提取物相比，番石榴废渣提取物在DPPH和ABTS测试中表现略好。

表1 从番石榴果肉和废弃物中获得的酚类提取物的抗氧化活性

表2 番石榴提取物的总酚和总黄酮含量与抗氧化测定的Pearson相关性

采用HPLC-UV-MS-TOF对番石榴果肉和废弃物的酚类成分进行分析

酚类化合物的鉴定

总体而言，在所有提取物中共鉴定出27种不同的酚类化合物（表3），分别是16种酚酸，4种鞣花单宁，4种黄酮，2种芪和1种香豆素。番石榴果肉中鉴定出的酚类物质种类最多，其中游离态11种，酯化态8种，不溶性结合态6种。

酚酸类是番石榴提取物中发现的主要类别。番石榴样品中检测到的羟基肉桂酸有咖啡酸（[M-H]-，m/z 179）、羟基咖啡酸、咖啡酰莽草酸和反式肉桂酸（[M-H]-，m/z 147）以及香豆酸结合物。番石榴中检测到的黄酮类化合物包括芹菜素、黄杉素、杨梅黄素和白杨黄素。

表3 番石榴果肉及加工废弃物中酚类物质的鉴定与定量

酚类化合物的定量

共有14种酚类化合物被定量并报告为μg/g，其中酚酸类成分占主导地位（表3）。总酚含量（游离态+酯化态+不溶结合态）由单个酚水平的总和给出，表明番石榴浆中酚类物质的浓度显著高于废物部分。

生物活性

α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶抑制活性

目前的研究表明，从番石榴果肉和加工废料中获得的酚类提取物能够超过这些水平（图2）。结果表明，含有游离型和酯化型酚类化合物的提取物在两种番石榴组分中显示出最高的抑制率。由于这些提取物具有最高的总酚含量，因此可以推断多酚含量与α-葡萄糖苷酶抑制之间的直接关系。事实上，鞣花酸戊糖苷的含量在本研究中显示出与α-葡萄糖苷酶抑制水平呈正相关的（P＜0.01），支持这一假设。胰脂肪酶抑制活性观察到不同的趋势。没食子酸和部分提取物之间的抑制水平没有显著差异（图2）。此外，来自番石榴果肉和废弃物的结合态酚类物质对胰脂肪酶的抑制率最高，而来自两种水果部分的游离酚表现出最差的性能，这与在α-葡萄糖苷酶测定中观察到的结果相反。番石榴果肉和废弃物的结合态酚类成分揭示了4-羟基苯甲酸和原儿茶酸的存在，它们在先前的研究中已被证明是胰脂肪酶的有效抑制剂。

在本工作中，这些酚酸与脂肪酶抑制水平，以及没食子酸和羟基没食子酸具有很强的相关性。所有这些分子在番石榴样品的结合态部分中都有显著的比例。因此，它们可能是这种特殊生物活性的决定因素。

图2 番石榴果肉和废弃物酚类提取物对α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶的抑制作用

保护低密度脂蛋白（LDL）胆固醇和DNA免受氧化损伤

从番石榴果肉和废弃物中提取的酚类提取物显示出保护LDL-c分子免受铜离子作用的能力（图3）。有研究表明，多酚类化合物与LDL-c混合后，可通过清除自由基和金属螯合作用减轻氧化，同时还可保护天然的抗氧化分子。从图4可以看出，番石榴废渣提取物在与羟基自由基结合时比果肉提取物在保持DNA超螺旋结构方面表现出更优异的性能，这证实了该部分作为生物相关多酚来源的重要性。番石榴提取物对过氧自由基对超螺旋DNA造成的氧化损伤也显示出高水平的保护作用。

图3 番石榴酚提取物对铜离子诱导的人低密度脂蛋白胆固醇氧化的抑制作用

图4 番石榴酚类提取物抑制1）羟基自由基诱导和2）过氧自由基诱导的超螺旋DNA链断裂

Conclusion

本文对番石榴加工废弃物的多酚组成和生物活性进行了表征，并与可食用部分（果肉）进行了比较，证明了番石榴废弃物在生物活性方面与果肉相当，因此具有潜在的健康益处（具有抗糖尿病、抗肥胖、心脏保护和抗癌作用）。这些生物活性在番石榴及其加工废弃物中首次被报道。此外，本研究首次报道了该果实不溶性结合态的酚类成分。果肉和加工废弃物的不溶性结合态提取物具有独特的多酚组成，表现出突出的胰脂肪酶抑制活性和对超螺旋DNA的氧化保护作用，以抵御羟基自由基的攻击。番石榴的加工废料作为生物活性化合物的丰富来源而脱颖而出，并可能为营养品和功能性食品成分提供可行的来源。

Guava processing waste: Biological activity profile of a natural and sustainable source of phenolic antioxidants

Renan Danielski, Fereidoon Shahidi*

Department of Biochemistry, Memorial University of Newfoundland, St. John's, NL, A1C 5S7, Canada

*Corresponding author.

Abstract

Guava (Psidium guajava L.) is a widely-consumed tropical fruit that can be industrially processed and generate several food products. However, about 30% of the total volume of processed guava is lost as processing waste, a homogenous fraction containing peels, seeds, and residual pulp. The valorization of the discard fraction is necessary in upcycling due to its richness of bioactive components. Therefore, the phenolic composition and biological activity of guava's processing waste and its pulp counterpart were investigated. Guava's pulp (22.32 mg gallic acid equivalents (GAE)/g) and waste (21.99 mg GAE/g) contained similar levels of total phenolic content (TPC), with the majority of phenolics occurring in the free and esterified forms. Besides, a strong positive correlation was observed between TPC and the antioxidant activity of extracts. Through HPLC-UV-MS-TOF analysis, 27 phenolic compounds were identified across the pulp (25) and waste (18) portions, with a predominance of gallic, vanillic, and ellagic acids and their derivatives. While free and esterified phenolic fractions showed higher efficiency as α-glucosidase inhibitors (84.94–98.85%), pancreatic lipase was better inhibited by the insoluble-bound phenolics in the extracts (41.55–43.31%). Guava waste's insoluble-bound phenolics strongly protected supercoiled DNA against hydroxyl radicals (80.09%). Oxidation protection by guava phenolics was also observed towards human LDL-cholesterol (10.82–22.98%), an indication of their potential cardioprotective effect. As such, guava processing waste demonstrates nutraceutical potential and should be considered as a value-added ingredient in functional foods and other related applications.

Reference:

DANIELSKI R, SHAHIDI F. Guava processing waste: Biological activity profile of a natural and sustainable source of phenolic antioxidants[J]. Food Bioscience, 2023, 56: 103294. DOI:10.1016/j.fbio.2023.103294.