甜瓜（Cucumis melo L.）是全球廣泛種植的水果，年產量巨大，但其加工過程中產生的果皮和種子等生物廢棄物可達數百萬噸。這些果皮實際上是生物活性化合物的豐富儲庫，含有膳食纖維、多酚、寡糖等，然而目前其利用率仍然很低。將果皮轉化為功能性成分，不僅能減輕環境負擔，還能提升水果加工的經濟可持續性。甜瓜果皮富含的膳食纖維（如木質素、半纖維素和纖維素）可作為有益腸道微生物（如乳桿菌和雙歧桿菌）的可發酵底物，其選擇性發酵會產生短鏈脂肪酸（Short-Chain Fatty Acids, SCFA），從而帶來抗氧化、抗炎、抗糖尿病和心臟保護等多種健康益處。這些纖維成分符合國際益生菌和益生元科學協會對益生元的定義。此外，果皮還含有多酚、類胡蘿卜素、黃酮類和必需脂肪酸，具有強大的抗氧化和抗炎活性。值得注意的是，與可食用的果肉相比，果皮中的礦物質和生物活性化合物含量顯著更高，還提供可觀的蛋白質和必需氨基酸。已有證據表明甜瓜果皮粉通過體外模擬消化和發酵具有益生元潛力。然而，先前的研究多局限于單一品種或分離成分。因此，本研究旨在對哈密瓜、Cantaloupe和Galia這三種甜瓜果皮進行全面的植物化學表征和益生元樣潛力評估。

研究選取了哈密瓜、Cantaloupe和Galia三種甜瓜的果皮。提取過程包括清洗、去除果肉和種子、均質成糊，隨后采用不同溶劑（95%乙醇、50%乙醇、冷蒸餾水、沸蒸餾水）在不同條件下進行提取，以最大化回收生物活性化合物。合并提取液后經旋轉蒸發濃縮并冷凍干燥，得到干燥提取物用于后續分析。益生菌生長實驗采用標準方法，在補充了果皮寡糖提取物的MRS肉湯中培養 Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 和 Bifidobacterium bifidum，于0、24、48小時進行微生物計數。糖分定量采用改良的DNS法和苯酚-硫酸法，并通過高效液相色譜（High-Performance Liquid Chromatography, HPLC）進行單糖和酚類化合物的定性與定量分析。不可消化多糖的分析通過酸消化和α-淀粉酶酶解后進行，計算其含量。水解抗性測定則在模擬胃酸和不同pH條件下α-淀粉酶水解環境中進行。總酚含量（Total Phenolic Content, TPC）采用Folin-Ciocalteu法測定，抗氧化活性通過DPPH和ABTS自由基清除實驗評估。此外，還利用傅里葉變換紅外光譜（Fourier Transform Infrared spectroscopy, FTIR）和質子核磁共振（¹H-Nuclear Magnetic Resonance, ¹H-NMR）對提取物的分子結構和功能基團進行了表征。所有數據均進行統計學分析。

果皮提取物在培養48小時后，能顯著促進兩種益生菌的生長。對于L. bulgaricus，Cantaloupe果皮提取物（Cantaloupe Melon Peel Extract, CMPE）支持的最高活菌數達9.81 ± 0.04 log CFU/g，哈密瓜果皮提取物（Honeydew Melon Peel Extract, HMPE）和Galia果皮提取物（Galia Melon Peel Extract, GMPE）也顯著高于對照。對于B. bifidum，HMPE的促進作用最強。在所有處理中，L. bulgaricus的種群數量始終高于B. bifidum，這可能與其高效的糖酵解代謝和對酸性環境的耐受性有關。增強的益生菌生長表明提取物中存在可發酵成分，如果膠和可溶性纖維，它們可以作為益生元底物支持益生菌增殖。雖然本研究未定量SCFA濃度，但觀察到的生長促進現象暗示了可發酵組分的貢獻。成分分析證實，果皮提取物含有大量不可消化多糖和多酚化合物，這些成分是介導所觀察到的生物活性的強有力候選者。

HPLC分析揭示了三個品種果皮在單糖組成上存在顯著差異。CMPE的果糖和葡萄糖含量最高，總糖濃度達438 ± 3.01 mg/g干提取物，高于HMPE和GMPE。高水平的游離葡萄糖和果糖雖然本身并非益生元，但表明提取物中富含果膠和半纖維素等多糖。這些來源于植物細胞壁的不可消化多糖部分，可選擇性地被有益微生物發酵產生SCFA。研究結果與已報道的甜瓜品種糖分組成趨勢一致。果糖水平隨果實成熟度增加，這在HMPE和CMPE中觀察到。

除了糖類，酚類化合物是果皮中另一類重要的次生代謝物。HPLC分析鑒定出六類主要酚類化合物。HMPE富含黃酮和4-羥基苯甲酸，CMPE的p-香豆酸和咖啡酸含量較高，而GMPE則含有較高水平的沒食子酸、p-香豆酸和松脂醇。三個品種的總多酚濃度存在差異，CMPE最高（175.87 mg/100g），其次是GMPE和HMPE。盡管酚類化合物常與抗菌活性相關，但越來越多的證據表明，膳食多酚在營養相關濃度下可以作為乳酸桿菌和雙歧桿菌等有益菌的微生物可及底物，發揮選擇性調節作用，而非抑制作用。

不可消化多糖含量在三個品種的果皮提取物中存在顯著差異。CMPE的H₂SO₄消化部分（寡糖）濃度最高（29.20 ± 1.00 mg/g），這是益生元功能性的關鍵指標。而總非淀粉多糖含量則以HMPE最高。這表明Cantaloupe果皮富含特定類型的不可消化碳水化合物（如寡糖、可溶性纖維），這些成分是益生元樣底物，支持其作為促進腸道健康的功能性成分的潛力。

評估果皮多糖在模擬胃酸條件下的水解程度，是判斷其益生元潛力的關鍵，即必須抵抗上消化道的降解才能完整到達結腸。所有樣品均表現出對水解的抗性，且在較低pH下（如pH 2）水解百分比有增加趨勢。Cantaloupe果皮在pH 2時的水解率最高（9.25%），但在pH 3和4時，品種間差異不顯著。鑒于胃液pH通常在2-4之間持續約2小時，可以推斷近96%的果皮多糖能保持完整，從而到達結腸發揮益生元作用。這一特性與已知的益生元如低聚半乳糖（Galacto-oligosaccharides, GOS）類似。

果皮多糖被α-淀粉酶水解的程度顯示，CMPE的水解度最高（34.67%），其次是HMPE和GMPE。在所有樣品中，隨著pH升高，水解度逐漸降低。這些發現表明，Cantaloupe果皮對酶降解具有最高的抵抗力，暗示其在不同pH環境下支持益生菌增殖的能力。比較胃酸水解和α-淀粉酶水解結果可見，果皮多糖能抵抗胃酸水解，并在模擬腸道消化中被α-淀粉酶部分水解，這種消化特征與益生元樣活性一致，即多糖能夠大部分完整到達結腸，同時仍提供可發酵底物。

三個品種的總酚含量存在顯著差異，CMPE的TPC值最高。果皮提取物的抗氧化活性（通過DPPH和ABTS法測定）與酚類化合物的自由基清除能力密切相關。CMPE表現出最高的DPPH自由基清除活性，ABTS實驗進一步證實了這一點。CMPE和HMPE的ABTS自由基清除值最高，而GMPE最低。這些抗氧化活性與多酚含量（尤其是CMPE和HMPE）呈強相關，凸顯了甜瓜果皮作為抗氧化功能食品成分來源的潛力。

FTIR光譜用于鑒定干燥果皮粉末中的功能基團。光譜顯示在3400-3530 cm^-1有寬的吸收帶，對應于O-H伸縮振動，表明存在醇、酚和碳水化合物中常見的羥基。~2967 cm^-1處的顯著峰歸屬于C-H伸縮。1740-1800 cm^-1和~1627 cm^-1附近的強帶是羰基伸縮的特征。在1255-1270 cm^-1和1025-1065 cm^-1之間觀察到的吸收峰可能代表C-O和C-O-C伸縮振動，這與碳水化合物結構相關。不同品種的光譜細節略有不同，但總體上揭示了果皮富含羥基、羰基和芳香族功能基團的復雜生化結構，這些基團與碳水化合物、酚類化合物和其他生物分子相關，為提取具有益生元樣活性的水溶性成分（如寡糖和酚類化合物）提供了物質基礎。

定量¹H-NMR分析與HPLC、FTIR相結合，實現了對三種甜瓜果皮代謝物的全面鑒定。光譜在中場區域（δ 3.0-5.0）顯示出強共振信號，主要對應于蔗糖、葡萄糖、β-葡萄糖和果糖等糖類。在哈密瓜果皮中還檢測到蘋果酸、檸檬酸和琥珀酸等有機酸的共振峰。δ 5.20處的共振歸屬于果膠的脂肪族質子。多酚化合物如綠原酸和咖啡酸也被鑒定出來。Cantaloupe果皮的光譜進一步確認了蔗糖、葡萄糖和果糖的存在，并鑒定出α-木糖、綠原酸、槲皮素以及谷氨酸、乙酸、檸檬酸等有機酸。Galia果皮光譜顯示出中等強度的蔗糖、果糖和葡萄糖信號，并鑒定出半乳糖醛酸、木聚糖、谷氨酰胺、蘋果酸和綠原酸。半乳糖醛酸是果膠多糖的結構成分，其特征化學位移證實了其在果膠結構中的作用。總體而言，光譜揭示了所有甜瓜果皮中都富含糖類、有機酸、多酚和結構多糖。植物來源的多糖因其免疫調節潛力而日益受到關注。

本研究證明，甜瓜果皮多糖通過選擇性刺激Bifidobacterium bifidum和Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus等益生菌株的生長和增殖，展現出益生元樣潛力。綜合運用HPLC、FTIR和¹H-NMR分析，證實了作為水果加工業主要副產物的甜瓜果皮中含有多糖、酚類抗氧化劑和生物活性化合物。FTIR和NMR譜圖進一步揭示了與益生元樣寡糖和酚類成分一致的結構特征。這些發現共同凸顯了甜瓜果皮作為促進腸道健康的功能性食品成分的可持續、高附加值來源。未來需要進一步的體內驗證來闡明其作用機制，并探索其在食品、制藥和生物包裝等領域的潛在應用，為食物廢棄物價值化和循環經濟倡議做出貢獻。