白肉和红肉火龙果（Hylocereus spp.）在果实特性和植物化学成分方面的比较分析，以及通过分子对接技术对关键生物活性化合物的探究

《Journal of the Science of Food and Agriculture》：Comparative analysis of pomological and phytochemical characteristics in white- and red-fleshed pitaya (Hylocereus spp.), with molecular docking insights into key bioactive compounds

　　红肉火龙果（H. polyrhizus）比白肉火龙果（H. undatus）富含酚类化合物（379.7 vs. 183.0 mg/L）和黄酮类（303.7 vs. 147.3 mg/L），抗氧化活性高出52.3%。主成分分析（83.3%方差解释率）和分子对接（IRP1蛋白结合能-8.9 kcal/mol）揭示酚类物质通过抑制自由基和调节铁代谢发挥抗氧化作用，为品种选育和深加工提供理论支撑。

　　近年来，随着全球气候变化的加剧，水资源短缺问题日益突出，这对农业生产带来了严峻挑战。在这一背景下，富含抗氧化物质的植物资源逐渐受到重视，其中，仙人掌科的“火龙果”（pitaya）因其独特的营养价值和健康益处，展现出重要的研究价值和应用前景。火龙果主要包括两种类型：白肉火龙果（Hylocereus undatus）和红肉火龙果（Hylocereus polyrhizus）。它们不仅在外观上存在差异，而且在营养成分和抗氧化能力方面也表现出显著的多样性。本研究通过比较两种火龙果的理化特性，结合相关性分析、主成分分析（PCA）以及分子对接技术，揭示了其在抗氧化功能上的分子机制，为火龙果的品种选择、栽培优化以及工业应用提供了科学依据。

火龙果的果肉颜色差异不仅影响其外观，还可能与其内部化学成分密切相关。研究结果显示，红肉火龙果在多个关键指标上优于白肉火龙果。例如，红肉火龙果的果实尺寸更大，长度达到103.4毫米，宽度为60.2毫米，重量约为204.7克，而白肉火龙果的尺寸较小，长度为71.9毫米，宽度为54.5毫米，重量仅为126.3克。然而，红肉火龙果在总可溶性固形物（TSS）、总酚类物质（TPC）、总黄酮类物质（TFC）以及抗氧化活性（AOA）方面均表现出显著优势。红肉火龙果的TSS含量为13.47°Brix，而白肉火龙果仅为9.60°Brix。TPC和TFC含量方面，红肉火龙果分别为379.7和303.7毫克/升，显著高于白肉火龙果的183.0和147.3毫克/升。抗氧化活性方面，红肉火龙果达到52.3%，而白肉火龙果仅为30.0%。这些数据表明，红肉火龙果在营养和健康功能方面具有更高的潜力。

与此同时，白肉火龙果在果实大小和重量上占据优势，这使其在农业生产和育种工作中具有一定的价值。然而，其在酚类物质和抗氧化活性方面的表现则不如红肉火龙果。因此，白肉火龙果更适合用于育种，以培育更大、更适于市场销售的品种，而红肉火龙果则更适合用于食品加工、健康产品开发以及抗氧化相关研究。这种差异为不同应用场景下的品种选择提供了依据，同时也揭示了火龙果在植物适应性方面的重要特征。

研究还发现，有机酸和酚类物质在两种火龙果中存在明显的差异。例如，红肉火龙果中的柠檬酸含量较高，而白肉火龙果则以苹果酸为主。这些有机酸不仅影响果实的风味和口感，还在维持果实酸度、抑制微生物生长方面发挥重要作用。此外，酚类物质如鞣酸、咖啡酸、儿茶酸、对香豆酸等，在红肉火龙果中含量更高，且具有较强的抗氧化能力。这些物质通过中和自由基、螯合过渡金属等机制，减轻氧化应激，保护细胞结构，从而在人体健康中发挥重要作用。

在对火龙果的糖分组成进行分析时，发现红肉火龙果中的葡萄糖和蔗糖含量显著高于白肉火龙果，而果糖含量相对较低。这一结果表明，红肉火龙果在口感上可能略显甜腻，而白肉火龙果则具有更平衡的糖分比例，其果糖含量较高，且葡萄糖与果糖的比例较低，这使其在某些工业应用中更具吸引力。例如，果糖在食品加工中常被用作甜味剂，具有较高的甜度，适合用于生产高附加值的产品。因此，白肉火龙果在工业用途上可能更具潜力，而红肉火龙果则更适合用于鲜食或富含抗氧化成分的健康产品。

为了更全面地理解火龙果的理化特性及其相互关系，研究采用了主成分分析（PCA）方法。PCA结果显示，前两个主成分解释了总变异的83.3%（PC1为68.8%，PC2为14.5%）。这些主成分能够有效区分不同品种的火龙果，将样本沿着果实大小与可溶性固形物含量、酚类物质与抗氧化活性的轴线进行分类。这表明，果实的大小和硬度等物理特性与酚类物质和抗氧化活性之间存在一定的关联，但并非绝对。因此，在实际栽培和育种过程中，需要综合考虑多种因素，以实现最优的果实品质和营养成分。

此外，研究还通过分子对接技术，探讨了火龙果中主要的有机酸和酚类化合物与人体铁调控蛋白（IRP1）的相互作用。IRP1在铁代谢过程中发挥关键作用，其结构和功能与抗氧化机制密切相关。通过分子对接分析，研究人员发现，红肉火龙果中的主要化合物如鞣酸、氯ogenic酸、对香豆酸和苹果酸能够与IRP1蛋白形成稳定的结合，这可能意味着它们在人体内的抗氧化作用机制更为复杂。例如，鞣酸能够通过氢键与IRP1的多个氨基酸残基（如ARG187、ASP191、ARG325和TYR332）相互作用，并且还能与LYS329形成π-阳离子、π-烷基和π-σ等非共价相互作用。这些相互作用可能增强了其抗氧化活性，使其在体内更有效地发挥保护作用。

氯ogenic酸在红肉火龙果中表现出较高的结合能力，其与IRP1的结合能为?7.8 kcal/mol，这一结果与鞣酸的结合能（?8.9 kcal/mol）相比稍弱，但仍显示出良好的结合潜力。氯ogenic酸通过氢键与IRP1的多个氨基酸残基（如ALA120、ASN166、MET167、ARG187、ASP121和SER161）相互作用，并且还能与PHE164和SER161形成碳–氢键，以及与ARG168形成π-烷基相互作用。这些相互作用可能有助于其在体内的稳定性和功能发挥，从而增强其抗氧化能力。

对香豆酸和苹果酸在红肉和白肉火龙果中的结合能力也表现出一定的差异。对香豆酸与IRP1的结合能为?5.8 kcal/mol，而苹果酸的结合能为?5.5 kcal/mol。这些数据表明，不同化合物与IRP1的相互作用强度存在差异，可能影响其在体内的抗氧化效果。分子对接的结果为理解火龙果中主要成分如何通过与人体蛋白的相互作用来发挥抗氧化功能提供了重要的线索。

研究还指出，火龙果的化学成分与其抗氧化活性之间存在显著的正相关关系。例如，较高的可溶性固形物含量和酚类物质积累通常伴随着更强的抗氧化能力。这一现象可能与火龙果中的糖分和酚类物质在代谢过程中形成协同效应有关。糖分的积累可能促进了酚类物质的合成，而酚类物质则进一步增强了抗氧化活性。这种糖-酚相互作用在植物的抗氧化系统中具有重要意义，可能为农业栽培和育种提供了新的思路。

从实际应用角度来看，火龙果的这些特性使其在多个领域展现出广阔的前景。在农业方面，红肉火龙果因其较高的抗氧化活性，可以作为营养丰富的健康食品来源，而白肉火龙果则因其较大的果实尺寸，适合用于育种和栽培优化。在工业方面，红肉火龙果中的高浓度酚类物质和有机酸可能使其在发酵食品、天然防腐剂和功能性食品的开发中具有独特优势。而白肉火龙果的高果糖含量和良好的糖分平衡，可能更适合用于生产甜味食品或饮品。

此外，研究还强调了火龙果在应对气候变化和农业压力中的潜在价值。随着全球气温升高和水资源减少，农业面临的挑战日益加剧，许多作物的生长环境受到影响，导致其营养成分和产量下降。而火龙果由于其较强的耐旱性和抗氧化能力，可能在极端气候条件下表现出更好的适应性。因此，未来的研究可以进一步探讨火龙果在干旱和高温环境下的表现，以评估其在可持续农业中的应用潜力。

总体而言，本研究通过多维度的分析方法，揭示了红肉和白肉火龙果在理化特性、营养成分和抗氧化功能上的差异。这些发现不仅有助于优化火龙果的栽培和育种策略，也为其在健康食品、工业产品和农业适应性方面的应用提供了科学依据。随着对火龙果研究的不断深入，其在促进人类健康、改善环境适应性和推动可持续农业方面的价值将得到进一步挖掘。未来，结合分子生物学、代谢组学和环境科学等多学科方法，有望进一步揭示火龙果的抗氧化机制，并推动其在农业和食品工业中的广泛应用。