Στα ίχνη ενός άφαντου μέχρι σήμερα βυζαντινού οικισμού του Μελανουδιού που ήταν στην περιοχή του Κάτω Κάστρου Μυτιλήνης βρίσκονται οι ερευνητές του δημοφιλούς αυτού κάστρου. Με αφορμή τα έργα αποκατάστασης των επιθαλάσσιων μεσαιωνικών οχυρώσεων που γίνονται στην περιοχή του Κάτω Κάστρου της Μυτιλήνης όπως και ανάδειξής τους με την δημιουργία ποδηλατόδρομου και πεζόδρομου, βρέθηκε ένα οθωμανικό λουτρό του 16ουο αι. σε επαφή με το μεσαιωνικό τείχος.
Οι ανασκαφείς εξέφρασαν την βεβαιότητα ότι πρόκειται για το πρωιμότερο λουτρό που έχει βρεθεί στη Λέσβο και το οποίο διατηρεί τους θολωτούς χώρους του θερμού, χλιαρού και ψυχρού λουτρού με τα υπόκαυστα. Η ανασκαφή έγινε για την «Ανάδειξη και βελτίωση της επισκεψιμότητας του Κάτω Κάστρου Μυτιλήνης», το οποίο χρηματοδοτείται από το συγχρηματοδοτούμενο ευρωπαϊκό πρόγραμμα των Βιώσιμων Αστικών Αναπλάσεων του ΕΣΠΑ 2014-2020 της Περιφέρειας Βορείου Αιγαίου.
Ο δυτικός τοίχος του λουτρού εδράζεται σε τμήμα ισχυρού τείχους που εντοπίστηκε επίσης όπως και η μαρμάρινη πύλη εισόδου, η οποία χρονολογείται στους Πρωτοβυζαντινούς χρόνους. Η πύλη έχει συνολικό ύψος 3,20μ., πλάτος 2,05μ. και βάθος 2,00μ. Για την κατασκευή της χρησιμοποιήθηκαν συνολικά 9 πλάκες εντόπιου γκριζόλευκου μαρμάρου, συναρμοσμένες με κονίαμα, ενώ κοιλότητες στο υπέρθυρο υποδηλώνουν την ύπαρξη ξύλινης θύρας, προσαρμοσμένης με στροφείς. Οι παραστάδες της κοσμούνται με ταινία και κοιλόκυρτο κυμάτιο, ενώ το υπέρθυρο φέρει κυρτό γείσο.
Στο κατώφλι διακρίνεται οριζόντια, ανάγλυφη, κυρτή ταινία. Στο εσωτερικό της διατηρείται μέρος πρόχειρου τειχίσματος για την αντιστήριξη του δαπέδου του κύριου, θερμού δωματίου του λουτρικού συγκροτήματος. Η επίχωση που αφαιρέθηκε για την αποκάλυψη της πύλης περιείχε κυρίως στρώματα καύσης και στάχτες λόγω της γειτνίασης με τον θερμό χώρο του λουτρού, κι απέδωσε άβαφη χρηστική κι εφυαλωμένη κεραμική κατά κανόνα Βυζαντινών χρόνων, καθώς και χάλκινα νομίσματα (φόλλεις) του 6ουκι 7ου αιώνα που εντοπίστηκαν κοντά στο κατώφλι.
Στο Κάστρο Μυτιλήνης σώζονται από την Βυζαντινή περίοδο μόνο ο ανατολικός τοίχος του Ακρόπυργου, η βυζαντινή πυλίδα στα βορειοανατολικά τείχη και η είσοδος της δεξαμενής. Συνεπώς η μαρμάρινη πύλη που εντοπίστηκε πρόσφατα μπορεί να θεωρηθεί εύρημα ξεχωριστής σημασίας τόσο για την τοπογραφία κι αμυντική αρχιτεκτονική του Κάστρου της περιόδου αυτής, όσο και για την ιστορία της πόλης της Μυτιλήνης. Πιθανώς με την πρωτοβυζαντινή αυτή πύλη να συνδέεται και ο άγνωστος έως σήμερα αρχαιολογικά και ανασκαφικά βυζαντινός οικισμός του Μελανουδιού, ο οποίος χωροθετείται από πολλούς ερευνητές στην περιοχή του Κάτω Κάστρου Μυτιλήνης.
