覃翠钠，李志春，2*，何雪梅，2，杨 莹，2，零东宁，2，孙 健

（1广西农业科学院农产品加工研究所/广西香蕉保鲜与加工工程技术研究中心，广西南宁 530007；2广西果蔬贮藏与加工新技术重点实验室，广西南宁 530007；3广西农业科学院，广西南宁 530007）

0 引言

【研究意义】我国是香蕉生产大国，每年都会产生大量的香蕉副产物。据统计，2019年我国香蕉产量116.56万t，产生香蕉茎秆约4200万t（王春芳，2020），是一笔巨大的生物质资源。香蕉茎秆水分含量高（徐树英，2016），体积大，运输不便，大部分被直接丢弃，造成环境污染和资源浪费。因此，从能源和环境的角度考虑，进行香蕉茎秆功能性产品的开发研究对增加香蕉产业收入及环境保护具有重要意义。【前人研究进展】香蕉茎秆含有丰富的纤维素和半纤维素（韦传宝和王吉文，2008），提取香蕉纤维可用于制作香蕉布、绳索、食品包装袋、医疗卫生用品（刘国欢等，2012；胡佳丹，2018）和光学复合材料等（Chávez-Guerrero et al.，2019）。在畜禽养殖方面，目前研究重点在于通过添加复合菌剂、糖蜜、米糠等制成香蕉茎秆青贮饲料，以改善香蕉茎秆的适口性，增加其营养物质，提高消化率（王超，2007；王倩，2013；程宣，2018）。香蕉茎秆含有氮、磷、钾等营养成分，且其结构为层层压紧的复瓦状叶鞘重叠形成的假杆，具有孔隙结构，可应用于堆肥及育苗基质，以提升土壤肥力（李青松等，2009；邓小垦，2014）。此外，香蕉茎秆还可用于厌氧发酵产沼气、精炼生产燃料乙醇（Velasquez-Arredondo et al.，2010；de Sil‐va et al.，2020）及压缩成型燃料等（刘国欢等，2012；de Souza et al.，2013；Bello et al.，2014）。【本研究切入点】香蕉茎秆在纤维提取、饲料化、堆肥化和基质化等方面已有较多应用研究，但香蕉茎秆汁液发酵食品开发的相关研究报道较少。香蕉茎秆压榨汁液含多酚类化合物（Pothavorn et al.，2010），具有一定清除2,2-联氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二铵盐自由基（ABTS·）能力，对牛血清白蛋白果糖模型AGEs也具有一定的抑制作用，可抑制晚期糖基化终末产物（商文婷等，2016）。此外，香蕉茎秆汁液联合西药抗菌药可抑制大肠杆菌（王莉贞等，2017）。因此，基于香蕉茎秆汁液的功效性，利用汁液发酵成酒和乳酸饮料，开发香蕉茎秆汁液发酵产品具有理论可行性。【拟解决的关键问题】以香蕉茎秆汁液为原料，添加一定比例的水，分别接种K1和开菲尔菌剂，经发酵制成酒和乳酸饮料，探究其功效成分及抗氧化能力，为香蕉茎秆汁液的发酵产品开发提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

香蕉茎秆汁液：所用新鲜香蕉茎秆取自广西农业科学院内，用打浆机打碎榨汁，原料特性分析结果为水分含量97.40%、总固体含量2.60%、粗灰分含量1.40%、脂肪含量0.10%、蛋白质含量0.57%。

发酵菌剂：开菲尔和K1。开菲尔是一种菌群复合体，购自西安惠可欣微生物科技有限公司。K1菌种是酿酒酵母，实验室自行培养保存。

主要试剂：二苯代苦味酰自由基（DPPH·）购自美国Sigma公司；无水乙醇和氯化亚铁购自天津市科隆科技有限公司；维生素E购自上海源叶生物科技有限公司；菲洛嗪（Ferrozine）购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；碳酸钠、没食子酸、钨酸钠和钼酸钠购自天津市大茂化学试剂厂；羟自由基测定试剂盒、抗超氧阴离子自由基及产生超氧阴离子自由基测试盒、亚硝酸盐测试盒均购自南京建成科技有限公司。

主要仪器设备：美析UV-1800紫外分光光度计（上海美析仪器有限公司）、TP5002精密电子天平（上海佑科仪器仪表有限公司）、BSA1245分析天平（Sartorlus Group）、HH-S4数显恒温水浴锅（金坛市万华实验仪器厂）和TG16-WS高速离心机（湖南湘仪实验室仪器开发有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 试验原料为香蕉茎秆汁液（G0），添加一定比例的纯水，接种菌剂，装入发酵罐，于室内室温发酵。采用批量发酵方式，试验设计如表1所示，共有4组试验，每组进行3个平行试验。表1中用量以总固体含量占发酵总质量百分比计算。

根据表1可知，香蕉茎秆汁液的发酵方式有2种，利用开菲尔菌剂发酵所得产品为乳酸饮料，其发酵工艺为：分别取等量的含100%香蕉茎秆汁液和50%香蕉茎秆汁液经巴氏灭菌，调节发酵汁液糖含量为13%，加入5‰开菲尔菌剂，发酵4~5 d，于4 ℃冰箱保存。利用K1菌剂发酵所得产品为酒，其发酵工艺为：分别取等量的含100%香蕉茎秆汁液和50%香蕉茎秆汁液经巴氏灭菌，添加蔗糖136 g/L，加入0.2‰ K1菌剂，发酵7 d左右，于4 ℃冰箱保存。

1.2.2 功效成分含量测定 多酚含量测定采用Folin酚法（蒋欣梅等，2018）。分别取0.02 mg/mL没食子酸0、0.2、0.5、1.0、2.0、3.0和4.0 mL，加入1.0 mL福林酚和3.0 mL 7.5 g/100 mL碳酸钠，用纯水定容至10.0 mL，摇匀，置于黑暗处2 h，采用紫外分光光度计于波长765 nm处测定吸光值。以没食子酸含量为横坐标、吸光值为纵坐标进行拟合，得到标准曲线方程=0.2533+0.0367（=0.9990）。结果以没食子酸当量（mg GAE/g）表示。以试样代替没食子酸重复上述步骤可得样品多酚含量。

单宁含量测定采用Folin酚法（徐阳纯等，2021）。取0、0.5、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0和10.0 mL单宁酸溶液（5 mg/mL）置于盛30.0 mL纯水的50 mL容量瓶中，加入2.5 mL钨酸钠—钼酸钠混合溶液及5.0 mL碳酸钠溶液，用纯水定容，摇匀，静置30 min，于波长760 nm处测定吸光值。以单宁酸含量为横坐标、吸光值为纵坐标进行拟合，得到标准曲线方程=0.0988+0.0175（=0.9990）。以试样代替单宁酸重复上述步骤可得样品单宁含量。

总黄酮含量测定采用亚硝酸钠—硝酸铝—氢氧化钠法（Jia et al.，1999；王敏等，2022）。用移液枪分别精确吸取0.1 mg/mL芦丁0、2.0、4.0、6.0、8.0和10.0 mL，用70%乙醇补至10.0 mL，加入0.8 mL 10%硝酸铝，摇匀，静置6 min，再加入10.0 mL 10%氢氧化钠溶液，用70%乙醇定容至25.0 mL，摇匀放置15 min，于波长510 nm处测定吸光值。以芦丁含量为横坐标、吸光值为纵坐标进行拟合，得到标准曲线方程=0.0167+0.0131（=0.9990）。以试样代替芦丁重复上述步骤可得样品总黄酮含量。

1.2.3 抗氧化能力测定

1.2.3.1 DPPH自由基清除能力 采用DPPH自由基清除法（郑凤锦等，2015）。吸取试样于离心管中，用纯水补至2.0 mL，加入2.0 mL 6.5×10mol/L DPPH溶液，摇匀，暗处反应30 min，取上清液于波长517 nm处测其吸光值（A）；另取上述试样于离心管中，加入2.0 mL无水乙醇，摇匀，暗处反应30 min，在波长517 nm 处测其吸光值（A）；2.0 mL 6.5×10mol/L DPPH溶液与2.0 mL无水乙醇反应为参比，其吸光值记为（A）；同时以维生素C（Vc，0.5 mmol/L）为对照。测定3次取平均值，DPPH自由基清除率（）计算公式如下：

1.2.3.2 抑制羟自由基能力 使用试剂盒测定。按照试剂盒指示步骤加入所有试剂，同时以Vc（20 mmol/L）作为对照组，混匀，室温放置20 min，于波长550 nm处测定各管吸光值。抑制羟自由基能力（U/L）=（对照OD值-测定OD值）/（标准OD值-空白OD值）×标准品浓度（8.824 mmol/L）/取样量×样本测试前稀释倍数×1000。

1.2.3.3 抗超氧阴离子自由基能力 使用试剂盒测定。按照试剂盒指示步骤加入所有试剂，同时以Vc（6.67 mmol/L）作为对照组，混匀，静置10 min，于波长550 nm处测定各管吸光值。抗超氧阴离子自由基能力（U/L）=（对照OD值-测定OD值）/（对照OD值-标准OD值）×标准品浓度（0.15 mg/mL）×1000×样本测试前稀释倍数。

1.2.3.4 金属螯合率 采用氯化亚铁溶液与Fer‐rozine显色法（郑凤锦等，2015）。取试样于离心管中，用纯水补至2.0 mL，加入1.0 mL 2.0 mmol/L氯化亚铁及0.2 mL 0.5 mmol/L Ferrozine试剂，混匀，室温下静置反应10 min，于波长562 nm处测定吸光值（A）；用纯水替代Ferrozine试剂测得吸光值（A）；空白试验用纯水替代不同体积试样，测得吸光值（A）。同时以EDTA（2 mmol/L）替代试样为对照，重复测定3次，金属离子螯合力率（）计算公式如下：

1.2.4 亚硝酸盐含量测定 使用试剂盒测定。按照试剂盒指示步骤加入所有试剂，同时以纯水作为对照组，混匀，15 min后，0.5 cm光径比色杯，纯水调零，于波长550 nm处测各管OD值。亚硝酸盐含量（μmol/L）=（测定OD值-空白OD值）/（标准OD值-空白OD值）×标准品浓度（100 μmol/L）×样本测试前稀释倍数。

1.3 统计分析

采用Excel 2016处理数据，SPSS 21.0进行差异显著性分析及主成分分析，以Origin 2018制图。

2 结果与分析

2.1 香蕉茎秆汁液发酵产品的功效成分测定结果

香蕉茎秆汁液发酵产品的功效成分测定结果如表2所示。不同香蕉茎秆汁液含量的发酵酒和乳酸饮料的多酚及单宁含量均具有显著差异（<0.05，下同），KF50、KF100、K50和K100的多酚和单宁含量均高于G0的多酚和单宁含量。K100的多酚和单宁含量分别较K50高18.7%和32.2%，KF100的多酚和单宁含量分别较KF50高24.7%和10.3%。此外，KF50和KF100的多酚含量分别较K50和K100低16.3%和12.0%，其单宁含量分别较K50和K100高87.5%和56.4%。从香蕉茎秆汁液及香蕉汁液发酵酒和乳酸饮料中均未检出总黄酮。

2.2 香蕉茎秆汁液发酵产品的抗氧化能力测定结果

2.2.1 香蕉茎秆汁液发酵产品的DPPH自由基清除能力 香蕉茎秆汁液发酵酒和乳酸饮料的DPPH自由基清除能力测定结果如图1所示。KF50、K50和K100的DPPH自由基清除能力随样品体积增加呈先上升后趋于稳定的变化趋势；G0的DPPH自由基清除能力整体随样品体积增加而增强，但其增强幅度较小，KF100最低；与G0相比，KF50、K50和K100表现出较强的DPPH自由基清除能力。当样品体积<1.4 mL时，DPPH自由基清除能力的排序为：K100>K50>KF50>Vc>KF100，当样品体积≥1.4 mL时，K50的DPPH自由基清除能力与Vc无明显差异。

2.2.2 香蕉茎秆汁液发酵产品的抑制羟自由基能力由图2可知，香蕉茎秆汁液发酵产品及对照抑制羟自由基能力排序为：G0>Vc>K50>K100>KF50>KF100。其中，香蕉茎秆汁液发酵酒及KF50的抑制羟自由基能力均超过86000 U/L，而KF100的抑制羟自由基能力最低，为69500 U/L。

2.2.3 香蕉茎秆汁液发酵产品的抗超氧阴离子自由基能力 香蕉茎秆汁液发酵产品的抗超氧阴离子自由基能力如图3所示。K50的抗超氧阴离子自由基能力较强，其值为49.8 U/L，是K100抗超氧阴离子自由基清除能力的4倍；KF50和KF100的抗超氧阴离子自由基能力分别为23.7和18.2 U/L。G0则表现为具有产生超氧阴离子自由基能力。

2.2.4 香蕉茎秆汁液发酵产品的金属螯合率 如图4所示，当样品体积<1.0 mL时，香蕉茎秆汁液发酵产品及对照的金属螯合率排序为：KF100>G0>K100>KF50>K50>EDTA，当样品体积≥1.0 mL时，金属螯合率排序为：KF100>K100>G0>KF50>K50>EDTA。在样品体积为0.2~0.6 mL时，KF100的金属螯合率由42.2%升至最大值98.0%，当样品体积>0.6 mL，其金属螯合率趋于稳定；而另外3组试验样品的金属螯合率随样品体积的增加逐渐增强。K100和KF100的金属螯合率分别大于K50和KF50的金属螯合率。

2.3 香蕉茎秆汁液发酵产品抗氧化活性的主成分分析结果

对4个抗氧化活性指标（DPPH自由基清除能力、抑制羟自由基能力、抗超氧阴离子自由基能力和金属螯合率）进行主成分分析。提取2个主成分（PCA1和PCA2）进行主成分分析，碎石图见图5，主成分分析载荷矩阵见表3，方差贡献率见表4，主成分载荷矩阵见表5。

由图5可知，特征根在第3个变得平缓，说明可提取2个主成分。由表3可知PCA1、PCA2与4个抗氧化活性指标的相关性。由表4可知，PCA1的特征值和方差贡献率分别为3.005和75.129%，PCA2的特征值和方差贡献率分别为0.921和23.029%。2个主成分的累积方差贡献率为98.158%，即2个主成分共解释主成分的98.158%，说明提取2个主成分能绝大部分地保留原始信息，主成分分析效果很好。以2个主要成分代表原始4个抗氧化活性指标，根据表5，建立抗氧化活性的评价模型，PCA1表达式如公式（3），PCA2表达式如公式（4）：

以2个主成分的得分及权重建立抗氧化活性指标的综合评价函数，其表达式如公式（5），得到香蕉茎秆汁液发酵酒和乳酸饮料的抗氧化活性综合得分及排名（表6）。

由表6可知，K50、KF50和K100得分较高且均为正数，分别排名第1、第2和第3，而KF100得分为负数，排名第4。由分析载荷矩阵（图6）可知，PCA1主要与DPPH自由基清除能力和抑制羟自由基能力呈正相关，与金属螯合率呈负相关，PCA2主要与抗超氧阴离子自由基能力呈负相关。PCA1权重较大，根据图1和图2，K50的DPPH自由基清除能力和抑制羟自由基能力较高，金属螯合率低于其他组，因此其得分最高。

2.4 香蕉茎秆汁液发酵产品的亚硝酸盐含量测定结果

亚硝酸盐是一种潜在的致癌物质，控制发酵饮品中亚硝酸盐的含量对于提高食品安全性具有重要意义。如图7所示，香蕉茎秆汁液发酵酒和乳酸饮料的亚硝酸盐含量排序结果为：KF100>K100>KF50=K50。KF100的亚硝酸盐含量最高，达2.3 μmol/L，显著高于其余3组，其余3组的亚硝酸盐含量均低于0.5 μmol/L。

3 讨论

开菲尔是一种复合菌剂，主要由乳酸菌、酵母菌、醋酸菌及明串珠菌等多种微生物组成，在发酵过程中产生酸类、酯类、醇类、酮类等物质，从而赋予发酵产品独特的风味；同时，发酵过程中产生多种生物活性肽，可抑制病原菌（Gamba et al.，2016；Kim et al.，2016）、降低胆固醇（Choi et al.，2017）、改善消化机能（Xing et al.，2017）等，对人体具有促健康作用。K1为酿酒酵母，是白酒生产中酒精发酵的主体菌，其代谢产物为醇类、酯类、醛类、酚类等物质，对白酒的风味及质量具有重要意义。本研究以香蕉茎秆汁液为原料，接种开菲尔菌剂和K1菌剂，经发酵制成酒和乳酸饮料，探究其功效成分和抗氧化能力。

多酚具有潜在的促健康作用，其抗氧化功能可对慢性病起到预防作用（董红竹，2017）。而单宁具有抗菌抑菌作用，相关研究表明，低浓度的单宁可与细菌的酶和毒性蛋白结合，从而使酶和蛋白失去活性物质（魏丽等，2017）。香蕉茎秆是香蕉产业的重要副产物，汁液中含多酚等化合物，具有较高的抗氧化活性。香蕉茎秆汁液的乳酸发酵饮料和发酵酒功效成分测定结果表明，K100和KF100的多酚与单宁含量分别高于K50和KF50，与试验设计中香蕉茎秆汁液用量有关，K100和KF100的原料中多酚与单宁含量高于K50和KF50。K50和K100的多酚含量分别显著高于KF50和KF100，而其单宁含量分别显著低于KF50和KF100。这可能是因为发酵使用2种不同的菌剂，其对多种构型的多酚转化影响不同，且不同菌剂发酵代谢产物酚类物质有所差异。经开菲尔和K1菌种发酵的香蕉茎秆汁液的多酚与单宁含量显著提高，与相关文献的研究结果一致。如叶盼等（2016）选取植物乳杆菌对苹果汁进行发酵，研究发现发酵后苹果汁的多酚含量较发酵前增加52.1%。马玉蓉等（2021）以小麦和红提葡萄为原料，研究不同发酵方式对葡萄小麦复合酒品质的影响，发现单一原料发酵50%再混合发酵及浸渍3 d的红提葡萄醪与糖化48 h的小麦混合发酵2种方式发酵产物的单宁含量增加。王柳岑等（2022）以毛酸浆果汁为原料，接种植物乳杆菌和副干酪乳杆菌混合发酵，结果发现发酵产品的多酚含量增加。多酚含量增加可能是因为发酵过程中，大分子酚类物质被微生物转化成小分子酚类物质，从结合态转化为游离态（Chu and Chen，2006；董红竹，2017；陈树俊和王婉榕，2021）。单宁含量增加可能是因为随发酵时间延长，可溶性单宁逐渐释放（郭敏，2011）。

抗氧化能力研究结果表明，与G0相比，KF50、K50和K100具有更强的DPPH自由基清除能力。在样品体积为0.2~1.4 mL时，K100的DPPH自由基清除能力最强，K50次之，香蕉茎秆汁液发酵酒的DPPH自由基清除能力强于乳酸发酵饮料。样品体积<1.4 mL时，DPPH自由基清除能力排序为：K100>K50>KF50>Vc>KF100，当样品体积≥1.4 mL 时，K100、K50和KF50对DPPH自由基清除能力与Vc相似。说明香蕉茎秆汁液发酵酒和乳酸饮料具有一定的自由基清除能力，与郑凤锦等（2015）研究发现甘蔗果酒和甘蔗原醋对DPPH自由基具有一定的清除能力，黄宁馨等（2021）研究发现复合乳酸菌发酵枸杞果汁对DPPH自由基具有清除作用的结果一致。相关研究结果表明，多酚的抗氧化活性成分对DPPH自由基具有一定的清除作用，且多酚含量影响抗氧化活性（Sakanaka and Ishihara，2008；Sah et al.，2014；许立伟等，2021；刘茂等，2022）。G0的抑制羟自由基能力最强，而香蕉茎秆汁液发酵产品中，K50的抑制羟自由基能力显著强于其余3组，且KF50、K50和K100的抑制羟自由基能力均达86000 U/L以上，说明其对羟自由基具有清除作用。有研究表明，抑制羟自由基能力与多酚含量相关，因酚类与羟自由基结合，使羟自由基清除率变大（张丽，2020；张雪等，2021）。香蕉茎秆汁液发酵产品中，K50的抗超氧阴离子自由基能力最高，G0则表现为具有产生超氧阴离子自由基能力，可能是重要生物分子在有氧存在时氧化产生超氧阴离子自由基（李国婧，2012）。相关研究结果表明，抗超氧阴离子自由基能力与样品中Vc、黄酮类化合物含量及超氧化物歧化酶活性差异有关（Sasipriya et al.，2014）。具体机理有待进一步研究。

通过金属螯合可有效清除羟自由基（乔支红等，2021），从而避免金属对生物体的危害（郑凤锦等，2015）。本研究结果表明，KF100的金属螯合率最高，K100和KF50分别排第2和第3，K50排第4，而4组样品的金属螯合率均高于对照组。说明香蕉茎秆汁液发酵酒和乳酸饮料均具有较高的金属螯合率。

主成分分析法利用降维的思想，在尽量保留数据原始信息的情况下，把多个指标转化为少数几个综合指标的一种多变量数据进行最佳综合简化的多元统计方法。本研究利用主成分分析法对香蕉茎秆汁液发酵产品的抗氧化活性指标进行综合评价排名，结果显示，K50综合排名第1。根据分析过程，本研究主要提取2个主成分进行分析，第一主成分与DPPH自由基清除能力和抑制羟自由基能力呈正相关，与金属螯合率呈负相关，且第一主成分权重较大（75.129%）。K50的DPPH自由基清除能力和抑制羟自由基较高，金属螯合率低于其他组，所以其抗氧化活性综合得分最高。反之，KF100的金属螯合率显著高于其他组，所以其得分最低。

亚硝酸盐具有毒性，人体摄入量达0.3~0.5 g时会引起中毒，而摄入量达3.0 g时会引起死亡。根据GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》，亚硝酸盐在酱腌菜中含量不超过20 mg/kg。在试样发酵过程中，微生物代谢活动产生的硝酸还原酶使硝酸盐还原为亚硝酸盐，导致硝酸盐含量增加。4组试验样品中，KF100的亚硝酸盐含量最高，为2.3 μmol/L，以酱腌菜的标准计，其含量并未超出标准范围。4组样品中亚硝酸盐含量存在显著差异是因为受发酵过程微生物代谢活动的影响，且亚硝酸盐不稳定，可分解生成N或NH+（陈伊凡等，2020）。

根据本研究结果可知，香蕉茎秆汁液发酵酒和乳酸饮料具有一定的自由基清除能力，可进一步开发成为功能性产品，但其发酵工艺及体内抗氧化活性有待深入研究。

4 结论

香蕉茎秆汁液发酵产品具有一定的自由基清除能力和较高的金属螯合作用，其中发酵酒K50综合排名第1，该结果可为进一步开发香蕉茎秆汁液发酵产品提供参考。