特色香蕉类型‘美食蕉’品种果肉中淀粉与矿物质在后熟期的变化

傅金凤，王 娟，王 琳，盛 鸥

（1.华南理工大学食品科学与工程学院，广东 广州 510641；2.广东省农业科学院果树研究所，农业农村部南亚热带果树生物学与遗传资源利用重点实验室，广东省热带亚热带果树研究重点实验室，广东 广州 510640）

香蕉（Musaspp.）为芭蕉科（Musaceae）、芭蕉属（Musa），是热带特色水果之一[1]，联合国粮食及农业组织认为它是继水稻、小麦、玉米之后的第四大粮食[2]。中国是香蕉生产第二大国，2017年我国香蕉种植面积约为38万 hm2，产量约为1 100万 t[3]。全世界香蕉栽培品种约300 种，可大致分为两类：鲜食香蕉和煮食香蕉[4]。香蕉主要成分为碳水化合物，并含有多种营养物质，如矿物质、维生素、膳食纤维、多糖、多酚、黄酮及有机酸[5-6]，具有润肠通便[7-8]、改善代谢综合征[9-11]等保健功能。Plantain品种的香蕉是非洲中西部国家的主粮作物之一，据统计，尼日利亚每年人均Plantain食用量可达190 kg[12]。Plantain品种蕉果果面有明显的3～5 根果棱，类似国内种植的大蕉类型，但果指更长、更大，产量更高[13]。成熟的Plantain蕉果不易软化腐烂，富含淀粉、类胡萝卜素，适合加工烹饪[14]。一方面Plantain作为主食在人们日常膳食中提供能源来源；另一方面其也被加工为香蕉粉[12]、休闲零食[15]、无麸质意大利面[16]等商品供消费者食用。广东省农业科学院果树研究所对Plantain品种进行了系统评价，并培育出适合我国栽培的品种，将其命名为‘美食蕉’。‘美食蕉’不仅产量高，更具有抗枯萎病的特点[17]，因此，对‘美食蕉’的营养及加工性能评价研究有较高的产业价值。

香蕉是典型的呼吸跃变型水果[18]，在后熟过程中果实内部会发生一系列成熟与衰老的生理变化，营养成分也会发生一定的改变，影响蕉果的贮运保鲜。目前已有学者对香蕉后熟期营养成分进行研究，Wang Juan等[19]研究了‘香牙蕉’和‘粉蕉’后熟期抗性淀粉的变化，以期为制备香蕉抗性淀粉选择合适的品种和成熟度；Wang Juan等[20]研究发现4 个品种的香蕉（‘香牙蕉’、‘大蕉’、‘粉蕉’、‘皇帝蕉’）抗性淀粉的结构及理化特性（持水性、溶解度、膨胀度、透明度、碘吸收曲线、黏度）不同；Yuan Yunfei等[21]对香蕉进行采后代谢组学研究发现，其主要代谢产物是糖、氨基酸、有机酸和脂肪酸，香豆素衍生物为次生代谢产物；陈海强等[22]对3 种香蕉（‘粉蕉’、‘大蕉’、‘香牙蕉’）成熟期间营养成分进行测定，结果表明制备香蕉淀粉用青香蕉为宜，‘香牙蕉’适于鲜食，‘大蕉’适于加工，‘粉蕉’则两者兼具；赖长鸿等[23]以不同成熟度的香蕉粉为研究对象，发现成熟香蕉中的矿物质更有利于被人体消化吸收；黄少波[24]比较分析‘香牙蕉’、‘Plantain’和‘粉蕉’果实淀粉降解的差异，发现后熟期3 种香蕉的抗性淀粉与直链淀粉含量呈正相关。

目前，关于‘美食蕉’后熟期营养物质的变化规律鲜见报道，本实验以广东省农业科学院果树研究所新选育的Plantain（‘美食蕉1号’和‘美食蕉2号’）作为研究对象，并用‘香牙蕉’品种‘中蕉8号’作比较，对催熟后的香蕉进行成熟度评价（成熟度分级、色差、硬度）、淀粉（总淀粉、抗性淀粉、非抗性淀粉）质量分数测定以及矿物质元素（K、P、Ca、Mg、S、Fe、Mn、B、Cu、Zn、Na）含量测定，探究‘美食蕉’品种的加工价值，以期为香蕉品种的选育及精深加工产品的开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

‘中蕉8号’（Musaspp.，Cavendish AAA group）、‘美食蕉1号’（Musaspp.，Plantain AAB group）、‘美食蕉2号’（Musaspp.，Plantain AAB group）果实均由广东省农业科学院果树研究所香蕉品种资源圃提供。

K-RSTAR抗性淀粉检测试剂盒 爱尔兰Megazyme公司；其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

SCIENTZ-100F冷冻干燥机 宁波新芝生物科技股份有限公司；FW135中草药粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公司；XW-80A旋涡混合器 上海精科实业有限公司；CJJ-931磁力加热搅拌器 常州普天仪器制造有限公司；X-rite SP60便携式色差仪 美国爱色丽公司；GY-4-J数显式水果硬度计 浙江托普仪器有限公司；SHA-B恒温振荡器 常州澳华仪器有限公司；Vanox BHS-2光学显微镜 日本Olympus公司；UV-1800紫外-可见分光光度计 日本岛津公司；ICP-OES-5110发射光谱仪美国安捷伦公司。

1.3 方法

1.3.1 样品处理及香蕉粉的制备

采集‘中蕉8号’、‘美食蕉1号’、‘美食蕉2号’的青蕉果实样品，用乙烯利（体积分数40%的乙烯利稀释至1 500 mg/kg，浸果30 s后分别装袋置于黑塑料筐中，22 ℃条件下放置）催熟[25]，每天拍照记录表皮颜色的变化。香蕉果实按催熟时间依次取样，每日所取的香蕉样品去皮并切成厚约5 mm的均匀薄片，编号，冷冻保存于－80 ℃冰箱中，全部取样结束后，统一将所有香蕉样品经真空冷冻干燥后粉碎，过40 目筛，得到香蕉粉。实验用果采摘后迅速转至实验室，当天进行乙烯利处理；“0 d”表示采摘当天且未经乙烯利处理的样品；“1 d”表示乙烯利处理后即第1天的样品，以此类推。‘中蕉8号’的催熟期为1～6 d，‘美食蕉1号’和‘美食蕉2号’的催熟期均为1～8 d。后熟期指香蕉采摘后没有进行乙烯处理的第0天以及后续的催熟期，‘中蕉8号’后熟期为0～6 d；‘美食蕉1号’和‘美食蕉2号’1～8 d。

1.3.2 香蕉成熟度评价

根据SH Pratt公司提供的比色卡来判定香蕉成熟度[26]（图1[26]），用便携式色差仪测定催熟期内（1～6 d或1～8 d）果皮色度（L、a、b值）的变化[27]，用硬度计测定果肉硬度[28]。

图1 香蕉成熟度比色卡[26]Fig.1 Appearance of banana fruit in various stages[26]

1.3.3 淀粉质量分数测定

按照Megazyme抗性淀粉检测试剂盒说明书测定抗性淀粉质量分数[29]。

1.3.4 香蕉粉颗粒形态观察

取少量香蕉粉溶于体积分数50%甘油溶液，滴于载玻片上，用光学显微镜观察香蕉粉颗粒形态并拍摄照片[29]。

1.3.5 矿物质元素含量测定

用发射光谱仪测定样品的矿质元素含量[30]。称取0.5 g样品，置于马弗炉550 ℃灰化5 h，加入10 mL体积分数60%王水溶液（浓盐酸和浓硝酸体积比3∶1）溶解，过滤后稀释至一定倍数，用发射光谱仪测定。

1.4 数据处理与分析

所有实验均重复3 次，采用Origin 9.1软件绘制图表，采用SPSS 24.0软件对数据进行单因素方差分析和差异显著性分析，P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 3 种香蕉的成熟度评价分析结果

2.1.1 果皮颜色的变化

图2 3 种香蕉后熟期果皮颜色的变化Fig.2 Change in peel color of Cavendish and Plantain during postharvest ripening

图2为3 种香蕉后熟期果皮颜色的变化，表1为3 种香蕉后熟期成熟度分级变化，香蕉催熟后放置的时间越长，成熟度越高、色泽变化明显，颜色由青绿色变成淡黄色再到金黄色，出现黑色斑点、黑斑扩大的现象。表2为3 种香蕉后熟期L、a、b值的变化，后熟期间3 种香蕉的L、b值均呈先上升后下降的趋势，且在第3天达到最大。L值可以反映香蕉的外观品质，L值越大、亮度越大[4]。L值和b值的上升表明香蕉果皮从青绿色变为黄色时亮度增加，而二者下降则体现了香蕉后熟期的颜色褐化。‘中蕉8号’在第4天时a值由负值变为正值，成熟度从3级成熟跃变为6级成熟。‘美食蕉1号’、‘美食蕉2号’在第3天时a值由负值变为正值，成熟度从4级成熟跃变为6级成熟。由此可以推测a值与香蕉成熟度的跃变现象有关。综上，可以看出‘美食蕉1号’、‘美食蕉2号’褪绿较‘中蕉8号’快且后熟期果皮颜色更稳定。

表1 3 种香蕉后熟期成熟度分级Table 1 Maturity grading of Cavendish and Plantain during postharvest ripening

表2 3 种香蕉后熟期L、a、b值的变化Table 2 Changes in L,aandb values in Cavendish and Plantain during postharvest ripening

2.1.2 果肉硬度的变化

图3 3 种香蕉后熟期果肉硬度的变化Fig.3 Changes in fruit firmness of Cavendish and Plantain during postharvest ripening

图3为3 种香蕉后熟期果肉硬度的变化，香蕉催熟后放置时间越长，其果实硬度越低。催熟前‘美食蕉1号’和‘美食蕉2号’的硬度显著大于‘中蕉8号’（P＜0.05），后熟期间硬度大小基本保持为‘美食蕉2号’＞‘美食蕉1号’＞‘中蕉8号’（第3天除外）。

‘中蕉8号’、‘美食蕉1号’、‘美食蕉2号’在后熟前期（0～3 d）硬度分别下降了61.44%、86.96%、88.38%，后熟后期（3～6 d或3～8 d）硬度分别下降了76.39%、15.02%、8.63%。由此可看出‘美食蕉1号’、‘美食蕉2号’在后熟前期硬度变化较‘中蕉8号’大，这可能与上述‘美食蕉1号’、‘美食蕉2号’褪绿较快以及较早进入6级成熟度有关。但‘美食蕉1号’、‘美食蕉2号’在后熟后期的较长时间内仍能保持稳定的硬度，且果皮颜色维持在金黄色，实验结果说明美食蕉品种更耐贮藏。

2.2 3 种香蕉淀粉物理性质的变化

2.2.1 淀粉质量分数的测定结果

图4 3 种香蕉催熟前的淀粉质量分数Fig.4 Starch contents in freshly harvested Cavendish and Plantain

淀粉是香蕉的主要成分，后熟期间香蕉的淀粉质量分数也不相同。青香蕉是抗性淀粉的重要来源[31]，抗性淀粉作为益生元具有预防结直肠癌、改善代谢综合征、增强矿物质利用、促进肠道益生菌生长等生理作用[32-36]。如图4所示，催熟前‘中蕉8号’、‘美食蕉1号’、‘美食蕉2号’的总淀粉质量分数分别为（78.23±3.36）%、（89.03±3.63）%、（77.24±4.05）%；非抗性淀粉质量分数从大到小依次为‘中蕉8号’＞‘美食蕉1号’＞‘美食蕉2号’，其中，‘中蕉8号’的非抗性淀粉质量分数为（40.18±3.18）%，显著高于其他两种香蕉（P＜0.05）；抗性淀粉质量分数从小到大依次为‘美食蕉1号’＞‘美食蕉2号’＞‘中蕉8号’，品种间差异显著（P＜0.05），其中，‘美食蕉1号’的抗性淀粉质量分数最高，为（66.76±3.19）%。

后熟过程中3 种香蕉的淀粉质量分数变化如图5所示，总淀粉、抗性淀粉质量分数均呈先快速下降后趋于平缓的趋势，可能是因为后熟过程中在淀粉酶的作用下，香蕉中的淀粉逐步降解形成不同糖类物质[37]，而非抗性淀粉质量分数在后熟过程中也持续下降，但趋势较平缓。3 种香蕉在后熟前期（0～3 d）均出现抗性淀粉质量分数骤降的现象，‘中蕉8号’、‘美食蕉1号’、‘美食蕉2号’在后熟前期（0～3 d）淀粉降解率分别为80.58%、94.12%、84.48%，这可能是香蕉果实的呼吸跃变和成熟需要能量，因此淀粉被大量消耗为其提供能量来源，导致淀粉的降解加快[38]。因此，香蕉成熟度越高，抗性淀粉相对含量越低，催熟前3 个品种间抗性淀粉的质量分数有显著性差异（P＜0.05），催熟第6天‘美食蕉1号’、‘美食蕉2号’的抗性淀粉质量分数分别是‘中蕉8号’的2.11 倍和4.21 倍，因此，‘美食蕉’品种在抗性淀粉的产品开发利用方面更具优势。

图5 3 种香蕉后熟期淀粉质量分数的变化Fig.5 Changes in starch contents of Cavendish and Plantain during postharvest ripening

2.2.2 香蕉粉颗粒形态的变化

图6 3 种香蕉后熟期间香蕉粉颗粒形态光学显微镜图（×400）Fig.6 Optical microscopic pictures of flours of Cavendish and Plantain during postharvest ripening (× 400)

如图6所示，3 种香蕉的香蕉粉颗粒表面较为粗糙，可能是因为淀粉颗粒被果胶、蛋白等包裹从而呈现不光滑的表面形态[39]。催熟前，‘中蕉8号’香蕉粉颗粒呈不规则状居多，颗粒大小不一。催熟后1、2 d，香蕉粉颗粒逐渐裂解变小、轮廓逐渐模糊，颗粒数目明显减少，说明在酶作用下香蕉粉中的淀粉颗粒被侵蚀降解[40]。催熟后3、4 d基本没有完整的颗粒，并呈现出大小不一、形状不规则且表面模糊的块状。这种现象可能是因为后熟期间淀粉酶活性增大，与淀粉颗粒接触反应从而使其结构松散，随着催热时间的延长，整个颗粒的形状被破坏[41]。催熟前，‘美食蕉1号’、‘美食蕉2号’香蕉粉颗粒大多呈长椭圆形，颗粒较大且结构完整、表面较为光滑。催熟后1、2 d，颗粒数目减少，由长椭圆形逐渐变成圆形。催熟后3、4 d，‘美食蕉1号’、‘美食蕉2号’部分颗粒结构松散，其中，‘美食蕉1号’结构松散的颗粒比例较高，但两者仍可观察到完整的颗粒形态。后熟期间，‘美食蕉’的香蕉粉颗粒降解较慢，可能与其后期的高硬度和高抗性淀粉质量分数有关。

2.3 3 种香蕉矿物元素含量的变化

表3 3 种香蕉矿物元素含量的变化Table 3 Changes in mineral contents in Cavendish andPlantain

如表3所示，不同品种、不同成熟度香蕉的矿物质含量有较大的差异。‘中蕉8号’的Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu、Zn、Na元素含量在催熟前后显著高于‘美食蕉1号’和‘美食蕉2号’（P＜0.05），说明‘香牙蕉’的矿物元素含量较‘美食蕉’高，因此，‘香牙蕉’在鲜食市场中更有优势。香蕉含多种人体所需矿物元素，是典型的高K低Na水果，日常膳食中增加香蕉摄入量有预防心血管疾病的作用。催熟前后3 种香蕉品种的K元素含量从高到低均为‘中蕉8号’＞‘美食蕉2 号’＞‘美食蕉1 号’，其中，催熟前‘中蕉8号’的K含量最高，为（18.18±1.92）g/kg；催熟后，‘中蕉8号’、‘美食蕉1号’、‘美食蕉2号’的K元素含量分别下降了40.54%、32.03%、31.70%，且三者K含量并无显著差异（P＞0.05），说明‘美食蕉1号’、‘美食蕉2号’K的保留率较‘中蕉8号’高。矿物元素主要存在于细胞液中，‘中蕉8号’果肉较软，细胞液在切片中流失较多，而‘美食蕉1号’、‘美食蕉2号’果肉较硬，细胞液流失较少，这可能是‘美食蕉’对矿物质保留得更好的原因。

3 结 论

本实验研究了两种‘美食蕉’（‘美食蕉1号’、‘美食蕉2号’）及‘香牙蕉’（‘中蕉8号’）后熟期成熟度、色度、硬度、淀粉质量分数、矿物质元素含量的变化。结果发现，‘美食蕉’褪绿较快且果皮保持金黄色泽的时间更长，果肉硬度较‘香牙蕉’大，说明‘美食蕉’采摘和运输过程中不易损伤且耐贮藏；‘美食蕉’的抗性淀粉质量分数在催熟前显著高于香牙蕉（P＜0.05），催熟第6天‘美食蕉1号’、‘美食蕉2号’抗性淀粉质量分数分别是‘中蕉8号’的2.11 倍和4.21 倍，由此推断‘美食蕉’是更适合于制备抗性淀粉的香蕉品种；‘香牙蕉’的K含量最高，但经过后熟切片后‘美食蕉’对K的保留率更高。综上，相比‘香牙蕉’，‘美食蕉’品种更适合于加工用途，如香蕉抗性淀粉、香蕉零食的加工，在香蕉深加工和健康食品开发方面具有更广阔的应用前景。