基于成熟度研究不同品種香蕉多酚含量及抗氧化活性的差異

覃翠鈉，李志春,2,3, ，何雪梅,2,3，唐 杰，李 麗,2,3，易 萍,2,3，辛 明,2,3，孫 健

（1.廣西農業科學院農產品加工研究所，廣西南寧 530007；2.廣西果蔬貯藏與加工新技術重點實驗室，廣西南寧 530007；3.廣西香蕉保鮮與加工工程技術研究中心，廣西南寧 530007；4.廣西農業科學院，廣西南寧 530007）

香蕉是芭蕉科芭蕉屬植物，其果實成熟后口感香甜，富含營養成分[1-2]。香蕉是我國四大水果之一，截止到2020年，全國香蕉種植面積達到32.6萬hm2，產量1153.1萬噸，中國香蕉總產量已居世界第二位。目前，世界上香蕉的栽培品種近300多個，可分為鮮食蕉、煮食蕉和菜蕉三類。中國主要的鮮食蕉有香牙蕉（AAA） 、粉蕉（ABB） 、大蕉（ABB） 、龍牙蕉（AAB）和貢蕉（AA） 5個種類[3]。近年來由于加工用途的需要，不同特性的新品種相繼被培育出來。GC30加工蕉是源于非洲的新糧用型蕉，國內目前在廣州、廣西、云南等地進行推廣種植，其富含抗性淀粉、多酚等健康成分，營養價值遠高于以香牙蕉為主的鮮食蕉，具有很大的應用前景，但是國內有關加工蕉的研究相對較少。

香蕉果肉及果皮都含有多酚、單寧等有效成分，其中多酚是一種具有抗氧化[4-5]、抗菌[6-7]、預防心血管疾病[8]、抗抑郁[9]等功效的物質。李哲[10]和齊靜[11]等研究發現香蕉皮多酚對油脂的過氧化有較好的抑制作用。有研究者發現，香蕉及香蕉皮的抗氧化能力與其多酚含量具有相關性[12-14]。馮尚坤[15]研究表明香蕉皮提取物濃度與其抑制肝線粒體脂質過氧化程度呈正相關。而香蕉和香蕉皮的多酚含量受品種及成熟度的影響[16-17]。李健等[18]研究5個蕉類品種在果實催熟過程中多酚含量變化時，發現5個蕉類品種果實的多酚含量有差異，且較催熟前均有所提高。郝俊光等[19]研究表明總酚含量在香蕉成熟過程中呈下降趨勢，而過熟果皮的降幅則高達52%。GC30加工蕉是新品種，關于其活性成分及抗氧化活性還沒有明確的報道。因此，對新品種GC30加工蕉的果、肉和皮的活性成分和抗氧化活性與主栽品種做一個對比研究，有助于其相關產品的開發與應用。

本文以新品種GC30加工蕉和4個主栽品種（GC02 天寶高蕉（香芽蕉）、GC07 雞蕉（貢蕉）、GC09粉蕉、GC25大蕉）為對象，研究其不同成熟度下功效成分及抗氧化活性，并選擇4個抗氧化指標進行主成分分析，對不同成熟度下不同品種香蕉果、肉、皮的抗氧化活性進行綜合評價，突出對比新品種GC30加工蕉與其它品種的抗氧化活性差異，為新品種的選育、開發香蕉相關產品，拓寬香蕉產業奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

香蕉 廣西壯族自治區南寧市武鳴里建基地香蕉種質資源圃，按照樹上8成熟的標準分別采取新鮮生香蕉共5個品種（GC02天寶高蕉、GC07雞蕉、GC09粉蕉、GC25大蕉、GC30加工蕉），每個品種10 kg。參考Kanazawa等[20]和Zhang等[21]以果實的顏色定義各種采后成熟階段如表1所示，本試驗采用1級和7級香蕉；DPPH 分析純，Sigma公司；無水乙醇、抗壞血酸、Na2CO3、沒食子酸 分析純，天津大茂；Ferrozine（97%） 分析純，阿拉丁；氯化亞鐵 分析純，天津科隆；超氧陰離子自由基試劑盒和羥基自由基試劑盒 南京建成科技有限公司。

表1 香蕉皮顏色與成熟階段的對照Table 1 The banana at different stages as classified by the color of banana peel

UV-1800紫外分光光度計 上海美析儀器責任有限公司；TP5002精密電子天平 上海佑科儀器儀表有限公司；BSA1245分析天平 Sartorlus Group；HH-S4數顯恒溫水浴鍋 金壇市萬華實驗儀器廠；TG16-WS高速離心機 湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.2 多酚含量的測定 多酚含量的測定參考Folin酚法[22]。標準曲線制作：分別取0.02 mg/mL沒食子酸 0、0.2、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 mL于 10 mL容量瓶中，加入1 mL福林酚試劑和3 mL 7.5 g/100 mL Na2CO3溶液，用純水定容，搖勻，黑暗處理2 h，采用紫外分光光度計在波長765 nm下測定吸光值。以沒食子酸濃度為橫坐標，吸光值為縱坐標擬合，得到標準曲線方程為 y=0.2533x+0.0367，R2為 0.9990。結果以沒食子酸當量表示（mg GAE/g）。

樣品測定：與標準曲線測定方法一致，取1 mL樣品代替沒食子酸即可。

1.2.3 抗氧化活性測定

1.2.3.1 DPPH自由基清除率 參照鄭鳳錦等[23]的方法，取試樣于離心管中，加入2.0 mL 6.5×10-5mol/L DPPH溶液，搖勻，黑暗處理30 min，取上清液于波長517 nm處測吸光值（Ai）；另取上述試樣于離心管中，加入2.0 mL無水乙醇，搖勻，黑暗處理30 min，在波長517 nm處測其吸光值（Aj）；取2.0 mL無水乙醇代替試樣反應為參比，其吸光值記為（A0）；同時以VC（20 mmol/L）為對照。測定3次平行取平均值，清除率計算公式如下：

式中：w1表示DPPH自由基清除率，%。

1.2.3.2 超氧陰離子自由基清除能力 超氧陰離子自由基清除能力測定采用超氧陰離子自由基試劑盒。

1.2.3.3 抑制羥自由基能力 抑制羥自由基能力測定采用羥基自由基試劑盒。

1.2.3.4 金屬螯合率 金屬螯合率測定使用FeCl2溶液與Ferrozine顯色法[23]。取試樣于離心管中，加入 1.0 mL的 2.0 mmol/L FeCl2溶液及 0.2 mL的0.5 mmol/L Ferrozine試劑，混勻，室溫下靜置反應10 min后，于波長562 nm處測定吸光值（As）；用純水替代Ferrozine試劑測得吸光值（Ae）；空白試驗用純水替代試樣，測得吸光值（Ar）。同時以EDTA替代試樣為對照，重復測定3次，金屬離子螯合率w2（%）計算公式如下：

由圖2可知，濕式誘捕器在前3周誘捕效果最好，但3種誘捕器均隨著時間的變化誘捕效果呈降低趨勢，第3和第4周效果甚微，由此可以判斷誘捕器誘芯的效果在20 d以內，每隔15～20 d需換一次誘芯。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2016軟件進行數據處理，采用SPSS 21.0數據處理軟件進行差異顯著性分析、相關性分析及主成分分析。

2 結果與分析

2.1 多酚含量的測定結果

香蕉中活性成分多酚具有抗氧化性，對多種自由基具有良好的清除效果。香蕉的多酚含量測定結果及方差分析分別如圖1及表2所示。香蕉皮的多酚含量極顯著高于其香蕉肉和果（P＜0.01），其中，7級成熟度皮中多酚含量是整果的2.00～9.74倍、是果肉的2.79～15.52倍；1級成熟度香蕉皮中多酚含量是整果的 3.44～5.88倍、是果肉的 6.26～13.15倍。香蕉是呼吸躍變型水果，在成熟過程中多酚含量的變化會受到外源激素的誘導。高鵬釗等[24]和Lim等[25]研究發現香蕉皮的多酚含量高于果實，Sulaiman等[26]和Faller等[27]報道香蕉皮的多酚含量是其果實的1.5～3.4倍。成熟度對香蕉皮、肉、果的多酚含量沒有顯著性影響（P＞0.05）。不同品種香蕉果、肉、皮的多酚均存在顯著性差異（P＜0.05）。其中，7級GC30香蕉皮的多酚含量最高，7級GC30香蕉果、1級 GC30香蕉果、1級GC30香蕉肉、1級GC30香蕉皮的多酚含量在同類中最高，而7級GC30香蕉肉的多酚含量在同類中排名第三。

表2 不同品種及成熟度的香蕉中多酚含量主體間效應檢驗Table 2 Inter-subject test of polyphenol content in bananas of different varieties and maturity

圖1 不同品種及成熟度的香蕉中多酚含量變化Fig.1 Changes of polyphenol content in bananas of different varieties and maturity

2.2 不同品種及成熟度的香蕉抗氧化活性試驗結果

2.2.1 不同品種及成熟度香蕉的DPPH自由基清除率 DPPH自由基是一種很穩定的氮中心的自由基，常用于抗氧化成分的體外抗氧化活性評價。不同品種及成熟度香蕉的DPPH自由基清除率及方差分析結果分別如圖2、表3所示。7級香蕉皮、肉、果的DPPH自由基清除率極顯著高于其1級香蕉皮、肉、果（P＜0.01）。其中，7級成熟度的整果、肉和皮的DPPH自由基清除率分別比1級成熟度的高6.31～16.45%、3.70～13.29%、4.55～15.22%。根據方差分析結果，香蕉果、肉、皮的DPPH自由基清除率沒有顯著性差異（P＞0.05），這與相關文獻的研究結果一致。黃素梅等[28]研究結果表明成熟香蕉皮、果的DPPH自由基清除率高于未成熟香蕉皮、果，且其DPPH自由基清除率與多酚含量呈正相關。Hang等[29]發現，隨香蕉成熟度增加，DPPH自由基清除率增強。不同品種香蕉皮、肉、果的DPPH自由基清除率沒有顯著性差異（P＞0.05）。因此，GC30香蕉果、肉、皮的DPPH自由基清除率與其余四個品種相比沒有表現出優勢。

圖2 不同品種及成熟度的香蕉的DPPH自由基清除率Fig.2 Scavenging activity on DPPH free radicals of banana form different varieties and maturity

表3 不同品種及成熟度香蕉的DPPH自由基清除率主體間效應檢驗Table 3 Inter-subject test of scavenging activity on DPPH free radicals of banana form different varieties and maturity

2.2.2 不同品種及成熟度香蕉的超氧陰離子自由基清除能力 超氧陰離子自由基是人體產生的活性氧自由基，能引發體內脂質過氧化，加快肌體衰老，誘發皮膚病變、心血管疾病等，嚴重危害人體健康，而人體可以通過超氧化物歧化酶將其清除。由圖3及表4可知，香蕉果、肉和皮的超氧陰離子自由基清除能力沒有顯著性差異（P＞0.05）。7級香蕉皮、肉、果的超氧陰離子自由基清除能力極顯著高于其1級香蕉皮、肉、果（P＜0.01）。其中，7級成熟度的果、肉和皮的超氧陰離子自由基清除能力分別比1級成熟度的高 64.32～77.79、66.90～127.01、55.60～70.95 U/L。這可能是因為不同是樣品中Vc、黃酮類化合物、超氧化物歧化酶的含量差異[30]。不同品種香蕉皮、肉、果的超氧陰離子自由基清除能力沒有顯著性差異（P＞0.05），這表明GC30香蕉果、肉、皮的超氧陰離子自由基清除能力與其余四個品種相比沒有表現出優勢。

圖3 不同品種及成熟度香蕉的超氧陰離子自由基清除能力Fig.3 Scavenging activity on super oxide anion free radicals of banana of different varieties and maturity

表4 不同品種及成熟度香蕉的超氧陰離子自由基清除能力主體間效應檢驗Table 4 Inter-subject test of Scavenging activity on super oxide anion free radicals of banana from different varieties and maturity

2.2.3 不同品種及成熟度香蕉的抑制羥自由基能力羥自由基是氫氧根失去一個電子形成的，具有極強的氧化能力，可氧化破壞蛋白質、核酸、糖類、脂類等。相關研究表明，酚類物質、單寧類物質及黃銅與羥自由基清除能力相關。如王妙飛等[31]研究發現，香蕉皮黃酮對羥自由基具有較強的清除能力。根據圖4及表5可知，香蕉皮、肉和果的抑制羥自由基能力沒有顯著性差異（P＞0.05）。7級香蕉果、肉、皮的抑制羥自由基能力均極顯著高于1級香蕉果、肉、皮（P＜0.01）。其中，7級成熟度的果、肉和皮的抑制羥自由基能力分別比1級成熟度的高2.67～5.66、3.85～8.10、4.87～6.89 U/mL。不同品種香蕉皮、肉、果的抑制羥自由基能力沒有顯著性差異（P＞0.05），這表明GC30香蕉果、肉、皮的抑制羥自由基清除能力與其余四個品種相比沒有表現出優勢。此外，本文中7級香蕉皮、肉、果表現出與VC相似的抑制羥自由基活性，說明其對羥自由基具有清除能力。

圖4 不同品種及成熟度香蕉的抑制羥自由基能力Fig.4 Ability of inhibiting hydroxyl free radicals of different varieties and maturity bananas

表5 不同品種及成熟度香蕉的抑制羥自由基能力主體間效應檢驗Table 5 Inter-subject test of ability on inhibiting hydroxyl free radicals of banana from different varieties and maturity

2.2.4 不同品種及成熟度的香蕉的金屬螯合率 金屬螯合率是體外抗氧化的測定指標之一，其抗氧化原理是通過螯合作用將金屬離子包裹其中，阻止金屬離子起作用，從而防止過量的鐵導致脂質過氧化，誘發自由基和脂質過氧化物的產生[32-33]。圖5、表6分別為香蕉金屬螯合率測定及方差分析結果。香蕉皮的金屬螯合率極顯著大于香蕉果、肉（P＜0.01），7級成熟度皮的金屬螯合率是整果的1.51～7.81倍、是果肉的3.48～6.96倍；1級成熟度皮的金屬螯合率是是果的0.92～1.57倍、是肉的0.96～2.00倍。陳途等研究蛇莓的抗氧化活性發現，鐵螯合能力與總酚正相關[34]。品種和成熟度對香蕉皮、肉、果的金屬螯合率沒有顯著影響（P＞0.05）。GC30香蕉果、肉、皮的金屬螯合率與其余四個品種相比沒有表現出優勢。

圖5 不同品種及成熟度香蕉的金屬螯合率Fig.5 Effects of banana from different varieties and maturity concentrations on chelation of the metal chelation rate

表6 不同品種及成熟度香蕉的金屬螯合率主體間效應檢驗Table 6 Inter-subject test of chelation of metal chelation rate of banana from different varieties and maturity

2.2.5 基于主成分分析不同品種及成熟度香蕉的抗氧化活性 主成分分析法利用降維的思想，把多個指標轉化為少數幾個綜合指標的一種多變量數據進行最佳綜合簡化的多元統計方法。以DPPH自由基清除率、金屬螯合率、超氧陰離子自由基清除能力、抑制羥自由基能力為指標進行主成分分析。首先將不同品種及成熟度的香蕉抗氧化指標測定結果進行相關性分析，其分析結果如表7所示。

由表7可知，DPPH自由基清除率與超氧陰離子自由基清能力、抑制羥自由基能力存在極顯著相關性（P＜0.01），說明存在一個公因子模型，這個公因子模型對DPPH自由基清除率、超氧陰離子自由基、抑制羥自由基都有貢獻，但貢獻的程度不同，所以有必要對4個抗氧化指標進行主成分分析。提取兩個主成分進行分析，其特征值及累積貢獻率如表8所示。

表7 抗氧化活性指標相關性分析Table 7 Analysis of the antioxidant activity evaluation factors

根據表8可知，主成分1的特征值為2.233，方差貢獻率為55.817%，主成分2的特征值為1.093，方差貢獻率為27.325%，兩個主成分累積貢獻率為83.145%，很好的保留了4個抗氧化指標的原始信息。主成分分析載荷矩陣如表9所示。

由表8及表9可得抗氧化指標主成分分析得分載荷矩陣，如表10所示。

表8 不同品種及成熟度香蕉的抗氧化指標主成分分析的特征值及累積貢獻率Table 8 Characteristic value and cumulative contribution rate of the antioxidant activity evaluation factors of banana of different varieties and maturity

表9 不同品種及成熟度香蕉的抗氧化指標主成分分析載荷矩陣Table 9 Main components loading matrix of the antioxidant activity

根據表10可得主成分1和主成分2得分模型分別如下式：

表10 不同品種及成熟度香蕉的抗氧化指標主成分分析得分載荷矩陣Table 10 Principal component load factor of the antioxidant activity indexes of banana of different varieties and maturity

聯立式（1）和式（2）可得4個抗氧化指標綜合評價得分計算模型：

根據式3可得不同品種及成熟度香蕉的抗氧化活性綜合評價及排名情況，如表11所示。

表11 不同品種及成熟度香蕉抗氧化能力指標綜合評價值及排名Table 11 Comprehensive score and rankings of banana of different varieties and maturity

由圖6可知，主成分1主要與DPPH自由基清除率、超氧陰離子自由基清除能力、抑制羥自由基清除能力正相關，且主成分1占的權重較大，所以結合DPPH自由基清除率、超氧陰離子自由基清除能力、抑制羥自由基清除能力的測定分析結果，7級的香蕉果、肉、皮的抗氧化活性指標綜合評價值較高。其中，7級GC30香蕉皮的抗氧化活性指標綜合評價值最高，排名第一，這與多酚含量的測定結果一致[30]。其次，7級GC30香蕉肉排名第六，在同類中排名最高。而級GC30香蕉果排名第十四，在7級香蕉果中排名最后，顯示出比同類較差的抗氧化活性。此外，1級 GC30香蕉皮、1級 GC30香蕉果、1級GC30香蕉肉分列第十六、十七、十八名，在1級香蕉皮、果、肉中顯示了較好的抗氧化活性。

圖6 不同品種及成熟度香蕉抗氧化活性指標主成分分析載荷圖Fig.6 Main components loading diagram of antioxidant activity of banana of different varieties and maturity

3 結論

所有品種的香蕉皮多酚含量顯著高于果、肉，且不同品種香蕉皮、肉、果的多酚含量具有顯著性差異，其中1級和7級GC30香蕉皮、肉、果（除7級GC30香蕉肉）的多酚含量在同類中最高。所有品種的7級香蕉皮、肉、果相較于其1級具有較好的自由基清除能力，而GC30與其余4個品種的自由基清除能力沒有顯著性差異。所有品種的香蕉皮相比于果、肉具有較好的金屬螯合率，GC30與其余4個品種的金屬螯合率沒有顯著性差異。GC30香蕉果、肉、皮與同類相比，抗氧化活性綜合評價排名較高，其抗氧化活性具有一定的優勢。以上研究結果為香蕉分級分類加工與應用、開發香蕉產品提供數據支撐。