香蕉是世界上重要的热带水果之一,不仅能为人类健康提供丰富的营养,也是人类的重要食物来源。香蕉栽培十分广泛,在全球热带和亚热带均有种植,其中,印度、中国、菲律宾、印度尼西亚、哥伦比亚、厄瓜多尔和巴西是全球主要的香蕉生产国。在中国,广东、广西、云南、海南、福建、贵州等地是香蕉主要生产地[1]。

香蕉栽培品种非常丰富,常见的香蕉栽培类型有 200～300 个。由于气候、栽培条件以及食用喜好不同,不同国家和地区种植的主要香蕉品种也存在差异。如东非高原蕉主要分布于非洲东部,包括乌干达、坦桑尼亚等国,Pome主要分布在中南美洲和印度、澳大利亚等国家和地区,Pisang Awak粉蕉主要分布在东南亚和非洲,香芽蕉则全球都有分布[2]。我国香蕉种植品种以香芽蕉为主,粉蕉、龙牙蕉、贡蕉和大蕉呈零星分布[3]。

近年来,我国香蕉产业发展迅速,种植面积和产量均实现显著提升,但同时也存在一些问题,如在一些香蕉主产区,香蕉主栽品种的趋同性高,缺乏多样性和后备品种, 而品种单一易导致产品集中上市和病虫害大暴发,影响产业效益,制约产业健康发展。此外,一些特色香蕉品种,如红香蕉、酸蕉、牛角蕉,或用于加工的香蕉品种,如美食蕉、啤酒蕉等蕉类占比少,尚不能满足人们对香蕉产品多样性的需求。因此,加强香蕉种质资源的收集评价,优化香蕉品种结构,满足市场差异化和多样化的需求,显得十分迫切。

Gu Nin Chio(Musa acuminata Colla, AA)香蕉是我国香蕉产业体系科研人员从国际生物多样性中心(international bioversity center, IBC) 引进的香蕉品种,其果形优美、果指修长,平均长度(外弧)达17.33 cm,平均径粗为8.86 cm,平均直径为2.8 cm,平均果质量为73.9 g。Gu Nin Chio香蕉成熟后具有淡雅的香气和甜糯的口感,市场前景广阔,但目前Gu Nin Chio香蕉的营养成分、香气成分以及其抗氧化活性尚不明确。本研究以Gu Nin Chio香蕉为研究对象,分析其可溶性糖含量、糖组分及含量、可滴定酸含量、有机酸组分及含量、可溶性蛋白含量、维生素C含量等基本营养物质成分及含量、游离氨基酸含量、矿物质元素含量、总黄酮含量、黄酮类化合物组分及含量、类胡萝卜素含量、类胡萝卜素组分及含量和5-羟色胺含量等功能活性物质组分及含量,香气成分及含量,并测定了其总黄酮及类胡萝卜素的DPPH自由基清除能力。研究旨在为香蕉新品种的推广、开发和利用提供依据,并将对香蕉种植产业的品种结构优化、更具附加值的香蕉加工食品研发提供基础数据和理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

Gu Nin Chio香蕉由中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所从IBC引进,保存种植于中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所香蕉种质资源圃(海南儋州:东经109.5°、北纬19.5°)。

果实采集后,待其成熟度为80%左右时用于研究,见图1。

芦丁、类胡萝卜素、苹果酸、柠檬酸、酒石酸、琥珀酸等标准品(均为色谱纯,纯度≥98%),上海源叶生物科技有限公司;甲醇、甲酸、乙腈等试剂均为色谱纯,德国默克公司。

1.2 仪器与设备

UV 752N型紫外-可见分光光度计,上海仪电分析仪器有限公司;1260 Infinity型液相色谱仪、7890B型气相色谱仪、7250型精确质量四极杆飞行时间质谱仪、电感耦合等离子体质谱 (inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS),美国Agilent公司;ACQUITY UPLC I-Class型超高效液相色谱仪、e2695型高效液相色谱仪,美国Waters 公司;A300型全自动氨基酸分析仪,德国曼默博尔公司。旋转蒸发仪,德国IKA集团;破壁机,九阳股份有限公司;榨汁机,浙江苏泊尔股份有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 基本营养物质组分及含量测定

1.3.1.1 可溶性糖含量测定

将香蕉鲜果去皮后,取果实中部直接用于测定。

可溶性糖含量测定方法。称取4.0 g样品,分2次加入5 mL蒸馏水倒入试管中(共10 mL),于沸水中提取30 min,过滤提取液,定容至50 mL。从50 mL提取液中取1 mL,用蒸馏水定容至10 mL(共稀释50倍),即可得供试样品储备溶液。在试管中加入1 mL供试样品储备溶液及5 mL蒽酮试剂;另取1支试管加入等量蒸馏水与5 mL蒽酮试剂混合作为空白对照。充分振荡混匀各管内容物,置沸水浴10 min,冷却至室温后测定620 nm波长下的吸光值。

以葡萄糖作为标准品,进行同样的测试,绘制标准曲线。

可溶性糖含量的计算方法见式(1)。

w(可溶性糖)

(1)

式(1)中,ρ为以样品测得的吸光度经过葡萄糖标准曲线计算出的葡萄糖质量浓度,mg/mL;V(提取液总体积)为10 mL;n为稀释倍数,50倍;m(鲜样品)为4 g。

1.3.1.2 糖组分及含量测定

将香蕉果实去皮后,取果实中部果肉切割成片状,置于-20 ℃条件下预冷24 h后,5～20 Pa条件下真空干燥2 d至水分完全蒸发,用打粉机粉碎,过60目筛,即为样品干粉。保存于-20 ℃冰箱内备用。

样品前处理。称取5 g样品干粉加入50 mL体积分数为80%的乙醇溶液,4 ℃浸提过夜,在5 000 r/min转速下离心10 min,取上清液氮吹后,用体积分数为50%的乙腈水溶液定容至10 mL,用 0.45 μm 微孔滤膜过滤后待测。

高效液相色谱条件。使用1260 Infinity型液相色谱仪,配备XBridgeTM Amide色谱柱(4.6 mm×150 mm×3.5 μm),流动相为V(乙腈)∶V(体积分数为0.2%的三乙胺水溶液)=80∶20的溶液,柱温35 ℃,流速1 mL/min,进样量10 μL。

标准曲线的绘制。以蔗糖、葡萄糖和果糖作为标准品,按上述高效液相色谱条件分别检测不同质量浓度条件下标准品的保留时间和色谱峰,以质量浓度为横坐标,峰面积为纵坐标,绘制标准曲线。样品中糖组分质量浓度以样品干质量计。

1.3.1.3 可滴定酸含量测定

可滴定酸含量测定方法。将香蕉鲜果去皮后,取果实中部直接用于测定。称取香蕉果肉10.0 g,用破壁机打成匀浆,加蒸馏水30 mL,80 ℃水浴30 min,冷却、过滤后取滤液10 mL,加入3滴酚酞,用0.1 mol/L NaOH溶液滴定至微红保持30 s不褪色,取3次平均值。可滴定酸含量的计算见式(2)。

TTA=(A×0.1×K×C)/(W×D)×100%。

(2)

式(2)中,TTA为可滴定酸质量浓度,%;A为NaOH溶液的消耗体积,mL;C为稀释总量,30 mL;W为样品质量10 g;D为测定取样量10 mL;K为0.067。

1.3.1.4 有机酸组分及含量测定

样品前处理。取2.0 g样品干粉加入10 mL 0.2 mol/L 磷酸溶液,10 000 r/min下离心15 min,取上清液1 mL定容到10 mL,经0.45 μm微孔滤膜过滤后待测。

高效液相色谱条件。使用液相色谱仪,ZORBAX SB-C18色谱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm),流动相为100% 0.01 mol/L磷酸氢二铵溶液(用1 mol/L磷酸调pH值为2.7)等度洗脱,进样量10 μL,流速0.6 mL/min,柱温25 ℃,测定时间15 min,检测波长为210 nm。

标准曲线的绘制。称取苹果酸、酒石酸、柠檬酸和琥珀酸等标准品各5 mg加入重蒸水溶解后,定容到5 mL,得到质量浓度为1 mg/mL的混合标准母液。以此母液分别配制20、50、100、200、500 μg/mL的标准品混合工作液,置于棕色瓶4 ℃储存。按HPLC 条件分别检测不同浓度条件下标准品的保留时间和色谱峰,并绘制浓度与峰面积的标准曲线。

1.3.1.5 可溶性蛋白含量测定

样品前处理。将香蕉鲜果去皮后,取果实中部直接用于测定。称取10.0 g香蕉果肉,用破壁机打成匀浆,加入10 mL蒸馏水,在室温条件下搅拌浸提1 h,3 500 r/min转速离心20 min, 获上清液,沉淀加入10 mL蒸馏水再次提取,离心,合并两次所得的上清液,定容至40 mL。

考马斯亮蓝反应。取2 mL提取液和5 mL考马斯亮蓝G-250试剂(考马斯亮蓝G-250:称取100 mg 考马斯亮蓝G-250溶于50 mL体积分数为90%的乙醇溶液中,加入体积分数为85%的磷酸溶液100 mL,最后用蒸馏水定容至1 L混合,静置10 min, 在595 nm处测吸光值。

标准曲线的绘制。采用牛血清白蛋白(bovine serum albumin,BSA)配制出20、40、60、80、100 μg/mL的系列标准溶液。取系列标准溶液各2 mL,加入5 mL考马斯亮蓝G-250试剂,充分混匀,在595 nm处测定吸光值,以浓度为横坐标、吸光度为纵坐标绘制标准曲线。

1.3.1.6 维生素C含量测定

参照文献[4]的方法进行。

1)样品处理及测试。称取香蕉果肉10.0 g置于榨汁机中,收集果汁,记录体积并称取果汁质量,转移到100 mL容量瓶内,用0.5 mol/L的NaCl溶液定容至刻度线,4 000 r/min离心10 min后,取上清液2 mL于10 mL的比色管中,加入1 mL NaAc-HAc缓冲溶液后用0.5 mol/L的NaCl溶液定容至刻度线,充分摇匀,于265 nm波长下测定其吸光度值。

2)标准曲线的绘制。根据维生素C(vitamin C,VC)不同浓度及其相应吸光度绘制标准曲线。

1.3.2 游离氨基酸含量测定

样品前处理。参照文献[5]的方法进行。准确称取3.0 g样品干粉置于10 mL离心管中,加入2 mL质量浓度为60 mg/mL的5-磺基水杨酸溶液,摇匀后于37 ℃反应1 h。加入1 mL 0.06 mol/mL HCl以及1 mL 10 mg/mL的EDTA-2Na溶液,充分混匀后13 500 r/min离心15 min,取上清液1 mL加入1 mL的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液(pH=2.2),充分混匀后在13 500 r/min下离心15 min。再次吸取上清液1 mL加入1 mL的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液(pH=2.2),充分混匀后过0.45 μm滤膜待测。

1)检测条件。使用A300自动氨基酸分析仪进行测定。柱温130 ℃,紫外检测波长570 nm/440 nm,进样量20 μL;检测时间158 min。

2)标准曲线的绘制。采用42种游离氨基酸混合物标准溶液(100 nmol/mL)进样检测。根据游离氨基酸标准品的质量浓度与峰面积的关系绘制标准曲线,外标法定量果实样品中的氨基酸组分及含量。

1.3.3 矿物质元素含量测定

参照文献[6]的方法通过ICP-MS测定矿物质元素含量。

称取0.5 g样品干粉置于微波消解容器中,加入由8 mL浓硝酸与2 mL 6 mol/L盐酸混合而成的10 mL 混合物进行消解。消解后将样品冷却,过滤,取0.5 mL滤液用超纯水稀释至10 mL。测定Na、Mg、Al、K、Ca和Fe的最终溶液均稀释2倍至10倍。以不含样品的空白溶液为对照,采用标准品制作标准曲线对样品进行定量分析,样品做2次重复实验,矿物质含量以干质量计算。鲜果中水分含量是70%,以此比例推算鲜果中矿物质元素含量。

1.3.4 功能活性物质组分及含量测定

1.3.4.1 总黄酮含量测定

采用亚硝酸钠-硝酸铝法测定Gu Nin Chio香蕉干粉中的总黄酮含量。总黄酮提取条件为:体积分数为70%的乙醇溶液、提取时间为120 min、m(样品干粉)∶V(提取溶剂)=1 g∶40 mL、提取温度80 ℃。一方面,取1 mL提取液置于25 mL的锥形瓶中,加入体积分数为30%的乙醇溶液定容至10 mL,然后加入0.7 mL质量浓度为 5%的亚硝酸钠溶液振动摇匀,静置5 min后加入0.7 mL 质量浓度为10%的氯化铝溶液振动摇匀,静置6 min,加入5 mL 质量浓度为4%的氢氧化钠溶液,用体积分数为30%的乙醇溶液定容至25 mL,摇匀放置15 min后于510 nm波长处测定吸光度。以芦丁作为标准品,绘制标准曲线,计算出总黄酮含量,含量以干质量计算;另一方面,将提取液转移至旋转蒸发瓶中,在40 ℃、减压(真空度≤0.08 MPa)条件下,以80 r/min的转速旋转蒸发至近干,获得黄酮浸膏。

1.3.4.2 黄酮类化合物组分及含量测定

1)样品前处理。参照文献[7]的方法分析Gu Nin Chio 香蕉中黄酮类化合物组分及含量。称取1.0 g 香蕉样品干粉与15 mL酸化甲醇提取液([(体积分数为95%的甲醇溶液)∶(1 mol/L HCl)=85∶15]混匀,4 ℃条件下振荡提取10 min后,在5 000 r/min下离心10 min,取上清液,重复提取3次,合并上清液氮吹至无水状态后,用体积分数为80%的甲醇溶液溶解,定容至10 mL,经0.22 μm滤膜过滤后待测。

2)标准曲线的绘制。将黄酮类化合物标准品(槲皮素、山柰酚等)溶于体积分数为80% 的甲醇溶液,配制质量浓度为10 mg/mL的标准品母液。基于母液分别配制 0.1、0.2、0.4、0.8、1.0 mg/mL的工作液。按HPLC条件分别检测不同浓度条件下标准品的保留时间和色谱峰,并绘制浓度与峰面积的标准曲线。

3)检测条件。 ZORBAX SB-C18色谱柱(250 mm×4.6 mm×5 μm);流动相A(体积分数为2%的甲酸水溶液)和流动相B(乙腈)。梯度洗脱条件:0～30 min (在0～30 min的洗脱过程中,流动相A的比例从95%线性递减至75%),30～50 min(A相体积分数占60%),50～60 min(A相体积分数占95%),后运行5 min。流速0.8 mL/min,柱温40 ℃;进样量为10 μL;检测波长:280 nm和360 nm,重复3次。

1.3.4.3 类胡萝卜素含量测定

参照文献[8]的方法测定Gu Nin Chio香蕉干粉中的类胡萝卜素含量。类胡萝卜素提取条件为:体积分数为95%的乙醇溶液、提取时间为1.5 h、m(样品干粉)∶V(提取溶剂)=1g∶15 mL、提取温度50 ℃。采取真空抽滤的方式进行过滤,所得滤液与石油醚以1∶1的比例加入分液漏斗,充分萃取 5 min, 静置2 min,上层溶液为待测液;取1 mL待测液用石油醚定容至10 mL,于450 nm处测量吸光值,以β-胡萝卜素为标准品,绘制标准曲线,计算Gu Nin Chio香蕉中类胡萝卜素含量,以干重计算。其余的待测液转移至旋转蒸发瓶中,在40 ℃、减压(真空度≤0.08 MPa)条件下,以80 r/min的转速旋转蒸发至近干,获得类胡萝卜素浸膏。

1.3.4.4 类胡萝卜素组分及含量测定

样品前处理。称取1.0 g香蕉样品干粉,加入30 mL提取液[V(乙腈)∶V(乙酸乙酯)=1∶1],480 W 30 ℃下超声抽提30 min。抽提液在转速为1 000 r/min 条件下离心10 min,取上清液过0.45 μm微孔滤膜待测,含量以干重计算。

标准曲线。用V(乙腈)∶V(乙酸乙酯)=1∶1的溶液配制10、20、30、40、50 μg/mL的类胡萝卜素(叶黄素、番茄红素和β-胡萝卜素)混合标准工作液,用于制作标准曲线。

色谱条件。采用安捷伦SB-C18液相色谱柱,进样量20 μL,流速1.0 mL/min,检测波长为450 nm,柱温30 ℃,流动相A(乙腈)和流动相B(乙酸乙酯);梯度洗脱条件:0～10 min(A:100%),10～20 min(在10～20 min的洗脱过程中,流动相A的比例从100%线性递减至0%),20～30 min(A: 0%～100%)。

1.3.4.5 5-羟色胺含量测定

样品前处理。称取10.0 g香蕉样品干粉,加入200 mL体积分数为70%的乙醇溶液,32 ℃下超声提取30 min,5 000 r/min转速离心10 min,取上清液为待测液。

参考文献[9]的检测方法并进行改进,采用埃尔利希试剂显色法于584 nm波长处测定吸光值,以5-羟色胺为标准品,绘制标准曲线,计算样品中5-羟色胺含量。

1.3.5 香气成分的鉴定

1.3.5.1 香气成分的提取

随机选取3个香蕉鲜样,取全部果肉打成匀浆后,准确称取5.0 g置于25 mL顶空进样瓶中。加入1 mL饱和NaCl溶液及0.1 mL 10 μg/mL(相当于1 μg)柠檬烯甲醇溶液(内标物),立即密封。将样品置于60 ℃水浴中,采用50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取(SPME)纤维头萃取30 min,随后进行气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS)分析。

1.3.5.2 GC-MS条件

1)气相色谱条件。 仪器为Agilent 7890B-5975C MSD。色谱柱为Agilent HP-5MS(30 m×250 μm×0.25 μm)。载气为氦气,流速:1 mL/min;升温程序为45 ℃保持1 min,以2 ℃/min速度升至160 ℃,最后以15 ℃/min速度加热至280 ℃,在280 ℃下运行2 min。进样口温度设定为280 ℃,采用分流模式(10∶1),同时SPME纤维解吸1 min。从GC到MSD的传输管在整个实验过程中保持在230 ℃。

2)质谱条件。电子能量为70 eV,发射电流为5.0 μA,离子源温度、四极杆温度和传输线温度分别为230 ℃、230 ℃和150 ℃。

1.3.5.3 定性与定量分析

通过未知挥发性化合物的质谱数据与Wiley和NIST14质谱库中的标准化合物进行比对以定性。

挥发性化合物的定量方法按式(3)的方法计算,结果以μg/g鲜质量计。

香气物质相对质量浓度=(目标物峰面积/内标峰面积)×内标化合物质量浓度。

(3)

1.3.5.4 相对香气活度值的确定

相对香气活度值(relative odor activity value, rOAV)是香气活性成分浓度与其在介质(如水等)中气味阈值的比值。当rOAV大于1时,认为该化合物是重要的香气活性物质[10]。rOAV的计算见式(4)。

(4)

式(4)中,wi是香蕉果肉中香味成分的相对质量浓度,OTi是该香味化合物的气味阈值。本研究中使用的气味化合物的阈值取自文献[11]。

1.3.6 总黄酮及类胡萝卜素DPPH自由基清除能力的测定

参照文献[12]等的方法,将1.3.4节中提取的总黄酮和类胡萝卜素浸膏配制成质量浓度为50 mg/mL 的总黄酮和类胡萝卜素溶液,并稀释成10、20、30、40 mg/mL等系列浓度,分别吸取50 μL加入96孔板中,加入250 μmol/L 1,1-二苯基-2-三硝基苯肼 (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl, DPPH)甲醇溶液150 μL,充分振荡混匀,37 ℃孵育30 min,517 nm处测量样品组吸光值(Ai)。DPPH自由基清除率的计算见式(5)。

DPPH自由基清除率=
[1-(Ai-Aj)/Ac]×100% 。

(5)

式(5)中,Ac是以50 μL的甲醇溶液加入150 μL 的250 μmol/L DPPH甲醇溶液作为对照,在517 nm处测得的吸光度;Aj是以50 μL的样品液加入150 μL的甲醇溶液作为对照,在517 nm处测得的吸光度。使用Excel的非线性回归功能,输入浓度与抑制率数据,拟合得到 IC50值。

1.4 数据处理

矿物质元素含量分析实验平行2次进行,其余实验均重复3次。香气成分分析数据仅用均值表示,其余实验数据均以平均值±标准差形式呈现。采用单因素方差分析(one-way ANOVA)结合t检验进行组间差异显著性分析,显著性阈值设为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 基本营养物质组分含量分析

研究测定的果实基本营养指标可溶性糖、可滴定酸及其组分、维生素C和可溶性蛋白质测定结果见表1。由表1可知,Gu Nin Chio香蕉中可溶性糖质量分数为(85.50±0.22) mg/g,主要组分为蔗糖、果糖、葡萄糖。其中蔗糖质量分数最高,为22.16 mg/g,果糖质量分数次之,为10.98 mg/g,葡萄糖质量分数最低,为6.30 mg/g。可滴定酸含量为1.37%,主要包含苹果酸和柠檬酸,未检测到酒石酸和琥珀酸。柠檬酸质量分数最高,为3.33 mg/g,苹果酸质量分数次之,为1.49 mg/g。Gu Nin Chio香蕉中的可溶性蛋白质量分数为(125.14±2.13) μg/g,VC质量分数为(84.43±2.86) μg/g。

2.2 游离氨基酸种类与含量分析

通过自动氨基酸分析仪测定Gu Nin Chio 香蕉果肉中游离氨基酸,结果见表2。由表2可知,Gu Nin Chio香蕉中游离氨基酸种类丰富,共检测到24种游离氨基酸,包含人体8种必需氨基酸(苏氨酸、缬氨酸、甲硫氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和赖氨酸),2种儿童必需氨基酸(组氨酸和精氨酸)。含量最高的氨基酸是天冬酰胺,其次是色氨酸、组氨酸、谷氨酸及丝氨酸。总氨基酸质量分数为(528.5±20.23) μg/g,必需和非必需氨基酸质量分数分别为(141±13.32)、(191.3±15.35) μg/g。必需氨基酸与总氨基酸质量分数比值(E/T)为26.67%,与非必需氨基酸质量分数比值(E/N)值为73.7%。WHO(World Health Organization, WHO)/FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations,FAO)提出理想蛋白质E/T在40%左右,E/N在60%以上[13],所以其未达到理想蛋白质的要求。除了常见的氨基酸和非必需氨基酸,Gu Nin Chio香蕉中还检测到了一些具有生理活性的氨基酸如磷-丝氨酸、牛磺酸、肌氨酸、β-氨基丙酸、β-氨基异丁酸和羟基赖氨酸等。

2.3 Gu Nin Chio香蕉矿物质含量分析

通过ICP-MS分析Gu Nin Chio香蕉矿物质含量,结果见表3。由表3可知, Gu Nin Chio 香蕉包含常量元素钠、钾、镁、钙,微量元素铁、锌、锰、钴、镍、铜、锶和钡。常量元素中,钾元素质量分数最高,为2 841.07 mg/100 g,其次是镁(171.33 mg/100 g)、钙(8.32 mg/100 g)、钠(1.17 mg/100 g)。微量元素中锰质量分数最高,为16.61 mg/100 g,其次是钡和铁,分别为15.2 mg/100 g和2.06 mg/100 g。锌、铜、锶、钴和镍等质量分数较低。有害元素铍、铝、铬、砷和汞未检出。

2.4 活性物质组分含量分析

Gu Nin Chio香蕉中的功能活性物质组分及含量分析,结果见表4。由表4可知,Gu Nin Chio香蕉中的总黄酮质量分数为1 115 mg/100 g。通过高效液相检测到2种黄酮类化合物槲皮素和山柰酚,其质量分数分别为(2.93±0.13) mg/100 g 和(1.00±0.03) mg/100 g。以β-胡萝卜素为标准品测定得到的Gu Nin Chio香蕉中类胡萝卜素质量分数为(3.48±0.21) mg/100 g,其中β-胡萝卜素质量分数为(2.57±0.16) mg/100 g,叶黄素及番茄红素均未检测到。Gu Nin Chio香蕉中5-羟色胺质量分数为(2.30±0.08) mg/100 g。

2.5 Gu Nin Chio 香蕉香气成分分析

Gu Nin Chio香蕉的挥发性成分分析结果见附录附表1。挥发性化合物主要包括醇类、醛类、酮类、酯类、酸类、烯烃类、酚类和烷类等100种化合物。其中酯类和醛类为主要成分,相对含量分别达62.44%、22.26%。酯类物质种类非常丰富,多达42种,其中的主要成分为乙酸-2-戊酯 (相对含量为16.6%)、3-庚烯基乙酸酯 (相对含量为12.36%)、乙酸丁酯(相对含量为9.27%)和丁酸戊酯(相对含量为9.08%), 其质量分数分别为3.193、2.398、1.818、1.784 μg/g。醛类物质有6种,主要成分为2-己烯醛(14.65%)和丙烯醛(7.21%),其质量分数分别是2.75 μg/g和1.51 μg/g。酮类物质有10种,其相对含量为3.18%,除了2-戊酮,其他成分相对含量均低于1.11%。酚类物质仅有3种,相对含量为3.1%。榄香素是酚类主要成分,相对含量为2.96%,质量分数为0.635 μg/g。其他烯烃、烷类、酸类和特殊香气成分相对含量在0.71%～1.83%。

通常,人们认为rOAV大于1的化合物是对体系香气贡献大的香气成分,且数值越大,贡献越大[11]。根据rOAV计算,其中rOAV大于1的香气成分有20种(表5),包括13种酯类、 2种酮类、2种醛类、1种酚类、1种醇类和1种烯类。据此推测,是这20种香气成分使得Gu Nin Chio香蕉具有了特殊的淡雅香气。其中rOAV等于或大于20的香气有D-柠檬烯(20)、异戊酸甲酯(22.5)、(E)-2-己烯醛(25.018)、乙酸己酯(36.176)、乙酸异戊酯(43.545)、壬醛(86.364)和乙酸-2-戊酯(212.867)等7种。这20种香气成分的香气类型主要为果香和花香。其中,乙酸异丁酯、乙酸丁酯、乙酸仲丁酯、乙酸-2-戊酯、乙酸异戊酯和丁酸戊酯等6种酯类均具有香蕉香味,表明酯类化合物对香蕉香味的形成具有重要贡献。此外,个别化合物香气类型为辛香。

2.6 Gu Nin Chio香蕉抗氧化活性分析

Gu Nin Chio香蕉中总黄酮和类胡萝卜素DPPH自由基清除率测定结果见图2。由图2可知,当类胡萝卜素的质量浓度为10 mg/mL时,其清除DPPH自由基的能力为28%,低于VC的自由基清除能力。随着质量浓度的增大,类胡萝卜素对DPPH自由基的清除能力逐渐增强。当质量浓度达到50 mg/mL时,其对DPPH自由基清除率达到了52.22%。类胡萝卜素IC50值为49.80 mg/mL。相对而言,Gu Nin Chio香蕉中的总黄酮对DPPH自由基的清除能力较弱。随着质量浓度增大,其清除能力虽呈现出增加趋势,但不显著。当质量浓度达到50 mg/mL时,其对DPPH自由基清除率仅为22.52%。

3 讨 论

可溶性糖和可滴定酸是果实的基本营养成分,也是果实品质的重要指标之一。本研究中,Gu Nin Chio香蕉的可溶性糖质量分数为[(85.50±0.22) mg/g(以鲜质量计)],显著低于皇帝蕉、巴西蕉和粉蕉中可溶性糖质量分数[(140.00±1.25)、(134.67±0.89)、(93.51±0.58) mg/g(以鲜质量计)]。可滴定酸质量分数为(13.70±0.01) mg/g(以鲜质量计),也低于皇帝蕉、巴西蕉和粉蕉中可滴定酸质量分数[(16.71±0.09)、(21.86±0.05)、(29.71±0.06) mg/g(以鲜质量计)][14],但显著高于前人报道的大蕉中的可滴定酸质量分数[7 mg/g(以鲜质量计)][15]。这表明不同品种香蕉中可溶性糖和可滴定酸含量存在显著差异。本研究选取的后熟中期的Gu Nin Chio香蕉中可溶性糖含量较低,风味口感可能偏清淡,但低糖的水果(含糖量低于10%)适合糖尿病人食用,而且Gu Nin Chio香蕉中可溶性糖主要组分为果糖、蔗糖和葡萄糖。其中葡萄糖升糖指数最高,但其含量最低,这一点也有利于糖尿病人[16]。因此,香蕉品种及香蕉成熟时期的选择对于一些特殊人群如糖尿病患者都很重要。

VC和蛋白质也是果实品质的重要指标。本研究中Gu Nin Chio香蕉中VC质量分数为(8.43±0.86) mg/100 g (以鲜质量计), 显著低于巴西蕉、宝岛蕉和红香蕉中的VC质量分数[(15.54～17.63)mg/100 g(以鲜质量计)][17],但是远远高于粉蕉、大蕉的VC质量分数[0.3、0.5 mg/100 g(以鲜质量计)][15]。这表明不同品种香蕉中,VC质量分数差异较大。本研究中,Gu Nin Chio香蕉中的可溶性蛋白质质量分数是12.5 mg/100 g(以鲜质量计), 低于粉蕉、海贡蕉、红香蕉和大蕉中的可溶性蛋白质质量分数[(100～175)mg/100 g(以干质量计)][18] 。

色氨酸在人体的许多代谢活动中发挥关键作用,是褪黑素和神经递质——5-羟色胺合成的前体物质。此外,色氨酸也常被推荐为抑郁和失眠的补充剂[19]。本研究中,色氨酸质量分数为9.2 mg/100 g (以干质量计),与前人报道的大蕉中的色氨酸质量分数接近[17]。 因此,Gu Nin Chio 香蕉是补充色氨酸,改善心情的最佳水果选择之一。

除了人体必需的氨基酸,Gu Nin Chio还含有牛磺酸、β-丙氨酸和β-氨基异丁酸等特殊氨基酸,研究表明它们分别具有支持心脏健康、维护神经系统[20];延缓运动疲劳, 提高人体的运动能力和运动表现[21];改善2型糖尿病糖脂代谢异常等功能[22]。可见,Gu Nin Chio 香蕉具有独特的营养价值。

香蕉中矿物质种类多样,其中钾质量分数尤为丰富。本研究中Gu Nin Chio香蕉中的钾元素质量分数为2 841.07 mg/100 g (以干质量计),不仅高于文献[18]报道的粉蕉、红香蕉、大蕉和海贡蕉中的钾元素质量分数[(829.33 ～2 732.89)mg/100 g (以干质量计) ]。也高于南天黄、巴西蕉和宝岛蕉中的钾元素质量分数[(487～510)mg/100 g (以干质量计)][23]。以Gu Nin Chio香蕉中70%的含水量计算,100 g Gu Nin Chio 香蕉干重中的钾质量为2 841.07 mg,相当于100 g新鲜Gu Nin Chio 香蕉含钾元素853 mg。根据《中国居民膳食营养素参考摄入量(2023版)》,健康成人每日钾元素的适宜摄取量为2 000 mg,100 g Gu Nin Chio香蕉可以满足一个体重为70 kg成人的42.65%的需要。Na质量分数仅为1.17 mg/100 g,远低于粉蕉、红香蕉、大蕉和海贡蕉中的钠质量分数[(84.14～231.90) mg/100 g (以干质量计)][18]。研究表明高钾低钠饮食是预防高血压的重要手段之一[24], Gu Nin Chio香蕉具有显著的高钾低钠特点,因此,Gu Nin Chio香蕉适合作为低钠高钾饮食的优质选择。

镁可以参与人体多种代谢,在保持骨骼健康,促进肌肉收缩和舒张,维护心脏健康和保持神经和肌肉系统平稳运作中发挥重要。研究发现镁缺乏与心脑血管疾病、糖尿病、骨质疏松等慢性病密切相关,而调查发现,欧美及我国民众都存在镁摄入不足的情况[25]。本研究中,Gu Nin Chio 香蕉中镁质量分数是171.33 mg/100 g(以干质量计),也远高于粉蕉、红香蕉、大蕉和海贡蕉中的镁质量分数[(65.22～123.22 )mg/100 g (以干质量计)][18]。以香蕉中70%的含水量计算,100 g新鲜Gu Nin Chio 香蕉中的镁质量分数是51.45 mg,远高于南天黄、巴西蕉和宝岛蕉中镁质量分数[(14.6～40.7) mg/100 g (以鲜质量计)][25]。根据《中国居民膳食营养素参考摄入量(2023版)》,镁元素的推荐摄取标准为女性320 mg,男性为420 mg。100 g香蕉将分别满足女性和男性需求的16%和12.25%。Gu Nin Chio 香蕉中的钙和锌质量分数分别为8.32 mg/100 g(以干质量计)、1.41 mg/100 g (以干质量计),均高于粉蕉、大蕉和海贡蕉等中的钙质量分数[(2.54 ～7.60)mg/100 g(以干质量计)]和锌质量分数[(0.60～1.33) mg/100 g (以干质量计)][18]。

微量元素中,锰是人体必需的微量元素,参与人体多种代谢,但过量锰摄入对神经产生毒性。根据《中国居民膳食营养素参考摄入量2023版》,锰元素推荐摄入量为每天4 mg。本研究中100 g Gu Nin Chio 新鲜香蕉中的锰质量为4.99 mg,因此,单个Gu Nin Chio果指(平均73.9 g)就可满足人体每天锰摄入量,考虑到过量锰摄入可能产生的毒性,一天不建议食用超过100 g的Gu Nin Chio 香蕉。根据美国国家环境保护局(U.S. Environmental Protection Agency,US-EPA)的研究,钡具有一定的毒性[26]。钡的参考摄入量为成人(50 kg体重)每天不超过10 mg[27]。 本研究中100 g新鲜Gu Nin Chio香蕉的钡质量为4.56 mg,因此每日食用2个Gu Nin Chio香蕉(平均单果重73.9 g)不会对健康造成影响,但在食用干制香蕉片时,一天不宜超过140 g。

铜是人体必需的一种微量元素,对于人体的中枢神经、血液、免疫系统和骨骼组织的发育和功能都有着重要影响[28]。本研究中,Gu Nin Chio 香蕉中铜质量分数为0.37 mg/100 g(以干质量计),相当于0.11 mg/100 g(以鲜质量计),是粉蕉、大蕉和海贡蕉中铜元素[(分别为0.18 mg/100 g、0.16 mg/100 g、0.18 mg/100 g)(以干质量计) ][18]质量分数的2倍。根据2022年版《中国居民膳食指南》推荐,成人铜的人体每日摄取推荐量(recommended dietary allowance,RDA)为0.8 mg。可见,Gu Nin Chio 香蕉可作为铜元素的膳食补充来源之一。钴是维生素B12的金属成分,也是人体必需的微量元素,钴元素在人体中不容易蓄积[29],且Gu Nin Chio香蕉中钴元素质量分数极低,仅为0.1 mg/100 mg (以干质量计)(相当于0.03 mg/100 mg,以鲜质量计)。锶对骨代谢至关重要,而且血浆锶浓度与2型糖尿病的发病率较低有关[30]。Gu Nin Chio 香蕉中的锶质量分数与粉蕉和大蕉中的锶质量分数[(0.13 mg/100 mg、0.15 mg/100 mg)(以干质量计)]一致,高于海贡蕉和红香蕉中的锶质量分数[(0.06 mg/100 mg、0.08 mg/100 mg)(以干质量计)][18]。镍是人体必需的微量元素,通过参与人体的一些代谢而发挥重要的生理功能[31],但过量镍摄入可以引起接触性皮炎、遗传毒性、血液毒性、免疫毒性和致癌性等有害影响[32]。人体镍摄入量每天不能高于1 mg/50 kg体重[33],本研究中镍质量分数为0.7 mg/100 g (以干质量计),相当于0.21 mg/100 g(以鲜质量计)。因此,食用100 g的Gu Nin Chio香蕉中摄入的镍质量分数仅为限制摄入量的四分之一。这也表明Gu Nin Chio香蕉中的镍质量分数是安全的。此外,铍、铝、砷、镉、汞和铅元素的质量分数为零,说明Gu Nin Chio 香蕉的栽培土壤没有受到有害元素的污染。

黄酮类物质具有抗氧化、抗癌等活性。本研究中,Gu Nin Chio香蕉中的总黄酮质量分数为11.15 mg/g (以干质量计),远远高于巴西蕉、粉蕉和皇帝蕉果肉的黄酮质量分数[(0.9～5.8) mg/g(以干质量计) ][34]。因此, Gu Nin Chio可作为富含黄酮的香蕉品种优选来源。其次,Gu Nin Chio香蕉中类胡萝卜素质量分数为34.80 μg/g (以干质量计),虽然低于类胡萝卜素质量分数较高的French somber香蕉品种[48.98 μg/g (以鲜质量计)],但远高于中蕉8号香蕉[1.00 μg/g (以鲜质量计)][35],这也表明不同香蕉品种中类胡萝卜素的质量分数差异相对较大。

5-羟色胺是一种促进睡眠和调节情绪的神经递质[36]。Gu Nin Chio香蕉中5-羟色胺的质量分数为2.30 mg/100 g (以干质量计),而粉蕉、大蕉、红香蕉和海贡蕉中的5-羟色胺质量分数为1 mg/100 g (以干质量计)左右[18],这也表明Gu Nin Chio 香蕉中的5-羟色胺质量分数相对较高。

香气是果实品质的重要指标之一。本研究在Gu Nin Chio香蕉中鉴定出包括醇类、醛类、酮类、酯类、酸类、烯烃类、酚类和烷类等在内的多种挥发性成分,其化学类型与金粉一号、桂蕉6号和宝岛蕉等香蕉品种所含香气成分类型基本一致。在42种酯类化合物中, 乙酸丁酯、乙酸异戊酯和乙酸己酯等酯类成分与金粉一号、桂蕉6号和宝岛蕉等香蕉中的酯类成分相同;醛类中的己醛与桂蕉6号和宝岛蕉相同;酮类中的2-戊酮、2-庚酮与金粉一号、桂蕉6号、宝岛蕉和红美人香蕉的酮类成分一致[37-38]。此外,烷类成分中的六甲基环三硅氧烷和八甲基环四硅氧烷与桂蕉6号[37]一致,酚类中的榄香素则与红美人香蕉[38]相同。另一方面,Gu Nin Chio香蕉在酸类、醇类以及部分特殊香气成分方面表现出明显的品种特异性,这表明该品种既保留了香蕉典型的香气特征,又形成了自身独特的风味物质基础。

在筛选主要香气成分时,香气阈值和香气活度值(rOAV)是关键的评判指标。通常认为,当挥发性物质的rOAV≥1时,该成分会对整体香气产生显著贡献,且rOAV数值越大,其贡献程度越高[11]。本研究共鉴定出20种rOAV≥1的香气成分,这些成分共同构成了Gu Nin Chio香蕉的特征香气谱。值得注意的是,乙酸仲丁酯(rOAV=17)、乙酸异戊酯(rOAV=43.545)和乙酸-2-戊酯(rOAV=212.867)这三种酯类物质不仅具有典型的香蕉香型特征,而且因其极低的香气阈值(分别为0.006、0.011和0.015)而表现出突出的香气活性。其中,乙酸-2-戊酯的rOAV值最高,表明其是决定Gu Nin Chio香蕉特征香气的最关键成分。此外,虽然异戊酸甲酯(0.099 μg/g)和壬醛(0.095 μg/g)的绝对质量分数较低,但由于其极低的检测阈值(分别为0.004 4、0.001 1 μg/g),仍表现出显著的香气活性(rOAV分别为22.50和86.36),因此,这两种化合物对整体香气的形成也具有重要的贡献。

自由基具有较强的氧化性,可与生物体内的蛋白质、核酸等重要生物分子发生氧化反应,进而诱发癌症、糖尿病及心血管疾病等慢性疾病。因此,天然产物的抗氧化活性(自由基清除能力)在慢性疾病的预防中可能具有重要作用。DPPH自由基清除实验是评估抗氧化能力的常用方法。本研究的抗氧化实验结果表明,Gu Nin Chio香蕉果肉中的类胡萝卜素和黄酮类物质对DPPH自由基具有一定的清除能力,但其活性显著低于香蕉果皮中同类物质的抗氧化活性[39-40]。这种差异可能与香蕉不同组织中类胡萝卜素和黄酮类物质的组成及质量分数不同有关。

4 结 论

Gu Nin Chio 香蕉是一种高钾低钠,富含镁、钙、铁、锌等多种矿物质的低糖型香蕉品种。其含有成人和儿童所需的全部必需氨基酸和牛磺酸等活性氨基酸;Gu Nin Chio 香蕉中活性物质种类丰富,香气成分种类繁多,既具香蕉典型挥发性组分,也含有一些独特的挥发性化合物。此外,Gu Nin Chio 香蕉黄酮和胡萝卜素提取物均具有一定的抗氧化性。本研究可为香蕉新品种的推广、开发和利用提供依据,对香蕉种植产业的品种结构优化、更具附加值的香蕉加工食品研发提供基础数据和理论参考。

附录:补充数据

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Appendix: supplementary data

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Nutrition and Aromatic Components Analysis and Antioxidant Activity Evaluation of Gu Nin Chio Banana

TAN Lin1, LI Sunjin2, LIU Xingdi1, LI Jingyang3, CHEN Qingmian4

(1. Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou 571101, China; 2. College of Agronomy and Biotechnology, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China;3. Tropical Crops Genetic Resources Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou 571101, China; 4. Institute of Environmental and Plant Protection, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou 571101, China)

Abstract：To clarify the nutritional value, aromatic composition and anti oxidation activity of a newly introduced Gu Nin Chio banana in China, spectrophotometry, HPLC(high-performance liquid chromatography), ICP-MS (inductively coupled plasma-mass spectrometry), and GC-MS (gas chromatography-mass spectrometry) were employed to analyze the basic nutritional components (soluble sugars, titratable acids, proteins, and vitamin C), free amino acids, minerals, active compounds (flavonoids and carotenoids, etc.) as well as aromatic components in Gu Nin Chio banana. DPPH free radical scavenging activity assay was used to evaluate the antioxidant activity of total flavonoids and carotenoids from Gu Nin Chio banana. Results showed that the soluble sugar and titratable acid mass fraction in Gu Nin Chio banana were (85.50±0.22) mg/g and (13.7±0.008) mg/g (fresh weight), respectively. Protein and vitamin C mass fraction were (125.14±2.13) μg/g, (84.43±2.86) μg/g (fresh weight), respectively. 24 free amino acids were detected, including eight essential amino acids for adults, two essential amino acids for children, and several active amino acids with physiological functions such as taurine and β-aminoisobutyric acid. In addition, 12 minerals were found in Gu Nin Chio banana including macro-elements (sodium, potassium, magnesium, and calcium) and trace elements (iron, zinc, manganese, cobalt, nickel, copper, strontium, and barium). Among them, the potassium mass fraction was 2 841.07 mg/100 g (dry weight), significantly higher than that of Fenjiao banana, Red banana, Dajiao banana and Haigongjiao banana [829.33-2 732.89 mg/100 g (dry weight)]. Active compounds including flavonoids such as quercetin, kaempferol, and β-carotene as well as 5-hydroxytryptamin were also present in Gu Nin Chio banana. The total flavonoids mass fraction in Gu Nin Chio banana was 11.15 mg/g (dry weight), which was much higher than that of Baxi banana, Fenjiao banana, Emperor banana [0.9-5.8 mg/g (dry weight)]. 20 compounds such as 2-pentyl acetate, nonanal and isoamyl acetate had rOAV (relative odor activity value) greater than 1, which were the main aroma components contributed to its special elegant fragrance. The DPPH radical scavenging activity assay showed both the total flavonoids and carotenoids exhibited certain antioxidant activity, while their antioxidant activity was significantly lower than that of vitamin C. The results of this study provided a theoretical basis for the development and utilization of new banana variety Gu Nin Chio, and offered basic data and theoretical references for optimizing banana variety structure in the banana planting industry and the research and development of banana processed foods with higher added value.

Keywords：nutritional components; mineral elements; active compounds; aromatic components; antioxidant activity

doi：10.12301/spxb202400819

文章编号：2095-6002(2025)05-0090-14

引用格式：谭琳,李孙锦,刘兴地,等.Gu Nin Chio香蕉果实营养、香气成分分析及抗氧化活性评价[J]. 食品科学技术学报,2025,43(5):90-103.

TAN Lin, LI Sunjin, LIU Xingdi, et al. Nutrition and aromatic components analysis and antioxidant activity evaluation of Gu Nin Chio banana[J]. Journal of Food Science and Technology, 2025,43(5):90-103.

中图分类号：TS255.2

文献标志码：A

收稿日期：2024-12-28

基金项目：中国热带农业科学院基本科研业务费(1630092021007)。

Foundation：Central Public-Interest Scientific Institution Basal Research Fund for Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences (1630092021007).

第一作者：谭 琳,女,副研究员,博士,主要从事果品营养与功能方面的研究。

(责任编辑：李 宁)