综述：香蕉皮作为功能性成分回收利用：废物管理的绿色可持续见解

《Applied Food Research》：A green sustainable insight for waste management: Recycling of banana peel as a functional ingredient

本综述系统阐述了香蕉皮（BP）从农业废弃物到高附加值资源的绿色转型。聚焦其丰富的膳食纤维、抗氧化剂（如酚类化合物）及必需营养素，详述了在功能性食品开发（如烘焙、肉制品）、生物医学材料（伤口敷料、生物传感器）及环境应用（生物修复、生物燃料（生物乙醇、生物柴油））中的创新应用，为循环经济（circular economy）和可持续发展提供了前瞻性视角。

　　

摘要

香蕉皮废弃物（BPW）长期以来被视为无显著应用的农业废弃物。然而，其富含的膳食纤维、抗氧化剂、酚类化合物和必需营养素近年来引起了食品工业的广泛关注。研究还凸显了其在生物塑料、生物燃料生产、生物修复和可持续包装领域的潜力，展示了其在绿色能源领域的价值。本综述概述了香蕉皮的营养成分、生物活性特性、在食品、生物医学和环境领域的应用，以及相关的健康益处和未来利用的新兴趋势。

1. 引言

香蕉（Musa属）属于芭蕉科（Musaceae），在全球约135个国家广泛种植，主要分布在亚洲、拉丁美洲和非洲的热带和亚热带地区。香蕉是全球第四大重要粮食作物和第二大生产水果（仅次于柑橘），年产量约1.02亿吨（约占全球水果产量的16%）。印度（约3300万吨/年）、中国（约1200万吨/年）和印度尼西亚（约900万吨/年）是前三大生产国。

香蕉通常鲜食，也可制成干果或用于生产冰淇淋、冰沙、面包、面粉、葡萄酒和各种功能性食品。香蕉果实由果皮和果肉组成。每个香蕉果实平均重125克，其中约75%是水，25%是干物质。香蕉皮（BP）占总重量的35-50%，通常未经任何处理便被丢弃。考虑到全球年产量约1.02亿吨，每年约有3600-5100万吨香蕉皮被作为废弃物丢弃。

香蕉皮是一种可生物降解的生物质，富含氮、磷和碳，具有高持水能力；与其通过废物积累和发酵加剧环境污染，不如将其可持续地用作环境和工业应用的增值资源。实施循环废物管理计划，可以将香蕉皮转化为不同的产品并应用于各个领域，将其转变为宝贵资源，大幅减少废物产生，促进可持续性。

2. 香蕉皮的营养成分

香蕉皮富含营养。它和果肉都含有淀粉（20克/100克）、碳水化合物（48.57克/100克）、脂质（1.20克/100克）、蛋白质（7.57克/100克）、膳食纤维（19.45克/100克）、维生素和生物活性化合物（酚类、抗氧化剂、类黄酮），所有这些都在人类健康中扮演重要角色。香蕉皮含有18种氨基酸，包括所有必需氨基酸。其蛋白质含量为6-9%，高于可食部分（1-2.5%）。

香蕉皮还富含纤维素（7.6-9.6%）、半纤维素（6.4-9.4%）、木质素（6-12%）、果胶（10-21%）和半乳糖醛酸。它是膳食纤维的极好来源（43.2–49%），能为肠道益生菌提供大量营养进行厌氧呼吸（发酵）并产生有益的代谢物短链脂肪酸（SCFA）。此外，香蕉皮也是多不饱和脂肪酸的良好来源，如亚油酸（Omega-6, 2.3-23.9%）和α-亚麻酸（Omega-3, 2.1-21.1%），其含量因香蕉品种和成熟阶段而异。

维生素方面，香蕉皮含有维生素A（700-900 μg RDA）、C（75-90 mg RDA）、E（15 mg RDA）和B₆（1.3–1.7 mg RDA），其中维生素C和E也具有抗氧化特性。矿物质含量丰富，包括钙（1202 mg/100g）、锌（784 mg/100g）、钾（800 mg/100g）、镁（291 mg/100g）、磷（250 mg/100g）、铁（558 mg/100g）、钠（98.56 mg/100g）和铜（6.07 mg/100g）。

除了有益的营养成分，香蕉皮还含有多种抗营养化合物，如草酸盐、植酸盐、生物碱、单宁和皂苷，这些物质会干扰蛋白质消化、减少矿物质吸收、降低营养素生物利用度，并导致严重的健康问题。通过热处理（如微波干燥、烤箱干燥）和发酵等加工方法可以有效降低这些抗营养物质的含量。

3. 香蕉皮的生物活性化合物

香蕉皮是多种宝贵生物活性化合物的来源。它和果肉都是各种生物活性代谢物的丰富来源，如槲皮素（75.20-8.78 um/g干物质）、表儿茶素（Flavan-3-ol单体）9.97、儿茶素（flavan-3-ol单体）1.34、山奈酚（4.12-173.9 um/g干物质）、没食子酸（0.73-3.92 ug/g干物质）、香草酸（0.35 mg/g干物质）。特别是，香蕉果实中存在酚类物质、类黄酮、类胡萝卜素、生物胺、植物甾醇和其他植物化学化合物（萜类、生物碱、单宁、生物碱、苷类）。

香蕉皮显示出高抗氧化特性，具有很强的清除细胞内自由基的能力。许多研究表明，香蕉皮提取物比果肉具有更强的抗氧化活性。香蕉皮中的总酚含量是香蕉果肉的1.5-3倍。研究表明，香蕉皮有助于对抗氧化应激，并可能由于其抗氧化剂含量预防年龄相关疾病。这些抗氧化剂还可以调节肠道微生物的丰度和生长。

香蕉皮的总酚含量范围在374 mg至703 mg没食子酸当量（GAE）/100g之间。据报道，香蕉皮含有40多种多酚，分为四个亚组：羟基肉桂酸、黄酮醇、黄烷-3-醇和儿茶酚胺。香蕉皮中的主要类黄酮是儿茶素、表儿茶素、槲皮素、杨梅素、山奈酚、花青素、阿魏酸、绿原酸、对羟基苯甲酸、香草酸、丁香酸、没食子酸、迷迭香酸和对香豆酸以及其他酚类如木质素和单宁。其中，阿魏酸（4.4-85.1 μg/g干物质）和芦丁（242.2-618.7 μg/g干物质）是主要化合物。

4. 香蕉皮的生物活性

几个世纪以来，传统方法一直用于治疗许多疾病。从植物的花、茎、叶和果实等部分获得的草药被广泛使用。香蕉皮含有一些次生代谢物（生物碱、花青素、咖啡酸、绿原酸、阿魏酸、类黄酮、苷类、皂苷、单宁和萜类），具有抗糖尿病、抗菌和抗癌特性。

国际糖尿病联合会数据显示，目前全球有4.51亿糖尿病患者。据世界卫生组织（WHO）预测，到2045年，将有近6.93亿人被诊断出糖尿病，该组织已宣布该疾病为流行病。人类的各种疾病中，糖尿病是最复杂的疾病之一，其原因是β细胞功能障碍导致胰岛素分泌不良，或释放的胰岛素功能不佳。植物的抗高血糖活性主要归因于其恢复胰腺组织功能的能力。

从香蕉皮中分离出的类黄酮是存在于许多植物中的酚类化合物，可以调节生物体中的氮和氧平衡。其抗糖尿病活性主要体现在调节胰岛素分泌、信号传导和葡萄糖利用。香蕉皮提取物中的类黄酮通过激活胰岛素敏感性来降低大鼠的血糖，从而促进糖原合成。

生物碱和三萜类化合物可分解脂质，导致细胞膜破坏或细菌细胞质凝固。类黄酮抑制代谢活性、粘附和生物膜形成，通过改变膜通透性降低微生物的致病性。皂苷增加细胞膜通透性，导致溶血。单宁干扰细菌代谢和酶活性。它们可以沉淀蛋白质并有改变细菌肽聚糖的潜力。总体而言，香蕉皮中的这些化合物具有抗菌特性，影响细菌生长和致病性。

癌症是一种多因素疾病，也是重大的全球经济负担，影响所有年龄段的个体，包括胎儿。大多数癌症类型的风险随着年龄的增长而增加。根据美国癌症协会的数据，癌症约占全球死亡人数的13%，每年约有760万例癌症相关死亡。世界卫生组织报告称，每年有超过1000万新发癌症病例。植物化学物质，尤其是类黄酮和酚类化合物，通过调节遗传途径在癌症预防中发挥有益作用，提供保护作用而没有不良反应。

5. 香蕉皮的食品应用

香蕉皮传统上被认为是食物垃圾，现在其营养价值和可持续性受到更多关注。香蕉皮由于其富含有价值的化合物，特别是膳食纤维和酚类化合物，在食品加工和饮料生产中用途广泛，使其成为传统食品和功能性食品生产的理想选择。

烘焙产品是香蕉皮粉最广泛探索的应用领域之一，因为它们可以增强纤维含量、抗氧化活性和整体营养价值。研究发现，当香蕉皮与小麦粉一起用于饼干、面包和无麸质产品等烘焙产品时，它们可以增加功能特性、抗氧化活性，并有助于产品的感官品质，而不影响其物理或营养特性。

在肉类产品中，香蕉皮作为脂肪替代品或纤维增强剂。研究发现，香蕉皮降低了肉饼中的脂质氧化，从而延长了保质期。同时，研究指出，虽然香蕉皮改善了鸡肉香肠的营养特性，但它导致颜色变深并改变了香气，同时对感官特性提出了挑战，但增强了鸡肉饼的风味、嫩度和多汁性等感官特性。使用香蕉皮或其粉末可以增强肉类、鸡肉香肠和鱼产品的柔软度、膳食纤维、颜色、持水能力和质地，同时降低脂肪含量。

在酸奶和发酵产品中，添加香蕉皮增强了最终产品的抗氧化特性和矿物质含量。它导致强化酸奶和冻干酸奶的L*颜色参数降低，这对感官特性至关重要。香蕉皮的添加延长了发酵产品的保质期并减少了脱水收缩。虽然有限的研究关注香蕉皮对发酵产品流变特性的影响，但发现添加香蕉皮增加了酸奶的粘度。

香蕉皮也被用于零食和即食食品配方中，主要是因为其膳食纤维、抗氧化能力和功能特性。例如，研究发现，将香蕉皮粉添加到零食棒中显著增加了总酚含量和抗氧化活性。这不仅增强了营养价值，还通过减少脂质氧化延长了保质期，并获得了可接受的感官评分。

除了直接掺入食品，香蕉皮还作为功能性成分的丰富来源被研究，如类胡萝卜素、纤维和果胶的来源。香蕉皮的高纤维含量使其成为用于不同产品的宝贵来源。其高不溶性纤维和多酚含量有助于改善肠道健康、抗氧化能力和可能的降血糖作用。

6. 香蕉皮废弃物的环保方法

预计到2030年，全球能源消耗将增长60%至75%，相应地，温室气体（GHG）排放将增加，主要来自未加工生物质的燃烧和二氧化碳（CO₂）排放。此外，全球能源需求不断增长和常规化石燃料储备的枯竭，使得探索经济可行、可再生和可持续的替代能源资源成为必要。

香蕉废弃物，包括皮、叶和假茎，是一种非常丰富且未充分利用的生物质资源。香蕉皮富含宏量和微量营养素，使其成为生物燃料生产的理想原材料。利用香蕉废弃物支持废物管理，提高成本效率，并促进环境可持续性。

香蕉皮已成为生物医学应用中一种环保且生物相容的原材料，因其富含天然抗氧化化合物。最近的研究证明了其在开发各种生物医学材料方面的潜力，包括伤口敷料、纳米颗粒、抗菌食品或医疗涂层、临时支架、生物塑料植入物和生物传感器平台。

除了生物医学用途，香蕉皮生物质因其在环境应用中的多功能性而受到关注。根据预期用途，它可以通过吸附、碳化、热解、能量存储处理和活性炭生产等过程进行改性。源自香蕉皮的活性炭因其大比表面积和多孔结构而尤为引人注目，使其能够有效地用作去除重金属和其他污染物的低成本、可持续、磁性和耐用的生物吸附剂和电极材料。

从生命周期评估（LCA）的角度来看，将香蕉皮生物质转化为活性炭不仅是一种有效的环境清洁和能量存储策略，而且通过将农业废物转化为有价值的产品来支持循环经济原则。这种方法最终减少了与常规吸附剂和电极材料相关的生态足迹。

7. 结论

香蕉皮通常被视为水果加工的副产品，但在食品或其他工业领域具有巨大的利用潜力。富含膳食纤维、必需矿物质以及一系列生物活性化合物，包括抗氧化剂、类黄酮和酚类化合物，香蕉皮在生物质、沼气、生物医学、功能性食品、营养保健品和膳食补充剂（包括烘焙、肉类和乳制品以及零食）中提供了广阔的应用前景。

将香蕉皮整合到食品和能源系统中符合消费者对可持续和促进健康产品日益增长的需求。然而，尽管应用前景广阔，香蕉皮在融入商业食品系统方面仍存在一些重要的局限性。香蕉皮成分的高度可变性导致原材料标准化复杂化，可能最终产品质量不一致。此外，抗营养化合物可能引起对最终产品消化率的担忧。因此，应优化香蕉皮的加工过程，使其成为安全的食品成分。

此外，在食品中使用香蕉皮会导致风味、颜色和质地的一些变化，这会影响产品的消费者接受度。尽管一些研究报告了最终产品可接受的感官特性，但结果大多取决于产品和浓度。因此，找到减少香蕉皮对感官特性影响的方法非常重要。

为了充分利用香蕉皮的好处，需要在关键领域进行进一步的研究，例如详细的营养分析、加工优化、安全性和毒性评估、消费者接受度和可持续性评估。作为一种多功能的副产品，香蕉皮在推动食品和可再生能源行业的创新方面具有相当大的前景，并可能为健康、可持续性和经济增长带来好处。除了食品应用，香蕉皮还通过将农业废物转化为环境清洁、能量存储、生物医学应用、生物质和沼气应用中的有价值产品来支持循环经济原则。