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为解决大蕉副产物利用及可溶性膳食纤维（SDF）提取问题，研究人员开展大蕉果肉和果皮 SDF 提取研究。结果显示微波 - 高温蒸煮辅助酶法效果更佳，提升了 SDF 产量与功能特性。该研究为大蕉副产物再利用提供依据，具商业应用潜力。
在热带和亚热带地区，香蕉是一种极为重要的作物，它不仅是全球第四大农产品，还富含多种生物活性化合物，具有抗癌等功效。大蕉作为香蕉的一个品种，在中国种植广泛，适应性强、产量高，既可鲜食，又能作为功能性成分的来源。然而，大蕉在收获后的加工过程中会产生大量的果皮废弃物，这些废弃物中富含膳食纤维（DF）、酚类化合物和抗性淀粉等，若能合理利用，将在食品、制药等多个行业创造巨大价值。
可溶性膳食纤维（SDF）被称为 “第七营养素”，具有凝胶形成、抗氧化、降低胆固醇和调节血糖等多种生理功能，对人体健康至关重要。优质的膳食纤维需要 SDF 含量超过 10%，但天然来源往往难以达到这一标准，因此需要对其进行改性处理。香蕉果肉和果皮中的 SDF 含量相对较高，然而传统的提取方法存在诸多弊端，如物理技术设备要求高、化学方法可能危害环境、生物方法效率低下等。此外，之前的研究大多集中在单一改性方法或单一植物组织，对于大蕉果肉 SDF 的提取优化以及联合改性技术的评估存在不足。
为了攻克这些难题，中国热带农业科学院热带生物技术研究所的研究人员开展了一项关于大蕉果肉和果皮 SDF 提取的研究。研究人员采用酶法和微波 - 高温蒸煮辅助酶法对大蕉果肉和果皮中的 SDF 进行提取，并通过单因素试验和响应面法对微波 - 高温蒸煮辅助酶法的提取工艺进行优化。同时，对两种方法提取的 SDF 的基本理化性质、功能性质和结构性质进行比较分析。该研究成果发表在《Applied Food Research》上。
在研究过程中，研究人员用到了多种关键技术方法。首先是样品前处理技术，将大蕉洗净、分离果肉和果皮，经过清洗、切片、预冻后，在真空冷冻干燥机中干燥，再研磨过筛制成粉末备用。其次是提取技术，分别运用酶辅助提取法和微波 - 高温蒸煮辅助酶法提取 SDF 。另外，采用单因素试验和 Box - Behnken（BBD）响应面优化设计，以 SDF 产率为指标，研究不同因素对提取效果的影响。最后，运用多种检测技术，如测定水 holding capacity（WHC）、oil holding capacity（OHC）、swelling capacity（SC）来评估 SDF 的理化性质，利用扫描电子显微镜观察 SDF 的微观结构，通过测定超氧阴离子清除能力、DPPH 自由基清除能力和羟基自由基清除能力来评估 SDF 的体外抗氧化活性。
研究结果
- E - SDF 的提取产率：经过三次重复实验，大蕉果肉和果皮的 E - SDF 提取产率分别为 2.06% ± 0.12% 和 3.03% ± 0.07%。
- MHE - SDF 的单因素实验分析
- 固液比的影响：随着固液比降低，大蕉果肉和果皮的 MHE - SDF 产率先升高后降低。果肉在固液比为 1:30 时 SDF 产率最高，果皮则在 1:40 时达到最高。
- 微波时间的影响：在相同微波功率下，大蕉果肉的 MHE - SDF 产率在 5min 时最高，果皮在 3min 时最高。
- 高温蒸煮时间的影响：大蕉果肉的 MHE - SDF 提取率在高温蒸煮时间为 30min 时最高，果皮则在 20min 时最佳。
- 使用 RSM 进行统计分析和模型拟合
- 大蕉果肉的响应面试验结果：通过 Box - Behnken 模型进行 17 组实验，得到回归方程。分析表明，主要因素 A（固液比）和 C（高温蒸煮时间）对大蕉果肉 SDF 产率有显著影响，B（微波时间）影响不显著。模型高度显著，缺乏拟合不显著，R2 为 0.9888 ，R2Adj为 0.9745 ，能准确反映各因素与 SDF 产率的关系。优化得到最佳提取条件，验证实验结果与理论预测相符。
- 大蕉果皮的响应面试验结果：同样进行 17 组实验得到回归方程。主要因素 C 对大蕉果皮 SDF 产率有极显著影响，A 有显著影响，B 影响不显著。模型极显著，缺乏拟合不显著，R2 为 0.9851 ，R2Adj为 0.9660 ，能准确反映关系。优化条件下验证实验结果与理论值相对误差小，模型适用。
- 结构表征分析：扫描电镜显示，大蕉果肉和果皮的 E - SDF 和 MHE - SDF 结构差异明显。果肉 E - SDF 表面光滑，有褶皱和致密结构；MHE - SDF 表面蓬松，有孔隙和小颗粒。果皮 E - SDF 结构紧凑，MHE - SDF 结构松散，有更多褶皱、大孔隙和多层网络结构。
- 理化性质：与 E - SDF 相比，MHE - SDF 的 WHC、SC 和 OHC 均有显著提高。大蕉果肉 MHE - SDF 的 WHC 从 2.93g/g 提高到 3.90g/g ，SC 从 2.34mL/g 提高到 2.72mL/g ，OHC 从 1.15g/g 提高到 1.20g/g；大蕉果皮 MHE - SDF 的 WHC 从 5.24g/g 提高到 5.92g/g ，SC 从 5.06mL/g 提高到 7.53mL/g ，OHC 从 2.03g/g 提高到 2.40g/g。
- 体外抗氧化分析：MHE - SDF 在体外抗氧化实验中表现出色。在超氧阴离子清除能力、DPPH 自由基清除能力和羟基自由基清除能力测试中，相同浓度下 MHE - SDF 的清除率均显著高于 E - SDF。大蕉果皮 SDF 虽然提取率较低，但抗氧化活性更强。
研究结论与讨论
该研究通过对比酶辅助提取和微波 - 高温蒸煮辅助酶法提取大蕉果肉和果皮中的 SDF，发现微波 - 高温蒸煮辅助酶法效果更优。该方法不仅提高了 SDF 的提取率，大蕉果肉和果皮的最佳提取率分别达到 8.28% ± 0.16% 和 5.46% ± 0.11%，还显著增强了 SDF 的功能特性，如改善了 WHC、SC 和 OHC 等理化性质，提升了抗氧化活性。
结构分析表明，MHE - SDF 的结构变化使其具有更优异的性能。这一研究成果为大蕉果皮这一农业废弃物的再利用提供了科学依据，在全球对 SDF 需求不断增长的背景下，该研究成果在食品、制药和化妆品等领域具有巨大的商业应用潜力。
然而，目前该研究成果在实际商业应用中仍面临一些挑战。例如，提取工艺需要进一步放大规模，以验证其在工业生产中的可行性和经济性；SDF 在不同应用场景中的功能特性，如在食品中的增稠、乳化作用，在医学领域的健康益处等，还需要进一步深入探索。随着人们对健康饮食和可持续发展的关注度不断提高，开发高效、绿色的提取工艺将成为未来研究的重要方向。
