香蕉皮的高值化利用在可持续水产养殖中的应用：提升鱼类福利与水质

《Journal of Environmental Management》：Banana peel valorization for sustainable aquaculture: Improving fish welfare and water quality

　　

程少宇|庄祥杰

国立高雄科技大学水产养殖系，台湾高雄市南梓区海环路142号，81157

摘要

香蕉皮（BP）是一种未得到充分利用的农业副产品，在水产养殖中具有潜在的应用价值。本研究旨在探讨香蕉皮作为功能性饲料添加剂和生物炭材料在减少同类相食导致的死亡率、调节神经内分泌反应以及清除水产系统中的污染物方面的作用。实验中，将含有0、10、30和50克/千克香蕉皮粉末的饲料喂给杂交石斑鱼幼鱼，持续8周，以评估其生长情况、存活率、同类相食行为、体型变化及神经内分泌反应。同时通过非靶向代谢组学方法研究了与压力和行为相关的代谢途径。香蕉皮还被转化为生物炭，并检测了其对孔雀石绿（MG）和铜离子（Cu²⁺）的吸附能力。结果表明，添加香蕉皮粉末后，存活率从41.67%提高到66.67%，同类相食行为从58.33%降至33.33%，体型变化从13.80%减少到3.29%。然而，最终体重从29.15克下降到21.90克，体重增长和特定生长率也有所下降，饲料转化率略有升高。从生理学角度来看，香蕉皮补充剂可提高大脑中的血清素水平，对照组为1.67 ng/mL，而添加50克/千克香蕉皮组的血清素水平升至149.03 ng/mL。代谢组学分析显示，香蕉皮改变了氨基酸、脂质、能量及神经内分泌相关的代谢途径。生物炭处理后，孔雀石绿和铜离子的浓度分别从200 ppm降至76.56 ppm和91.39 ppm。总体而言，香蕉皮可作为功能性饲料添加剂及生物炭前体，在水产养殖中用于污染物吸附。

引言

香蕉（Musa属）是一种在全球范围内具有经济和营养价值的热带及亚热带水果作物。近几十年来，全球香蕉产量从1961年的2242万吨稳步增长至2023年的1.39亿吨（FAO，2025年数据）。然而，香蕉生产和加工过程中产生了大量副产品，其中果肉和果皮分别占果实总重量的约65%和35%（Vu等人，2017年）。因此，开发香蕉皮在水产养殖中的实际应用有助于减少农业废弃物，并从这一丰富副产品中创造附加值（Wani和Dhanya，2025年）。不过，农业可持续性评估不仅涉及废弃物管理，还包含水资源利用效率等指标（Martinez等人，2025年）。

最新研究表明，香蕉皮含有多种生物活性化合物，如多酚、抗氧化剂和色氨酸，这使其具有作为功能性饲料成分的潜力（Vu等人，2018年；Wani和Dhanya，2025年）。色氨酸（Trp）是一种必需氨基酸，参与蛋白质合成，并是血清素（5-羟色胺，5-HT）的生物前体。血清素调节脊椎动物的摄食、行为和应激反应（H?glund等人，2019年）。这些调节机制在硬骨鱼类中同样存在，因此与水产养殖中的应激调节相关。由于饮食中的色氨酸含量会影响血清素合成（Richard等人，2009年），香蕉皮可能成为调节鱼类应激和攻击行为的天然来源。在水产养殖环境中，硬骨鱼类经常长期处于高密度养殖、水质波动、溶解氧低及人为干扰等压力下。这些压力因素会激活下丘脑-垂体-肾轴，皮质醇作为主要糖皮质激素介质，导致生长减缓、生理机能改变和健康状况受损（Gorissen和Flik，2016年；Peixoto等人，2024年）。最新证据进一步证实了色氨酸代谢在鱼类应激调节中的作用，尤其是通过血清素和褪黑素相关途径（Peixoto等人，2024年；Yang等人，2024年）。

杂交石斑鱼（Epinephelus lanceolatus ♂ × E. fuscoguttatus ♀）生长迅速且抗病性强，是台湾和东南亚地区重要的商业养殖物种（Luin等人，2013年）。然而，在幼鱼阶段经常发生同类相食现象，这通常与体型差异、高养殖密度和社会竞争加剧有关。较大的个体攻击并捕食较小的个体，导致直接死亡、种群内体型差异增大，在某些情况下甚至因吞咽不完全而引发窒息（Hseu等人，2004年，2007年）。先前的研究表明，饮食中添加色氨酸可减少鱼类的攻击性和同类相食行为，可能与大脑中较高的血清素水平及神经内分泌应激反应的调节有关（Winberg等人，2001年；Hseu等人，2003年；Basic等人，2013年）。

除了营养价值外，香蕉皮还可用于生物炭生产。孔雀石绿（MG）在水产养殖中被视为一种令人担忧的化学物质，因其不当使用会在鱼类体内残留并带来严重的食品安全和环境问题（Gharavi-Nakhjavani等人，2023年；Freitas等人，2024年）。硫酸铜（CuSO₄）常用于藻类控制和水质管理，但过量使用可能导致水生生物体内铜积累和毒性效应（Naz等人，2023年；Gui和Wang，2024年）。在这种情况下，生物炭因其多孔结构和丰富的表面官能团而成为低成本吸附剂，可用于去除水产相关污染物（Wang和Wang，2019年）。已有研究表明，香蕉皮衍生材料对金属离子和染料（包括孔雀石绿）具有很强的吸附能力（Chen等人，2023年；Jahin等人，2024年）。

尽管人们对香蕉皮作为饲料成分和生物炭前体的兴趣日益增加，但其在水产养殖中的综合应用仍缺乏充分研究。现有研究主要支持单独利用香蕉皮和色氨酸；然而，关于两者在水产养殖系统中的联合应用的证据仍然有限。特别是，香蕉皮粉末是否能减少同类相食导致的死亡率以及调节杂交石斑鱼幼鱼的神经内分泌反应，以及香蕉皮生物炭（BPB）是否能去除孔雀石绿和铜离子（Cu²⁺等典型污染物，目前尚不清楚。因此，本研究从两个角度评估了香蕉皮的作用：一是作为饲料添加剂，考察其对杂交石斑鱼幼鱼的生长、存活率、同类相食行为和神经内分泌指标的影响；二是作为生物炭前体，研究其对孔雀石绿和铜离子的吸附能力。研究假设香蕉皮粉末能减少同类相食造成的损失并改变应激相关的生理反应，而香蕉皮生物炭则具有显著的污染物吸附能力。

章节摘录

香蕉皮粉末的制备

实验流程如图1所示。香蕉购自台湾香蕉研究所，并根据果皮颜色指数（PCI）进行分类，以确定成熟阶段（Verma等人，2015年）。为分析不同成熟阶段的成分变化，将香蕉皮分为三组：绿色香蕉皮（PCI=1）、黄色香蕉皮（PCI=6）和黑色香蕉皮（PCI≥7）（图2）。收集果皮后立即与果肉分离，并用反渗透（RO）水冲洗以去除...

香蕉皮根据PCI分为绿色香蕉皮（PCI=1）、黄色香蕉皮（PCI=6）和黑色香蕉皮（PCI≥7）。近似成分以克/千克表示，色氨酸含量以毫克/千克表示。

随着香蕉皮从绿色成熟为黄色再成熟为黑色，粗蛋白含量从75克/千克增加到101克/千克，然后在黑色阶段降至84克/千克。黄色香蕉皮的粗脂肪含量最高（28克/千克），而绿色和黑色香蕉皮的粗脂肪含量分别为19克/千克和18克/千克。水分含量...

香蕉皮中的色氨酸含量从绿色果皮（PCI=1）的1023毫克/千克增加到黄色果皮（PCI=6）的1243毫克/千克，随后在黑色果皮（PCI≥7）中降至1069毫克/千克。成熟过程中，香蕉皮的生理调节和代谢途径发生变化，同时多种代谢物和蛋白质表达也发生阶段性改变（Yun等人，2019年）。关于卡文迪许香蕉的研究表明，果皮中的游离氨基酸含量会随时间变化...

结论

香蕉皮的成熟阶段对其成分有显著影响，黄色香蕉皮的色氨酸含量最高（1243毫克/千克）。在杂交石斑鱼幼鱼实验中，添加香蕉皮粉末后，存活率从对照组的41.67%提高到BP50组的66.67%，同类相食行为从58.33%降至33.33%，体型变化从13.80%减少到3.29%。然而，最终体重从29.15克下降到21.90克，体重增长和特定生长率降低，饲料转化率略有升高。

作者声明与本文所述研究无关的财务利益。

本研究由国家科学技术委员会资助（编号：114-2621-M-992-002-）。

程少宇：数据分析、方法研究、软件应用、初稿撰写。庄祥杰：概念构思、数据管理、资金争取、实验监督、结果验证、可视化展示及初稿撰写、修订编辑。

本手稿尚未发表，也未被其他期刊接受审稿。我们已阅读并理解贵期刊的规定，确认本手稿和研究内容均符合相关规定，不存在利益冲突。

我们感谢国立中兴大学仪器中心提供SEM样品的分析服务，同时感谢台湾香蕉研究所提供的香蕉皮材料及关于香蕉种植和采后处理的技术咨询。