干燥香蕉花经康普茶发酵的可持续升级利用：生物功能性、血糖效应与抗菌特性

《Sustainable Food Technology》：Sustainable upcycling of dried banana blossom via kombucha fermentation: biofunctional, glycemic, and antimicrobial propertiesOpen Access

　　

本研究探讨了干燥香蕉花（DBB）浓度对康普茶发酵的影响，旨在开发一种新型植物基功能性饮料。DBB作为一种富含碳水化合物和膳食纤维的农工业副产物，分别以低浓度（0.75% w/v）和高浓度（2.25% w/v）添加，并使用限定的康普茶微生物菌群发酵21天。提高DBB浓度可调节发酵响应，促进有机酸（特别是乳酸）和酚类化合物的积累，同时增强抗氧化能力和体外α-葡萄糖苷酶抑制活性。DBB康普茶还对食源性病原体表现出抗菌活性，包括大肠杆菌（Escherichia coli）ATCC 8739、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）ATCC 6538和蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）BCC 6386。感官评价表明其具有可接受的香气特征和整体消费者喜好度。此外，基于加速货架期测试的动力学模型预测，该巴氏杀菌饮料在4 °C下可维持约17周的质量稳定，具有较高的微生物安全性和令人满意的生物活性保留率。尽管存在预测血糖指数（pGI）较高（pGI > 70）的挑战，这些发现证明了DBB作为康普茶发酵可持续底物的可行性，为功能性饮料开发提供了基线，同时支持成分升级利用和农工业侧流的可持续利用。

研究背景与问题：香蕉花（BB）作为香蕉种植过程中果实成熟前产生的丰富农工业可食用副产物，传统上在印度、斯里兰卡、印度尼西亚、马来西亚和泰国等南亚及东南亚国家被用作食品和民间药物。香蕉花含有多种植物化学物质，包括生物碱、糖苷、类固醇、皂苷、单宁、三萜烯、甾醇和多酚等次生代谢物，已报道含有没食子酸、原儿茶酸、龙胆酸、香草酸、香草醛、咖啡酸、丁香酸、阿魏酸、对香豆酸、绿原酸和芥子酸等多种酚酸。体外和体内研究证据表明，香蕉花表现出广泛的生物活性，包括抗菌、抗炎、心脏保护、抗癌、抗衰老以及抗糖尿病作用。然而，香蕉花作为营养、膳食纤维和生物活性化合物的来源尚未得到充分利用。功能性饮料作为功能性食品行业中增长最快的细分领域之一，因能够递送生物活性化合物、调节肠道微生物群、促进胃肠健康并有助于疾病预防而受到广泛关注。康普茶因其由醋酸菌（AAB）和酵母菌组成的共生菌群（SCOBY）介导的独特发酵过程而成为杰出饮品，该过程产生多种有机酸、维生素和生物活性代谢物，从而增强抗氧化特性。传统康普茶由红茶或绿茶和糖制成，但近期研究越来越多地探索以水果、花卉和其他植物材料为基础的底物作为富含膳食纤维和生物活性化合物的替代原料。尽管茶基和水果基康普茶研究日益增多，但关于香蕉花衍生底物应用的信息有限，香蕉花作为功能性发酵底物的潜力（特别是与限定微生物菌群组合时）在很大程度上尚未被探索。因此，本研究旨在利用干燥香蕉花（DBB）作为功能性植物基底物，结合限定微生物菌群开发康普茶饮料，评估其物理化学特性、抗氧化活性和感官特性，以评估其作为支持健康的新型功能性饮品的潜力。论文发表在《Sustainable Food Technology》。

主要技术方法：研究采用了以下关键方法：使用限定微生物菌群（包含两种醋酸菌、两种酵母菌和一种乳酸菌）进行21天静态发酵；通过高效液相色谱（HPLC）定量有机酸、糖和乙醇；采用Folin-Ciocalteu法测定总酚含量（TPC）和DPPH自由基清除法测定抗氧化能力（TEAC）；体外α-葡萄糖苷酶抑制试验评估抗糖尿病潜力；spot-on-lawn法评估抗菌活性；体外模拟胃肠道消化测定预测血糖指数（pGI）；基于Q10方法的加速货架期测试预测产品稳定性。样本来源：香蕉花采自泰国碧差汶省（Phetchabun Province）咖啡间作系统中栽培的Musa sapientum cv. 'Nam Wa'品种，微生物菌株包括分离自泰国成熟芒果的Komagataeibacter rhaeticus KUB-232/3和分离自泰国发酵稻米的Lactiplantibacillus plantarum KUB-KJ174。

研究结果：

DBB的近似组成：DBB主要由碳水化合物和膳食纤维组成，总膳食纤维含量达46.69%，其中不溶性膳食纤维占41.20%，可溶性膳食纤维占5.49%。蔗糖、葡萄糖和果糖是主要糖类，占干重的9.43%，作为微生物发酵的易得碳源。DBB还表现出高TPC（38.66 ± 2.37 mg GAE g^?1），超过ABB（Namwa Mali Ong）香蕉花品种的报道值（8.06 ± 0.70 mg GAE g^?1），抗氧化活性为4.69 ± 0.15 mg TE g^?1，α-葡萄糖苷酶抑制活性达94.12% ± 0.36%。

发酵过程中的生化与微生物响应：两种配方在发酵过程中均表现出显著酸化，pH从6.80–6.97降至第12天的2.48–3.02，伴随可滴定酸度（TA）相应增加。蔗糖在前三天迅速消耗（约68–62 g L^?1降至1.5 g L^?1），乙醇产量在第3天达到峰值（LD配方0.51 g L^?1；HD配方0.78 g L^?1），随后因醋酸菌将乙醇氧化为乙酸而下降。高DBB浓度（HD）显著影响乳酸菌（LAB）响应，第3天数量即增加至5.8 log CFU mL^?1，伴随更高乳酸水平和TA，表明高DBB可用性下LAB代谢增强。

发酵过程中的有机酸谱：第21天时，LD配方总有机酸含量达22.96 ± 1.29 g L^?1，HD配方达26.79 ± 0.79 g L^?1。两种配方中葡糖酸和乳酸是主要有机酸，LD配方分别占相对丰度的65%和12%，HD配方分别占61%和19%，其次是乙酸、苹果酸和葡糖醛酸。乳酸水平超过先前可比康普茶系统中报道的浓度（2.0 g L^?1），表明DBB成分刺激了乳酸产生菌。

动力学表征：DBB浓度的变化未显著改变AAB的生长行为，而LAB在HD配方中的最大比生长速率（μ_max）比LD配方高三倍（0.98 day^?1对比0.32 day^?1），伴随生物量生产率（Q_x）近十倍增加（21.41 × 10⁴对比2.25 × 10⁴ CFU per mL per day）。HD配方中乳酸的最大产物浓度（P_max）和体积生产率（Q_p）更高，而乙酸Q_p显著下降。

DBB康普茶的功能特性：两种配方的TPC在发酵过程中均增加，HD配方始终高于LD配方。TEAC在第3–6天出现显著峰值（HD配方为73–74 μg TE mL^?1），与体外α-葡萄糖苷酶抑制活性升高（65–80%）一致。从第15天起，HD配方的抑制水平保持较高（≥94%）。抗菌活性方面，第0天无抑制效果，第3天出现弱抗菌活性（特别是HD配方），第9至21天在两种配方中均持续显著。抑制的时间起始和强度与pH急剧下降和有机酸（主要是乙酸和乳酸）快速积累密切相关，表明观察到的抗菌效果主要由有机酸积累和由此产生的低pH环境驱动。

微生物、化学与功能特性的相关性：主成分分析（PCA）显示两个主成分占总方差的72.93%（PC1占58.89%，PC2占14.04%），样本沿PC1从左到右的明显转变反映了早期阶段（第0–3天）可发酵糖消耗和pH降低到晚阶段（第9–21天）TA和有机酸积累的转变，这一转变与抗氧化能力增强（TPC、TEAC）、α-葡萄糖苷酶抑制以及对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和蜡状芽孢杆菌的抗菌活性密切相关。HD处理中酵母菌、AAB和LAB呈显著正相关，而LD处理中LAB和酵母菌呈负相关。TPC与TEAC和α-葡萄糖苷酶抑制活性均呈正相关。

巴氏杀菌DBB康普茶的感官属性与接受度：30名未培训小组成员使用9点享乐量表评估，巴氏杀菌DBB康普茶在香气、颜色和整体接受度方面获得与商业泰国茶康普茶CK2相当的分数，外观分数显著优于商业产品。小组成员普遍将产品描述为具有平衡的酸甜口感，但部分小组成员偏好略甜且酸度较低的口感，表明可进一步优化发酵参数以提高消费者感官吸引力。

货架期：在4 °C和37 °C六周储存期间，巴氏杀菌DBB康普茶在物理化学和功能特性方面表现出高稳定性。加速储存条件下（37 °C）第6周观察到pH轻微下降伴随TA相应增加。pGI仅出现轻微初始下降（从77.20降至72.54–73.77），在整个储存期间保持在高pGI类别（pGI ≥ 70）。基于Q10方法的动力学模型预测，巴氏杀菌DBB康普茶在4 °C下可维持可接受质量（TA ≤ 1.0%）约17周，而使用上单侧95%置信区间的不确定性估计表明理论上限可达45周，但Q10模型提供的约17周估计更为保守且商业上更现实。

讨论与结论：研究发现提高DBB浓度可调节发酵动态，增强有机酸（主要是乳酸）、总酚类和体外抗氧化能力的积累。所得饮料表现出初步的体外α-葡萄糖苷酶抑制作用以及对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和蜡状芽孢杆菌的抗菌效果。巴氏杀菌后评估显示物理化学和微生物学特性稳定，基于加速货架期测试的动力学模型预测在4 °C下约17周的稳定性。尽管存在高预测血糖指数（pGI > 70）的挑战，DBB显示出作为功能性植物基底物的强大潜力。这些结果为未来工艺优化、体内验证和农业侧流增值利用提供了坚实基础。