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香蕉是热带特色水果,不仅产量高,栽培效益好,而且营养丰富,功能多而成为全球鲜果消费量最多、世界贸易量最大的水果。近年研究表明,香蕉高钾、硒、钙低钠,不仅有润肠通便、美容功能,还有降血脂、降血压、降血糖的作用,是2005年世界水果之王,保健加工潜力很大。但香蕉加工因颜色、风味和功能难以保持而非常落后。有资料称我国香蕉加工率不到0.2％。由于没有加工调节,香蕉生产及价格极不稳定,经常出现“卖难”现象,严重影响香蕉产业发展。
作物的生物学特性是其产品加工特性形成的物质基础,不同品种香蕉的生物学和加工特性肯定不同。目前的香蕉品种选育都是从鲜食出发,而且以香牙蕉(香蕉AAA)为主,导致缺乏其他加工品种研究资料,更未见加工特性研究。本文从加工特性的角度出发,从生物学特性、营养与功能、褐变及其机理研究、比较、完善不同品种香蕉的加工特性,丰富香蕉数据库,探索不同生物学特性、加工特性的物质基础和机理,优选适宜鲜食和加工的优势品种。
在蕉类中大蕉抗逆性最强,但鲜食时口感、品质、价格、销售都比不上香牙蕉而少有成规模生产。但大蕉,尤其是中国原产大蕉在抗逆性、产量、营养成分及含量、不易褐变等方面不同于其它主栽品种的表现,具有作为加工原料的潜力。本研究选择大蕉作为研究对象,以东莞大蕉作为主要研究试验材料,以金手指大蕉为辅助实验材料,系统研究大蕉的生物学特性与农艺性状、营养与功能品质、生大蕉主要成分(淀粉)的加工特性、酶促褐变特性及其形成机制,并与巴西香蕉和广粉一号粉蕉进行对比研究。研究结果将为大蕉加工产品形态设计、加工工艺与关键技术开发、相关专用加工设备的设计选型等提供理论依据。主要研究结果如下:
1.大蕉抗逆性强,高抗香蕉枯萎病,管理粗放,产量高。大蕉植株高矮适度,叶片宽短,株型紧凑,根系发达,抗风能力强于巴西蕉与粉蕉;大蕉根系的吸肥能力强,耐瘠性好;大蕉的抗冷性高,生产上较少受到低温寒潮的伤害,有利于种植区域的北移及大蕉种植面积的扩大;大蕉高抗香蕉枯萎病,发病率低于10％,能在枯萎病严重发生的疫区种植,是替代枯萎病疫区的香蕉栽培品种(系);大蕉单株产量与单位面积产量高于巴西蕉与粉蕉,但生长周期比巴西蕉长4个月,土地生产效率低于巴西蕉等主栽品种,不适于在经济发达地区的非枯萎病疫区大面积发展,但宜于在经济欠发达地区大面积生产用作加工原料。
2.大蕉是低脂肪、低蛋白食品。生大蕉果肉以淀粉为主,含量17.09％,高于粉蕉与巴西蕉;成熟大蕉果肉中含可溶性糖为主,TSS含量在17-20％之间;富含膳食纤维,达8.21 g/100g,生大蕉膳食纤维的主要成分是抗性淀粉,成熟大蕉中膳食纤维主要成分为果胶等;不同成熟阶段大蕉果肉中(鲜重)类胡萝卜素含量为260-364μg/g,总灰份含量1.50-1.55mg/g,K含量311.1-374.1μg/g,相同成熟度条件下的大蕉同种营养物质的含量明显高其它供试品种。
3.未成熟大蕉适于加工以含淀粉为主的产品,如香蕉粉、香蕉淀粉和抗性淀粉等。成熟香蕉适于加工果汁、果酱等产品。从供试品种的研究结果来看,大蕉的得粉率16.3％,低于粉蕉但高于巴西蕉;成熟大蕉酶解后的出汁率78.8％,高于巴西蕉与粉蕉;成熟大蕉的含酸量最高,为鲜重的0.695％,pH值为4.41,低于PPO的最适宜pH5.0-6.0;东莞大蕉的糖酸比与固酸比为三种蕉中最低,从产品风味来看,大蕉适于加工;同一品种不同成熟度条件下,所有品种成熟香蕉的褐变能力大于未成熟香蕉,不同香蕉品种间褐变能力由大到小的排列顺序是:巴西蕉＞＞粉蕉＞东莞大蕉,即巴西蕉的护色难度最大,而大蕉较易护色。
4.东莞大蕉淀粉中直链淀粉含量为22.88％,低于巴西蕉淀粉与粉蕉淀粉。大蕉淀粉颗粒为单粒结构,平均粒径57.32μm,大于粉蕉与巴西蕉淀粉;大蕉淀粉颗粒内呈C型结晶结构;东莞大蕉淀粉糊的凝沉性能最强;大蕉淀粉糊冻融稳定性差,不适于直接用于加工冷冻食品;东莞大蕉淀粉凝胶的硬度(10.50N)适中,咀嚼性好;东莞大蕉淀粉糊的冷、热稳定性好。东莞大蕉的糊化温度50.12℃,但糊化温度范围较宽(20.39℃-70.51℃),而且其糊化焓高,为1239.0J/g,是巴西蕉淀粉的314倍,颗粒内结晶结构稳定性极高;东莞大蕉原淀粉的抗消化能强,蒸煮加工只能在一定程度上破坏大蕉淀粉的抗消化性,蒸煮处理后的大蕉淀粉4小时内的体外消化率不大于50％,微波加工对大蕉淀粉消化试验初期的抗消化能力有降低作用,而焙烤加工对大蕉淀粉糊中淀粉的抗消化能力破坏较严重。
5.大蕉加工处理后,前期果浆中氨基态氮含量稳定,样品中存在的5-HMF表明大蕉果肉在加工过程中有美拉德反应发生。加工处理后,前期PPO与POD的活力较高,4小时后PPO与POD活力都同时快速下降,表明大蕉在加工处理前期酶促褐变为主,后期非酶促褐变作用增加。
6.LC-MS结合紫外-可见光谱扫描结果表明大蕉果肉中存在儿茶素与咖啡酸,粉蕉存在表儿茶素、儿茶素与咖啡酸三种酚,巴西蕉果肉中有5种酚,分别是表儿茶素、儿茶素、咖啡酸、香豆素与多巴胺。多巴胺是香牙蕉PPO酶促褐变的主要底物。酚类酶促褐变底物组分存在差异可能导致香蕉品种间褐变差异。在成熟期间大蕉总酚含量增加,东莞大蕉总酚在成熟中后期的增幅较大,游离酚的含量低于总酚,而且在成熟期间的金手指大蕉与粉蕉的游离酚含量有减少的趋势但减幅不大。
7.东莞大蕉、巴西蕉与粉蕉果肉的褐变度与PPO活力的相关性显著,而与POD活力的相关性极显著,东莞大蕉果肉的褐变与总酚的含量相关性显著。PPO与POD都是东莞大蕉酶促褐变中的主要褐变酶类,但在相同反应条件下东莞大蕉PPO与POD的活性处于相对较低水平。
8.东莞大蕉及粉蕉果肉PPO的最适pH为6.0,金手指大蕉果肉PPO的最适pH为7.0,巴西蕉果肉的PPO的最适pH在5.0-6.0,大蕉PPO最适pH值高于大蕉果肉pH值,而巴西蕉果肉pH正处于巴西蕉PPO最适pH范围内;东莞大蕉、金手指大蕉与巴西蕉的PPO对高温敏感,但大蕉PPO比巴西蕉更容易用高温处理灭活;0.6mol/L柠檬酸处理能完全抑制东莞大蕉PPO活性,5mmol/L的Vc能将完全抑制东莞大蕉、金手指大蕉与粉蕉的PPO活性,Vc对巴西蕉果肉PPO活性的抑制作用不明显。
9.大蕉POD的最适pH是4.0-6.0,pH低于4.0或高于6.0时东莞大蕉果肉的POD活力迅速下降;用90℃热水处理东莞大蕉2分钟后其POD活力完全失活;浓度为0.25mol/L柠檬酸基本能完全抑制大蕉POD的活性;4mmol/L的L-半胱氨酸能将东莞大蕉POD降至7个活力单位,1.0mmol/L的Vc能将大蕉果肉POD活性完全抑制。