行迩出版《香蕉副产物综合利用研究》——香蕉提取物的利用研究

香蕉（Banana）为芭蕉科（Musaceae）芭蕉属（Musa）的单子叶植物，是世界四大名果之一。我国是世界第三大香蕉生产国，2021年全国香蕉种植面积410khm2。香蕉生产的同时也产生了75%左右的香蕉茎、叶副产物，2021年就有香蕉茎、叶达3063.67万t。当采果后，剩余的香蕉茎、叶等便废弃不用，不仅影响蕉园环境招来虫害，而且堵塞交通，造成资源重大浪费。目前，我国香蕉茎、叶的利用主要停留在饲料化和纤维粗加工的利用研究上，有关香蕉茎、叶中有效成分的研究和应用尚未见详细报道。本文以香蕉茎、叶为原料，通过活性预试验分析并确定其中具有活性的有效成分，提取并检测有效成分的洗涤性和抗氧化特性，最后进行有效成分提取工艺优化设计及其洗涤、抗氧化机理的初步研究。

应用化学试剂显色法，对香蕉茎、叶的成分进行活性预试验，筛选出蛋白质、半纤维素、果胶、活性多糖、脂肪、单宁、叶绿素、叶黄酮为有效成分。根据溶剂极性与有效成分溶解度的关系，选用石油醚、乙醇和水依次对香蕉茎、叶进行浸提，并通过两相溶剂萃取法、沉淀法、透析法、结晶法、液相色谱分离、柱层析法等分离手段对各有效成分进行分离和纯化。由于脂肪和叶绿素难以分离，本试验采用CO2超临界萃取可以有效分离脂肪和叶绿素，并提高脂肪得率。

洗涤活性检测从起泡力及泡沫稳定性、表面张力、去污力三个方面来考察香蕉茎、叶有效成分的表面活性及其洗涤力。泡沫性能采用GB/T 7462-1994的Ross-Miles法进行；表面张力采用环法测定；去污力检测选用乳化法，以雕牌洗洁精、12-烷基硫酸钠、吐温-80为参照样。试验结果表明：香蕉叶石油醚抽出物、叶多糖和叶绿素铜钠盐具有良好的起泡性和稳泡性；其临界胶束浓度CMC值和其该浓度下的表面张力分别为：1.0g/l（34.295 mN/m），1.0g/l（42.398 mN/m），3.0g/l（40.123 mN/m），已经接近或超过参照物的表面活性；香蕉叶石油醚抽出物的乳化能力最强，乳化性能已接近乳化剂吐温-80，其次为叶多糖和叶绿素铜钠盐。乳化性能越好，其去除油污能力越强。因此，从泡沫性能、表面张力、去污力三个方面，本研究认为香蕉叶石油醚抽出物、叶多糖和叶绿素铜钠盐可以开发作为餐具洗涤剂或洗涤助剂。

抗氧化特性检测采用DPPH-HPLC法考察香蕉茎、叶脂溶性和水溶性提取物以及各种有效成分的清除DPPH自由基能力，以IC50值作为评价试样清除指标，以芦丁、抗坏血酸等抗氧化剂为参照样。试验结果表明：香蕉叶中的叶黄酮、叶多糖和香蕉假茎的单宁具有较强的清除DPPH自由基能力，其IC50为0.942、0.832、0.895均高于芦丁（IC50为0.751）。香蕉茎、叶具有开发天然抗氧化剂的价值。

香蕉叶多糖提取工艺L9(34)正交试验得出的最佳工艺条件为：料液比1∶25，温度80℃，时间6h。香蕉叶中多糖的提取率为1.64%。采用超临界CO2萃取香蕉叶脂肪，L9(34）正交试验得出的最佳工艺条件为：萃取压力35MPa，萃取温度40℃，CO2流量30kg/h，萃取时间1.5h，香蕉叶脂肪萃取率达到3.35%。香蕉叶制备叶绿素铜钠盐工艺设计通过L9(34)正交试验得最佳工艺：75%乙醇，料液比1∶8，60℃水浴回流萃取8h，3倍体积5%NaOH皂化30min，加2倍体积20%的CuSO4溶液铜化20min，再加8倍体积20%NaOH成盐。本工艺产品质量好，得率高达0.70%。香蕉叶提取黄酮工艺设计通过L9(34)正交试验得最佳工艺为：溶剂为8倍量55％乙醇、100℃水浴、每次1h回流提取2次，香蕉叶黄酮提取率达到3.981%。香蕉假茎单宁提取采用L9(34)正交试验得出最佳工艺条件为：温度60℃，时间10h，丙酮浓度100%，料液比1∶10，香蕉假茎单宁的提取率分别为5.13%。

综上所述，本研究——香蕉茎、叶有效成分的提取和洗涤活性、抗氧化特性研究具有较好的生态和社会效益，若能实际应用将产生显著的经济效益，同时又填补国内外空白，为今后香蕉茎、叶的合理利用提供理论依据和应用实例。

出版                  科学文化出版社

设计                  行迩出版

书号                 978-988-70168-7-8

文章节选

本研究的意义

（一）洗涤剂的研究前景

洗涤剂是以各种表面活性剂和多种助剂复配而成的洗涤用品。自60年代开始，以石油为原料生产合成洗涤剂已有30多年历史了。从其历史发展来看，经历了几个大的飞越。二战以前，肥皂几乎是作为唯一的表面活性剂应用于洗涤剂中。1946年，美国把四聚丙烯苯磺酸盐（TPBS)引入洗涤剂中。这种表面活性剂显示了优良的性能，易生产且价格便宜，在众多洗涤剂中，它一跃成为主要的表面活性剂。但随之而来引起的泡沫问题亦席卷了整个世界。为了解决这个问题，此后改用直链烷基苯磺酸盐(LAS）配制，但又大量出现使用洗涤助剂三聚磷酸钠问题，引起“过肥化”。进入70年代以来，许多国家相继颁布了限磷法律。进入90年代，尽管以石油为原料的产品仍能作为现今洗涤剂原料的主体，但随着石油资源的日趋枯竭，合成洗涤剂的前景不容乐观。此外，合成洗涤剂另一致命弱点是其生物降解性差，易造成环境污染且对皮肤有刺激性。随着人们对环境保护和个人自身保护意识增强，对洗涤用品提出了更高要求：产品需具有无刺激、无毒；生物降解迅速、彻底；配伍性能优良、可持续发展等优点。因此，能满足上述要求的由天然表面活性剂配制而成的新型洗涤剂更受市场欢迎，前景广阔。

所谓天然表面活性剂是具有表面活性的天然物或衍生物，一般可根据天然物的加工程度如何，将天然表面活性剂分为四类，如表1—２。

文献表明，研究工作仍主要集中在制备工艺、催化剂和产品的应用等方面，其中尤以应用研究最为活跃，这是因为天然表面活性剂是一种新型的表面活性剂，尽管它本身具有优异的性能，但人们认识它，需要一个过程。要使用户和消费者接受它，就应主动让其了解使用天然表面活性剂的好处及具体如何应用，这就是应用研究的任务，因此应用研究是天然表面活性剂推广的关键一环。而现今我们国内在应用研究方面仍很薄弱，有待大力加强。此外，我们还需要解决天然表面活性剂如何实现商业化生产的问题。目前德国Henkel公司的APG生产比较成熟，但仍需降低成本，而MES生产技术虽已推出近30年了，但产物色泽深的问题始终未能得到解决，直至最近，狮子公司通过在反应装置、反应工艺条件和反应添加剂方面作了改进，基本解决了色泽深的问题，得以生产出高质量、好效益的产品，GM的性能指标和成本状况尚未公开，是否能实现商品化生产还不好评论。在此还需指出的是:近年来，为了获得天然表面活性剂的温和性，往往牺牲了诸如发泡性能，清洗性能等表面性能，成本上去了却反而达不到所需要的性能要求，得不偿失，因此开发多功能的天然表面活性剂是研究的新动向。从欧洲发起的“绿色”运动给全球表面活性剂工业和洗涤行业带来了巨大的冲击。

国外专家预言，进入下一世纪，表面活性剂和洗涤行业中将是温和的、可再生的天然表面活性剂的一统天下，但同时天然表面活性剂又面临如何开发新品种，如何将产品浓缩化和配伍化等新课题，这将是未来几年发展的另一新动向。

虽然，专家定论LAS是可生物降解的，仍能作为洗涤剂的主要活性物质，但其地位在人们心目中日益下降。随着人们对表面活性剂的要求日益提高对石油资源日渐枯竭的担忧，具有性能优良、原料丰富、价格相对低廉、可持续发展等优点的天然表面活性剂，其研究更具意义，其应用前景将日益广阔。

（二）抗氧化剂的研究前景

抗氧化剂是指那些能够阻断氧自由基的生成或能够清除氧自由基的物质。越来越多的证据表明，氧自由基在人类许多疾病的发生、发展中起着十分重要的作用。目前，同自由基损伤关系比较肯定的疾病有：动脉粥样硬化、高血压、白内障、各种炎症、癌症、心肌缺血再灌损伤、关节炎和类风湿症等。

随着对氧自由基与疾病关系的理论研究不断深入，抗氧化剂的应用价值日益受到重视。由于人们十分关注人工合成的抗氧化剂是否会带来毒性，于是将注意力转向天然抗氧化剂，特别是那些存在于草药、香辛料、植物饮品、蔬菜和水果中的抗氧化成分。植物提取物的抗氧化活性成分主要有黄酮、植物多酚、酚酸类化合物、维生素、多糖、酶、蛋白质和氨基酸等类型。近年来，自由基在食品氧化变质和人体诸种疾病中的影响越来越引起人们的重视，抗氧化剂已成为食品、医药和日化行业不可缺少的物质。

1.食品添加剂

由于氧化作用，食品的脂肪和油脂常常容易变质。脂肪和油脂的氧化经由自由基的引发和加速，最后转变成为稳定的氧化产物，这种产物导致香味消失和其它不良性质。化学合成抗氧化剂价格低廉，一直为人们普遍使用，但自20世纪70年代以来的大量研究发现，在食品中广泛使用的合成抗氧化剂BHA、BHT等具有潜在毒性和致癌作用，一些国家已相继对它们的使用作了限制。我国在此方面起步较晚，截止1999年我国批准使用的食品抗氧化剂有14种，其中就有11种仍是合成产品。但随着人们生活水准的提高，对天然产品日渐崇尚，植物抗氧化剂正在逐渐受到重视。寻找天然、高效、低毒的抗氧化剂成为了一种必然趋势，著名的天然抗氧化剂资源有唇形科的百里香属和迷迭香属的草药，茶叶，以及鼠尾草、丁香等等。

2.医药与保健

现代疾病对人类的威胁正在改变着疾病谱，要求医疗模式由单纯的疾病治疗向预防、保健、治疗、康复相结合的模式转变，各种替代医学和传统医学将发挥越来越大的作用．在这种背景下形成的“回归自然”的世界潮流正推动着国际社会对天然药物和营养药物需求的日益增长。

具有清除自由基功能的食品，它具有非常强大的清除自由基的能力，现代医学和营养保健学认为，自由基在人体内可以直接引起许多疾病，还和另外一些疾病发生有关。抗氧化剂有助于预防60多种与自由基有关的疾病，包括癌症、心脏病、过早衰老和关节炎等。

抗氧化剂的防病保健功效的基础就是其清除自由基的能力。另外抗氧化剂还有一些其它特点，如很好的生物利用度，易于和胶原蛋白结合，稳定细胞膜以及抗酶活性（组胺脱羧酶），这些特点与其抗氧化能力协作，使抗氧化剂成为一种基于清晰的理论基础和严格的实验结果之上的保健功能食品。

3.化妆品

皮肤是人体的重要器官之一，也是健美的重要标志。自由基在皮肤衰老过程中起着重要作用，抗氧化剂可通过对弹性蛋白酶和胶原蛋白酶的抑制使皮肤变得更光滑和富有弹性，从内部和外部同时防止由于过度日晒所导致的皮肤损伤。谨慎地使用一些经过严格科学实验证明了的自由基清除剂，以补充皮肤中自由基清除剂和酶的不足，可维持皮肤中自由基的平衡，延缓皮肤的衰老。

紫外线照射产生的自由基是引起皮肤老化的重要因素，还会引起皮肤的急性反应。由于植物多酚在紫外区(200nm~300nm)有很强吸收，所以多酚具有“紫外线过滤器”的功能。通过几种多酚的复配，利用其在紫外光区最大吸收峰的差异，可起到广谱防晒的作用，减少因日晒引起的皮肤黑色素的形成，起到保护皮肤的作用。

可见，植物抗氧化剂是一类重要的天然提取物。在食品中添加适量抗氧化剂，可以延缓食品腐败变质的时间；在医药上广泛应用于消除辐射造成的伤害，许多植物抗氧化剂还具有抗癌、抗病毒的功能；在保健上能够消除人体内产生的各种自由基，延缓衰老、减少心脑血管疾病的发生；应用于美容化妆品可提高其抗紫外线性能，并具有滋养皮肤的作用。大力开发天然抗氧化剂具有广阔的应用前景。

（三）本研究的意义

“香蕉树”全身都是宝。但目前对香蕉茎、叶的利用研究主要在饲料化和纤维的加工利用研究上，而有关香蕉茎、叶中有效成分的研究和应用尚未见详细报道。据初步分析，真茎、假茎、叶片、果实、果皮均含大量可利用的有效成分。本研究针对如何就香蕉茎、叶的有效成分进行开发利用展开了大量调研，调研中发现：

在日常生活中人们常用香蕉叶、食盐、淀粉、花生油来洗涤一些附着在小肠、猪肚上的油腻物质，后者均为精细化工品，经济上不划算。而香蕉叶不仅可以得到同样的洗涤效果，且经济实惠。初步表明香蕉叶中含有可作为天然洗涤剂或洗涤添加剂的有效成分。

此外，在台湾和闽南一带农村，农民经常利用竹叶、香蕉叶来包扎食物，如粽子、年糕、料理等，然后进行蒸煮，不仅能够味道可口，而且能够保鲜，使食品一段时间不变质。已经有大量研究表明竹叶含有相当数量具有抗氧化、抗自由基、抗衰老功效的生理活性成分，竹叶中的抗氧化组分具有很强的清除活性氧自由基和阻断亚硝化反应的能力，并且有良好的水溶性和热稳定性，可以开发成为食品抗氧化剂、保鲜剂，配制成抗氧化食品、老年功能性食品和防治老年病的药物。作为和竹子一样可以用于食品包裹、保鲜的香蕉叶，初步认为该植物体内也含有具有抗氧化活性的有效成分。

随着科学的发展、新技术的应用，天然产物有效成分的提取、分离与应用获得前所未有的发展，一些天然产物有效成分的功效引起了人们普遍的兴趣和关注，植物有效成分的研究与开发方兴未艾，发展迅猛。在崇尚回归自然的理念下，从植物中提取分离有效成分的研究成果已经广泛地应用于化工、医药、食品、化妆品行业等领域中，具有十分广阔的发展前景。

因此，本研究以香蕉副产物为原料，提取茎、叶中的有效成分，通过测定各有效成分的特性指标来考察各有效成分的实用性和有效性，找出其中具有洗涤活性和抗氧化性的有效成分，并设计出最佳提取工艺，可产生显著的经济效益，同时又有较好的生态和社会效益，填补国内外空白，为今后香蕉茎、叶的合理利用提供理论依据和应用实例。

四、研究目标与内容

（一）研究目标

结合现有条件与实验总结，设定研究目标为：

以香蕉茎、叶为原料，通过活性预试验分析并确定其中具有活性的有效成分，提取并检测有效成分的洗涤性和抗氧化特性，最后通过提取工艺优化设计，从香蕉茎、叶中获得最大量的具有洗涤活性和抗氧化特性的有效成分，为工业化应用提供理论依据和较佳工艺参数。

（二）研究内容

①从香蕉茎、叶中提取、分析并确定其中具有洗涤活性和抗氧化活性的有效成分。

②香蕉茎、叶有效成分理化特性的测定。

③香蕉茎、叶中具有洗涤活性和抗氧化特性有效成分的提取工艺及工艺条件、参数的工业化研究。

④香蕉茎、叶有效成分洗涤活性机理和抗氧化活性机理的初步研究。

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