竹筍膳食纖維的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)

李云琴，趙一鶴

(云南省林業(yè)和草原科學(xué)院，云南 昆明 650201)

膳食纖維主要包括纖維素、半纖維素、果膠、菊粉和木質(zhì)素等，也包含皂苷、蠟質(zhì)、角質(zhì)和抗消化蛋白等相關(guān)的植物類(lèi)物質(zhì)[1]，可分為水溶性和不溶性膳食纖維兩類(lèi)[2-3]，膳食纖維是食品的主要功能成分或生物活性化合物之一[4]，被稱(chēng)為“第七大營(yíng)養(yǎng)素”“腸道清道夫”，能降血糖、助消化、減肥和預(yù)防冠心病、糖尿病、高血壓等[5]，是食品和醫(yī)療保健研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)[6-7]。

竹筍營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，鮮嫩爽口，是深受大眾喜愛(ài)的純天然綠色健康食品。膳食纖維在竹筍中含量豐富，粗纖維在每100 g竹筍中的含量達(dá)0.58 g[8]，是竹筍中重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之一，竹筍膳食纖維主要由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和多糖等組成[9]，它具有比其他膳食纖維更好的水油保持能力[10]，開(kāi)發(fā)利用竹筍膳食纖維具有廣闊的前景。筆者總結(jié)了國(guó)內(nèi)對(duì)竹筍以及其副產(chǎn)物筍頭、筍殼等的膳食纖維的研究進(jìn)展，包括竹筍膳食纖維提取方法，改性方法和應(yīng)用現(xiàn)狀，以期為竹筍加工剩余物高效利用、竹筍膳食纖維加工利用提供參考。

1 竹筍膳食纖維的提取方法

竹筍膳食纖維提取方法很多，如簡(jiǎn)便法、化學(xué)法、溶劑法、酶法、發(fā)酵法、超聲法、高壓法、酸堿法、酶-化學(xué)法等[11-15]，將這些方法總結(jié)歸納為物理提取法、化學(xué)提取法、生物提取法和聯(lián)合提取法。

1.1 化學(xué)提取法

化學(xué)法就是將原料干燥磨碎后用酸、堿等化學(xué)試劑選擇在適宜的提取溫度和時(shí)間下來(lái)制備膳食纖維的方法[11-12]。常用的有酸堿提取法和酸堿結(jié)合提取法等。王昕岑等[13]以馬頭筍的筍頭、筍殼為原料，采用酸和堿液浸泡的方式提取竹筍膳食纖維，并分別獲得最佳提取工藝。彭昕[14]用1∶20料液比，2%六偏磷酸鈉溶液，pH 6.5條件下60 ℃提取3 h的方法，得到的雷竹筍膳食纖維的提取率較水提法、酶解法高，為31.25%。徐靈芝[11]采用同樣的方法制備雷竹筍膳食纖維，在最佳的工藝條件下筍渣膳食纖維的得率為72.5%?；瘜W(xué)法操作簡(jiǎn)便，提取成本低，可以得到純度較高的竹筍膳食纖維，但是操作過(guò)程較為繁瑣，在提取過(guò)程中需要水洗會(huì)造成水溶性膳食纖維的損失，采用酸堿提取法和酸堿結(jié)合提取法制得的纖維產(chǎn)品，色澤較差，不易漂白[15]，并且產(chǎn)生大量的廢液污染環(huán)境，有待進(jìn)一步完善[16]。

1.2 生物提取法

生物提取法主要包酶法和發(fā)酵法。酶法是通過(guò)加入特定的酶去除蛋白質(zhì)、淀粉和脂肪等成分物質(zhì)來(lái)獲取膳食纖維的方法；發(fā)酵法是用乳酸菌或真菌等微生物對(duì)原料進(jìn)行發(fā)酵，消除植酸，去除膳食纖維以外的碳氮源，減少蛋白質(zhì)、脂肪和淀粉等物質(zhì)來(lái)獲得膳食纖維的方法[12,17-18]。彭昕[14]用酶解法在最佳提取條件即料液比1∶20、添加量為0.8%、pH 5.0，經(jīng)25 h提取，得到12.45%的雷竹筍水溶性膳食纖維。范海芳等[18]利用酶法提取竹筍可溶性膳食纖維，在最佳工藝條件(水浴溫度73 ℃，酶添加量0.64%，酶解時(shí)間67 min，料液比1∶14)下得到的可溶性膳食纖維提取率最高，為3.34%。尹禮國(guó)等[19]利用乳酸菌發(fā)酵制備苦竹筍膳食纖維，在竹筍漿中加入3%脫脂奶粉和0.5%蔗糖，接入4%(v/v)的嗜熱鏈球菌與保加利亞乳桿菌配比為1∶1的發(fā)酵劑，在41 ℃條件下恒溫發(fā)酵20 h，得到總膳食纖維和可溶性膳食纖維最高，分別為76.87%、15.73%。曹小敏[20]用綠色木霉發(fā)酵后提取雷筍筍肉及筍殼的膳食纖維，在發(fā)酵條件為8%的接種量，于32 ℃，pH為7.0條件下培養(yǎng)48 h，制得雷竹筍膳食纖維含量為85.23%，可溶性膳食纖維為30.43%。徐靈芝[11]混合保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌對(duì)雷竹筍渣進(jìn)行發(fā)酵，7.5∶1的液料比，4%接種量，40 ℃發(fā)酵24 h，膳食纖維的得率為80.20%。李璐等[21]采用同樣方法，在徐靈芝的工藝條件基礎(chǔ)上改料液比為10∶1，提取的雷竹筍渣膳食纖維得率為(80.20±0.60)%。酶法提取膳食纖維操作簡(jiǎn)便，不需高溫高壓，提取條件溫和，對(duì)環(huán)境的污染較小，提膳食纖維雜質(zhì)少純度較高，但是反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，提取成本高[16]。發(fā)酵法相對(duì)安全、高效，成本低，應(yīng)用較為廣泛，其制備的膳食纖維含量、生物活性、持水力和溶脹性較高，氣味色澤較好，但是存在菌種的選擇問(wèn)題[17]。

1.3 物理提取法

物理法主要是利用外力使原料受到高溫、高壓等來(lái)獲得膳食纖維的方法。常見(jiàn)的方法有浸提法、超聲法和高壓法等[17]。吳麗萍等[22]用超聲波輔助溶劑浸提法提取毛竹筍篼膳食纖維，在1∶20料液比，60 ℃，0.5% NaOH條件下提取率為20.24%。用同樣的方法，史輝等[23]用60目粒徑、43∶1液料比、454 W功率72 ℃超聲25 min，竹筍不溶性膳食纖維提取率為47.23%。彭昕[14]用水提法提取雷竹筍水溶性膳食纖維，在最佳提取條件(1∶20料液比，90 ℃提取5 h)下提取率為15.09%。詹永貴[24]采用水浴浸提法制備竹筍中膳食纖維，在1∶15 g·mL-1料液比，堿70 ℃浸提100 min，用酸中和浸提120 min的條件下膳食纖維得率最高為8.3%。物理提取法更大限度的獲取可溶性膳食纖維，且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。但是物理方法處理竹筍會(huì)使其持水力下降，因此使用此法首先需要測(cè)定竹筍膳食纖維的理化特性、生理功能[17,25]。

1.4 聯(lián)合提取法

聯(lián)合法就是將幾種方法相結(jié)合來(lái)提取膳食纖維，如化學(xué)與物理法相結(jié)合，吳麗萍等[26]采用酶法與堿法相結(jié)合的方式，在最佳工藝(0.5% α-淀粉酶，0.4%木聚糖，0.6% NaOH，堿解120 min)條件下，春筍水溶性膳食纖維的提取率為 12.70%。楊光等[27]通過(guò)響應(yīng)面法對(duì)竹筍膳食纖維提取工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，在56 ℃酶解95 min，1∶3的纖維素酶與蛋白酶，0.52%復(fù)合酶條件下，提取的竹筍膳食纖維得率最大，為53.21%。聯(lián)合提取法可能是未來(lái)一種理想的選擇。

2 竹筍膳食纖維改性方法

在食品工業(yè)中竹筍膳食纖維常被用于功能性添加劑和填充劑及脂肪替代物。竹筍膳食纖維的生理功能的發(fā)揮主要靠可溶性溶性膳食纖維，可溶性膳食纖維抗氧化活性、膨脹力、持油力、持水力較高，具有降低膽固醇、改善便秘、預(yù)防癌癥等功能[28]。但竹筍膳食纖維中不可溶性膳食纖維的含量高達(dá)92%[29]，而天然水溶性膳食纖維成分含量偏低，無(wú)法達(dá)到膳食平衡要求。若直接使用膳食纖維，將影響食品口感和保健品功效，無(wú)法滿足其在食品工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域的中應(yīng)用[30]。因此有必要對(duì)竹筍膳食纖維進(jìn)行改性，提高其中可溶性膳食纖維的含量，來(lái)改善膳食纖維品質(zhì)，提高其生理功能?？偨Y(jié)前人的研究，目前國(guó)內(nèi)主要用化學(xué)法、生物法及物理法及聯(lián)合改性法對(duì)竹筍膳食纖維進(jìn)行改性[31-32]。

2.1 化學(xué)改性法

化學(xué)改性也稱(chēng)化學(xué)修飾，利用酸堿作用使纖維大分子降解，聚合度降低增加水溶性膳食纖維的含量[16,32]。吳麗萍等[22]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)化學(xué)改性后竹筍膳食纖維膨脹力、持水力、結(jié)合水力及可溶性膳食纖維含量都有一定程度的提高，化學(xué)改性可以明顯改善竹筍膳食纖維的質(zhì)量及品質(zhì)。徐靈芝[11]采用過(guò)氧化氫對(duì)雷竹筍渣膳食纖維進(jìn)行脫色實(shí)驗(yàn)，在最佳的工藝條件下，膳食纖維的相對(duì)白度值達(dá)到48.35，脫色處理提高了雷竹筍渣膳食纖維的吸附能力?；瘜W(xué)改性雖然操作簡(jiǎn)單并且成本相對(duì)較低，但是化學(xué)試劑有可能破壞竹筍膳食纖維的表面完整性和分子結(jié)構(gòu)，降低其生理活性和轉(zhuǎn)化率，而且反應(yīng)耗時(shí)長(zhǎng)、污染環(huán)境，可能會(huì)帶入對(duì)人體有害物質(zhì)[22,33]。

2.2 生物改性法

生物技術(shù)改性通常分為酶法和發(fā)酵法，酶有木聚糖酶和纖維素酶等，發(fā)酵菌種通常為乳酸菌[16]。酶法改性用時(shí)短，色澤影響小，副產(chǎn)物較少，SDF含量高，而使用較為廣泛[34]。楊振寰[35]酶法改性雷竹筍膳食纖維，先添加0.15%纖維素酶，再添加等量的木聚糖酶，改性后竹筍膳食纖維孔隙增加、比表面積增大，更多活性基團(tuán)暴露出來(lái)。方東亞等[36]研究表明經(jīng)過(guò)工藝優(yōu)化的復(fù)合酶法可顯著減小筍頭膳食纖維的纖維粒徑，并顯著提高纖維的持水力、持油力和膨脹度等理化性質(zhì)。有研究以雷竹筍為材料，使用木聚糖酶和纖維素酶對(duì)膳食纖維進(jìn)行改性，不僅改善了膳食纖維的膨脹能力、持水量，持油量等指標(biāo)，還增加6倍的可溶性膳食纖維[37]。生物技術(shù)改性環(huán)境污染少，獲得膳食纖維品質(zhì)高，因此不失為一種很好的改性方法，但與提取方法一樣，有成本較高，菌種選擇困難的弊端。

2.3 物理改性法

物理改性是使用高壓和熱處理、超微粉碎、超聲波等物理方法改變竹筍膳食纖維結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，來(lái)改善膳食纖維的各項(xiàng)指標(biāo)[16,32,38]。 研究發(fā)現(xiàn)運(yùn)用超聲波改性新鮮、干制和冷凍方竹筍膳食纖維，提高了其理化性能和抗氧化活性，改變了方竹筍膳食纖維組分[39]。動(dòng)態(tài)高壓微射流可以有效改善方竹筍膳食纖維的理化性質(zhì)，處理壓力為150 MPa時(shí)，粒徑最小，為(370±11)nm，此條件下膳食纖維的持水力、持油力和膨脹力達(dá)到最大[29]。游玉明等[30]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)高壓均質(zhì)處理能有效改善麻竹筍膳食纖維理化性質(zhì)。楊振寰等[35]優(yōu)化得到了高壓均質(zhì)改性雷筍膳食纖維的優(yōu)化工藝條件，顯著提高了雷筍SDF的得率，膳食纖維顆粒的尺寸減小。物理改性快捷、高效、對(duì)環(huán)境無(wú)污染，是膳食纖維改性方法中最常用的一種[29]。但是物理改性對(duì)設(shè)備和操作要求較高，可能會(huì)被破壞膳食纖維的外貌形態(tài)、結(jié)晶區(qū)，降低質(zhì)量[39-40]。

2.4 聯(lián)合改性法

目前膳食纖維聯(lián)合改性主要采用物理和生物改性方法的結(jié)合。方東亞等[36]采用酶解-動(dòng)態(tài)高壓微射流聯(lián)合方法處理后，顯著增強(qiáng)了筍頭膳食纖維的持水力、持油力、膨脹力、粘度等各項(xiàng)指標(biāo)。汪楠等[38]研究發(fā)現(xiàn)高溫蒸煮協(xié)同纖維素酶能有效改善竹筍膳食纖維的理化性質(zhì)，提升其品質(zhì)。王娜等[41]用超微粉碎-纖維素酶聯(lián)合改性法處理麻竹筍，在獲得改性麻竹筍膳食纖維的最佳工藝條件下，竹筍可溶性膳食纖維得率達(dá)到15.89%，且持水力及膨脹力達(dá)到最佳。

3 竹筍膳食纖維的應(yīng)用

隨著人們對(duì)自我健康的關(guān)注度提升，膳食纖維日益受到關(guān)注，被廣泛應(yīng)用到各種食品、保健品和醫(yī)藥制品中。早在20世紀(jì)70年代西方國(guó)家就出現(xiàn)膳食纖維食品，日本起始于20世紀(jì)90年代，我國(guó)膳食纖維食品始于20世紀(jì)90年代末[42]。作為膳食纖維重要來(lái)源的竹筍膳食纖維也被應(yīng)用在面制品、保健品和乳制品中。

(1)在面制品中的應(yīng)用。對(duì)竹筍膳食纖維在面制品的應(yīng)用研究很多，用竹筍膳食纖維粉制成的餅干不僅纖維含量高，而且味道香甜，適于便秘、肥胖的人和老人小孩食用[43]。 添加3%和6%的超微粉碎處理的竹筍老莖膳食纖維對(duì)面包含水率有積極作用，做出來(lái)的高纖維面包具有較高的整體接受度和良好的質(zhì)構(gòu)保持性，綜合評(píng)價(jià)值高于全麥面包[44]。在面團(tuán)中添加3.0%的竹筍膳食纖維，面團(tuán)各項(xiàng)特性最佳，面團(tuán)彈性、粘附性和咀嚼性等都達(dá)到最大值，適量添加竹筍膳食纖維可改善面粉的粉質(zhì)及質(zhì)構(gòu)特性，有助于提高面粉的食用品質(zhì)[45]。在凍藏面制品過(guò)程中添加竹筍膳食纖維，可以通過(guò)改善面團(tuán)的水分分布和微觀結(jié)構(gòu)，從而影響了面團(tuán)的蒸煮特性及流變學(xué)特性[46]。將發(fā)酵法制備的雷竹筍膳食纖維添加到酥性餅干中，得出竹筍膳食纖維酥性餅干的最佳配方組合，按最佳配方制作的餅干品質(zhì)優(yōu)良，色澤好，酥松細(xì)膩、甜味適宜[47]。(2)在乳制品中的應(yīng)用。添加膳食纖維的乳制品不但改善了營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，擴(kuò)大了使用范圍，還滿足了人體所需的各種營(yíng)養(yǎng)成分。改性筍頭膳食纖維能改善酸奶品質(zhì)及功能特性， 研究發(fā)現(xiàn)添加改性的筍頭膳食纖維，不僅能顯著提高酸奶的粘度和持水力，還可以減少乳清析出，且不會(huì)對(duì)酸奶香氣造成影響，對(duì)纖維強(qiáng)化酸奶的口感影響最小的是以酶解-動(dòng)態(tài)高壓微射流法改性的竹膳食纖維[36]。(3)在肉制品中的應(yīng)用。膳食纖維廣泛應(yīng)用在肉制品中，對(duì)肉制品的結(jié)構(gòu)具有重要改善作用，以 2∶2∶1比例的豬皮、水和改性南竹筍可溶性膳食纖維混合制成凝膠來(lái)代替脂肪用于香腸中，豬皮中的高蛋白質(zhì)含量與可溶性膳食纖維較強(qiáng)的水結(jié)合能力降低了香腸蒸煮損失率，增加了香腸中蛋白質(zhì)和水分含量，提高了香腸的物理性能和穩(wěn)定性，含有40%凝膠的中式香腸口感較佳，受大眾青睞[31]。(4)在保健品中的應(yīng)用。李安平[48]采用小鼠動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)竹筍膳食纖維具有良好的潤(rùn)腸通便的功效。林良美[49]研究發(fā)現(xiàn)采用響應(yīng)面優(yōu)化復(fù)合酶酶解法得到的毛竹筍殼高活性可溶性膳食纖維具有良好的輔助降血糖降血脂效果。王彩虹[1]研究表明竹筍總膳食纖維、可溶性膳食纖維、不可溶性膳食纖維對(duì)降低膽固醇、動(dòng)脈硬化等有一定的效果，竹筍總膳食纖維具有良好的輔助降血脂效果。

4 竹筍膳食纖維的發(fā)展趨勢(shì)

隨著人們生活品質(zhì)的提升，對(duì)于食品營(yíng)養(yǎng)和保健功能的關(guān)注度越來(lái)越高。膳食纖維不僅能應(yīng)用到食品工業(yè)中，還具有降血脂、降血糖、減肥、緩解便秘、防止結(jié)腸癌等醫(yī)療保健功效。因此，膳食纖維的提取和高效利用已成為食品和醫(yī)療保健行業(yè)的研究熱點(diǎn)。竹筍及副產(chǎn)物富含膳食纖維，是一種理想的膳食纖維原料。因此，目前已有很多關(guān)于竹筍及其副產(chǎn)物膳食纖維的研究，包括應(yīng)用價(jià)值、功能特性及制取和改性方法等等，為獲取更多的竹筍膳食纖維附加成品提供了理論支撐，但是國(guó)內(nèi)對(duì)膳食纖維研究起步相對(duì)較晚，許多研究?jī)H停留在試驗(yàn)階段，還沒(méi)能形成規(guī)模化，工業(yè)化生產(chǎn)，竹筍膳食纖維的應(yīng)用價(jià)值還未得以真正體現(xiàn)，有待需要進(jìn)一步深入研究。

在竹筍膳食纖維的制取和改性方法中，各種方法都有其弊端存在，總體來(lái)說(shuō)化學(xué)法效率低，會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；生物法中的酶法成本較高；物理法會(huì)使竹筍膳食纖維的持水力下降等等。既然各種提取和改性方法都有利弊，那么是否可以結(jié)合各種方法的優(yōu)勢(shì)形成更多不同組合的聯(lián)合法(化學(xué)法與物理法、化學(xué)法與生物法、物理法與生物法等)或是不同方法協(xié)同使用，以找出更優(yōu)更適宜的提取和改性竹筍膳食纖維的方法。相對(duì)而言，發(fā)酵法成本低，品質(zhì)高，對(duì)環(huán)境污染小，但是對(duì)于提取竹筍的膳食纖維而言，發(fā)酵法需要選擇合適的菌種，未來(lái)的研究應(yīng)多嘗試提取和改性竹筍膳食纖維的菌種選擇上，以解決菌種選擇的問(wèn)題。目前多以雷竹筍、毛竹筍、苦竹筍、方竹筍等來(lái)開(kāi)展對(duì)竹筍膳食纖維的研究，是否通過(guò)研究甜龍竹筍、麻竹筍等高產(chǎn)筍資源，按照竹筍種類(lèi)優(yōu)化提取改性工藝，提高膳食纖維的得率。另外，可以針對(duì)提取和改性后的竹筍及其副產(chǎn)物進(jìn)行研究，看看是否可以重新加以利用，提高竹筍使用率[17]。在竹筍膳食纖維應(yīng)用方面，是否可以拓寬利用渠道，拓展市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)竹筍膳食纖維的多重化利用。

中國(guó)是竹筍資源較為豐富的國(guó)家，如何高效的提取改性和開(kāi)發(fā)利用國(guó)內(nèi)豐富的竹筍膳食纖維資源，實(shí)現(xiàn)高活性竹筍膳食纖維制品的規(guī)?；I(yè)化高效化生產(chǎn)，為食品工業(yè)提供優(yōu)質(zhì)原料，仍是竹筍膳食纖維的一個(gè)重要研究方向。