竹筍加工副產(chǎn)物中生物活性物質(zhì)的研究進(jìn)展

梁安雅，林可為，毛國(guó)興，伍俏佳，王 鋒，劉帆，潘天茂，肖更生，馬路凱，4

（1. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部嶺南特色食品綠色加工與智能制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院輕工食品學(xué)院，廣東廣州 510225；2. 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)部功能食品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510610；3. 云浮市健安食品發(fā)展有限公司，廣東云浮 527300；4. 西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)與食品科學(xué)研究所，西藏拉薩 850000）

竹筍廣泛種植于世界各地，是一種重要的綠色食品及經(jīng)濟(jì)作物[1]。我國(guó)竹筍資源豐富，隨著竹筍加工業(yè)的快速發(fā)展，其加工品種類日益豐富，如筍酒、干筍、酸筍、筍罐頭等[2]。在加工過程，約占竹筍質(zhì)量70%的筍殼、筍頭等加工副產(chǎn)物也日益增多，這些副產(chǎn)物往往被直接丟棄，造成資源的極大浪費(fèi)[3]。因此，有必要對(duì)竹筍加工副產(chǎn)物提質(zhì)增效利用。

竹筍加工副產(chǎn)物富含多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[4]，如多糖、膳食纖維、蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)等，還有多酚、黃酮、生物堿和植物甾醇等多種活性物質(zhì)，具有抗氧化、降血糖、降血脂及抗炎等活性作用[5-6]。目前，針對(duì)竹筍加工副產(chǎn)物資源化利用主要表現(xiàn)在2 個(gè)方面：一是提取分離相關(guān)功能活性物質(zhì)，如多糖、黃酮和木質(zhì)素等。有研究發(fā)現(xiàn)，竹筍殼中分離得到的木質(zhì)素，是α-淀粉酶的活化和固定化的優(yōu)質(zhì)載體之一[7]，竹筍殼的醇提物還具有較好的抗氧化效果[8]；二是對(duì)竹筍加工副產(chǎn)物纖維進(jìn)行再生利用，用于生產(chǎn)動(dòng)物飼料、制備紡織纖維和制備復(fù)合材料等。目前，已有將竹筍加工副產(chǎn)物筍殼與全麥玉米、麥麩等混合進(jìn)行青貯、氨化，制備飼料，一定程度上能改善飼料的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)成分[9]。

對(duì)竹筍加工副產(chǎn)物中活性物質(zhì)的提取方法、結(jié)構(gòu)、活性作用進(jìn)行總結(jié)與歸納，以期為后續(xù)竹筍加工副產(chǎn)物活性物質(zhì)的有效利用提供一定參考。

1 多糖

1.1 提取方法

多糖是竹筍的主要活性成分，總含量可達(dá)13.59%，其中筍殼約占6.07%，筍頭約占2.98%[10]。植物多糖的提取方法主要有溶劑（如水、稀酸、稀堿等） 浸提法、酶解法、微波輔助提取法和超聲波輔助提取法等，目前竹筍副產(chǎn)物中多糖的提取方法主要是酶法和微波-超聲波聯(lián)合輔助法。

竹筍副產(chǎn)物多糖提取方法及其得率見表1。

表1 竹筍副產(chǎn)物多糖提取方法及其得率

由表1 可知，提取竹筍副產(chǎn)物中多糖的最佳方法為微波-超聲波聯(lián)合輔助法，且經(jīng)過水浴處理有助于多糖溶出，但不同部位中得率不同，其中以筍頭中多糖的得率較高（10.05%）。關(guān)于筍殼中多糖提取的綠色、高效方法，仍有待進(jìn)一步的研究。

1.2 結(jié)構(gòu)

目前，對(duì)竹筍副產(chǎn)物多糖結(jié)構(gòu)的研究尚不豐富，僅有的文獻(xiàn)研究結(jié)果也有較大差異。張帥[15]研究發(fā)現(xiàn)，綠竹筍殼多糖是具有支鏈結(jié)構(gòu)、含有少量糖蛋白的吡喃糖，主要由鼠李糖、阿拉伯糖、木糖、果糖組成。陳燦輝等人[16]從毛竹筍頭中也提取得到了吡喃糖，但其主要由葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖組成。劉煥燕等人[12]從毛竹筍殼中提取得到一種酸性多糖，單糖組成為半乳糖醛酸、半乳糖、木糖和阿拉伯糖。綜上所述，關(guān)于竹筍副產(chǎn)物中多糖目前鮮有報(bào)道，單糖組成主要為木糖、阿拉伯糖、果糖，還有少量的半乳糖。關(guān)于不同品種竹筍副產(chǎn)物的多糖組成、結(jié)構(gòu)解析還有待進(jìn)一步系統(tǒng)研究。

1.3 活性作用與機(jī)制

竹筍殼多糖生物活性研究較多，已發(fā)現(xiàn)其具有抗氧化、降血糖、抗炎性等多種生物活性。

竹筍副產(chǎn)物多糖的活性作用見圖1。

圖1 竹筍副產(chǎn)物多糖的活性作用

1.3.1 抗氧化

目前，對(duì)竹筍加工副產(chǎn)物多糖的研究多集中在抗氧化活性，其抗氧化能力主要與其清除自由基能力相關(guān)。張帥[15]從筍殼中提取得到可溶性多糖，并對(duì)其抗氧化活性進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)該種多糖對(duì)羥自由基、1,1 -二苯基- 2 -苦基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH） 自由基和超氧陰離子（O2-·） 自由基清除半抑制質(zhì)量濃度分別為0.17，0.43 和16.00 mg/mL，表明其具有較顯著的體外抗氧化活性。冉俊楓等人[11]研究發(fā)現(xiàn)，苦筍殼多糖對(duì)DPPH 自由基、2,2-聯(lián)氮-雙（3 -乙基苯并噻唑啉- 6 - 磺酸） [2,2-azino-bis（3-et-hylbenzothiazoline-6-sulfonic acid），ABTS]自由基、羥基（Hydroxyl radical，·OH） 自由基、O2-·4 種自由基的清除能力及鐵離子還原/抗氧化能力（Ferric ion reducing antioxidant power，F(xiàn)RAP） 與多糖質(zhì)量濃度有關(guān)，且在一定質(zhì)量濃度下其活性與維C 相似。以上結(jié)果均表明，筍殼多糖的抗氧化效果較好，未來可作為一種潛在的抗氧化物質(zhì)用于實(shí)際生產(chǎn)中。

1.3.2 降血糖

竹筍副產(chǎn)物多糖還具有降血糖功效，且與質(zhì)量濃度有關(guān)。Liu H F 等人[17]從毛竹筍殼中分離得到一種阿拉伯半乳聚糖，結(jié)合體外人結(jié)腸癌（Caco-2）單層細(xì)胞試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該種糖在較高質(zhì)量濃度下對(duì)葡萄糖吸收有顯著的抑制作用。Zheng Y F 等人[18]發(fā)現(xiàn)，筍殼粗多糖對(duì)高脂飲食和鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病小鼠都表現(xiàn)出降血糖效果，且有一定的劑量依賴性。雖已有研究表明，筍殼多糖可通過改善體重和血清胰島素?fù)p失，進(jìn)而降低小鼠的血糖水平，但關(guān)于其具體的降糖機(jī)理和相關(guān)通路，仍有待進(jìn)一步的研究證實(shí)。

1.3.3 抗炎性

竹筍副產(chǎn)物多糖還有抗炎效果。陳光靜[19]從方竹筍筍渣中提取得到一種多糖，發(fā)現(xiàn)其可抑制結(jié)腸炎小鼠結(jié)腸中核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域（NOD） 蛋白樣受體3（NOD-like receptor，NLRP3） 炎癥小體的激活，降低試驗(yàn)小鼠結(jié)腸中促炎細(xì)胞因子腫瘤壞死因子-α（Tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白細(xì)胞介素（Interleukin，IL） - 1β，IL-6 和IL-18 的表達(dá)量，改善結(jié)腸炎小鼠結(jié)腸中促炎細(xì)胞因子IL-1β，IL-6 和IL-18 與抗炎細(xì)胞因子白細(xì)胞介素- 10（Interleukin-10，IL-10） 間的平衡狀態(tài)，對(duì)硫酸葡聚糖納（Dextransulfatesodium，DSS） 誘導(dǎo)的小鼠急性潰瘍性結(jié)腸炎具有顯著的保護(hù)作用。該研究還發(fā)現(xiàn)，其可以通過降低炎癥蛋白iNOS 和COX-2 的表達(dá)，改善結(jié)腸炎小鼠機(jī)體的氧化應(yīng)激，抑制NF-κB 信號(hào)通路中p65 和NF-κB 抑制蛋白-α（IκB-α） 的磷酸化來改善小鼠急性潰瘍性結(jié)腸炎。由此可見，筍渣中的多糖主要是通過降低結(jié)腸中的促炎細(xì)胞因子和炎癥蛋白的表達(dá)起到抗炎作用。

NLRP3 炎癥小體的組成圖見圖2。

圖2 NLRP3 炎癥小體的組成圖

2 膳食纖維

膳食纖維分為水不溶性膳食纖維（Insoluble dietary fiber，IDF） 和水溶性膳食纖維（Soluble dietary fiber，SDF）。與竹筍相似，竹筍加工副產(chǎn)物筍殼、筍頭中也含有大量的膳食纖維，其中筍殼膳食纖維已被作為工業(yè)膳食纖維的生產(chǎn)來源之一。目前，對(duì)竹筍加工副產(chǎn)物中膳食纖維的研究主要集中在提取方法、改性方法及潛在生理活性。

2.1 提取方法

通過物理、化學(xué)和生物方法均可提取得到膳食纖維。傳統(tǒng)熱水提取方法耗時(shí)較長(zhǎng)，需要在高溫下進(jìn)行[20]，因此竹筍副產(chǎn)物膳食纖維提取方面的研究多集中在提取工藝進(jìn)行優(yōu)化方面。目前，提取竹筍副產(chǎn)物膳食纖維的方法主要有酸堿法、酶法、微生物發(fā)酵法等，表2 對(duì)比了竹筍副產(chǎn)物膳食纖維的不同提取方法及工藝。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，竹筍酸堿法提取效率較好，酸堿法是在熱水提取法的基礎(chǔ)上實(shí)施的，在一定的水浴溫度下，酸堿物質(zhì)會(huì)加快細(xì)胞吸水膨脹，從而提高膳食纖維的提取率。微生物發(fā)酵法是利用微生物產(chǎn)生的酶系或者酸性條件，促進(jìn)細(xì)胞壁裂解，達(dá)到提高膳食纖維提取率的方法。與酸堿法相比，酶法和微生物發(fā)酵法可提高竹筍副產(chǎn)物中SDF 的含量，從而可增加膳食纖維的利用率。

表2 竹筍副產(chǎn)物膳食纖維提取方法及其得率

竹筍副產(chǎn)物膳食纖維提取方法及其得率見表2。

2.2 結(jié)構(gòu)

竹筍膳食纖維主要由纖維素、木質(zhì)素和不溶性半纖維素等成分相互交叉、包裹形成（圖3）[26]。竹筍副產(chǎn)物提取得到的膳食纖維的紅外光譜分析也表明其與竹筍的結(jié)構(gòu)組成一樣，由纖維素、木質(zhì)素和半纖維素組成[27]，且與竹筍膳食纖維一樣，具有β-糖苷鍵[28]。

圖3 膳食纖維的結(jié)構(gòu)模型

膳食纖維的結(jié)構(gòu)模型見圖3。

2.3 活性作用與機(jī)制

竹筍副產(chǎn)物中的膳食纖維以IDF 為主，SDF 含量低限制了其在食品工業(yè)中的應(yīng)用[29]，且傳統(tǒng)方法提取得到的膳食纖維顆粒大、口感粗糙，若直接添加到食品中，會(huì)破壞食品原來的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致口感粗糙，使食品品質(zhì)下降[30]。通過對(duì)其進(jìn)行改性，膳食纖維的物理化學(xué)性質(zhì)和功能特性增強(qiáng)[31]，目前常用的改性方法主要有酶-動(dòng)態(tài)高壓微射流法、機(jī)械球磨法、擠壓-纖維素酶法、高壓蒸煮等，通過改性，膳食纖維的粒徑、持水力、持油力及吸附能力都得到的一定的改善。竹筍加工副產(chǎn)物膳食纖維同樣具有降血脂、降血糖、抗氧化和抗消化等生物活性[22]。

竹筍副產(chǎn)物膳食纖維改性方法見表3，竹筍副產(chǎn)物膳食纖維的活性作用見圖4。

圖4 竹筍副產(chǎn)物膳食纖維的活性作用

表3 竹筍副產(chǎn)物膳食纖維改性方法

2.3.1 降血脂

高脂血癥被認(rèn)為是發(fā)生心血管疾病的重要危險(xiǎn)因素，已成為全球性的健康問題[36]。筍殼纖維被發(fā)現(xiàn)能改善高脂血癥小鼠脂質(zhì)代謝紊亂，Luo X L 等人[37]發(fā)現(xiàn)竹筍殼膳食纖維可使受試小鼠總膽固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白-膽固醇分別降低31.53%，21.35%和31.53%，高密度脂蛋白-膽固醇升高37.60%。有研究發(fā)現(xiàn)，IDF 與SDF 均有降血脂的作用，且IDF 能力較強(qiáng)[38]，而竹筍副產(chǎn)物中IDF 含量遠(yuǎn)高于SDF。基于此，可根據(jù)其良好的降血脂功能，將其用于產(chǎn)品開發(fā)中，增加日常膳食纖維的攝入量，從而提高竹筍副產(chǎn)物膳食纖維的利用率。

2.3.2 降血糖

膳食纖維可以降低餐后血糖水平，并通過延緩葡萄糖的擴(kuò)散、抑制葡萄糖擴(kuò)散能力表現(xiàn)出良好的降糖特性[39]。Zheng Y F 等人[40]研究發(fā)現(xiàn)，筍殼SDF在葡萄糖吸附、α-淀粉酶抑制和胰島素分泌方面有較好的效果[17]。膳食纖維經(jīng)腸道菌群發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸（Short chain fatty acid，SCFAs），SCFAs 再通過腸道上皮細(xì)胞被吸收到血液中，參與肝臟葡萄糖和脂肪酸代謝，提高胰島素敏感性，進(jìn)而通過調(diào)節(jié)胰高血糖素樣肽- 1（Glucagon-like peptide-1，GLP-1）的分泌，促進(jìn)胰島細(xì)胞再生修復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)降血糖。

竹筍副產(chǎn)物膳食纖維降血糖的作用機(jī)制見圖5。

圖5 竹筍副產(chǎn)物膳食纖維降血糖的作用機(jī)制

2.3.3 抗氧化

竹筍副產(chǎn)物膳食纖維還具有抗氧化活性，如IDF中含有較多的活性基團(tuán)，如羥基、羧基、甲氧基等，具有多種生物學(xué)活性[41]。龔衛(wèi)華等人[42]用醋酸從麻竹筍殼中提取得到木質(zhì)素，發(fā)現(xiàn)其DPPH 自由基清除能力和亞鐵離子還原能力較人工合成的抗氧化劑2,6 -二叔丁基對(duì)甲基苯酚（2,6-Di-tert-butyl-4-methylphenol，BHT） 要高，表明竹筍副產(chǎn)物膳食纖維可作為一種潛在的新型天然源抗氧化劑。

2.3.4 抗消化

膳食纖維可增加胃腸道內(nèi)容物的黏度，阻礙消化酶與內(nèi)容物的接觸，減少葡萄糖的釋放量，降低消化液中還原糖含量，從而產(chǎn)生抗消化性。有研究發(fā)現(xiàn)，方竹筍筍頭、筍腳等中的SDF 在人工胃液（pH 值3.5） 和人工腸液（pH 值7） 模擬消化6 h后，水解率分別為15.54%，31.08%，與菊粉對(duì)照組的抗消化能力相當(dāng)，具有一定的抗消化性。竹筍副產(chǎn)物膳食纖維的抗消化性為其開發(fā)益生元產(chǎn)品提供了可能性。

3 黃酮

3.1 提取方法

關(guān)于竹筍副產(chǎn)物黃酮的研究主要集中在提取及如何提高其得率方面（見表4），因?yàn)辄S酮易溶于醇類物質(zhì)，故其提取多采用乙醇為溶劑，為了提高提取效率，在醇提法的基礎(chǔ)上有了超聲波輔助-醇提法，通過超聲波處理，使竹筍副產(chǎn)物內(nèi)的分子相互碰撞、擠壓，有利于提高竹筍副產(chǎn)物中黃酮的得率。

表4 不同提取方法中竹筍副產(chǎn)物中黃酮含量的對(duì)比

不同提取方法中竹筍副產(chǎn)物中黃酮含量的對(duì)比見表4。

3.2 活性作用

竹筍殼黃酮具有抑制黑色素合成的功能。蘇雅靜[48]研究發(fā)現(xiàn)，筍殼黃酮提取物對(duì)酪氨酸酶（合成黑色素的關(guān)鍵酶）、單酚酶和二酚酶都具有抑制作用，表明筍殼黃酮可用于美白產(chǎn)品中。楊波等人[45]研究發(fā)現(xiàn)，筍篼黃酮對(duì)人肝癌細(xì)胞（Human hepatoellular carcinomas，HepG2） 有抑制作用，且可改善高濃度胰島素誘導(dǎo)的HepG2 細(xì)胞的葡萄糖消耗量，具有體外抗腫瘤及降血糖活性。綜上所述，竹筍副產(chǎn)物中的黃酮具有良好的活性功能，不僅可抑制黑色素的合成，還可抗腫瘤、降血糖，但還需要對(duì)其活性機(jī)制進(jìn)行更深入的研究，以便對(duì)其進(jìn)行加工應(yīng)用。

4 生物堿

4.1 提取方法

生物堿具有豐富的化學(xué)多樣性和多種生物活性，如抗炎、抗病毒、抗氧化[49]等，關(guān)于生物堿的研究也已成為當(dāng)下的熱點(diǎn)之一。關(guān)于竹筍副產(chǎn)物中生物堿提取方法的研究目前較少，僅有少量報(bào)道發(fā)現(xiàn)采用95%乙醇處理竹筍副產(chǎn)物，將提取物與1%HCl 混合，再用CHCl3提取即可獲得生物堿[50]。關(guān)于竹筍中生物堿綠色、高效的提取方法，仍有待進(jìn)一步研究。

4.2 活性作用與機(jī)制

關(guān)于竹筍加工副產(chǎn)物中生物堿的研究雖然較少，但也有少量研究發(fā)現(xiàn)其具有一定的抗炎活性。Ren Y等人[50]發(fā)現(xiàn)，筍殼的總生物堿可通過下調(diào)促炎介質(zhì)和細(xì)胞因子產(chǎn)生，進(jìn)而抑制ERK 信號(hào)通路的激活，對(duì)脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS） 誘導(dǎo)的RAW264.7巨噬細(xì)胞表現(xiàn)出較好的抗炎活性；進(jìn)一步以RAW264.7巨噬細(xì)胞為模型評(píng)價(jià)抗炎活性，發(fā)現(xiàn)竹筍筍肉生物堿（100 μg/mL） 和筍殼生物堿（100 μg/mL） 對(duì)脂多糖誘導(dǎo)的關(guān)鍵炎癥生物標(biāo)志物一氧化氮（NO） 生成的抑制率分別為57%和69%。表明竹筍殼總生物堿的抗炎活性比竹筍更好，該差異可能是由于竹筍殼中生物堿的含量和種類較竹筍中更為豐富。研究結(jié)果表明，竹筍加工副產(chǎn)物較竹筍本身具有更為豐富的生物堿資源，需要對(duì)其系統(tǒng)的解析和活性評(píng)價(jià)。

5 結(jié)語

我國(guó)竹筍資源豐富，加工過程中會(huì)產(chǎn)生大量竹筍副產(chǎn)物，其具有巨大的發(fā)展前景。竹筍加工副產(chǎn)物具有多種生物活性物質(zhì)，其抗氧化、降血糖、抗炎等活性亟待研究。在近年來關(guān)于竹筍副產(chǎn)物活性物質(zhì)的研究取得了不錯(cuò)的成果，如在竹筍副產(chǎn)物膳食纖維的改性上取得了突破；在竹筍副產(chǎn)物活性物質(zhì)的活性作用機(jī)制上進(jìn)行了更具深度的研究。但不可忽視的是，目前對(duì)竹筍副產(chǎn)物活性物質(zhì)的研究主要集中在含量較豐富的多糖和膳食纖維物質(zhì)，而黃酮、生物堿等活性作用研究相對(duì)較少。其次，研究發(fā)現(xiàn)竹筍殼中富含多糖，但還未將其應(yīng)用到產(chǎn)品開發(fā)中；而竹筍副產(chǎn)物中的黃酮具有抑制黑色素生成的功能，在深入研究下，可將其應(yīng)用于日用品和化妝品的開發(fā)中。目前，有關(guān)竹筍加工副產(chǎn)物的研究多停留在開發(fā)階段，其活性機(jī)制及產(chǎn)業(yè)化利用有待進(jìn)一步的研究，存在較大的發(fā)展空間。