竹筍及其加工副產(chǎn)物膳食纖維制備與高效利用研究進(jìn)展

鄭拾林，李宗軍，童光祥

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點(diǎn)實驗室，湖南 長沙 410128；3.湖南驚石農(nóng)業(yè)科技有限公司，湖南 益陽 413400）

竹子是禾本科竹亞科多年生常綠植物，在世界范圍分布廣泛。中國是世界竹類資源最為豐富的國家，全國竹林面積有641.16 萬hm2，占森林面積的2.94%，主要分布在我國福建、江西、浙江、湖南、四川、廣東、安徽、廣西等地[1]。竹筍作為竹子的雛芽，是中國的傳統(tǒng)食物，它是一種高蛋白、高纖維、低脂肪的食品，越來越受到消費(fèi)者的青睞。由于新鮮竹筍容易木質(zhì)化變質(zhì)，60%新鮮竹筍被加工為筍干、清水筍罐頭、發(fā)酵竹筍等產(chǎn)品進(jìn)行銷售[2]。加工過程中產(chǎn)生的筍殼、筍頭等副產(chǎn)物大部分被作為垃圾進(jìn)行填埋處理，利用率較低。這不僅造成了資源浪費(fèi)，同時也污染了環(huán)境。因此如何更好地利用竹筍，提高其附加值，是未來需努力的方向。

膳食纖維（dietary fiber，DF）指不易被人體消化吸收的多糖類物質(zhì)的總稱，被認(rèn)為是食物主要生物活性化合物之一。由于DF 具有調(diào)節(jié)腸胃功能、預(yù)防心血管疾病以及心臟病等作用，引起了國內(nèi)外營養(yǎng)學(xué)家的極大關(guān)注[3]，被稱之為“第七營養(yǎng)素”。根據(jù)DF 的溶解特點(diǎn)可將其分為水溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）和不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）兩類。SDF 通常包括部分半纖維素、果膠、膠質(zhì)等化合物，而纖維素、木質(zhì)素以及抗性淀粉則被認(rèn)為是IDF[4]。

從竹筍中提取出來的DF 具有良好的水油保持能力，現(xiàn)在被廣泛地應(yīng)用于食品加工中[5-7]，竹筍DF 具有良好的市場開發(fā)前景。本文對竹筍及其副產(chǎn)物DF 制備進(jìn)行系統(tǒng)論述，旨在為竹筍DF 的研究與開發(fā)提供參考，更好地利用竹筍資源，減少浪費(fèi)，開發(fā)林地食物資源，同時變廢為寶，實現(xiàn)環(huán)境友好型竹筍加工。

1 竹筍及其加工副產(chǎn)物的種類與營養(yǎng)成分

竹筍主要由筍尖、筍殼和筍頭（竹筍基部）三部分組成，如圖1 所示。

圖1 竹筍組成部分Fig.1 Components of bamboo shoots

在竹筍的加工過程中只取筍尖部位，筍殼、筍頭以及榨汁后剩下的筍肉作為殘渣被隨意丟棄或制成飼料簡單利用[8]。除此之外，用于煮沸、浸泡、冷卻的廢水也是竹筍加工過程中產(chǎn)生的主要副產(chǎn)物之一，每噸加工竹筍產(chǎn)生約2 t 廢水[9]。

竹筍營養(yǎng)價值較高，含有豐富的蛋白質(zhì)和膳食纖維等多種化學(xué)成分，研究表明筍殼和筍頭等竹筍下腳料與筍尖營養(yǎng)物質(zhì)組成相似，但部位不同，具體含量有一定差別[10]。不同部位營養(yǎng)成分的組成如表1 所示。

表1 竹筍不同部位的營養(yǎng)成分比較Table 1 Comparison of nutritional composition in different parts of bamboo shoots

蛋白質(zhì)是竹筍中主要的營養(yǎng)物質(zhì)，通過表1 可以發(fā)現(xiàn)竹筍的三部分中筍尖的蛋白質(zhì)含量最高，其次分別是筍頭及筍殼。筍尖的蛋白質(zhì)含量在19.01%～35.1% 之間[11]，較文獻(xiàn)[11-12，19]研究結(jié)果低，這可能是由于竹子的種類、產(chǎn)地、生長時間等不同而造成的差異。對于加工過程中產(chǎn)生的廢水，通過濃縮后對其進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)其氨基酸含量為（21.32±1.16）%，說明竹筍加工中的廢棄水具有一定營養(yǎng)物質(zhì)，可以作為游離氨基酸的來源之一。

根據(jù)表1 的統(tǒng)計，可以發(fā)現(xiàn)竹筍的不同部位其總糖的含量沒有明顯差異，均在30%左右。纖維含量差異較明顯，筍尖的纖維含量在0.2%～12.7%之間，低于筍頭（19.24%～33.85%）和筍殼（20.48%～29.60%）的含量。因此竹筍加工中的下腳料可以用于開發(fā)粗纖維含量較高的健康食品或者作為粗纖維的補(bǔ)充劑。

陸柏益[8]通過測定發(fā)現(xiàn)同種竹筍不同部位的脂肪含量較低，筍尖為（3.2±0.6）%，筍頭為（2.8±0.5）%，筍殼為（3.4±0.7）%。在表1 中也可以發(fā)現(xiàn)，筍尖脂肪的含量在0.22%～3.46%之間，而筍頭以及筍殼的脂肪含量主要在1.58%～5.98%之間[13-14]。

竹筍是一種較好的礦物質(zhì)攝入來源，在對竹筍的11 種礦物質(zhì)元素的檢測中發(fā)現(xiàn)，Mg、Ca、Na 以及K 含量遠(yuǎn)超其他常量元素，其中尤以K 含量最高，達(dá)到了2 275.85～4 031.52 mg/kg[20-21]。研究表明竹筍中礦物質(zhì)的含量會隨著竹筍老化而慢慢減少[19]。

竹筍的生物活性物質(zhì)主要是多糖、甾醇和酚酸等，通過陸柏益[8]的研究可以發(fā)現(xiàn)竹筍的不同部位中僅多糖的含量存在明顯差異，而甾醇、酚酸等的含量并無明顯差異。

綜上，同一種筍在不同部位的脂肪和總糖含量接近，筍頭和筍殼中粗纖維含量遠(yuǎn)高于筍尖，而筍尖的蛋白質(zhì)含量是最高的，其次分別是筍頭和筍殼。竹筍加工中產(chǎn)生的廢棄水則由于營養(yǎng)成分含量較少，可以選擇通過技術(shù)濃縮制備甾醇、酚酸等生物活性成分。

2 竹筍膳食纖維的制備方法

目前，竹筍DF 制備的方法主要有物理法、化學(xué)法、生物法以及復(fù)合法。不同的竹筍由于成熟度不同、不同部位的營養(yǎng)成分不同，因此，在制備DF 時，研究人員選擇的方法、工藝及制備的DF 特性也不盡相同，常用制備方法比較如表2 所示。

表2 竹筍膳食纖維制備方法比較Table 2 Comparison of DF preparation methods of bamboo shoots

2.1 物理法

物理法即通過機(jī)械賦能、高壓等的作用，破壞原料中的纖維素的非結(jié)晶區(qū)而保留結(jié)晶區(qū)，從而得到DF的方法[36]。

水提法是物理法中最簡單的制備方法，是將竹筍簡單粉碎后，通過水浸提得到DF 的方法。林海萍等[22]以毛竹筍為原料通過水提法制備DF，其得率為49.68%，但所得產(chǎn)品性質(zhì)較差，持水力、膨脹性均低于其他方法，且雜質(zhì)較多，其純度僅為52.14%。彭昕[23]通過單因素試驗發(fā)現(xiàn)水提法中溫度對竹筍SDF 提取率的影響比浸提時間大，在90 ℃條件下浸泡4 h 可以使雷竹筍中SDF 的含量從原來的5.06% 提升到9.18%，提取率提升了81.4%。溫度大于90 ℃可能會破壞SDF 的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致提取率下降。水提法需要長時間高溫浸泡，對DF 的持水力和膨脹力影響較大，但能較好地保護(hù)DF 的色澤。

超微粉碎法是對普通粉碎方法的改進(jìn)，指通過更高壓力、更強(qiáng)剪切力將物料破碎至微米甚至納米級的方法[37]。方吉雷等[24]研究竹粉超微粉碎后的功能特性，發(fā)現(xiàn)該方法通過強(qiáng)作用力使得DF 的長鏈斷裂，暴露更多的活性基團(tuán)，有效改善DF 的持水力、膨脹力等理化性質(zhì)。Ge 等[38]研究發(fā)現(xiàn)在溫和條件下，超微粉碎可以提高竹葉活性物質(zhì)的產(chǎn)量，提高抗氧化性。

單一的物理方法雖然操作簡單，對環(huán)境的影響較小，產(chǎn)品的收獲較多，但所得到的膳食纖維純度較低，對設(shè)備的要求較高。隨著技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展，高壓均質(zhì)、超聲波、微波等技術(shù)開始被用于制備膳食纖維，但多被用作輔助提取技術(shù)，如陳慕瑩等[33]通過試驗發(fā)現(xiàn)酶解法配合高壓均質(zhì)最佳提取工藝下竹筍DF 提取率為83.34%，其中SDF 的含量達(dá)到7.41%，具有較好的生物活性。Moczkowska 等[39]通過對比發(fā)現(xiàn)，單一酶解制備SDF 的得率為（61.13±0.35）%，而在55 ℃條件下超聲15 min 后再進(jìn)行酶解，SDF 的得率可增加到（68.90±0.50）%，酶解效果提升了12.71%。

2.2 化學(xué)法

化學(xué)法是將原料經(jīng)過干燥、粉碎，然后用酸、堿等化學(xué)試劑作為溶劑進(jìn)行浸提，最后得到DF 的一類方法[40]。

酸堿法是化學(xué)法中最常用的DF 提取方法，其原理在于將酸性或堿性溶液與原料混合，在合適的條件下破壞原料中的蛋白質(zhì)、脂肪等結(jié)構(gòu)，最后浸提得到DF[41]。王昕岑等[26]通過試驗發(fā)現(xiàn)堿液提取對DF 影響力大小是pH 值>溫度>料液比>時間，而酸液提取對DF 影響力大小為pH 值>料液比>溫度>時間，由此可知，在化學(xué)法中對提取效果影響最大的因素是浸提過程中的pH 值。在最佳條件下得到的筍頭DF 提取率為47.98%，筍殼DF 得率為59.49%。王彩虹[28]通過改變酸堿液的濃度，最終筍頭DF 提取率為67.17%。Yang等[27]通過過氧化氫與氫氧化鈉配合制備DF，使得筍殼的提取率達(dá)到了73.19%?；瘜W(xué)法提取DF 的改進(jìn)方向不僅在于調(diào)整酸堿液的濃度、溫度和時間，同時也可以通過其他試劑的配合提升效果。彭昕[23]使用2%六偏磷酸鈉溶液制備DF，在料液比1∶20（g/mL）、pH 值為6.5、提取溫度60 ℃、提取時間為3 h 的條件下，得到DF 得率較低，為31.25%，顯然氫氧化鈉和鹽酸是現(xiàn)在更適用的提取試劑。

化學(xué)提取法由于其操作簡單便捷，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)中。其主要缺點(diǎn)在于使用化學(xué)試劑會損壞提取得到的多糖官能團(tuán)，降低得到的DF 的生物活性。目前科研人員一直在嘗試改變提取溶劑或者使用添加劑等方法優(yōu)化該提取方法，力求在保證并提高DF 得率的基礎(chǔ)上獲得更加優(yōu)質(zhì)的DF。

2.3 生物法

生物法提取DF 主要包括酶法提取和發(fā)酵法提取。其中酶法主要用到蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶等，而發(fā)酵法主要用到保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌、綠色木霉等。

酶法提取DF 是由于原料中均含有蛋白質(zhì)、淀粉等其他物質(zhì)，這些物質(zhì)將會與DF 形成締合結(jié)構(gòu)，酶法通過使用蛋白酶、淀粉酶、半纖維素酶等對原料進(jìn)行適度地酶解，去除原料中淀粉和蛋白質(zhì)，破壞纖維之間的締合結(jié)構(gòu)，從而保證DF 游離析出，同時提高DF 的含量及純度[42]。

呂萍[29]將5.00 g 燕竹筍筍粉加入到100 mL 水中煮沸15 min，加入1 mL α-淀粉酶液和1 mL 中心蛋白酶液在相應(yīng)條件下分別酶解50 min，隨后沉淀干燥，通過該方法IDF 的提取率達(dá)到76.80%，但SDF 僅為0.6%。吳映雪[30]將纖維素酶、木瓜蛋白酶及α-淀粉酶以1∶1∶1 質(zhì)量比混合，同時加入樣品中進(jìn)行酶解，其最佳條件下筍渣DF 得率為61.0%，其SDF 得率達(dá)15.61%，較呂萍[29]的結(jié)果更高，且操作更加簡單。這表明通過酶解特別是纖維素酶的作用可以使不溶性纖維水解為SDF，增加可溶性成分。

酶法提取DF 操作工藝簡單，所需要的反應(yīng)條件溫和，由于酶的特異性強(qiáng)，所得到的DF 提取率和純度較高，但缺點(diǎn)在于酶法需要特定酶制劑，相比化學(xué)試劑成本更高[43]。酶法制備DF 的工業(yè)化程度較低，還需要進(jìn)一步研究新型酶制劑，降低生產(chǎn)成本，提升經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)酵法是利用微生物的生長繁殖消耗環(huán)境中的碳源、氮源等生長因子，以達(dá)到消耗原料中蛋白質(zhì)、淀粉等的效果，最后僅留下DF。主要利用保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌和綠色木霉。

李安平等[44]將保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌以1∶1（質(zhì)量比）的比例混合與竹筍原料中發(fā)酵，制得淺黃色具有竹筍清香的DF 粉末。徐靈芝[31]以相同配比發(fā)現(xiàn)得到DF 最高得率的條件是接種量為4%、溫度為40 ℃、時間為24 h、料液比為1∶7.5（g/mL），在該條件下DF 提取率達(dá)到80.20%。又以綠色木霉作為唯一菌種發(fā)酵制備DF，通過正交試驗發(fā)現(xiàn)在料液比1∶10（g/mL）、發(fā)酵時間60 h、發(fā)酵接種量6%、發(fā)酵溫度32 ℃、發(fā)酵pH5.8 條件下，最高提取率可達(dá)79.33%。

除保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌以及綠色木霉外，還可以用黑曲霉發(fā)酵提取DF。吳麗萍等[32]通過研究發(fā)現(xiàn)黑曲霉更適合用于制備DF，其最佳條件為黑曲霉接種量10.5%、發(fā)酵溫度28 ℃、pH5.0、料液比1∶16（g/mL）、發(fā)酵時間75 h，得到產(chǎn)品SDF 提取率為27.23%，比發(fā)酵前提高了20.21%，且通過檢測可知，發(fā)酵后的SDF 的理化性質(zhì)有顯著性的提高。

發(fā)酵法的成本較低，得到的DF 色澤、質(zhì)地較好，其理化特性也較高，但缺點(diǎn)在于生物發(fā)酵法制備過程雖然簡單，但對于制備環(huán)境的要求較高，還需進(jìn)一步完善，不能較好地工業(yè)化生產(chǎn)[36]。可以嘗試開發(fā)更多的發(fā)酵菌種，同時也可以嘗試不同菌種的互配，發(fā)揮不同菌種的優(yōu)勢，取得純度更高、功能更強(qiáng)的DF。

2.4 復(fù)合法

通過單一方法制備DF 有著不同的缺點(diǎn)，如物理法的純度較低、化學(xué)法的試劑殘留、生物法的時間問題等，因此在制備竹筍DF 時一般選擇多種方法結(jié)合應(yīng)用。

Tang 等[45]對堿法、酶法、超聲波輔助酶法以及均質(zhì)輔助酶法制備DF 進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)均質(zhì)輔助酶法中的SDF 含量最高，持水力最高，α-淀粉酶活性抑制率最高，體外降糖活性最高，粒徑最小，表明復(fù)合法比單一方法能得到理化性質(zhì)更好的DF。任雨離等[46]通過微波處理配合化學(xué)法制備DF 發(fā)現(xiàn)，該方法可以增加DF 的持水力和還原力。

陳慕瑩等[33]以酶法與高壓均質(zhì)法配合制備膳食纖維，其得率達(dá)到了83.34%。宋玉[7]通過高溫蒸煮與酶法配合制備，SDF 得率達(dá)到了25.03%，雖比吳麗萍等[32]發(fā)酵法的SDF 得率27.23% 低，但高溫蒸煮與酶法配合制備所需的時間大大少于發(fā)酵法的75 h，在工業(yè)中的效益更好。

復(fù)合法的效果比單一方法更佳，但相應(yīng)的在生產(chǎn)中需要準(zhǔn)備更多種類的設(shè)備，對于生產(chǎn)者的資金要求更高。每種提取方法都有其優(yōu)劣之處，應(yīng)當(dāng)根據(jù)所制備原料不同和要求不同，綜合考慮生產(chǎn)的規(guī)模、成本、污染等方面選擇合適的制備方法，以求效益最大化，制備得率最高、活性最好的DF。

3 竹筍膳食纖維的生理功能

3.1 預(yù)防心血管疾病

英國營養(yǎng)科學(xué)咨詢委員會對DF 在預(yù)防疾病方面的作用進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示，每天從食物中攝入的DF 每增加7 g，心血管疾病的風(fēng)險在統(tǒng)計上會顯著降低[47]。Li 等[48]研究了竹筍DF 對高血脂小鼠的影響，測定了添加竹筍DF 后大鼠的總膽固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白膽固醇含量以及丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶、瘦素、胰島素樣生長因子-1 水平，結(jié)果表明模型組的含量顯著高于實驗組，證實DF 具有潛在的降血脂能力，且IDF 比SDF 的降血脂能力更好。

3.2 預(yù)防腸道疾病

大量機(jī)理研究和臨床試驗表明，DF 對腸道有很好的調(diào)節(jié)作用和微生物作用，對胃腸道疾病的預(yù)防和治療有重要意義[49]。DF 作為不易被人體消化吸收的多糖類物質(zhì)，在人體中主要通過腸道中益生菌降解，產(chǎn)生短鏈脂肪酸，從而抑制腫瘤細(xì)胞的生長繁殖，抑制結(jié)腸癌的發(fā)生，長期食用可以在一定程度上改善腸道菌群[50]。

3.3 控制體質(zhì)量、預(yù)防糖尿病

DF 具有較強(qiáng)的吸水性和膨脹力，進(jìn)入人體后會迅速吸收水分、膨脹，使人產(chǎn)生較強(qiáng)的飽腹感，同時由于DF 的結(jié)構(gòu)不易分解，最后達(dá)到降低進(jìn)食的效果。DF會與水形成凝膠結(jié)構(gòu)，包裹食物，阻礙人體對于蛋白質(zhì)、脂肪等物質(zhì)的吸收，以達(dá)到控制體質(zhì)量的效果[3]。DF 可通過增加腸道內(nèi)容物的黏度來改善人體的血糖吸收，通過大鼠實驗證明DF 通過結(jié)合α-淀粉酶抑制淀粉消化來影響血糖，從而減少葡萄糖的吸收[51-52]，達(dá)到預(yù)防糖尿病的作用。

4 竹筍膳食纖維在食品工業(yè)中的應(yīng)用

竹筍DF 具有較好的持水力、持油力和膨脹力等，將其作為食品原料的替代物添加到食品中可以有效地改善食品的風(fēng)味以及質(zhì)地，并提升營養(yǎng)價值，因此在食品開發(fā)中被廣泛應(yīng)用。

4.1 在面制品中的應(yīng)用

竹筍DF 具有較好的持水力、持油力，容易與面制品中的水發(fā)生作用，從而影響面制品的性質(zhì)[53]。Li等[54]研究表明添加竹筍DF 可以提高冷凍面團(tuán)的黏彈性和延伸性等，改善其加工性能。古明亮等[6]以雷竹筍渣DF 和低筋面粉為主要原料，改進(jìn)了配方組合，制得了一款色澤棕黃、品質(zhì)優(yōu)良的餅干。

4.2 在肉制品中的應(yīng)用

在肉制品中加入DF 不僅可以降低脂肪、膽固醇等的含量，同時還可以提高肉制品的品質(zhì)。Li 等[54]研究表明添加2%的竹筍DF，可以有效增強(qiáng)豬肉鹽溶蛋白的凝膠結(jié)構(gòu)，改善凝膠性能和持水力，可以很好地應(yīng)用于肉制品中。宋玉[7]將南竹筍DF 作為脂肪替代物添加到香腸中，發(fā)現(xiàn)40% 的替代物制得香腸口感較好，具有更高的水分及蛋白質(zhì)含量。

4.3 在飲料中的應(yīng)用

在飲料中添加DF 可以在保證產(chǎn)品低脂、低糖的前提下提升產(chǎn)品的穩(wěn)定性。Tang 等[55]通過對比試驗，確定竹筍DF 比黃原膠、海藻酸鈉等對兒茶素保護(hù)作用更佳，可有效增加兒茶素的滯留率，保留更多的兒茶素進(jìn)入結(jié)腸釋放，從而發(fā)揮更大的生理作用，為新型茶飲料開發(fā)提供參考。

4.4 在其他食品中的應(yīng)用

竹筍DF 除了添加到面制品、肉制品和飲料中，還可用于麥、醬油等多種食品的研究開發(fā)[56]。竹筍DF添加到食品中既可以滿足消費(fèi)者的口味追求，還可以減少脂肪、膽固醇等物質(zhì)的吸收，有益于人體健康，在當(dāng)今市場上具有較好的發(fā)展前景。

5 展望

竹筍加工過程中會產(chǎn)生大量副產(chǎn)物，機(jī)械損傷的筍尖、筍頭、筍衣和筍殼約占全部筍體的70%。目前對于這些物質(zhì)多作為垃圾進(jìn)行填埋處理，少部分則經(jīng)過粗加工作為動物飼料的初級加工物。竹筍加工副產(chǎn)物中DF 的含量豐富，可以作為一種良好的DF 來源，對其進(jìn)行再加工利用，達(dá)到減輕環(huán)境壓力、提升工廠效益、減少竹筍副產(chǎn)物浪費(fèi)的作用。

目前，我國關(guān)于竹筍DF 的制備以化學(xué)法和生物法為主，由于單一方法制備DF 的效果并不佳，物理法更多的作為前兩者方法中的前處理?；瘜W(xué)法現(xiàn)在最適合于制備DF 的試劑為鹽酸以及氫氧化鈉，在效率更高的其他提取劑被發(fā)現(xiàn)前，生物法顯然更加的安全。對于生物法的提升主要在于反應(yīng)中酶和發(fā)酵菌種的選擇，可關(guān)注如醫(yī)學(xué)、材料學(xué)等非食品研究進(jìn)展，挖掘新型的菌種用于更快制備純度更高、活性更強(qiáng)的竹筍DF。改進(jìn)單一方法，同時多方法聯(lián)合應(yīng)用，由物理法進(jìn)行原料的預(yù)處理，提升生物法的反應(yīng)效率，如超微粉碎法、高壓均質(zhì)法、高溫蒸煮法等與生物法相結(jié)合具有廣泛的發(fā)展前景。