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(shí)驗(yàn)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(shí)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?jiān)浑S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(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)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]?？梢試L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(shí)驗(yàn)組，證實(shí)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(yàn)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(shí)驗(yàn)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(yàn)，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。化學(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。