竹筍加工副產(chǎn)物功能成分研究進(jìn)展

湯嬌嬌

李 珂1，2

張智鑫1

鄭拾林1

李宗軍1，2

童光祥3

(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. 湖南省食品科學(xué)與生物技術(shù)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)

中國竹筍品種共有30余種，其中最常見的是毛竹筍(Phyllostachysedulis)、早竹筍(Phyllostachyspraecox)以及哺雞筍(Phyllostachysiridescens)。新鮮竹筍在采收后很快會發(fā)生木質(zhì)化、結(jié)構(gòu)變硬、表面褐變，導(dǎo)致其食用品質(zhì)嚴(yán)重下降甚至喪失[1]。近年來不少研究者著力于研究采用不同貯藏措施抑制竹筍木質(zhì)化進(jìn)程，延長竹筍貨架期[2-3]。常見的物理處理方法主要有低溫貯藏[4-5]、氣調(diào)貯藏[6]、熱處理[7]，化學(xué)處理方法主要采用褪黑素[8]、草酸[9]、水楊酸[7]等抑制竹筍氧化進(jìn)程。但保鮮處理仍無法解決竹筍全年供應(yīng)問題，對新鮮竹筍進(jìn)行加工處理仍是當(dāng)前竹筍行業(yè)的主流。

竹筍加工過程中會產(chǎn)生以筍殼和木質(zhì)化嚴(yán)重的筍頭為主的大量竹筍副產(chǎn)物，后續(xù)廢棄物處理容易造成環(huán)境污染問題。以毛竹筍加工成罐頭產(chǎn)品為例，竹筍筍尖利用率僅占30%，丟棄的筍殼及筍頭約占70%[10]。竹筍副產(chǎn)物與竹筍本身營養(yǎng)物質(zhì)含量差別較小，針對竹筍副產(chǎn)物中多糖、膳食纖維、游離氨基酸等進(jìn)行提取條件優(yōu)化，以其抗氧化性、抗炎活性、降血脂等生物活性應(yīng)用于保健品、飲料等食品中具有十分廣闊的前景。文章擬對竹筍加工過程中副產(chǎn)物的功能成分進(jìn)行詳細(xì)綜述，并對未來竹筍加工副產(chǎn)物的基礎(chǔ)研究及應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展方向進(jìn)行展望，旨在為減輕環(huán)境壓力和提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提供依據(jù)。

1 竹筍產(chǎn)品及其主要副產(chǎn)物

1.1 竹筍清水罐頭

竹筍罐頭是新鮮竹筍經(jīng)剝殼清洗、預(yù)煮、漂洗冷卻、切片包裝、滅菌冷卻而成[11-12]。基加工過程會產(chǎn)生大量的竹筍水和筍煮水。其中竹筍清水罐頭加工過程中所產(chǎn)生的竹筍水營養(yǎng)成分與新鮮竹筍汁相當(dāng)，可作為生產(chǎn)筍汁飲料的原料，為竹筍罐頭加工企業(yè)廢液處理開辟新道路[13]。以保加利亞乳桿菌(Lactobacillusbulgaricus)和嗜熱鏈球菌(Stretpococcusthermophilus)為菌種制成發(fā)酵劑，對雷竹筍清水罐頭竹筍水進(jìn)行發(fā)酵處理，所得雷筍乳酸菌飲料凝膠狀態(tài)良好、組織光滑細(xì)膩，具有濃郁竹筍清香[14]。

1.2 竹筍筍干

傳統(tǒng)筍干制備通常是由新鮮竹筍預(yù)煮后經(jīng)過壓榨，采用太陽直射曬干，水分充分排除后進(jìn)行浸泡復(fù)水即可烹飪食用，干燥過程中的酶促和非酶促反應(yīng)導(dǎo)致竹筍表面褐變、營養(yǎng)成分受損[15]。針對竹筍筍干制備過程中壓榨環(huán)節(jié)產(chǎn)生的竹筍汁廢棄物，通過羅漢果汁提取液進(jìn)行混合復(fù)配，得到酸甜適中、口感良好的高品質(zhì)竹筍飲料[16]。此外，林麗靜等[17]將竹筍全筍進(jìn)行熟化、脫苦去澀、切片干燥后與五谷粉進(jìn)行混合復(fù)配造粒，得到營養(yǎng)豐富、攜帶方便的沖泡形特殊竹筍風(fēng)味固體飲料。

1.3 發(fā)酵竹筍

相較于上述兩種加工方式，發(fā)酵竹筍則更具地方特色。例如，傣味酸筍一直深受云南地區(qū)居民歡迎，但制作原料龍竹竹筍自身苦味成為推廣難題，而利用乳酸菌發(fā)酵可以改善酸筍不良風(fēng)味，同時延長產(chǎn)品貨架期。酸筍在清水包裝貯藏過程中易出現(xiàn)筍體失水的情況[18]，利用乳酸菌制備發(fā)酵液代替清水，既為發(fā)酵竹筍添加特殊酸香味，同時解決了筍體失水等產(chǎn)品品質(zhì)問題[19]。由于竹筍頭含有較高含量的粗纖維，不易被微生物降解導(dǎo)致口感粗糙不適，因此發(fā)酵竹筍制作過程中，通常將筍頭舍棄，采用簡單填埋方式進(jìn)行處理，造成一定資源浪費(fèi)。將竹筍筍頭可食用部分制成0.6～0.7 cm厚度的筍片，可得到風(fēng)味好、色澤自然的低糖筍脯產(chǎn)品[20]，這也為竹筍筍頭的利用提供了方向。

2 竹筍副產(chǎn)物功能成分提取利用

有研究[21]表明，筍殼和筍頭的營養(yǎng)成分組成與新鮮竹筍相似，且其纖維素和木質(zhì)素含量顯著高于新鮮竹筍，而竹筍經(jīng)過長時間浸泡，營養(yǎng)成分部分溶于竹筍水中，這種浸泡竹筍水與鮮榨竹筍汁含量相當(dāng)。通過對竹筍副產(chǎn)物中多糖、膳食纖維、多酚類化合物以及甾醇等功能成分進(jìn)行提取再利用[22-24]，可深入挖掘竹筍副產(chǎn)物功能價值。

2.1 多糖

竹筍多糖的常用提取方法主要有熱水提取法、超聲輔助提取法、微波輔助提取法和酶輔助提取法。但這些提取方法還存在提取工序復(fù)雜、自動化程度低和效率低的缺點(diǎn)，影響了其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，而目前有關(guān)竹筍多糖提取新工藝或方法的研究甚少。Chen等[25]研究發(fā)現(xiàn)，采用快速溶劑萃取法，提取溫度126 ℃，循環(huán)次數(shù)2次，單次循環(huán)提取時間22 min，竹筍多糖得率最高達(dá)(9.96±0.39)%，顯著高于熱水提取法的，且提取物抗氧化能力較強(qiáng)，提取時間較短，易于工業(yè)化操作。有研究[26]表明，竹筍筍頭多糖含量顯著高于筍尖及中部，可作為供能物質(zhì)促進(jìn)竹筍的進(jìn)一步生長。對竹筍筍頭進(jìn)行多糖提取后喂養(yǎng)中華絨螯蟹，能夠有效提高中華絨螯蟹血細(xì)胞總數(shù)、超氧化物歧化酶活性等免疫指標(biāo)[27]。綜上，對竹筍筍頭中多糖進(jìn)行提取后，可添加在飼料中作為免疫增強(qiáng)劑。

2.2 膳食纖維

膳食纖維雖然不能被人體吸收利用，但在維護(hù)腸道微生物群穩(wěn)定性方面發(fā)揮重要作用，被列為繼碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、水、礦物質(zhì)、維生素六大營養(yǎng)素之后的“第七類營養(yǎng)素”。竹筍及其副產(chǎn)物中膳食纖維含量豐富，以發(fā)酵法、酶法為主的生物提取，以酸堿法和有機(jī)試劑法為主的化學(xué)提取是目前常用的提取方法。其中發(fā)酵法通常是利用乳酸桿菌屬(Lactobacillus)對竹筍筍頭進(jìn)行發(fā)酵處理，最佳發(fā)酵工藝參數(shù)為接種量4%，發(fā)酵溫度40 ℃，發(fā)酵時間24 h，料液比1∶10 (g/mL)，以此方法制備的總膳食纖維得率最高為(80.2±0.6)%，其溶脹力、持水力、陽離子交換力和結(jié)合水力明顯改善[28]。化學(xué)法提取竹筍副產(chǎn)物中膳食纖維主要通過酸性或堿性溶液提取，酸性提取對膳食纖維提取率影響大小是pH值>料液比>提取溫度>提取時間，堿液提取對膳食纖維提取率影響大小是pH值>提取溫度>料液比>提取時間,顯然，pH值對膳食纖維的提取率具有較大影響[29]。經(jīng)超臨界流體萃取竹筍油后的竹筍殘?jiān)?，對其進(jìn)行酸堿浸提不溶性膳食纖維，可使蛋白質(zhì)降解，大分子糖類水解，但此方法制備膳食纖維得率還較低，仍需進(jìn)一步改進(jìn)工藝[30]。未來膳食纖維的提取方法還將朝著提取率高、純度高、工藝簡單、投資少、污染少和耗能少等方向發(fā)展。對筍頭膳食纖維進(jìn)行提取后，添加到酸奶中可有效提高酸奶黏度和持水力，減少乳清析出，且使用粒徑小的膳食纖維對酸奶口感影響最小[31]。綜上，筍頭膳食纖維提取后可添加到食品中，提升食用品質(zhì)。

2.3 植物甾醇

竹筍中含有豐富的植物甾醇，如β-谷甾醇、豆甾醇和蕓苔甾醇[32],經(jīng)馴化后黑曲霉發(fā)酵的竹筍筍頭中總甾醇含量從(532.3±19.3) mg/100 g增加到(1 156.0±32.4) mg/100 g，其中β-谷甾醇、豆甾醇含量相應(yīng)提高近兩倍[24]。與傳統(tǒng)正己烷萃取相比，超臨界萃取技術(shù)在竹筍甾醇提取效率(91.4%)、甾醇總量提取(265.3 mg/g)以及主要單體含量上遠(yuǎn)高于正己烷萃取的[10]。呂國提等[33]以毛竹筍筍頭為原料，采用有機(jī)試劑提取法、超聲輔助提取法、微波輔助提取法、酶解輔助提取法和超臨界CO2萃取法進(jìn)行β-谷甾醇提取，結(jié)果表明微波輔助提取法耗時短、提取率高(2.72%)、能耗低，可用于實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模使用。超聲波輔助提取筍頭甾醇可在料液比1∶31 (g/mL)，超聲功率410 W，超聲時間10.5 min，顆粒粒徑86目的條件下得到總甾醇提取率為0.317%,β-谷甾醇提取率為0.249%[34]。

2.4 游離氨基酸

竹筍中蛋白質(zhì)以低分子量組蛋白為主，游離氨基酸含量豐富，根據(jù)竹筍品種的不同有7～8種游離氨基酸為人體必需氨基酸(賴氨酸、絲氨酸、蛋氨酸、組氨酸、亮氨酸、異亮氨酸和苯丙氨酸)[35]。采用超濾和反滲透法[36]對水煮筍加工過程中產(chǎn)生的廢液進(jìn)行提取分離，可得到酪氨酸、絲氨酸、谷氨酸及賴氨酸等一系列人體必需氨基酸，可用于功能性食品、飲品和調(diào)味品中。將竹筍燙漂液、罐內(nèi)液、壓榨汁以及筍煮液濃縮后超濾，運(yùn)用響應(yīng)面法得到最佳條件為溫度33.25 ℃，料液濃度6.92%，壓力0.811 MPa，此條件下的膜通量為9.758 L/(m2·h)，可得到分子量<5 kDa的竹筍寡肽[37]。涂佳等[38]利用鹽酸對筍頭進(jìn)行水解，活性炭脫色，濃縮結(jié)晶后采用電位滴定法提取酪氨酸，其L-酪氨酸提取率稍低于動物樣品，竹筍頭成本低廉，來源廣泛，更適合于工業(yè)化生產(chǎn)。

2.5 多酚

近年來,有不少學(xué)者以竹為材料對多酚類及黃酮類化合物的提取工藝進(jìn)行了研究,但大部分研究是針對竹葉進(jìn)行,其中包括坤旭峰等[39]、王紫薇等[40]采用乙醇萃取的方法進(jìn)行竹葉總黃酮提取工藝研究。針對筍頭總黃酮提取方法優(yōu)化，得到最佳提取工藝為超聲功率200 W，乙醇提取劑濃度60%，浸提溫度80 ℃，時間65 min，料液比1∶30 (g/mL)，此條件下總黃酮提取率較高達(dá)(4.2±0.1) mg/g[41]。竹筍副產(chǎn)物中多酚提取方法仍處于初級階段，有待進(jìn)一步研究與分析，以提高筍頭附加值，開拓產(chǎn)品應(yīng)用新領(lǐng)域。

竹筍副產(chǎn)物功能成分提取方法的比較與評價見表1。

3 竹筍副產(chǎn)物功能成分作用

竹筍及其副產(chǎn)物中富含各種功能成分如維生素(維生素A、維生素B1、維生素B3、維生素B6、維生素C、維生素E)、氨基酸和礦物質(zhì)，以及植物甾醇、多酚化合物等。鑒于這些關(guān)鍵功能成分，竹筍被證明具有抗氧化性、降血脂、益生元活性、抗糖尿病、抗肥胖、抗炎以及抗高血壓等作用[35]。

3.1 抗氧化性

竹筍的抗氧化性主要由于多酚類化合物以及抗壞血酸等對DPPH、ABTS以及FRAP等自由基的清除及抗氧化能力[47]。Park等[48]在毛竹筍中鑒定出8種酚酸類物質(zhì)：原兒茶酸、對羥基苯甲酸、兒茶素、咖啡酸、綠原酸、丁香酸、對香豆酸以及阿魏酸，提取物中抗氧化活性較高且具有一定濃度依賴性。竹筍中硒、鋅、銅等礦物質(zhì)是細(xì)胞抗氧化系統(tǒng)重要組成因子，缺硒會大大降低谷胱甘肽過氧化物酶活性，導(dǎo)致過氧化損傷[49]。竹筍黃酮類化合物及甾醇有強(qiáng)抗氧化能力，當(dāng)兩者濃度相同時,總甾醇對DPPH自由基的清除能力要優(yōu)于總黃酮，3.00 mg/mL的總甾醇對DPPH自由基的清除能力相當(dāng)于5.00 mg/mL的總黃酮[50]。目前，天然抗氧化劑在食品、臨床應(yīng)用上的需求量較大，而生長迅速、抗氧化成分含量多的竹類植物用于生產(chǎn)天然抗氧化劑的前景十分良好。

3.2 降血脂能力

甾醇類化合物是一類公認(rèn)的降膽固醇功能因子，F(xiàn)DA提出，每天至少攝入1.3 g植物甾醇或3.4 g植物甾烷醇才能起到降血脂的作用，而植物甾醇中谷甾醇降血脂效果最好[51]。研究[10]表明，竹筍甾醇提取物具有較好的降脂和調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝活性，且竹筍甾醇提取物中所含的不飽和脂肪酸(亞油酸、亞麻酸)具有優(yōu)良降低血清甘油三酯作用。竹筍筍頭作為竹筍加工過程中的大宗廢棄物，其中甾醇類化合物含量豐富，降血脂作用顯著，但其作用機(jī)理及代謝機(jī)理還需深入探究，后續(xù)可從竹筍筍頭出發(fā)，以甾醇類化合物為中心，采用動物試驗(yàn)探究其作用機(jī)理。

3.3 益生元活性

竹筍纖維能夠緩解高脂飲食誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生的胰島素抵抗，與純晶體纖維相比，竹筍膳食纖維能夠激活A(yù)kt磷酸化通路，誘導(dǎo)PGC-1α表達(dá)升高，AMP K 以及p38磷酸化增加[52]。同時，竹筍的益生元活性及抗肥胖功能也是竹筍膳食纖維通過調(diào)節(jié)小鼠腸道微生物群起作用[53]，與Chen等[54]通過超聲及酶促方法提取竹筍筍頭中多糖來促進(jìn)益生菌增殖和提高短鏈脂肪酸(SCFAs)含量，從而表現(xiàn)出更好益生菌活性的研究結(jié)果相吻合。鑒于竹筍具有良好的益生元活性，且其具體作用機(jī)理的研究較少，說明其具有廣闊的開發(fā)空間和應(yīng)用前景，后續(xù)可結(jié)合多組學(xué)研究思路，從基因表達(dá)、蛋白活性變化、代謝產(chǎn)物變化以及腸道微生物等方面系統(tǒng)探究其益生元活性。

3.4 抗炎活性

植物甾醇是細(xì)胞膜重要組成成分，與膽固醇在動物體內(nèi)作用相類似，醫(yī)學(xué)上，植物甾醇常被用作皮膚細(xì)胞生長促進(jìn)劑、抗炎劑以及傷口愈合劑[55]。竹筍生物堿能抑制細(xì)胞外調(diào)解蛋白激酶(ERK)信號，對RAW 264.7細(xì)胞具有抗炎作用[56]。Lu等[57]采用基因芯片技術(shù)評價竹筍油(利用超臨界二氧化碳獲得的富含植物甾醇提取物)發(fā)現(xiàn)，竹筍甾醇通過下調(diào)白細(xì)胞介素11、趨化因子、TGF配體、成纖維細(xì)胞生長因子和腫瘤壞死因子及相應(yīng)受體基因起到對試驗(yàn)性小鼠非細(xì)菌性前列腺炎的保護(hù)作用。針對竹筍殼中黃酮類化合物進(jìn)行提取試驗(yàn)證明，黃酮類化合物對細(xì)菌有強(qiáng)抑制作用，其生理活性與竹葉黃酮相當(dāng)[58]。

3.5 降壓降脂能力

劉連亮[37]從竹筍副產(chǎn)物濃縮液中分離得到一種二肽，通過動物試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，100 mg/(kg·d)竹筍廢液提取物的降壓效果與10 mg/(kg·d)陽性對照藥物Captopril相近，利用超高效液相色譜—質(zhì)譜(UPLC-MS)技術(shù)確定該作用二肽為天冬氨酸—酪氨酸(Asp-Try)，同時還發(fā)現(xiàn)，竹筍廢液提取物與竹茹三萜復(fù)配能夠顯著升高血清NO水平，增加肝臟NOS活性，具有較強(qiáng)協(xié)同增效作用，對自發(fā)性高血壓模型大鼠有顯著降壓及抗氧化應(yīng)激效果。竹筍廢液中含有的類黃酮化合物能夠增加肝臟中GSH-Px活性和肝臟SOD酶活力，抑制血漿中過氧化脂質(zhì)的升高，從而降低血漿中LDL-c的含量，體現(xiàn)出對脂質(zhì)的調(diào)節(jié)作用。綜上，竹筍副產(chǎn)物濃縮液中含有較多對人體健康有益作用的營養(yǎng)物質(zhì)，尤其體現(xiàn)在降壓降脂能力上。

表1 竹筍副產(chǎn)物功能成分提取方法的比較與評價

4 結(jié)論及展望

在未來的基礎(chǔ)研究方面，可從竹筍副產(chǎn)物的生物活性成分入手，結(jié)合多組學(xué)研究思路探索其對機(jī)體的生物活性，多方面系統(tǒng)闡明竹筍副產(chǎn)物對機(jī)體的功能。β-谷甾醇與Gemcitabine(治療胰腺癌藥物)的協(xié)同作用，誘導(dǎo)G0/G1期細(xì)胞凋亡，抑制NF-κB活性，增加Bax蛋白表達(dá)同時降低Bcl-2蛋白表達(dá)，從而有效抑制胰腺癌細(xì)胞生長[59]。同時甾醇所具有的抗氧化活性和降壓降脂能力表明，竹筍副產(chǎn)物中豐富的甾醇類物質(zhì)具有非常良好的食療價值，將竹筍副產(chǎn)物重新利用，開發(fā)為一種新的食療方案，對特定人群進(jìn)行補(bǔ)充其中生物活性物質(zhì)具有廣闊發(fā)展前景。竹筍副產(chǎn)物中膳食纖維能夠調(diào)節(jié)腸道微生物環(huán)境，增加有益菌生成[60]，說明在高度復(fù)雜和競爭的腸道生態(tài)系統(tǒng)中，纖維和微生物的關(guān)系可以用來直接針對特定的微生物群活性。竹筍副產(chǎn)物可成為膳食纖維的良好來源，通過使用竹筍副產(chǎn)物加工產(chǎn)品能夠有效保持腸道微生物群健康。

在未來的應(yīng)用研究方面，竹筍副產(chǎn)物中各營養(yǎng)成分提取方法還需進(jìn)一步改進(jìn)，未來發(fā)展方向必然朝著提取率高、純度高、工藝簡單以及耗能少等方向深入。甾醇提取方法目前還存在提取溶劑殘留問題，乙醇、正己烷等有機(jī)溶劑對甾醇的生物活性影響較大，未來竹筍副產(chǎn)物中甾醇類化合物可采用超臨界CO2萃取技術(shù)[61]進(jìn)行提取再利用,其中溶劑選擇CO2具有來源廣、無污染、無殘留等優(yōu)點(diǎn)。亞臨界水萃取法[62]是一種良好代替酸堿化學(xué)試劑萃取膳食纖維的方法，在120～350 ℃的亞臨界溫度范圍內(nèi)，壓力為2～15 MPa的高壓范圍內(nèi)進(jìn)行提取，增加水溶劑溶解度。溶劑使用無毒、便宜的水資源，且不需要進(jìn)行分離萃取膳食纖維過程，能源消耗相應(yīng)也降低。

竹筍中膳食纖維含量較高，但是針對竹筍不同部位的膳食纖維含量研究目前尚缺，其形態(tài)及結(jié)構(gòu)特征研究上未加以開發(fā)相應(yīng)產(chǎn)品，后續(xù)可從竹筍不同部位的膳食纖維著手研究，對竹筍頭中不溶性膳食纖維進(jìn)行改性，進(jìn)一步擴(kuò)大其利用途徑。此外，在飲料、保健食品開發(fā)方向上，生物轉(zhuǎn)化技術(shù)具有成本低、效率高、污染少等優(yōu)點(diǎn)，故運(yùn)用該手段對竹筍甾醇進(jìn)行深入研究開發(fā)，以及利用微生物發(fā)酵法高產(chǎn)量低成本制備竹筍甾醇，可為相關(guān)企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)提供思路。