竹筍膳食纖維提取、功能特性及應(yīng)用研究進展

鄭洪梨，劉俊辰，徐巧玲，鄭趙敏*，黃琪琳

1. 湖北經(jīng)濟學(xué)院烹飪與營養(yǎng)學(xué)系（武漢 430205）；2. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院（武漢 430070）

膳食纖維（dietary fiber，DF）作為“第七營養(yǎng)素”，是一種不能被人體分泌的消化酶所消化且不能被人體小腸吸收的功能性食品多糖原料[1]。DF有多種分類方法，可根據(jù)其來源、在大腸內(nèi)的發(fā)酵程度、溶解性及在植物體的功能等標準進行分類[2-3]，其中按其溶解性可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）。近年來，DF經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)其具有預(yù)防腸道疾病[4]、緩解便秘、降糖降壓降膽固醇、控制體重、降低心血管疾病發(fā)病率[5]、提高免疫力等功效[6]，因此逐漸受到人們的關(guān)注和重視。

竹筍是禾本科竹亞科多年生常綠植被的芽，其中含豐富的DF、蛋白質(zhì)、氨基酸、礦物質(zhì)及植物甾醇等活性物質(zhì)，口感鮮美，清甜爽脆，具有清熱益氣、抗衰老、降血脂、調(diào)節(jié)血糖、預(yù)防多種疾病的藥用功效，是深受大眾喜愛且擁有良好食用、藥用價值的植物性食品[7]。竹筍廣泛分布于我國湖北、廣西、湖南等地，其獲取成本較低，市場上大多數(shù)竹筍被制成筍干、清水筍、發(fā)酵筍等[8]，但在制作過程中損失浪費嚴重，其中筍殼、筍頭和竹筍根部等筍渣常被作為加工副產(chǎn)物而被隨意丟棄，不僅浪費資源，還污染環(huán)境。從筍渣中可提取出大量對人體有生理功效的竹筍膳食纖維（bamboo shoot dietary fiber，BSDF），對BSDF進行利用即可為人類創(chuàng)造出巨大社會經(jīng)濟價值。此外，果蔬類膳食纖維因其質(zhì)量優(yōu)于谷物類膳食纖維而具有更高的應(yīng)用價值[9]。因此，對BSDF的提取方法、功能特性及在食品中的應(yīng)用等進行綜述，以期為提高竹筍的綜合利用提供參考。

1 竹筍膳食纖維的提取方法

國內(nèi)外對于DF的提取方法有很多，包括物理法、化學(xué)法、酶法、化學(xué)-酶符合法、膜分離法、發(fā)酵法等，BSDF的提取方法主要包括物理法、化學(xué)法、生物酶法和發(fā)酵法等，常用的提取方法總結(jié)如表1所示。

表1 竹筍膳食纖維提取方法比較

1.1 物理法

物理法是指原料在外界條件（如高溫、高壓、高剪切等）作用下變成微粒，并促使纖維分子裂解，從而獲得DF的方法。Ge等[10]利用雙螺旋擠壓技術(shù)提取竹筍中總的膳食纖維（total BSDF，TBSDF），最終得率為52.97%。楊軍[11]通過蒸汽爆破、超細粉體技術(shù)處理筍渣，其中水不溶性BSDF（water insoluble BSDF，IBSDF）和水溶性BSDF（water soluble BSDF，SBSDF）得率分別為70%和5%。史輝等[12]采用超聲波處理竹筍來提取IBSDF，提取率為47.23%。吳麗萍等[13]利用超聲波輔助溶劑浸提法從毛竹筍中提取SBSDF，最佳得率為20.24%。物理法相對簡單，且具有良好的環(huán)保效益，但設(shè)備成本相對較高。

1.2 化學(xué)法

化學(xué)法是指將干燥、研磨后的原料用酸堿等化學(xué)試劑在適宜的溫度、pH和時間內(nèi)處理得到DF的方法。Wang等[14]用酸堿浸泡法從干竹筍中獲得含量為7.42%的SBSDF。Wicharaew等[15]利用乙醇、酸堿溶液提取TBSDF，最終得率為73.02%。王昕岑等[16]通過酸液浸泡筍頭和筍殼的方法提取BSDF，其中筍頭的酸液提取條件為pH 2、溫度50 ℃、時間100 min、料液比1∶10 g/mL，提取率為47.98%；筍殼在同等條件下延長20 min可將提取率提高至59.49%。陳龍[17]通過酸堿法提取方竹筍渣中的BSDF，得率為52%?；瘜W(xué)法過程簡便快捷，成本較低，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，但對DF活性影響較大，還會污染環(huán)境。

1.3 生物酶法

生物酶法是利用酶除去原料中非DF的其他組分（蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪等），從而獲得DF的方法。Wicharaew等[15]通過淀粉酶和蛋白酶提取綠竹筍廢料，得出IBSDF和SBSDF含量分別為79.05%和34.72%。Luo等[18]利用多重復(fù)合酶（纖維素酶、蛋白酶和淀粉酶）從筍殼中提取BSDF，其中IBSDF和SBSDF的提取率分別為56.2%和8.67%。Li等[19]利用熱水、α-淀粉酶、淀粉葡糖苷酶提取竹筍中的IBSDF和SBSDF，最終得率分別為61.30%和7.51%。Wang等[20]利用α-淀粉酶、淀粉葡糖苷酶和中性蛋白酶提取竹筍粉末中的BSDF，得到TBSDF、IBSDF和SBSDF分別為80.94%，73.87%和7.07%。生物酶法相對于其他方法較為溫和，節(jié)省資源，便于投入工業(yè)生產(chǎn)，給環(huán)境造成的負擔(dān)少，但生物酶法的成本偏高。

1.4 發(fā)酵法

發(fā)酵法主要是利用微生物消耗原料中碳源、氮源等物質(zhì)，減少淀粉、蛋白質(zhì)等成分從而獲得DF的方法。李璐等[21]以混合的嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌（1∶1）為菌種，對雷竹筍渣進行發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)最佳發(fā)酵條件為接種量4%、發(fā)酵時間24 h、料液比1∶10 g/mL，TBSDF提取率約80%。尹禮國等[22]以苦竹筍為原料，添加1∶1的嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌進行發(fā)酵，獲得TBSDF和SBSDF得率分別為76.87%和15.73%。吳麗萍等[23]通過接種10.5%的黑曲霉，經(jīng)75 h發(fā)酵后，SBSDF的提取率為27.23%。Rohadi等[24]利用植物乳桿菌發(fā)酵竹筍粉末，最終得到TBSDF、IBSDF和SBSDF分別為73.79%，71.45%和2.34%。發(fā)酵法成本低，提取率高，但需要的條件環(huán)境復(fù)雜，難以控制，實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)有一定難度。

2 竹筍膳食纖維的主要功能特性

2.1 吸收膽固醇、降低血脂含量

DF可以增加胃腸道中食物的滯留時間，延緩胃部排空，吸附油脂，抑制血清總脂肪、總膽固醇、總甘油三脂等脂類物質(zhì)的上升，從而達到降血脂的能力[25-26]。王彩虹[27]發(fā)現(xiàn)酶法和酸堿法提取的BSDF油脂吸附能力分別為8.00和10.15 g/g，且這2種BSDF都具有降低小鼠血脂的效果。劉俊雅[28]發(fā)現(xiàn)BSDF具有吸附膽固醇的作用，且持油力為6.71～10.15 g/g。Wu等[29]研究發(fā)現(xiàn)IBSDF和SBSDF均對膽固醇有較好的吸附能力，但由于IBSDF表面有較多孔隙，而SBSDF表面平坦緊實，使得IBSDF吸附能力更強。Park等[30]在健康年輕女性飲食中加入BSDF，降低其血清中總膽固醇及低密度脂蛋白膽固醇的含量。Li等[19]發(fā)現(xiàn)BSDF可降低大鼠體內(nèi)甘油三酯及總膽固醇的含量而表現(xiàn)出良好的降血脂功效。

2.2 調(diào)節(jié)腸道菌群

DF在腸道內(nèi)雖不能被人吸收，但腸道內(nèi)微生物可將其分解并反作用于腸道微生物，且能夠促進腸道蠕動[31]。李安平等[32]發(fā)現(xiàn)BSDF能促進小鼠腸道內(nèi)部分有益菌的生長繁殖。Li等[1]研究發(fā)現(xiàn)BSDF可增加擬桿菌的相對豐度，并對疣微菌具有較強的抑制作用。Wu等[29]發(fā)現(xiàn)IBSDF和SBSDF均可促進乳酸菌和雙歧桿菌的生長繁殖，是良好的益生元。彭昕[33]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)BSDF大于0.12 g/mL時，對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌與屎腸球菌3種常見有害菌產(chǎn)生抑制作用，且抑菌效果隨著BSDF濃度的增加而增加。

2.3 降低血糖、控制體重

DF具有吸水膨脹的能力，會讓人產(chǎn)生強烈的飽腹感，減少能量的攝入，也具有吸附葡萄糖、延緩葡萄糖吸收及增加血液中胰島素水平的能力，從而起到降低血糖、控制體重的作用[34]。Wang等[35]測得BSDF對葡萄糖的吸附能力和葡萄糖阻滯指數(shù)分別為0.08～6.89 mmol/g和3.57%～40.92%，表明BSDF具備良好降血糖的作用。王彩虹[27]通過小鼠試驗證明BSDF具有控制體重、降血糖的作用。Zheng等[36]發(fā)現(xiàn)SBSDF能夠吸附葡萄糖，增加血液中胰島素的水平，起到降低血糖、控制體重的作用。

2.4 抗氧化

抗氧化性一般通過自由基清除能力和鐵還原力表現(xiàn)。劉玉凌[37]對超聲波、微波和微粉碎改性的BSDF抗氧化性進行測定，發(fā)現(xiàn)3種改性法均能增強BSDF的鐵還原力，且超聲波改性能明顯增強超氧離子清除率和羥自由基清除率。Wang等[14]發(fā)現(xiàn)SBSDF具有較強的DPPH自由基清除能力（80.50%）、羥基自由基清除能力（83.39%）和ABTS自由基清除能力（57.94%）。萬仁口等[38]制備的TBSDF、SBSDF和IBSDF都能清除一定量的自由基且擁有鐵還原能力，其中抗氧化能力大小為SBSDF＞TDBSF＞IBSDF，且抗氧化性與BSDF含量呈正相關(guān)性。

3 竹筍膳食纖維在食品工業(yè)中的主要應(yīng)用

BSDF因其具備良好的理化特性和功能特性被用作食品添加劑，改善食品的硬度、凝膠強度、色澤、質(zhì)地、細膩程度、黏稠度等，提高食品的營養(yǎng)價值。

3.1 在肉制品中的應(yīng)用

BSDF具有良好的持水持油性，通過在肉制品中添加BSDF增強肉制品的乳化穩(wěn)定性，同時改善口感。李可[39]、李璐等[40]將BSDF添加到香腸等肉糜制品中，增強其凝膠特性，降低蒸煮損失及失水率，改善肉制品的感官特性。宋玉[41]將BSDF、豬皮和水按1∶2∶2混合制備成凝膠，代替中式香腸中的脂肪，最終產(chǎn)品的出油、出水率都得到降低，且組織疏松、口感良好。Zeng等[42]發(fā)現(xiàn)在魚丸中添加BSDF可以提高產(chǎn)品的硬度和咀嚼性等。

3.2 在面制品中的應(yīng)用

張華等[43]發(fā)現(xiàn)在面粉中添加BSDF能提高面粉的粉質(zhì)、面團的吸水率，改善面筋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加面團穩(wěn)定時間，提升面團的黏性、彈性。Zhang等[44]發(fā)現(xiàn)BSDF可以提高冷凍面團的黏彈性、延展性并降低結(jié)合水的含量。趙雙麗等[45]研究發(fā)現(xiàn)BSDF能改善面團經(jīng)反復(fù)冷凍出現(xiàn)的裂口和缺乏韌性等問題，并減少面團中的水分損失從而改良面團品質(zhì)。酥性餅干因其疏松的口感贏得大眾喜愛，向酥性餅干中添加BSDF后，餅干色澤棕黃、香甜細膩、營養(yǎng)豐富，不僅提高酥性餅干的品質(zhì)，還增加酥性餅干的種類[46]。在口感香甜軟糯的蛋糕中添加BSDF，提高蛋糕口感，降低其血糖生成指數(shù)，適合“三高”人群食用[47]。

3.3 在果蔬產(chǎn)品加工中的應(yīng)用

果蔬在生活中必不可少，由于果蔬中含有大量水分，保質(zhì)期較短，且一些營養(yǎng)素在儲存過程中會有一定損失，而制作果醬能提升口感，延長儲存時間。當(dāng)果膠與BSDF混合比例為1.5∶8.5（g/g）時復(fù)配體系達到最佳穩(wěn)定狀態(tài)，且具有最佳凝膠性能和最好硬度、咀嚼性[48]。此外，BSDF還被用于其他果醬的制作，如草莓果醬、黃桃果醬等[49]。

3.4 在其他食品中的應(yīng)用

BSDF不僅被廣泛用于肉制品、面制品、果蔬中，在飲料[50]、乳制品[51]、油炸品[43]等中也有一定應(yīng)用，這類食品對改善我國人均DF攝入量偏低的狀況有所緩解，也一些慢性疾病的發(fā)病率。

BSDF作為一種廉價優(yōu)質(zhì)的DF，對其進行充分開發(fā)利用不僅能提高竹筍的綜合利用，創(chuàng)造出巨大的社會經(jīng)濟價值，還能滿足人們對于低糖、低脂、低熱量食品的需求，預(yù)防各種慢性疾病。對BSDF的提取、主要功能特性及在食品中的應(yīng)用總結(jié)如圖1所示，不同提取方法獲得的BSDF一定程度上都具有良好的功能特性，將BSDF廣泛應(yīng)用于各類食品中，不僅能增加食品的種類，滿足消費者需求，還能增強食品的營養(yǎng)價值，是未來食品發(fā)展的趨勢。

圖1 竹筍膳食纖維的提取、功能特性及在食品中的應(yīng)用圖解

4 結(jié)語及展望

隨著生活水平的提高，高糖、高脂低DF的飲食結(jié)構(gòu)增加了肥胖癥、糖尿病及心血管疾病的發(fā)病率，BSDF因其具有吸收膽固醇、降低血脂含量，調(diào)節(jié)腸道菌群，降低血糖、控制體重，抗氧化等功效而逐漸受到人們的重視并應(yīng)用于食品醫(yī)藥行業(yè)。雖然BSDF已具備較為完善的提取方法，但對于不同提取方法得到的BSDF結(jié)構(gòu)及功能特性差異還有待進一步研究。BSDF具有多種功能特性，但缺少對于SBSDF和IBSDF功能特性差異的研究，且不同BSDF結(jié)構(gòu)對其功能特性的影響罕見報道。此外，市面上可供選擇的BSDF產(chǎn)品單一，在食品加工和醫(yī)藥領(lǐng)域的價值還未被完全發(fā)掘。因此，應(yīng)加強對不同提取方法得到的BSDF結(jié)構(gòu)及功能特性差異的研究，優(yōu)化提取方法，指導(dǎo)產(chǎn)業(yè)加工，提升產(chǎn)業(yè)價值；深入探索SBSDF和IBSDF結(jié)構(gòu)及理化功能特性，建立結(jié)構(gòu)與理化功能特性之間的關(guān)系，豐富應(yīng)用理論基礎(chǔ)；積極開發(fā)新口味、新形式、新特色的BSDF產(chǎn)品，滿足人們對于高DF產(chǎn)品的需求，促進竹筍產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展。