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)

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)物的功能成分進行詳細綜述，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)展方向進行展望，旨在為減輕環(huán)境壓力和提高企業(yè)經(jīng)濟效益提供依據(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]?；庸み^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]將竹筍全筍進行熟化、脫苦去澀、切片干燥后與五谷粉進行混合復(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行處理，造成一定資源浪費。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，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(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，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)促進竹筍的進一步生長。對竹筍筍頭進行多糖提取后喂養(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行提取后，可添加在飼料中作為免疫增強劑。

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渣，對其進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，仍需進一步改進工藝[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，可用于實驗室小規(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行了研究,但大部分研究是針對竹葉進行,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(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，但其作用機理及代謝機理還需深入探究，后續(xù)可從竹筍筍頭出發(fā)，以甾醇類化合物為中心，采用動物試驗探究其作用機理。

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、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胞生長促進劑、抗炎劑以及傷口愈合劑[55]。竹筍生物堿能抑制細胞外調(diào)解蛋白激酶(ERK)信號，對RAW 264.7細胞具有抗炎作用[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)白細胞介素11、趨化因子、TGF配體、成纖維細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性小鼠非細菌性前列腺炎的保護作用。針對竹筍殼中黃酮類化合物進行提取試驗證明，黃酮類化合物對細菌有強抑制作用，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體的生物活性，多方面系統(tǒng)闡明竹筍副產(chǎn)物對機體的功能。β-谷甾醇與Gemcitabine(治療胰腺癌藥物)的協(xié)同作用，誘導(dǎo)G0/G1期細胞凋亡，抑制NF-κB活性，增加Bax蛋白表達同時降低Bcl-2蛋白表達，從而有效抑制胰腺癌細胞生長[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，對特定人群進行補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一步改進，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。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行改性，進一步擴大其利用途徑。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，故運用該手段對竹筍甾醇進行深入研究開發(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。