竹笋膳食纤维的研究进展及发展趋势

李云琴，赵一鹤

(云南省林业和草原科学院，云南 昆明 650201)

膳食纤维主要包括纤维素、半纤维素、果胶、菊粉和木质素等，也包含皂苷、蜡质、角质和抗消化蛋白等相关的植物类物质[1]，可分为水溶性和不溶性膳食纤维两类[2-3]，膳食纤维是食品的主要功能成分或生物活性化合物之一[4]，被称为“第七大营养素”“肠道清道夫”，能降血糖、助消化、减肥和预防冠心病、糖尿病、高血压等[5]，是食品和医疗保健研究领域的热点[6-7]。

竹笋营养价值高，鲜嫩爽口，是深受大众喜爱的纯天然绿色健康食品。膳食纤维在竹笋中含量丰富，粗纤维在每100 g竹笋中的含量达0.58 g[8]，是竹笋中重要的营养物质之一，竹笋膳食纤维主要由纤维素、半纤维素、木质素和多糖等组成[9]，它具有比其他膳食纤维更好的水油保持能力[10]，开发利用竹笋膳食纤维具有广阔的前景。笔者总结了国内对竹笋以及其副产物笋头、笋壳等的膳食纤维的研究进展，包括竹笋膳食纤维提取方法，改性方法和应用现状，以期为竹笋加工剩余物高效利用、竹笋膳食纤维加工利用提供参考。

1 竹笋膳食纤维的提取方法

竹笋膳食纤维提取方法很多，如简便法、化学法、溶剂法、酶法、发酵法、超声法、高压法、酸碱法、酶-化学法等[11-15]，将这些方法总结归纳为物理提取法、化学提取法、生物提取法和联合提取法。

1.1 化学提取法

化学法就是将原料干燥磨碎后用酸、碱等化学试剂选择在适宜的提取温度和时间下来制备膳食纤维的方法[11-12]。常用的有酸碱提取法和酸碱结合提取法等。王昕岑等[13]以马头笋的笋头、笋壳为原料，采用酸和碱液浸泡的方式提取竹笋膳食纤维，并分别获得最佳提取工艺。彭昕[14]用1∶20料液比，2%六偏磷酸钠溶液，pH 6.5条件下60 ℃提取3 h的方法，得到的雷竹笋膳食纤维的提取率较水提法、酶解法高，为31.25%。徐灵芝[11]采用同样的方法制备雷竹笋膳食纤维，在最佳的工艺条件下笋渣膳食纤维的得率为72.5%。化学法操作简便，提取成本低，可以得到纯度较高的竹笋膳食纤维，但是操作过程较为繁琐，在提取过程中需要水洗会造成水溶性膳食纤维的损失，采用酸碱提取法和酸碱结合提取法制得的纤维产品，色泽较差，不易漂白[15]，并且产生大量的废液污染环境，有待进一步完善[16]。

1.2 生物提取法

生物提取法主要包酶法和发酵法。酶法是通过加入特定的酶去除蛋白质、淀粉和脂肪等成分物质来获取膳食纤维的方法；发酵法是用乳酸菌或真菌等微生物对原料进行发酵，消除植酸，去除膳食纤维以外的碳氮源，减少蛋白质、脂肪和淀粉等物质来获得膳食纤维的方法[12,17-18]。彭昕[14]用酶解法在最佳提取条件即料液比1∶20、添加量为0.8%、pH 5.0，经25 h提取，得到12.45%的雷竹笋水溶性膳食纤维。范海芳等[18]利用酶法提取竹笋可溶性膳食纤维，在最佳工艺条件(水浴温度73 ℃，酶添加量0.64%，酶解时间67 min，料液比1∶14)下得到的可溶性膳食纤维提取率最高，为3.34%。尹礼国等[19]利用乳酸菌发酵制备苦竹笋膳食纤维，在竹笋浆中加入3%脱脂奶粉和0.5%蔗糖，接入4%(v/v)的嗜热链球菌与保加利亚乳杆菌配比为1∶1的发酵剂，在41 ℃条件下恒温发酵20 h，得到总膳食纤维和可溶性膳食纤维最高，分别为76.87%、15.73%。曹小敏[20]用绿色木霉发酵后提取雷笋笋肉及笋壳的膳食纤维，在发酵条件为8%的接种量，于32 ℃，pH为7.0条件下培养48 h，制得雷竹笋膳食纤维含量为85.23%，可溶性膳食纤维为30.43%。徐灵芝[11]混合保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌对雷竹笋渣进行发酵，7.5∶1的液料比，4%接种量，40 ℃发酵24 h，膳食纤维的得率为80.20%。李璐等[21]采用同样方法，在徐灵芝的工艺条件基础上改料液比为10∶1，提取的雷竹笋渣膳食纤维得率为(80.20±0.60)%。酶法提取膳食纤维操作简便，不需高温高压，提取条件温和，对环境的污染较小，提膳食纤维杂质少纯度较高，但是反应时间长，提取成本高[16]。发酵法相对安全、高效，成本低，应用较为广泛，其制备的膳食纤维含量、生物活性、持水力和溶胀性较高，气味色泽较好，但是存在菌种的选择问题[17]。

1.3 物理提取法

物理法主要是利用外力使原料受到高温、高压等来获得膳食纤维的方法。常见的方法有浸提法、超声法和高压法等[17]。吴丽萍等[22]用超声波辅助溶剂浸提法提取毛竹笋篼膳食纤维，在1∶20料液比，60 ℃，0.5% NaOH条件下提取率为20.24%。用同样的方法，史辉等[23]用60目粒径、43∶1液料比、454 W功率72 ℃超声25 min，竹笋不溶性膳食纤维提取率为47.23%。彭昕[14]用水提法提取雷竹笋水溶性膳食纤维，在最佳提取条件(1∶20料液比，90 ℃提取5 h)下提取率为15.09%。詹永贵[24]采用水浴浸提法制备竹笋中膳食纤维，在1∶15 g·mL-1料液比，碱70 ℃浸提100 min，用酸中和浸提120 min的条件下膳食纤维得率最高为8.3%。物理提取法更大限度的获取可溶性膳食纤维，且不会对环境造成污染。但是物理方法处理竹笋会使其持水力下降，因此使用此法首先需要测定竹笋膳食纤维的理化特性、生理功能[17,25]。

1.4 联合提取法

联合法就是将几种方法相结合来提取膳食纤维，如化学与物理法相结合，吴丽萍等[26]采用酶法与碱法相结合的方式，在最佳工艺(0.5% α-淀粉酶，0.4%木聚糖，0.6% NaOH，碱解120 min)条件下，春笋水溶性膳食纤维的提取率为 12.70%。杨光等[27]通过响应面法对竹笋膳食纤维提取工艺条件进行优化，在56 ℃酶解95 min，1∶3的纤维素酶与蛋白酶，0.52%复合酶条件下，提取的竹笋膳食纤维得率最大，为53.21%。联合提取法可能是未来一种理想的选择。

2 竹笋膳食纤维改性方法

在食品工业中竹笋膳食纤维常被用于功能性添加剂和填充剂及脂肪替代物。竹笋膳食纤维的生理功能的发挥主要靠可溶性溶性膳食纤维，可溶性膳食纤维抗氧化活性、膨胀力、持油力、持水力较高，具有降低胆固醇、改善便秘、预防癌症等功能[28]。但竹笋膳食纤维中不可溶性膳食纤维的含量高达92%[29]，而天然水溶性膳食纤维成分含量偏低，无法达到膳食平衡要求。若直接使用膳食纤维，将影响食品口感和保健品功效，无法满足其在食品工业和医疗领域的中应用[30]。因此有必要对竹笋膳食纤维进行改性，提高其中可溶性膳食纤维的含量，来改善膳食纤维品质，提高其生理功能。总结前人的研究，目前国内主要用化学法、生物法及物理法及联合改性法对竹笋膳食纤维进行改性[31-32]。

2.1 化学改性法

化学改性也称化学修饰，利用酸碱作用使纤维大分子降解，聚合度降低增加水溶性膳食纤维的含量[16,32]。吴丽萍等[22]研究发现经过化学改性后竹笋膳食纤维膨胀力、持水力、结合水力及可溶性膳食纤维含量都有一定程度的提高，化学改性可以明显改善竹笋膳食纤维的质量及品质。徐灵芝[11]采用过氧化氢对雷竹笋渣膳食纤维进行脱色实验，在最佳的工艺条件下，膳食纤维的相对白度值达到48.35，脱色处理提高了雷竹笋渣膳食纤维的吸附能力。化学改性虽然操作简单并且成本相对较低，但是化学试剂有可能破坏竹笋膳食纤维的表面完整性和分子结构，降低其生理活性和转化率，而且反应耗时长、污染环境，可能会带入对人体有害物质[22,33]。

2.2 生物改性法

生物技术改性通常分为酶法和发酵法，酶有木聚糖酶和纤维素酶等，发酵菌种通常为乳酸菌[16]。酶法改性用时短，色泽影响小，副产物较少，SDF含量高，而使用较为广泛[34]。杨振寰[35]酶法改性雷竹笋膳食纤维，先添加0.15%纤维素酶，再添加等量的木聚糖酶，改性后竹笋膳食纤维孔隙增加、比表面积增大，更多活性基团暴露出来。方东亚等[36]研究表明经过工艺优化的复合酶法可显著减小笋头膳食纤维的纤维粒径，并显著提高纤维的持水力、持油力和膨胀度等理化性质。有研究以雷竹笋为材料，使用木聚糖酶和纤维素酶对膳食纤维进行改性，不仅改善了膳食纤维的膨胀能力、持水量，持油量等指标，还增加6倍的可溶性膳食纤维[37]。生物技术改性环境污染少，获得膳食纤维品质高，因此不失为一种很好的改性方法，但与提取方法一样，有成本较高，菌种选择困难的弊端。

2.3 物理改性法

物理改性是使用高压和热处理、超微粉碎、超声波等物理方法改变竹笋膳食纤维结构和理化性质，来改善膳食纤维的各项指标[16,32,38]。 研究发现运用超声波改性新鲜、干制和冷冻方竹笋膳食纤维，提高了其理化性能和抗氧化活性，改变了方竹笋膳食纤维组分[39]。动态高压微射流可以有效改善方竹笋膳食纤维的理化性质，处理压力为150 MPa时，粒径最小，为(370±11)nm，此条件下膳食纤维的持水力、持油力和膨胀力达到最大[29]。游玉明等[30]通过研究发现高压均质处理能有效改善麻竹笋膳食纤维理化性质。杨振寰等[35]优化得到了高压均质改性雷笋膳食纤维的优化工艺条件，显著提高了雷笋SDF的得率，膳食纤维颗粒的尺寸减小。物理改性快捷、高效、对环境无污染，是膳食纤维改性方法中最常用的一种[29]。但是物理改性对设备和操作要求较高，可能会被破坏膳食纤维的外貌形态、结晶区，降低质量[39-40]。

2.4 联合改性法

目前膳食纤维联合改性主要采用物理和生物改性方法的结合。方东亚等[36]采用酶解-动态高压微射流联合方法处理后，显著增强了笋头膳食纤维的持水力、持油力、膨胀力、粘度等各项指标。汪楠等[38]研究发现高温蒸煮协同纤维素酶能有效改善竹笋膳食纤维的理化性质，提升其品质。王娜等[41]用超微粉碎-纤维素酶联合改性法处理麻竹笋，在获得改性麻竹笋膳食纤维的最佳工艺条件下，竹笋可溶性膳食纤维得率达到15.89%，且持水力及膨胀力达到最佳。

3 竹笋膳食纤维的应用

随着人们对自我健康的关注度提升，膳食纤维日益受到关注，被广泛应用到各种食品、保健品和医药制品中。早在20世纪70年代西方国家就出现膳食纤维食品，日本起始于20世纪90年代，我国膳食纤维食品始于20世纪90年代末[42]。作为膳食纤维重要来源的竹笋膳食纤维也被应用在面制品、保健品和乳制品中。

(1)在面制品中的应用。对竹笋膳食纤维在面制品的应用研究很多，用竹笋膳食纤维粉制成的饼干不仅纤维含量高，而且味道香甜，适于便秘、肥胖的人和老人小孩食用[43]。 添加3%和6%的超微粉碎处理的竹笋老茎膳食纤维对面包含水率有积极作用，做出来的高纤维面包具有较高的整体接受度和良好的质构保持性，综合评价值高于全麦面包[44]。在面团中添加3.0%的竹笋膳食纤维，面团各项特性最佳，面团弹性、粘附性和咀嚼性等都达到最大值，适量添加竹笋膳食纤维可改善面粉的粉质及质构特性，有助于提高面粉的食用品质[45]。在冻藏面制品过程中添加竹笋膳食纤维，可以通过改善面团的水分分布和微观结构，从而影响了面团的蒸煮特性及流变学特性[46]。将发酵法制备的雷竹笋膳食纤维添加到酥性饼干中，得出竹笋膳食纤维酥性饼干的最佳配方组合，按最佳配方制作的饼干品质优良，色泽好，酥松细腻、甜味适宜[47]。(2)在乳制品中的应用。添加膳食纤维的乳制品不但改善了营养价值，扩大了使用范围，还满足了人体所需的各种营养成分。改性笋头膳食纤维能改善酸奶品质及功能特性， 研究发现添加改性的笋头膳食纤维，不仅能显著提高酸奶的粘度和持水力，还可以减少乳清析出，且不会对酸奶香气造成影响，对纤维强化酸奶的口感影响最小的是以酶解-动态高压微射流法改性的竹膳食纤维[36]。(3)在肉制品中的应用。膳食纤维广泛应用在肉制品中，对肉制品的结构具有重要改善作用，以 2∶2∶1比例的猪皮、水和改性南竹笋可溶性膳食纤维混合制成凝胶来代替脂肪用于香肠中，猪皮中的高蛋白质含量与可溶性膳食纤维较强的水结合能力降低了香肠蒸煮损失率，增加了香肠中蛋白质和水分含量，提高了香肠的物理性能和稳定性，含有40%凝胶的中式香肠口感较佳，受大众青睐[31]。(4)在保健品中的应用。李安平[48]采用小鼠动物模型实验发现竹笋膳食纤维具有良好的润肠通便的功效。林良美[49]研究发现采用响应面优化复合酶酶解法得到的毛竹笋壳高活性可溶性膳食纤维具有良好的辅助降血糖降血脂效果。王彩虹[1]研究表明竹笋总膳食纤维、可溶性膳食纤维、不可溶性膳食纤维对降低胆固醇、动脉硬化等有一定的效果，竹笋总膳食纤维具有良好的辅助降血脂效果。

4 竹笋膳食纤维的发展趋势

随着人们生活品质的提升，对于食品营养和保健功能的关注度越来越高。膳食纤维不仅能应用到食品工业中，还具有降血脂、降血糖、减肥、缓解便秘、防止结肠癌等医疗保健功效。因此，膳食纤维的提取和高效利用已成为食品和医疗保健行业的研究热点。竹笋及副产物富含膳食纤维，是一种理想的膳食纤维原料。因此，目前已有很多关于竹笋及其副产物膳食纤维的研究，包括应用价值、功能特性及制取和改性方法等等，为获取更多的竹笋膳食纤维附加成品提供了理论支撑，但是国内对膳食纤维研究起步相对较晚，许多研究仅停留在试验阶段，还没能形成规模化，工业化生产，竹笋膳食纤维的应用价值还未得以真正体现，有待需要进一步深入研究。

在竹笋膳食纤维的制取和改性方法中，各种方法都有其弊端存在，总体来说化学法效率低，会对环境造成污染；生物法中的酶法成本较高；物理法会使竹笋膳食纤维的持水力下降等等。既然各种提取和改性方法都有利弊，那么是否可以结合各种方法的优势形成更多不同组合的联合法(化学法与物理法、化学法与生物法、物理法与生物法等)或是不同方法协同使用，以找出更优更适宜的提取和改性竹笋膳食纤维的方法。相对而言，发酵法成本低，品质高，对环境污染小，但是对于提取竹笋的膳食纤维而言，发酵法需要选择合适的菌种，未来的研究应多尝试提取和改性竹笋膳食纤维的菌种选择上，以解决菌种选择的问题。目前多以雷竹笋、毛竹笋、苦竹笋、方竹笋等来开展对竹笋膳食纤维的研究，是否通过研究甜龙竹笋、麻竹笋等高产笋资源，按照竹笋种类优化提取改性工艺，提高膳食纤维的得率。另外，可以针对提取和改性后的竹笋及其副产物进行研究，看看是否可以重新加以利用，提高竹笋使用率[17]。在竹笋膳食纤维应用方面，是否可以拓宽利用渠道，拓展市场，实现竹笋膳食纤维的多重化利用。

中国是竹笋资源较为丰富的国家，如何高效的提取改性和开发利用国内丰富的竹笋膳食纤维资源，实现高活性竹笋膳食纤维制品的规模化工业化高效化生产，为食品工业提供优质原料，仍是竹笋膳食纤维的一个重要研究方向。