麻竹幼笋不同生长发育时期碳水化合物和氨基酸含量变化研究*

刘松，凡莉莉，曾铭，李汉一，荣俊冬，郑郁善，陈礼光

(福建农林大学 林学院，福建 福州 350002)

竹笋是竹亚科类植物的幼芽，是一种重要的林业资源[1]；竹笋的生长周期短和快速发育的特点，它被认为是生物生产的主要可再生资源[2]。竹笋味道鲜美，产量高，笋期长[3]，富含碳水化合物、矿质元素、氨基酸和生物活性物质等营养成分[4]，可预防肥胖和缓解高血压[5]，是一种健康的天然食品。

竹笋生长期调控与竹笋品质改良是竹笋及相关竹类自然资源可持续利用的研究热点[6]。笋的品质主要受粗纤维、矿质元素、氨基酸和碳水化合物含量等的影响[7]。前人研究发现，麻竹(Dendrocalamuslatiflorus)、绿竹(Bambusaoldhamii)以及勃氏甜龙竹(D.brandisii)等17种丛生竹竹笋的总糖质量分数差异大(最高为25%，而最低仅为6.3%)、不同种类竹笋间氨基酸的含量差异巨大(最高与最低相差达到十几倍)[8]；毛竹(Phyllostachysedulis)冬春季节竹笋不同部位氨基酸共有17种，必需氨基酸占其总氨基酸的30%[9]；不同季节毛竹竹笋体内检测出17种氨基酸，仅有4种氨基酸随时间变化显著[10]；随着竹龄增长，毛竹等5种竹类其竹笋中营养成分均有减少，但是膳食纤维和含水量呈迅速增加趋势，新萌发的笋营养成分明显高于前者，竹笋生长过程中粗蛋白含量基本呈下降趋势[11]；施用有机肥和复合肥后，竹笋体内氨基酸、单宁以及粗纤维等物质含量增多，仅使用有机肥可促进竹笋体内粗多糖积累[12]；海拔对高节竹(P.prominens)竹笋的蛋白质、淀粉以及氨基酸等物质含量有着显著影响[13]；覆土方式同时影响着绿竹竹笋中水分、可溶性糖及纤维素等含量差异[14]。

综上所述，当前对竹笋品质研究主要集中于不同种类或者处理下笋品质差异变化，对笋生长阶段品质差异研究较少，麻竹笋品质与其不同生长时期是否有相关性的研究未见报道。本文对麻竹幼笋不同生长时期还原性糖、可溶性糖、淀粉、纤维素以及氨基酸含量的变化进行测定，揭示在不同生长时期麻竹笋萌发时体内碳水化合物及氨基酸等物质动态变化规律，为培育可持续高效麻竹笋用林及麻竹笋品质改良提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于福建省漳州市南靖县红新村(24°38′52″N，117°26′53″E,海拔20 m)。从地形地势上来说，整个南靖县红新村的地势由西北向东南倾斜，试验样地主要是以丘陵为主的山地，坡度为20°～25°。南靖县地处亚热带季风气候，全年平均气温21.5 ℃，气候温和；全年平均日照时数1 594.1 h；全年平均降水量1 319.7 mm，无霜期，夏季降雨偏多，占总降水量的70%，降水量1 700 mm左右。林业用地大多以山地丘陵为主，土壤主要为红壤，土层深厚，有机质含量较高，养分丰富[15]。

1.2 样品采集

试验材料为麻竹不同生长时期的幼笋。根据麻竹幼笋的外部形态[16]、发育程度、芽基径、芽高度等形态特征，幼笋可划分为4个不同生长时期，分别是幼笋萌动时期(竹篼笋目)(A时期)、幼笋萌发期(B时期)、幼笋生长期(C时期)以及笋快速生长时期(D时期)。

2020年6月1日起进行第一次采样，然后每隔5 d采样1次，麻竹幼笋每个生长时期都进行采样，采样时间及采样幼笋生长情况见表1。在样地中(山地地形)选取5丛麻竹，选取的麻竹丛自上而下均匀分布，每丛采3株笋，采笋的位置基本位于同一方向，笋个体的大小基本保持一致；采样时间为4个时期，每一生长时期共15个重复。实验样品为不同时期幼笋的可食用部分，合并成混合样品。将选取的麻竹笋样用冰袋保存，4 h内进行杀青处理(105 ℃，30 min)，然后80 ℃烘干至恒重，粉碎备用。

表1 麻竹幼笋不同生长时期特征Tab.1 Characteristics of bamboo shoots at different developmental stages

1.3 测定方法

1.3.1 碳水化合物测定

称取麻竹幼笋干样0.5 g，参照蒽酮检测法[17]在620 nm波长处对可溶性糖、淀粉和纤维素进行吸光度检测及含量计算；参照3，5-二硝基水杨酸检测法[18]在540 nm处对还原糖进行吸光度检测及含量计算。

1.3.2 氨基酸含量测定

取干燥笋末0.1 g，加入10 mL的6 mol/LHCl溶液，110 ℃烘箱内水解24 h，冷却，用纯水定容至50 mL；0.45 μm膜过滤，吸取200 μL已经过滤后的液体于大口离心管中，再次放入烘箱里60 ℃浓缩至没有任何液体，加入1 mL的0.02 mol/L HCl混匀即得样品液；用日立 L8900 氨基酸分析仪，参照GB/T 5009.124—2016《食品中氨基酸的测定》[19]中氨基酸分析仪法进行游离氨基酸含量测定。

1.4 数据处理

使用 Excel 2016及SPSS 26.0对数据进行统计分析及作图。采用LSD多重比较法比较不同生长时期麻竹幼笋中碳水化合物及氨基酸含量差异，在α=0.05和α=0.01水平上进行显著性检验，并对不同生长时期碳水化合物及氨基酸含量进行相关分析。

2 结果与分析

2.1 不同生长时期麻竹笋中碳水化合物变化

2.1.1 不同生长时期麻竹笋中纤维素含量变化

如图1所示，不同生长时期麻竹笋内(干重)中纤维素含量呈逐渐增加变化趋势，其中在各时期麻竹笋纤维素含量分别为39.57、42.69、43.11以及46.32 mg/g。A时期，麻竹幼笋中纤维素含量最低，随着幼笋生长，笋中纤维素含量呈上升趋势。与A时期相比，B和C时期纤维素含量分别增加3.21 mg/g和3.54 mg/g(P<0.05)，D时期纤维素含量比A时期显著升高17.06%(P<0.01)。

图1 麻竹笋中纤维素含量变化注:*和**分别代表在0.05和0.01水平上显著。下同。Fig.1 Variation of cellulose content in D.latiflorusbamboo shoots

2.1.2 不同生长时期麻竹笋中还原糖含量变化

不同生长时期麻竹幼笋中还原糖含量呈先降低后升高的变化趋势，各时期麻竹笋还原糖含量分别为4.96、2.49、3.42和4.97 mg/g，A时期还原糖含量相对最高，B时期最低(图2)。与A时期相比，B时期还原糖含量降低了50.60%(P<0.01)。在幼笋萌发后，还原糖含量升高，与B时期相比，C、D时期还原糖含量分别增加了0.93、2.48 mg/g(P<0.05)。

图2 麻竹幼笋还原糖含量变化Fig.2 Variation of reducing sugar content in immatureD.latiflorus bamboo shoots

2.1.3 不同生长时期麻竹笋中可溶性糖含量变化

不同生长时期麻竹幼笋内可溶性糖含量呈先降低后升高变化趋势，各时期麻竹笋可溶性糖含量分别为3.05、1.01、1.62和1.78 mg/g，A时期可溶性糖含量最高，B时期最低(图3)。与A时期相比，B时期可溶性糖含量降低了66.89%(P<0.01)，C、D时期麻竹幼笋可溶性糖与B时期比较，分别显著增加0.61、0.77 mg/g(P<0.05)。

图3 麻竹幼笋可溶性糖含量变化Fig.3 Variation of soluble sugar content in immatureD.latiflorus bamboo shoots

2.1.4 不同生长时期麻竹笋中淀粉含量变化

不同生长时期麻竹笋中淀粉含量呈先升高后保持平稳的变化趋势，各时期麻竹笋淀粉含量分别为2.19、3.38、3.36、3.33 mg/g，A时期麻竹幼笋淀粉含量最低(图4)。与A时期相比，B时期显著升高了4.3%(P<0.01)，随着麻竹幼笋继续生长，C与D时期淀粉含量保持在3.33～3.36 mg/g。

图4 麻竹幼笋淀粉含量变化Fig.4 Variation of starch content in immatureD.latiflorus bamboo shoots

2.2 不同生长时期麻竹笋中碳水化合物相关性分析

4个生长时期麻竹笋中各碳水化合物之间相关关系如表2所示。纤维素与淀粉呈显著负相关(P<0.05)；还原性糖与可溶性糖呈显著正相关(P<0.05)；可溶性糖与淀粉呈极显著负相关(P<0.01)；纤维素、还原糖与可溶性糖之间存在不显著的正相关关系，可溶性糖与淀粉之间存在不显著的负相关关系。

表2 不同生长时期碳水化合物含量相关性

2.3 不同生长时期麻竹笋内氨基酸含量

不同生长时期麻竹幼笋氨基酸含量测定结果见表3。与毛竹笋所测出17种氨基酸[9]相比，麻竹幼笋除色氨酸(Trp)与谷氨酰胺(Gln)未被检测外，共测定出18种氨基酸，表明麻竹幼笋体内的氨基酸较为齐全。在A时期氨基酸种类中除异亮氨酸(Ile)之外，其余17种氨基酸都检测出；在B时期氨基酸种类中除了缬氨酸(Val)、异亮氨酸(Ile)、酪氨酸(Tyr)、谷氨酸(Glu)、苏氨酸(Thr)等，其余13种氨基酸都检测出；在C时期中， 缬氨酸(Val)、苏氨酸(Thr)监测值为0，脯氨酸(Pro)含量为2.355 mg/g，其余15种氨基酸变化差异不大；在D时期中，异亮氨酸(Ile)、天冬酰胺(Asn)、赖氨酸(Lys)、苏氨酸(Thr)未检测到，其余14种氨基酸都检测出。

表3 麻竹幼笋不同生长时期氨基酸含量Tab.3 Amino acid content in D.latiflorusbamboo shoots at different stages mg/g

不同生长时期麻竹幼笋氨基酸含量差异较大，总体上呈现先下降后上升的变化趋势，其在4个时期氨基酸含量分别为6.154、5.348、4.239和5.748 mg/g。A时期氨基酸含量最高，随幼笋萌发，在B时期氨基酸含量下降了13.10%，于C时期继续下降到最低点(4.239 mg/g)，D时期与C时期相比总氨基酸含量升高了35.60%。在4个生长时期中，脯氨酸(Pro)中含量最高，分别为4.574、1.481、2.355和4.530 mg/g；缬氨酸(Val)含量最低，分别为0.004、0、0、0.004 mg/g。A时期，丙氨酸(Ala)、精氨酸(Arg)、半胱氨酸(Cys )、亮氨酸(Leu)、脯氨酸(Pro)这5种氨基酸含量相对较多。在B时期，Ala、Leu、Cys、Arg、苯丙氨酸(Phe)、天冬氨酸(Asp)、天冬酰胺(Asn)、赖氨酸(Lys)、丝氨酸(Ser)和组氨酸(His)皆出现最高值。到C与D时期，含量变化幅度较大的氨基酸有甘氨酸(Gly)、Leu、Ile、Lys和Pro；氨基酸含量相对稳定的有Val、Met、Ser、His，而Cys在4个时期中则一直保持着含量相对稳定的状态。

不同生长时期麻竹笋体内必需氨基酸含量存在差异，8种必需氨基酸总含量分别为0.697、1.329、0.887和0.548 mg/g，分别占总氨基酸含量的11.33%、24.85%、20.92%和9.53%，其中B时期必需氨基酸占总氨基酸含量的比重最高(24.85%)，D时期所占比重最少(9.53%)，2个时期相差15.32%(表3)。如表4所示，8种必需氨基酸中亮氨酸(Leu)在4个时期含量所占百分数最高，分别占总必需氨基酸含量的65.08%、48.47%、25.76%和79.44%，缬氨酸(Val)含量所占百分数最低，分别占总必需氨基酸含量的0.50%、0%、0%和0.81%。在4个生长时期中，A时期包含7种必需氨基酸，种类最多，D时期包含5种必需氨基酸，种类最少。

表4 麻竹幼笋不同生长时期8种必需氨基酸 占总必需氨基酸百分比Tab.4 Percentage of 8 essential amino acids in total essential amino acids of D.latiflorus bamboo shoots at different development stages %

3 讨论与结论

3.1 麻竹幼笋不同生长时期碳水化合物变化

纤维素是植物次生细胞壁重要组成成分[20]，也是衡量竹笋老化程度的指标之一[21]。本研究测得麻竹幼笋4个时期纤维素分别为38.87、41.25、42.09和46.27 mg/g，表明麻竹幼笋打破休眠萌发时，笋细胞壁细胞延伸和次生壁开始生长，笋体内纤维素含量处于较低状态为38.87 mg/g。随着幼笋逐渐生长并破土而出，细胞不断伸长和次生壁加厚[22]，纤维素含量逐渐增加，快速发育期时(D时期)，纤维素含量上升为46.27 mg/g。随着笋的不断生长，幼笋从萌动期(A时期)到快速生长时期(D时期)纤维素含量增加，笋体细胞机械强度增高，竹笋逐渐木质化[23]。

还原性糖、可溶性糖、淀粉这些糖类物质是植物光合作用主要产物，储存着植物生长发育过程中所需要消耗的干物质[24]。本研究结果表明：从A时期到D时期，麻竹笋中可溶性糖与还原性糖变化趋势一致，在B时期幼笋的可溶性糖与还原性糖处于较低含量，二者呈现显著正相关关系；不同生长时期麻竹幼笋内淀粉与可溶性糖呈极显著负相关关系。这可能由于竹子中新合成光合作用产物会先转化成可移动糖类如蔗糖，它通过韧皮部运输到竹笋体内[25]，再经过酶的反应，一方面合成可溶性糖、还原性糖参与代谢，另一方面葡萄糖小分子再生成非移动性碳水化合物淀粉[26]以贮藏能量物质。淀粉与可溶性糖的负相关关系与它们在不同生长期之间的变化趋势的差异性表明，它们参与笋体生长中不同的生理代谢活动。糖类物质在植物打破休眠进入萌芽期方面起着重要的信号传递作用[27]，其生理功能的发挥主要表现在糖类物质种类及含量变化上。周涤等[28]研究表明彩色马蹄莲(Zantedeschiahybrida)块茎萌芽前体内淀粉与还原糖含量积累较高，其积累含量的高低与萌芽率呈正比关系。本研究中麻竹幼笋在A时期可溶性糖与还原性糖含量最高，由于该时期为幼笋萌动期，竹鞭上弱芽经过休眠期在适合的环境条件下开始萌动逐渐形成壮芽，这个过程需要笋体内积累一定水平的糖类物质解除休眠并提供物质基础；在B时期幼笋进入萌发期，还原糖和可溶性糖含量最低，可能是在代谢作用下为幼笋萌发提供了所需要能量，该变化与葡萄(Vitisvinifera)解除休眠进入萌发期变化趋势一致[29]。淀粉变化与可溶性糖和还原糖相反，在A时期，幼笋体内淀粉含量最低为2.15 mg/g，可能由于在休眠期与萌动期间需要大量可溶性糖来提高植物抗逆性，淀粉在淀粉酶作用下分解成葡萄糖进而转化成其他糖类物质最终合成可溶性糖，证明了可溶性糖与淀粉呈负相关关系，这与葡萄相关研究结果一致[30]。在B时期，幼笋萌发，部分可移动糖类物质转化成非移动性碳水化合物(淀粉)[26]开始贮藏有机物质，导致B时期淀粉含量上升。C与D时期为幼笋迅速伸长时期[16]，碳水化合物总体保持着上升和相对稳定的趋势。纤维素的变化随着笋的不断生长，其含量会呈上升趋势，在成竹时期，木质化不断加深，其纤维素含量可能达到一个稳定的含量数值，可见麻竹笋品质与不同生长时期的纤维素含量具有相关性。

3.2 麻竹幼笋不同时期氨基酸变化

氨基酸除了蛋白质合成外，在信号传递，物质运输过程[31]和植物应急反应中发挥着重要作用[32]。同时，氨基酸也是笋品质检测的重要指标，在一些常见的竹笋中，如毛竹[9]、高节竹等[33]都对其体内氨基酸含量进行了检测与分析。

本研究从4个生长时期幼笋中检测出18种氨基酸(Trp、Gln除外)，说明其体内所含氨基酸较为齐全。与毛竹笋[9]进行比较发现，麻竹幼笋各种氨基酸含量间差异较大，4个时期麻竹幼笋体内含量最多的氨基酸是Pro，与毛竹笋体内含量最高的是Asp不同，这可能是由于采样地不同所致。干旱环境会导致竹笋体内脯氨酸含量增多以抵抗恶劣的生存环境，该现象与麻竹叶片Pro变化结果[34]一致。植物萌发过程会伴随着一系列生理变化，蛋白质在酶的作用下分解成氨基酸，某些氨基酸又继续参与代谢，与糖类、脂类物质相互联系[35]。总氨基酸含量变化趋势与还原糖和可溶性糖一致，在B时期，Ala、Leu、Cys等10种氨基酸含量达到最大值，推测与糖类和蛋白质含量变化有关。Val、Ile、Tyr、Asn、Glu、Lys与Thr这7种氨基酸含量皆在某时期检测值为0，可能是由于在该时期被测氨基酸的含量过低。

必需氨基酸为人体新陈代谢所不能合成，而要从外界摄取的8种氨基酸。其按照一定比例在人体内均衡分布，任何一种氨基酸的失调都会造成人体的代谢紊乱，如负氮平衡[36]。本研究中麻竹幼笋在A时期所包含总氨基酸含量最高，可能是由于打破休眠前一系列代谢使其含量积累到较高水平；B时期所含的必需氨基酸含量占总氨基酸的百分比最高，说明在该时期笋的品质价值相对较高，可满足鲜食笋标准，但笋内缺乏Thr与Val这两种氨基酸，建议与富含这两种氨基酸的食物搭配食用；D时期麻竹笋内所缺少的氨基酸多达3种分别是Thr、Ile和Lys，营养品质降低。

3.3 结论

竹笋誉称“香笋”，它不但富含人体需要的蛋白质、脂肪、糖类、粗纤维等多种营养成分，而且还具有保健延寿、增进食欲、清除便秘、减肥美容、抗癌防癌等功效;通过烹制和加工出来的数百种麻竹笋制品，其味道鲜美、脆嫩爽口、味甘醇香，是当前国内外最佳天然保健食品之一，也是当今人们追求的无公害绿色食品。对竹笋产量和品质产生影响的最主要的因素是温度和水分，当温度过低时不利于竹笋A时期(萌动时期)的笋芽发育，在B时期(萌发时期)、C时期(生长时期)、D时期(快速生长时期)，足够的水分、温度和阳光等能促使竹笋更好地生长，从而促进竹笋体内不同时期的氨基酸与碳水化合物含量的增加，促进笋品质提升和笋产量的增加。

麻竹笋生长时期与碳水化合物、氨基酸含量的变化具有相关性。随着麻竹幼笋不断生长发育，纤维素的含量呈正相关关系升高，淀粉含量则是上升到幼笋B时期(萌发期)后开始维持稳定，与此不同的是可溶性糖和还原糖含量表现为先降低后升高。不同时期幼笋体内所含氨基酸的种类较齐全，氨基酸总量在幼笋A时期最多，必需氨基酸在幼笋B时期较丰富；在4个生长时期中，A时期包含7种必需氨基酸，种类最多，D时期包含5种必需氨基酸，种类最少。在4个时期中，纤维素含量随着竹子生长时间的推移，纤维素含量越来高，因此纤维素含量是影响笋品质的重要因素之一，其含量越低口感越好；可溶性糖、还原糖含量从B时期到D时期逐渐升高；淀粉含量总体趋势升高，B时期到D时期其含量趋于稳定。因此，仅考虑食用口感或碳水化合物含量，C时期(生长期)为最佳采笋时期；如果综合考虑笋体内碳水化合物含量和经济效益，C时期(生长期)与D时期(快速生长时期)之间的过渡期最适合采摘，此时既保证竹笋口感(碳水化合物的含量较高)又可以保证较高的经济收益(平均单笋重量较高)。本研究可为进一步研究麻竹幼笋的生理活动和笋品质的改良提供参考。