酸笋与非发酵笋类的营养成分差异性分析

刘艳婷，韦紫玉，斯中发，李海瑜，陈通*

1. 广西科技大学生物与化学工程学院（柳州 545006）；2. 广西科技大学经济与管理学院（柳州 545006）；3. 浙江华才检测技术有限公司（诸暨 311800）

酸笋作为一种地方特色食材，一直深受西南地区消费者的喜爱。酸笋取材自竹笋，不仅味道鲜美，而且其保健功能的开发应用也比较广泛。现有研究表明[1-3]，竹笋不仅含有丰富的碳水化合物、蛋白质、膳食纤维、矿物质、维生素等多种营养成分，同时还具有减肥、降血脂、抗衰老等多种保健功效[4]。酸笋制作原料品种广泛，常见如毛竹笋、绿竹笋、芦竹笋、浙江马鞭笋及孟宗竹笋等。不同地区酸笋的制作工艺虽有所差异，但整体流程相似，依据国家专业标准ZBX 10046-86《关于湿态盐渍生产工艺通用规程》中对酸笋的制作规定，酸笋制作工艺流程可归纳为鲜笋清洗→盐渍腌制→漂水→排气密封。一直以来，酸笋多作为风味辅助食材而被选用，导致关于酸笋的研究并未受到广大学者与研究人员的关注，而涉及酸笋方面的研究更是鲜有报道。近年来，随着发酵酸味食品开发与食品风味分析逐渐成为研究热点[5]，诸多研究人员对此进行了深入研究。冯翠萍等[6]为提高芦笋皮的综合利用价值，以多指标对芦笋皮提取物的抗氧化性进行研究，结果表明，芦笋皮的抗氧化能力与黄酮类物质含量呈正相关性。Gautam等[7]通过动物免疫试验评估酸笋根水提取物潜在的免疫佐剂潜力，结果表明，酸笋根提取物具有显著的治疗益处，能够降低小鼠的发病率和死亡率。Nwafor等[8]研究结果也表明，酸笋的甲醇提取液能够显著简化胃肠道蠕动，防止小鼠腹泻，同时减少溃疡发生的概率。上述研究表明，酸笋不仅营养丰富，而且还具有一定的保健功效。然而，现有研究报道多以竹笋为研究对象，而关于酸笋的营养成分与保健功效还有待进一步研究[9]。因此，深入开展酸笋营养价值的研究，尤其是围绕广西地区特色酸笋产品，有利于进一步开发、推广区域特色品牌，为探究发酵酸笋的应用开发提供理论基础。

试验以毛竹发酵酸笋为研究对象，通过对发酵后酸笋中的矿物元素、蛋白质、总糖及膳食纤维等营养物质指标进行分析检测，明确酸笋中主要营养物质的含量，分析发酵前后酸笋的品质变化，进而评估酸笋的营养价值，为从整体角度评价酸笋品质提供研究基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

自然发酵毛竹酸笋，采购于柳州市冠超市以及潭中菜市，挑选无斑点、乳白色、光亮均匀、质地清脆爽口以及成熟度一致的酸笋各500 g，毛竹笋、绿竹笋、芦竹笋、梁山慈竹笋以及浙江马鞭笋等非发酵笋类原料采用线上、线下相结合的方式购买，每类样品采集数量均为12个，最终共获得待测样本72个。

1.2 仪器与设备

SP-3520型原子吸收分光光度计（上海光谱仪器有限公司）；KJELTEC 2300型蛋白质测定仪（瑞士FOSS公司）；Fiber E型膳食纤维测定仪（瑞士FOSS公司）；P230型高效液相色谱仪（大连依利特分析仪器有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 自然发酵方法

选取新鲜竹笋，将其分割成大小、厚度一致的条状（3 cm×0.5 cm×0.5 cm），经100 ℃热水漂烫60 s后置于4%食盐、4%蔗糖的混合溶液中，并转移至200 mL发酵瓶中于20～30 ℃室温下进行自然发酵，料液比1∶2（g/mL），发酵总时间72 h。

1.3.2 钙、钾、钠的测定

依据GB 5009.92—2016《食品国家安全标准 食品中钙的测定》中火焰原子吸收光谱法对样品中的钙含量进行测定，具体操作步骤如下：准确称取0.500 0 g± 0.001 g试样于微波消解罐中，加入5 mL硝酸消解试样，冷却后取出消解罐，在电热板上于150 ℃赶酸至1 mL，消解罐放冷后，将消化液转移至25 mL容量瓶中，用蒸馏水洗涤消解罐2～3次，合并洗涤液于容量瓶中并用蒸馏水定容至刻度，同时做试剂空白试验。将钙标准系列溶液质量浓度按0，0.50，1.00，2.00，4.00和6.00 mg/L由低到高的顺序分别导入火焰原子化器，测定其吸光度，以标准系列溶液中钙的质量浓度为横坐标，相应的吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。在与测定标准溶液相同的试验条件下，将空白溶液和试样待测液分别导入原子化器，测定相应的吸光度，借助标准系列曲线进行定量。

钾、钠指标依据GB 5009.91—2017《食品国家安全标准 食品中钾、钠的测定》中火焰原子吸收光谱法进行测定。样品前处理与钙的测定方法相同，故不再详细叙述。后续操作具体为：将钾及钠标准系列溶液按质量浓度0，0.10，0.50，1.00，2.00和4.00 mg/L由低到高的顺序分别导入火焰原子化器，测定吸光度，以标准系列溶液中钾、钠的质量浓度为横坐标，相应的吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。在与测定标准溶液相同的试验条件下，将空白溶液和试样待测液分别导入原子化器，测定相应的吸光度，借助标准系列曲线进行定量，不同元素具体检测条件如表1所示。

表1 钙、钾、钠火焰原子吸收光谱检测参数

1.3.3 蛋白质的测定

蛋白质指标采用GB 5009.5—2016《食品国家安全标准 食品中蛋白质的测定》中凯氏定氮法进行检测。具体操作步骤为：准确称取2.000 g±0.001 g试样至消化管中，加入0.4 g硫酸铜、6 g硫酸钾及20 mL硫酸于消化炉进行消化。消化炉温度达到420 ℃之后，继续消化1 h，至消化管中的液体呈绿色透明状，取出冷却后加入50 mL蒸馏水，在自动凯氏定氮仪上实现自动加液、蒸馏、滴定和记录滴定数据的过程，使用前需加入400 g/L氢氧化钠溶液，0.050 0 mol/L盐酸标准溶液以及含有混合指示剂A（2份甲基红乙醇溶液与1份亚甲基蓝乙醇溶液临用时混合）的硼酸溶液。

1.3.4 总糖的测定

总糖指标采用GB 5009.8—2016《食品国家安全标准 食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖的测定》，具体操作为：称取10.000 g±0.001 g粉碎混匀后的试样于100 mL容量瓶中，加蒸馏水约50 mL溶解后缓慢加入乙酸锌溶液和亚铁氰化钾溶液各5 mL，加蒸馏水定容至刻度，超声30 min后用干燥滤纸过滤，弃去初滤液，后续滤液用0.45 μm微孔滤膜过滤至样品瓶，供液相色谱分析测定。将糖标准使用液（2.0，4.0，6.0和10.0 mg/mL）依次按色谱条件上机测定，记录色谱图峰面积或峰高，以峰面积或峰高为纵坐标，以标准工作液的浓度为横坐标，采用线性方程绘制标准曲线。将试样溶液注入高效液相色谱仪中，记录峰面积或峰高，从标准曲线中计算试样溶液中糖的浓度。液相色谱具体检测条件为：流动相采用乙腈水溶液（7∶3，V/V），流动相流速1.0 mL/min，色谱柱温40 ℃，进样量20 μL，示差折光检测器温度40 ℃。

1.3.5 膳食纤维的测定

膳食纤维指标依据GB 5009.88—2016《食品国家安全标准 食品中膳食纤维的测定》进行测定，具体操作为：干燥试样经热稳定α-淀粉酶、蛋白酶和葡萄糖苷酶酶解消化去除蛋白质和淀粉后，经乙醇沉淀、抽滤，残渣用乙醇和丙酮洗涤，干燥称重，即为总膳食纤维残渣。另取试样同样酶解，直接抽滤并用热水洗涤，残渣干燥称量，即获得不溶性膳食纤维残渣；滤液用4倍体积的乙醇沉淀、抽滤、干燥称量，得可溶性膳食纤维残渣。扣除各类膳食纤维残渣中相应的蛋白质、灰分和试剂空白含量，即可计算出试样中的总的不溶性和可溶性膳食纤维含量。

测定结果以“平均值±标准差”的形式表示，试验所需试剂均为分析纯或化学纯，购买于上海安谱实验科技股份有限公司。

1.4 数据分析

主成分分析（principal component analysis，PCA）是一种广泛使用的降低高维度特征数据的预处理方法，其核心思想是将原有的高维度特征映射到一组新的相互正交的坐标系中，并形成新的特征变量（即主成分），而新坐标系的形成则是通过计算数据的协方差矩阵获得，进而通过映射变换在保留数据信息量的基础上实现数据特征的降维。

k近邻法（k Nearest Neighbor，kNN）是一种用于判别分析的典型机器学习方法，其核心思想为：如果一类样本的属性相似（即可归为一类），则可认为其中任何一个样品在特征空间分布中可归属于相邻的k个样本所组成的类，即其分类决策是依据最邻近几个样本所组成的类别来判定待分样本的归属。

采用MATLAB R2013b（The Mathworks Inc.）软件并结合PRTools 5.0工具包（Delft University of Technology Netherlands）对测量数据进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 毛竹酸笋品质分析

2.1.1 矿物元素分析

由表2可知：毛竹酸笋的Ca含量为14.19 mg/100 g，含量较为丰富，表明食用酸笋对于人体钙含量的补充有一定帮助；酸笋中K含量为185.66 mg/100 g，Na含量为54.08 mg/100 g，相较于其他食品而言，其仍然属于钾高钠低的食品，且K与Na的比例为3.44∶1，比例较为平衡；结合已有资料可知[10]，相较于黄藤笋（8.24 mg/100 g），毛竹酸笋中Ca的含量较高，而比苦竹笋含量稍低，斑苦笋中K与Na的比例为0.069∶1，远低于毛竹笋发酵后的酸笋。因此，毛竹发酵酸笋属于营养元素含量较为均衡的食品之一，不仅风味独特，而且具有较高的营养价值。

表2 毛竹酸笋矿物元素含量

2.1.2 营养指标分析

毛竹酸笋与其他不同品种笋类的蛋白质、总糖、膳食纤维含量结果如图1所示。由图1可知，酸笋与其他非发酵的笋类，在蛋白质和糖类、膳食纤维方面均有所差异。

图1 不同笋类主要营养成分含量

2.1.2.1 蛋白质

由图1可知：原料毛竹笋的蛋白质含量为2.2 g/100 g，其发酵后酸笋的蛋白质含量为0.89 g/100 g，两者之间含量差异显著，其原因可能是发酵过程中蛋白质结构受到酸性发酵条件影响而产生变性，从而降低蛋白质含量；另外，发酵过程中微生物的生长繁殖需要以酸笋中的蛋白质作为营养基底，但由于发酵过程的复杂性，微生物在消耗营养物质的同时往往伴随着产物转运及生理代谢反应等一系列过程，使得蛋白质也可能因此而导致损失，如：随着发酵过程的进行，蛋白质发生水解反应，并形成氨基酸或者多肽，同时伴有风味物质的产生；蛋白质或其降解产物在发酵过程后期参与一系列生化反应，常见如蛋白质降解产物含硫氨基酸可进一步转化为其他风味物质，其对最终酸笋产品独特风味的形成具有重要贡献。郑谊[11]以广东黄藤笋为研究对象，在不同贮藏条件下研究其品质的变化，结果表明，黄藤笋中可溶性蛋白质在低温贮藏条件下随着贮藏时间的延长呈现先缓慢升高后大幅下降的现象，相较于初始状态，其蛋白质最终含量仍有所下降，这与试验结果一致。绿竹笋、芦竹笋、梁山慈竹笋及浙江马鞭笋的蛋白质含量分别为2.40，4.10，2.59和2.63 g/100 g，除芦竹笋样品外，其他笋类样品之间的蛋白质指标差异不显著。

2.1.2.2 总糖

毛竹酸笋在发酵过程中，其总糖含量随发酵时间的延长而呈降低的趋势。由图1可知，发酵后酸笋的总糖含量从2.5 g/100 g降到0.94 g/100 g，前后含量变化差异显著，产生的可能原因为：与蛋白质类似，发酵过程中糖类成分也参与酸笋特征风味形成的一系列生化反应。具体包括：发酵初期，糖类物质被微生物自身的生长繁殖所消耗而缓慢下降；发酵中期则在微生物的发酵作用下进行乳酸发酵，并将糖类转化为醇类或有机酸类，并进一步形成CO2、乙醇、乳酸等小分子物质[12]，进而导致原有糖分含量的快速降低；发酵后期由于已有发酵环境酸度偏高，可进一步抑制微生物产酸，使得发酵后期总糖含量变化趋于平稳；此外，毛竹笋发酵过程出现的脱水现象也可导致水溶性糖分的流失。因此，随着发酵时间的延长，酸笋中总糖含量总体呈下降趋势，且毛竹酸笋总糖均少于其他笋类，表明总糖成分因参与自身生化反应而被消耗。绿竹笋、芦竹笋、梁山慈竹笋及浙江马鞭笋的总糖含量分别为2.30，5.70，1.80和0.10 g/100 g，除绿竹笋与毛竹笋样品的总糖含量差异不显著外，其他笋类样品之间的总糖指标差异均显著，这表明总糖指标可能是鉴别不同笋类的一个重要因素。

2.1.2.3 膳食纤维

经发酵后毛竹酸笋中膳食纤维含量为1.92 g/100 g，相较于未发酵前的原料毛竹笋有所增加，但两者之间差异不显著。相较于其他非发酵类的各类笋，毛竹酸笋的膳食纤维含量较高，产生的可能原因是发酵过程中微生物的作用将其他营养物质转变成膳食纤维，促使其含量出现增加的现象。前期报道表明[11]，随着贮藏时间的延长，黄藤笋的膳食纤维含量随着发酵过程的进行呈逐步增加趋势，且在贮藏温度为11 ℃时增加速度最快，产生该种现象的可能原因是黄藤笋纤维素合成关键酶活性导致。此外，卞海运等[13]对低温下棉纤维比强度进行了研究，结果表明低温可在不同水平上影响纤维发育关键酶的活性，且纤维素的相关特征与纤维蔗糖合成酶活性、β-1, 3-葡聚糖酶基因表达的变化特征高度相关，这表明膳食纤维参与发酵过程的生化反应明显。浙江马鞭笋的膳食纤维含量为6.60 g/100 g，其在所有笋类中膳食纤维含量最高，而绿竹笋、芦竹笋及梁山慈竹笋的膳食纤维含量分别为2.80，0.80和1.80 g/100 g，且这3类笋之间的膳食纤维含量差异显著。因此，笋类经过发酵后可进一步提高其膳食纤维含量，结合谢碧霞[14]、徐灵芝等[15]研究可知，竹笋中膳食纤维能够改善肠道内的菌群，使乳酸杆菌和双歧杆菌等有益菌的数量增加，抑制有害菌的生长，对润肠通便有较显著的作用，是一种食用价值较高的功能食品。

2.2 毛竹酸笋与不同品种笋类判别分析

为进一步分析不同品种笋类样品的品质差异，在对原始指标数据进行归一化（即将有量纲数据转变为无量纲）预处理的基础上，对选取的72个样品的6个理化指标（即72×6矩阵）进行主成分分析，结果如图2所示。原始数据经PCA变换后，第一主成分贡献率为72.86%，第二主成分贡献率为15.46%，前2个主成分累积贡献率为88.32%，表明变换后的数据能够有效表征原始数据的绝大部分信息量；主成分得分图中毛竹笋和绿竹笋样品之间因指标含量相近，导致2类样品之间的归属边界存在重叠的情况，而毛竹酸笋样品与其他笋类样品在主成分得分图中均有各自的聚集区域，这表明酸笋和其他笋类的营养成分含量存在一定差异。为验证基于其营养成分实现不同笋类（尤其是毛竹笋和绿竹笋2类样品）之间的可行性，采用Kennard-Stone方法按照6∶4比例将样品集划分为校正集与预测集，使用kNN（k=3）方法基于校正集建立判别模型，并使用预测集对已建立模型的性能进行验证评价，分类结果如表3所示。预测集中仅有1个毛竹笋样品被误判为绿竹笋，校正集样品识别率为100%，预测集样品整体识别率达到96.67%，表明建立判别模型稳健、可靠，可用于不同笋类的准确判别。

图2 不同笋类成分指标主成分得分图

表3 不同笋类预测集kNN判别分析结果

2.3 不同品种发酵酸笋品质分析

为对比不同品种笋类发酵后酸笋的品质差异，对其发酵后的营养成分指标进行分析检测，结果如表4所示。不同品种笋类经发酵后，彼此之间的部分指标均呈显著性差异，以毛竹酸笋样品为例，相较于其他品种发酵样品，其发酵后Ca元素含量为14.19 mg/100 g，差异显著，产生的主要原因可能是由于前期购买的毛竹酸笋样品因自身发酵时间较短导致最终含量不高，而其他发酵笋类样品之间Ca元素含量差异不显著[16]；K元素含量方面，毛竹酸笋仅与梁山慈竹笋发酵样品差异显著，而Na含量则与绿竹笋、梁山慈竹笋及浙江马鞭笋的发酵酸笋样品差异显著；不同品种发酵酸笋间矿物质元素产生的差异主要原因可能是：因地域土壤质量的差异，导致不同原料竹笋自身因富集作用而富含的初始矿物元素含量不同，这也表明基于矿物元素含量判别竹笋产地信息具有一定的可行性；浙江马鞭笋发酵后其蛋白质含量较高（1.44 g/100 g），与其他品种发酵酸笋差异显著；总糖指标方面，毛竹笋与芦竹笋发酵样品差异不显著，绿竹笋、梁山慈竹笋与浙江马鞭笋发酵样品之间差异不显著，但这2类样品之间则差异显著；浙江马鞭笋发酵后的膳食纤维含量为7.39 g/100 g，为所有发酵笋类种含量最高，绿竹笋、芦竹笋及梁山慈竹笋之间膳食纤维含量差异不显著，毛竹笋发酵后膳食纤维含量最低（1.93 g/100 g）。由此可知，不同品种竹笋发酵后其酸笋成分指标均存在一定差异，这为基于成分指标的融合分析实现品种差异判别提供可能[17]。

表4 不同品种发酵酸笋品质指标

3 结论

对毛竹酸笋的主要营养成分进行分析检测。结果表明，发酵后毛竹酸笋的多数营养成分比原料毛竹笋均有所下降，其可能原因为该类物质参与到酸笋的一系列生化反应过程所致，且基于不同笋类的营养成分差异结合化学计量学方法可实现不同笋类的判别分析。不同品种发酵酸笋的营养成分指标均存在一定的差异，后期可进一步通过多理化指标（如色泽、质地、风味等）综合分析品质差异。综上，虽然酸笋的主要营养成分远低于普通蔬菜与水果，但其作为调料附加品，经发酵后膳食纤维含量丰富，富含多种氨基酸且风味独特，未来具有广阔的应用开发价值。