發酵法制備竹筍下腳料膳食纖維的研究

李狀等

摘 要 通過利用根霉菌發酵過程中消耗糖類和蛋白質的作用，從竹筍下腳料中制備純度高、品質佳的膳食纖維。正交試驗結果表明，原料粉20目，液料比1 ∶ 15（g/mL），34 ℃下發酵32 h可獲得品質較好的竹筍膳食纖維，得率達到54.53%，總膳食纖維含量54.2%。與傳統化學法相比，微生物發酵法具有原料損失少、得率和可溶性膳食纖維含量高的優點，制備的膳食纖維持油力相近，持水力和溶脹度顯著提高。品質測定結果表明，發酵法制備的膳食纖維食用性和功能活性較高，并且保持了竹筍本身特有的風味。根霉發酵條件溫和，工藝簡單，易于放大，是一種高效制備毛竹筍下腳料膳食纖維的方法。

關鍵詞 毛竹筍；根霉；發酵；膳食纖維；產品特性

中圖分類號 TS255.1 文獻標識碼 A

Dietary Fiber from Scraps of Bamboo

Shoots by Fermentation

LI Zhuang1，2， ZHU Deming1， LI Jihua1， LIN Lijing1 *

HUANG Xiaobing1， PENG Shaodan1

1 Agricultural Product Processing Research Institute， Chinese Academy of Tropical Agriculture Sciences， Zhanjiang，

Guangdong 524001， China

2 College of Food Science and Technology， Huazhong Agricultural University， Wuhan， Hubei 430070， China

Abstract By fermentation， carbohydrates， protein and other nutrients were digested， and the obatined dietary fiber from bamboo shoots had a good quality. The scraps of bamboo shoots was suitable for Rhizopus fermentation. The optimum fermentation condition determined by orthogonal experiment were as follows： mesh grinding fineness of 20 for raw materials， 1 ∶ 15 ratio of stuff to solvent， 34 ℃ temperature， 32 h fermentation time. The yield and total dietary fiber content of the dietary fiber products was 54.53% and 54.2%， respectively. Compared with the traditional chemical method， the product yield and the content of soluble dietary fiber were both higher. The oil-holding force changed little， but the water-holding and swelling capacities significantly increased after fermentation. In general， the Rhizopus fermentation was simple and easy for zooming in a mild condition， and the product s obtained its own characteristic flavor with good functional properties and edibility. The sesult suggested that the microbial fermentation was an effective method for dietary fiber production from moso bamboo shoots.

Key words Moso bamboo shoots； Rhizopus； Fermentation； Dietary fiber； Product characteristics

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.08.032

竹筍，是竹的幼芽，也稱為筍。竹筍能促進腸道蠕動、去積食、防便秘，是一種富含膳食纖維的蔬菜，種類多，分布廣，盛產于熱帶，亞熱帶和溫帶地區[1-2]，在竹筍加工中往往產生大量下腳料，如老化的筍基，筍衣，品相不佳的筍肉等，這些部分營養物質也十分豐富，主要為糖類、蛋白質、膳食纖維等[2]。但目前大多被直接丟棄，造成了嚴重的資源浪費和環境污染問題[3]。竹筍下腳料中膳食纖維含量高、品質好，近年來被開始用于膳食纖維的制備，并開發高膳食纖維產品，從而實現農業廢棄物的綜合利用[4]。目前，膳食纖維制備主要采用化學酸堿處理法、酶法和發酵法，化學酸堿處理法應用較普遍，酸堿的使用對環境污染較大，同時膳食纖維產品品質也受影響，由于酶法和發酵法等生物技術方法制備率高，對環境友好，所以是提取膳食纖維的研究熱點。較多研究以乳酸菌或綠色木霉發酵法制備竹筍膳食纖維[5-7]，乳酸菌多適合鮮筍發酵，綠色木霉發酵易產生木霉素等物質[8]，所得產物的食用安全性有待論證。根霉在馬鈴薯渣、橙皮等膳食纖維提取中有很多應用[9-11]，但用于竹筍下腳料的發酵研究則鮮有報道，本研究以干竹筍下腳料為主要原料，制取膳食纖維產品，對竹筍的根霉發酵工藝進行優化，以期為毛竹筍下腳料的開發應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 植物材料 毛竹筍下腳料（干樣，主要為筍干制品中品質不佳的筍肉和筍頭），福建豐農食品股份有限公司提供。

1.1.2 藥品和試劑 根霉菌發酵粉（主要成分為米根霉、米粉），安琪酵母股份有限公司；熱穩定α-淀粉酶、堿性蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶，愛爾蘭Megazyme公司；三羧基氨基甲烷（TRIS）、2-（N-嗎啉代）-磺酸基乙烷（MES）、石油醚、乙醇、丙酮、氫氧化鈉等均為國產分析純。

1.1.3 儀器與設備 BS-1E恒溫振蕩培養箱，江蘇宏華儀器廠；粉碎機，匯爾儀器設備有限公司；Fibertec E型膳食纖維分析儀，福斯（Foss）公司；Kjeltec 8400全自動定氮儀，福斯（Foss）公司；13-A馬弗爐，上海康路儀器備有限公司S-4800掃描電鏡，日立公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 下腳料挑選和預處理 無霉斑、無異味、未腐爛變質的竹筍下腳料，如老化的筍基、筍衣、品相不佳的筍肉等。將洗干凈的竹筍下腳料切成均勻小塊，利用粉碎機粉碎成較小顆粒，即制得待加工的竹筍原料。

1.2.2 酸堿法制取膳食纖維[5-6] 50 ℃下，將預處理后的原料用pH12的NaOH溶液浸泡2 h，過濾后將濾渣漂洗至中性，再用pH2的乙酸溶液浸泡2 h，漂洗至中性，脫色干燥后粉碎，獲得竹筍膳食纖維。

1.2.3 米根霉發酵工藝流程與操作要點 原料→浸泡→預煮→冷卻→接種發酵→過濾→水洗→干燥→粉碎→成品。

（1）浸泡。取10 g竹筍粉，按一定料液比（1 ∶ 15～1 ∶ 25），于培養瓶中攪拌均勻，使其充分吸水。

（2）預煮。將培養瓶于100 ℃水浴15 min，一方面對原料進行滅菌，另一方面加速竹筍粉原料吸水。

（3）接種發酵。待原料冷卻至室溫，以0.2%接種量將根霉菌發酵劑均勻混入到無菌培養瓶中，將培養瓶密封，35 ℃以下恒溫振蕩培養。根霉菌發酵時間需合適，發酵時間過短，膳食纖維提取作用不明顯，發酵時間過長，感官品質變差，同時易對纖維素等產生酶解作用。

（4）干燥。干燥過程對竹筍膳食纖維品質有較大影響。采用冷凍干燥效果最佳，由于吸水后竹筍膳食纖維處于溶脹狀態，冷凍干燥后可以保持膳食纖維的膨松狀態，不易干縮，樣品不易被氧化變色。本實驗為提高干燥效率，先采濾布擠壓除去部分水分，再用60 ℃熱風干燥，使水分降低到40%以下，最后采用真空冷凍干燥，水分含量以小于5%即可。

1.2.4 發酵工藝優化 結合單因素試驗和正交試驗設計，研究發酵中關鍵影響因素，以產品得率和膳食纖維含量為指標優化工藝條件，發酵法制取的產品的得率以及膳食纖維的含量主要與原料和發酵條件有關，參考根霉菌發酵制取甜酒[12]，并結合相關預實驗，初步確定竹筍粉原料粗細程度、發酵時間、溫度、液料比是影響竹筍發酵的主要因素。其中原料顆粒大小對根霉菌發酵影響研究較少，本實驗通過粉碎機中不同濾過篩網可獲得不同顆粒大小的竹筍粉，選取具有代表性10、20、40目篩網，獲得3種不同粒徑的竹筍粉，分析顆粒大小對發酵的影響。

1.2.5 不同制取法所得樣品的得率和膳食纖維含量

將較好發酵工藝條件下獲得的樣品，與未經處理的原料和酸堿法制得的樣品進行比較，測定產品得率、總膳食纖維含量、可溶性膳食纖維含量、不可溶膳食纖維含量，再計算各種膳食纖維的損失率。其中膳食纖維測量采用酶重量法[13-14]。損失率計算公式如下：

損失率=

1-×100%

式中C1為對照中膳食纖維質含量，C2為樣品中膳食纖維含量。

1.2.6 測定各樣品膳食纖維活性指標 持水力、持油力、溶脹度3個方面評價樣品中膳食纖維活性大小[15]。

持水力、持油力測定[16]：準確稱取m0=1.000 g竹筍粉樣品置于100 mL燒杯中，加蒸餾水40 mL，電磁攪拌24 h后，轉移至離心管中，在3 500 r/min的速度下離心30 min，傾去上清液，擦干管壁附著的水分，稱其質量m1。持水力=（m1-m0）/m0。持油力測量方法同持水力測量，僅將40 mL蒸餾水改為40 mL大豆油。

溶脹度測量[17]：準確稱取1.000 g膳食纖維于25 mL量筒中，記錄質量m和體積V1，準確移入蒸餾水10 mL，振搖使其均勻分散，置于25 ℃的水浴鍋恒溫，在第24 h記錄充分溶脹后的物料的體積V2，獲得最終溶脹度，溶脹度=（V2-V1）/m。

1.2.7 掃描電鏡觀察 用戊二醛將待測樣品固定，再用離子濺射儀對樣品表面鍍金處理，于掃描電子顯微鏡（S-4800 日立）進行形態觀測，儀器加速電壓為10 kV。

1.2.8 發酵法與酸堿法對所得產品的感官品質影響

從顏色、氣味、味道、形態4個方面對根霉菌發酵制得產品、酸堿法制得產品和未經處理的原料進行客觀評價。

1.3 數據處理與分析

利用SAS9.0數據分析軟件對正交試驗進行方差分析，分析模型可行性，優化發酵工藝。

2 結果與分析

2.1 正交試驗優化發酵工藝

本實驗采用L9（34）正交表對表1中4個因素進行優化試驗，對各試驗中所得產品得率和膳食纖維進行測量，每組試驗重復2次。發酵中大部分情況下獲得的產品重量越低，產品得率越低，但膳食纖維含量更高，得率影響產品的產量，膳食纖維含量對產品的感官品質和生理活性影響較大，兩者是發酵法制取膳食纖維中最關鍵的指標，由于生產中膳食纖維含量的重要性更高，本實驗采用1 ∶ 3權重比計算綜合得分，綜合評分=產品得率+3×膳食纖維含量，最后根據綜合評分大小確定最佳工藝參數。

由表2極差分析可以得出，根霉菌發酵過程中對產品品質影響：溫度>粒徑>時間>液料比，通過表3方差分析顯示，溫度、粒徑、發酵時間對產品的綜合評分影響極顯著（p<0.01），液料比則為顯著（p<0.05）。最優工藝參數：液料比1 ∶ 15，發酵溫度34 ℃，發酵時間32 h，物料粒徑20目，通過補充驗證實驗，此工藝條件下產品得率可達到54.53%，總膳食纖維含量54.2%，綜合評分可達217.13。

發酵實驗中，發酵溫度對膳食纖維品質影響最大，34 ℃時發酵效果最佳，可能與34 ℃時，根霉菌更易產酶的特性有關[12]，酶活越大，更易消耗掉物料中的糖、蛋白質等物質。物料粒徑大小，經常在發酵中被忽視，試驗表明，并非顆粒越細小，發酵效果就越好，試驗中粒徑過小時，物料在液體中分散性不佳，容易結團，同時不利于根霉菌附著于物料上生長，物料顆粒偏大時，發酵速度變慢，因此過20目的竹筍粉物料更適宜根霉菌發酵。液料比對根霉菌發酵影響較小，一般竹筍粉充分吸水，完全浸于液體中即可滿足根霉菌的發酵需求。水分添加過多時容易將物料中營養物質稀釋，減緩根霉菌的發酵速度。

2.2 發酵產品得率和膳食纖維含量

根據表4可看出，發酵法獲得的產品中，總膳食纖維含量由原料的36.1%提高到54.2%，雖低于化學法制得樣品的總膳食纖維含量，但發酵法制得樣品的得率和可溶性膳食纖維含量更高。結合膳食纖維含量和損失率，發酵作用對竹筍下腳料中糖、蛋白質的消解作用弱于化學法的酸堿處理，但根霉菌發酵法中總膳食纖維的損失率可控制在18.52%，可溶性膳食纖維損失率控制在45.84%，相比之下，酸堿處理對膳食纖維破壞較大，尤其對可溶性膳食纖維，損失率高達84.71%。

2.3 膳食纖維功能活性比較

高膳食纖維產品具有較強的持水、持油、溶脹能力和陽離子交換能力，從而發揮其生理功能作用[15]。從表5中發現，發酵法制得的竹筍膳食纖維產品持水力顯著高于原料和化學法制得產品，持油力與化學法制得產品基本持平，溶脹度有顯著提高。再結合表4可以發現，發酵法產品的總膳食纖維含量雖低于化學法制得樣品，但具有更強的生理活性，從另一方面表明根霉發酵對竹筍中膳食纖維的破壞更小，其中可溶性膳食纖維的含量變化，對膳食纖維的生理活性影響較大。

2.4 電子顯微鏡觀察

從圖1顯微結果可以發現，未經處理的竹筍樣品物質成分復雜，木質結構和纖維狀結構不明顯，經過發酵處理的樣品，細胞壁、維管束等高纖維組織結構清晰，并且緊密粘附在一起，而經過酸堿處理所得樣品中，可發現部分絲狀纖維間產生一定分離，纖維束結構混亂無序，并且有卷曲現象，表明可溶性膳食纖維中膠類物質損失較大，對不溶膳食纖維膠結作用減小。比較三者相關結構，發酵法有效減少竹筍下腳料中雜質，使物料中細胞壁、維管束等膳食纖維主要組成部分更為明顯，同時，由于對可溶性膳食纖維損失小，纖維聚集結構得到保持。

2.5 發酵處理和化學處理對感官品質的影響

從表6可看出，化學法由于膳食纖維含量高，雜質少，其顏色最白。發酵法由于制得產品成分復雜，再加上發酵過程中產生一定活性物質，產品烘干后顏色會變得更深，因此可進行相應脫色處理，并在低溫或常溫下烘干。氣味和味道是發酵法膳食纖維產品的一大特點，在對竹筍本身香氣和味道有一定保留的情況下，還具有根霉發酵帶有的甜酒香氣，味道更易接受。形態方面，發酵法由于根霉菌菌絲干燥后有少量菌絲殘體，基本不影響產品外觀和食品安全性，但在烘干過程中易導致物料結團，可對物料再次粉碎進行改善。在所得竹筍膳食纖維產品的感官品質上，根霉菌發酵與乳酸菌發酵[5，7]各有特色，但均有提升感官品質的作用。

3 討論與結論

根霉菌是食品工業中安全性高、應用最廣泛的菌種之一，但在竹筍加工中相關應用較少，本研究利用根霉菌發酵法制備高品質的竹筍下腳料膳食纖維產品工藝簡單、成本低，基本不污染環境，具有廣闊的應用前景。發酵原料粉碎至20目，液料比1 ∶ 15，接入根霉菌發酵劑34 ℃下發酵32 h，所得產品總膳食纖維含量達到54.2%，與曹小敏利用綠色木霉發酵制得產品的膳食纖維含量相近[6]，并且本工藝中根霉菌為廣泛用于食品加工的一類微生物，安全性較高，適合用于食品開發，除提高膳食纖維含量外，還可改善產品感官品質，產品生理活性強，顏色均勻，氣味芬芳，味道易于接受，可作為輔料、添加劑應用于食品加工中，也可作為半成品，繼續進行超細粉碎等加工，很具有開發潛力。

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責任編輯：沈德發