竹筍加工副產物中生物活性物質的研究進展

梁安雅，林可為，毛國興，伍俏佳，王 鋒，劉帆，潘天茂，肖更生，馬路凱，4

（1. 農業農村部嶺南特色食品綠色加工與智能制造重點實驗室，仲愷農業工程學院輕工食品學院，廣東廣州 510225；2. 廣東省農業科學院蠶業與農產品加工研究所，農業部功能食品重點實驗室，廣東省農產品加工重點實驗室，廣東廣州 510610；3. 云浮市健安食品發展有限公司，廣東云浮 527300；4. 西藏自治區農牧科學院農產品開發與食品科學研究所，西藏拉薩 850000）

竹筍廣泛種植于世界各地，是一種重要的綠色食品及經濟作物[1]。我國竹筍資源豐富，隨著竹筍加工業的快速發展，其加工品種類日益豐富，如筍酒、干筍、酸筍、筍罐頭等[2]。在加工過程，約占竹筍質量70%的筍殼、筍頭等加工副產物也日益增多，這些副產物往往被直接丟棄，造成資源的極大浪費[3]。因此，有必要對竹筍加工副產物提質增效利用。

竹筍加工副產物富含多種營養物質[4]，如多糖、膳食纖維、蛋白質和礦物質等，還有多酚、黃酮、生物堿和植物甾醇等多種活性物質，具有抗氧化、降血糖、降血脂及抗炎等活性作用[5-6]。目前，針對竹筍加工副產物資源化利用主要表現在2 個方面：一是提取分離相關功能活性物質，如多糖、黃酮和木質素等。有研究發現，竹筍殼中分離得到的木質素，是α-淀粉酶的活化和固定化的優質載體之一[7]，竹筍殼的醇提物還具有較好的抗氧化效果[8]；二是對竹筍加工副產物纖維進行再生利用，用于生產動物飼料、制備紡織纖維和制備復合材料等。目前，已有將竹筍加工副產物筍殼與全麥玉米、麥麩等混合進行青貯、氨化，制備飼料，一定程度上能改善飼料的營養物質成分[9]。

對竹筍加工副產物中活性物質的提取方法、結構、活性作用進行總結與歸納，以期為后續竹筍加工副產物活性物質的有效利用提供一定參考。

1 多糖

1.1 提取方法

多糖是竹筍的主要活性成分，總含量可達13.59%，其中筍殼約占6.07%，筍頭約占2.98%[10]。植物多糖的提取方法主要有溶劑（如水、稀酸、稀堿等） 浸提法、酶解法、微波輔助提取法和超聲波輔助提取法等，目前竹筍副產物中多糖的提取方法主要是酶法和微波-超聲波聯合輔助法。

竹筍副產物多糖提取方法及其得率見表1。

表1 竹筍副產物多糖提取方法及其得率

由表1 可知，提取竹筍副產物中多糖的最佳方法為微波-超聲波聯合輔助法，且經過水浴處理有助于多糖溶出，但不同部位中得率不同，其中以筍頭中多糖的得率較高（10.05%）。關于筍殼中多糖提取的綠色、高效方法，仍有待進一步的研究。

1.2 結構

目前，對竹筍副產物多糖結構的研究尚不豐富，僅有的文獻研究結果也有較大差異。張帥[15]研究發現，綠竹筍殼多糖是具有支鏈結構、含有少量糖蛋白的吡喃糖，主要由鼠李糖、阿拉伯糖、木糖、果糖組成。陳燦輝等人[16]從毛竹筍頭中也提取得到了吡喃糖，但其主要由葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖組成。劉煥燕等人[12]從毛竹筍殼中提取得到一種酸性多糖，單糖組成為半乳糖醛酸、半乳糖、木糖和阿拉伯糖。綜上所述，關于竹筍副產物中多糖目前鮮有報道，單糖組成主要為木糖、阿拉伯糖、果糖，還有少量的半乳糖。關于不同品種竹筍副產物的多糖組成、結構解析還有待進一步系統研究。

1.3 活性作用與機制

竹筍殼多糖生物活性研究較多，已發現其具有抗氧化、降血糖、抗炎性等多種生物活性。

竹筍副產物多糖的活性作用見圖1。

圖1 竹筍副產物多糖的活性作用

1.3.1 抗氧化

目前，對竹筍加工副產物多糖的研究多集中在抗氧化活性，其抗氧化能力主要與其清除自由基能力相關。張帥[15]從筍殼中提取得到可溶性多糖，并對其抗氧化活性進行評價，發現該種多糖對羥自由基、1,1 -二苯基- 2 -苦基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH） 自由基和超氧陰離子（O2-·） 自由基清除半抑制質量濃度分別為0.17，0.43 和16.00 mg/mL，表明其具有較顯著的體外抗氧化活性。冉俊楓等人[11]研究發現，苦筍殼多糖對DPPH 自由基、2,2-聯氮-雙（3 -乙基苯并噻唑啉- 6 - 磺酸） [2,2-azino-bis（3-et-hylbenzothiazoline-6-sulfonic acid），ABTS]自由基、羥基（Hydroxyl radical，·OH） 自由基、O2-·4 種自由基的清除能力及鐵離子還原/抗氧化能力（Ferric ion reducing antioxidant power，FRAP） 與多糖質量濃度有關，且在一定質量濃度下其活性與維C 相似。以上結果均表明，筍殼多糖的抗氧化效果較好，未來可作為一種潛在的抗氧化物質用于實際生產中。

1.3.2 降血糖

竹筍副產物多糖還具有降血糖功效，且與質量濃度有關。Liu H F 等人[17]從毛竹筍殼中分離得到一種阿拉伯半乳聚糖，結合體外人結腸癌（Caco-2）單層細胞試驗發現該種糖在較高質量濃度下對葡萄糖吸收有顯著的抑制作用。Zheng Y F 等人[18]發現，筍殼粗多糖對高脂飲食和鏈脲佐菌素誘導的糖尿病小鼠都表現出降血糖效果，且有一定的劑量依賴性。雖已有研究表明，筍殼多糖可通過改善體重和血清胰島素損失，進而降低小鼠的血糖水平，但關于其具體的降糖機理和相關通路，仍有待進一步的研究證實。

1.3.3 抗炎性

竹筍副產物多糖還有抗炎效果。陳光靜[19]從方竹筍筍渣中提取得到一種多糖，發現其可抑制結腸炎小鼠結腸中核苷酸結合寡聚化結構域（NOD） 蛋白樣受體3（NOD-like receptor，NLRP3） 炎癥小體的激活，降低試驗小鼠結腸中促炎細胞因子腫瘤壞死因子-α（Tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白細胞介素（Interleukin，IL） - 1β，IL-6 和IL-18 的表達量，改善結腸炎小鼠結腸中促炎細胞因子IL-1β，IL-6 和IL-18 與抗炎細胞因子白細胞介素- 10（Interleukin-10，IL-10） 間的平衡狀態，對硫酸葡聚糖納（Dextransulfatesodium，DSS） 誘導的小鼠急性潰瘍性結腸炎具有顯著的保護作用。該研究還發現，其可以通過降低炎癥蛋白iNOS 和COX-2 的表達，改善結腸炎小鼠機體的氧化應激，抑制NF-κB 信號通路中p65 和NF-κB 抑制蛋白-α（IκB-α） 的磷酸化來改善小鼠急性潰瘍性結腸炎。由此可見，筍渣中的多糖主要是通過降低結腸中的促炎細胞因子和炎癥蛋白的表達起到抗炎作用。

NLRP3 炎癥小體的組成圖見圖2。

圖2 NLRP3 炎癥小體的組成圖

2 膳食纖維

膳食纖維分為水不溶性膳食纖維（Insoluble dietary fiber，IDF） 和水溶性膳食纖維（Soluble dietary fiber，SDF）。與竹筍相似，竹筍加工副產物筍殼、筍頭中也含有大量的膳食纖維，其中筍殼膳食纖維已被作為工業膳食纖維的生產來源之一。目前，對竹筍加工副產物中膳食纖維的研究主要集中在提取方法、改性方法及潛在生理活性。

2.1 提取方法

通過物理、化學和生物方法均可提取得到膳食纖維。傳統熱水提取方法耗時較長，需要在高溫下進行[20]，因此竹筍副產物膳食纖維提取方面的研究多集中在提取工藝進行優化方面。目前，提取竹筍副產物膳食纖維的方法主要有酸堿法、酶法、微生物發酵法等，表2 對比了竹筍副產物膳食纖維的不同提取方法及工藝。通過對比發現，竹筍酸堿法提取效率較好，酸堿法是在熱水提取法的基礎上實施的，在一定的水浴溫度下，酸堿物質會加快細胞吸水膨脹，從而提高膳食纖維的提取率。微生物發酵法是利用微生物產生的酶系或者酸性條件，促進細胞壁裂解，達到提高膳食纖維提取率的方法。與酸堿法相比，酶法和微生物發酵法可提高竹筍副產物中SDF 的含量，從而可增加膳食纖維的利用率。

表2 竹筍副產物膳食纖維提取方法及其得率

竹筍副產物膳食纖維提取方法及其得率見表2。

2.2 結構

竹筍膳食纖維主要由纖維素、木質素和不溶性半纖維素等成分相互交叉、包裹形成（圖3）[26]。竹筍副產物提取得到的膳食纖維的紅外光譜分析也表明其與竹筍的結構組成一樣，由纖維素、木質素和半纖維素組成[27]，且與竹筍膳食纖維一樣，具有β-糖苷鍵[28]。

圖3 膳食纖維的結構模型

膳食纖維的結構模型見圖3。

2.3 活性作用與機制

竹筍副產物中的膳食纖維以IDF 為主，SDF 含量低限制了其在食品工業中的應用[29]，且傳統方法提取得到的膳食纖維顆粒大、口感粗糙，若直接添加到食品中，會破壞食品原來的結構，導致口感粗糙，使食品品質下降[30]。通過對其進行改性，膳食纖維的物理化學性質和功能特性增強[31]，目前常用的改性方法主要有酶-動態高壓微射流法、機械球磨法、擠壓-纖維素酶法、高壓蒸煮等，通過改性，膳食纖維的粒徑、持水力、持油力及吸附能力都得到的一定的改善。竹筍加工副產物膳食纖維同樣具有降血脂、降血糖、抗氧化和抗消化等生物活性[22]。

竹筍副產物膳食纖維改性方法見表3，竹筍副產物膳食纖維的活性作用見圖4。

圖4 竹筍副產物膳食纖維的活性作用

表3 竹筍副產物膳食纖維改性方法

2.3.1 降血脂

高脂血癥被認為是發生心血管疾病的重要危險因素，已成為全球性的健康問題[36]。筍殼纖維被發現能改善高脂血癥小鼠脂質代謝紊亂，Luo X L 等人[37]發現竹筍殼膳食纖維可使受試小鼠總膽固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白-膽固醇分別降低31.53%，21.35%和31.53%，高密度脂蛋白-膽固醇升高37.60%。有研究發現，IDF 與SDF 均有降血脂的作用，且IDF 能力較強[38]，而竹筍副產物中IDF 含量遠高于SDF。基于此，可根據其良好的降血脂功能，將其用于產品開發中，增加日常膳食纖維的攝入量，從而提高竹筍副產物膳食纖維的利用率。

2.3.2 降血糖

膳食纖維可以降低餐后血糖水平，并通過延緩葡萄糖的擴散、抑制葡萄糖擴散能力表現出良好的降糖特性[39]。Zheng Y F 等人[40]研究發現，筍殼SDF在葡萄糖吸附、α-淀粉酶抑制和胰島素分泌方面有較好的效果[17]。膳食纖維經腸道菌群發酵產生短鏈脂肪酸（Short chain fatty acid，SCFAs），SCFAs 再通過腸道上皮細胞被吸收到血液中，參與肝臟葡萄糖和脂肪酸代謝，提高胰島素敏感性，進而通過調節胰高血糖素樣肽- 1（Glucagon-like peptide-1，GLP-1）的分泌，促進胰島細胞再生修復，從而實現降血糖。

竹筍副產物膳食纖維降血糖的作用機制見圖5。

圖5 竹筍副產物膳食纖維降血糖的作用機制

2.3.3 抗氧化

竹筍副產物膳食纖維還具有抗氧化活性，如IDF中含有較多的活性基團，如羥基、羧基、甲氧基等，具有多種生物學活性[41]。龔衛華等人[42]用醋酸從麻竹筍殼中提取得到木質素，發現其DPPH 自由基清除能力和亞鐵離子還原能力較人工合成的抗氧化劑2,6 -二叔丁基對甲基苯酚（2,6-Di-tert-butyl-4-methylphenol，BHT） 要高，表明竹筍副產物膳食纖維可作為一種潛在的新型天然源抗氧化劑。

2.3.4 抗消化

膳食纖維可增加胃腸道內容物的黏度，阻礙消化酶與內容物的接觸，減少葡萄糖的釋放量，降低消化液中還原糖含量，從而產生抗消化性。有研究發現，方竹筍筍頭、筍腳等中的SDF 在人工胃液（pH 值3.5） 和人工腸液（pH 值7） 模擬消化6 h后，水解率分別為15.54%，31.08%，與菊粉對照組的抗消化能力相當，具有一定的抗消化性。竹筍副產物膳食纖維的抗消化性為其開發益生元產品提供了可能性。

3 黃酮

3.1 提取方法

關于竹筍副產物黃酮的研究主要集中在提取及如何提高其得率方面（見表4），因為黃酮易溶于醇類物質，故其提取多采用乙醇為溶劑，為了提高提取效率，在醇提法的基礎上有了超聲波輔助-醇提法，通過超聲波處理，使竹筍副產物內的分子相互碰撞、擠壓，有利于提高竹筍副產物中黃酮的得率。

表4 不同提取方法中竹筍副產物中黃酮含量的對比

不同提取方法中竹筍副產物中黃酮含量的對比見表4。

3.2 活性作用

竹筍殼黃酮具有抑制黑色素合成的功能。蘇雅靜[48]研究發現，筍殼黃酮提取物對酪氨酸酶（合成黑色素的關鍵酶）、單酚酶和二酚酶都具有抑制作用，表明筍殼黃酮可用于美白產品中。楊波等人[45]研究發現，筍篼黃酮對人肝癌細胞（Human hepatoellular carcinomas，HepG2） 有抑制作用，且可改善高濃度胰島素誘導的HepG2 細胞的葡萄糖消耗量，具有體外抗腫瘤及降血糖活性。綜上所述，竹筍副產物中的黃酮具有良好的活性功能，不僅可抑制黑色素的合成，還可抗腫瘤、降血糖，但還需要對其活性機制進行更深入的研究，以便對其進行加工應用。

4 生物堿

4.1 提取方法

生物堿具有豐富的化學多樣性和多種生物活性，如抗炎、抗病毒、抗氧化[49]等，關于生物堿的研究也已成為當下的熱點之一。關于竹筍副產物中生物堿提取方法的研究目前較少，僅有少量報道發現采用95%乙醇處理竹筍副產物，將提取物與1%HCl 混合，再用CHCl3提取即可獲得生物堿[50]。關于竹筍中生物堿綠色、高效的提取方法，仍有待進一步研究。

4.2 活性作用與機制

關于竹筍加工副產物中生物堿的研究雖然較少，但也有少量研究發現其具有一定的抗炎活性。Ren Y等人[50]發現，筍殼的總生物堿可通過下調促炎介質和細胞因子產生，進而抑制ERK 信號通路的激活，對脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS） 誘導的RAW264.7巨噬細胞表現出較好的抗炎活性；進一步以RAW264.7巨噬細胞為模型評價抗炎活性，發現竹筍筍肉生物堿（100 μg/mL） 和筍殼生物堿（100 μg/mL） 對脂多糖誘導的關鍵炎癥生物標志物一氧化氮（NO） 生成的抑制率分別為57%和69%。表明竹筍殼總生物堿的抗炎活性比竹筍更好，該差異可能是由于竹筍殼中生物堿的含量和種類較竹筍中更為豐富。研究結果表明，竹筍加工副產物較竹筍本身具有更為豐富的生物堿資源，需要對其系統的解析和活性評價。

5 結語

我國竹筍資源豐富，加工過程中會產生大量竹筍副產物，其具有巨大的發展前景。竹筍加工副產物具有多種生物活性物質，其抗氧化、降血糖、抗炎等活性亟待研究。在近年來關于竹筍副產物活性物質的研究取得了不錯的成果，如在竹筍副產物膳食纖維的改性上取得了突破；在竹筍副產物活性物質的活性作用機制上進行了更具深度的研究。但不可忽視的是，目前對竹筍副產物活性物質的研究主要集中在含量較豐富的多糖和膳食纖維物質，而黃酮、生物堿等活性作用研究相對較少。其次，研究發現竹筍殼中富含多糖，但還未將其應用到產品開發中；而竹筍副產物中的黃酮具有抑制黑色素生成的功能，在深入研究下，可將其應用于日用品和化妝品的開發中。目前，有關竹筍加工副產物的研究多停留在開發階段，其活性機制及產業化利用有待進一步的研究，存在較大的發展空間。