竹笋膳食纤维的研究与应用.doc

目 录摘 要11竹笋资源的价值及利用21.1竹笋的营养价值21.2竹笋的利用现状及开发意义22竹笋膳食纤维的用途和开发32.1竹笋膳食纤维的定义及用途32.2竹笋膳食纤维的开发33竹笋膳食纤维的提取方法43.1竹笋膳食纤维提取方法的种类43.2竹笋膳食纤维的综合开发展望54竹笋膳食纤维的改良5参考文献7致谢8摘 要膳食纤维作为“第七类营养素”对人们饮食健康起到越来越重要的作用。该文从竹笋资源的价值及利用趋势出发，对竹笋膳食纤维的用途和食品开发状况进行了阐述。通过对竹笋膳食纤维提取和改良方法的总结分析，提出了今后竹笋膳食纤维研究的发展方向。关键词:竹笋；膳食纤维； 方法改良AbstractDietary fiber as the seventh nutrient to a more and more important role in peoples diet health. This paper from the utilization of bamboo resources and the value trend of view, has carried on the elaboration to the bamboo shoot dietary fiber food use and development status. The bamboo shoot dietary fiber extraction and improved methods of analysis, put forward the development direction of the future research of bamboo shoot dietary fiber.Keywords: bamboo shoots; dietary fiber; improved method随着生活水平的提高,人们的食物越来越精细,营养也越来越丰富。然而,据营养学家调查,在我国由于膳食营养的不平衡性而引起的高血脂、肥胖症、胆结石、脂肪肝、糖尿病及肠癌等“富贵病”呈上升趋势。在这种形势下,膳食纤维(dietary fiber, DF)的研究相应的广泛起来。目前膳食纤维已经被列为继传统的六大营养素(蛋白质、脂肪、水、矿物质、维生素、碳水化合物)之后,成为能够改善人体营养状况,调节机体功能的“第七类营养素”。竹笋肉质肥嫩,清脆可口,味道鲜美,享有“素食第一”的美称,深受人们喜爱。但是在竹笋收获到加工、保鲜的过程中竹笋老化比较快,纤维素、木质素等含量迅速增加,加工处理时这些老化部分往往被作为下脚料废弃,造成资源上的浪费。纤维素、木质素、半纤维素等都是膳食纤维的主要成分,因此这也是一种较好的膳食纤维资源。同时,有研究者对笋体各部分的营养成分进行了分析,发现虽然老化部分的营养成分含量低于幼嫩部分(笋尖和嫩笋衣),但其营养成分的绝对含量是相当高的,老笋蔸可溶性固形物含量为6.5%,游离氨基酸为0.47%，蛋白质为17.94%(干)、钾为3%。说明这些下脚料再利用的价值很大。这就为开发竹笋膳食纤维的必要性和可行性提供了科学依据,而且从这些价格低廉的原料中提取膳食纤维不仅是提高原料综合利用的一条有效途径,还可以保护环境,实现废弃资源的有效利用。因此,笔者着眼于竹笋资源有效利用和竹笋膳食纤维看好的前景,对竹笋膳食纤维的研究与应用情况进行了总结分析,以期为竹笋膳食纤维提取工艺的优化提供思路,为竹笋膳食纤维理化特性和生理功能等方面的深度探究以及相关竹笋膳食纤维食品的开发利用提供科学依据。1竹笋资源的价值及利用1.1竹笋的营养价值竹笋是禾本科竹亚科植物的嫩肥短壮的雏芽。竹笋作为蔬菜食用,早在诗经和周礼中已有记载。据测定1,每100g鲜竹笋中含干物质9.79g、蛋白质3.28g、碳水化合物4.47g、纤维素0.9g、脂肪0.13g。每100g干笋中含钙140mg、磷290mg,还富含天冬素,对人体有滋补作用。现代有研究表明2,竹笋含有18种氨基酸,其中8种人体必需氨基酸总量平均值为431.4mg/100g鲜重。竹笋还含多种维生素和矿物元素,均为人体健康必不可少的物质。其矿物元素含量具有高钾低钠的特点,并且含多种微量元素:铁、铜、锌、锰、镍、铬、钴、钒、锡等。有的竹笋中含有较多酪氨酸,酪氨酸具有治疗甲状腺亢进、抑制癌细胞扩散的作用。此外,竹笋还含有大量食用纤维,它不仅能降低人体脂肪吸收,有减肥健美的功效,而且能促进肠道蠕动,可预防便秘和结肠癌。因此,竹笋又被誉为具有营养保健功能的药膳食品。1.2竹笋的利用现状及开发意义随着笋用林和笋竹两用林丰产技术的推广,我国鲜笋产量逐年递增,2006年产竹笋500万-600万t,除40%鲜销外,其余均用于罐头笋和笋干的加工。但是,传统笋加工会产生笋头、笋壳和笋煮液等大量废弃物,导致资源浪费和环境污染。因此,深入研究竹笋的营养价值和药用价值,并对其进行全方位的开发利用,对竹笋产业的可持续发展具有重要意义。2竹笋膳食纤维的用途和开发2.1竹笋膳食纤维的定义及用途竹笋膳食纤维(dietary fiber, DF)是指能抗人体小肠消化吸收而能在大肠部分或全部发酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其相类似物质的总称。按其在水中的溶解性特性,可分为水溶性膳食纤维(soluble dietary fiber, SDF)和水不溶性膳食纤维(insoluble dietary fiber, IDF)两大类:SDF是指不被人体消化道酶消化,但可溶于温、热水且其水溶液又能被4倍体积的乙醇再沉淀的那部分DF,主要是胞壁内的储存物质和分泌物,包括果胶、树胶、葡聚糖、瓜尔豆胶、羧甲基纤维素等。SDF吸水膨胀,比原有的体积和质量大几十倍,形成凝胶状物质。它一方面能使人有饱腹感,另一方面可延长食物在胃内停留时间,使糖被吸收的速度减缓,从而避免突然的高血糖现象,可提高人体耐糖的程度,对稳定糖尿病患者有所帮助。SDF还能与胆酸结合并随粪便排出,有助于降低胆固醇,减少因高胆固醇所衍生的心脏病、高血压等症状;IDF是指不被人体消化道酶消化且不溶于热水的那部分DF,主要是细胞壁的组成成分,包括纤维素、半纤维素、木质素、原果胶和壳聚糖,其中木质素是使细胞壁保持一定韧性的芳香族碳氢化合物。IDF能吸收水分,软化粪便、增加粪便的体积、能刺激肠道蠕动,加速排便,以减少粪便中有害物质与肠道接触的时间,降低患肠癌的率。2.2竹笋膳食纤维的开发膳食纤维食品在西方国家的风行始于20世纪70年代,日本对膳食纤维的兴趣起源于20世纪90年代,我国食品行业到20世纪90年代末才开始有强化膳食纤维食品问世。现在,膳食纤维的独特生理功能和营养保健作用使其作为主要食品组分在食品中得到了广泛的应用。膳食纤维可用于制作馒头、挂面、方便面等主食。馒头中加入6%的膳食纤维,成品颜色及味道如同全麦粉做成的馒头,并且有特殊的香味,口感良好。面条中加入5%的膳食纤维,面条熟后强度增加、韧性良好、耐煮耐泡,口感清爽。在焙烤食品中添加5%6%的膳食纤维,能改变制品的质构,提高持水力,增加柔软度和疏松度,延长制品的货架期。在乳制品中添加1%5%的膳食纤维能同时满足人们对蛋白质、维生素A、脂肪等动物性营养成分和膳食纤维等植物性营养成分的需求,还能进一步提高乳制品的营养价值和应用范围。长期饮用添加膳食纤维的乳制品能使肠道舒畅,防治便秘,并可降低胆固醇、调节血脂、血糖、协助减肥,尤其适合中老年人、糖尿病人、肥胖者饮用。在竹笋膳食纤维研究领域,谢碧霞等3利用竹笋或竹笋罐头加工后的下脚料,经乳酸菌发酵,在制备乳酸菌保健饮料的同时,将获得的高活性膳食纤维可加工成高纤维保健饼干,得出加工高纤维饼干的最佳工艺参数为:竹笋膳食纤维颗粒度大小为120目,质量分数为6%,可溶性膳食纤维、谷朊粉、白糖和油脂质量分数分别为6%、0.6%、25%和7%,烘烤温度为190,烘烤时间为8min。这种高纤维低糖低油脂产品不仅香甜可口,而且是肥胖症、糖尿病患者的理想食品。李安平4等选择喷雾干燥法对经乳酸菌发酵后的竹笋膳食纤维进行微胶囊化,结果发现,以明胶和阿拉伯胶为壁材,膳食纤维为心材进行微胶囊处理后,其外形美观,色泽艳丽,溶胀性和持水力都得到极大地提高,对竹笋膳食纤维的涩味有一定的掩盖作用,口感也因此更为圆润,更易为消费者所接受。随着人们健康意识的普遍增强,食物纤维作为功能性保健食品,在未来人类食物中具有重要角色。目前我国竹笋膳食纤维食品品种并不多,质量有待提高。对于其副作用,尚需科学界与医学界专家进一步研究探讨,寻找科学的搭配与使用量。3竹笋膳食纤维的提取方法3.1竹笋膳食纤维提取方法的种类膳食纤维的提取方法主要有6种:粗分离法、化学法(酸碱法)、酶法、膜分离法、酶化学结合法、发酵法。目前竹笋膳食纤维的提取主要应用了粗分离法、化学法(酸碱法)和发酵法3种。首先是钟海雁等5用碱浸法进行了毛竹春笋膳食纤维制备及初步应用研究,发现随着碱液浓度的增加,膳食纤维的含量有增加的趋势,因为用碱浸泡,可使纤维素的链内氢键和糖苷键部分断裂,聚合度及机械强度有所下降,经过水洗使溶解于碱液的蛋白质、半纤维素及部分木质素等成分被除去,以利于提高纤维素的含量。李安平、谢碧霞等最早以竹笋为主要原材料,利用保加利亚乳酸杆菌与嗜热链球菌1:1混合培养的乳酸菌,进行竹笋膳食纤维的发酵制备。得出:制备乳酸发酵膳食纤维时,发酵温度为40、发酵时间为20h左右较为恰当,干燥温度则以70的真空干燥效果较好。并发现利用乳酸菌发酵制得的竹笋膳食纤维为浅黄色、具有竹笋清香的粉末。其生产过程简便,成本低廉,产品无异味,易于实现工业化。与非发酵的竹笋膳食纤维相比,发酵的同类产品口感更香甜,粗纤维含量更高,持水力更大,生理活性更好。他们还先后进行了发酵竹笋膳食纤维对小鼠肠蠕动作用以及改善小鼠胃肠道功能的实验研究,发现食物配比为10%的发酵竹笋膳食纤维对肠蠕动具有较显著的作用,过高(20%)容易对小鼠造成了不同程度的便秘,过低(5%)没有统计学意义;发酵竹笋膳食纤维可增加小鼠肠道内双歧杆菌与乳酸杆菌等有益菌的数量,有效剂量为5.0g/d/kgBW。同时,发酵竹笋膳食纤维可显著提高便秘小鼠的小肠推进率,缩短首便时间,增加8、11h的排便总重量,具有良好的润肠通便功效。后来唐浩国等6以同等配比的乳酸菌,研究了发酵法制备竹笋膳食纤维粉的最佳工艺参数,并对发酵法制备膳食纤维的提取含量、持水性、溶胀性等理化检验指标及其色、香、味等感官指标与非发酵法成品进行了对比分析。发现竹笋膳食纤维的最佳发酵条件是:发酵时间为24h,培养温度为35,接种量为25%。单因素实验结果表明,最佳干燥条件是:干燥温度为70,干燥时间为25h。得出的竹笋膳食纤维制品香味清淡,色泽自然,口感良好,营养保健,是一种新型的发酵保健蔬菜制品。与非发酵工艺同类产品相比,此法制备的膳食纤维的提取率和持水力均有一定程度的提高,而对溶胀性的改善效果并不大。林海萍等7对粗分离法、化学法(酸碱法)和发酵法3种竹笋膳食纤维制备工艺进行了比较,结论得出,通过发酵处理后得到的膳食纤维不仅得率与纯度较高,而且具有高溶胀性和高持水力,可以更好地发挥膳食纤维的生理作用,有利于更好地提高人类健康。谢碧霞等8也认为,与酸碱法处理得到的DF相比,笋渣经过发酵处理后所得的DF产品,在IDF、SDF总含量上有所提高,而在SDF含量上有显著提高。膳食纤维中对人体生理功能的大小主要取决于SDF含量的多少,因此竹笋渣发酵处理不失为一条提高竹笋附加值和生理功能的好途径。结合前人的研究,总结各种膳食纤维提取方法的优缺点, 发现:粗分离法主要是利用液体悬浮法和气流分级法的原理,将原料中各成分的相对含量改变,减少如植酸、淀粉等的含量,从而提高膳食纤维的含量,这种方法适合于原料的预处理;用化学法提取膳食纤维最为简捷快速,这也是目前最常用的方法,但是采用酸碱法制得的纤维产品,色泽较差,不易漂白,并且在高酸高碱、高温条件下,对提取容器、管道、物料泵的腐蚀相当严重,同时在处理过程中引入了大量阴、阳离子,给膳食纤维的利用带来一些不利因素;膜分离法是利用高科技的膜分离技术,将分子量大小不同的膳食纤维分离提取,是制备可溶性膳食纤维的最有前途的方法,该法能通过改变膜的分子截留量来制备不同的分子量的膳食纤维,避免了化学分离法的有机残留,使用此法的缺点是不能制备不溶性膳食纤维,而且此法对设备要求较高,研究报道相对较少;酶法是用多种酶逐一除去原料中除膳食纤维外的其它组分,主要是蛋白质、脂肪、还原糖、淀粉等物质,最后获得膳食纤维的方法,采用化学提取法制备的膳食纤维还都含有一定量的蛋白质和淀粉,要制极纯净的膳食纤维,酶提取法则有更好的效果,酶法提取条件温和,不需要高温、高压,而且节约能源,操作方便,更可以省去部分工艺和设备,有利于环境保护;发酵法提取是采用如保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌等微生物对原料进行发酵,然后水洗至中性,干燥即可得到膳食纤维,发酵法生产的膳食纤维色泽、质地、气味和分散程度均优于化学法,比化学提取法得到的膳食纤维有较高的持水力和得率。3.2竹笋膳食纤维的综合开发展望对于提取竹笋膳食纤维的各种方法,酶法和发酵法比较看好。至于筛选提取竹笋膳食纤维的优良酶系,建立竹笋膳食纤维提取的酶学模型,筛选优良无毒副作用的竹笋膳食纤维发酵微生物,开发、生产发酵副产品(如竹笋乳酸菌保健饮料等),建立完善的酶法和发酵法提取竹笋膳食纤维的工艺体系,以及对所提取的竹笋膳食纤维制品的生理功能和理化特性的系统研究和效益评价还有待进一步深入。4竹笋膳食纤维的改良李安平等研究发现,竹笋膳食纤维主要是不溶性膳食纤维,单一的膳食纤维制品是存在诸多缺陷的,不仅口感滞涩,而且成分组成也不合理。目前进行膳食纤维改良的有前途的方法主要有以下4种:(1)超微粉碎技术。超微粉碎是利用机械或流体动力的途径将物料颗粒粉碎至10m以下的过程。超微粉碎所得的产品具有良好的溶解性、分散性、吸附性、化学活性等。(2)挤压蒸煮技术。挤压蒸煮技术是使物料在挤压膨化设备中受到高温、高压、高剪切作用,物料内部水分短时间内迅速汽化,纤维物质分子间和分子内空间结构扩展变形,并在挤出膨化机的瞬间,由于突然失压,造成物料结构发生变化,形成疏松多孔的状态。将物料送人挤压蒸煮机中,在高温、高压条件下进行挤压、剪切、蒸煮处理,不但改善了物料的色泽和风昧,更重要的是由于高温、高剪切力作用,使得大分子的不溶性纤维组分的部分连接键断裂,转变成为较小分子的可溶性膳食纤维,从而使得物料具有很高的膨胀力和持水性。同时又起到了高温短时杀菌作用。但挤压改性对膳食纤维阳离子交换能力影响较小。(3)瞬时高压技术。瞬时高压作用是在微射流均质机的基础上发展或延伸的概念,是集输送、混合、超微粉碎、加压、加热、膨化等多种单元操作于一体的一门全新技术。物料经瞬时高压挤压膨化处理,使膳食纤维中大分子组分的连接键断裂,转变为小分子组分,部分不溶性组分转变为可溶性组分,膳食纤维致密的网状结构便变为疏松的网状结构,体积和表面积也大大增大。瞬时高压技术还使膳食纤维的表观粘度显著增大,触变性明显,纤维悬浮液中颗粒分布更加均匀,溶液性质更稳定。(4)冷冻粉碎技术。冷冻粉碎技术是将冷冻与粉碎两种单元操作相结合,使物料在冻结状态下,利用超低温脆性实现粉碎。它可以粉碎在常温下难以粉碎的物料,使物料颗粒流动性更好、粒度分布更理想,不会因粉碎使物料发热而出现氧化、分解、变色等现象,特别适合诸如功效成分之类物料的粉碎。目前还未见用冷冻粉碎技术改性膳食纤维及改性后理化性质研究的报道。 因此，对竹笋膳食纤维的生理作用机理进行