发酵法制备竹笋下脚料膳食纤维的研究

李状等

摘 要 通过利用根霉菌发酵过程中消耗糖类和蛋白质的作用，从竹笋下脚料中制备纯度高、品质佳的膳食纤维。正交试验结果表明，原料粉20目，液料比1 ∶ 15（g/mL），34 ℃下发酵32 h可获得品质较好的竹笋膳食纤维，得率达到54.53%，总膳食纤维含量54.2%。与传统化学法相比，微生物发酵法具有原料损失少、得率和可溶性膳食纤维含量高的优点，制备的膳食纤维持油力相近，持水力和溶胀度显著提高。品质测定结果表明，发酵法制备的膳食纤维食用性和功能活性较高，并且保持了竹笋本身特有的风味。根霉发酵条件温和，工艺简单，易于放大，是一种高效制备毛竹笋下脚料膳食纤维的方法。

关键词 毛竹笋；根霉；发酵；膳食纤维；产品特性

中图分类号 TS255.1 文献标识码 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

竹笋，是竹的幼芽，也称为笋。竹笋能促进肠道蠕动、去积食、防便秘，是一种富含膳食纤维的蔬菜，种类多，分布广，盛产于热带，亚热带和温带地区[1-2]，在竹笋加工中往往产生大量下脚料，如老化的笋基，笋衣，品相不佳的笋肉等，这些部分营养物质也十分丰富，主要为糖类、蛋白质、膳食纤维等[2]。但目前大多被直接丢弃，造成了严重的资源浪费和环境污染问题[3]。竹笋下脚料中膳食纤维含量高、品质好，近年来被开始用于膳食纤维的制备，并开发高膳食纤维产品，从而实现农业废弃物的综合利用[4]。目前，膳食纤维制备主要采用化学酸碱处理法、酶法和发酵法，化学酸碱处理法应用较普遍，酸碱的使用对环境污染较大，同时膳食纤维产品品质也受影响，由于酶法和发酵法等生物技术方法制备率高，对环境友好，所以是提取膳食纤维的研究热点。较多研究以乳酸菌或绿色木霉发酵法制备竹笋膳食纤维[5-7]，乳酸菌多适合鲜笋发酵，绿色木霉发酵易产生木霉素等物质[8]，所得产物的食用安全性有待论证。根霉在马铃薯渣、橙皮等膳食纤维提取中有很多应用[9-11]，但用于竹笋下脚料的发酵研究则鲜有报道，本研究以干竹笋下脚料为主要原料，制取膳食纤维产品，对竹笋的根霉发酵工艺进行优化，以期为毛竹笋下脚料的开发应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 植物材料 毛竹笋下脚料（干样，主要为笋干制品中品质不佳的笋肉和笋头），福建丰农食品股份有限公司提供。

1.1.2 药品和试剂 根霉菌发酵粉（主要成分为米根霉、米粉），安琪酵母股份有限公司；热稳定α-淀粉酶、碱性蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶，爱尔兰Megazyme公司；三羧基氨基甲烷（TRIS）、2-（N-吗啉代）-磺酸基乙烷（MES）、石油醚、乙醇、丙酮、氢氧化钠等均为国产分析纯。

1.1.3 仪器与设备 BS-1E恒温振荡培养箱，江苏宏华仪器厂；粉碎机，汇尔仪器设备有限公司；Fibertec E型膳食纤维分析仪，福斯（Foss）公司；Kjeltec 8400全自动定氮仪，福斯（Foss）公司；13-A马弗炉，上海康路仪器备有限公司S-4800扫描电镜，日立公司。

1.2 试验方法

1.2.1 下脚料挑选和预处理 无霉斑、无异味、未腐烂变质的竹笋下脚料，如老化的笋基、笋衣、品相不佳的笋肉等。将洗干净的竹笋下脚料切成均匀小块，利用粉碎机粉碎成较小颗粒，即制得待加工的竹笋原料。

1.2.2 酸碱法制取膳食纤维[5-6] 50 ℃下，将预处理后的原料用pH12的NaOH溶液浸泡2 h，过滤后将滤渣漂洗至中性，再用pH2的乙酸溶液浸泡2 h，漂洗至中性，脱色干燥后粉碎，获得竹笋膳食纤维。

1.2.3 米根霉发酵工艺流程与操作要点 原料→浸泡→预煮→冷却→接种发酵→过滤→水洗→干燥→粉碎→成品。

（1）浸泡。取10 g竹笋粉，按一定料液比（1 ∶ 15～1 ∶ 25），于培养瓶中搅拌均匀，使其充分吸水。

（2）预煮。将培养瓶于100 ℃水浴15 min，一方面对原料进行灭菌，另一方面加速竹笋粉原料吸水。

（3）接种发酵。待原料冷却至室温，以0.2%接种量将根霉菌发酵剂均匀混入到无菌培养瓶中，将培养瓶密封，35 ℃以下恒温振荡培养。根霉菌发酵时间需合适，发酵时间过短，膳食纤维提取作用不明显，发酵时间过长，感官品质变差，同时易对纤维素等产生酶解作用。

（4）干燥。干燥过程对竹笋膳食纤维品质有较大影响。采用冷冻干燥效果最佳，由于吸水后竹笋膳食纤维处于溶胀状态，冷冻干燥后可以保持膳食纤维的膨松状态，不易干缩，样品不易被氧化变色。本实验为提高干燥效率，先采滤布挤压除去部分水分，再用60 ℃热风干燥，使水分降低到40%以下，最后采用真空冷冻干燥，水分含量以小于5%即可。

1.2.4 发酵工艺优化 结合单因素试验和正交试验设计，研究发酵中关键影响因素，以产品得率和膳食纤维含量为指标优化工艺条件，发酵法制取的产品的得率以及膳食纤维的含量主要与原料和发酵条件有关，参考根霉菌发酵制取甜酒[12]，并结合相关预实验，初步确定竹笋粉原料粗细程度、发酵时间、温度、液料比是影响竹笋发酵的主要因素。其中原料颗粒大小对根霉菌发酵影响研究较少，本实验通过粉碎机中不同滤过筛网可获得不同颗粒大小的竹笋粉，选取具有代表性10、20、40目筛网，获得3种不同粒径的竹笋粉，分析颗粒大小对发酵的影响。

1.2.5 不同制取法所得样品的得率和膳食纤维含量

将较好发酵工艺条件下获得的样品，与未经处理的原料和酸碱法制得的样品进行比较，测定产品得率、总膳食纤维含量、可溶性膳食纤维含量、不可溶膳食纤维含量，再计算各种膳食纤维的损失率。其中膳食纤维测量采用酶重量法[13-14]。损失率计算公式如下：

损失率=

1-×100%

式中C1为对照中膳食纤维质含量，C2为样品中膳食纤维含量。

1.2.6 测定各样品膳食纤维活性指标 持水力、持油力、溶胀度3个方面评价样品中膳食纤维活性大小[15]。

持水力、持油力测定[16]：准确称取m0=1.000 g竹笋粉样品置于100 mL烧杯中，加蒸馏水40 mL，电磁搅拌24 h后，转移至离心管中，在3 500 r/min的速度下离心30 min，倾去上清液，擦干管壁附着的水分，称其质量m1。持水力=（m1-m0）/m0。持油力测量方法同持水力测量，仅将40 mL蒸馏水改为40 mL大豆油。

溶胀度测量[17]：准确称取1.000 g膳食纤维于25 mL量筒中，记录质量m和体积V1，准确移入蒸馏水10 mL，振摇使其均匀分散，置于25 ℃的水浴锅恒温，在第24 h记录充分溶胀后的物料的体积V2，获得最终溶胀度，溶胀度=（V2-V1）/m。

1.2.7 扫描电镜观察 用戊二醛将待测样品固定，再用离子溅射仪对样品表面镀金处理，于扫描电子显微镜（S-4800 日立）进行形态观测，仪器加速电压为10 kV。

1.2.8 发酵法与酸碱法对所得产品的感官品质影响

从颜色、气味、味道、形态4个方面对根霉菌发酵制得产品、酸碱法制得产品和未经处理的原料进行客观评价。

1.3 数据处理与分析

利用SAS9.0数据分析软件对正交试验进行方差分析，分析模型可行性，优化发酵工艺。

2 结果与分析

2.1 正交试验优化发酵工艺

本实验采用L9（34）正交表对表1中4个因素进行优化试验，对各试验中所得产品得率和膳食纤维进行测量，每组试验重复2次。发酵中大部分情况下获得的产品重量越低，产品得率越低，但膳食纤维含量更高，得率影响产品的产量，膳食纤维含量对产品的感官品质和生理活性影响较大，两者是发酵法制取膳食纤维中最关键的指标，由于生产中膳食纤维含量的重要性更高，本实验采用1 ∶ 3权重比计算综合得分，综合评分=产品得率+3×膳食纤维含量，最后根据综合评分大小确定最佳工艺参数。

由表2极差分析可以得出，根霉菌发酵过程中对产品品质影响：温度>粒径>时间>液料比，通过表3方差分析显示，温度、粒径、发酵时间对产品的综合评分影响极显著（p<0.01），液料比则为显著（p<0.05）。最优工艺参数：液料比1 ∶ 15，发酵温度34 ℃，发酵时间32 h，物料粒径20目，通过补充验证实验，此工艺条件下产品得率可达到54.53%，总膳食纤维含量54.2%，综合评分可达217.13。

发酵实验中，发酵温度对膳食纤维品质影响最大，34 ℃时发酵效果最佳，可能与34 ℃时，根霉菌更易产酶的特性有关[12]，酶活越大，更易消耗掉物料中的糖、蛋白质等物质。物料粒径大小，经常在发酵中被忽视，试验表明，并非颗粒越细小，发酵效果就越好，试验中粒径过小时，物料在液体中分散性不佳，容易结团，同时不利于根霉菌附着于物料上生长，物料颗粒偏大时，发酵速度变慢，因此过20目的竹笋粉物料更适宜根霉菌发酵。液料比对根霉菌发酵影响较小，一般竹笋粉充分吸水，完全浸于液体中即可满足根霉菌的发酵需求。水分添加过多时容易将物料中营养物质稀释，减缓根霉菌的发酵速度。

2.2 发酵产品得率和膳食纤维含量

根据表4可看出，发酵法获得的产品中，总膳食纤维含量由原料的36.1%提高到54.2%，虽低于化学法制得样品的总膳食纤维含量，但发酵法制得样品的得率和可溶性膳食纤维含量更高。结合膳食纤维含量和损失率，发酵作用对竹笋下脚料中糖、蛋白质的消解作用弱于化学法的酸碱处理，但根霉菌发酵法中总膳食纤维的损失率可控制在18.52%，可溶性膳食纤维损失率控制在45.84%，相比之下，酸碱处理对膳食纤维破坏较大，尤其对可溶性膳食纤维，损失率高达84.71%。

2.3 膳食纤维功能活性比较

高膳食纤维产品具有较强的持水、持油、溶胀能力和阳离子交换能力，从而发挥其生理功能作用[15]。从表5中发现，发酵法制得的竹笋膳食纤维产品持水力显著高于原料和化学法制得产品，持油力与化学法制得产品基本持平，溶胀度有显著提高。再结合表4可以发现，发酵法产品的总膳食纤维含量虽低于化学法制得样品，但具有更强的生理活性，从另一方面表明根霉发酵对竹笋中膳食纤维的破坏更小，其中可溶性膳食纤维的含量变化，对膳食纤维的生理活性影响较大。

2.4 电子显微镜观察

从图1显微结果可以发现，未经处理的竹笋样品物质成分复杂，木质结构和纤维状结构不明显，经过发酵处理的样品，细胞壁、维管束等高纤维组织结构清晰，并且紧密粘附在一起，而经过酸碱处理所得样品中，可发现部分丝状纤维间产生一定分离，纤维束结构混乱无序，并且有卷曲现象，表明可溶性膳食纤维中胶类物质损失较大，对不溶膳食纤维胶结作用减小。比较三者相关结构，发酵法有效减少竹笋下脚料中杂质，使物料中细胞壁、维管束等膳食纤维主要组成部分更为明显，同时，由于对可溶性膳食纤维损失小，纤维聚集结构得到保持。

2.5 发酵处理和化学处理对感官品质的影响

从表6可看出，化学法由于膳食纤维含量高，杂质少，其颜色最白。发酵法由于制得产品成分复杂，再加上发酵过程中产生一定活性物质，产品烘干后颜色会变得更深，因此可进行相应脱色处理，并在低温或常温下烘干。气味和味道是发酵法膳食纤维产品的一大特点，在对竹笋本身香气和味道有一定保留的情况下，还具有根霉发酵带有的甜酒香气，味道更易接受。形态方面，发酵法由于根霉菌菌丝干燥后有少量菌丝残体，基本不影响产品外观和食品安全性，但在烘干过程中易导致物料结团，可对物料再次粉碎进行改善。在所得竹笋膳食纤维产品的感官品质上，根霉菌发酵与乳酸菌发酵[5，7]各有特色，但均有提升感官品质的作用。

3 讨论与结论

根霉菌是食品工业中安全性高、应用最广泛的菌种之一，但在竹笋加工中相关应用较少，本研究利用根霉菌发酵法制备高品质的竹笋下脚料膳食纤维产品工艺简单、成本低，基本不污染环境，具有广阔的应用前景。发酵原料粉碎至20目，液料比1 ∶ 15，接入根霉菌发酵剂34 ℃下发酵32 h，所得产品总膳食纤维含量达到54.2%，与曹小敏利用绿色木霉发酵制得产品的膳食纤维含量相近[6]，并且本工艺中根霉菌为广泛用于食品加工的一类微生物，安全性较高，适合用于食品开发，除提高膳食纤维含量外，还可改善产品感官品质，产品生理活性强，颜色均匀，气味芬芳，味道易于接受，可作为辅料、添加剂应用于食品加工中，也可作为半成品，继续进行超细粉碎等加工，很具有开发潜力。

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责任编辑：沈德发