荸荠的资源开发利用研究进展

（潍坊工程职业学院，山东 青州 262500）

荸荠[Heleocharis dulcis（Burm.f.）Trin.ex Henschel]，是莎草科植物荸荠的球茎，又称马蹄，水栗、乌芋。荸荠原产于中国南方，在西汉时就有栽培记录，现在全国各省都有栽培。荸荠营养价值丰富，含有蛋白质、脂肪、粗纤维、黄酮类、甾醇等诸多功能活性成分，具有清热润肺化痰、消食醒酒、预防便秘的功效，还可以预防和治疗多种呼吸道疾病[1]。荸荠味甜多汁，清脆爽口，有“地下雪梨”之称，更被北方人称为“江南人参”，既可作为水果鲜食，又可作蔬菜与其他食材搭配煮汤，煮粥或做成美味菜肴，还可以加工成果脯、蜜饯、罐头、饮料、酸奶等产品进行长期保存和销售，荸荠皮渣等食品加工过程中的废弃物也可以用来提取酚类物质、天然色素、皂苷、多糖等物质作为化工行业生产的原材料[2]。因为荸荠是中国的特色农产品，产量很大，但是保鲜期短，上市产品以鲜切荸荠和淀粉为主，类型单一，无法满足市场需求，因此对于荸荠保鲜及加工利用的研究一直层出不穷，对近十年来的研究进行综述，旨在为荸荠资源的充分开发利用提供理论依据。

1 荸荠的贮存保鲜

荸荠采后常温贮存极易失水、腐烂，去皮荸荠则容易发生褐变或黄化，防止失水和褐变是保持荸荠品质的关键要素。民间常用的保鲜方法有窖藏、缸藏、砂藏、堆藏、冷藏和次氯酸钠溶液浸泡保鲜[3]，这些传统的保鲜方法优缺点各异，可以适当的延长保鲜期，但是贮藏过程中仍然会有大量荸荠腐烂变质或失水萎缩，而且贮藏过程中使用多菌灵、硫磺粉、福尔马林等有害试剂，难以避免试剂残留，影响了食品安全和口感，因此学者们也在不断将新出现的食品保鲜剂和可食用膜应用于荸荠和鲜切荸荠的保鲜研究中，以探索更加安全、高效的新技术新方法。

尹璐等[4]采用NaClO消毒结合壳聚糖-葛根淀粉涂膜处理对荸荠进行保鲜研究，认为复合处理可以保持果肉硬度和脆度，显著控制可溶性固形物含量的下降趋势，最大限度地保持荸荠果实外观和组织形态。肖立志[5]用热处理和食品添加剂结合对鲜切荸荠进行保鲜试验，发现65℃热处理可以降低去皮荸荠的腐烂率和失重率，1.5%的双乙酸钠、脱氢醋酸钠和山梨酸钾3种防腐剂对荸荠保鲜都有一定的作用，而1.5%的双乙酸钠效果最好。王金鑫等[6]利用简单易得的家庭调味品白醋、食盐和白砂糖浸泡鲜切荸荠，然后用低密度聚乙烯薄膜进行包装，发现80 g/L食盐+3 g/L白糖+100 g/L白醋配比的复合保鲜液可以延缓荸荠褐变，显著延长荸荠的保鲜期6 d以上，不失为一种绿色环保的保鲜方法。王东坤等[7]用天然产物结冷胶、瓜尔豆胶和Nisin为主要原料制备出复合保鲜膜对荸荠进行覆膜处理，发现这种复合保鲜膜可以延缓荸荠失水速率，保护果肉细胞，减缓代谢速度，试验进行25 d后，荸荠的好果率明显高于对照组。此外氮气处理和乙醛熏蒸也可以延缓鲜切荸荠的褐变，有效延长荸荠保鲜期。

此外，张巧等[8]发现带泥的荸荠比洗干净的荸荠更耐贮藏，认为带泥荸荠的表面泥土中应该有抗菌物质，从而分离筛选得到2种拮抗细菌：淀粉芽孢杆菌和弯曲假单胞菌。这2种细菌发酵滤液对荸荠表面的细菌、酵母菌、霉菌都有抑制作用，为开发新型生物保鲜技术提供了理论依据，也为荸荠的保鲜提供了一个新思路。

2 荸荠饮用类产品的开发

2.1 荸荠汁澄清及复合饮料研究

荸荠水分含量较高，榨汁容易，且荸荠汁甘甜爽口，是重要的荸荠加工制品。但对荸荠汁产品品质影响显著的是澄清度不佳的问题。曾雪等[9]使用自制欧姆加热装置探索欧姆加热对荸荠汁澄清度的影响，认为欧姆加热可以使淀粉糊化而变为结晶消失，欧姆加热后电位值下降，颗粒稳定性下降，更加易于荸荠汁的澄清。而且欧姆加热速度快且均匀，对果汁风味和营养价值的影响较小，综合来看具有较好改善荸荠汁品质的潜力。匡银近等[10]探讨了壳聚糖和果胶酶作为澄清剂的最佳工艺条件，认为壳聚糖作为荸荠汁的澄清剂更加经济有效，可以推广到生产上。隋华嵩等[11]研究发现琼脂在pH值4～10之间可以作为荸荠果汁的稳定剂，但是当pH值小于4或大于10时，琼脂会造成荸荠果汁中的细小果肉和纤维絮凝或沉淀。

荸荠汁口味清甜，无酸涩或过甜的口感，可与其他各种果汁以不同比例配合开发复合饮料，是一种理想的饮料原料。鲁梦齐等[12]以荸荠汁和椰子汁为主要原料研制饮料，对乳化剂用量、羧甲基纤维素钠用量、荸荠汁用量等主要因素进行研究，通过响应面分析确定荸荠椰子汁饮料的配方为乳化剂用量0.3%、羧甲基纤维素钠用量2.0%、荸荠汁用量3.0%。葛惠等用[13]荸荠、芡实、莲子为原材料研制复合饮料，并研究复合饮料对小鼠的体外体内抗氧化能力，发现增加了莲子的复合饮料对机体血液的自由基有显著的清除效果，增强了抗氧化活性，而且对于学习记忆的神经活动过程中有明显保护作用。另外还有学者研制开发了其他水果蔬菜与荸荠的复合饮料加工工艺[14-16]。

2.2 发酵乳制品的开发

发酵乳制品是以奶为主要原料，经乳酸菌发酵制得酸奶、乳酸菌饮料等产品。发酵乳制品可促进人体对各种营养元素的吸收利用，同时具有延缓衰老、抗癌等作用，具有独特的保健功能，深受广大消费者喜爱，因此用乳酸菌、牛奶与各种果蔬汁结合生产新的发酵乳制品也是果蔬汁产品开发的新方向。

周文斌等[17-18]对荸荠的发酵乳饮料研究较多，他们首先以新鲜荸荠为原料制备风味发酵乳，通过试验得到最佳生产工艺为：荸荠汁25%，水75%，蔗糖1.8 g/100 mL、乳粉0.2 g/100 mL、乳酸菌接种量为5%、发酵温度40℃、发酵时间12 h。后又以50%的荸荠原汁、8%的白砂糖、6%的脱脂乳粉为最佳配方原料，经混合、均质、巴氏灭菌、冷却、接种6%的乳酸菌、恒温41℃发酵6 h、冷藏等得到色香味俱佳，酸甜可口的一种新型的风味发酵乳。

刘航等[19]利用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌混合菌种对荸荠汁进行乳酸菌发酵，制备活菌型荸荠汁饮料。通过单因素试验和正交试验对荸荠护色、糖化、发酵工艺和配方进行优化。研究表明：最佳配方为每100 g荸荠汁乳酸菌发酵液添加8 g白砂糖、0.5 g柠檬酸钠、0.02 g黄原胶；荸荠漂烫最佳工艺为70℃下漂烫80 s；荸荠糖化最佳工艺为时间80 min、温度70℃、酶量30 U/mL、pH值为7；荸荠发酵最佳工艺为时间30 h、温度42℃、接种量5%、乳清粉添加量6%。

刘海燕等[20]以鲜牛奶、荸荠果粒和沙棘果汁为原料，接入发酵剂，对荸荠沙棘复合酸奶的加工工艺进行研究。以产品的感官评分为指标，通过正交试验确定加工复合酸奶的最佳工艺条件为：接种量0.12%、加糖量9%、荸荠果粒添加量和沙棘果汁添加量各为4%、42℃发酵时间5 h，通过单因素试验确定稳定剂添加量为羧甲基纤维素钠0.10%+柠檬酸钠藻酸丙二醇酯0.20%。

2.3 荸荠果酒果醋的酿造

目前对于荸荠果酒果醋酿造方面的研究较少，贺州学院的学者在这方面做了较多的工作。潘百明等[21]将新鲜的马蹄皮干燥、粉碎，按1∶30（g/mL）的比例加水打浆，在85℃的水浴锅中糊化1 h，然后加入淀粉酶将淀粉完全酶解，取汁在40℃水浴中加入糖化酶糖化3 h，后接种酵母菌发酵制成马蹄皮果酒。经发酵温度、酵母接种量、糖度的单因素试验和正交试验，认为马蹄皮果酒的最佳酿造条件为：发酵温度32℃，接种量1%，糖度12%，最后得到酒精度11%的果酒。杨玉霞等[22]以新鲜马蹄全果为原料酿酒，探究酿造过程中的淀粉酶等因素对酒精发酵品质的影响。发现各因素对马蹄果酒品质的影响程度为：时间＞淀粉酶用量＞温度＞纤维素用量，认为马蹄果酒酿造的最佳工艺条件为：淀粉酶添加量0.4%，纤维素酶0.015%，酶解温度60℃，酶解时间30 min，初始糖度24%，pH 6.0，酒曲添加量0.5%，温度30℃下发酵7 d。在此条件下得到的果酒色淡黄，澄清透亮，酒精度为12%，酒香与马蹄香协调，口感纯正。

丁兴华[23]利用响应面法优化荸荠皮果醋发酵条件，认为醋酸发酵的最适宜工艺条件如下：醋酸菌的适宜生长温度为32℃，酒精浓度为7.6%，醋酸菌的接种量为10.9%，果醋酸度达到0.045 g/mL以上。高志明等[24]以烘干后粉碎的荸荠皮为原料制备果醋，并以小鼠为实验对象研究荸荠果醋的减肥、抗氧化功能和抗疲劳效果，发现荸荠果醋具有减肥降脂、抗疲劳及体内抗氧化效果。经试验得到酒精发酵的最佳工艺条件为：发酵温度28℃，糖度14.5%，酵母接种量4%，发酵时间4 d；醋酸发酵最佳工艺条件：接种量12%，初始酒精度7%，发酵温度32℃，发酵时间12 d，最后得到的果醋总酸达4.6 g/dL。

3 荸荠淀粉及淀粉制品

荸荠淀粉含量丰富，可以作为提取淀粉的原材料，目前荸荠淀粉的提取工艺已经日趋完善，但是由于荸荠本身的色素以及生产过程中褐化产生新的色素，使荸荠淀粉的外观受到影响，梁兴唐等[25]研究了NaClO和ClO2对荸荠淀粉的漂白作用，结果表明二者在中性环境下40℃时漂白效果最佳，但是NaClO的漂白强度高于ClO2，因此用量和漂白时间都较少，漂白后产品白度达到99%以上，大大改善了产品外观。

荸荠淀粉目前最主要的用途是制作马蹄糕，因为马蹄糕容易腐败变质、保质期短，因此很多学者对加工工艺条件进行了探索。杨君等[26]对比了采用炒糖和普通砂糖作为配料对于马蹄糕质量的影响，发现添加了炒糖的马蹄糕pH值降低，不易老化，保质期更长。荸荠淀粉冻融稳定性极好，且保水性强、耐咀嚼，但硬度较大，产品加工特性较脆、弹性差[27]，若按一定比例与其它淀粉或食品混合有可能弥补其不足，且增加风味，研究发现可用荸荠粉和糯米粉、大枣、椰浆、红豆，奶粉等以一定比例制作不同口味的荸荠糕[28-30]。

除了制作食品，也有研究者试图开发荸荠淀粉的其它他用途，邓春丽等[31]利用糖化酶与α-淀粉酶协同水解荸荠淀粉制备成微孔淀粉，得到制备荸荠微孔淀粉的适宜工艺条件为：糖化酶与α-淀粉酶的质量比为4∶1、淀粉浓度为20%、pH6.0，反应温度为58℃、酶用量为0.94%、反应时间为15 h。微孔淀粉的吸附性能远高于原淀粉，抗老化和抗凝沉能力也得到改善，可广泛应用于医药、化妆品等产业。而将荸荠淀粉进行辛烯基琥珀酸酐改性后的淀粉具有良好的乳化性，添加后制备得到的润肤乳液质地细腻，保湿效果良好[32]。为荸荠淀粉在化妆品领域的应用提供了理论依据，扩大了荸荠淀粉的应用领域。

4 荸荠废弃物的利用

荸荠产品加工过程中会产生一些废弃物如荸荠皮、废渣废水等，其中荸荠皮约占荸荠总量的25%左右，含有黄酮类物质、酚类物质、多糖和色素，具有抗氧化，抗衰老，抗菌性等特点，可以用来提取棕色素、多糖等多种活性物质、其中提取天然抗菌物质和抗氧化剂更受关注，刘艳等已经对荸荠皮的有效成分的提取方法及抑菌作用作了详细的综述[2]，在此不再过多赘述，只对荸荠皮及废弃物的其他作用及开发作简单综述。

4.1 荸荠皮提取物对丙烯酰胺的抑制作用

油炸和烧烤等高温处理的淀粉类食品通常含有丙烯酰胺且超过饮水限量500倍，而高浓度的丙烯酰胺可致癌，因此如何降低食品中丙烯酰胺的含量也是研究的热点问题。黄双全[33]发现在油条制作过程中，添加适当浓度的马蹄皮提取物可以有效地降低丙烯酰胺的含量。伍淑婕等[34]研究荸荠皮不同极性萃取物对土豆脆片焙烤中产生的丙烯酰胺的抑制效果的影响，结果表明，荸荠皮提取物对土豆脆片加工中丙烯酰胺的形成均有抑制作用，其中正丁醇萃取物的抑制效果最好，正丁醇萃取物过大孔树脂进一步分离后，其25%乙醇洗脱液对丙烯酰胺的抑制效果最好，抑制率最高可达到24.69%，比未分离前提高了44.05%。这两项试验研究说明荸荠皮可用于开发天然绿色高效的丙烯酰胺抑制剂，对与荸荠皮资源的进一步利用具有重要意义。

4.2 荸荠废弃物的再利用

刘鹏扬等[35]经过实验室和现场试验发现植物乳杆菌在可溶性固形物含量为3.0%以下的荸荠汁生长繁殖良好，不经热处理的荸荠汁培养植物乳杆菌效果更好，植物乳杆菌在低温下亦生长良好；荸荠淀粉废水直接用来培养植物乳杆菌可得到植物乳杆菌含量为109CFU/mL的高浓度乳酸菌剂，因此荸荠淀粉废水可直接被用于生产乳酸菌剂。而利用荸荠加工产生的废渣废水为原料进行多菌种混合发酵后的产物益生菌和氨基酸含量显著提高[36]，该产物可作为水产品养殖的饲料添加剂，提高了水产品的抗病性，可以限制抗生素的滥用，是一种环保经济、绿色健康的饲料添加剂。

党子建等[37]将荸荠皮进行粉碎，利用环氧氯丙烷间接醚化并通过二甲胺胺化制成季胺盐改性产物，发现改性后的荸荠皮渣表面出现褶皱和纤维束的破裂，孔隙增多；用得到的改性产物进行染料吸附，结果表明：改性荸荠皮渣对直接大红4B、活性深蓝B、还原黄G三种染料都有显著的吸附作用，在50℃非碱性环境中吸附效果最佳，吸附率可达到100%；可用此研究生产新的染料吸附剂来处理印染废水，对减少环境污染、增加产品附加值具有不可估量的意义。

5 荸荠新产品的探索性开发

魏连会等[38-39]采用变温发酵技术对荸荠进行熟化生产黑荸荠，发现在黑荸荠熟化过程中营养物质特别是功能活性成分多酚类、类黑精大大增加且更加稳定，提高了黑荸荠的抗氧化、抗肿瘤等保健功效。对黑荸荠进行气质色谱仪分析共鉴定出了7种化合物，其中含量较高的成分为3-呋喃甲醛，具有类似杏仁的气味，苯乙醛具有玉簪花的香气，风味物质的增加使黑荸荠香甜可口，更加符合大众口味，并且产生了新的成分冰片，具有开窍醒神、清热止痛的功效。

李晗等[40]为了提高鲜荸荠中钙含量，以乳酸钙为强化剂对鲜荸荠进行真空浸渍。发现在温度40℃，真空度49 kPa，乳酸钙浓度6.0%条件下真空浸渍20 min能将鲜荸荠钙含量提高到64.41 mg/100 g，比荸荠原来的钙含量提高了13.64倍。真空浸渍可作为强化鲜荸荠钙含量的一种新方法，为人体补充钙剂提供一种新的产品。

李丹等[41]以荸荠为原料，粉碎后利用水热合成法制备生物基质发光材料，发现9 g荸荠在230℃下反应9 h，得到的产物在紫外光激发下能发出淡蓝色荧光，荧光强度较强，且产物颗粒粒径小，水溶性良好，表面有含氧官能团，可以进行改性和应用，为荸荠的综合利用开辟了新方向。

6 讨论与展望

鲜荸荠和鲜切荸荠的保鲜技术虽然有了很大进步，但是现有的保鲜液、保鲜膜在延长保鲜期、避免褐化和保持荸荠口感等方面仍然不够完美，还有很大的研究空间。荸荠的褐变机理目前仍不明确，可能与多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）的活性有关，荸荠果肉中并不存在大量的PPO，而且鲜切荸荠贮藏过程中PPO的底物含量也较低，因此PPO可能没有参与荸荠贮藏前期的黄化过程[42]。但是切割伤害可以诱导植物PPO表达导致鲜切果蔬发生褐变，鲜切荸荠贮藏后期的PPO积累是否参与了褐变目前还没有清晰的结论，加强荸荠褐变机理的研究将对于鲜切荸荠的保鲜具有重要的理论和指导意义。而荸荠的生长环境中含有抑菌物质，可以作为开发新兴保鲜技术的研究方向。

目前关于荸荠加工食品的研究很多，其中淀粉类食品和饮用品的研究都已经探索出了成熟的实验室加工条件，但是各研究者都是针对自身的材料和试验条件进行的小范围研究，没有统一的生产条件，可指导生产线的大批量生产，因此虽然研究成果很多，却鲜少有荸荠深加工产品上市。中国是荸荠的原产国，是国际贸易中荸荠出口最多的国家，出口对象有美国、新加坡、马来西亚等40多个国家，中国荸荠罐头和后期出现的冷冻冷藏保鲜荸荠切片占据着97%以上的国际市场份额。但是目前鲜食荸荠的贸易规模逐渐下降，加工产品需求均呈增长态势，中国荸荠出口产品结构日益多元化[43]，因此需要研发出更多类型功能性食品，强化其营养保健功能，以适应国内外的市场需求。

我国目前的市场产品以鲜切荸荠和荸荠淀粉为主，生产过程中会产生大量的荸荠皮等废弃物，这些废弃物有很大的综合利用价值，在荸荠皮活性成分提取应用方面的研究上已有较多成果，但主要集中在活性成分的抑菌、抗氧化方面，也有少数学者利用荸荠废弃物开发环保型新产品，如利用淀粉废水生产乳酸菌或饲料添加剂，将荸荠皮改性用来处理印染废水等，这在荸荠资源的充分利用上都是很有意义的尝试。但是目前研究还不够深入，将各种技术进一步开发成熟应用于工厂化生产还有很长的路要走，同时也需要研究机构和企业的深度合作。

除了食品加工功能，越来越多的研究者正在探索开发荸荠的其他功能，如生物基质发光材料的制备、OSA改性淀粉的性能、熟化黑荸荠的药用功能等，这些探索性研究可以将荸荠制品应用于化学、医药、化妆品等领域，对于荸荠资源的进一步开发利用具有重要意义。