竹笋益生元提取及功能研究进展

许佳隽，侯爱香,2,3

(1 湖南农业大学食品科学技术学院，湖南 长沙 410125；2 食品科学与生物技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410128；3 国家植物功能成分利用工程技术研究中心，湖南 长沙 410125)

竹笋(Bamboo shoots)是竹鞭或秆基上的芽萌发分化而成的膨大的芽和幼嫩的茎，脆嫩鲜美，营养丰富。过去甚至有“居不可无竹，食不可无笋”之说，竹笋是一种营养价值和药用价值都较高的天然食品。不仅竹笋中营养价值高，其部分副产物(笋壳、笋衣、笋头)中的营养物质也不比竹笋中少。如多糖类、膳食纤维类、黄酮类、甾醇类、生物碱类等。中国竹资源面积、种类和储量均居世界前列。其中竹林面积641万hm2，约占世界竹林总面积的20%；中国现有竹子39属、837 种，约占世界总量的50%；中国竹资源广泛分布在福建、浙江、江西、安徽、四川、重庆等17个省区。在2018年，中国竹产业产值已达到2456亿元[1]。不可否认，竹产业是我国促进地方经济发展和农民增收致富的重要产业。当前有越来越多的研究将竹笋中的营养物质与益生元活性相联系起来。文章拟对近期国内外学者对竹笋益生元活性的相关研究进行详细综述，并对未来竹笋益生元可切实运用及发展方向进行展望，旨在为竹笋益生元活性研究提供参考。

1 竹笋益生元及提取方法

1.1 竹笋多糖类及其提取方法

多糖(polysaccharide)，一般是由十个分子以上的单糖通过糖苷键连接而成的高分子多聚物。近些年来，天然植物来源的多糖是新兴的候选益生元。以竹笋多糖为例，竹笋多糖具有抗氧化[2]、抗糖尿病[3]、促进肠道菌群健康[4]、辅助抗肿瘤[5]、降压降脂[6]的作用。竹笋多糖除了具有多种功能活性作用，也能以较为合理的价格获得。因此具有被开发为益生元的潜力。近些年国内外对竹笋多糖的提取进行了大量研究，已报道的提取方法主要有水提醇沉法、超声波辅助提取法、微波辅助提取法、复合酶法以及其他提取法等。例如：Chen等[7]通过研究发现超声提取法和酶辅助法提取的多糖含量显示出比其他级分更好的益生元活性，因为它显著诱导更多的益生菌增殖和更高产量的SCFAs(短链脂肪酸)产生。

苦笋壳多糖具有较好的抗氧化活性。冉俊枫等[8]使用酶辅助法，在单因素实验基础上采用Box-Behnken响应面法建立数学模型，得到了最佳的提取工艺条件及参数：料液比1:35、酶用量3.11%、酶解时间101 min、酶解温度54 ℃、pH 7.0，此条件下模型预测的最大提取量为25.7 mg/g，实测值为(25.4±0.1420)mg/g，与预测值无显著性差异。He等[4]使用热水提取法从竹笋中提取出两种多糖组分(WBP-1、WBP-2)，这两种多糖组分对青春双歧杆菌和双歧杆菌的生长表现出增殖作用，并有助于有机酸的产生。通过实验，得到WBP最佳提取条件：料水比20:1，提取温度90 ℃，提取时间4 h，提取次数2次，WBP的提取率为(7.58±0.31)%。

1.2 竹笋膳食纤维及其提取方法

膳食纤维(dietary fibers，DF)，有“肠道清道夫”之称，包括不能被人体内源酶消化吸收的可食用植物细胞、多糖、木质素以及相关物质。按照溶解性分类，可分为可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维[9]。据研究表明，竹笋膳食纤维具有增加饱腹感、通便、降血脂、降血糖等作用。竹笋及其副产物中膳食纤维含量丰富，以发酵法、酶法为主的生物提取和以酸碱法和有机试剂法为主的化学提取是目前常用的提取方法[10-11]。目前主要的研究在于提升膳食纤维的加工特性，通过对比不同提取方法以及进行工艺优化从而得到最优提取率。

1.3 竹笋黄酮类物质及其提取方法

黄酮类化合物(flavonoids)泛指两个具有酚羟基的苯环(A-与B-环)通过中央三碳原子相互连结而成的一系列化合物，其基本母核为2-苯基色原酮。黄酮类化合物具有抗氧化[15]、抗脂质过氧化[16]、调节血脂[16]、抗肿瘤[17]、抑菌[18]等生物活性功能。

常见的竹笋黄酮类化合物的提取方法有水提取法、乙醇回流提取法、超声波提取法、有机溶剂萃取法、微波萃取法等。王文文等[19]采用了水提取、乙醇回流提取、超声波提取方法对毛竹笋中的总黄酮进行了提取，并进行对比，结果发现乙醇回流提取的黄酮得率较高，达到了1.063%。杨永峰等[20]在对3种苦竹属竹笋的黄酮类化合物的研究结果发现苦竹笋最高黄酮含量为13.48 mg/g，得率为1.348%，且实验过程中发现鲜笋经过冷水浸泡24 h之后，笋内黄酮物质含量减少了77.3%。因此当食用苦竹笋时，建议不要用水浸泡，否则无法从中获取较多的黄酮类化合物，不利于发挥黄酮的抗癌防癌作用。杨波等[17]以竹笋加工剩余物中笋蔸为原料提取黄酮类物质，发现笋蔸黄酮对人肝癌细胞HepG2有抑制作用，还具有降血糖作用。最佳提取条件：乙醇体积分数55%、液料比27:1(mL:g)、提取时间66 min，此条件下笋蔸黄酮的最优提取率为0.33%。

1.4 竹笋甾醇类物质及其提取方法

竹笋中富含植物甾醇，其次生代谢产物以甾醇含量为最高。甾醇(sterol)，又称固醇，是类固醇的一类，是含有羟基的类固醇。它们均以环戊烷多氢菲为基本结构，并含有羟基，故称为甾醇类化合物(固醇类化合物)。甾醇具有抑制肿瘤、促进新陈代谢、预防心血管系统疾病、调节激素水平等作用。竹笋甾醇中相对含量较高的是β-谷甾醇,约占总甾醇的81%[21]，其他甾醇有芸苔甾醇、豆甾醇、麦角甾醇、胆甾醇和谷甾烷醇等。尉芹等[22]发现β-谷甾醇可抑制超氧阴离子并清除羟自由基，在油脂中加入0.08%的植物甾醇能最大程度降低油脂的氧化。Reda F. A. Abdelhameed等[23]通过对竹笋皮的非极性提取物进行植物化学筛选，分离出一种新的甾醇-葡萄糖苷-脂肪酸衍生物(6’-O-十八烷-8″，11″-二烯酰基)-谷甾醇-3-O-β-d-葡萄糖苷，与氟尿嘧啶(5-FU) 相比，这种新化合物对MCF-7细胞显示出更强的的细胞毒性作用，在G1和G2/M期细胞周期停滞时，它显著刺激凋亡乳腺癌症细胞死亡率是氟尿嘧啶(5-FU)的32.6倍，并能阻断MCF-7细胞的进展。

常见的竹笋甾醇类的提取方法有溶剂萃取法、超声辅助提取法、超临界流体萃取法、短程分子蒸馏法、发酵法等。陈如寿等[24]在单因素实验的基础上，利用响应面分析法优化超声波处理法提取竹笋甾醇中的工艺，总甾醇提取率达到0.317%，β-谷甾醇提取率达到0.249%。吕国提等[25]通过对比五种β-谷甾醇提取方法，发现微波辅助提取法是最为理想的提取方法[(2.72±0.18) mg/g]，它不仅提取效率高，并具有节能、高效和省时的优点。林丽静等[26]通过响应面法优化β-谷甾醇提取工艺，得到最佳工艺条件：乙醇浓度95%、提取时间20 min、料液比15:1、提取温度55 ℃，在此条件下得到的β-谷甾醇提取含量为3.6552 mg/g。

1.5 其 他

生物碱(alkaloid)是存在于自然界中的一类含氮的碱性有机化合物。它种类繁多，结构复杂，具有多种生理活性和明显的药理作用，主要有抗炎、抗菌、扩张血管、降低血糖、抗癌等作用。与竹笋生物碱有关的研究中，Yan Ren等[27]通过用UHPLC/QTOF-MS/MS法对竹笋总生物碱(ABSP)和竹笋壳中总生物碱(ABSSP)进行分离和探究，在RAW264中，ABSP和ABSP均降低了脂多糖(0.5 μg/mL)诱导的一氧化氮(NO)生成，这体现了它的抗炎作用。而100 μg/mL的ABSP和ABSSP也显著抑制LPS诱导的白细胞介素1β(IL-1β)和肿瘤坏死因子α(TNF-α)的mRNA表达。此外，在LPS刺激的RAW264中，ABSP和ABSSP(100 μg/mL)降低了细胞外调节蛋白激酶(ERK)的磷酸化。

2 功能活性

2.1 促进益生菌增殖

许多研究数据表明，竹笋益生元具有促进益生菌增殖的作用。例如，王静[28]以两歧双歧杆菌和青春双歧杆菌为考察对象，培养基 OD 值和 pH 值为评价指标，研究WBP1和 WBP2对双歧杆菌体外生长的影响。结果表明，WBP1和WBP2对两种双歧杆菌的体外生长有一定的促进作用。除此之外，王静[28]还进行了对竹笋多糖免疫活性的研究，结果表明：WBP1和WBP2还能增强小鼠脾淋巴细胞的增殖能力(当浓度为 200 μg/mL时，对脾淋巴细胞的增殖作用达到最大)。Azmi等[29]利用从毛竹笋中提取到的一种竹笋多糖BSCP作为碳源进行改善体外益生菌活性试验，结果表现出对双歧杆菌ATCC 1053、长双歧杆菌BB 536和嗜酸乳杆菌ATCC 4356的增殖效果显著，并使猪霍乱沙门氏菌JCM 6977的存活率下降。

2.2 降压降脂

高血压和高血脂均易导致许多并发症的发生，如脂肪肝、冠心病、脑中风等。控制好个人的血压与血脂水平对于维护身体健康是十分必要的。据研究显示，竹笋中部分膳食纤维和多糖类物质有利于降压降脂。例如：苏玉等[30]发现雷竹笋膳食纤维(PPDF)能改善高脂血症小鼠血脂水平，且PPDF灌胃剂量相同的条件下，PPDF粒度越小对高脂血症小鼠的作用越明显。由此可知，PPDF能够改善并预防高脂血症造成的肝脏及脂肪组织的病变。刘连亮[6]通过从竹笋中提取竹笋粗多糖进行小鼠试验，结果表明竹笋粗多糖对血管紧张素转化酶(ACE)具有高效的抑制作用，并对高血脂大鼠的脂质代谢具有显著的改善作用，同时对自发性高血压大鼠具有降压作用。Li等[31]通过实验发现竹笋纤维组小鼠在喂养6周的大量高脂肪食物之后表现出最低的体重增加，这体现竹笋纤维能通过调节肠道菌群，来改善小鼠的血脂与血糖水平，从而达到预防小鼠肥胖的效果。

2.3 降血糖

当人体内激素调节和神经调节功能发生紊乱，便会出现血糖水平的升高。长期的高血糖会使身体内各个组织器官发生病变，导致急性并发症的发生。Zheng Yafeng等[32]从竹笋壳多糖中分离并鉴定了一种竹笋壳粗多糖(BSSP),它对高脂饮食和链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠显示出剂量依赖性的降血糖活性。给予高剂量BSSP (400 mg/kg)可改善体重减轻和血清胰岛素减少，并显著降低血糖水平、血清甘油三酯和总胆固醇水平，分别降低48.7%、34.8%和26.5%。这些结果突出了竹笋壳多糖作为天然抗糖尿病药物的潜力。

杨波等[17]通过建立HepG2细胞胰岛素抵抗模型来研究笋蔸黄酮(BSDF)的降血糖活性，实验结果证明BSDF可改善高浓度胰岛素诱导的HepG2细胞葡萄糖消耗量，具有降血糖作用。

2.4 抗氧化作用

2.5 抗肿瘤作用

杨波等[17]通过实验发现低、中、高浓度的BSDF均对人肝癌细胞HepG2有抑制作用，且随着浓度的增加而增强，由此可知BSDF具有一定的抗肿瘤活性。Reda F. A. Abdelhameed等[23]分离出一种新的甾醇-葡萄糖苷-脂肪酸衍生物(6’-O-十八烷-8″，11″-二烯酰基)-谷甾醇-3-O-β-d-葡萄糖苷，该物质对MCF-7细胞显示出更强的的细胞毒性作用，在G1和G2/M期细胞周期停滞时，其显著刺激凋亡乳腺癌症细胞死亡，并能阻断MCF-7细胞的进展。

2.6 其他功能

晏俊玲等[34]发现苦竹笋总黄酮纯化液可更好地抑制LPS诱导小鼠腹腔巨噬细胞中NO的产生，而NO作为一种重要的炎性介质，其浓度是评价炎症反应程度的重要指标，因此苦竹笋总黄酮具有抗炎活性。彭昕等[30]通过研究发现雷竹笋总黄酮和总甾醇具有抑菌性，可抑制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌与黑曲霉。

3 结 语

本文综述了竹笋中多糖、膳食纤维、黄酮类、甾醇类等主要益生元种类，其中提取竹笋中多糖类益生元主要使用酶辅助法和热水提取法；而竹笋膳食纤维既有以发酵法、酶法为主的生物提取，也有以酸碱法和有机试剂法为主的化学提取；竹笋黄酮类化合物的提取方法有水提取法、乙醇回流提取法、超声波提取法、有机溶剂萃取法、微波萃取法等；竹笋甾醇类的提取方法有溶剂萃取法、超声辅助提取法、超临界流体萃取法、短程分子蒸馏法、发酵法等，其中微波辅助提取法是提取β-谷甾醇最为理想的方法。但目前益生元提取方法依然存在不少待改进之处，比如：原料利用率不高、提取时间较长及操作工序繁琐等，这些因素在一定程度上导致了益生元提取效率较低下，除此之外，部分提取方法会破坏竹笋及其副产物中的一些有效成分。我们依然需要寻找更安全、更环保、更高效的提取方法及提取参数。

竹笋益生元的功能活性具体体现在促进益生菌增殖、降压降脂、降血糖、抗氧化、抗肿瘤、抗炎症等方面。这为相关产品的研发及行业的发展提供了新思路。但目前国内外对竹笋益生元的研究主要集中在功能探究上，对于其中具体有效益生元物质的提取和其活性的作用机制探究上，当前的研究并不够深入，因此被真正应用到实际生活中的例子也较少，且竹笋中是否还存在其他益生元活性物质及所具备功能，仍需进一步探究。

随着未来对竹笋及其副产物中具有益生元功能的活性物质的不断鉴定、提取、对作用机理及实际运用的研究，竹笋益生元有望成为未来重要的新型益生元之一。