荸薺的資源開發利用研究進展

（濰坊工程職業學院，山東 青州 262500）

荸薺[Heleocharis dulcis（Burm.f.）Trin.ex Henschel]，是莎草科植物荸薺的球莖，又稱馬蹄，水栗、烏芋。荸薺原產于中國南方，在西漢時就有栽培記錄，現在全國各省都有栽培。荸薺營養價值豐富，含有蛋白質、脂肪、粗纖維、黃酮類、甾醇等諸多功能活性成分，具有清熱潤肺化痰、消食醒酒、預防便秘的功效，還可以預防和治療多種呼吸道疾病[1]。荸薺味甜多汁，清脆爽口，有“地下雪梨”之稱，更被北方人稱為“江南人參”，既可作為水果鮮食，又可作蔬菜與其他食材搭配煮湯，煮粥或做成美味菜肴，還可以加工成果脯、蜜餞、罐頭、飲料、酸奶等產品進行長期保存和銷售，荸薺皮渣等食品加工過程中的廢棄物也可以用來提取酚類物質、天然色素、皂苷、多糖等物質作為化工行業生產的原材料[2]。因為荸薺是中國的特色農產品，產量很大，但是保鮮期短，上市產品以鮮切荸薺和淀粉為主，類型單一，無法滿足市場需求，因此對于荸薺保鮮及加工利用的研究一直層出不窮，對近十年來的研究進行綜述，旨在為荸薺資源的充分開發利用提供理論依據。

1 荸薺的貯存保鮮

荸薺采后常溫貯存極易失水、腐爛，去皮荸薺則容易發生褐變或黃化，防止失水和褐變是保持荸薺品質的關鍵要素。民間常用的保鮮方法有窖藏、缸藏、砂藏、堆藏、冷藏和次氯酸鈉溶液浸泡保鮮[3]，這些傳統的保鮮方法優缺點各異，可以適當的延長保鮮期，但是貯藏過程中仍然會有大量荸薺腐爛變質或失水萎縮，而且貯藏過程中使用多菌靈、硫磺粉、福爾馬林等有害試劑，難以避免試劑殘留，影響了食品安全和口感，因此學者們也在不斷將新出現的食品保鮮劑和可食用膜應用于荸薺和鮮切荸薺的保鮮研究中，以探索更加安全、高效的新技術新方法。

尹璐等[4]采用NaClO消毒結合殼聚糖-葛根淀粉涂膜處理對荸薺進行保鮮研究，認為復合處理可以保持果肉硬度和脆度，顯著控制可溶性固形物含量的下降趨勢，最大限度地保持荸薺果實外觀和組織形態。肖立志[5]用熱處理和食品添加劑結合對鮮切荸薺進行保鮮試驗，發現65℃熱處理可以降低去皮荸薺的腐爛率和失重率，1.5%的雙乙酸鈉、脫氫醋酸鈉和山梨酸鉀3種防腐劑對荸薺保鮮都有一定的作用，而1.5%的雙乙酸鈉效果最好。王金鑫等[6]利用簡單易得的家庭調味品白醋、食鹽和白砂糖浸泡鮮切荸薺，然后用低密度聚乙烯薄膜進行包裝，發現80 g/L食鹽+3 g/L白糖+100 g/L白醋配比的復合保鮮液可以延緩荸薺褐變，顯著延長荸薺的保鮮期6 d以上，不失為一種綠色環保的保鮮方法。王東坤等[7]用天然產物結冷膠、瓜爾豆膠和Nisin為主要原料制備出復合保鮮膜對荸薺進行覆膜處理，發現這種復合保鮮膜可以延緩荸薺失水速率，保護果肉細胞，減緩代謝速度，試驗進行25 d后，荸薺的好果率明顯高于對照組。此外氮氣處理和乙醛熏蒸也可以延緩鮮切荸薺的褐變，有效延長荸薺保鮮期。

此外，張巧等[8]發現帶泥的荸薺比洗干凈的荸薺更耐貯藏，認為帶泥荸薺的表面泥土中應該有抗菌物質，從而分離篩選得到2種拮抗細菌：淀粉芽孢桿菌和彎曲假單胞菌。這2種細菌發酵濾液對荸薺表面的細菌、酵母菌、霉菌都有抑制作用，為開發新型生物保鮮技術提供了理論依據，也為荸薺的保鮮提供了一個新思路。

2 荸薺飲用類產品的開發

2.1 荸薺汁澄清及復合飲料研究

荸薺水分含量較高，榨汁容易，且荸薺汁甘甜爽口，是重要的荸薺加工制品。但對荸薺汁產品品質影響顯著的是澄清度不佳的問題。曾雪等[9]使用自制歐姆加熱裝置探索歐姆加熱對荸薺汁澄清度的影響，認為歐姆加熱可以使淀粉糊化而變為結晶消失，歐姆加熱后電位值下降，顆粒穩定性下降，更加易于荸薺汁的澄清。而且歐姆加熱速度快且均勻，對果汁風味和營養價值的影響較小，綜合來看具有較好改善荸薺汁品質的潛力。匡銀近等[10]探討了殼聚糖和果膠酶作為澄清劑的最佳工藝條件，認為殼聚糖作為荸薺汁的澄清劑更加經濟有效，可以推廣到生產上。隋華嵩等[11]研究發現瓊脂在pH值4～10之間可以作為荸薺果汁的穩定劑，但是當pH值小于4或大于10時，瓊脂會造成荸薺果汁中的細小果肉和纖維絮凝或沉淀。

荸薺汁口味清甜，無酸澀或過甜的口感，可與其他各種果汁以不同比例配合開發復合飲料，是一種理想的飲料原料。魯夢齊等[12]以荸薺汁和椰子汁為主要原料研制飲料，對乳化劑用量、羧甲基纖維素鈉用量、荸薺汁用量等主要因素進行研究，通過響應面分析確定荸薺椰子汁飲料的配方為乳化劑用量0.3%、羧甲基纖維素鈉用量2.0%、荸薺汁用量3.0%。葛惠等用[13]荸薺、芡實、蓮子為原材料研制復合飲料，并研究復合飲料對小鼠的體外體內抗氧化能力，發現增加了蓮子的復合飲料對機體血液的自由基有顯著的清除效果，增強了抗氧化活性，而且對于學習記憶的神經活動過程中有明顯保護作用。另外還有學者研制開發了其他水果蔬菜與荸薺的復合飲料加工工藝[14-16]。

2.2 發酵乳制品的開發

發酵乳制品是以奶為主要原料，經乳酸菌發酵制得酸奶、乳酸菌飲料等產品。發酵乳制品可促進人體對各種營養元素的吸收利用，同時具有延緩衰老、抗癌等作用，具有獨特的保健功能，深受廣大消費者喜愛，因此用乳酸菌、牛奶與各種果蔬汁結合生產新的發酵乳制品也是果蔬汁產品開發的新方向。

周文斌等[17-18]對荸薺的發酵乳飲料研究較多，他們首先以新鮮荸薺為原料制備風味發酵乳，通過試驗得到最佳生產工藝為：荸薺汁25%，水75%，蔗糖1.8 g/100 mL、乳粉0.2 g/100 mL、乳酸菌接種量為5%、發酵溫度40℃、發酵時間12 h。后又以50%的荸薺原汁、8%的白砂糖、6%的脫脂乳粉為最佳配方原料，經混合、均質、巴氏滅菌、冷卻、接種6%的乳酸菌、恒溫41℃發酵6 h、冷藏等得到色香味俱佳，酸甜可口的一種新型的風味發酵乳。

劉航等[19]利用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌混合菌種對荸薺汁進行乳酸菌發酵，制備活菌型荸薺汁飲料。通過單因素試驗和正交試驗對荸薺護色、糖化、發酵工藝和配方進行優化。研究表明：最佳配方為每100 g荸薺汁乳酸菌發酵液添加8 g白砂糖、0.5 g檸檬酸鈉、0.02 g黃原膠；荸薺漂燙最佳工藝為70℃下漂燙80 s；荸薺糖化最佳工藝為時間80 min、溫度70℃、酶量30 U/mL、pH值為7；荸薺發酵最佳工藝為時間30 h、溫度42℃、接種量5%、乳清粉添加量6%。

劉海燕等[20]以鮮牛奶、荸薺果粒和沙棘果汁為原料，接入發酵劑，對荸薺沙棘復合酸奶的加工工藝進行研究。以產品的感官評分為指標，通過正交試驗確定加工復合酸奶的最佳工藝條件為：接種量0.12%、加糖量9%、荸薺果粒添加量和沙棘果汁添加量各為4%、42℃發酵時間5 h，通過單因素試驗確定穩定劑添加量為羧甲基纖維素鈉0.10%+檸檬酸鈉藻酸丙二醇酯0.20%。

2.3 荸薺果酒果醋的釀造

目前對于荸薺果酒果醋釀造方面的研究較少，賀州學院的學者在這方面做了較多的工作。潘百明等[21]將新鮮的馬蹄皮干燥、粉碎，按1∶30（g/mL）的比例加水打漿，在85℃的水浴鍋中糊化1 h，然后加入淀粉酶將淀粉完全酶解，取汁在40℃水浴中加入糖化酶糖化3 h，后接種酵母菌發酵制成馬蹄皮果酒。經發酵溫度、酵母接種量、糖度的單因素試驗和正交試驗，認為馬蹄皮果酒的最佳釀造條件為：發酵溫度32℃，接種量1%，糖度12%，最后得到酒精度11%的果酒。楊玉霞等[22]以新鮮馬蹄全果為原料釀酒，探究釀造過程中的淀粉酶等因素對酒精發酵品質的影響。發現各因素對馬蹄果酒品質的影響程度為：時間＞淀粉酶用量＞溫度＞纖維素用量，認為馬蹄果酒釀造的最佳工藝條件為：淀粉酶添加量0.4%，纖維素酶0.015%，酶解溫度60℃，酶解時間30 min，初始糖度24%，pH 6.0，酒曲添加量0.5%，溫度30℃下發酵7 d。在此條件下得到的果酒色淡黃，澄清透亮，酒精度為12%，酒香與馬蹄香協調，口感純正。

丁興華[23]利用響應面法優化荸薺皮果醋發酵條件，認為醋酸發酵的最適宜工藝條件如下：醋酸菌的適宜生長溫度為32℃，酒精濃度為7.6%，醋酸菌的接種量為10.9%，果醋酸度達到0.045 g/mL以上。高志明等[24]以烘干后粉碎的荸薺皮為原料制備果醋，并以小鼠為實驗對象研究荸薺果醋的減肥、抗氧化功能和抗疲勞效果，發現荸薺果醋具有減肥降脂、抗疲勞及體內抗氧化效果。經試驗得到酒精發酵的最佳工藝條件為：發酵溫度28℃，糖度14.5%，酵母接種量4%，發酵時間4 d；醋酸發酵最佳工藝條件：接種量12%，初始酒精度7%，發酵溫度32℃，發酵時間12 d，最后得到的果醋總酸達4.6 g/dL。

3 荸薺淀粉及淀粉制品

荸薺淀粉含量豐富，可以作為提取淀粉的原材料，目前荸薺淀粉的提取工藝已經日趨完善，但是由于荸薺本身的色素以及生產過程中褐化產生新的色素，使荸薺淀粉的外觀受到影響，梁興唐等[25]研究了NaClO和ClO2對荸薺淀粉的漂白作用，結果表明二者在中性環境下40℃時漂白效果最佳，但是NaClO的漂白強度高于ClO2，因此用量和漂白時間都較少，漂白后產品白度達到99%以上，大大改善了產品外觀。

荸薺淀粉目前最主要的用途是制作馬蹄糕，因為馬蹄糕容易腐敗變質、保質期短，因此很多學者對加工工藝條件進行了探索。楊君等[26]對比了采用炒糖和普通砂糖作為配料對于馬蹄糕質量的影響，發現添加了炒糖的馬蹄糕pH值降低，不易老化，保質期更長。荸薺淀粉凍融穩定性極好，且保水性強、耐咀嚼，但硬度較大，產品加工特性較脆、彈性差[27]，若按一定比例與其它淀粉或食品混合有可能彌補其不足，且增加風味，研究發現可用荸薺粉和糯米粉、大棗、椰漿、紅豆，奶粉等以一定比例制作不同口味的荸薺糕[28-30]。

除了制作食品，也有研究者試圖開發荸薺淀粉的其它他用途，鄧春麗等[31]利用糖化酶與α-淀粉酶協同水解荸薺淀粉制備成微孔淀粉，得到制備荸薺微孔淀粉的適宜工藝條件為：糖化酶與α-淀粉酶的質量比為4∶1、淀粉濃度為20%、pH6.0，反應溫度為58℃、酶用量為0.94%、反應時間為15 h。微孔淀粉的吸附性能遠高于原淀粉，抗老化和抗凝沉能力也得到改善，可廣泛應用于醫藥、化妝品等產業。而將荸薺淀粉進行辛烯基琥珀酸酐改性后的淀粉具有良好的乳化性，添加后制備得到的潤膚乳液質地細膩，保濕效果良好[32]。為荸薺淀粉在化妝品領域的應用提供了理論依據，擴大了荸薺淀粉的應用領域。

4 荸薺廢棄物的利用

荸薺產品加工過程中會產生一些廢棄物如荸薺皮、廢渣廢水等，其中荸薺皮約占荸薺總量的25%左右，含有黃酮類物質、酚類物質、多糖和色素，具有抗氧化，抗衰老，抗菌性等特點，可以用來提取棕色素、多糖等多種活性物質、其中提取天然抗菌物質和抗氧化劑更受關注，劉艷等已經對荸薺皮的有效成分的提取方法及抑菌作用作了詳細的綜述[2]，在此不再過多贅述，只對荸薺皮及廢棄物的其他作用及開發作簡單綜述。

4.1 荸薺皮提取物對丙烯酰胺的抑制作用

油炸和燒烤等高溫處理的淀粉類食品通常含有丙烯酰胺且超過飲水限量500倍，而高濃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熱點問題。黃雙全[33]發現在油條制作過程中，添加適當濃度的馬蹄皮提取物可以有效地降低丙烯酰胺的含量。伍淑婕等[34]研究荸薺皮不同極性萃取物對土豆脆片焙烤中產生的丙烯酰胺的抑制效果的影響，結果表明，荸薺皮提取物對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，正丁醇萃取物過大孔樹脂進一步分離后，其25%乙醇洗脫液對丙烯酰胺的抑制效果最好，抑制率最高可達到24.69%，比未分離前提高了44.05%。這兩項試驗研究說明荸薺皮可用于開發天然綠色高效的丙烯酰胺抑制劑，對與荸薺皮資源的進一步利用具有重要意義。

4.2 荸薺廢棄物的再利用

劉鵬揚等[35]經過實驗室和現場試驗發現植物乳桿菌在可溶性固形物含量為3.0%以下的荸薺汁生長繁殖良好，不經熱處理的荸薺汁培養植物乳桿菌效果更好，植物乳桿菌在低溫下亦生長良好；荸薺淀粉廢水直接用來培養植物乳桿菌可得到植物乳桿菌含量為109CFU/mL的高濃度乳酸菌劑，因此荸薺淀粉廢水可直接被用于生產乳酸菌劑。而利用荸薺加工產生的廢渣廢水為原料進行多菌種混合發酵后的產物益生菌和氨基酸含量顯著提高[36]，該產物可作為水產品養殖的飼料添加劑，提高了水產品的抗病性，可以限制抗生素的濫用，是一種環保經濟、綠色健康的飼料添加劑。

黨子建等[37]將荸薺皮進行粉碎，利用環氧氯丙烷間接醚化并通過二甲胺胺化制成季胺鹽改性產物，發現改性后的荸薺皮渣表面出現褶皺和纖維束的破裂，孔隙增多；用得到的改性產物進行染料吸附，結果表明：改性荸薺皮渣對直接大紅4B、活性深藍B、還原黃G三種染料都有顯著的吸附作用，在50℃非堿性環境中吸附效果最佳，吸附率可達到100%；可用此研究生產新的染料吸附劑來處理印染廢水，對減少環境污染、增加產品附加值具有不可估量的意義。

5 荸薺新產品的探索性開發

魏連會等[38-39]采用變溫發酵技術對荸薺進行熟化生產黑荸薺，發現在黑荸薺熟化過程中營養物質特別是功能活性成分多酚類、類黑精大大增加且更加穩定，提高了黑荸薺的抗氧化、抗腫瘤等保健功效。對黑荸薺進行氣質色譜儀分析共鑒定出了7種化合物，其中含量較高的成分為3-呋喃甲醛，具有類似杏仁的氣味，苯乙醛具有玉簪花的香氣，風味物質的增加使黑荸薺香甜可口，更加符合大眾口味，并且產生了新的成分冰片，具有開竅醒神、清熱止痛的功效。

李晗等[40]為了提高鮮荸薺中鈣含量，以乳酸鈣為強化劑對鮮荸薺進行真空浸漬。發現在溫度40℃，真空度49 kPa，乳酸鈣濃度6.0%條件下真空浸漬20 min能將鮮荸薺鈣含量提高到64.41 mg/100 g，比荸薺原來的鈣含量提高了13.64倍。真空浸漬可作為強化鮮荸薺鈣含量的一種新方法，為人體補充鈣劑提供一種新的產品。

李丹等[41]以荸薺為原料，粉碎后利用水熱合成法制備生物基質發光材料，發現9 g荸薺在230℃下反應9 h，得到的產物在紫外光激發下能發出淡藍色熒光，熒光強度較強，且產物顆粒粒徑小，水溶性良好，表面有含氧官能團，可以進行改性和應用，為荸薺的綜合利用開辟了新方向。

6 討論與展望

鮮荸薺和鮮切荸薺的保鮮技術雖然有了很大進步，但是現有的保鮮液、保鮮膜在延長保鮮期、避免褐化和保持荸薺口感等方面仍然不夠完美，還有很大的研究空間。荸薺的褐變機理目前仍不明確，可能與多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）的活性有關，荸薺果肉中并不存在大量的PPO，而且鮮切荸薺貯藏過程中PPO的底物含量也較低，因此PPO可能沒有參與荸薺貯藏前期的黃化過程[42]。但是切割傷害可以誘導植物PPO表達導致鮮切果蔬發生褐變，鮮切荸薺貯藏后期的PPO積累是否參與了褐變目前還沒有清晰的結論，加強荸薺褐變機理的研究將對于鮮切荸薺的保鮮具有重要的理論和指導意義。而荸薺的生長環境中含有抑菌物質，可以作為開發新興保鮮技術的研究方向。

目前關于荸薺加工食品的研究很多，其中淀粉類食品和飲用品的研究都已經探索出了成熟的實驗室加工條件，但是各研究者都是針對自身的材料和試驗條件進行的小范圍研究，沒有統一的生產條件，可指導生產線的大批量生產，因此雖然研究成果很多，卻鮮少有荸薺深加工產品上市。中國是荸薺的原產國，是國際貿易中荸薺出口最多的國家，出口對象有美國、新加坡、馬來西亞等40多個國家，中國荸薺罐頭和后期出現的冷凍冷藏保鮮荸薺切片占據著97%以上的國際市場份額。但是目前鮮食荸薺的貿易規模逐漸下降，加工產品需求均呈增長態勢，中國荸薺出口產品結構日益多元化[43]，因此需要研發出更多類型功能性食品，強化其營養保健功能，以適應國內外的市場需求。

我國目前的市場產品以鮮切荸薺和荸薺淀粉為主，生產過程中會產生大量的荸薺皮等廢棄物，這些廢棄物有很大的綜合利用價值，在荸薺皮活性成分提取應用方面的研究上已有較多成果，但主要集中在活性成分的抑菌、抗氧化方面，也有少數學者利用荸薺廢棄物開發環保型新產品，如利用淀粉廢水生產乳酸菌或飼料添加劑，將荸薺皮改性用來處理印染廢水等，這在荸薺資源的充分利用上都是很有意義的嘗試。但是目前研究還不夠深入，將各種技術進一步開發成熟應用于工廠化生產還有很長的路要走，同時也需要研究機構和企業的深度合作。

除了食品加工功能，越來越多的研究者正在探索開發荸薺的其他功能，如生物基質發光材料的制備、OSA改性淀粉的性能、熟化黑荸薺的藥用功能等，這些探索性研究可以將荸薺制品應用于化學、醫藥、化妝品等領域，對于荸薺資源的進一步開發利用具有重要意義。