麻竹幼筍不同生長發育時期碳水化合物和氨基酸含量變化研究*

劉松，凡莉莉，曾銘，李漢一，榮俊冬，鄭郁善，陳禮光

(福建農林大學 林學院，福建 福州 350002)

竹筍是竹亞科類植物的幼芽，是一種重要的林業資源[1]；竹筍的生長周期短和快速發育的特點，它被認為是生物生產的主要可再生資源[2]。竹筍味道鮮美，產量高，筍期長[3]，富含碳水化合物、礦質元素、氨基酸和生物活性物質等營養成分[4]，可預防肥胖和緩解高血壓[5]，是一種健康的天然食品。

竹筍生長期調控與竹筍品質改良是竹筍及相關竹類自然資源可持續利用的研究熱點[6]。筍的品質主要受粗纖維、礦質元素、氨基酸和碳水化合物含量等的影響[7]。前人研究發現，麻竹(Dendrocalamuslatiflorus)、綠竹(Bambusaoldhamii)以及勃氏甜龍竹(D.brandisii)等17種叢生竹竹筍的總糖質量分數差異大(最高為25%，而最低僅為6.3%)、不同種類竹筍間氨基酸的含量差異巨大(最高與最低相差達到十幾倍)[8]；毛竹(Phyllostachysedulis)冬春季節竹筍不同部位氨基酸共有17種，必需氨基酸占其總氨基酸的30%[9]；不同季節毛竹竹筍體內檢測出17種氨基酸，僅有4種氨基酸隨時間變化顯著[10]；隨著竹齡增長，毛竹等5種竹類其竹筍中營養成分均有減少，但是膳食纖維和含水量呈迅速增加趨勢，新萌發的筍營養成分明顯高于前者，竹筍生長過程中粗蛋白含量基本呈下降趨勢[11]；施用有機肥和復合肥后，竹筍體內氨基酸、單寧以及粗纖維等物質含量增多，僅使用有機肥可促進竹筍體內粗多糖積累[12]；海拔對高節竹(P.prominens)竹筍的蛋白質、淀粉以及氨基酸等物質含量有著顯著影響[13]；覆土方式同時影響著綠竹竹筍中水分、可溶性糖及纖維素等含量差異[14]。

綜上所述，當前對竹筍品質研究主要集中于不同種類或者處理下筍品質差異變化，對筍生長階段品質差異研究較少，麻竹筍品質與其不同生長時期是否有相關性的研究未見報道。本文對麻竹幼筍不同生長時期還原性糖、可溶性糖、淀粉、纖維素以及氨基酸含量的變化進行測定，揭示在不同生長時期麻竹筍萌發時體內碳水化合物及氨基酸等物質動態變化規律，為培育可持續高效麻竹筍用林及麻竹筍品質改良提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于福建省漳州市南靖縣紅新村(24°38′52″N，117°26′53″E,海拔20 m)。從地形地勢上來說，整個南靖縣紅新村的地勢由西北向東南傾斜，試驗樣地主要是以丘陵為主的山地，坡度為20°～25°。南靖縣地處亞熱帶季風氣候，全年平均氣溫21.5 ℃，氣候溫和；全年平均日照時數1 594.1 h；全年平均降水量1 319.7 mm，無霜期，夏季降雨偏多，占總降水量的70%，降水量1 700 mm左右。林業用地大多以山地丘陵為主，土壤主要為紅壤，土層深厚，有機質含量較高，養分豐富[15]。

1.2 樣品采集

試驗材料為麻竹不同生長時期的幼筍。根據麻竹幼筍的外部形態[16]、發育程度、芽基徑、芽高度等形態特征，幼筍可劃分為4個不同生長時期，分別是幼筍萌動時期(竹篼筍目)(A時期)、幼筍萌發期(B時期)、幼筍生長期(C時期)以及筍快速生長時期(D時期)。

2020年6月1日起進行第一次采樣，然后每隔5 d采樣1次，麻竹幼筍每個生長時期都進行采樣，采樣時間及采樣幼筍生長情況見表1。在樣地中(山地地形)選取5叢麻竹，選取的麻竹叢自上而下均勻分布，每叢采3株筍，采筍的位置基本位于同一方向，筍個體的大小基本保持一致；采樣時間為4個時期，每一生長時期共15個重復。實驗樣品為不同時期幼筍的可食用部分，合并成混合樣品。將選取的麻竹筍樣用冰袋保存，4 h內進行殺青處理(105 ℃，30 min)，然后80 ℃烘干至恒重，粉碎備用。

表1 麻竹幼筍不同生長時期特征Tab.1 Characteristics of bamboo shoots at different developmental stages

1.3 測定方法

1.3.1 碳水化合物測定

稱取麻竹幼筍干樣0.5 g，參照蒽酮檢測法[17]在620 nm波長處對可溶性糖、淀粉和纖維素進行吸光度檢測及含量計算；參照3，5-二硝基水楊酸檢測法[18]在540 nm處對還原糖進行吸光度檢測及含量計算。

1.3.2 氨基酸含量測定

取干燥筍末0.1 g，加入10 mL的6 mol/LHCl溶液，110 ℃烘箱內水解24 h，冷卻，用純水定容至50 mL；0.45 μm膜過濾，吸取200 μL已經過濾后的液體于大口離心管中，再次放入烘箱里60 ℃濃縮至沒有任何液體，加入1 mL的0.02 mol/L HCl混勻即得樣品液；用日立 L8900 氨基酸分析儀，參照GB/T 5009.124—2016《食品中氨基酸的測定》[19]中氨基酸分析儀法進行游離氨基酸含量測定。

1.4 數據處理

使用 Excel 2016及SPSS 26.0對數據進行統計分析及作圖。采用LSD多重比較法比較不同生長時期麻竹幼筍中碳水化合物及氨基酸含量差異，在α=0.05和α=0.01水平上進行顯著性檢驗，并對不同生長時期碳水化合物及氨基酸含量進行相關分析。

2 結果與分析

2.1 不同生長時期麻竹筍中碳水化合物變化

2.1.1 不同生長時期麻竹筍中纖維素含量變化

如圖1所示，不同生長時期麻竹筍內(干重)中纖維素含量呈逐漸增加變化趨勢，其中在各時期麻竹筍纖維素含量分別為39.57、42.69、43.11以及46.32 mg/g。A時期，麻竹幼筍中纖維素含量最低，隨著幼筍生長，筍中纖維素含量呈上升趨勢。與A時期相比，B和C時期纖維素含量分別增加3.21 mg/g和3.54 mg/g(P<0.05)，D時期纖維素含量比A時期顯著升高17.06%(P<0.01)。

圖1 麻竹筍中纖維素含量變化注:*和**分別代表在0.05和0.01水平上顯著。下同。Fig.1 Variation of cellulose content in D.latiflorusbamboo shoots

2.1.2 不同生長時期麻竹筍中還原糖含量變化

不同生長時期麻竹幼筍中還原糖含量呈先降低后升高的變化趨勢，各時期麻竹筍還原糖含量分別為4.96、2.49、3.42和4.97 mg/g，A時期還原糖含量相對最高，B時期最低(圖2)。與A時期相比，B時期還原糖含量降低了50.60%(P<0.01)。在幼筍萌發后，還原糖含量升高，與B時期相比，C、D時期還原糖含量分別增加了0.93、2.48 mg/g(P<0.05)。

圖2 麻竹幼筍還原糖含量變化Fig.2 Variation of reducing sugar content in immatureD.latiflorus bamboo shoots

2.1.3 不同生長時期麻竹筍中可溶性糖含量變化

不同生長時期麻竹幼筍內可溶性糖含量呈先降低后升高變化趨勢，各時期麻竹筍可溶性糖含量分別為3.05、1.01、1.62和1.78 mg/g，A時期可溶性糖含量最高，B時期最低(圖3)。與A時期相比，B時期可溶性糖含量降低了66.89%(P<0.01)，C、D時期麻竹幼筍可溶性糖與B時期比較，分別顯著增加0.61、0.77 mg/g(P<0.05)。

圖3 麻竹幼筍可溶性糖含量變化Fig.3 Variation of soluble sugar content in immatureD.latiflorus bamboo shoots

2.1.4 不同生長時期麻竹筍中淀粉含量變化

不同生長時期麻竹筍中淀粉含量呈先升高后保持平穩的變化趨勢，各時期麻竹筍淀粉含量分別為2.19、3.38、3.36、3.33 mg/g，A時期麻竹幼筍淀粉含量最低(圖4)。與A時期相比，B時期顯著升高了4.3%(P<0.01)，隨著麻竹幼筍繼續生長，C與D時期淀粉含量保持在3.33～3.36 mg/g。

圖4 麻竹幼筍淀粉含量變化Fig.4 Variation of starch content in immatureD.latiflorus bamboo shoots

2.2 不同生長時期麻竹筍中碳水化合物相關性分析

4個生長時期麻竹筍中各碳水化合物之間相關關系如表2所示。纖維素與淀粉呈顯著負相關(P<0.05)；還原性糖與可溶性糖呈顯著正相關(P<0.05)；可溶性糖與淀粉呈極顯著負相關(P<0.01)；纖維素、還原糖與可溶性糖之間存在不顯著的正相關關系，可溶性糖與淀粉之間存在不顯著的負相關關系。

表2 不同生長時期碳水化合物含量相關性

2.3 不同生長時期麻竹筍內氨基酸含量

不同生長時期麻竹幼筍氨基酸含量測定結果見表3。與毛竹筍所測出17種氨基酸[9]相比，麻竹幼筍除色氨酸(Trp)與谷氨酰胺(Gln)未被檢測外，共測定出18種氨基酸，表明麻竹幼筍體內的氨基酸較為齊全。在A時期氨基酸種類中除異亮氨酸(Ile)之外，其余17種氨基酸都檢測出；在B時期氨基酸種類中除了纈氨酸(Val)、異亮氨酸(Ile)、酪氨酸(Tyr)、谷氨酸(Glu)、蘇氨酸(Thr)等，其余13種氨基酸都檢測出；在C時期中， 纈氨酸(Val)、蘇氨酸(Thr)監測值為0，脯氨酸(Pro)含量為2.355 mg/g，其余15種氨基酸變化差異不大；在D時期中，異亮氨酸(Ile)、天冬酰胺(Asn)、賴氨酸(Lys)、蘇氨酸(Thr)未檢測到，其余14種氨基酸都檢測出。

表3 麻竹幼筍不同生長時期氨基酸含量Tab.3 Amino acid content in D.latiflorusbamboo shoots at different stages mg/g

不同生長時期麻竹幼筍氨基酸含量差異較大，總體上呈現先下降后上升的變化趨勢，其在4個時期氨基酸含量分別為6.154、5.348、4.239和5.748 mg/g。A時期氨基酸含量最高，隨幼筍萌發，在B時期氨基酸含量下降了13.10%，于C時期繼續下降到最低點(4.239 mg/g)，D時期與C時期相比總氨基酸含量升高了35.60%。在4個生長時期中，脯氨酸(Pro)中含量最高，分別為4.574、1.481、2.355和4.530 mg/g；纈氨酸(Val)含量最低，分別為0.004、0、0、0.004 mg/g。A時期，丙氨酸(Ala)、精氨酸(Arg)、半胱氨酸(Cys )、亮氨酸(Leu)、脯氨酸(Pro)這5種氨基酸含量相對較多。在B時期，Ala、Leu、Cys、Arg、苯丙氨酸(Phe)、天冬氨酸(Asp)、天冬酰胺(Asn)、賴氨酸(Lys)、絲氨酸(Ser)和組氨酸(His)皆出現最高值。到C與D時期，含量變化幅度較大的氨基酸有甘氨酸(Gly)、Leu、Ile、Lys和Pro；氨基酸含量相對穩定的有Val、Met、Ser、His，而Cys在4個時期中則一直保持著含量相對穩定的狀態。

不同生長時期麻竹筍體內必需氨基酸含量存在差異，8種必需氨基酸總含量分別為0.697、1.329、0.887和0.548 mg/g，分別占總氨基酸含量的11.33%、24.85%、20.92%和9.53%，其中B時期必需氨基酸占總氨基酸含量的比重最高(24.85%)，D時期所占比重最少(9.53%)，2個時期相差15.32%(表3)。如表4所示，8種必需氨基酸中亮氨酸(Leu)在4個時期含量所占百分數最高，分別占總必需氨基酸含量的65.08%、48.47%、25.76%和79.44%，纈氨酸(Val)含量所占百分數最低，分別占總必需氨基酸含量的0.50%、0%、0%和0.81%。在4個生長時期中，A時期包含7種必需氨基酸，種類最多，D時期包含5種必需氨基酸，種類最少。

表4 麻竹幼筍不同生長時期8種必需氨基酸 占總必需氨基酸百分比Tab.4 Percentage of 8 essential amino acids in total essential amino acids of D.latiflorus bamboo shoots at different development stages %

3 討論與結論

3.1 麻竹幼筍不同生長時期碳水化合物變化

纖維素是植物次生細胞壁重要組成成分[20]，也是衡量竹筍老化程度的指標之一[21]。本研究測得麻竹幼筍4個時期纖維素分別為38.87、41.25、42.09和46.27 mg/g，表明麻竹幼筍打破休眠萌發時，筍細胞壁細胞延伸和次生壁開始生長，筍體內纖維素含量處于較低狀態為38.87 mg/g。隨著幼筍逐漸生長并破土而出，細胞不斷伸長和次生壁加厚[22]，纖維素含量逐漸增加，快速發育期時(D時期)，纖維素含量上升為46.27 mg/g。隨著筍的不斷生長，幼筍從萌動期(A時期)到快速生長時期(D時期)纖維素含量增加，筍體細胞機械強度增高，竹筍逐漸木質化[23]。

還原性糖、可溶性糖、淀粉這些糖類物質是植物光合作用主要產物，儲存著植物生長發育過程中所需要消耗的干物質[24]。本研究結果表明：從A時期到D時期，麻竹筍中可溶性糖與還原性糖變化趨勢一致，在B時期幼筍的可溶性糖與還原性糖處于較低含量，二者呈現顯著正相關關系；不同生長時期麻竹幼筍內淀粉與可溶性糖呈極顯著負相關關系。這可能由于竹子中新合成光合作用產物會先轉化成可移動糖類如蔗糖，它通過韌皮部運輸到竹筍體內[25]，再經過酶的反應，一方面合成可溶性糖、還原性糖參與代謝，另一方面葡萄糖小分子再生成非移動性碳水化合物淀粉[26]以貯藏能量物質。淀粉與可溶性糖的負相關關系與它們在不同生長期之間的變化趨勢的差異性表明，它們參與筍體生長中不同的生理代謝活動。糖類物質在植物打破休眠進入萌芽期方面起著重要的信號傳遞作用[27]，其生理功能的發揮主要表現在糖類物質種類及含量變化上。周滌等[28]研究表明彩色馬蹄蓮(Zantedeschiahybrida)塊莖萌芽前體內淀粉與還原糖含量積累較高，其積累含量的高低與萌芽率呈正比關系。本研究中麻竹幼筍在A時期可溶性糖與還原性糖含量最高，由于該時期為幼筍萌動期，竹鞭上弱芽經過休眠期在適合的環境條件下開始萌動逐漸形成壯芽，這個過程需要筍體內積累一定水平的糖類物質解除休眠并提供物質基礎；在B時期幼筍進入萌發期，還原糖和可溶性糖含量最低，可能是在代謝作用下為幼筍萌發提供了所需要能量，該變化與葡萄(Vitisvinifera)解除休眠進入萌發期變化趨勢一致[29]。淀粉變化與可溶性糖和還原糖相反，在A時期，幼筍體內淀粉含量最低為2.15 mg/g，可能由于在休眠期與萌動期間需要大量可溶性糖來提高植物抗逆性，淀粉在淀粉酶作用下分解成葡萄糖進而轉化成其他糖類物質最終合成可溶性糖，證明了可溶性糖與淀粉呈負相關關系，這與葡萄相關研究結果一致[30]。在B時期，幼筍萌發，部分可移動糖類物質轉化成非移動性碳水化合物(淀粉)[26]開始貯藏有機物質，導致B時期淀粉含量上升。C與D時期為幼筍迅速伸長時期[16]，碳水化合物總體保持著上升和相對穩定的趨勢。纖維素的變化隨著筍的不斷生長，其含量會呈上升趨勢，在成竹時期，木質化不斷加深，其纖維素含量可能達到一個穩定的含量數值，可見麻竹筍品質與不同生長時期的纖維素含量具有相關性。

3.2 麻竹幼筍不同時期氨基酸變化

氨基酸除了蛋白質合成外，在信號傳遞，物質運輸過程[31]和植物應急反應中發揮著重要作用[32]。同時，氨基酸也是筍品質檢測的重要指標，在一些常見的竹筍中，如毛竹[9]、高節竹等[33]都對其體內氨基酸含量進行了檢測與分析。

本研究從4個生長時期幼筍中檢測出18種氨基酸(Trp、Gln除外)，說明其體內所含氨基酸較為齊全。與毛竹筍[9]進行比較發現，麻竹幼筍各種氨基酸含量間差異較大，4個時期麻竹幼筍體內含量最多的氨基酸是Pro，與毛竹筍體內含量最高的是Asp不同，這可能是由于采樣地不同所致。干旱環境會導致竹筍體內脯氨酸含量增多以抵抗惡劣的生存環境，該現象與麻竹葉片Pro變化結果[34]一致。植物萌發過程會伴隨著一系列生理變化，蛋白質在酶的作用下分解成氨基酸，某些氨基酸又繼續參與代謝，與糖類、脂類物質相互聯系[35]。總氨基酸含量變化趨勢與還原糖和可溶性糖一致，在B時期，Ala、Leu、Cys等10種氨基酸含量達到最大值，推測與糖類和蛋白質含量變化有關。Val、Ile、Tyr、Asn、Glu、Lys與Thr這7種氨基酸含量皆在某時期檢測值為0，可能是由于在該時期被測氨基酸的含量過低。

必需氨基酸為人體新陳代謝所不能合成，而要從外界攝取的8種氨基酸。其按照一定比例在人體內均衡分布，任何一種氨基酸的失調都會造成人體的代謝紊亂，如負氮平衡[36]。本研究中麻竹幼筍在A時期所包含總氨基酸含量最高，可能是由于打破休眠前一系列代謝使其含量積累到較高水平；B時期所含的必需氨基酸含量占總氨基酸的百分比最高，說明在該時期筍的品質價值相對較高，可滿足鮮食筍標準，但筍內缺乏Thr與Val這兩種氨基酸，建議與富含這兩種氨基酸的食物搭配食用；D時期麻竹筍內所缺少的氨基酸多達3種分別是Thr、Ile和Lys，營養品質降低。

3.3 結論

竹筍譽稱“香筍”，它不但富含人體需要的蛋白質、脂肪、糖類、粗纖維等多種營養成分，而且還具有保健延壽、增進食欲、清除便秘、減肥美容、抗癌防癌等功效;通過烹制和加工出來的數百種麻竹筍制品，其味道鮮美、脆嫩爽口、味甘醇香，是當前國內外最佳天然保健食品之一，也是當今人們追求的無公害綠色食品。對竹筍產量和品質產生影響的最主要的因素是溫度和水分，當溫度過低時不利于竹筍A時期(萌動時期)的筍芽發育，在B時期(萌發時期)、C時期(生長時期)、D時期(快速生長時期)，足夠的水分、溫度和陽光等能促使竹筍更好地生長，從而促進竹筍體內不同時期的氨基酸與碳水化合物含量的增加，促進筍品質提升和筍產量的增加。

麻竹筍生長時期與碳水化合物、氨基酸含量的變化具有相關性。隨著麻竹幼筍不斷生長發育，纖維素的含量呈正相關關系升高，淀粉含量則是上升到幼筍B時期(萌發期)后開始維持穩定，與此不同的是可溶性糖和還原糖含量表現為先降低后升高。不同時期幼筍體內所含氨基酸的種類較齊全，氨基酸總量在幼筍A時期最多，必需氨基酸在幼筍B時期較豐富；在4個生長時期中，A時期包含7種必需氨基酸，種類最多，D時期包含5種必需氨基酸，種類最少。在4個時期中，纖維素含量隨著竹子生長時間的推移，纖維素含量越來高，因此纖維素含量是影響筍品質的重要因素之一，其含量越低口感越好；可溶性糖、還原糖含量從B時期到D時期逐漸升高；淀粉含量總體趨勢升高，B時期到D時期其含量趨于穩定。因此，僅考慮食用口感或碳水化合物含量，C時期(生長期)為最佳采筍時期；如果綜合考慮筍體內碳水化合物含量和經濟效益，C時期(生長期)與D時期(快速生長時期)之間的過渡期最適合采摘，此時既保證竹筍口感(碳水化合物的含量較高)又可以保證較高的經濟收益(平均單筍重量較高)。本研究可為進一步研究麻竹幼筍的生理活動和筍品質的改良提供參考。