非熱加工技術在竹筍保鮮及加工中的應用研究進展

湯彩碟，張甫生，楊金來，吳良如*，鄭炯*

1(西南大學 食品科學學院，重慶,400715)2(食品科學與工程國家級實驗教學示范中心(西南大學)，重慶,400715) 3(國家林業和草原局竹子研究開發中心，浙江 杭州,310012)

竹筍(bamboo shoots)是竹子膨大的芽或幼嫩的莖，故又稱為竹芽、鞭筍。我國竹類資源豐富，共計39屬500余種，其中可食用竹筍有200余種。2019年調查數據顯示，目前我國竹林種植面積約為33 000 km2，食用竹筍年產量達500～600萬t[1]。鮮筍滋味鮮美，肉質脆嫩，富含蛋白質、膳食纖維、碳水化合物、維生素、礦物質和無機鹽等多種營養成分，具有促進腸道消化，預防心腦血管疾病和癌癥等多種有益功能，受到消費者的廣泛喜愛[2]。然而，竹筍采后易木質化，一般常溫下放置 2～3 d 即失去食用價值。因此，除40%左右的竹筍被鮮食外，60%的竹筍被加工為筍干、清水筍、發酵筍、即食調味筍等筍制品。目前，這些竹筍加工技術較為傳統，筍制品的加工精度較低，附加值不高，加工副產物浪費較嚴重。因此，竹筍的貯藏保鮮和精深加工技術是竹筍產業亟待解決的行業難點和痛點。

熱處理作為食品工業中最常用的一種加工技術，其目的是通過對流和熱傳導兩種作用模式，熟化食品、鈍酶滅菌、改善食品感官品質。但過度的熱處理會使食品的質地、色澤、風味等嚴重劣化，同時生物活性物質會遭到嚴重破壞[3]。作為傳統熱處理的替代方法，非熱加工技術可以有效殺死致病微生物，保障食品安全，同時最大程度地保留營養成分和感官特性，因此成為當前食品加工新技術研究與開發的熱點，被廣泛應用于果蔬貯藏保鮮、加工及果蔬制品微生物安全防控等方面[4]。近年來，國內外學者利用輻照、紫外線、超高壓、超聲波、超微粉碎、高壓均質等多種非熱加工技術對竹筍進行保鮮與加工，發現以上非熱技術在延緩采后竹筍木質化與褐變、提升其食用品質和功能特性等方面具有明顯優勢。因此，本文通過綜述各種非熱加工技術在竹筍保鮮與加工的應用研究，探討利用新技術、新工藝對竹筍進行保鮮和加工的效果和可行性，并闡明非熱技術在竹筍保鮮及加工中的作用機制，以期為竹筍貯藏保鮮、加工制品品質改善和副產物利用率提高等方面的研究提供理論參考。

1 輻照技術

輻照(lrradiation)技術是指利用γ射線、X射線或高能電子束產生的輻射電子與微生物分子中的原子進行非特異性碰撞，使得微生物細胞中DNA、RNA、蛋白質等有機分子的化學鍵斷裂，從而抑制或破壞微生物新陳代謝和生長發育，甚至使細胞或組織死亡，達到殺菌保鮮、延長貯藏期的目的[5]。目前，世界衛生組織已將輻照處理納入安全有效的食品處理方法并制定了相應的標準，并在50多個國家批準使用。表1列舉了輻照在竹筍保鮮貯藏中的應用。由表1可知，輻照處理后過氧化物酶(peroxidase，POD)、苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonium lyase，PAL)和多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)活性降低，木質素和纖維素含量的上升減緩，竹筍木質化和褐變進程減慢；同時輻照還可以減緩竹筍蛋白質、可溶性糖、維生素等營養成分的降解，有效保留其營養價值。

食品輻照處理殺菌效果好，營養價值損失小，無有害物質殘留，是一種低成本、高效率的非熱加工新技術。但不同果蔬類食品的輻照耐受性不同，當輻照劑量超過一定值，會造成細胞膜的損傷，反而會加速腐爛。目前的研究表明，用10 kGy以下劑量輻照的食品不會有放射性殘留，不會改變食品的營養成分和營養價值，但低劑量的輻射可能無法達到較好的保鮮貯藏效果。WANG等[6]分別采用1、3、5 kGy γ射線對苦竹筍進行輻照，發現1、3 kGy的輻射劑量不能完全抑制PAL活性，而在5 kGy條件下，PAL活性則得到有效抑制。當前，我國食品輻照技術最成熟的是使用60Co或137Se作為放射源的γ射線，但這也有可能引發放射性污染與核泄漏等問題。

2 紫外線技術

紫外線(ultraviolet，UV)是波長在100～400 nm的不可見光，根據波長可分為UV-A(320～400 nm)、UV-B(280～320 nm)、UV-C(200～280 nm)和真空紫外(100～200 nm)4個部分，其中波長在190～350 nm 的紫外線殺菌能力較強，對細菌、霉菌、酵母菌等微生物均有顯著的殺滅作用。目前，國內外對于UV-C輻照的殺菌機理報道較多，主要包括兩種可能的機制：(1)通過引發微生物DNA鄰近的胸腺嘧啶和胞嘧啶交聯，進而引起DNA轉錄和復制過程受阻，最終導致微生物細胞功能缺失和細胞死亡；(2)通過誘導植物組織的防御機制對抗病原微生物。

表1比較了輻照和紫外線技術近年在竹筍保鮮中的應用，2 kJ/m2以上的紫外線照射強度對不同品種的竹筍均有殺菌保鮮作用，且輻照和紫外線都通過降低竹筍PAL、PPO和POD活性，減少木質素的累積，延緩木質化進程，從而使竹筍保持良好的可食用品質。而UV還會對竹筍的理化特性產生較大影響。例如，可使毛竹筍失重率降低，去殼高節筍和馬蹄筍的呼吸速率降低、硬度上升趨勢減緩，水竹筍中葉綠素總含量的增加速率減緩。此外， UV-C輻照甚至可以提升竹筍的抗氧化防御系統，加速筍體蛋白質的積累，提高竹筍的耐寒性。然而，由于UV穿透能力較差，且滅菌效果受光的波長劑量、環境條件、食品特性等因素影響，UV技術在果蔬保鮮及加工中的應用也受到了一定的限制。

表1 輻照和紫外線技術在竹筍貯藏保鮮中的應用Table 1 Application of irradiation and ultraviolet technology in bamboo shoot storage and preservation

3 超高壓技術

超高壓技術(ultra-high pressure，UHP)是指以水或其他液體作為介質，在常溫或較低溫度下對物料施以100～1 000 MPa的壓力并保持一定時間。UHP技術具有強烈的殺菌作用，其原理主要是通過高壓改變微生物細胞膜上脂質分子的順序，修改膜結構，使細胞滲透性和膜功能受損。同時，UHP能破壞蛋白質氫鍵、二硫鍵和離子鍵的結合，致使蛋白質一級結構被破壞，誘導蛋白質變性進而抑制細胞酶活性，使得DNA合成受阻[18]。UHP處理是個瞬間壓縮過程，滅菌均勻、無污染、耗能低、操作安全，可有效避免由溫度升高引起的對食品品質的不利影響，從而保留食品的風味色澤和營養價值[18]。目前，UHP技術主要用于增強食品安全性、延長食品貨架期及提取植物天然活性成分等方面。

表2列舉了UHP技術在竹筍保鮮及加工中的應用。為了達到殺菌要求，鮮筍所需的UHP壓力大于水煮筍，且PAL、PPO、POD活性隨UHP處理壓力增大而降低，說明UHP處理抑制了木質素和纖維素積累，減緩了竹筍木質化和褐變進程。此外，UHP處理后，采后竹筍可溶性蛋白質、維生素、總黃酮等含量下降減慢，營養價值得以保留。然而，由于某些細菌孢子對壓力具有很強的抵抗力，單純的UHP處理可能無法滿足滅菌要求，因此，將UHP技術與微波、抗菌劑等其他技術聯合使用，殺菌效果可能更好。

表2 超高壓技術在竹筍保鮮及加工中的應用Table 2 Application of ultra-high pressure technology in the preservation and processing of bamboo shoots

4 超聲波技術

超聲波(ultrasonic)是指高于人體聽力閾值的聲波。研究顯示，超聲波被廣泛用于果蔬的保鮮及加工，其工作機制為：(1)高強度超聲波沖擊液體產生的空化效應會引起溶液環境溫度和壓力快速變化，剪切作用導致分子間氫鍵和范德華力被破壞，進而引起細胞部分聚合物降解；(2)高頻超聲振蕩產生的高能量密度沖擊波可以破壞細胞壁和膜結構，使得細胞內溶物移動、環流及發生絮凝沉淀[26]。

超聲波技術具有耗時少、效率高、無污染等優點。表3列舉了超聲波技術在竹筍保鮮及加工中的應用。利用超聲波處理竹筍，其木質化進程減慢、營養成分損失減少，貯藏期有效延長。但超聲波技術因殺菌效果不徹底，需與化學消毒劑配合使用，在竹筍保鮮中的應用尚不成熟。目前主要集中于利用超聲波產生的空化效應和機械效應，加速竹筍細胞壁的破碎，促進細胞內容物的流出，提取竹筍多糖、黃酮等功能活性成分，具有縮短提取時間、提高提取效率和提取率等優點。表3結果說明，超聲波功率是影響功能活性成分提取率的重要因素，功率越大，提取率越高。同時，適當提高超聲溫度，也有利于提取率的提高。此外，超聲波技術還可以用于竹筍膳食纖維(bamboo shoots dietary fiber, BSDF)的改性。超聲波產生的空穴效應和機械效應可有效減小BSDF粒徑、增大其表面積，改善BSDF持水力、持油力、膨脹力等理化性質，進而提高其加工特性。

5 超微粉碎技術

超微粉碎是一種新興加工技術，利用高速氣流產生的動能使物料顆粒發生劇烈碰撞、反復摩擦和高速剪切等作用，達到超微化目的。表4總結了目前主要的超微粉碎技術原理及其對竹筍的處理效果。不同超微粉碎技術有不同的優缺點，需根據樣品的加工需求進行選擇。例如，球磨式研磨精細但能耗高，適合量少、精細要求高的樣品；而膠體磨能耗低但超微化程度低，適合對大量樣品進行一定程度的超微化處理。4種超微粉碎技術都可使粉體粒徑降低，比表面積增大，更多基團暴露，改善其理化特性。且超微粉碎后的竹筍水分、灰分、蛋白質和膳食纖維等基本成分含量保持穩定，說明超微粉碎對竹筍的營養價值基本無影響；傅里葉紅外光譜和電鏡分析表明，超微粉碎后竹筍的主要基團不會發生變化，粉體顆粒表面存在蜂窩狀孔隙[39]。竹筍經超微粉碎后，較大的纖維等組織被充分細化，改善老化纖維的粗糙口感[40]。同時，由于物料在超微粉碎過程中細胞組織的破壁作用顯著，超微粉的溶解性有一定增強，使得黃酮等可溶性物質更易于溶出，營養性增強[42]。因此，竹筍經超微粉碎后，可作為食品原料、主食改良劑及膳食纖維補充劑應用于食品精深加工中，拓展其應用范圍。

表3 超聲波技術在竹筍保鮮及加工中的應用Table 3 Application of ultrasonic technology in the preservation and processing of bamboo shoots

6 高壓均質技術

高壓均質(high-pressure homogenization，HPH)技術是一種低耗時、高效率的非熱加工方法，利用物料在高壓作用下，通過具有特殊構造的均質腔，形成高速剪切、對流碰撞、空穴效應等物理作用，從而使物料大分子的連接鍵斷裂，顆粒細化，同時使其表面結構變得疏松[42]。與UHP技術相比，HPH處理壓力較低且處理時間較短，不能完全殺死微生物，其殺菌鈍酶效果不及UHP技術，因此，目前HPH主要應用于BSDF的改性加工中。BSDF經HPH處理后，粒徑顯著減小，使得BSDF理化特性和微觀結構發生變化，進而改善其感官性能、功能與加工特性[43]。YANG等[44]利用HPH處理BSDF后，其可溶性膳食纖維含量顯著提高，持水力、持油力和亞硝酸鹽吸附能力得到明顯改善。此外，將HPH改性后的BSDF加入其他食品中可以改善其質構、風味及營養價值[45-46]。

7 其他非熱加工技術

除上述幾種常用非熱加工技術，脈沖強光、動態高壓微射流等方式也被用于竹筍的保鮮及加工中。脈沖強光廣譜高效、成本低廉，發展潛力巨大，其殺菌原理主要是微生物細胞內的生物大分子物質吸收脈沖光后產生光化學效應，合成胸腺嘧啶二聚體，阻礙微生物細胞中DNA的自我復制；同時光輻射會破壞微生物細胞內蛋白質的空間結構，使酶失活，徹底殺滅微生物[47]。應用脈沖強光閃照36次的低糖筍脯，其細菌、霉菌和酵母菌的殺滅率均能達到90%，且真空包裝的低糖筍脯經脈沖強光殺菌后在室溫下貯存近10個月仍符合國家衛生指標[48]。動態高壓微射流技術是一種新興的非熱加工技術，可對液體混合物料進行強烈剪切、高速撞擊、高頻振蕩、膨爆和氣穴等一系列綜合作用，從而起到很好的超微化、微乳化和均一化效果。研究發現，利用動態高壓微射流改性BSDF可以有效減小其粒徑，改善BSDF持水力、持油力等理化性質，增強其亞硝酸鹽吸附和葡萄糖吸附能力[49]。

8 研究展望

8.1 開展電子束輻照等新興技術在竹筍保鮮中的應用研究

目前竹筍保鮮技術主要還停留在實驗室的階段，急需開發新興技術進行竹筍保鮮的工業化應用。電子束輻照通過電子加速器在真空環境和高能狀態下，將電子加速到接近光速，與微生物細胞內的大分子物質發生一系列反應達到殺菌目的。此過程不需要放射性同位素來產生電離輻射，可有效解決利用放射線元素進行殺菌所引發的核泄漏和核污染等隱患。此外，脈沖強光利用光化學效應進行殺菌，成本低廉、發展潛力巨大，國內外已有大量關于脈沖強光在果蔬保鮮中的應用研究，但目前在竹筍保鮮中的應用報道較少，因此也需要開展此方面的研究。

8.2 采用多種非熱技術協同增效竹筍保鮮及加工

相較于單一處理，協同技術作用下的竹筍活性成分提取率更高、改性BSDF的可溶性膳食纖維含量更高、理化特性更好。但目前針對這兩方面的研究主要集中于物理法聯合酶法，鮮見2種物理法聯合或化學法聯合物理法等的研究。此外，單獨采用上述某種加工技術很難在保證竹筍制品安全的同時保持其感官品質、營養價值不受影響。因此，針對竹筍不同的加工制品與殺菌要求，可以嘗試采用如超聲聯合高壓均質、化學殺菌劑聯合超高壓等多種技術進行試驗來確定適宜的工藝條件與技術參數，達到協同增效的結果。

8.3 闡明非熱加工技術在竹筍保鮮及加工中的作用機制

目前，各種非熱加工技術在竹筍保鮮及加工中的應用研究報道較多，但由于受竹筍品種、原料特性、工藝條件、技術參數等因素的影響，使得文獻報道的結果各異。因此，有必要對各種非熱加工技術在竹筍保鮮及加工中的作用機制進行深入研究。尤其需要重點圍繞非熱加工技術在抑制采后竹筍木質化和褐變，促進竹筍次生代謝物質產生，提升竹筍品質特性及其生物活性成分的功能特性等方面的工作機制開展深入和系統研究。這對促進各種非熱加工技術在竹筍保鮮及加工中的工業化應用具有重要的理論指導意義。

9 結論

隨著國民經濟的迅速發展，人們對竹筍品質提出了更高要求，高質量的竹筍加工制品需求量愈來愈大，因而竹筍保鮮及加工技術是當下重要而迫切的研究課題。通過綜述近年來輻照、紫外線、超高壓、超聲波、超微粉碎和高壓均質等在竹筍保鮮及加工中的應用可知，相較于傳統熱加工，以上非熱技術在減緩采后竹筍木質化、提高竹筍活性成分的提取率和改性BSDF等方面具有顯著優勢，對解決竹筍貯藏保鮮困難、副產物損耗大、竹筍制品食用品質低等加工瓶頸具有重要意義。