酸筍與非發酵筍類的營養成分差異性分析

劉艷婷，韋紫玉，斯中發，李海瑜，陳通*

1. 廣西科技大學生物與化學工程學院（柳州 545006）；2. 廣西科技大學經濟與管理學院（柳州 545006）；3. 浙江華才檢測技術有限公司（諸暨 311800）

酸筍作為一種地方特色食材，一直深受西南地區消費者的喜愛。酸筍取材自竹筍，不僅味道鮮美，而且其保健功能的開發應用也比較廣泛。現有研究表明[1-3]，竹筍不僅含有豐富的碳水化合物、蛋白質、膳食纖維、礦物質、維生素等多種營養成分，同時還具有減肥、降血脂、抗衰老等多種保健功效[4]。酸筍制作原料品種廣泛，常見如毛竹筍、綠竹筍、蘆竹筍、浙江馬鞭筍及孟宗竹筍等。不同地區酸筍的制作工藝雖有所差異，但整體流程相似，依據國家專業標準ZBX 10046-86《關于濕態鹽漬生產工藝通用規程》中對酸筍的制作規定，酸筍制作工藝流程可歸納為鮮筍清洗→鹽漬腌制→漂水→排氣密封。一直以來，酸筍多作為風味輔助食材而被選用，導致關于酸筍的研究并未受到廣大學者與研究人員的關注，而涉及酸筍方面的研究更是鮮有報道。近年來，隨著發酵酸味食品開發與食品風味分析逐漸成為研究熱點[5]，諸多研究人員對此進行了深入研究。馮翠萍等[6]為提高蘆筍皮的綜合利用價值，以多指標對蘆筍皮提取物的抗氧化性進行研究，結果表明，蘆筍皮的抗氧化能力與黃酮類物質含量呈正相關性。Gautam等[7]通過動物免疫試驗評估酸筍根水提取物潛在的免疫佐劑潛力，結果表明，酸筍根提取物具有顯著的治療益處，能夠降低小鼠的發病率和死亡率。Nwafor等[8]研究結果也表明，酸筍的甲醇提取液能夠顯著簡化胃腸道蠕動，防止小鼠腹瀉，同時減少潰瘍發生的概率。上述研究表明，酸筍不僅營養豐富，而且還具有一定的保健功效。然而，現有研究報道多以竹筍為研究對象，而關于酸筍的營養成分與保健功效還有待進一步研究[9]。因此，深入開展酸筍營養價值的研究，尤其是圍繞廣西地區特色酸筍產品，有利于進一步開發、推廣區域特色品牌，為探究發酵酸筍的應用開發提供理論基礎。

試驗以毛竹發酵酸筍為研究對象，通過對發酵后酸筍中的礦物元素、蛋白質、總糖及膳食纖維等營養物質指標進行分析檢測，明確酸筍中主要營養物質的含量，分析發酵前后酸筍的品質變化，進而評估酸筍的營養價值，為從整體角度評價酸筍品質提供研究基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

自然發酵毛竹酸筍，采購于柳州市冠超市以及潭中菜市，挑選無斑點、乳白色、光亮均勻、質地清脆爽口以及成熟度一致的酸筍各500 g，毛竹筍、綠竹筍、蘆竹筍、梁山慈竹筍以及浙江馬鞭筍等非發酵筍類原料采用線上、線下相結合的方式購買，每類樣品采集數量均為12個，最終共獲得待測樣本72個。

1.2 儀器與設備

SP-3520型原子吸收分光光度計（上海光譜儀器有限公司）；KJELTEC 2300型蛋白質測定儀（瑞士FOSS公司）；Fiber E型膳食纖維測定儀（瑞士FOSS公司）；P230型高效液相色譜儀（大連依利特分析儀器有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 自然發酵方法

選取新鮮竹筍，將其分割成大小、厚度一致的條狀（3 cm×0.5 cm×0.5 cm），經100 ℃熱水漂燙60 s后置于4%食鹽、4%蔗糖的混合溶液中，并轉移至200 mL發酵瓶中于20～30 ℃室溫下進行自然發酵，料液比1∶2（g/mL），發酵總時間72 h。

1.3.2 鈣、鉀、鈉的測定

依據GB 5009.92—2016《食品國家安全標準 食品中鈣的測定》中火焰原子吸收光譜法對樣品中的鈣含量進行測定，具體操作步驟如下：準確稱取0.500 0 g± 0.001 g試樣于微波消解罐中，加入5 mL硝酸消解試樣，冷卻后取出消解罐，在電熱板上于150 ℃趕酸至1 mL，消解罐放冷后，將消化液轉移至25 mL容量瓶中，用蒸餾水洗滌消解罐2～3次，合并洗滌液于容量瓶中并用蒸餾水定容至刻度，同時做試劑空白試驗。將鈣標準系列溶液質量濃度按0，0.50，1.00，2.00，4.00和6.00 mg/L由低到高的順序分別導入火焰原子化器，測定其吸光度，以標準系列溶液中鈣的質量濃度為橫坐標，相應的吸光度為縱坐標，繪制標準曲線。在與測定標準溶液相同的試驗條件下，將空白溶液和試樣待測液分別導入原子化器，測定相應的吸光度，借助標準系列曲線進行定量。

鉀、鈉指標依據GB 5009.91—2017《食品國家安全標準 食品中鉀、鈉的測定》中火焰原子吸收光譜法進行測定。樣品前處理與鈣的測定方法相同，故不再詳細敘述。后續操作具體為：將鉀及鈉標準系列溶液按質量濃度0，0.10，0.50，1.00，2.00和4.00 mg/L由低到高的順序分別導入火焰原子化器，測定吸光度，以標準系列溶液中鉀、鈉的質量濃度為橫坐標，相應的吸光度為縱坐標，繪制標準曲線。在與測定標準溶液相同的試驗條件下，將空白溶液和試樣待測液分別導入原子化器，測定相應的吸光度，借助標準系列曲線進行定量，不同元素具體檢測條件如表1所示。

表1 鈣、鉀、鈉火焰原子吸收光譜檢測參數

1.3.3 蛋白質的測定

蛋白質指標采用GB 5009.5—2016《食品國家安全標準 食品中蛋白質的測定》中凱氏定氮法進行檢測。具體操作步驟為：準確稱取2.000 g±0.001 g試樣至消化管中，加入0.4 g硫酸銅、6 g硫酸鉀及20 mL硫酸于消化爐進行消化。消化爐溫度達到420 ℃之后，繼續消化1 h，至消化管中的液體呈綠色透明狀，取出冷卻后加入50 mL蒸餾水，在自動凱氏定氮儀上實現自動加液、蒸餾、滴定和記錄滴定數據的過程，使用前需加入400 g/L氫氧化鈉溶液，0.050 0 mol/L鹽酸標準溶液以及含有混合指示劑A（2份甲基紅乙醇溶液與1份亞甲基藍乙醇溶液臨用時混合）的硼酸溶液。

1.3.4 總糖的測定

總糖指標采用GB 5009.8—2016《食品國家安全標準 食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖的測定》，具體操作為：稱取10.000 g±0.001 g粉碎混勻后的試樣于100 mL容量瓶中，加蒸餾水約50 mL溶解后緩慢加入乙酸鋅溶液和亞鐵氰化鉀溶液各5 mL，加蒸餾水定容至刻度，超聲30 min后用干燥濾紙過濾，棄去初濾液，后續濾液用0.45 μm微孔濾膜過濾至樣品瓶，供液相色譜分析測定。將糖標準使用液（2.0，4.0，6.0和10.0 mg/mL）依次按色譜條件上機測定，記錄色譜圖峰面積或峰高，以峰面積或峰高為縱坐標，以標準工作液的濃度為橫坐標，采用線性方程繪制標準曲線。將試樣溶液注入高效液相色譜儀中，記錄峰面積或峰高，從標準曲線中計算試樣溶液中糖的濃度。液相色譜具體檢測條件為：流動相采用乙腈水溶液（7∶3，V/V），流動相流速1.0 mL/min，色譜柱溫40 ℃，進樣量20 μL，示差折光檢測器溫度40 ℃。

1.3.5 膳食纖維的測定

膳食纖維指標依據GB 5009.88—2016《食品國家安全標準 食品中膳食纖維的測定》進行測定，具體操作為：干燥試樣經熱穩定α-淀粉酶、蛋白酶和葡萄糖苷酶酶解消化去除蛋白質和淀粉后，經乙醇沉淀、抽濾，殘渣用乙醇和丙酮洗滌，干燥稱重，即為總膳食纖維殘渣。另取試樣同樣酶解，直接抽濾并用熱水洗滌，殘渣干燥稱量，即獲得不溶性膳食纖維殘渣；濾液用4倍體積的乙醇沉淀、抽濾、干燥稱量，得可溶性膳食纖維殘渣。扣除各類膳食纖維殘渣中相應的蛋白質、灰分和試劑空白含量，即可計算出試樣中的總的不溶性和可溶性膳食纖維含量。

測定結果以“平均值±標準差”的形式表示，試驗所需試劑均為分析純或化學純，購買于上海安譜實驗科技股份有限公司。

1.4 數據分析

主成分分析（principal component analysis，PCA）是一種廣泛使用的降低高維度特征數據的預處理方法，其核心思想是將原有的高維度特征映射到一組新的相互正交的坐標系中，并形成新的特征變量（即主成分），而新坐標系的形成則是通過計算數據的協方差矩陣獲得，進而通過映射變換在保留數據信息量的基礎上實現數據特征的降維。

k近鄰法（k Nearest Neighbor，kNN）是一種用于判別分析的典型機器學習方法，其核心思想為：如果一類樣本的屬性相似（即可歸為一類），則可認為其中任何一個樣品在特征空間分布中可歸屬于相鄰的k個樣本所組成的類，即其分類決策是依據最鄰近幾個樣本所組成的類別來判定待分樣本的歸屬。

采用MATLAB R2013b（The Mathworks Inc.）軟件并結合PRTools 5.0工具包（Delft University of Technology Netherlands）對測量數據進行分析處理。

2 結果與分析

2.1 毛竹酸筍品質分析

2.1.1 礦物元素分析

由表2可知：毛竹酸筍的Ca含量為14.19 mg/100 g，含量較為豐富，表明食用酸筍對于人體鈣含量的補充有一定幫助；酸筍中K含量為185.66 mg/100 g，Na含量為54.08 mg/100 g，相較于其他食品而言，其仍然屬于鉀高鈉低的食品，且K與Na的比例為3.44∶1，比例較為平衡；結合已有資料可知[10]，相較于黃藤筍（8.24 mg/100 g），毛竹酸筍中Ca的含量較高，而比苦竹筍含量稍低，斑苦筍中K與Na的比例為0.069∶1，遠低于毛竹筍發酵后的酸筍。因此，毛竹發酵酸筍屬于營養元素含量較為均衡的食品之一，不僅風味獨特，而且具有較高的營養價值。

表2 毛竹酸筍礦物元素含量

2.1.2 營養指標分析

毛竹酸筍與其他不同品種筍類的蛋白質、總糖、膳食纖維含量結果如圖1所示。由圖1可知，酸筍與其他非發酵的筍類，在蛋白質和糖類、膳食纖維方面均有所差異。

圖1 不同筍類主要營養成分含量

2.1.2.1 蛋白質

由圖1可知：原料毛竹筍的蛋白質含量為2.2 g/100 g，其發酵后酸筍的蛋白質含量為0.89 g/100 g，兩者之間含量差異顯著，其原因可能是發酵過程中蛋白質結構受到酸性發酵條件影響而產生變性，從而降低蛋白質含量；另外，發酵過程中微生物的生長繁殖需要以酸筍中的蛋白質作為營養基底，但由于發酵過程的復雜性，微生物在消耗營養物質的同時往往伴隨著產物轉運及生理代謝反應等一系列過程，使得蛋白質也可能因此而導致損失，如：隨著發酵過程的進行，蛋白質發生水解反應，并形成氨基酸或者多肽，同時伴有風味物質的產生；蛋白質或其降解產物在發酵過程后期參與一系列生化反應，常見如蛋白質降解產物含硫氨基酸可進一步轉化為其他風味物質，其對最終酸筍產品獨特風味的形成具有重要貢獻。鄭誼[11]以廣東黃藤筍為研究對象，在不同貯藏條件下研究其品質的變化，結果表明，黃藤筍中可溶性蛋白質在低溫貯藏條件下隨著貯藏時間的延長呈現先緩慢升高后大幅下降的現象，相較于初始狀態，其蛋白質最終含量仍有所下降，這與試驗結果一致。綠竹筍、蘆竹筍、梁山慈竹筍及浙江馬鞭筍的蛋白質含量分別為2.40，4.10，2.59和2.63 g/100 g，除蘆竹筍樣品外，其他筍類樣品之間的蛋白質指標差異不顯著。

2.1.2.2 總糖

毛竹酸筍在發酵過程中，其總糖含量隨發酵時間的延長而呈降低的趨勢。由圖1可知，發酵后酸筍的總糖含量從2.5 g/100 g降到0.94 g/100 g，前后含量變化差異顯著，產生的可能原因為：與蛋白質類似，發酵過程中糖類成分也參與酸筍特征風味形成的一系列生化反應。具體包括：發酵初期，糖類物質被微生物自身的生長繁殖所消耗而緩慢下降；發酵中期則在微生物的發酵作用下進行乳酸發酵，并將糖類轉化為醇類或有機酸類，并進一步形成CO2、乙醇、乳酸等小分子物質[12]，進而導致原有糖分含量的快速降低；發酵后期由于已有發酵環境酸度偏高，可進一步抑制微生物產酸，使得發酵后期總糖含量變化趨于平穩；此外，毛竹筍發酵過程出現的脫水現象也可導致水溶性糖分的流失。因此，隨著發酵時間的延長，酸筍中總糖含量總體呈下降趨勢，且毛竹酸筍總糖均少于其他筍類，表明總糖成分因參與自身生化反應而被消耗。綠竹筍、蘆竹筍、梁山慈竹筍及浙江馬鞭筍的總糖含量分別為2.30，5.70，1.80和0.10 g/100 g，除綠竹筍與毛竹筍樣品的總糖含量差異不顯著外，其他筍類樣品之間的總糖指標差異均顯著，這表明總糖指標可能是鑒別不同筍類的一個重要因素。

2.1.2.3 膳食纖維

經發酵后毛竹酸筍中膳食纖維含量為1.92 g/100 g，相較于未發酵前的原料毛竹筍有所增加，但兩者之間差異不顯著。相較于其他非發酵類的各類筍，毛竹酸筍的膳食纖維含量較高，產生的可能原因是發酵過程中微生物的作用將其他營養物質轉變成膳食纖維，促使其含量出現增加的現象。前期報道表明[11]，隨著貯藏時間的延長，黃藤筍的膳食纖維含量隨著發酵過程的進行呈逐步增加趨勢，且在貯藏溫度為11 ℃時增加速度最快，產生該種現象的可能原因是黃藤筍纖維素合成關鍵酶活性導致。此外，卞海運等[13]對低溫下棉纖維比強度進行了研究，結果表明低溫可在不同水平上影響纖維發育關鍵酶的活性，且纖維素的相關特征與纖維蔗糖合成酶活性、β-1, 3-葡聚糖酶基因表達的變化特征高度相關，這表明膳食纖維參與發酵過程的生化反應明顯。浙江馬鞭筍的膳食纖維含量為6.60 g/100 g，其在所有筍類中膳食纖維含量最高，而綠竹筍、蘆竹筍及梁山慈竹筍的膳食纖維含量分別為2.80，0.80和1.80 g/100 g，且這3類筍之間的膳食纖維含量差異顯著。因此，筍類經過發酵后可進一步提高其膳食纖維含量，結合謝碧霞[14]、徐靈芝等[15]研究可知，竹筍中膳食纖維能夠改善腸道內的菌群，使乳酸桿菌和雙歧桿菌等有益菌的數量增加，抑制有害菌的生長，對潤腸通便有較顯著的作用，是一種食用價值較高的功能食品。

2.2 毛竹酸筍與不同品種筍類判別分析

為進一步分析不同品種筍類樣品的品質差異，在對原始指標數據進行歸一化（即將有量綱數據轉變為無量綱）預處理的基礎上，對選取的72個樣品的6個理化指標（即72×6矩陣）進行主成分分析，結果如圖2所示。原始數據經PCA變換后，第一主成分貢獻率為72.86%，第二主成分貢獻率為15.46%，前2個主成分累積貢獻率為88.32%，表明變換后的數據能夠有效表征原始數據的絕大部分信息量；主成分得分圖中毛竹筍和綠竹筍樣品之間因指標含量相近，導致2類樣品之間的歸屬邊界存在重疊的情況，而毛竹酸筍樣品與其他筍類樣品在主成分得分圖中均有各自的聚集區域，這表明酸筍和其他筍類的營養成分含量存在一定差異。為驗證基于其營養成分實現不同筍類（尤其是毛竹筍和綠竹筍2類樣品）之間的可行性，采用Kennard-Stone方法按照6∶4比例將樣品集劃分為校正集與預測集，使用kNN（k=3）方法基于校正集建立判別模型，并使用預測集對已建立模型的性能進行驗證評價，分類結果如表3所示。預測集中僅有1個毛竹筍樣品被誤判為綠竹筍，校正集樣品識別率為100%，預測集樣品整體識別率達到96.67%，表明建立判別模型穩健、可靠，可用于不同筍類的準確判別。

圖2 不同筍類成分指標主成分得分圖

表3 不同筍類預測集kNN判別分析結果

2.3 不同品種發酵酸筍品質分析

為對比不同品種筍類發酵后酸筍的品質差異，對其發酵后的營養成分指標進行分析檢測，結果如表4所示。不同品種筍類經發酵后，彼此之間的部分指標均呈顯著性差異，以毛竹酸筍樣品為例，相較于其他品種發酵樣品，其發酵后Ca元素含量為14.19 mg/100 g，差異顯著，產生的主要原因可能是由于前期購買的毛竹酸筍樣品因自身發酵時間較短導致最終含量不高，而其他發酵筍類樣品之間Ca元素含量差異不顯著[16]；K元素含量方面，毛竹酸筍僅與梁山慈竹筍發酵樣品差異顯著，而Na含量則與綠竹筍、梁山慈竹筍及浙江馬鞭筍的發酵酸筍樣品差異顯著；不同品種發酵酸筍間礦物質元素產生的差異主要原因可能是：因地域土壤質量的差異，導致不同原料竹筍自身因富集作用而富含的初始礦物元素含量不同，這也表明基于礦物元素含量判別竹筍產地信息具有一定的可行性；浙江馬鞭筍發酵后其蛋白質含量較高（1.44 g/100 g），與其他品種發酵酸筍差異顯著；總糖指標方面，毛竹筍與蘆竹筍發酵樣品差異不顯著，綠竹筍、梁山慈竹筍與浙江馬鞭筍發酵樣品之間差異不顯著，但這2類樣品之間則差異顯著；浙江馬鞭筍發酵后的膳食纖維含量為7.39 g/100 g，為所有發酵筍類種含量最高，綠竹筍、蘆竹筍及梁山慈竹筍之間膳食纖維含量差異不顯著，毛竹筍發酵后膳食纖維含量最低（1.93 g/100 g）。由此可知，不同品種竹筍發酵后其酸筍成分指標均存在一定差異，這為基于成分指標的融合分析實現品種差異判別提供可能[17]。

表4 不同品種發酵酸筍品質指標

3 結論

對毛竹酸筍的主要營養成分進行分析檢測。結果表明，發酵后毛竹酸筍的多數營養成分比原料毛竹筍均有所下降，其可能原因為該類物質參與到酸筍的一系列生化反應過程所致，且基于不同筍類的營養成分差異結合化學計量學方法可實現不同筍類的判別分析。不同品種發酵酸筍的營養成分指標均存在一定的差異，后期可進一步通過多理化指標（如色澤、質地、風味等）綜合分析品質差異。綜上，雖然酸筍的主要營養成分遠低于普通蔬菜與水果，但其作為調料附加品，經發酵后膳食纖維含量豐富，富含多種氨基酸且風味獨特，未來具有廣闊的應用開發價值。