竹笋生物发酵的研究进展

摘 要：生物发酵不仅可以调控竹笋的风味品质，还可以处理竹笋加工废弃物，促进资源的有效利用。本文综述竹笋及其加工废弃物的发酵方法、竹笋发酵过程中的微生物多样性、竹笋发酵工艺优化、竹笋发酵后的风味物质变化与品质以及竹笋及其加工废弃物的资源化利用。

关键词：竹笋；废弃物；生物发酵

Abstract： Biological fermentation can not only control the flavor quality of bamboo shoots， but also treat the processing waste of bamboo shoots and promote the effective utilization of resources. In this paper， the fermentation methods of bamboo shoots and their processing waste， the microbial diversity in the fermentation process， the optimization of bamboo shoots fermentation process， the change and quality of flavor substances after fermentation， and the utilization of bamboo shoots and their processing waste are reviewed.

Keywords： bamboo shoots; processing residues; biological fermentation

我国的竹类资源丰富，竹林面积广阔，竹笋年产量超过500万t，是竹类植物生产加工、消费大国，素有“竹子王国”之美誉[1]。竹笋富含各种营养物质。在竹笋加工过程中，会产生笋壳等加工废弃物，其占比高达50%[2]。对竹笋及其加工废弃物进行资源化利用，不仅可以减少资源浪费，还可促进资源的有效利用。因此，本文综述竹笋生物发酵的研究进展，为后续研究提供参考。

1 竹笋及其加工废弃物的发酵方法

竹笋除了富含各种营养物质外，其加工废弃物还含有不溶性纤维和木质素，这些成分较难降解。常用的竹笋及其加工废弃物的发酵方法主要有化学法和微生物发酵法[2]。微生物发酵法又分为青贮法和微生物接种发酵法。青贮法是利用微生物发酵作用储存新鲜饲草的方法，但该方法因竹笋废弃物含水量和含糖量较高而降低了发酵饲料的品质[3]。微生物接种发酵法则有效避免了青贮法的缺陷，提升发酵产物的品质和质量。

2 竹笋发酵过程中的微生物多样性

不同的发酵工艺和处理会使优势菌群种类和丰度有较大的差异，进而直接影响发酵产物的品质和质量。因此，筛选优势功能菌株，定向发酵，调控竹笋发酵产品的风味和营养成为从业人员的共同关注点。陈正培等[4]研究柳州地区传统酸笋发酵液中的细菌多样性，发现发酵液中的细菌多样性丰富，包含9个门、13个纲、23个目、36个科和75个属。其中，乳杆菌属是优势菌，其丰度高达90%。周金沙等[5]基于Illumina MiSeq高通量测序技术分析广西无盐发酵酸笋中细菌多样性，发现厚壁菌门占绝对优势，而乳杆菌属、乳球菌属和魏斯氏菌属是优势菌属，平均相对丰度总和高达99.8%。李薇等[6]基于高通量测序方法研究腌制麻竹笋发酵过程中细菌群落的动态演替，发现优势菌主要为厚壁菌门、变形菌门和蓝藻细菌门；而高、低盐腌制发酵竹笋的优势菌属均有乳酸杆菌属。张雅雯等[7]发现不同发酵时期的麻竹笋的菌群结构多样性改变显著，乳杆菌属和乳球菌菌属与发酵过程中的挥发性物质大多呈正相关。李昕诺等[8]基于宏基因组学揭示自然发酵与植物乳杆菌接种发酵酸笋中微生物代谢及关键风味基因，发现厚壁菌门是自然发酵酸笋和植物乳杆菌发酵酸笋共有的优势菌门，植物乳杆菌发酵酸笋可抑制半胱氨酸代谢、酪氨酸代谢，从而减少不良气味的产生，达到改善酸笋风味品质的目的。黄图英等[9]分析鲜竹笋发酵过程中微生物变化情况，发现NaCl溶液浓度和pH值呈负相关；自然发酵的酸笋，其革兰氏阳性菌丰度相对低于乳酸菌发酵的酸笋，但是革兰氏阳性菌丰度和NaCl溶液腌制浓度相关性不大。王磊等[10]研究基于UPLC-MS非靶向代谢组学分析乳杆菌发酵方竹笋超细全浆的代谢差异。结果发现，与CK相比，罗伊氏乳杆菌发酵组有392种差异代谢物，主要涉及脂类和类脂类、有机酸及其衍生物、有机杂环化合物和苯类。通过代谢通路富集分析，发现代谢差异通路主要是嘧啶代谢、嘌呤代谢、苯丙氨酸代谢及柠檬酸循环等。尽管发酵过程中，不同处理的优势菌群有较大差异，但乳杆菌属是大部分竹笋发酵过程中的优势属，这为竹笋发酵风味品的调控、优势功能菌株的筛选、定向发酵以及相关产品的开发提供了理论支撑和借鉴。

3 竹笋发酵工艺优化

工艺优化不仅是竹笋发酵的基础，还是竹笋发酵产品品质和质量的有效保障。黄元昊等[11]对竹笋加工废弃物发酵菌种的筛选及其发酵工艺优化进行研究。结果表明，在葡萄糖2.9%、KH2PO4 2.9%、MgSO4·7H2O 0.15%，接种量11.50%，固水比1∶1，37 ℃发酵8 d的条件下，竹笋加工废弃物中纤维素降解率达到54.85%。李珂等[12]通过模糊数学综合评价结合响应面法优化竹笋汁饮品发酵工艺，结果表明，添加6%红茶菌，在25 ℃条件下发酵2.5 d，所得产品的色泽均匀、感官评分较高，固形物、总糖、总酸、总酚和总黄酮含量分别为6.13 g·L-1、0.16 g·L-1、41.33 g·L-1、7.74 mg·L-1和0.066 mg·mL-1。陈雪莲等[13]优化植物乳杆菌与嗜热链球菌互配后的发酵工艺，结果发现其最佳发酵工艺为竹笋与辅料8∶1、盐浓度2%、糖浓度5%，该条件下发酵产品的感官评价较好。张长贵等[14]综合单因素试验、正交试验，优化苦竹笋的发酵工艺。结果表明，苦竹笋的最佳发酵工艺条件为蔗糖2%、食盐5%、乳酸菌粉接种量0.10%，发酵6 d。刘仁杰等[15]探究毛竹笋芥菜混合发酵、芥菜单独发酵对梅干菜主要营养成分及功能性物质含量的影响，发现梅干菜的矿物质元素、营养成分和功能性物质的含量和发酵方式有较大的相关性。陈盈等[16]通过分离乳酸菌，并用于竹笋发酵，发现通过发酵可以提升竹笋的品质。相关工艺的优化不仅能够确保竹笋发酵产品的色泽好、风味佳、质地脆嫩和商品价值较高，还可以为食品工业提供新技术，促进功能性发酵食品的研发。

4 竹笋发酵后的风味物质变化与品质

风味物质的种类和含量可以影响竹笋发酵产品的品质。周杏荣等[17]研究竹笋自然发酵过程中风味物质变化规律，结果表明自然发酵过程中竹笋酸度呈上升趋势，酚类与酸类物质的相对含量呈现先增加后减少趋势，而醇类物质呈现先减少后增加的趋势，酯类物质相对含量则不断减少。蔡玥等[18]研究毛竹笋发酵过程中各类挥发性风味物质的动态变化，发现发酵过程中可产生47种挥发性风味成分，其中醇类、酯类和酚类随着发酵的进行，其含量逐步升高，而醛类则相反。此外，蔡玥等[19]还研究不同盐水浓度对甜竹笋发酵过程挥发性风味物质的影响，结果表明甜竹笋发酵过程中共检测到挥发性风味物质75种，其中酮类和酸类含量和发酵时间呈正相关，而醇类和醛类呈负相关；进一步研究表明，乙基苯酚、1-辛烯-3-醇等挥发性物质对发酵甜竹笋风味的影响较大。张雅雯等[7]探究不同发酵阶段酸笋样品中的特征风味物质。结果表明，发酵过程中共检测出88种挥发性化合物，对甲酚是酸笋中特殊味道的主体成分；而环辛醇、乙酸、乳酸等物质在发酵中后期形成。许蓉蓉等[20]利用高效液相色谱法定量测定广西发酵麻笋风味标志物，结果共检出8种高响应挥发性物质，但主要挥发性成分为4-甲基苯酚，为发酵麻笋的风味控制提供了技术支撑。

发酵过程中，亚硝酸盐也会影响竹笋发酵后的品质。李梅等[21]分析不同处理方式下毛竹笋发酵过程中品质变化。结果表明，毛竹笋发酵过程中的挥发性风味物质总量有所增加，而经漂烫后再采用乳酸菌发酵，其毛竹笋中亚硝酸盐含量最低、风味最好、品质最高，表明人工接种乳酸菌进行发酵可有效提高毛竹笋发酵产品的品质和质量。崔娜等[22]探究乳酸杆菌发酵与自然发酵两种发酵方式对酸笋发酵过程中亚硝酸盐含量变化的影响。结果表明，整个发酵周期中，酸笋的硝酸盐含量先增加后减小，而成品酸笋的亚硝酸盐含量仅为4.5 mg·kg-1，远低于国标的20 mg·kg-1。卢宏皓等[23]研究柠檬明串珠菌与植物乳杆菌接种发酵竹笋过程中的化学成分变化。结果表明，前者可以快速启动发酵，产生泡菜的特征风味物质甘露醇，且亚硝酸盐含量远低于后者；而后者在24 h内，其菌总数达到高峰，能够迅速调整pH值，抑制腐败菌的生长。

同时，在发酵过程中，采用不同的发酵方式，竹笋的质构特性和感官评价也有较大差异。李梅等[24]研究不同发酵方式对毛竹笋的影响，发现不同处理方式下，毛竹笋的硬度、脆性、凝聚性等质构特性显著下降，表明不同发酵方式对硬度、脆性、凝聚性等影响较大，而对弹性和回复性的影响不明显，其中以漂烫乳酸菌发酵竹笋的保鲜效果最好。漂烫乳酸菌发酵的竹笋营养物质损耗最小、木质化速度减缓，可改善发酵毛竹笋食用品质并有效延长贮藏期[25]。杨维维等[26]对比分析发酵和酸渍处理对苦竹笋品质的影响，结果发现发酵苦笋的感官评价较高，但质构特性低于酸渍苦笋。两种处理方式下，竹笋的氨基酸总量均有所减少，且呈味氨基酸比例差异较大。深入分析发现，酸渍处理能较好地保持苦笋的质构品质和色泽，但风味品质不及发酵苦笋。这为我国竹笋发酵产业高质量发展提供了思路借鉴。

5 竹笋及其加工废弃物的资源化利用

竹笋加工过程中，木质化程度较高的竹笋基部和笋壳被作为废弃物丢弃。据初步统计，竹笋加工废弃物约占竹笋重量的50%[2]。对竹笋及其加工废弃物进行资源化利用是亟待解决的问题。覃娟清等[27]研究不同添加剂（甲酸、纤维素酶、EM菌）对笋壳发酵品质的影响，发现在不同添加剂处理方式下，发酵产物的品质相差较大。党浩千等[28]探究甲酸、EM复合菌、FCM组合处理对笋壳营养成分和发酵品质的影响，结果发现干物质、粗蛋白含量均显著高于CK组，中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维均显著低于CK组。黄元昊等[11]研究表明通过发酵，竹笋加工废弃物中纤维素降解率达到54.85%。李巧亮等[29]通过连续定向继代培养筛选出适用于竹笋发酵的菌种，为竹笋壳青贮发酵和高值化利用提供了借鉴，为竹笋加工废弃物的资源化利用，尤其是饲用提供了理论支撑和技术参考。

竹笋富含膳食纤维、木糖等成分，通过发酵提取相关的成分为功能性食品研发提供了原料。祝燕燕等[30]以竹笋壳为原料，研究热带假丝酵母发酵生产木糖的工艺，发现发酵温度35 ℃、接种量8%和转速160 r·min-1为最优条件，其发酵产物木糖醇质量浓度最高，转化率在61.5%以上。李璐等[31]确定雷竹笋渣膳食纤维的最佳发酵工艺为接种量4%、40 ℃发酵24 h、液料体积质量比10.0∶1。该条件下膳食纤维得率高达80.20%，且持水力、溶胀性、结合水力等指标较佳，为膳食纤维的制备提供了新思路和借鉴。赵丽娜等[32]研究不同新型益生乳酸菌对竹笋膳食纤维的发酵影响，结果表明干酪乳杆菌05-21等菌株适宜发酵竹笋膳食纤维酸奶，其产品风味优于其他菌株；而复筛益生菌发酵的竹笋膳食纤维酸奶的功能性较好，不仅能够缩短小鼠排便时间，还可以增加肠推进和排便量。吴丽萍等[33]通过单因素和响应面试验优化毛竹笋的发酵工艺，发现毛竹笋发酵的最佳菌种是黑曲霉，发酵工艺为黑曲霉接种量10.5%、料液比1∶16、pH=5.0、28 ℃下发酵75 h。所得的毛竹笋水溶性膳食纤维蓬松多孔，比表面积增大，膨胀性、持水力、溶解性、持油力和吸附胆固醇能力显著增强，为开发功能性食品提供了优质原料。

6 结语

高效、全价利用竹笋是科研人员、企业未来关注的方向之一。同时，筛选优势功能菌株、定向发酵竹笋制品，精准调控竹笋发酵产品的风味和营养成分也是未来发展的重要方向。此外，如何高值化、资源化、全价利用竹笋加工废弃物，尤其是饲料发酵、功能性成分的提取与功能食品研发，又是未来重要的研究方向。

参考文献

[1]徐森，董亚文，陈双林，等.覆盖雷竹笋箨叶碳氮代谢特征及其与竹笋食味品质的关系[J].林业科学，2022，58（8）：109-116.