竹笋(bamboo shoots)是竹子膨大的芽或幼嫩的茎，故又称为竹芽、鞭笋。我国竹类资源丰富，共计39属500余种，其中可食用竹笋有200余种。2019年调查数据显示，目前我国竹林种植面积约为33 000 km2，食用竹笋年产量达500～600万t[1]。鲜笋滋味鲜美，肉质脆嫩，富含蛋白质、膳食纤维、碳水化合物、维生素、矿物质和无机盐等多种营养成分，具有促进肠道消化，预防心脑血管疾病和癌症等多种有益功能，受到消费者的广泛喜爱[2]。然而，竹笋采后易木质化，一般常温下放置 2～3 d 即失去食用价值。因此，除40%左右的竹笋被鲜食外，60%的竹笋被加工为笋干、清水笋、发酵笋、即食调味笋等笋制品。目前，这些竹笋加工技术较为传统，笋制品的加工精度较低，附加值不高，加工副产物浪费较严重。因此，竹笋的贮藏保鲜和精深加工技术是竹笋产业亟待解决的行业难点和痛点。
热处理作为食品工业中最常用的一种加工技术，其目的是通过对流和热传导两种作用模式，熟化食品、钝酶灭菌、改善食品感官品质。但过度的热处理会使食品的质地、色泽、风味等严重劣化，同时生物活性物质会遭到严重破坏[3]。作为传统热处理的替代方法，非热加工技术可以有效杀死致病微生物，保障食品安全，同时最大程度地保留营养成分和感官特性，因此成为当前食品加工新技术研究与开发的热点，被广泛应用于果蔬贮藏保鲜、加工及果蔬制品微生物安全防控等方面[4]。近年来，国内外学者利用辐照、紫外线、超高压、超声波、超微粉碎、高压均质等多种非热加工技术对竹笋进行保鲜与加工，发现以上非热技术在延缓采后竹笋木质化与褐变、提升其食用品质和功能特性等方面具有明显优势。因此，本文通过综述各种非热加工技术在竹笋保鲜与加工的应用研究，探讨利用新技术、新工艺对竹笋进行保鲜和加工的效果和可行性，并阐明非热技术在竹笋保鲜及加工中的作用机制，以期为竹笋贮藏保鲜、加工制品品质改善和副产物利用率提高等方面的研究提供理论参考。
1 辐照技术
辐照(lrradiation)技术是指利用γ射线、X射线或高能电子束产生的辐射电子与微生物分子中的原子进行非特异性碰撞，使得微生物细胞中DNA、RNA、蛋白质等有机分子的化学键断裂，从而抑制或破坏微生物新陈代谢和生长发育，甚至使细胞或组织死亡，达到杀菌保鲜、延长贮藏期的目的[5]。目前，世界卫生组织已将辐照处理纳入安全有效的食品处理方法并制定了相应的标准，并在50多个国家批准使用。表1列举了辐照在竹笋保鲜贮藏中的应用。由表1可知，辐照处理后过氧化物酶(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，木质素和纤维素含量的上升减缓，竹笋木质化和褐变进程减慢；同时辐照还可以减缓竹笋蛋白质、可溶性糖、维生素等营养成分的降解，有效保留其营养价值。
食品辐照处理杀菌效果好，营养价值损失小，无有害物质残留，是一种低成本、高效率的非热加工新技术。但不同果蔬类食品的辐照耐受性不同，当辐照剂量超过一定值，会造成细胞膜的损伤，反而会加速腐烂。目前的研究表明，用10 kGy以下剂量辐照的食品不会有放射性残留，不会改变食品的营养成分和营养价值，但低剂量的辐射可能无法达到较好的保鲜贮藏效果。WANG等[6]分别采用1、3、5 kGy γ射线对苦竹笋进行辐照，发现1、3 kGy的辐射剂量不能完全抑制PAL活性，而在5 kGy条件下，PAL活性则得到有效抑制。当前，我国食品辐照技术最成熟的是使用60Co或137Se作为放射源的γ射线，但这也有可能引发放射性污染与核泄漏等问题。
2 紫外线技术
紫外线(ultraviolet，UV)是波长在100～400 nm的不可见光，根据波长可分为UV-A(320～400 nm)、UV-B(280～320 nm)、UV-C(200～280 nm)和真空紫外(100～200 nm)4个部分，其中波长在190～350 nm 的紫外线杀菌能力较强，对细菌、霉菌、酵母菌等微生物均有显著的杀灭作用。目前，国内外对于UV-C辐照的杀菌机理报道较多，主要包括两种可能的机制：(1)通过引发微生物DNA邻近的胸腺嘧啶和胞嘧啶交联，进而引起DNA转录和复制过程受阻，最终导致微生物细胞功能缺失和细胞死亡；(2)通过诱导植物组织的防御机制对抗病原微生物。
表1比较了辐照和紫外线技术近年在竹笋保鲜中的应用，2 kJ/m2以上的紫外线照射强度对不同品种的竹笋均有杀菌保鲜作用，且辐照和紫外线都通过降低竹笋PAL、PPO和POD活性，减少木质素的累积，延缓木质化进程，从而使竹笋保持良好的可食用品质。而UV还会对竹笋的理化特性产生较大影响。例如，可使毛竹笋失重率降低，去壳高节笋和马蹄笋的呼吸速率降低、硬度上升趋势减缓，水竹笋中叶绿素总含量的增加速率减缓。此外， UV-C辐照甚至可以提升竹笋的抗氧化防御系统，加速笋体蛋白质的积累，提高竹笋的耐寒性。然而，由于UV穿透能力较差，且灭菌效果受光的波长剂量、环境条件、食品特性等因素影响，UV技术在果蔬保鲜及加工中的应用也受到了一定的限制。
表1 辐照和紫外线技术在竹笋贮藏保鲜中的应用
Table 1 Application of irradiation and ultraviolet technology in bamboo shoot storage and preservation
技术品种处理条件作用效果参考文献苦竹笋1、3、5 kGy γ射线、4 ℃、贮藏45 dPAL、POD和PPO活性降低,可溶性蛋白质和糖的降解减缓,3 kGy效果最佳[6]雷竹笋1.5%壳聚糖涂膜、100 mg/L赤霉素、0 ℃和 8 kGyPAL活性是对照组的0.3倍[7]辐照毛竹笋0.5 kGy γ射线、2 ℃、贮藏28 d腐烂率降低了71%,ACC合酶和ACC氧化酶活性降低,乙烯产生延迟,PAL、POD 活性降低,木质素含量下降12.5%[8]马蹄笋0.5、1 kGy 60Co γ射线、4 ℃、贮藏9 d失重率、腐烂率、硬度和粗纤维含量的上升减缓,1 kGy 下,PAL活性降低了36.31%、POD、PPO、可溶性糖和粗蛋白的降解减缓[9]雷竹笋1、3、5、7 kGy辐照、4 ℃、贮藏35 d可溶性蛋白质、维生素C、淀粉含量下降趋势减缓,7 kGy效果最佳[10]高节笋马蹄笋3.0 kJ /m2 UV-C、(6±1) ℃、85%～90%相对湿度、贮藏15 d呼吸速率和乙烯生成速率减慢,总糖、游离氨基酸、可溶性蛋白质和抗坏血酸含量下降减缓,失重率和腐烂率下降[11]黄甜笋2.6 kJ/m2UV-C、(6±1) ℃、85%～90%相对湿度、贮藏10 d切面的褐变减慢,硬度、腐烂率、纤维素、木质素和 H2O2 含量的上升减缓,POD、PAL、PPO活性降低,可食用率提高40%[12]紫外线毛竹笋8.0 kJ /m2 UV-B、(6±1) ℃、85%～90%相对湿度、贮藏15 d失重率和腐烂率下降,PAL、PPO、POD活性降低[13]水竹笋4.24 kJ/m2UV-C、10 ℃、贮藏8 d叶绿素总含量上升减缓,白度指数和颜色属性得以维持,PAL、PPO、POD活性降低,产生抗氧化活性物质总酚[14]雷竹笋4.1 kJ/m2 UV-C、1 ℃、贮藏56 dH2O2含量降低了14.5%,丙二醛含量降低至66.4%,过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶活性提高,抗氧化能力增强[15]毛竹笋6 kJ/m2 UV-C 结合100 mg/L ClO2、0 ℃、贮藏6 dPAL、PPO、POD活性降低,水分损失减少,保持较好的感官品质[16]
3 超高压技术
超高压技术(ultra-high pressure，UHP)是指以水或其他液体作为介质，在常温或较低温度下对物料施以100～1 000 MPa的压力并保持一定时间。UHP技术具有强烈的杀菌作用，其原理主要是通过高压改变微生物细胞膜上脂质分子的顺序，修改膜结构，使细胞渗透性和膜功能受损。同时，UHP能破坏蛋白质氢键、二硫键和离子键的结合，致使蛋白质一级结构被破坏，诱导蛋白质变性进而抑制细胞酶活性，使得DNA合成受阻[18]。UHP处理是个瞬间压缩过程，灭菌均匀、无污染、耗能低、操作安全，可有效避免由温度升高引起的对食品品质的不利影响，从而保留食品的风味色泽和营养价值[18]。目前，UHP技术主要用于增强食品安全性、延长食品货架期及提取植物天然活性成分等方面。
表2列举了UHP技术在竹笋保鲜及加工中的应用。为了达到杀菌要求，鲜笋所需的UHP压力大于水煮笋，且PAL、PPO、POD活性随UHP处理压力增大而降低，说明UHP处理抑制了木质素和纤维素积累，减缓了竹笋木质化和褐变进程。此外，UHP处理后，采后竹笋可溶性蛋白质、维生素、总黄酮等含量下降减慢，营养价值得以保留。然而，由于某些细菌孢子对压力具有很强的抵抗力，单纯的UHP处理可能无法满足灭菌要求，因此，将UHP技术与微波、抗菌剂等其他技术联合使用，杀菌效果可能更好。
表2 超高压技术在竹笋保鲜及加工中的应用
Table 2 Application of ultra-high pressure technology in the preservation and processing of bamboo shoots
样品处理条件保鲜效果参考文献黄竹笋550 MPa- 6 min-1/2袋装量失重率下降、POD和PPO活性降低,菌落数减少至0.3×103 CFU[19]水煮笋优化工艺378 MPa处理3 min联合20 W/g微波处理35 s微生物菌落数减少,感官品质保持较好,联合处理灭菌所用时间更少、效率更高[20]红哺鸡笋600 MPa-10 min白色度下降,部分可溶性蛋白质损失,PAL、PPO、POD活性降低,失重率在30 d内未超过3.0%[21]绿竹笋500 MPa-5、8、10、15 min,贮藏3个月处理时间8 min以上,微生物菌落数减少且小于10 CFU/mL,但感官品质变差[22]苦竹笋550 MPa -5 min,贮藏15 d微生物菌落总数低于10 CFU/mL,色泽稳定,总酚、总黄酮含量和抗氧化活性下降减缓[23]水煮笋350 MPa-15 min-25 ℃满足杀菌要求,且维生素C保留率为82.2%,[24]水煮笋400 MPa处理6 min、500 MPa处理3 min微生物菌落总数低于100 CFU/g,可溶性蛋白和维生素含量下降减缓[25]
4 超声波技术
超声波(ultrasonic)是指高于人体听力阈值的声波。研究显示，超声波被广泛用于果蔬的保鲜及加工，其工作机制为：(1)高强度超声波冲击液体产生的空化效应会引起溶液环境温度和压力快速变化，剪切作用导致分子间氢键和范德华力被破坏，进而引起细胞部分聚合物降解；(2)高频超声振荡产生的高能量密度冲击波可以破坏细胞壁和膜结构，使得细胞内溶物移动、环流及发生絮凝沉淀[26]。
超声波技术具有耗时少、效率高、无污染等优点。表3列举了超声波技术在竹笋保鲜及加工中的应用。利用超声波处理竹笋，其木质化进程减慢、营养成分损失减少，贮藏期有效延长。但超声波技术因杀菌效果不彻底，需与化学消毒剂配合使用，在竹笋保鲜中的应用尚不成熟。目前主要集中于利用超声波产生的空化效应和机械效应，加速竹笋细胞壁的破碎，促进细胞内容物的流出，提取竹笋多糖、黄酮等功能活性成分，具有缩短提取时间、提高提取效率和提取率等优点。表3结果说明，超声波功率是影响功能活性成分提取率的重要因素，功率越大，提取率越高。同时，适当提高超声温度，也有利于提取率的提高。此外，超声波技术还可以用于竹笋膳食纤维(bamboo shoots dietary fiber, BSDF)的改性。超声波产生的空穴效应和机械效应可有效减小BSDF粒径、增大其表面积，改善BSDF持水力、持油力、膨胀力等理化性质，进而提高其加工特性。
5 超微粉碎技术
超微粉碎是一种新兴加工技术，利用高速气流产生的动能使物料颗粒发生剧烈碰撞、反复摩擦和高速剪切等作用，达到超微化目的。表4总结了目前主要的超微粉碎技术原理及其对竹笋的处理效果。不同超微粉碎技术有不同的优缺点，需根据样品的加工需求进行选择。例如，球磨式研磨精细但能耗高，适合量少、精细要求高的样品；而胶体磨能耗低但超微化程度低，适合对大量样品进行一定程度的超微化处理。4种超微粉碎技术都可使粉体粒径降低，比表面积增大，更多基团暴露，改善其理化特性。且超微粉碎后的竹笋水分、灰分、蛋白质和膳食纤维等基本成分含量保持稳定，说明超微粉碎对竹笋的营养价值基本无影响；傅里叶红外光谱和电镜分析表明，超微粉碎后竹笋的主要基团不会发生变化，粉体颗粒表面存在蜂窝状孔隙[39]。竹笋经超微粉碎后，较大的纤维等组织被充分细化，改善老化纤维的粗糙口感[40]。同时，由于物料在超微粉碎过程中细胞组织的破壁作用显著，超微粉的溶解性有一定增强，使得黄酮等可溶性物质更易于溶出，营养性增强[42]。因此，竹笋经超微粉碎后，可作为食品原料、主食改良剂及膳食纤维补充剂应用于食品精深加工中，拓展其应用范围。
表3 超声波技术在竹笋保鲜及加工中的应用
Table 3 Application of ultrasonic technology in the preservation and processing of bamboo shoots
样品处理条件处理效果参考文献绿竹笋超声功率120 W、超声时间6 min+涂膜(20 mg/g壳聚糖+2 mg/g魔芋葡甘聚糖+1.5%柠檬酸+0.05%脱氢乙酸钠)竹笋的PAL、POD的活性和呼吸强度降低,减少竹笋冷藏期间的质量和总糖含量的损失,延缓竹笋纤维化和木质化进程[27]麻竹笋超声时间29 min、超声功率400 W、超声温度55 ℃多糖提取率为2.49%,与水提醇沉法相比,超声波辅助提取时间缩短50%以上,提取温度降低[28]方竹笋超声功率200 W、乙醇浓度60 %、浸提时间65 min、浸提温度80 ℃、料液比为1∶30(g∶g)提取的多糖平均粒径减小,氧化自由基吸收能力增强,羟自由基、超氧阴离子自由基及Fe2+螯合力和还原力增强[29]竹笋副产物超声功率240 W、提取温度49 ℃、提取时间40 min、料液比1∶20 (g∶mL)总黄酮提取率为(4.20±0.10)%,成本较低,活性成分保留较好[32]毛竹笋料液比1∶30(g∶mL)、水浴温度 95 ℃、水浴时间 2.0 h、超声波功率 600 W、微波功率 300 W、处理时间3 min多糖得率为 10.05%,对比传统热水浸提法提高了 32.06%[31]竹笋粉超声时间20 min、超声功率200 W、超声温度60 ℃多糖和酚类化合物提取效率提高2.6倍[32]方竹笋膳食纤维超声频率25 kHz、超声功率100 W、超声时间1 h、料液比1∶10(g∶mL)BSDF持水力和羟自由基清除率分别提高至6.79 g/g、25.82%、还原力和超氧离子清除率均显著增加[33]方竹笋膳食纤维超声频率25 kHz、超声功率100 W、超声时间1 h、料液比1∶10(g∶mL)BSDF持水力、膨胀力和结合水力分别提高至9.88、7.14、8.52 g/g,亚硝酸盐吸附能力无显著变化[34]
表4 超微粉碎技术原理及其对竹笋的处理效果
Table 4 The principle of superfine grinding technology and its treatment effect of bamboo shoots
种类原理优点缺点处理效果参考文献气流式利用气体通过压力喷嘴的喷射产生剧烈的冲击、碰撞和摩擦等作用力,实现对物料的粉碎颗粒均一、易于清洁、温度基本无变化能耗大、成本高、产率低粒径降低94.81%,比表面积增大7.38倍,可溶性膳食纤维含量增加38.59%,营养成分含量保持稳定[35]高频振动式利用球形或棒形磨介作高频振动而产生的冲击、摩擦、剪切等作用力来实现对物料的超微粉碎承载能力高、能耗低、效率高清洗繁琐、噪音大、进料尺寸小粒径减小到10.35 μm,粉体色泽更均匀白亮,休止角和滑角均变大,松装密度减小到0.255 g/mL[36]球磨式高转速条件下使样品颗粒、研磨罐和研磨球之间产生碰撞、摩擦和剪切等综合作用,实现颗粒的超微化设备简单、研磨精细、操作和维护简单、对原料要求不高能耗高、耗时长、效率低、有噪音粒径减小至(684.9±69.23) nm,持水力、持油力和膨胀力分别增大到4.12 g/g、3.93 g/g、8.22 mL/g[37]胶体磨通过转子的旋转,产生急剧的速度梯度,使物料受到强烈的剪切、摩擦和湍动来粉碎物料能耗低、应用范围广、操作和维护简单温度易上升、超微化程度低粒径明显减小,部分营养物质流出,改善竹笋红枣混合汁的组织状态与口感[38]
6 高压均质技术
高压均质(high-pressure homogenization，HPH)技术是一种低耗时、高效率的非热加工方法，利用物料在高压作用下，通过具有特殊构造的均质腔，形成高速剪切、对流碰撞、空穴效应等物理作用，从而使物料大分子的连接键断裂，颗粒细化，同时使其表面结构变得疏松[42]。与UHP技术相比，HPH处理压力较低且处理时间较短，不能完全杀死微生物，其杀菌钝酶效果不及UHP技术，因此，目前HPH主要应用于BSDF的改性加工中。BSDF经HPH处理后，粒径显著减小，使得BSDF理化特性和微观结构发生变化，进而改善其感官性能、功能与加工特性[43]。YANG等[44]利用HPH处理BSDF后，其可溶性膳食纤维含量显著提高，持水力、持油力和亚硝酸盐吸附能力得到明显改善。此外，将HPH改性后的BSDF加入其他食品中可以改善其质构、风味及营养价值[45-46]。
7 其他非热加工技术
除上述几种常用非热加工技术，脉冲强光、动态高压微射流等方式也被用于竹笋的保鲜及加工中。脉冲强光广谱高效、成本低廉，发展潜力巨大，其杀菌原理主要是微生物细胞内的生物大分子物质吸收脉冲光后产生光化学效应，合成胸腺嘧啶二聚体，阻碍微生物细胞中DNA的自我复制；同时光辐射会破坏微生物细胞内蛋白质的空间结构，使酶失活，彻底杀灭微生物[47]。应用脉冲强光闪照36次的低糖笋脯，其细菌、霉菌和酵母菌的杀灭率均能达到90%，且真空包装的低糖笋脯经脉冲强光杀菌后在室温下贮存近10个月仍符合国家卫生指标[48]。动态高压微射流技术是一种新兴的非热加工技术，可对液体混合物料进行强烈剪切、高速撞击、高频振荡、膨爆和气穴等一系列综合作用，从而起到很好的超微化、微乳化和均一化效果。研究发现，利用动态高压微射流改性BSDF可以有效减小其粒径，改善BSDF持水力、持油力等理化性质，增强其亚硝酸盐吸附和葡萄糖吸附能力[49]。
8 研究展望
8.1 开展电子束辐照等新兴技术在竹笋保鲜中的应用研究
目前竹笋保鲜技术主要还停留在实验室的阶段，急需开发新兴技术进行竹笋保鲜的工业化应用。电子束辐照通过电子加速器在真空环境和高能状态下，将电子加速到接近光速，与微生物细胞内的大分子物质发生一系列反应达到杀菌目的。此过程不需要放射性同位素来产生电离辐射，可有效解决利用放射线元素进行杀菌所引发的核泄漏和核污染等隐患。此外，脉冲强光利用光化学效应进行杀菌，成本低廉、发展潜力巨大，国内外已有大量关于脉冲强光在果蔬保鲜中的应用研究，但目前在竹笋保鲜中的应用报道较少，因此也需要开展此方面的研究。
8.2 采用多种非热技术协同增效竹笋保鲜及加工
相较于单一处理，协同技术作用下的竹笋活性成分提取率更高、改性BSDF的可溶性膳食纤维含量更高、理化特性更好。但目前针对这两方面的研究主要集中于物理法联合酶法，鲜见2种物理法联合或化学法联合物理法等的研究。此外，单独采用上述某种加工技术很难在保证竹笋制品安全的同时保持其感官品质、营养价值不受影响。因此，针对竹笋不同的加工制品与杀菌要求，可以尝试采用如超声联合高压均质、化学杀菌剂联合超高压等多种技术进行试验来确定适宜的工艺条件与技术参数，达到协同增效的结果。
8.3 阐明非热加工技术在竹笋保鲜及加工中的作用机制
目前，各种非热加工技术在竹笋保鲜及加工中的应用研究报道较多，但由于受竹笋品种、原料特性、工艺条件、技术参数等因素的影响，使得文献报道的结果各异。因此，有必要对各种非热加工技术在竹笋保鲜及加工中的作用机制进行深入研究。尤其需要重点围绕非热加工技术在抑制采后竹笋木质化和褐变，促进竹笋次生代谢物质产生，提升竹笋品质特性及其生物活性成分的功能特性等方面的工作机制开展深入和系统研究。这对促进各种非热加工技术在竹笋保鲜及加工中的工业化应用具有重要的理论指导意义。
9 结论
随着国民经济的迅速发展，人们对竹笋品质提出了更高要求，高质量的竹笋加工制品需求量愈来愈大，因而竹笋保鲜及加工技术是当下重要而迫切的研究课题。通过综述近年来辐照、紫外线、超高压、超声波、超微粉碎和高压均质等在竹笋保鲜及加工中的应用可知，相较于传统热加工，以上非热技术在减缓采后竹笋木质化、提高竹笋活性成分的提取率和改性BSDF等方面具有显著优势，对解决竹笋贮藏保鲜困难、副产物损耗大、竹笋制品食用品质低等加工瓶颈具有重要意义。
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