为系统探究竹粉纤维的品质及其影响因素，观测不同年龄、不同部位的慈竹、苦竹、毛竹（竹青、竹黄）的纤维组成和纤维特性，以接种母猪粪便菌液的体外发酵试验模型研究不同来源竹粉对发酵液菌体表达丰度的影响。结果表明：1）竹纤维组分受竹种和竹材年龄的影响较大，而受竹材部位的影响较小；3年生及6年生不同竹种间竹材粗纤维（CF）和酸性洗涤纤维（ADF）含量均存在显著差异（P＜0.05），苦竹CF、ADF含量相对较高，而毛竹竹黄半纤维素相对较高。竹材年龄主要影响竹材CF和半纤维素含量，2年生慈竹CF含量显著高于1年生慈竹（P＜0.05），6年生苦竹和毛竹竹黄半纤维含量显著高于3年生苦竹和毛竹竹黄（P＜0.05），而6年生毛竹竹黄CF含量显著低于3年生毛竹竹黄（P＜0.05）。2）竹纤维特性主要受竹材部位的影响，3年生和6年生毛竹竹根部黄纤维的水结合力、持水力和持油力显著高于竹梢部和竹中部（P＜0.05）。3）慈竹组、苦竹组和毛竹竹黄组双歧杆菌丰度显著高于对照组和毛竹竹青组（P＜0.05），苦竹组和毛竹竹青组芽孢杆菌丰度显著低于对照组（P＜0.05）。综上所述，竹粉纤维组成及其益生性受竹种、竹材部位和竹材年龄的交互作用调控，苦竹纤维含量较高，毛竹竹黄半纤维素含量较高且表现出较好的益生性，具有开发为纤维饲料原料的潜力。
随着全球健康意识的提升和功能性食品需求的增长，膳食纤维因其显著的生理功能特性而备受关注。膳食纤维不仅能够改善肠道健康，还具有调节血糖、降低胆固醇、预防肥胖等多种功效。竹粉作为一种新兴的膳食纤维来源，因其材料来源广泛、成本低廉、可再生性强以及独特的营养成分而成为研究热点。竹粉富含纤维素、半纤维素等多种功能性成分，具有开发为功能性食品或饲料添加剂的巨大潜力。然而，竹粉的纤维组成和功能特性因其来源、竹种、生长环境及加工工艺的不同而存在显著差异，从而直接影响其益生性和应用价值。因此，系统研究不同来源竹粉纤维的组成及其益生性差异，对于推动竹资源的综合利用和开发新型功能性食品具有重要意义。
近年来，国内外学者对竹纤维的细胞结构、化学组成、功能特性以及产品开发等进行了广泛研究。研究表明，竹粉纤维的组成和结构与竹种密切相关。例如，毛竹粉纤维具有较高的纤维素含量和结晶度，苦竹粉纤维也具有较高的纤维素含量，而慈竹粉纤维则含有更多的半纤维素和木质素。此外，加工工艺也会显著影响竹粉纤维的理化性质和功能特性。在益生性方面，竹粉纤维已被证明能够促进肠道有益菌如芽孢杆菌和双歧杆菌的生长，抑制病原菌的繁殖，从而改善肠道微生态平衡。然而，目前关于不同来源竹粉纤维的组成与益生性之间关系的研究仍较为有限，且缺乏系统性比较分析。为此，本研究选取不同竹种、不同竹龄以及竹子不同部位的竹粉作为研究对象，采用化学分析和体外模拟发酵等方法，系统分析其组成、功能特性和益生性之间的差异，为竹粉纤维的功能性应用提供科学依据，同时有助于丰富竹粉纤维的理论体系，从而推动竹资源在食品、饲料等领域的综合利用。
材料与方法
试验材料
试验方法
竹粉纤维组分测定
竹粉粗纤维（CF）含量参考GB/T6434—2006中的滤袋法测定；酸性洗涤纤维（ADF）含量参考NY/T1459—2007中的滤袋法测定；中性洗涤纤维（NDF）含量参考GB/T20806—2022中的滤袋法测定。
竹粉纤维特性测定
测定指标包括：持水力、持油力、吸水膨胀性、水结合力和胆固醇吸附力。
体外发酵试验
取200 g新鲜猪粪加入1 L已高压灭菌磷酸盐缓冲溶液PBS（50 mL 0.1 mol/L磷酸二氢钾+29.1 mL 0.1 mol/L氢氧化钾溶液，加水定容至1 000 mL）溶液混匀，将混合物通过0.4 mm筛子去除大部分残渣，并将悬浮液作为微生物接种剂。将25 mL猪粪过滤悬浮液接种到含有2.5 g竹粉纤维样品的瓶子中，加入225 mL半合成培养基，盖紧瓶盖，在无氧环境下、37 ℃孵育48 h，每组3个重复；以不添加竹粉纤维的样品作为空白对照。发酵完成后取2 mL发酵液离心，提取沉淀中的细菌DNA。设计总菌、大肠杆菌（Escherichia coli.）、芽孢杆菌（Bacillus）、乳酸杆菌（Lactobacillus）和双歧杆菌引物（Bifidobacterium）（表1），采用荧光定量PCR测定上述微生物表达丰度。以发酵沉淀物的基因组DNA为模板进行PCR扩增。反应体系：2×Cham Q Universal SYBR qPCR Master Mix10 µL，上下游引物各0.4 µL，DNA模板1.2 µL，ddH2O 8 µL。反应参数：95 ℃预变性30 s；95 ℃变性5 s，60 ℃退火并延伸20 s，40个循环。
表1 微生物引物序列设计
总菌的标准曲线线性方程为：y=−3.624x−81.555 (R2=0.999 3)；大肠杆菌的标准曲线线性方程为：y=−3.4454x+79.179 (R2=0.995 8)；乳酸杆菌的标准曲线线性方程为：y=−3.625x+78.362 (R2=0.990 9)；芽孢杆菌的标准曲线线性方程为：y=−3.404x+78.612 (R2=0.995 4)；双歧杆菌的标准曲线线性方程为：y=−3.41x+75.569 (R2=0.990 1)。R2均大于0.99，表明DNA拷贝数浓度的对数值（X轴）与Ct值（Y轴）之间具有良好的线性关系，引物和探针的扩增效率较高，建立的qPCR反应体系稳定。提取DNA发酵液定量计算各微生物丰度[log(copies/mL)]。
数据分析
试验数据采用Excel进行统计分析，利用SPSS 26.0软件进行方差分析，用单因素ANOVA检验法比较，采用GraphPad Prism 9.0.0软件进行作图分析，对不同来源竹粉纤维组成、纤维特性和益生性进行统计，结果以“平均值±标准差”表示。P＜0.05表示差异显著，P≤0.10表示有显著性差异趋势。
结果与分析
不同来源竹粉纤维组分
不同部位竹材的竹粉纤维组分
如图1所示，3年生苦竹和3年生毛竹竹青的酸性洗涤纤维（ADF）含量在各部位间存在显著性差异趋势，其中苦竹竹中部ADF含量显著低于竹根部；而毛竹竹青竹中部ADF含量显著低于竹梢部（P＜0.05）。1年生和2年生慈竹、6年生苦竹、3年生毛竹竹黄、6年生毛竹竹青和竹黄的不同部位竹材在粗纤维（CF）、中性洗涤纤维（NDF）、ADF和半纤维素含量方面均无显著性差异（P>0.05）。由此表明，竹材部位对纤维组分的影响较小，不同部位竹材的竹粉纤维组分差异可能受到竹种和年龄的影响。
注：图中小写字母表示不同部位间差异显著性，字母不同表示差异显著（P＜0.05），字母相同表示差异不显著（P＞0.05）。
图1 3年生苦竹与毛竹竹青不同部位竹粉的酸性洗涤纤维含量
不同竹种的竹粉纤维组分
如图2所示，3年生不同竹种间竹材的ADF、半纤维素和CF含量存在显著性差异（P＜0.05），苦竹ADF含量分别比毛竹竹青和毛竹竹黄高6.60和17.46个百分点（P＜0.05），同时毛竹竹青ADF含量显著高于毛竹竹黄（P＜0.05）；苦竹半纤维素含量显著低于毛竹竹青和毛竹竹黄（P＜0.05）；苦竹CF含量比毛竹竹青高5.17%（P＜0.05），并有高于毛竹竹黄的趋势（P＜0.10）。6年生不同竹种间竹材的CF、ADF含量和半纤维素含量也存在显著性差异（P＜0.05），苦竹CF与ADF含量显著高于毛竹竹青和毛竹竹黄（P＜0.05），而半纤维素含量显著低于毛竹竹青与毛竹竹黄（P＜0.05）。不同竹种间竹材的NDF含量均无显著性差异（P＜0.05）。可见，不同竹种竹材的纤维组分差异主要表现在CF和半纤维素含量方面，而NDF含量在竹种间差异较小。
注：图中不同字母者表示组间有显著差异（P＜0.05），相同字母者表示组间无显著差异（P＞0.05）。下同。
图2 3年生与6年生不同竹种竹材的竹粉纤维组分
不同年龄竹材的竹粉纤维组分
由表2可知，竹材年龄显著影响慈竹和毛竹竹黄的CF含量（P＜0.05），显著影响苦竹和毛竹竹黄的半纤维素含量（P＜0.05），并有改变毛竹竹青CF含量的趋势（P≤0.10）；其中，2年生慈竹的CF含量显著高于1年生慈竹（P＜0.05），6年生苦竹和毛竹竹黄的半纤维含量显著高于3年生苦竹和毛竹竹黄（P＜0.05），而6年生毛竹竹黄的CF含量显著低于3年生毛竹竹黄（P＜0.05），6年生毛竹竹青CF含量有低于3年生毛竹竹青的趋势（P≤0.10）。6年生毛竹竹黄ADF含量显著高于3年生毛竹竹黄（P＜0.05）。竹材年龄对慈竹、苦竹、毛竹竹青和毛竹竹黄的NDF含量均无显著性影响（P>0.05）。可见，竹材年龄主要影响竹材的CF和半纤维素含量，而对NDF含量影响较小，不同竹种竹材半纤维素含量随年龄的增加而减少，但CF含量随年龄的变化规律并不完全一致。
表2 不同年龄竹材竹粉纤维组分
注：表中数值后不同字母表示组间有显著差异（P＜0.05），相同字母或无字母表示组间无显著差异（P＞0.05）。下同。
不同来源竹粉纤维特性
不同竹子部位竹粉纤维特性
由表3知，3年生和6年生毛竹竹黄的水结合力在竹子不同部位间均存在显著差异（P＜0.05），竹根部水结合力均显著高于竹中部和竹梢部（P＜0.05）。不同部位显著影响2年生慈竹、3年毛竹竹黄和6年毛竹竹黄的持水力（P＜0.05），并有改变6年生苦竹持水力的趋势（P＜0.10），均以竹根部持水力最高。不同部位显著影响2年生慈竹、3年毛竹竹黄和6年毛竹竹黄的持油力（P＜0.05），均以竹根部持油力最高。不同部位显著影响3年生苦竹的胆固醇吸附性（P＜0.05），竹梢部显著高于竹中部和竹根部。不同部位显著影响3年生毛竹竹青的吸水膨胀性（P＜0.05），且有改善1年生慈竹、3年生毛竹竹黄的吸水膨胀性趋势（P＜0.10），均以竹根部和竹中部相对较高。由此可见，竹粉纤维的水结合力、持水力、持油力和吸水膨胀性等指标受竹子部位的影响，其中竹根部表现相对较高。
表3 不同竹子部位的竹粉纤维特性
不同竹种竹材的竹粉纤维特性
如图3所示，在3年生竹材中，苦竹的持油力、水结合力、吸水膨胀性均显著高于毛竹竹青、竹黄（P＜0.05），而胆固醇吸附性显著低于毛竹竹黄（P＜0.05），同时显著高于毛竹竹青（P＜0.05）。在6年生竹材中，苦竹的水结合力显著高于毛竹竹青与竹黄（P＜0.05），而吸水膨胀性显著低于毛竹竹黄（P＜0.05），胆固醇吸附力略低于毛竹竹黄；毛竹竹黄持水力显著高于毛竹竹青（P＜0.05）。由此表明，不同竹种对6年生和3年生（除持水力外）竹材纤维特性均具有显著影响（P＜0.05），以苦竹的各项指标表现较高。
不同年龄、不同竹种的竹粉纤维特性
不同年龄竹材的竹粉纤维特性
由表4知，不同年龄间慈竹竹粉的水结合力和持水力存在显著差异（P＜0.05），1年生竹材显著2年生竹材（P＜0.05），并有改变苦竹持水力的趋势（P＜0.10），年龄低的竹材持水力相对较高。不同年龄对慈竹持油力有显著影响（P＜0.05），并有改变毛竹竹青持油力的趋势（P＜0.10），年龄低的竹材持油相对较高。不同年龄显著影响苦竹胆固醇吸附性（P＜0.05），且有改变慈竹胆固醇吸附性的趋势（P＜0.10），但2个竹种表现出的年龄变化趋势不同。竹材年龄对毛竹竹黄的纤维特性指标均无显著性影响（P>0.05）。由此表明，竹材年龄对慈竹竹粉的水结合力、持水力和持油力的影响较大，年龄越低各项指标值越大，而竹材年龄对毛竹竹黄纤维特性的影响较小。
不同竹种竹粉纤维对底物发酵特性的影响
由表5可知，不同竹种竹粉对发酵液中芽孢杆菌和双歧杆菌存在显著影响（P＜0.05）。与空白对照组相比，苦竹组、毛竹竹青组芽孢杆菌丰度显著降低（P＜0.05），慈竹组和毛竹竹黄组与对照组无显著性差异（P>0.05）。慈竹组、苦竹组和毛竹竹黄组双歧杆菌丰度显著高于空白对照组和毛竹竹青组（P＜0.05）。结果表明，慈竹竹粉和毛竹竹黄竹粉相对更利于促进底物发酵，表现出更好的益生性。
表５ 不同竹种竹粉对体外发酵液中微生物菌体表达的影响
不同来源竹粉的纤维特性差
植物种类是影响纤维特性的重要因素，研究发现，胡萝卜膳食纤维是表面较光滑的球形颗粒，具有最佳的吸水膨胀力；米糠膳食纤维呈现出粗糙多孔的不规则结构，拥有最佳的持油力；柚子膳食纤维表现为层叠的鳞片状结构，具有最佳的持水力。本研究也发现，不同竹种之间竹粉纤维的水结合力、持油力、吸水膨胀性和胆固醇纤维指标存在显著性差异，3年生苦竹纤维的水结合力、持油力、吸水膨胀性均显著高于3年生毛竹，这表明苦竹膳食纤维复杂程度可能高于毛竹，而6年生毛竹竹黄纤维的持水力和吸水膨胀性显著高于6年生苦竹，这表明6年生毛竹竹黄膳食纤维可能具有不规则的鳞片状结构。
本研究还发现，竹材部位对纤维特性的影响主要体现在水结合力和持油力指标上，3年生和6年生毛竹竹黄竹根部的水结合力均显著高于竹中部和竹梢部，同时2年生慈竹、3年毛竹竹黄和6年毛竹竹黄竹根部的持油力均最高。纤维的水结合力和持油力可能与纤维结构有关，研究发现超声波改性后藜麦麸皮可溶性膳食纤维的持水力、持油力、葡萄糖吸附能力均显著提高，表面结构更为疏松，出现蜂巢状的多孔特征。另外一项研究也发现，改性处理豆渣不溶性膳食纤维使其持水力、持油力和溶胀力显著增加，纤维表面出现蜂窝状孔隙结构，表现出优异的阳离子交换能力、亚硝酸盐吸附能力等。在本研究中，毛竹竹黄的竹根部竹粉表现出较高的持水力和持油力，这表明其纤维可能具有更疏松的结构和更强的吸附能力。
在本研究中，年龄对纤维特性影响最大的竹材主要为慈竹，1年生慈竹竹粉纤维的水结合力、持水力和持油力显著高于2年生慈竹，而胆固醇吸附力显著低于2年生慈竹。研究发现，随竹龄的增长簕竹（Bambusa blumeana）的气干密度、全干密度、木质素质量分数、拉伸强度、顺纹抗剪强度随之增大，纤维素质量分数逐渐降低。本研究中不同年龄慈竹的纤维特性变化可能与竹粉纤维组分、密度和强度变化有关。
不同来源竹粉的益生性差异
竹纤维具有调控菌群的作用，研究发现慈竹和毛竹纤维对金葡萄球菌和大肠杆菌表现出抑制作用。本研究发现，不同竹种竹材表现出益生性差异，慈竹组、苦竹组和毛竹竹黄组的双歧杆菌丰富度显著高于空白对照组和毛竹竹青组，而苦竹组、毛竹竹青组芽孢杆菌丰富度显著性低于空白对照组。研究表明，芽孢杆菌具有增强免疫水平和抗氧化能力，可以促进消化，双歧杆菌具有抗炎作用，这2种微生物在动物生产中具有重要的健康保健作用。在本研究中，不同竹种竹纤维对菌群的调控作用表现出显著差异，因此选用具有促进益生菌增值的竹纤维可能有助于改善机体健康。从芽孢杆菌和双歧杆菌的调控效果出发，慈竹和毛竹竹黄可能具有成为功能性膳食纤维饲料原料的潜质。
结论
竹种是决定竹纤维品质的首要考虑因素，不同竹种在CF、ADF及半纤维素含量上存在显著差异，慈竹与毛竹竹黄显著促进双歧杆菌增殖，而苦竹与毛竹竹青对芽孢杆菌具有明显抑制作用。年龄的影响主要体现在慈竹纤维特性上，1年生慈竹的水结合力等纤维特性指标显著高于2年生慈竹，但胆固醇吸附能力降低。苦竹表现出最优异的水结合力、持油力和吸水膨胀性，竹根部则在持水力等指标上显著优于其他部位。在选择竹材时，应优先考虑竹种，并兼顾部位和年份与竹种之间的交互调控作用。
