超高壓處理對海參組織結構及品質影響的研究

鄭明靜，周美齡，陳　妮，陳　玲，鄭寶東，曾紹校（福建農林大學食品科學學院，福建福州350002）

超高壓處理對海參組織結構及品質影響的研究

鄭明靜，周美齡，陳妮，陳玲，鄭寶東，曾紹校*（福建農林大學食品科學學院，福建福州350002）

為了開發一款常溫下貯藏期長的即食海參，本文采用超高壓技術處理海參，研究100～600 MPa壓力作用5 min后海參的組織結構及品質的變化。結果表明：超高壓處理可以破壞海參肌肉組織多孔隙的立方體結構，使其出現凹陷、孔隙縮小等現象。隨著超高壓壓力的增大，海參的硬度、彈性、內聚性和咀嚼性均而呈現先升后降的趨勢。海參的持水率隨著壓力的增大而增大，500 MPa時持水率達到最大值87.97%，相比常壓下的海參提高了近45%。壓力越大，海參的色澤越淺，表現為亮度和黃度上升、紅度下降。在貯藏過程中，超高壓壓力越大，海參的微生物殘存量越少，從而使得其貯藏期延長，如500 MPa壓力處理后海參可于37℃保持無菌的貯藏期可達5周；并且貯藏期間海參的蛋白質、TCA可溶性寡肽含量以及pH的變化幅度越小。因此，超高壓處理可以通過改變海參的微觀結構來改善海參的品質，有利于即食海參的開發與研究。

超高壓，海參，組織結構，品質

海參（Stichopus japonicus）是從屬于海參綱的棘皮動物，因富含蛋白質、多糖以及生物皂苷等活性成分，具有提高機體免疫力、延緩衰老、抗腫瘤和抗癌等功效，與人參具有相同的藥用特性，是中國、日本等亞洲國家的名貴食材［1-2］。超高壓（Ultra-high pressure，UHP）處理技術是一種用極具發展前景的非熱殺菌技術，近年來在水產品的應用研究表明，超高壓處理通過抑制微生物生長和機體酶活性，達到提高產品感官品質、營養特性以及保鮮等效果，還可以改變蛋白質的物理和流變性能以及產品的微觀結構等，在海洋生物加工領域表現出極強的潛在應用價值［3-4］。目前，超高壓處理技術已經推廣與應用在海參的冷鮮加工方面，郝夢甄等［5］研究得出，超高壓（600 MPa）處理海參于4℃冷藏28 d，其質構特性和蛋白質、多糖等功能成分的保留程度均優于鮮海參和鹽漬泡發海參。超高壓最主要是解決了海參的自溶問題，可以有效鈍化海參體內自溶酶活性，從而有助于延長海參的貨架期［6］；同時研究表明引起超高壓刺參體壁非酶凝膠劣化的主要原因是膠原纖維斷裂、短弛豫水向長弛豫水轉化和蛋白降解等因素［7］。但是，有關超高壓處理對海參各方面品質影響的研究尚鮮見報道。本文以海參的微觀組織結構、質構特性、持水率、色澤和貯藏期間的蛋白質、TCA、pH及微生物變化為指標，研究超高壓處理對海參品質的作用規律，為今后超高壓在海參加工中的進一步應用提供理論基礎。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

海參為品鑒堂大連刺參，運達后立即處理進行實驗。

EZTEST食品質構儀日本島津有限公司；DHG-9053A型電熱恒溫鼓風干燥箱上海精宏設備有限公司；HPP600MPA超高壓處理設備包頭科發高壓科技有限公司；TGL-16C高速臺式離心機上海安亭科學儀器廠；ADCI-60-C全自動色差計北京辰泰克儀器技術有限公司；XL30 ESEM型電子掃描顯微鏡（SEM） 荷蘭PHILIPS公司。

1.2實驗方法

1.2.1不同超高壓壓力處理海參樣品制備海參經流動純凈水清洗，去沙嘴，保留海參腸。采用電磁爐于1800 W不加蓋沸騰后煮20 min，500 W條件下沸騰后慢煮30 min。撈出立即浸入純凈水中冷卻，采用真空包裝，分別于0.1（常壓）、100、200、300、400、500、600 MPa壓力，20℃條件下保壓5 min。制備好的樣品是一部分直接進行電鏡掃描并檢測質構特性、持水率與色澤指標；另一部分置于常溫37℃貯藏至第10周，期間每隔1周后用于檢測蛋白質、TCA可溶性寡肽、pH以及微生物指標。

1.2.2海參組織結構電鏡觀察超高壓處理后的海參樣品經鍍金處理后采用SEM電鏡掃描觀察，放大倍數為5000倍。

1.2.3質構特性測定將海參切成長2 cm，寬2 cm，高2 cm的立方體，利用質構分析儀測定海參的硬度、彈性、內聚性和咀嚼性。測試選用的探頭為P/5（直徑為5 mm的圓柱探頭）。測試模式為TPA（texture profile analysis），具體測試參數為下壓速度1 mm/s，回復速度1 mm/s，下壓距離為樣品高度的30%，觸發力5 g［8］。

1.2.4海參持水率測定約1 g海參置于離心管中，在4℃、3000 r/min離心力下離心10 min，以離心后海參重量占原重的百分比計為WHC，3次平行［9］。1.2.5海參色澤測定采用ADCI系列全自動色差計測定，L*值代表亮度，取值0～100變化；a*值代表紅綠度，取值-80～100，正值偏紅，負值偏綠；b*值代表黃色度，取值-80～100，正值偏黃，負值偏藍。每個樣品從不同的角度分別讀數，ΔE*表示對處理組和原料總色澤差異值。

1.2.6蛋白質測定按1.2.1方法制備的海參樣品，于常溫37℃貯藏至第10周，每隔1周測定其蛋白質含量，按照考馬斯亮藍法，繪制牛血清蛋白標準曲線，據此測定樣品中的蛋白質濃度。

1.2.7TCA可溶性寡肽測定按1.2.1方法制備的海參樣品，于常溫37℃貯藏至第10周，每隔1周測定其TCA可溶性寡肽含量，測定方法：自溶過程采用Mcllvaine’s緩沖體系。自溶時間結束后取樣，加入2倍體積的10%TCA，室溫靜置20 min，13500 r/min離心10 min，取上清液，采用福林-酚法測定，并根據牛血清蛋白標準曲線計算TCA可溶性寡肽的質量分數（mg/g）［10］。

1.2.8pH測定按1.2.1方法制備的海參樣品，于常溫37℃貯藏至第10周，每隔1周測定其pH。取5 g海參于50 mL蒸餾水中浸漬30 min，勻漿。3000 r/min離心10 min后取上清液，用pH計測定。

1.2.9微生物檢測按1.2.1方法制備的海參樣品，于常溫37℃貯藏至第10周，每隔1周測定其微生物情況，以菌落總數和大腸桿菌為指標。菌落總數按GB 4789.2-2010測定，大腸桿菌按GB 4789.3-2010中的平板計數法測定。

1.2.10數據處理上述各項指標測定平行測定3次，取其平均值±標準差為結果。差異性顯著分析采用DPS軟件中LSD法進行計算。

2　結果與分析

2.1超高壓處理對海參組織結構的影響

海參組織中含有大量的細胞外基質，主要由膠原蛋白、糖蛋白和微原纖維組成。與其他脊椎類動物不同，海參含有的這些蛋白質與膠原纖維和周圍的細胞外基質之間并不存在穩定的關聯，因此很容易受到物理化學性破壞［11］。對超高壓后的海參進行橫截面SEM掃描，結果如圖所示。由圖1可知，海參肌肉組織呈有較多孔隙的立方體；經超高壓200 MPa處理后，組織結構中出現凹陷，孔隙縮小；壓力大于400 MPa處理組的海參組織幾乎無孔隙，原有的立方體逐漸消失。這是由于，在超高壓處理中，由于蛋白質體積縮小，形成立體結構的各種化學鍵切斷或重新形成，破壞了原有的立體結構，蛋白質發生了變性，而正由于蛋白質的變性致使組織緊密度增大，孔隙縮小。這種結構的變化最直接地影響了海參的嫩度和色澤，我們發現隨著超高壓壓力增大，海參的嫩度提高、色澤變淺。

2.2超高壓處理對海參質構特性的影響

硬度、彈性、內聚性和咀嚼性分別反映了海參肌肉軟硬程度、抗外力恢復能力、肌肉組織結合的緊密程度和“咬勁”［5］。郝夢甄等［5］的研究表明：600 MPa、

圖1　超高壓處理對海參組織結構的影響（5000×）Fig.1　Effect of high pressure on the microstructure of sea cucumber（5000×）

45℃條件超高壓處理45 min的海參的硬度、彈性、咀嚼度均高于鹽漬泡發海參，表明超高壓具有改善質構特征的作用，但其未研究不同壓力對海參質構的影響。故本文采用質構分析（TPA）測定不同超高壓處理后海參硬度、彈性、內聚性和咀嚼性的影響。由表1可見，硬度、彈性、內聚性和咀嚼性均隨著壓力升高逐漸增大（p＜0.05），硬度和咀嚼性在壓力為500 MPa時達到最大值，內聚性在400 MPa時達到最大，彈性在600 MPa時達到最大；若處理壓力的繼續增大，海參的硬度、內聚性和咀嚼性等質構指標減小。結果表明，超高壓作用于海參后會提高其質構品質，但是超高壓壓力對質構品質間的影響不是簡單的線性關系，過高的壓力也會對其質構產生負面影響。一般地，肌原纖維蛋白中收縮性蛋白結構變化是導致質構變化的主要因素［12］，在較低壓力（100～300 MPa）下，蛋白質出現空間構型改變、肽鏈解開等可逆性變化，引起溶酶體破裂，促進機體肌肉自溶和嫩化，可以提高產品的彈性和硬度等質構特性；而壓力繼續升高時，導致蛋白質內二硫鍵部分斷裂和巰基含量增加，引起不可逆蛋白質變性以及壓力凝固現象［13-14］。海參是高蛋白食品，由此推斷，超高壓引起海參質構特性的改變可能與體內蛋白質變性有關。

表1　超高壓處理對海參質構特性的影響Table 1　Effect of high pressure on the textural properties of sea cucumber

2.3超高壓處理對海參持水率的影響

圖2　超高壓處理對海參持水率的影響Fig.2　Effect of high pressure on the water holding capacity of sea cucumber

水分是海參的主成分之一，持水性能的好壞可影響產品的多汁性、嫩度及風味等。由圖2可知，常壓下海參的持水率為60.35%，隨著處理壓力的升高海參持水率持續增加，壓力為500 MPa時持水率達到最大值87.97%，相比常壓下的海參提高了近45%。這是因為壓力導致蛋白質變性，增加蛋白質間的疏水作用，形成可供水分子穿透的緊密結構，水分滲進蛋白質中，隨壓力增加填充力增加，有利于水分子形成穩定的四面體氫鍵結構，從而影響機體的持水性能［3，12］。利用回歸分析方法，對測得持水率的數據進行處理，預測當壓力進一步升高（壓力＞600 MPa），可能將對海參持水率產生負增長作用，結果驗證了上述質構特性的變化趨勢。

2.4超高壓處理對海參色澤的影響

色澤對于消費者而言是最直觀的指標，超高壓處理可使肉制品色澤發生變化。海參分別經超高壓處理后，測定海參的L*、a*、b*，結果如表2所示。超高壓對色澤有顯著影響，其中a*值在300 MPa壓力時達到0.51，超過400 MPa后明顯下降至0.33～0.31范圍；L*值和b*值對壓力反應敏感，隨壓力的增大而增加。根據實驗過程中的觀察，壓力越大海參的色澤越淺。這與其他的超高壓處理水產品的色澤變化一致，主要是超高壓破壞了肌紅蛋白結構，加快了其氧化速度，致使產品色澤變淺［14-15］。故在實際生產中應綜合考量感官品質，確定超高壓加工工藝。

表2　超高壓處理對海參色澤的影響Table 2　Effect of high pressure on the colour of sea cucumber

2.5超高壓處理對海參貯藏品質的影響

上述實驗表明超高壓壓力為600 MPa時會對海參的品質產生負影響，故對貯藏品質的研究時，選取100～500 MPa。

2.5.1超高壓處理對海參貯藏期微生物的影響食品中致病性微生物和腐敗性微生物的存在，是影響食品保鮮及食品安全的重要因素，研究表明超高壓可以抑制微生物生長和繁殖，提高食品的安全性及延長其貯藏期［16］，因此本文以海參中的菌落總數和大腸桿菌作為評定海參鮮度的微生物指標。由表3可知，未經超高處理的海參貯藏1周內就被檢出活菌，第2周大腸桿菌的數量達到5 MPN/100 g；超高壓作用推遲了海參存在菌落總數和大腸桿菌的被檢出時間，并且壓力越大海參貯藏時保持的無菌期越長。例如，當超高壓壓力為500 MPa時，海參于第6周時才出現活菌生長情況，大腸桿菌則在第8周才被檢出。這主要是因為超高壓作用于微生物時，100 MPa壓力會誘導部分蛋白變性；200 MPa壓力時，微生物的細胞膜及內部細胞結構受到破壞；壓力超過300 MPa后，微生物體內蛋白質和酶變性；500 MPa壓力可以抑制微生物蛋白質合成和減少核糖體數量，細胞膜破裂，胞內物質溶出，導致細胞死亡［16-17］。

2.5.2超高壓處理對海參貯藏期蛋白質的影響研究表明［13，18-19］超高壓可以明顯降低肌動蛋白和肌球蛋白的熱穩定性，使其在較低的溫度和能量下變性；100～400 MPa蛋白表面疏水性顯著增加，500～600 MPa表面疏水性增加受限；100～300 MPa壓力對蛋白的二級結構影響較微，當壓力達到400 MPa則明顯降低蛋白的α-螺旋和β-角結構，蛋白的二級結構收到破壞；超高壓引起蛋白質構象改變，疏水性蛋白相互聚集結合，導致蛋白變性或改性。

圖3　超高壓處理對海參貯藏期蛋白質的影響Fig.3　Effect of high pressure on the storage period protein content of sea cucumber

由圖3可知，各實驗組的海參在常溫條件下貯藏4周后，蛋白質含量開始下降，并出現明顯的自溶現象。隨著超高壓處理壓力的升高，蛋白質在貯藏后期的下降幅度越來越小；當壓力達到500 MPa時，在實驗期間蛋白質含量變化小于17%。海參具有極強的自溶能力，主要是由于微生物和自溶酶的作用導致機體體壁溶解［6］。故上述的結果可能是由于較小的壓力無法殺滅微生物芽孢和自溶酶活性，海參中的微生物以及自溶酶中的蛋白酶類分解自身蛋白導致蛋白質含量變化明顯；較高壓力下，除了機體體內微生物和自溶酶活性較低外，同時海參蛋白出現變性或改性，達到相對穩定狀態。

表3　超高壓處理對海參貯藏期菌落總數（cfu/g）及大腸桿菌（MPN/100 g）的影響Table 3　Effect of high pressure on colonies number（cfu/g）and Escherichia coli（MPN/100 g）of sea cucumber during the storage period

2.5.3超高壓對海參貯藏期TCA可溶性寡肽的影響由圖4可知，同一壓力下，海參的TCA可溶性寡肽含量隨著貯藏時間的延長呈先上升后下降的趨勢。相比于對照組（0.1 MPa），100、200 MPa處理后海參的初始TCA可溶性寡肽含量較高，壓力大于300 MPa初始TCA值降低。隨著貯藏時間的延長，各實驗組海參貯藏第4周左右TCA值達到最大值，隨后不斷下降。當處理壓力超過300 MPa，海參的可溶性寡肽在貯藏期內的變化較小，與其他實驗組有顯著差異。這一方面由于超高壓改變了海參的結構組織，使原本包埋狀態的寡肽溶出，增加了寡肽的溶出量；另一方面，蛋白酶和微生物的雙重作用使得海參內蛋白質開始分解，短期內使TCA可溶性寡肽值上升。而隨著貯藏時間的延長，溶出的寡肽又被肽酶和微生物等分解利用從而使其含量降低。而壓力大于300 MPa后，海參體內的蛋白質穩定性相對較高，微生物和自溶酶的活性受到較高的抑制，貯藏后期蛋白質的分解率下降，從而使得貯藏期內海參可溶性寡肽的降幅較小。

圖4　超高壓處理對海參貯藏期TCA可溶性寡肽的影響Fig.4　Effect of high pressure on the storage period TCA solubleoligopeptide content of sea cucumber

2.5.4超高壓處理對海參貯藏期pH的影響由圖5可知，同一壓力作用下的海參隨著貯藏時間的延長，pH逐漸下降至6.0左右，這是由于微生物分解利用營養物質產生酸性代謝物所致。不同壓力處理后的海參起始pH范圍為7.89～8.67，海參的pH隨壓力的升高略有增大，但波動幅度較小。因為pH主要是由物料中的氫離子和氫氧根離子的濃度決定。超高壓對小分子化合物沒有影響，因此處理后海參的pH并無較大變化。但超高壓能抑制酶活性、殺滅微生物，從而減少酶分解物料產生酸堿性物質和微生物消化代謝物的量，使保藏期內海參pH維持在較穩定的范圍內。故而超高壓壓力超過300 MPa條件下，能較好地控制pH的變化。

圖5　超高壓處理對海參貯藏期pH的影響Fig.5　Effect of high pressure on the pH of sea cucumber

3　結論

研究結果顯示，不同的超高壓壓力可以改變海參肌肉組織結構，使其組織密度變大，孔隙變小，影響海參的口感和外觀色澤。表現為：在0～600 MPa時，海參的質構和持水性呈現先升后降的趨勢，海參的色澤隨著壓力的增大變淺。隨超高壓處理壓力的升高，海參產品的微生物殘存量變少，從而延長產品的貨架期；同時，可以降低貯藏期間海參體內營養物質（蛋白質和TCA可溶性寡肽）的損耗，有效控制產品的pH變化。研究結果提示，一定的超高壓條件（如500 MPa壓力）可以改善海參品質，超高壓在即食海參的開發領域中具有較高的潛在應用價值。

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Effect of ultra-high pressure treatment on tissue structure and quality of sea cucumber

ZHENG Ming-jing，ZHOU Mei-ling，CHEN Ni，CHEN Ling，ZHENG Bao-dong，ZENG Shao-xiao*
（College of Food Science，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou 350002，China）

In order to develop instant sea cucumber with long shelf life，ultra-high pressure technology was adopted to processing sea cucumber in this paper，to study the change tissue structure and quality of sea cucumber treated by 100～600 MPa ultra-high pressure for 5 min.The results showed that the ultra-high pressure treatment could destroy the structure of the sea cucumber muscle，and the phenomenon of depression or shrunken porosity appeared.With the increase of the pressure，the texture of the sea cucumber showed the trend of first rising and then decreased.While the pressure increasing，the water holding rate continued to increase，reached to the maximum of 87.97%at 500 MPa，which increased nearly 45%compared with unprocessing sea cucumber.The color of that become lighter under ultra-high pressure，showed the brightness and yellow were increased while decreasing the red.During storage，the shelf life of sea cucumber was increased due to the decreased residual quantity of microorganism with ultra-high pressure increasing，and sea cucumber treated by 500 MPa could keep commercial sterile 5 weeks when storied in 37℃，the change of protein，soluble oligopeptide（TCA）and pH content of sea cucumber during storage were more small under higher pressure.Therefore，the quality of sea cucumber treated by ultra-high pressure would improve though the change of microstructure，which is conducive to the development and research of instant sea cucumber.

ultra-high pressure；sea cucumber；tissue structure；quality

TS254.4

A

1002-0306（2016）04-0187-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.04.029

2015－09－08

鄭明靜（1990-），女，碩士研究生，主要從事食品高新技術方面的研究，E-mail：413442329@qq.com。

曾紹校（1980-），男，博士，副教授，主要從事食品高新技術方面的研究，E-mail：zsxfst@163.com。

福建自然科學基金資助項目（2014J01080）。