海参罐头杀菌工艺技术研究

桑 磊，翁乔丹，潘超然

(1.福建省长乐市质量计量检测所，福建长乐350200;2.中山大学工学院，广东广州510006;3.福建农林大学食品科学学院，福建福州350002)

海参是无脊椎动物，棘皮动物门，海参纲，海参体内不但富含丰富的氨基酸、维生素和化学元素等营养成分，而且含有皂苷、酸性粘多糖、胶原蛋白等多种生物活性物质，最为典型的是被称为“海中人参”的刺参，其营养价值高，味道鲜美，深受消费者欢迎［1］。海参罐头是将海参熟化，装罐或装袋，经灭菌处理后储藏，食用方便，易于储藏。秦如江等研究了三鲜海参罐头产品，详细的介绍了制作海参罐头的具体的工艺流程，发明专利“一种清汤海参罐头及其制作方法”［2］、“保健海参罐头”［3］、“一种含有凝胶状汤汁的海参罐头及制作方法”［4］等都对海参罐头有较为详细的研究，但是针对海参罐头杀菌的工艺研究较少。食品罐头在杀菌过程中由于设备和技术水平的限制，很难准确的测出固体冷点温度，因此很难计算出固体冷点的F值，而为了确保食品安全，只能依照经验公式，但大多数杀菌公式强度过高，偏于保守［5］，特别是因为海参中含有大量的胶原蛋白，在杀菌过程中，易在高温高压下变性降解，并对海参罐头的营养、感官品质等有较大的破坏作用，成为制约海参罐头产品发展的重要因素。由此，本文通过研究海参罐头在杀菌过程中各个指标的变化规律，确定了最佳的杀菌工艺条件，旨在解决海参罐头在杀菌过程中依赖传统的经验公式，杀菌强度过大，导致的海参营养成分损失较多、贮藏期间易破碎的问题，可以突破海参加工过程中的技术瓶颈，并为海参的深加工提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

活仿刺参(Apostichopus japonicus)福建连江;羟脯氨酸标准品 上海原叶生物科技有限公司;柠檬酸 天津博迪化工股份有限公司;氯胺T 天津市长鑫宏祥商贸有限公司;浓盐酸 西陇化工股份有限公司;甲基红 天津市津北精细化工有限公司;硫酸西陇化工股份有限公司;氢氧化钠 天津科密欧化学试剂有限公司;无水乙酸钠 天津博迪化工股份有限公司;二甲氨基苯甲醛 天津市津北精细化工有限公司;高氯酸 天津科密欧化学试剂有限公司;异丙醇 西陇化工股份有限公司。

BS110S电子天平 长沙八方科学仪器有限公司;WfZ－UV－2000分光光度计 广州北瑞色谱科技有限公司;GSP－9160MBE隔水式恒温培养箱 上海博讯实业有限公司医疗设备厂;HH－4数显恒温水浴锅 常州普天仪器制造有限公司;DY2009－032－00型立式压力蒸汽灭菌器筒 上海东亚压力容器制造有限公司;EZ－S食品质构仪 日本原装万能拉伸仪SHIMADZU;YN－ZD－Z－5蒸馏水发生器 济南昊天科技发展有限公司;DP－2000压差仪 成都名驰仪器有限公司;PSD离心机 张家港市轻工设备厂;GT4A1手板封罐机 广东省汕头市金园区顺成食品机械厂。

1.2 实验方法

1.2.1 原料处理 鲜海参经挑选清洗后，用水浸泡软化10～12h，清除内脏，高温蒸煮30～35min，再用水泡发10～12h，灌汤封口，制成海参罐头，其中空罐型号为751。

1.2.2 罐头F值的计算 分别测定杀菌过程中杀菌锅蒸汽温度、海参几何中心冷点温度以及汤汁温度，每隔1min记录一次。应用Matlab7.1对上述数据进行处理分析，计算杀菌锅蒸汽、汤汁及海参几何中心的F值并绘制加热温度曲线及致死率曲线。

1.2.3 罐头最佳杀菌条件的确定 采用杀菌温度为121℃，升温、降温时间均为10min，分别选择杀菌时间为 10、12、14、16、18、20、22min，测定不同的杀菌时间下海参罐头的F值、胶原蛋白含量、质量损失率、TPA、感官品质分析以及商业无菌检验进行分析，以确定最佳的杀菌工艺。

1.3 测定方法

1.3.1 加热蒸汽温度、汤汁及海参中心温度的测定 先将温度测定仪校正，然后在罐身的中心钻一个孔，然后将温度测定仪插入孔中，用硅胶封圈、螺母将其旋紧固定，因为海参的冷点在其几何中心上，将探头插在海参的中心上;然后再用同样的方式在罐身中心偏上方一点的地方钻孔插入温度探头，使得探头和汤汁接触，测定汤汁的温度;最后用第三根温度探头测定杀菌锅内蒸汽的温度，然后将这三根温度探头都和热电偶连接起来，并用橡胶固定，防止加热过程脱落。在杀菌过程中，这三根热电偶就能分别测出罐头冷点的温度、罐头汤汁的温度和杀菌锅蒸汽温度，然后通过数据采集器在计算机中显示［6］。

1.3.2 质量损失率的测定 将海参处理之后，待质量状态稳定之后，沥干水分称重作为起始重量，杀菌后将海参沥干汤汁再称重。

质量损失率(%)=(起始重量－杀菌后重量)/起始重量×100

1.3.3 羟脯氨酸含量测定 羟脯氨酸质量与海参胶原蛋白总量是成正比的，可以此为依据换算得到海参样品的胶原蛋白的含量［7］。参照 GBT 9695.23－2008肉与肉制品羟脯氨酸含量测定［8］的方法进行测定。

1.3.4 质地剖面分析 本实验采用TPA(Texture Profile Analysis)分析法来测定海参的质构。TPA测试被称为两次拒绝测试(Two Bite Test)，通过模拟人口腔的咀嚼运动，对海参样品进行两次压缩，从力(时间曲线上分析得到一系列质构参数。本实验所用的质构参数为［9－10］:硬度(Hardness):第一次压缩海参样品过程中的最大峰值;弹性(Springiness):样品在第一次压缩变形后所“弹回”的程度，并在第二次压缩时测定，其中在进行第二次压缩之前，必须保证产品已经弹回到最大限度。弹性值是第二次压缩中检测到的海参样品的恢复高度和第一次压缩的变形量之间的比值;粘聚性(cohesiveness):反应了经过第一次压缩变形后所表现出来的对第二次压缩的相对抵抗能力。在曲线上表现为两次压缩所做正功之比;咀嚼性(Chewiness):计算公式为硬度×弹性×粘聚性。

取样方法:实验中取海参背部和腹部平整的部位，切割出20mm×20mm的正方形。实验中运用TPA模式，采用P/50探头，具体测定条件设置如下:

测试探头P50，测试时压缩前探头运行速率为2.0mm/s，压缩过程中的运行速率为1.0mm/s，返回速率为2.0mm/s，探头下行距离为食品高度的2cm，每次数据采集量为150pps。压缩量20%，两次压缩中间停止时间5s。每个条件平行样品六个，取平均值。图1为海参TPA测试典型曲线。

图1 海参TPA测试典型曲线Fig.1 Typical TPA curve of the sea cucumber

1.3.5 感官评价实验 邀请10位食品专业人员组成评价小组，对评价员进行训练，通过眼观、鼻闻、手触和嘴尝，对样品的色泽、软硬、弹性及整体形态等进行综合评分，评定后剔除异常数据，取平均值。感官评定表见表1。

1.3.6 商业无菌检验分析 将罐头放入(36±1)℃的恒温培养箱中，培养10d，观察是否出现胖听，并测定pH，图片镜检检测是否有微生物繁殖现象。

2 结果与分析

2.1 海参罐头F值计算结果

按照1.3.1所述方法测得海参罐头杀菌锅加热蒸汽温度、汤汁温度以及海参几何中心冷点温度，将数据进行分析，其结果见图2～图4。

表1 海参感官评分表Table 1 Sensory score of the sea cucumber

图2 杀菌锅蒸汽、汤汁及海参冷点加热温度曲线Fig.2 Temperature curve of retort steam，soup and sea cucumber cold spot

图3 海参冷点致死率曲线Fig.3 Cold spot lethality rate of sea cucumber

图4 罐头汤汁致死率曲线Fig.4 Soup lethality rate

如图2～图4所示，分别为海参罐头的加热温度曲线、海参冷点致死率以及汤汁致死率曲线图，由图2可知，在升温过程中温度由大到小依次为杀菌锅蒸汽温度、汤汁温度、海参冷点温度;在降温过程中杀菌锅蒸汽降温最快，其次是罐头汤汁，最慢的是海参冷点。随着杀菌时间的延长，海参冷点和汤汁的致死率随之增加，当杀菌温度降低时，致死率随之降低。而在杀菌过程中，汤汁传热速率比海参大，致死率相比较高，因此要满足罐头杀菌要求，需使海参冷点致死率达到最低杀菌要求。

由于海参罐头属于pH是大于4.6的低酸性罐头，所以肉毒杆菌是罐头中耐热性最强的病毒原菌，此细菌易产生毒素，严重影响产品质量安全。Irving等人强调，低酸性罐头的最低杀菌强度在Z=10℃(18°F)时，F值在121.1℃下的杀菌值应为3.0min，即最低肉毒杆菌杀菌标准［11］。由表2所示，汤汁的 F值大于海参冷点的F值。因此，以罐头汤汁温度变化得到的F值与实际的F值相比偏大。同时上述结果表明当杀菌条件为10min－13min－10min/121℃(升温至121.1℃时间为10min，维持121.1℃13min，降温10min)时，海参冷点F值可以达到最低肉毒杆菌杀菌标准，罐头就可以达到杀菌要求。但是高温杀菌容易使海参体壁的胶原蛋白自溶降解，因此本实验为确定最佳的杀菌条件，既能达到杀菌要求，又能最大程度的防止海参胶原蛋白降解，进行了如下研究。

表2 杀菌锅、汤汁及海参冷点的F值Table 2 F value of soup and sea cucumber cold spot

2.2 海参罐头杀菌条件的确定

2.2.1 不同杀菌条件下对海参冷点F值的影响 由图5可知随着杀菌时间的延长，海参冷点的F值不断上升，而且基本上是直线上升，说明杀菌温度恒定的情况下海参冷点的F值与恒温杀菌时间呈线性关系。由实验可知，在杀菌时间为10min时，海参冷点的F值为2.8min，不能达到最低肉毒杆菌杀菌标准，当杀菌时间在12min时，海参冷点的F值为3.414min，可以达到杀菌要求。

图5 不同的杀菌时间对海参冷点F值的影响Fig.5 Effect of different sterilization time on F value of sea cucumber cold spot

2.2.2 不同的杀菌条件下对海参羟脯氨酸含量的影响 由图6可知，随着杀菌时间的延长，海参罐头的胶原蛋白含量也是先变化平缓后迅速下降，特别是当杀菌时间超过14min后，海参的羟脯氨酸含量的变化非常明显，但是随后羟脯氨酸含量流失平缓。当杀菌时间为12min时，羟脯氨酸的含量为0.28%，而当杀菌时间为16min时，羟脯氨酸的含量降至0.16%。这是因为随着杀菌时间的延长，胶原蛋白吸收的能量逐渐超过分子间作用力，蛋白分子中的氢键被破坏，水分子作为氢键的受体和供体，与胶原蛋白分子骨架及侧链上的基团竞争形成氢键，造成胶原蛋白三螺旋结构随着破裂，使埋藏于胶原蛋白分子内部的疏水基团暴露出来，易于变性、聚集，使胶原蛋白链从伸展状态变成无规则的卷曲状态，导致胶原蛋白变性流失［12］，引起羟脯氨酸含量降低。这说明随着杀菌时间的延长，海参胶原蛋白损失的程度愈显著。

图6 不同的杀菌时间对海参罐头羟脯氨酸含量的影响Fig.6 Effect of different sterilization time on the content of hydroxyproline of sea cucumber

2.2.3 不同的杀菌条件下对海参罐头质量损失率的影响 由图7可知，随着杀菌时间的延长，海参罐头的质量损失率先是变化平缓后不断上升，当杀菌时间超过14min后，海参的质量损失的变化较明显，这和胶原蛋白含量的变化趋势相反。当杀菌时间为12min时，质量损失率为3.9%，当杀菌时间为16min时，质量损失率超过了8.9%。这是因为杀菌时间的延长，导致了海参体壁内的主要成分如水溶性的蛋白质在受热的条件下，容易降解，造成质量损失严重。

2.2.4 不同的杀菌条件对海参罐头TPA参数的影响 由图8可知，随着杀菌时间的延长，海参的硬度在12min时有一个峰值，随后下降，当在14min时下降迅速，超过18min时，下降平缓;而海参的弹性在10min到14min之间，弹性上升，超过14min时上升缓慢;海参的粘聚性随着杀菌时间的延长有所下降，但是下降不明显，说明杀菌时间对海参的粘聚性影响不大;海参的咀嚼性在12min时最高，超过14min时明显下降，当超过18min时，海参组织变软。这是因为随着杀菌时间的延长，海参组织内部蛋白不断降解，同时温度过高导致海参表面的凝胶强度下降，所以海参的咀嚼度不断下降。

图7 不同的杀菌时间对海参罐头损失率的影响Fig.7 Effect of different sterilization time on mass loss rate of sea cucumber

图8 不同的杀菌时间对海参TPA参数的影响Fig.8 Effect of different sterilization time on TPA parameters of the sea cucumber

2.2.5 不同的杀菌条件对海参罐头感官品质的影响 由图9可知，随着杀菌时间的延长，海参的感官评分先上升后下降，在12min时有峰值，此时海参外形饱满，有光泽，弹性、硬度、咀嚼性均较好，但是当杀菌时间超过14min时海参的硬度、弹性及咀嚼性开始下降。这是因为当杀菌时间延长至12min时，海参组织内胶原蛋白不断变性，而且促使海参组织变得密实，硬度、弹性及咀嚼性均有所增加，但是超过14min后，海参胶原蛋白流失严重，导致海参感官品质下降。

图9 不同的杀菌时间对海参感官品质的影响Fig.9 Effect of different sterilization time on the collagen content of the sea cucumber

2.2.6 不同的杀菌条件下商业无菌检验分析 由表3可知，在各个杀菌条件下均符合商业无菌检验结果，但是杀菌10min时，pH偏低，与正常的罐头相比相差较大，这是因为杀菌时间较短杀菌不彻底，进行保温实验后，部分微生物繁殖导致pH降低。

表3 不同的杀菌条件商业无菌检验结果Table 3 Effect of different sterilization time on the assay of commercial sterilization of the sea cucumber

综合考虑各个因素，既能满足海参罐头的杀菌要求，又能最大程度的防止海参胶原蛋白的降解自溶，因此选择杀菌时间为12min。

3 结论

本实验准确的测定海参罐头在杀菌过程中的蒸汽温度、汤汁温度、海参冷点温度，并计算出海参罐头杀菌的F值，绘制加热温度曲线、汤汁及海参冷点的致死率曲线，解决了传统杀菌过程中过分依赖经验公式，而导致的杀菌时间过长、罐头营养损失严重的问题;通过分析在不同的杀菌条件性海参罐头冷点F值、羟脯氨酸含量、质量损失率、TPA分析、感官评分及商业无菌分析的变化规律，确定了海参罐头的最佳杀菌工艺条件，在杀菌条件为在121℃的条件下，杀菌时间为12min，即海参罐头的最佳杀菌公式为10min－12min－10min/121℃。本文旨在解决海参罐头在杀菌过程中依赖传统的经验公式、极易自溶、在贮藏期间易破碎的问题，并为海参的深加工提供一定的理论依据。本实验的研究，可以突破海参罐头加工过程中的技术瓶颈，并可以将本技术应用到其他的产品加工过程中。

［1］樊绘曾 .海参:海中人参［J］.中国海洋药物杂志，2001，(5):37－39.

［2］李银塔，刘扬瑞，位正鹏.一种清汤海参罐头及其制作方法［P］.中华人民共和国:200910016142.6，2009.06.05.

［3］王维亭.微型海参罐头制作方法［P］.中华人民共和国:CN1589668，2005.03.09.

［4］戴振东.一种含有凝胶状汤汁的海参罐头及制作方法［P］.中华人民共和国:CN1843213，2006.10.11.

［5］陈祥奎.罐头杀菌公式(规程)的正确制定和执行［J］.食品工业科技，1982(4):2－5.

［6］叶倩倩.鲍鱼罐头关键技术及传热数学模型的研究［D］.福州:福建农林大学.2010.

［7］康俊霞，康永峰，包斌，等.Na+、Ca2+和pH对鲸鲨皮胶原蛋白热变性温度的影响［J］.食品科学，2011，32(13):66－69.

［8］中国商业联合会商业标准中心GBT 9695.23－2008，肉与肉制品羟脯氨酸含量测定［S］.北京:中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2008.

［9］Tim K.Application of liquid and solid rheological technologies to the textural characterization of semi－ solid foods［J］.Food Research International，2006，39:265－276.

［10］Rafael Gines，Tyri Valdimarsdottir，Kolbrun Sveinsdottir.Effects of rearing temperature and in on sensory characteristics，texture，colour and fat of Arctic charr(Salvelinus alpines)［J］.Food Quality and Preference，2004，15:177－185.

［11］宋彬彬.低酸性食品罐头的杀菌与P.A.3679菌［J］.食品与发酵工业，1985(3):45－52.

［12］John A Trotter，Gillian Lyons－ Levy，David Luna，et al.Stiparin:A Glyeoproteinfrom Sea Cucumber Dennis that Aggregates Collagen Fibrils［J］.Matrix Biology，1996，15:99－110.