超高压处理对海参组织结构及品质影响的研究

郑明静，周美龄，陈　妮，陈　玲，郑宝东，曾绍校（福建农林大学食品科学学院，福建福州350002）

超高压处理对海参组织结构及品质影响的研究

郑明静，周美龄，陈妮，陈玲，郑宝东，曾绍校*（福建农林大学食品科学学院，福建福州350002）

为了开发一款常温下贮藏期长的即食海参，本文采用超高压技术处理海参，研究100～600 MPa压力作用5 min后海参的组织结构及品质的变化。结果表明：超高压处理可以破坏海参肌肉组织多孔隙的立方体结构，使其出现凹陷、孔隙缩小等现象。随着超高压压力的增大，海参的硬度、弹性、内聚性和咀嚼性均而呈现先升后降的趋势。海参的持水率随着压力的增大而增大，500 MPa时持水率达到最大值87.97%，相比常压下的海参提高了近45%。压力越大，海参的色泽越浅，表现为亮度和黄度上升、红度下降。在贮藏过程中，超高压压力越大，海参的微生物残存量越少，从而使得其贮藏期延长，如500 MPa压力处理后海参可于37℃保持无菌的贮藏期可达5周；并且贮藏期间海参的蛋白质、TCA可溶性寡肽含量以及pH的变化幅度越小。因此，超高压处理可以通过改变海参的微观结构来改善海参的品质，有利于即食海参的开发与研究。

超高压，海参，组织结构，品质

海参（Stichopus japonicus）是从属于海参纲的棘皮动物，因富含蛋白质、多糖以及生物皂苷等活性成分，具有提高机体免疫力、延缓衰老、抗肿瘤和抗癌等功效，与人参具有相同的药用特性，是中国、日本等亚洲国家的名贵食材［1-2］。超高压（Ultra-high pressure，UHP）处理技术是一种用极具发展前景的非热杀菌技术，近年来在水产品的应用研究表明，超高压处理通过抑制微生物生长和机体酶活性，达到提高产品感官品质、营养特性以及保鲜等效果，还可以改变蛋白质的物理和流变性能以及产品的微观结构等，在海洋生物加工领域表现出极强的潜在应用价值［3-4］。目前，超高压处理技术已经推广与应用在海参的冷鲜加工方面，郝梦甄等［5］研究得出，超高压（600 MPa）处理海参于4℃冷藏28 d，其质构特性和蛋白质、多糖等功能成分的保留程度均优于鲜海参和盐渍泡发海参。超高压最主要是解决了海参的自溶问题，可以有效钝化海参体内自溶酶活性，从而有助于延长海参的货架期［6］；同时研究表明引起超高压刺参体壁非酶凝胶劣化的主要原因是胶原纤维断裂、短弛豫水向长弛豫水转化和蛋白降解等因素［7］。但是，有关超高压处理对海参各方面品质影响的研究尚鲜见报道。本文以海参的微观组织结构、质构特性、持水率、色泽和贮藏期间的蛋白质、TCA、pH及微生物变化为指标，研究超高压处理对海参品质的作用规律，为今后超高压在海参加工中的进一步应用提供理论基础。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

海参为品鉴堂大连刺参，运达后立即处理进行实验。

EZTEST食品质构仪日本岛津有限公司；DHG-9053A型电热恒温鼓风干燥箱上海精宏设备有限公司；HPP600MPA超高压处理设备包头科发高压科技有限公司；TGL-16C高速台式离心机上海安亭科学仪器厂；ADCI-60-C全自动色差计北京辰泰克仪器技术有限公司；XL30 ESEM型电子扫描显微镜（SEM） 荷兰PHILIPS公司。

1.2实验方法

1.2.1不同超高压压力处理海参样品制备海参经流动纯净水清洗，去沙嘴，保留海参肠。采用电磁炉于1800 W不加盖沸腾后煮20 min，500 W条件下沸腾后慢煮30 min。捞出立即浸入纯净水中冷却，采用真空包装，分别于0.1（常压）、100、200、300、400、500、600 MPa压力，20℃条件下保压5 min。制备好的样品是一部分直接进行电镜扫描并检测质构特性、持水率与色泽指标；另一部分置于常温37℃贮藏至第10周，期间每隔1周后用于检测蛋白质、TCA可溶性寡肽、pH以及微生物指标。

1.2.2海参组织结构电镜观察超高压处理后的海参样品经镀金处理后采用SEM电镜扫描观察，放大倍数为5000倍。

1.2.3质构特性测定将海参切成长2 cm，宽2 cm，高2 cm的立方体，利用质构分析仪测定海参的硬度、弹性、内聚性和咀嚼性。测试选用的探头为P/5（直径为5 mm的圆柱探头）。测试模式为TPA（texture profile analysis），具体测试参数为下压速度1 mm/s，回复速度1 mm/s，下压距离为样品高度的30%，触发力5 g［8］。

1.2.4海参持水率测定约1 g海参置于离心管中，在4℃、3000 r/min离心力下离心10 min，以离心后海参重量占原重的百分比计为WHC，3次平行［9］。1.2.5海参色泽测定采用ADCI系列全自动色差计测定，L*值代表亮度，取值0～100变化；a*值代表红绿度，取值-80～100，正值偏红，负值偏绿；b*值代表黄色度，取值-80～100，正值偏黄，负值偏蓝。每个样品从不同的角度分别读数，ΔE*表示对处理组和原料总色泽差异值。

1.2.6蛋白质测定按1.2.1方法制备的海参样品，于常温37℃贮藏至第10周，每隔1周测定其蛋白质含量，按照考马斯亮蓝法，绘制牛血清蛋白标准曲线，据此测定样品中的蛋白质浓度。

1.2.7TCA可溶性寡肽测定按1.2.1方法制备的海参样品，于常温37℃贮藏至第10周，每隔1周测定其TCA可溶性寡肽含量，测定方法：自溶过程采用Mcllvaine’s缓冲体系。自溶时间结束后取样，加入2倍体积的10%TCA，室温静置20 min，13500 r/min离心10 min，取上清液，采用福林-酚法测定，并根据牛血清蛋白标准曲线计算TCA可溶性寡肽的质量分数（mg/g）［10］。

1.2.8pH测定按1.2.1方法制备的海参样品，于常温37℃贮藏至第10周，每隔1周测定其pH。取5 g海参于50 mL蒸馏水中浸渍30 min，匀浆。3000 r/min离心10 min后取上清液，用pH计测定。

1.2.9微生物检测按1.2.1方法制备的海参样品，于常温37℃贮藏至第10周，每隔1周测定其微生物情况，以菌落总数和大肠杆菌为指标。菌落总数按GB 4789.2-2010测定，大肠杆菌按GB 4789.3-2010中的平板计数法测定。

1.2.10数据处理上述各项指标测定平行测定3次，取其平均值±标准差为结果。差异性显著分析采用DPS软件中LSD法进行计算。

2　结果与分析

2.1超高压处理对海参组织结构的影响

海参组织中含有大量的细胞外基质，主要由胶原蛋白、糖蛋白和微原纤维组成。与其他脊椎类动物不同，海参含有的这些蛋白质与胶原纤维和周围的细胞外基质之间并不存在稳定的关联，因此很容易受到物理化学性破坏［11］。对超高压后的海参进行横截面SEM扫描，结果如图所示。由图1可知，海参肌肉组织呈有较多孔隙的立方体；经超高压200 MPa处理后，组织结构中出现凹陷，孔隙缩小；压力大于400 MPa处理组的海参组织几乎无孔隙，原有的立方体逐渐消失。这是由于，在超高压处理中，由于蛋白质体积缩小，形成立体结构的各种化学键切断或重新形成，破坏了原有的立体结构，蛋白质发生了变性，而正由于蛋白质的变性致使组织紧密度增大，孔隙缩小。这种结构的变化最直接地影响了海参的嫩度和色泽，我们发现随着超高压压力增大，海参的嫩度提高、色泽变浅。

2.2超高压处理对海参质构特性的影响

硬度、弹性、内聚性和咀嚼性分别反映了海参肌肉软硬程度、抗外力恢复能力、肌肉组织结合的紧密程度和“咬劲”［5］。郝梦甄等［5］的研究表明：600 MPa、

图1　超高压处理对海参组织结构的影响（5000×）Fig.1　Effect of high pressure on the microstructure of sea cucumber（5000×）

45℃条件超高压处理45 min的海参的硬度、弹性、咀嚼度均高于盐渍泡发海参，表明超高压具有改善质构特征的作用，但其未研究不同压力对海参质构的影响。故本文采用质构分析（TPA）测定不同超高压处理后海参硬度、弹性、内聚性和咀嚼性的影响。由表1可见，硬度、弹性、内聚性和咀嚼性均随着压力升高逐渐增大（p＜0.05），硬度和咀嚼性在压力为500 MPa时达到最大值，内聚性在400 MPa时达到最大，弹性在600 MPa时达到最大；若处理压力的继续增大，海参的硬度、内聚性和咀嚼性等质构指标减小。结果表明，超高压作用于海参后会提高其质构品质，但是超高压压力对质构品质间的影响不是简单的线性关系，过高的压力也会对其质构产生负面影响。一般地，肌原纤维蛋白中收缩性蛋白结构变化是导致质构变化的主要因素［12］，在较低压力（100～300 MPa）下，蛋白质出现空间构型改变、肽链解开等可逆性变化，引起溶酶体破裂，促进机体肌肉自溶和嫩化，可以提高产品的弹性和硬度等质构特性；而压力继续升高时，导致蛋白质内二硫键部分断裂和巯基含量增加，引起不可逆蛋白质变性以及压力凝固现象［13-14］。海参是高蛋白食品，由此推断，超高压引起海参质构特性的改变可能与体内蛋白质变性有关。

表1　超高压处理对海参质构特性的影响Table 1　Effect of high pressure on the textural properties of sea cucumber

2.3超高压处理对海参持水率的影响

图2　超高压处理对海参持水率的影响Fig.2　Effect of high pressure on the water holding capacity of sea cucumber

水分是海参的主成分之一，持水性能的好坏可影响产品的多汁性、嫩度及风味等。由图2可知，常压下海参的持水率为60.35%，随着处理压力的升高海参持水率持续增加，压力为500 MPa时持水率达到最大值87.97%，相比常压下的海参提高了近45%。这是因为压力导致蛋白质变性，增加蛋白质间的疏水作用，形成可供水分子穿透的紧密结构，水分渗进蛋白质中，随压力增加填充力增加，有利于水分子形成稳定的四面体氢键结构，从而影响机体的持水性能［3，12］。利用回归分析方法，对测得持水率的数据进行处理，预测当压力进一步升高（压力＞600 MPa），可能将对海参持水率产生负增长作用，结果验证了上述质构特性的变化趋势。

2.4超高压处理对海参色泽的影响

色泽对于消费者而言是最直观的指标，超高压处理可使肉制品色泽发生变化。海参分别经超高压处理后，测定海参的L*、a*、b*，结果如表2所示。超高压对色泽有显著影响，其中a*值在300 MPa压力时达到0.51，超过400 MPa后明显下降至0.33～0.31范围；L*值和b*值对压力反应敏感，随压力的增大而增加。根据实验过程中的观察，压力越大海参的色泽越浅。这与其他的超高压处理水产品的色泽变化一致，主要是超高压破坏了肌红蛋白结构，加快了其氧化速度，致使产品色泽变浅［14-15］。故在实际生产中应综合考量感官品质，确定超高压加工工艺。

表2　超高压处理对海参色泽的影响Table 2　Effect of high pressure on the colour of sea cucumber

2.5超高压处理对海参贮藏品质的影响

上述实验表明超高压压力为600 MPa时会对海参的品质产生负影响，故对贮藏品质的研究时，选取100～500 MPa。

2.5.1超高压处理对海参贮藏期微生物的影响食品中致病性微生物和腐败性微生物的存在，是影响食品保鲜及食品安全的重要因素，研究表明超高压可以抑制微生物生长和繁殖，提高食品的安全性及延长其贮藏期［16］，因此本文以海参中的菌落总数和大肠杆菌作为评定海参鲜度的微生物指标。由表3可知，未经超高处理的海参贮藏1周内就被检出活菌，第2周大肠杆菌的数量达到5 MPN/100 g；超高压作用推迟了海参存在菌落总数和大肠杆菌的被检出时间，并且压力越大海参贮藏时保持的无菌期越长。例如，当超高压压力为500 MPa时，海参于第6周时才出现活菌生长情况，大肠杆菌则在第8周才被检出。这主要是因为超高压作用于微生物时，100 MPa压力会诱导部分蛋白变性；200 MPa压力时，微生物的细胞膜及内部细胞结构受到破坏；压力超过300 MPa后，微生物体内蛋白质和酶变性；500 MPa压力可以抑制微生物蛋白质合成和减少核糖体数量，细胞膜破裂，胞内物质溶出，导致细胞死亡［16-17］。

2.5.2超高压处理对海参贮藏期蛋白质的影响研究表明［13，18-19］超高压可以明显降低肌动蛋白和肌球蛋白的热稳定性，使其在较低的温度和能量下变性；100～400 MPa蛋白表面疏水性显著增加，500～600 MPa表面疏水性增加受限；100～300 MPa压力对蛋白的二级结构影响较微，当压力达到400 MPa则明显降低蛋白的α-螺旋和β-角结构，蛋白的二级结构收到破坏；超高压引起蛋白质构象改变，疏水性蛋白相互聚集结合，导致蛋白变性或改性。

图3　超高压处理对海参贮藏期蛋白质的影响Fig.3　Effect of high pressure on the storage period protein content of sea cucumber

由图3可知，各实验组的海参在常温条件下贮藏4周后，蛋白质含量开始下降，并出现明显的自溶现象。随着超高压处理压力的升高，蛋白质在贮藏后期的下降幅度越来越小；当压力达到500 MPa时，在实验期间蛋白质含量变化小于17%。海参具有极强的自溶能力，主要是由于微生物和自溶酶的作用导致机体体壁溶解［6］。故上述的结果可能是由于较小的压力无法杀灭微生物芽孢和自溶酶活性，海参中的微生物以及自溶酶中的蛋白酶类分解自身蛋白导致蛋白质含量变化明显；较高压力下，除了机体体内微生物和自溶酶活性较低外，同时海参蛋白出现变性或改性，达到相对稳定状态。

表3　超高压处理对海参贮藏期菌落总数（cfu/g）及大肠杆菌（MPN/100 g）的影响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超高压对海参贮藏期TCA可溶性寡肽的影响由图4可知，同一压力下，海参的TCA可溶性寡肽含量随着贮藏时间的延长呈先上升后下降的趋势。相比于对照组（0.1 MPa），100、200 MPa处理后海参的初始TCA可溶性寡肽含量较高，压力大于300 MPa初始TCA值降低。随着贮藏时间的延长，各实验组海参贮藏第4周左右TCA值达到最大值，随后不断下降。当处理压力超过300 MPa，海参的可溶性寡肽在贮藏期内的变化较小，与其他实验组有显著差异。这一方面由于超高压改变了海参的结构组织，使原本包埋状态的寡肽溶出，增加了寡肽的溶出量；另一方面，蛋白酶和微生物的双重作用使得海参内蛋白质开始分解，短期内使TCA可溶性寡肽值上升。而随着贮藏时间的延长，溶出的寡肽又被肽酶和微生物等分解利用从而使其含量降低。而压力大于300 MPa后，海参体内的蛋白质稳定性相对较高，微生物和自溶酶的活性受到较高的抑制，贮藏后期蛋白质的分解率下降，从而使得贮藏期内海参可溶性寡肽的降幅较小。

图4　超高压处理对海参贮藏期TCA可溶性寡肽的影响Fig.4　Effect of high pressure on the storage period TCA solubleoligopeptide content of sea cucumber

2.5.4超高压处理对海参贮藏期pH的影响由图5可知，同一压力作用下的海参随着贮藏时间的延长，pH逐渐下降至6.0左右，这是由于微生物分解利用营养物质产生酸性代谢物所致。不同压力处理后的海参起始pH范围为7.89～8.67，海参的pH随压力的升高略有增大，但波动幅度较小。因为pH主要是由物料中的氢离子和氢氧根离子的浓度决定。超高压对小分子化合物没有影响，因此处理后海参的pH并无较大变化。但超高压能抑制酶活性、杀灭微生物，从而减少酶分解物料产生酸碱性物质和微生物消化代谢物的量，使保藏期内海参pH维持在较稳定的范围内。故而超高压压力超过300 MPa条件下，能较好地控制pH的变化。

图5　超高压处理对海参贮藏期pH的影响Fig.5　Effect of high pressure on the pH of sea cucumber

3　结论

研究结果显示，不同的超高压压力可以改变海参肌肉组织结构，使其组织密度变大，孔隙变小，影响海参的口感和外观色泽。表现为：在0～600 MPa时，海参的质构和持水性呈现先升后降的趋势，海参的色泽随着压力的增大变浅。随超高压处理压力的升高，海参产品的微生物残存量变少，从而延长产品的货架期；同时，可以降低贮藏期间海参体内营养物质（蛋白质和TCA可溶性寡肽）的损耗，有效控制产品的pH变化。研究结果提示，一定的超高压条件（如500 MPa压力）可以改善海参品质，超高压在即食海参的开发领域中具有较高的潜在应用价值。

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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

郑明静（1990-），女，硕士研究生，主要从事食品高新技术方面的研究，E-mail：413442329@qq.com。

曾绍校（1980-），男，博士，副教授，主要从事食品高新技术方面的研究，E-mail：zsxfst@163.com。

福建自然科学基金资助项目（2014J01080）。