海参内脏精深加工难点与对策

刘文亮，周永波,2，曾荣急，单勇军，黄世英，李 健,2,

（1.集美大学海洋食品与生物工程学院，福建厦门 361021；2.福建省海洋功能食品工程技术研究中心，福建厦门 361021；3.大洲新燕（厦门）生物科技有限公司，福建厦门 361006）

我国是海参养殖和消费大国，根据历年中国渔业统计年鉴公布，2010 年～2021 年全国海参养殖面积保持增长趋势，2021 年养殖面积达到371.1 万亩（图1），海参总产量达到22.27 万吨，山东、辽宁和福建仍为其主要产区，海参产业全产业链产值已经突破1000 亿元。海参（Stichopus japonicus）属于棘皮动物门、海参纲，是一种海洋无脊椎动物，广泛分布于世界各地的底栖区和深海[1]。海参被公认为是一种补药和传统药物，除了富含氨基酸、脂肪酸和微量元素等成分之外[2-3]，还含有多糖、蛋白质、皂苷等多种生物活性物质[4-5]。已有研究证明，海参在抗肿瘤[6]、抗凝血[7]、抗氧化[8]、增强免疫力[9]等方面具有显著的作用。然而，在海参深加工过程中，海参内脏往往作为加工副产物而被随意处理，在对海参内脏营养成分的深入研究上还有很大的空白，并且缺乏对海参内脏的回收加工，从而造成严重的资源浪费和环境污染。

图1 海参养殖面积与产量（2010～2021 年）Fig.1 Cultivation area and yield of sea cucumber (2010～2021)

目前，国内外在海参内脏精深加工方面的研究较少，张永勤等[10]对海参内脏的主要结构、组成及其生物活性成分等进行了综述和回顾，阐明了海参内脏综合利用的可行性。同时，杨兰苹等[11]也报道了相关的研究进展，比较系统的阐述了海参内脏的化学成分、功能活性等，并且对相关活性成分的提取与纯化进行了系统的介绍，为海参内脏相关食品、保健品的研究与开发提供了理论依据。另外，李天骄等[12]采用超临界CO2萃取装置对海星内脏油进行萃取，表明海星内脏油具有明显体外抗肝癌及结直肠癌作用，此研究为我们对海参内脏相关方面的加工利用提供了新的参考。本文对海参肠、卵、精、生殖腺及海参内脏的化学成分和功能活性成分的提取加工（图2）进行了详细的论述，并且简要概述了海参内脏的脱腥方法。同时，本文从论文、授权专利和保健食品等方面对海参内脏酶解、活性成分的提取与纯化以及产品加工等方向进行了介绍，为海参内脏成分的利用以及相关功能食品和药物的开发与研究提供了依据。

图2 海参内脏精深加工技术图Fig.2 Deep processing technology of sea cucumber viscera

1 海参肠化学组分及应用

1.1 化学组分

海参肠的主要化学组分为蛋白质、脂肪、多糖和皂苷，还含有少量的酚类、黄酮类化合物和一些微量元素[13-14]，蛋白质、脂肪、多糖和皂苷的含量分别可达到11.36%±0.31%、1.93%±0.15%、0.92%±0.09%和1.03%±0.06%，其中蛋白质、脂肪和皂苷含量明显高于体壁。此外，研究发现海参肠中的总酚（236 mg/100 g）和总类黄酮（44.1 mg/100 g）含量均高于体壁，并且主要以肉桂酸、原儿茶酸和对香豆酸等酚类化合物为主。参肠中必需氨基酸的含量显著高于体壁中氨基酸的含量，其中EAA/TAA 为37.77%，比体壁更接近于蛋白质理想模式，并且在参肠中检测到海参体壁中未发现的牛磺酸，其含量为2.3 g/100 g（干重），不过参肠中羟脯氨酸的含量近乎为零[15]。海参肠中营养成分的极大丰富，在深加工和开发营养产品方面具有很大的潜能。

1.2 功能活性及加工方向

海参肠中含有丰富的蛋白质组分，曹荣等[16]采用中性蛋白酶与木瓜蛋白酶复配的形式，将刺参肠进行酶解，经过离心浓缩、过滤、冷冻干燥后得到刺参肠多肽，并测定多肽的水解度和抗氧化活性，结果显示刺参肠多肽的水解度可达到53.63%，其中可溶性蛋白质量浓度为4.62 mg/mL，清除DPPH·、·OH、·的IC50分别可达到3.31、9.53、6.4 mg/mL，体外抗氧化效果显著。Esther 等[17]采用热水提取法提取海参肠多糖，多糖的平均得率可达到4.43%±0.17%，平均分子量为4.91×106Da，探究其理化性质发现海参多糖为均质多糖，主要由甘露糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖和岩藻糖组成。海参肠冻干粉在肥胖和相关代谢紊乱方面同样具有显著作用，Surendiran等[18]以C57BL/6 为动物模型，通过对高脂肪饮食（high fat diet,HFD）小鼠喂食海参肠冻干粉，持续喂养12 周后，结果发现，喂食富含海参肠冻干粉的HFD 小鼠显著减少了体重和脂肪重量的增加，并且显著降低了HFD 小鼠血浆葡萄糖、总胆固醇、三酰甘油、非酯化脂肪酸的水平，同时增加了粪便胆固醇的排泄以及ABCG-5 和-8 基因表达水平。此外，刺参肠中还含有多种内源酶，采用明胶酶谱法检测到刺参肠中胶原蛋白酶的活性，发现刺参肠中具有能够降解体壁胶原蛋白的内源酶，并且在自溶中发挥重要作用[19]。酶解和浸提作为一种有效的加工策略，海参肠及海参多肽在抗氧化和抗肥胖等方面具有显著作用。并且研究认为海参多糖具有抗凝血、抗肿瘤等多种生物活性，拥有很高的开发和应用价值[20]。

2 海参卵化学组分及应用

2.1 化学组分

海参卵营养均衡，具有较高含量的粗蛋白和粗多糖，分别可达到51.80 和26.98 g/100 g，粗脂肪含量可达到10.18 g/100 g 左右，多以磷脂的形式存在。氨基酸总量与必需氨基酸总量分别为354.6和180.03 mg/g，其中Glu、Asp、Leu 和Lys 含量较高。不饱和脂肪酸含量可达到73.22 g/100 g，EPA 和DHA 含量丰富，并且含有多种矿质元素，如Ca、Zn等[21-22]。海参卵营养素种类齐全、含量均衡，具有开发高品质营养品的潜在价值。

2.2 功能活性及加工方向

潘芸芸等[23]在参卵酶解液中加入0.3%乳酸菌进行发酵，将发酵液进行喷雾干燥成粉，进行条件优化后所得到的肽粉蛋白含量可达到12.5 g/100 g，集粉率可达68.69%，所制备的海参卵肽粉色泽呈淡黄色，组织细腻均匀，无腥味异味，溶解性好。仿刺参卵多肽具有增强免疫力的功能，利用木瓜蛋白酶酶解后进行超滤、分离纯化，得到粗蛋白含量为64.74 g/100 g，分子质量在130～1600 Da 的多肽组分。对小鼠口服灌胃不同剂量的多肽，30 d 后，小鼠的细胞免疫功能和单核-巨噬细胞吞噬功能显著提高，并且多肽对小鼠淋巴细胞增殖能力同样具有促进作用[24]。刘昕等[25]向仿刺参卵中加入木瓜蛋白酶进行酶解，取酶解液上清进行超滤、加入95%乙醇进行醇沉后分离纯化得到3 种不同多糖组分SPS-1、SPS-2、SPS-3，其多糖结构中存在α-糖苷键，且3 种多糖组分对人宫颈癌细胞HeLa、人胃癌细胞HGC-27 均表现出一定的抑制作用，其中SPS-1 抑制作用最强，并且对人宫颈癌细胞HeLa 和人胃癌细胞HGC-27 细胞的最高抑制率分别为98.04%、99.4%。以海参内源酶自溶海参卵，先以混合蛋白酶（木瓜蛋白酶:复合蛋白酶=1:1）酶解4 h，煮沸灭酶后添加风味蛋白酶酶解1 h 得到的海参多肽水解度达到77.11%，经过超滤得到分子质量<650 Da、650 Da～1 kDa、1～10 kDa 的多肽均具有抗氧化活性和增殖巨噬细胞数量的能力[22]。将海参卵进行酶解作为一种常用的加工方法，其多肽具有增强免疫力、抗氧化活性好等优点，并且多糖组分在抗肿瘤方面具有显著的优势，或许酶解将成为一种有力的加工手段。

3 海参精化学组分及应用

3.1 化学组分

海参精是海参的雄性生殖腺组织，富含蛋白质、多糖、多种活性物质，营养成分丰富，其粗蛋白和粗脂肪含量分别可达到74.31 g/100 g 和4.26 g/100 g，粗多糖含量为9.93 g/100 g。氨基酸总量与必需氨基酸总量分别为550.89 和257.25 mg/g，不饱和脂肪酸含量可达到62.61 g/100 g，并且含有丰富的Mg、Fe、Ca、Zn 等微量元素[21,26]。海参精含有多种营养素，尽管其含量不够均衡，但在高值产品开发与利用方面仍不容小觑。

3.2 功能活性及加工方向

以木瓜、复合、风味蛋白酶为工具酶，研究多酶复配酶解海参精多肽的自由基清除活性，发现木瓜蛋白酶水解产物水解度为32.14%，体外抗氧化活性表现最优异[26]。利用木瓜蛋白酶酶解、超滤后得到三个多肽组分，发现分子质量<1 kDa 的多肽对DPPH·、·OH、·的清除能力最强，其清除率IC50值分别可达到4.92、5.14、15.29 mg/mL，具有很强的浓度依赖性，并且多肽中疏水性氨基酸和酸性氨基酸比例均较高,具有极佳的耐盐性和热稳定性。通过构建细胞模型发现，多肽对H2O2损伤的RAW 264.7 巨噬细胞均体现出显著的保护作用（P<0.05）[27-28]。张健等[29]利用木瓜蛋白酶对海参精进行酶解，经过超滤、纯化后，选择清除·OH 能力较好的低分子质量多肽组分，以低、中、高剂量组（100、200、600 mg/kg）、模型对照组和空白对照组进行42 d 小鼠灌胃实验，结果发现，高剂量多肽组小鼠体内超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活力显著提高（P<0.05），谷胱甘肽（glutathione，GSH）的含量极显著提高（P<0.01），谷胱甘肽过氧化物氧化酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）的活力也呈现剂量依赖性，丙二醛和蛋白质羰基的含量得到有效降低。以木瓜蛋白酶为工具酶，酶解液超滤后加入同体积95%乙醇得到海参精粗多糖，其多糖得率为10.64%，进一步进行分离纯化得到5 种多糖组分SCSCP、SCSPA1、SCSPA2、SCSPB1、SCSPB2，对人宫颈癌细胞Hela 和HepG2 肿瘤细胞均具有良好的抑制作用，并且对DPPH·、·OH和·均显示出不同程度的体外清除能力，其中SCSPB2效果最好[30]。经过实验证明，木瓜蛋白酶处理后得到的多肽具有很好的抗氧化能力，并且显著优于其他蛋白酶处理后得到的多肽，而且低分子质量多肽组分的抗氧化能力高于其他组分。在加工前处理方面，木瓜蛋白酶或许可成为优选工具。

4 海参生殖腺化学组分及应用

4.1 化学组分

海参生殖腺富含优质蛋白，含有多糖、皂苷、活性脂质、酚类和黄酮类物质等多种活性组分，并且含有大量游离氨基酸，其中Glu 含量最高。脂肪和脂肪酸在生殖腺中含量较低，其中不饱和脂肪酸所占比例最高，可达62%～74%[11,21,31]。

4.2 功能活性及加工方向

海参生殖腺酶解多肽具有抗氧化作用，选用Protomax 复合蛋白酶对海参生殖腺进行酶解，所获得的多肽·OH、·抑制率均大于0.1 mg/mL 的维生素C 溶液，FRAR 值也大于0.1 mg/mL 的维生素C 溶液，其抗氧化效果显著[32]。Zhong 等[33]利用商业复合蛋白酶制备出具有血管紧张素转换酶（ACE）抑制活性的生物活性肽，从中纯化并鉴定出EIYR、LF 和NAPHMR，发现NAPHMR 抑制ACE 的活性最高并且IC50可达到260.22±3.71 μmol/L。通过分子对接研究，NAPHMR 中的Arg、His、和Asn 残基通过氢键或π-键与ACE 的S2 口袋或Zn2+结合，从而达到抑制ACE 活性的目的。并且发现，其酶解后游离氨基酸中谷氨酸、甘氨酸和丙氨酸含量增加，以二甲基硫醚为代表的腥味物质含量显著降低[34]。酶解后，多肽具有很好的抗氧化效果和多种生物活性，并且可以有效降低其腥味。

海参生殖腺还可以增强其免疫活性，钟静诗等[35]采用60%的乙醇冷浸提取、正丁醇萃取的方法制得海参雌性生殖腺皂苷，发现生殖腺皂苷可以提高小鼠体外巨噬细胞吞噬能力，促进TNF-α、IL-6、IFN-γ的分泌。并且显著提高免疫低下模型小鼠胸腺、脾脏指数、碳廓清指数和吞噬指数，显著增强腹腔巨噬细胞和脾细胞增殖活性、NK 细胞的活性和CD4+/CD8+水平，促进TNF-α、IL-6、IFN-γ的分泌，表现出很好的增强免疫的活性。Wang 等[36]用木瓜蛋白酶和Protamex 酶混合酶解海参性腺（蛋白酶/底物为1%），将酶解物离心后取上清、冻干得到海参性腺水解物（SCGH），SCGH 主要由分子量小于3 kDa 的多肽组成，并且Glu、Gly、Asp、Arg、Pro 和Ala 含量较高。通过对链脲霉素联合高脂饮食诱导的Ⅱ型糖尿病大鼠模型喂食SCGH，发现SCGH 可以显著降低大鼠摄水量、空腹血糖水平和糖化血红蛋白水平，并且其口服糖耐量、胰岛素抵抗和血脂水平得到改善。同时，机制研究表明，SCGH 是通过激活IRS/Akt 信号通路和AMPK 信号通路来改善糖代谢和脂质代谢，说明海参生殖腺水解物对Ⅱ型糖尿病同样可以起到改善作用。

5 海参内脏功能活性及加工方向

海参内脏中含有丰富的多肽，陶海英等[37]利用菠萝蛋白酶和胰蛋白酶复配（加酶量8000 U/g，酶活力配比为1:3）的形式得到内脏蛋白酶解物，随后给小鼠颈背部皮下注射D-半乳糖建立衰老模型，然后对小鼠进行内脏蛋白酶解物灌胃给药42 d 后发现，灌胃内脏蛋白酶解物可显著提高小鼠肝脏和心脏中SOD 和GSH-Px 活力，并显著降低丙二醛含量（P<0.05），说明一定程度上可以提高D-半乳糖致衰老模型小鼠的抗氧化能力。以碱性蛋白酶[38]或胰蛋白酶[39]为工具酶，可以得到具有ACE 抑制活性和抗氧化活性的活性肽，其ACE 抑制活性、DPPH·清除率和Fe2+螯合能力IC50分别可达到1.7、3.8 和1.6 mg/mL。另外，采用超声波辅助碱法[40]提取海参内脏多肽的蛋白提取率可到达84.53%。杨东达[41]利用木瓜蛋白酶酶解海参内脏，经过95%乙醇溶液醇沉获得海参内脏粗多糖，平均得率可达4.90%。其中组分SCVP-1 可以通过MAPKs 和NF-κB 信号转导通路激活巨噬细从而提高巨噬细胞的吞噬作用，发现TLR4 受体是SCVP-1 激活巨噬细胞的作用靶点；SCVP-2 通过调控MAPKs 和NF-κB 信号转导通路影响炎症细胞因子的过量释放。通过对环磷酰胺致免疫低下小鼠喂食SCVP-1 发现，SCVP-1 能够显著提升小鼠免疫脏器指数，并且有效促进小鼠溶血素抗体的生成以及小鼠血清IL-2、IL-4 和IFN-γ的分泌水平，具有很好的免疫增强活性。

Kwon 等[42]将海参内脏冻干后磨成粉末，通过水萃取得到水溶液提取物，并且发现水溶液提取物可以减低黑色素细胞中的黑色素含量，可能是通过酪氨酸酶的酶抑制发挥作用。通过人体皮肤体外模型发现，水溶液提取物可以显著增强Ⅳ型胶原蛋白和Ki-67 的表达，下调MMP-9 的表达水平，从而促进胶原蛋白的合成。海参内脏中含有丰富的皂苷成分，Bahrami 等[43]利用70%乙醇浸提从海参内脏中至少发现了39 种结构多样性较高的新皂苷，另有36 种含有不同苷元和糖基的三萜苷，具有潜在的生物活性。酶解是一种海参内脏加工处理的有效手段，辅助其他方法可以得到多种功能活性成分，具有广阔的应用空间。

6 脱腥方法

目前，海参加工过程中针对脱腥的研究方法较少，陈增鑫等[44]以海参肠、卵酶解液为原料，采用生姜掩盖法、活性炭吸附法、大孔树脂吸附法、酵母发酵法和乳酸菌发酵法进行脱腥处理，利用电子舌、电子鼻等进行脱腥效果分析，发现乳酸菌发酵法的脱腥效果较好，腥味值较低，且庚醛、反,顺-2,6-壬二烯醛等腥味物质显著降低，刺激性气味减少，可以有效减少腥味物质。并且，汪韬等[45]通过分析表明，海参经过乳酸菌发酵后不愉快气味的挥发性化合物种类减少，愉快气味的挥发性化合物由18 种增加到33 种，其富含乳酸菌的海参肽冻干粉无腥味且具有发酵产生的良好风味。酶解后，其腥味物质含量显著降低[34]，经过发酵可以进一步达到脱腥的目的。

7 海参内脏产品开发方向

本文对现有海参内脏成分的加工应用及产品开发等相关研究进行了归纳，统计得到论文和授权专利共107 篇。经过统计分析发现（图3），目前针对海参肠、海参内脏和海参卵的相关研究占较大部分，分别占比36%、28%和18%。并且，研究主要集中于海参多肽的加工应用、内源酶的筛选和多糖的提取纯化，在脂质的提取及皂苷的分离纯化等方面研究较少。已有研究表明，脂质和皂苷作为海参的重要功能成分，在保肝[46]、抗肥胖[47]和调节代谢紊乱[48]等方面发挥重要作用，具有很好的开发潜力。

图3 海参内脏组成成分加工应用所占比例（a）和海参内脏加工方向所占比例（b）Fig.3 The proportion of processing and application of each component of sea cucumber viscera (a) and the proportion of viscera processing direction of sea cucumber (b)

目前，针对海参加工副产物的开发主要基于对多肽、多糖或海参提取物等活性物质的利用，以口服液、肽粉、胶囊等形式存在（表1）。并且，在保健食品方面（表2），已有大量含有海参相关成分的保健食品上市。海参内脏成分经过酶解技术的加工和营养物质的提取，得到更易于人体吸收小分子活性肽和活性成分，然后利用提取到的活性肽组分添加枸杞、人参等制取的天然植物提取液，从而制得具有抗衰老、抗肿瘤、增强免疫力等功效的功能产品。

表1 以海参内脏为基础原料的授权专利Table 1 Authorized patent for raw material based on sea cucumber viscera

表2 以海参为原料的保健食品Table 2 Health food with sea cucumber as raw material

8 结论与展望

如今，海洋天然产物被认为是药物开发化合物的主要来源之一。海参是具有制药价值的天然产品的潜在来源[71]。其中，海参内脏富含多种营养物质及活性成分，显示出开发新型食品和应用于生物医学领域的巨大潜力。海参内脏中蛋白质含量丰富，其多肽成分的获取大多为利用蛋白酶进行酶解[72-73]，并且酶解产物普遍拥有抗氧化[74]、抗炎[75]、增强免疫力等功效，为相关功能食品的研究与开发提供了依据。多糖和皂苷等功能成分由于提取条件的不同，其结构和活性有所区别[76-77]，其抗肿瘤[78]、抗炎等功能为未来药物研发提供了可能。

目前，针对海参内脏的开发利用主要集中于海参肠、卵等，在海参多肽的加工应用及内源酶的筛选等方面占较大比例，并且针对海参内脏产品的开发利用在相关授权专利和保健产品中已有部分应用，为未来海参内脏的开发初步指明了方向。海参加工脱腥工艺主要集中于物理、化学和微生物发酵[44,79]，相关的研究较少、方法较为单一。其中利用微生物进行发酵的方法取得了较为有效的效果，但仍存在局限性，采用联合脱腥[80]的方法可以满足海参加工产品对脱腥方面的要求。因此，多种方法的联合脱腥将成为潜在方向和主流趋势。在活性开发方面，海参加工副产物的利用更多趋向于对海参内脏酶解产物或者提取物的利用，对其具体活性成分的了解较少，很难进行有效的靶向定位。加强对海参内脏加工利用的深入研究，解决精深加工难题，以药物为导向进一步开发海参内脏的活性成分，对其结构和功效成分进行深入研究，从而实现海参内脏目标营养成分及活性物质的精准利用。