刺參自溶過程中水分變化規(guī)律的研究

儀淑敏，王雪琦，紀曉林，李學(xué)鵬，勵建榮，* ，李鈺金

(1.渤海大學(xué)食品科學(xué)研究院，渤海大學(xué)化學(xué)化工與食品安全學(xué)院，遼寧錦州121013;2.泰祥集團山東海洋食品營養(yǎng)研究院，山東榮成264300)

海參(Acaudina molpadioidea)為棘皮動物門(Echinodermata)海參綱(Hothuridea)循手目(Aspidochirot)的軟體動物［1］。其中，刺參(Stichopus japonicus)具有極高的營養(yǎng)價值和藥用價值，有抗腫瘤、抗疲勞、提高免疫力、抗真菌、降血脂等作用［2－5］，目前已成為我國最重要的人工養(yǎng)殖經(jīng)濟品種之一，也是目前市場最暢銷、經(jīng)濟效益最顯著的水產(chǎn)品之一。近幾年關(guān)于刺參的生物活性物質(zhì)的研究越來越深入，但對刺參的大量研究主要集中于營養(yǎng)成分方面的分析［6－8］，而鮮刺參由于含有大量的自溶酶而使其能在一定的條件下水解［9］，長途運輸可減重80%，因運輸和儲存困難，內(nèi)陸人很難吃到鮮活刺參，所以一般將刺參等制作成干參或鹽漬參，但是大量營養(yǎng)物質(zhì)和生物活性成分在加工過程中流失［10－11］。有研究表明在對復(fù)水干海參的水分含量、分布及狀態(tài)變化研究中發(fā)現(xiàn)隨著復(fù)水時間延長，海參體內(nèi)自由水、不易流動水含量增加，水分自由度增加［12］。目前，國內(nèi)外關(guān)于水分分布狀態(tài)對鮮刺參等物化特性影響的研究較少。本文研究了鮮刺參自溶過程中水分變化規(guī)律，運用低場核磁測刺參含水性具有無損、快速的優(yōu)點，可實時監(jiān)測刺參自溶過程的水分變化，可為刺參生鮮加工和貯運提供一種新的探索思路。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

刺參 購自錦州福清海鮮空運行。

1.2 實驗設(shè)備

核磁共振成像儀 NMI20，上海紐邁電子科技有限公司;電熱干燥箱:DHG－9055A 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;電子天平 MS105DV，梅特勒－托利多儀器(上海)有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 刺參的預(yù)處理 取刺參用刀從腹部劃開，取內(nèi)臟，倒出刺參體內(nèi)水分，將刺參置于干凈的燒杯中。將刺參切成細條狀，然后切碎，用濾紙擦干刺參表面的水分備用。

1.3.2 水分含量的測定 參考國標GB5009.3－2010。

1.3.3 水分分布變化 將處理好的樣品刺參放入核磁管中，每隔3h測一次，每次6組平行。核磁共振成像儀:線圈直徑15mm，頻率22.913MHz，溫度控制在(32±0.01)℃范圍。利用 Carr－Purcell－Meiboom－Gill(CPMG)脈沖序列測定刺參的自旋－自旋弛豫時間 T2，參數(shù):TD=700156，τ(us)=350，NS=8，EchoCnt=10000。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)采用MultiExplny Analysis軟件進行反演，此軟件使用綜合迭代法算法，結(jié)果為離散型與連續(xù)性相結(jié)合的T2譜，得到相應(yīng)數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 室溫下刺參自溶48h過程中水分含量的變化

刺參具有極強的自溶能力，在受到外界物理因素、化學(xué)因素和生理因素等刺激后，會出現(xiàn)吐腸和體壁軟化的現(xiàn)象［13］。由圖1可以看出，刺參在自溶過程中水分含量由開始的90.60%逐漸上升至94.60%，說明刺參在自溶過程中水分含量不斷增加，刺參中液體含量增大，固形物含量減少可能是由于其中的蛋白質(zhì)、脂肪等被刺參中的一些自溶酶分解產(chǎn)生了一些水分。

圖1 刺參自溶48h過程中水分含量的變化Fig.1 The change of the moisture content of stichopus japonicus in the process of autolysis

2.2 刺參水分分布變化

由圖2可以知道，刺參自溶過程中H質(zhì)子的弛豫時間分布可以表明在刺參組織中存在3個水分群，弛豫時間越短說明水分與底物結(jié)合越緊密，弛豫時間越長說明水分越自由［14］。T2分為 T21(0～15ms)、T22(16～160ms)、T23(300～620ms)分別對應(yīng)刺參中的結(jié)合水、不易流動水、自由水，從而可以用低場核磁共振研究刺參中水分的分布和流動。

圖2 刺參T2反演圖譜Fig.2 The inversion map of T2in stichopus japonicus

2.2.1 弛豫時間T21峰值變化 刺參自溶48h過程中核磁共振T21(0～15ms)變化如圖3所示，弛豫時間T21的水分代表的是與蛋白質(zhì)等氨基、羰基以氫鍵相結(jié)合的單層水［15］。結(jié)合水的冰點很低，在－40℃，不易解離和蒸發(fā)［16］，并不易受蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和電荷變化的影響，因此對水分子的遷移影響不大。這部分水由圖3中可以看出一直不斷減少，可能是因為刺參在自溶過程中自身的組織結(jié)構(gòu)遭到了破壞，水分逐漸掙脫原有束縛向外部遷移，所以結(jié)合力減弱，含量逐漸減少［15］。前12h下降速度快，峰比例的0.12%降至0.06%，后 12h下降速度平緩，由 0.06%至0.05%，最后24h峰比例由0.05%降至0.01%?？赡苁且驗閯傞_始刺參自溶反應(yīng)較快，后期自溶酶逐漸失活導(dǎo)致反應(yīng)速度減慢。

圖3 刺參自溶48h過程中核磁共振T21變化Fig.3 The change of the proportion of T21 in stichopus japonicus in the process of autolysis

2.2.2 弛豫時間T22峰值變化 刺參自溶48h過程中核磁共振T22(16～160ms)變化如圖4所示，T22是位于高度組織化蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水(含肌原纖維蛋白的F－肌動蛋白/肌球蛋白與肌動球蛋白之間)即不易流動的水［16］，范圍為16～160ms。在刺參自溶過程中保持在0.29%～0.94%之間，能溶解鹽類及其他物質(zhì)，在0℃或稍低溫度下結(jié)冰，通常情況下水分子的分布狀態(tài)與遷移性質(zhì)主要由這部分水決定。T22整體呈下降的趨勢，且分別在 6、24、30、36、45h 時由上升趨勢變?yōu)橄陆第厔荩?5、27、33、42h時由下降趨勢變?yōu)樯仙厔荩砻麟S著放置時間的延長，在自溶酶的作用下，疏松多孔結(jié)構(gòu)被破壞，使得束縛水存在的微觀結(jié)構(gòu)遭到破壞，造成空隙體積的縮小，引起水分的遷移，使得不易流動的水向自由水移動［17］，使T22值減少。李偉妮在冷藏山羊肉品質(zhì)變化中發(fā)現(xiàn)，T22與總水分相對含量隨著冷藏時間的變化呈下降趨勢，并且T2值與羊肉的品質(zhì)變化有顯著的相關(guān)性，結(jié)果表明NMR技術(shù)能夠很好地表征山羊肉冷藏期間有關(guān)水分及品質(zhì)變化情況［18］。

圖4 刺參自溶48h過程中核磁共振T22變化Fig.4 The change of the proportion of T22 in stichopus japonicus in the process of autolysis

2.2.3 弛豫時間T23峰值變化 刺參自溶48h過程中核磁共振T23(300～620ms)變化如圖5所示，T23是刺參結(jié)構(gòu)內(nèi)部的自由水，范圍是300～620ms，自由水是存在于細胞外間隙中的水分。由圖5可知，刺參在室溫條件下，隨自溶時間的增加自由水含量不斷增加，當至21h時達到最高點，峰比例由開始時的92.60%增至 99.14%，然后逐漸減少，峰比例由99.14%降至95.38%?？赡苁且驗榇虆⒆匀苁棺陨淼慕M織結(jié)構(gòu)遭到破壞，使空隙體積減少，使不易流動的水向自由水移動，造成 T23的值增加［17］。另一方面，由于水分的蒸發(fā)作用，使測量的自由水含量在達到最高點后逐漸減少。Bertram［19］對豬肉和牛肉在貯藏過程中水分的遷移情況進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)而隨著凍藏時間延長，肉中的自由水的含量也明顯增多。

圖5 刺參自溶48h過程中核磁共振T23變化Fig.5 The change of the proportion of T23 in sea cucumber in the process of autolysis

2.2.4 弛豫時間T2變化 圖6為刺參弛豫時間T21(0～15ms)，T22(16～160ms)，T23(300～620ms)隨著自溶時間的變化，結(jié)果表明隨著刺參的自溶，T21，T22，T23為波浪式變化，但整體上仍呈上升趨勢，也就是說，刺參自溶的過程中，結(jié)合水和不易流動的水的弛豫時間均延長，二者逐漸向自由水轉(zhuǎn)變，使得自由水的弛豫時間呈上升的趨勢。原因可能是刺參在自溶酶的作用下，刺參自身的結(jié)果遭到破壞，引起水分遷移，結(jié)合水和不易流動的水存在的微觀結(jié)構(gòu)遭到破壞，使得這兩部分水向自由水轉(zhuǎn)變。海參自溶過程中會有總糖的溶出，但是刺參自溶過程中的總糖的溶出基本不受溫度變化的影響，且自溶酶的最高活性在50℃左右［20］。本文雖然在32℃下進行實驗，而室溫25℃左右，但由于內(nèi)臟已去除，可能對刺參體壁中的自溶酶活性的影響不大。鮮刺參由于含有大量的自溶酶而使其能在一定的條件下水解，因此導(dǎo)致運輸和儲存困難，內(nèi)陸人很難吃到鮮活刺參，如若將刺參等制作成干參或鹽漬參，使得大量營養(yǎng)物質(zhì)和生物活性成分流失，本文通過NMR對刺參自溶過程中的水分變化的研究，獲得更詳盡的水分信息，以便在貯藏和運輸中，更快速、準確的進行水分動態(tài)的監(jiān)測，并根據(jù)水分的變化來鑒定刺參的自溶程度，從而更好的防止由于刺參的自溶所帶來的的經(jīng)濟損失。

圖6 刺參自溶48h過程中核磁共振弛豫時間T2變化Fig.6 The change of T2of stichopus japonicus in the process of autolysis

3 結(jié)論

運用低場核磁測刺參含水性具有無損、快速的優(yōu)點，可實時監(jiān)測刺參自溶過程的水分變化，為刺參生鮮加工和貯運提供一種新的探索思路。

刺參在自溶過程中的水分可分為結(jié)合水(T21)、不易流動水(T22)、自由水(T23)3種流動性不同的水。隨著時間的延長，刺參在自溶過程中自由水(T23)含量先增加，然后由于水分的蒸發(fā)后緩慢下降，結(jié)合水(T21)含量不斷下降，由開始時的峰比例0.12%降至0.01%，不易流動的水(T22)呈波浪形，無明顯變化規(guī)律，刺參中的水分的橫向弛豫時間(T21、T22和T23)呈波浪式變化，但整體呈上升趨勢，同時刺參中的水分含量則從90.60%增加到94.60%。

［1］譚國福，劉佳仟，吳德剛，等.海參的加工及產(chǎn)品質(zhì)量［J］.食品與藥品，2007，9(10):69－71.

［2］周湘盈，徐貴發(fā).東海刺海參凍干粉對荷瘤小鼠的抑瘤作用及其免疫指標的影響［J］.衛(wèi)生研究，2008，37(1):30－32.

［3］Yuan ZH，Ba LF，Zun LY，et al.Antihypertensive effect and purification of an ACE inhibitory peptide from sea cucumber gelatin hydrolysate［J］.Process Biochemistry，2007，42(12):1586－1591.

［4］Shen H，Chen J，Li H，et al.Progress of studies on the culture techniques of Sea Cucumber worldwide［J］.Hebei Fisheries，2007，(6):3－5.

［5］劉小芳，薛長湖，王玉明.乳山刺參體壁和內(nèi)臟營養(yǎng)成分比較分析［J］.水產(chǎn)學(xué)報，2011，35(4):587－594.

［6］王哲平，劉淇，曹榮，等.野生與養(yǎng)殖刺參營養(yǎng)成分的比較分析［J］.南方水產(chǎn)科學(xué)，2012，8(2):64－70.

［7］袁文鵬，劉昌衡，王小軍，等.仿刺參不同部位營養(yǎng)成分的分析及綜合評價［J］.食品工業(yè)科技，2010，31(5):348－350.

［8］王永輝，李培兵，李天，等.刺參的營養(yǎng)成分分析［J］.氨基酸和生物資源，2010，32(4):35－37.

［9］譚國福，梁陳長生，劉佳仟.海參的加工及產(chǎn)品質(zhì)量［J］.食品與藥品，2007，9(10):69－72..

［10］夏遠景，劉志軍，李寧.超高壓處理對海參自溶酶活性影響的研究［J］.高壓物理學(xué)報，2009，23(5):377－384.

［11］Zhu BW，Han B.Characterization and purification of Holothurians autoenzyme［J］.Food and Fermentation Indus－tries，2004，30(4):132－137.

［12］張文杰，薛長湖，叢海花，等.低場核磁共振及成像技術(shù)對海參復(fù)水過程水分狀態(tài)變化的研究［J］.食品工業(yè)科技，2012，33(23):90－93.

［13］鄭杰，吳海濤，董秀，萍，等.基于主要化學(xué)成分變化建立的海參自溶評價指標［J］.大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，20(6):391－395.

［14］姜曉文，韓劍眾.生鮮豬肉持水性的核磁共振研究［J］.食品工業(yè)科技，2009，30(7):128－131.

［15］成昕，張錦勝，錢菲等.核磁共振技術(shù)研究普通玉米淀粉與玉米抗性淀粉對肉糜持水性的影響［J］.食品科學(xué)，2011，32(7):21－24.

［16］夏天蘭，劉登勇，徐幸蓮，等.低場核磁共振技術(shù)在肉與肉制品水分測定及其相關(guān)品質(zhì)特性中的應(yīng)用［J］.食品科學(xué)，2011，32(21):253－256.

［17］崔宏博，宿瑋，薛長湖.冷凍干燥南美對蝦貯藏過程中各種變化之間的相關(guān)性研究［J］.中國食品學(xué)報，2012，12(1):141－146.

［18］李偉妮，韓劍眾.冷藏山羊肉品質(zhì)變化的核磁共振研究［J］.食品工業(yè)科技，2010，31(1):125－127.

［19］Bertram HC.NMR relaxometry and differential scanning calorimetry during meat cooking［J］.Meat Science，2006，74(4):684－689.

［20］鄭杰.海參自溶過程中生化變化及抗氧化活性寡膚的研究［D］.鎮(zhèn)江:江蘇大學(xué)，2012.