微波加熱結(jié)合真空冷水浸泡對海參水發(fā)效果的影響

杜婕妤，管 娟，湯海青，歐昌榮，曹錦軒，李成華

微波加熱結(jié)合真空冷水浸泡對海參水發(fā)效果的影響

杜婕妤1，管 娟1，湯海青2，歐昌榮1※，曹錦軒1，李成華1

（1. 寧波大學食品與藥學學院，寧波 315800；2. 浙江醫(yī)藥高等專科學校，寧波 315100）

為開發(fā)一種微波-真空輔助的海參水發(fā)技術(shù)，該研究分析了不同微波加熱條件（溫度和時間）對海參水發(fā)過程中漲發(fā)效果的影響，優(yōu)化了處理條件；并比較了優(yōu)化條件下微波-真空結(jié)合和傳統(tǒng)處理對海參水發(fā)的效果。結(jié)果表明：微波加熱溫度（50～90 ℃）和時間（25～50 min）對海參的漲發(fā)效果有極顯著影響（<0.01）；加熱時間不變時，隨溫度的升高海參漲發(fā)倍數(shù)呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢；加熱溫度不變時，在50～80 ℃的范圍內(nèi)隨加熱時間的增加，漲發(fā)倍數(shù)也增加，當溫度為90℃時，加熱時間越長，漲發(fā)倍數(shù)反而下降；通過正交試驗確定最佳微波處理條件為70 ℃加熱40 min；在優(yōu)化條件下，微波結(jié)合真空（0.06 MPa）處理海參水發(fā)，海參在1 d漲發(fā)完全，漲發(fā)倍數(shù)最大達到13.03，感官評分達13.46，總的蛋白質(zhì)和多糖損失量比沸水-常壓水發(fā)的分別降低了53.85%、25.41%，質(zhì)構(gòu)特性也明顯優(yōu)于沸水-常壓水發(fā)的海參（<0.05）。傅里葉變換紅外光譜（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，F(xiàn)TIR）分析微波加熱-真空處理在水發(fā)過程中更有利于保持蛋白二級結(jié)構(gòu)的完整性及功能特性。研究結(jié)果可為海參水發(fā)新技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用提供理論和技術(shù)支持。

微波；質(zhì)構(gòu)；海參水發(fā)；真空漲發(fā)；營養(yǎng)損失；感官品質(zhì)

0 引 言

海參（Sea cucumber），隸屬于棘皮動物門（Echinodermata）、海參綱（Holothuroidea），是重要的海洋無脊椎動物，全球約有1 100種，其中可食用的只有40種左右；中國海域約有140種，可食用的約20種[1-2]。中國的海參主要分布在黃海、渤海等海域，廣東、廣西及海南等沿海地區(qū)，尤其以產(chǎn)于遼寧、山東的刺參最負盛名[3]。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，海參中不僅富含蛋白質(zhì)、人體必需氨基酸以及多種礦物質(zhì)、維生素等，而且含有許多生物活性物質(zhì)，具有極高的營養(yǎng)價值和藥用價值[4-6]。近年來，隨著養(yǎng)殖技術(shù)的突破，中國海參養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，2018年海參產(chǎn)量突破了17.43萬t[7]。但鮮海參因自溶酶的存在而不耐儲存[8-9]，一般被加工成各種海參制品進行銷售，如干海參（淡干海參和鹽干海參）[10]、凍干海參、鹽漬海參[11]、即食海參[12]以及海參膠囊[13]和口服液[14]等。其中，干海參占海參制品的90%以上[15]。干海參必須經(jīng)過水發(fā)才能食用，此外包括即食海參在內(nèi)的很多海參制品也都是由干海參水發(fā)后進一步加工制成的，所以干海參的水發(fā)方法對海參行業(yè)的發(fā)展起著非常重要的作用。

水發(fā)是利用物理、化學等方法使干海參的化學組成和質(zhì)地盡可能恢復到原有狀態(tài)的過程[16]。目前干海參的水發(fā)方法有很多，如半油發(fā)、純水發(fā)和堿發(fā)等[17]，但大多都存在著發(fā)制時間長、營養(yǎng)損失大、感官品質(zhì)不佳等缺點[18]。目前常用的水發(fā)方法是先沸水煮制，再冷水漲發(fā)，也存在著上述問題。由此，干海參的科學水發(fā)對其食用、銷售具有重要意義。

微波加熱技術(shù)具有加熱速度快、熱量損失小等特點，既可以縮短工藝時間，又能較好地保留食品中的營養(yǎng)及食品原有的風味[19-20]。文獻報道，在特定的條件下微波可能影響食品中的化學鍵，水分子的水合作用對蛋白質(zhì)等生物大分子的介電特性有顯著影響，微波可通過作用與蛋白質(zhì)結(jié)合的水而影響這些分子，同時還可促進物質(zhì)的擴散，因此微波處理有可能促進蛋白質(zhì)分子的舒張與凝膠化從而對海參的水發(fā)起到促進作用[21-23]。真空技術(shù)常用于果蔬、糧食等的膨化過程。其原理是真空度變化引起的流體力學機制和變形弛豫現(xiàn)象使得多孔物料內(nèi)部的氣體和液體與外部溶液進行交換，加速水分汽化蒸發(fā)，從而帶動大分子物質(zhì)的空間形變和物料組織結(jié)構(gòu)膨脹[24]。因此用微波加熱代替?zhèn)鹘y(tǒng)的沸水煮制和保溫，在冷水漲發(fā)過程中輔助以真空處理，理論上能輔助水分進入，促進蛋白質(zhì)大分子的舒張膨脹及凝膠結(jié)構(gòu)的形成，從而獲得更好的水發(fā)效果，但相關(guān)研究均未見報道。為此，本文研究微波加熱結(jié)合真空處理對海參水發(fā)效果的影響，以期開發(fā)一種干海參水發(fā)新技術(shù)，為海參的科學食用和精深加工提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試劑與設(shè)備

1.1.1 主要試劑

乙醇、磷酸、葡萄糖、苯酚、葡萄糖、濃硫酸等購于國藥集團化學試劑有限公司，牛血清白蛋白、考馬斯亮藍G-250購于北京Solarbio科技有限公司。

1.1.2 主要設(shè)備

AL204 電子天平（上海梅特勒-托利多儀器有限公司）；Cary100 紫外可見分光光度計（美國瓦里安公司）；YQ5G-03 型微波殺菌機（南京永青食品高新技術(shù)發(fā)展有限公司）；YS-SQ550 真空泵（杭州永創(chuàng)機械有限公司）；TA.XT Plus質(zhì)構(gòu)分析儀（英國Stable Micro System公司）； Jasco 傅立葉紅外光譜儀（日本分光公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 材料預處理

淡干海參，購于大連棒錘島海產(chǎn)股份有限公司，體長為35～40 mm，含水率為5.5%，個體質(zhì)量為（5.0±0.2）g。將海參用蒸餾水洗凈并去嘴角石灰質(zhì)后，在25 ℃下用去離子水浸泡12 h回軟備用。

1.2.2 微波加熱對海參水發(fā)的影響及條件優(yōu)化

微波加熱處理：將預處理海參放入微波加熱容器中，加適量蒸餾水浸沒參體，在50、60、70、80、90 ℃的條件下分別微波處理25、40、50 min，撈出后自然冷卻至25 ℃，分別測定漲發(fā)倍數(shù)、感官得分、營養(yǎng)損失等指標。每個試驗組9只海參，設(shè)3個平行試驗。

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，設(shè)計 L9（34）正交試驗[25]，以微波加熱溫度（）、微波加熱時間（）2個因素進行試驗，各因素水平見表1。

每個試驗的綜合分[26]=漲發(fā)倍數(shù)隸屬度×0.4+蛋白質(zhì)保留隸屬度×0.2+多糖保留隸屬度×0.2+感官評分隸屬×0.2，滿分為1分。

蛋白質(zhì)保留隸屬度=1-蛋白質(zhì)損失隸屬度

多糖保留隸屬度=1-多糖損失隸屬度（1）

表1 L9(34)正交試驗因素水平表

1.2.3 微波結(jié)合真空處理對海參水發(fā)效果的影響

微波加熱：將備用海參放入微波加熱容器中，在70 ℃下加熱40 min，撈出后自然冷卻至25 ℃。

沸水加熱[27]：將備用海參放入鍋中，加適量蒸餾水浸沒參體，大火煮沸后保持沸騰40 min，撈出后在60 ℃水浴中保溫20 h，自然冷卻至25 ℃。

真空漲發(fā)：將處理后的樣品放入裝有冰水容積為500 mL的抽濾瓶中進行抽真空處理，使真空度達到0.06 MPa，置于4 ℃冰箱中放置4 d，每 24 h換一次水并保持同樣真空度。

常壓漲發(fā)：將同樣的樣品放置在常壓下漲發(fā)，其余條件同真空漲發(fā)一致。

在加熱過程中采用微波和沸水加熱，在漲發(fā)過程中采用真空和常壓處理，得到微波-常壓水發(fā)（簡稱M-A）、沸水-常壓水發(fā)（簡稱B-A）、沸水-真空水發(fā)（簡稱B-V）、微波-真空水發(fā)（簡稱M-V）4種水發(fā)方法。

1.2.4 漲發(fā)倍數(shù)測定

漲發(fā)倍數(shù)：海參復水后的質(zhì)量與干海參質(zhì)量的比值[28]。

1.2.5 感官評價

選取10位經(jīng)培訓的具有食品感官檢驗基礎(chǔ)的同學，隨機編為1~10號，組成感官評定小組。分別在加熱后（0 d）及漲發(fā)換水（1～4 d）時，對海參的外觀、組織、滋氣味進行評定。水發(fā)海參感官評價表見表2[28]。

表2 海參的感官評價表

1.2.6 水溶性營養(yǎng)成分損失測定

蛋白質(zhì)含量的測定：采用考馬斯亮藍G-250法[29]測定復水液中水溶性蛋白質(zhì)含量，計算每克干海參所損失的水溶性蛋白質(zhì)。

式中′為從標準曲線查得的蛋白質(zhì)的質(zhì)量，g；為樣品提取液總體積，mL；′為測定時所取樣品提取液體積，mL；為樣品質(zhì)量，g。

多糖含量的測定：使用苯酚-硫酸法[30]測定不同條件下所得多糖含量，計算每克干海參所損失的多糖。

式中為利用葡萄糖標準曲線得出的樣品溶液多糖濃度，mg/mL；為樣品提取液總體積，mL；為樣品質(zhì)量，g。

1.2.7 質(zhì)構(gòu)測定

將水發(fā)好的海參橫向切成1.5 cm的小段，取中間段，采用穿刺法在靠背部位點進行測量，質(zhì)構(gòu)測試方法參考曹榮等[31]的方法進行。

1.2.8 傅里葉變換紅外光譜和二級結(jié)構(gòu)分析

將不同樣品放置在冷凍干燥器中干燥24 h，在相對濕度為20%環(huán)境下，分別取剪碎的海參0.2 mg，加入2 mg KBr在研缽中研磨，取適量進行壓片，固定于樣品架上，使用傅里葉變換紅外光譜（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，F(xiàn)TIR）進行檢測。光譜掃描范圍500～4 000 cm-1；分辨率4 cm-1；樣品掃描次數(shù)32。

對海參1 600～1 700 cm-1范圍內(nèi)的紅外光譜進行傅里葉變換去卷積，利用PeakFit 4.11進行二階導數(shù)擬合，得到子峰數(shù)目在13～14之間，其殘差（2）大于0.99。確認峰位歸屬，計算各分峰面積的相對含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

上述所有指標測定均重復3次，并應(yīng)用SAS 8.0軟件進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，顯著性以<0.01為極顯著，<0.05為顯著，>0.05為不顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同微波處理條件對海參漲發(fā)倍數(shù)的影響

圖1是不同微波加熱溫度下處理不同時間的海參漲發(fā)倍數(shù)。加熱時間不變時，隨著溫度的升高海參漲發(fā)倍數(shù)呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢；加熱溫度不變時，在50～80 ℃的范圍內(nèi)隨時間的增加，漲發(fā)倍數(shù)呈上升趨勢；當溫度為90 ℃時，加熱的時間越長，漲發(fā)倍數(shù)反而下降。當加熱溫度為50 ℃時，初步復水的海參由大量相對粗短的碎膠原纖維構(gòu)成，各纖維之間交聯(lián)少，分布比較均勻，吸收的水分相對較少[16]。溫度較高（60～70 ℃）時，海參樣品中的膠原纖維螺旋結(jié)構(gòu)被破壞，膠原纖維變得疏松，原有膠原纖維網(wǎng)絡(luò)中的膠原蛋白發(fā)生變性，相互交聯(lián)，逐漸形成凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此吸水能力增加。當溫度（80～90 ℃）過高時，超過了蛋白質(zhì)的熱收縮溫度，蛋白質(zhì)發(fā)生變性，膠原纖維及其腔體內(nèi)肌原纖維產(chǎn)生劇烈收縮，出現(xiàn)了膠原凝結(jié)區(qū)，海參吸水和持水能力減弱[16]。當微波加熱時間過短時，海參體內(nèi)的蛋白質(zhì)可能還未發(fā)生變性，吸水性不夠；而加熱時間過長，會影響蛋白質(zhì)的存在形式和結(jié)構(gòu)，使海參膠體成分發(fā)生改變及體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)減少，從而對復水產(chǎn)生不利影響[32-33]。經(jīng)過雙因素方差分析可知，微波溫度和時間對漲發(fā)倍數(shù)均有極顯著影響（<0.01）。

2.2 不同微波處理條件對海參感官評價的影響

如圖2所示，感官得分隨著微波加熱溫度的上升，呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。溫度較低時表面稍有浸潤，水分難以進入海參內(nèi)部，雖然外觀完整，氣味濃郁，但沒有漲發(fā)完全，基本沒有彈性；隨著溫度升高（60～70 ℃），海參組織吸水漲發(fā)，凝膠結(jié)構(gòu)形成，感官品質(zhì)較好；當溫度升高為80 ℃后，海參特有氣味揮發(fā)加劇，體表膠原纖維或腔體內(nèi)橫縱肌原纖維急劇收縮反而使得海參發(fā)硬[34]。從加熱時間來看，溫度為50 ℃時隨著微波加熱時間的延長，海參感官品質(zhì)逐漸提高；但當溫度大于70 ℃后，隨著微波加熱時間的延長，海參的感官品質(zhì)逐漸下降。因此，只有適當?shù)奈⒉訜釡囟燃皶r間，才可以保證海參良好的感官品質(zhì)。經(jīng)雙因素方差分析，微波加熱溫度和時間對海參感官得分均有極顯著影響（<0.01）。

2.3 不同微波處理條件對海參蛋白質(zhì)和多糖損失的影響

由圖3可知，隨著微波加熱溫度的升高，蛋白質(zhì)和多糖損失均呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，和漲發(fā)倍數(shù)與加熱溫度之間的結(jié)果一致。這是因為在50 ℃時，海參體壁膠原蛋白的螺旋結(jié)構(gòu)緊密，水分子難以滲透到海參組織中，可溶性蛋白質(zhì)也難以從組織中溶出；隨著加熱溫度的增加，凝膠結(jié)構(gòu)形成，物質(zhì)交換開始加劇，蛋白質(zhì)、多糖損失逐漸增加；但當加熱溫度為80 ℃時，在凝膠結(jié)構(gòu)形成之前，海參體表膠原纖維急劇收縮，導致海參的組織結(jié)構(gòu)更加緊致，物質(zhì)交換的可能性降低[35]，蛋白質(zhì)、多糖的損失減小。在微波加熱時間方面，蛋白質(zhì)和多糖損失也呈現(xiàn)出十分明顯的規(guī)律，隨著加熱時間的延長，蛋白質(zhì)變性后形成的水溶性物質(zhì)，隨著海參內(nèi)外水分進出、物質(zhì)交換的不斷進行，造成營養(yǎng)成分的損失；同時海參的組織構(gòu)造中形成較大空隙，組織結(jié)構(gòu)被破壞，蛋白質(zhì)、多糖損失增加[36]。經(jīng)過雙因素方差分析，微波加熱溫度和時間對蛋白質(zhì)損失均有極顯著影響（<0.01），加熱溫度對海參多糖損失有顯著性差異（<0.05），加熱時間對多糖損失也有極顯著影響（<0.01）。

由以上分析，選定60、70、80 ℃，作為正交試驗微波溫度的3個水平，選定25、40、50 min，作為正交試驗微波加熱時間的3個水平。

2.4 微波處理正交試驗結(jié)果的直觀分析及方差分析

如果不考慮因素的交互作用，可以得到最優(yōu)方案21。但根據(jù)表3排出的因素主次，可知交互作用×相比因素對綜合分的影響更大，所以確定的水平應(yīng)該根據(jù)因素的2水平與因素的各水平的搭配好壞來確定，最優(yōu)方案為22，即微波溫度70 ℃，時間40 min。試驗結(jié)果也證明，這一方案的綜合分是最高的。顯然，不考慮交互作用和考慮交互作用時的最優(yōu)方案是不完全一致的，這反映了因素的交互作用對試驗結(jié)果的影響[26]。

表3 L9(34)正交試驗結(jié)果及直觀分析

注：交互作用 (×)1代表對的影響；交互作用 (×)2代表對的影響。

Note: Interaction (×)1represents the effect ofonand interaction (×)2represents the effect ofon

圖3 微波加熱時間和溫度對海參蛋白質(zhì)、多糖損失的影響

對數(shù)據(jù)進行有交互作用的方差分析。結(jié)果如表4所示，因素、因素以及與之間的交互作用均對綜合分指標有極顯著影響，這與正交設(shè)計直觀分析的結(jié)果相吻合。

表4 微波處理條件的方差分析

Note: ** represent very significant.

綜合上述分析，最終確定優(yōu)化方案為：微波溫度為70 ℃，時間為40 min。此條件下加熱處理的海參漲發(fā)倍數(shù)達到4.55倍，感官品質(zhì)優(yōu)良，營養(yǎng)損失較少。

2.5 不同水發(fā)方法對海參漲發(fā)倍數(shù)的影響

不同水發(fā)方法海參的漲發(fā)效果如圖4a所示，無論采用微波加熱還是采用沸水煮制，在水煮后初始漲發(fā)倍數(shù)低的情況下，到漲發(fā)1 d后，真空條件處理樣品漲發(fā)倍數(shù)反而超過常壓漲發(fā)，后續(xù)水發(fā)過程中采用真空輔助漲發(fā)倍數(shù)都比常壓水發(fā)的要高9.51%～24.16%，說明真空輔助能顯著促進海參漲發(fā)（<0.05）。這是因為真空條件下，海參內(nèi)部液體易于汽化蒸發(fā)，形成許多泡孔，并會使海參產(chǎn)生膨脹，使細胞之間的間距增大，有利于外部液體更快地滲入海參內(nèi)部[25,37]。而采取微波加熱處理時，無論后面是否采用真空輔助，海參漲發(fā)倍數(shù)都比沸水煮制海參高72.80%～103.58%，有極顯著差異（<0.01），說明微波處理不僅顯著促進海參在加熱階段的軟化、吸水過程，還促進了水發(fā)階段的漲發(fā)過程。當采用微波-真空處理海參時，在漲發(fā)過程中，最大漲發(fā)倍數(shù)達13.03，其漲發(fā)倍數(shù)明顯比沸水-常壓的要高89.23%～121.39%（<0.01），因此微波結(jié)合真空能更好提升海參的漲發(fā)效果。

注：B為沸水加熱，M為微波加熱，A為常壓漲發(fā)，V為真空漲發(fā)，下同。

2.6 不同水發(fā)方法對海參感官品質(zhì)的影響

如圖4b所示，感官品質(zhì)在海參漲發(fā)的過程中，均隨漲發(fā)時間的延長先上升后下降。經(jīng)微波加熱后的海參，因加熱溫度低，條件溫和，使海參逐漸吸收水分，蛋白質(zhì)凝膠結(jié)構(gòu)形成，組織結(jié)構(gòu)彈性、韌性增加，因此無論是在真空或常壓下漲發(fā)對感官評分差異不顯著（>0.05）；而沸水加熱后的海參組織結(jié)構(gòu)不完整，彈性差，在后續(xù)漲發(fā)過程中，真空能促進海參內(nèi)外同時漲發(fā)，但常壓下其水分難以進入海參內(nèi)部，二者對感官評分差異極顯著（<0.01）。在微波-真空水發(fā)條件下，海參感官得分在第1天就達到13.30，此時的海參不僅外觀完整，參刺堅挺，海參的特有氣味濃郁，而且組織結(jié)構(gòu)完整，能漲發(fā)完全；在第2天達最大值13.46。而沸水-常壓漲發(fā)的樣品在漲發(fā)1 d雖也達到較大漲發(fā)倍數(shù)，但參體表面出現(xiàn)參刺破損，參體中心偏硬、彈性差等現(xiàn)象，是典型的外面過度加熱，內(nèi)部漲發(fā)不完全導致的。直到第3天參體才出現(xiàn)良好的彈性，但由于參體外觀和特有氣味的進一步劣化，感官得分僅為11.77。在漲發(fā)過程中，微波-真空水發(fā)的海參感官評分顯著高于沸水-常壓下的（<0.01）。因此微波-真空水發(fā)不僅使海參獲得了較好的感官品質(zhì)也縮短了海參漲發(fā)完全的時間。

2.7 不同水發(fā)方法對海參營養(yǎng)損失的影響

由圖5a可知，海參在漲發(fā)過程中營養(yǎng)物質(zhì)不斷溶出，多糖、蛋白質(zhì)損失量的變化趨勢基本保持一致。沸水加熱后海參組織中形成的許多可溶性物質(zhì)大量溶出，所以在發(fā)制的第1天，損失量最多。隨著漲發(fā)時間的延長，海參組織中溶出的營養(yǎng)物質(zhì)逐漸減少。一方面是因為漲發(fā)過程中溫度較低，物質(zhì)交換速率降低；另一方面是海參組織中可溶出的營養(yǎng)物質(zhì)含量在逐漸減少。在冷水漲發(fā)過程中，0～1 d時蛋白質(zhì)和多糖的損失，真空條件下均小于常壓；2～4 d內(nèi)多糖損失量兩者相接近，而真空條件下的蛋白質(zhì)損失量大于常壓下的。同時，經(jīng)過微波加熱后，真空與常壓處理的蛋白質(zhì)和多糖損失與沸水加熱后趨勢一致。加熱過程對蛋白質(zhì)損失有極顯著影響（<0.01），對多糖損失有顯著影響（<0.05），冷水漲發(fā)過程對蛋白質(zhì)和多糖損失有顯著影響（<0.05）。以上結(jié)果說明，海參漲發(fā)過程中雖然也有營養(yǎng)物質(zhì)損失，但整個漲發(fā)過程中的營養(yǎng)物質(zhì)損失主要源于加熱過程，這與李志超的研究結(jié)果一致[38]。

圖5 不同水發(fā)方式對海參發(fā)制過程中蛋白質(zhì)和多糖損失的影響

如圖5b所示，采用沸水-常壓方式水發(fā)時海參的蛋白質(zhì)和多糖損失分別為9 920.32和699.98g/g；而微波-真空水發(fā)時海參的蛋白質(zhì)和多糖損失分別為4 577.97g/g和522.08g/g，分別比沸水-常壓水發(fā)時的降低了53.85%、25.41%，明顯低于沸水-常壓下的營養(yǎng)損失（<0.05）。因而微波-真空與沸水-常壓相比更有利于保留海參的主要營養(yǎng)成分，即水溶性蛋白質(zhì)和多糖。

2.8 微波-真空水發(fā)與沸水-常壓水發(fā)對海參質(zhì)構(gòu)的影響

硬度是表征海參質(zhì)構(gòu)的重要指標[38]，與海參水發(fā)程度和感官品質(zhì)關(guān)系密切。如圖6所示，微波-真空處理的海參初始硬度比沸水-真空處理的小，隨著漲發(fā)時間的延長，海參的硬度均呈現(xiàn)下降的趨勢。2～4 d期間，微波-真空處理的海參硬度均比沸水-常壓處理的海參硬度高，不同處理方式對海參硬度差異顯著（<0.05）；到第4天，沸水-常壓下的海參硬度下降幅度達55.64%，而微波-真空水發(fā)海參硬度僅下降23.07%，2種水發(fā)方式對海參硬度差異極顯著（<0.01）。這是因為沸水煮制時熱量從海參表面逐層傳入內(nèi)部，傳熱速度慢[20]，因此前期硬度大；但經(jīng)過長時間高溫處理，海參體壁膠原蛋白發(fā)生變性，組織結(jié)構(gòu)破壞，相互凝結(jié)并劇烈收縮，持水力降低，導致后期硬度快速下降。微波-真空處理能實現(xiàn)海參內(nèi)外同時加熱，還能促進物質(zhì)的交換[24]，因此海參加熱更均勻，水發(fā)過程更迅速，初期就漲發(fā)完全，硬度初始值小，海參品質(zhì)下降慢，這種變化和感官評價變化一致。

圖6 不同水發(fā)方法對海參質(zhì)構(gòu)的影響

2.9 傅里葉變換紅外光譜分析海參蛋白二級結(jié)構(gòu)變化

如圖7所示，海參蛋白在1 659、1 535、1 239 cm-1附近顯示吸收峰，分別歸屬酰胺Ⅰ帶、Ⅱ帶、Ⅲ帶[39]。1 600～1 700 cm-1的酰胺Ⅰ帶，是由碳骨架范圍內(nèi)C=O伸縮振動引起的，能夠有效地反映三螺旋結(jié)構(gòu)[39]。1 500～1 600 cm-1的酰胺Ⅱ帶，是由C-N伸縮振動和N-H彎曲振動所引起的；1 200～1 360 cm-1的酰胺Ⅲ帶，是由C-N伸縮振動和N-H彎曲振動產(chǎn)生[40]。由圖譜可看出，經(jīng)過沸水-常壓水發(fā)的海參蛋白特征峰峰強明顯減弱，特別是在1 659 cm-1處微波-真空水發(fā)海參具有強烈的伸縮振動，而沸水-常壓水發(fā)海參相對較弱，可見微波-真空水發(fā)下的海參蛋白具有更完整的三螺旋結(jié)構(gòu)[39]，而經(jīng)沸水加熱后的海參蛋白結(jié)構(gòu)破壞更嚴重。

在所有的酰胺區(qū)域中，酰胺I區(qū)具有強吸收峰，并且對蛋白構(gòu)象敏感，因而適合作為二級結(jié)構(gòu)的分析手段[41]。其中1 600～1 640、1 640～1 650、1 650～1 660、1 660～1 700 cm-1波數(shù)處譜峰分別表征-折疊、無規(guī)卷曲、-螺旋和-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)[42]。如表5，不同處理的海參蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，與微波-真空水發(fā)相比，沸水-常壓條件下的海參蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)中-螺旋結(jié)構(gòu)相對含量減少，而-結(jié)構(gòu)（-轉(zhuǎn)角和-折疊）、無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)相對含量增加，表明高溫使得膠原蛋白螺旋結(jié)構(gòu)的氫鍵破壞更嚴重[43]，-螺旋結(jié)構(gòu)向無規(guī)卷曲、-轉(zhuǎn)角和-折疊等其他結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的比例更大，其蛋白質(zhì)的功能特性明顯下降。這也說明，微波-真空條件下的水發(fā)過程更溫和，對海參蛋白的組織結(jié)構(gòu)破壞程度更輕，能更好地維持其蛋白功能特性，從而使水發(fā)海參具有更好的吸水復原能力、質(zhì)構(gòu)和感官等特性。

圖7 不同水發(fā)方法的海參紅外光譜圖

表5 不同水發(fā)方法海參蛋白二級結(jié)構(gòu)含量

3 結(jié) 論

1）海參水發(fā)時，微波加熱溫度和時間對漲發(fā)倍數(shù)、感官評價、蛋白質(zhì)損失均有極顯著影響（<0.01），加熱溫度對多糖損失有顯著影響（<0.05），加熱時間對多糖損失有極顯著影響（<0.01）。通過正交試驗確定較佳微波加熱條件為70 ℃下加熱40 min。

2）傳統(tǒng)海參水發(fā)方法通常需要多次水洗、煮沸，造成大量的水溶性蛋白、多糖和風味物質(zhì)損失，水發(fā)時間需要3~4 d。微波加熱結(jié)合真空水發(fā)，縮短了海參的完全漲發(fā)時間，漲發(fā)倍數(shù)最大達13.03，感官評分達13.46，總的蛋白質(zhì)和多糖損失比沸水-常壓水發(fā)分別降低了53.85%、25.41%，且漲發(fā)過程中海參的硬度下降幅度僅下降了23.07%。

3）傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)TIR）結(jié)果表明微波加熱-真空條件更溫和，水發(fā)過程中更有利于保持蛋白二級結(jié)構(gòu)的完整性及功能特性。

微波和真空技術(shù)已較成熟，適合工業(yè)化生產(chǎn)，在日常生活中應(yīng)用也較為普遍，因此微波-真空水發(fā)技術(shù)與傳統(tǒng)水發(fā)方式相比優(yōu)勢明顯，可望開發(fā)成具有實際應(yīng)用價值的海參水發(fā)新技術(shù)。在后續(xù)研究中可探討多次微波-真空處理對縮短水發(fā)時間、提升水發(fā)效果的影響。微波-真空處理對海參水發(fā)過程中蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的影響以及促進海參漲發(fā)的機制也值得進一步研究。

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Influnce of microwave heating combined with vacuum cold water immersion on sea cucumber () soaking effects

Du Jieyu1, Guan Juan1, Tang Haiqing2, Ou Changrong1※, Cao Jinxuan1, Li Chenghua1

(1.,315800,; 2.,315100,)

In order to investigate a novel microwave heating combined with vacuum cold water immersing technique of dried sea cucumber ().The effects of microwave heating time(25~50 min) and temperature(50~90 ℃) on the soaking effect of sea cucumber were studied with swelling ratio, nutrient loss and sensory quality, which were optimized by orthogonal experiment. Under the optimum microwave heating conditions, the effect of vacuum and atmospheric pressure on the soaking of sea cucumber were studied. The effects of microwave heating combined with vacuum soaking treatment on the quality of sea cucumber were compared with those of boiling water-atmosphere soaking. The results showed that microwave heating temperature and time had significant influence on the swelling (<0.01). An increasing tendency was observed on the swelling ratio of sea cucumber, followed by a decrease with the increase of heating temperature. In the range from 50 ℃ to 80 ℃, with the increase of heating time, an increasing tendency of the swelling ratio was showed, followed by a decrease while over 90 ℃. The optimum heating parameters of sea cucumber were determined by orthogonal experiment as heating at 70 ℃ for 40 minutes. Under the optimized conditions, compared with the sea cucumber under treatment of boiling water-atmosphere soaking, the sea cucumber treated by microwave heating combined with vacuum in cold water was swelling completely on the first day, reached the maximum value of 13.03 time and the maximum sensory score of 13.46, and the total loss rate of soluble protein and polysaccharide decreased by 53.85% and 25.41%, respectively. And it exhibited even better texture characteristics than those under boiling water and atmospheric pressure (<0.05). FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) showed that the process was milder under microwave heating aided vacuum technique, which was conducive to maintaining integrity of the secondary structure of protein and functional characteristics during soaking. The results provide a theoretical and technical support for the development and application of new technology on sea cucumber.

microwave; texture; sea cucumber; vacuum immersion; nutrient loss; sensory quality

杜婕妤，管娟，湯海青，等. 微波加熱結(jié)合真空冷水浸泡對海參水發(fā)效果的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2020，36(17)：272-280.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.17.032 http://www.tcsae.org

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2020-05-12

2020-08-28

國家自然科學基金(31271890)；寧波農(nóng)業(yè)重大擇優(yōu)委托項目（2012C10024）；寧波市科技局富民項目（2017C10029）；浙江省公益研究項目（GN18C200033）

杜婕妤，主要研究方向為水產(chǎn)品加工及食品風味化學。Email：djy199621@163.com

歐昌榮，博士，博士生導師，研究方向為水產(chǎn)品保鮮加工及食品風味化學。Email：ouchangrong@nbu.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.17.032

TS254.4

A

1002-6819(2020)-17-0272-09