海參熱加工過程中營養(yǎng)成分變化的研究進(jìn)展

時(shí)佳凝， 李 萌，2

（1.大連海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧大連 116023；2.遼寧省水產(chǎn)品分析檢驗(yàn)及加工技術(shù)科技服務(wù)中心，遼寧大連 116023）

海參（Sea cucumber，Holothurian）為棘皮動(dòng)物門（Echinodermata）海參綱（Holothuroidea）動(dòng)物，全球有1 200 多種，主要集中在熱帶區(qū)和溫帶區(qū)的海洋中生活。海參體壁是海參的主要可食用部分，從外向內(nèi)分別由角質(zhì)層、真皮層和肌肉層構(gòu)成[1]，占比最多的真皮層主要由結(jié)締組織構(gòu)成，海參多糖和膠原蛋白組成的膠原纖維和微纖維網(wǎng)絡(luò)，賦予海參柔軟而有韌性的口感[2]。

為了闡明國內(nèi)外海參的研究現(xiàn)狀，采用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法，以“Sea cucumber”為主題，查找Web of science 數(shù)據(jù)庫中文章發(fā)表情況。2000—2023 年，以海參為主題的論文總共有4 775 條記錄（圖1（a）），2010 年之后論文數(shù)目明顯增加。將數(shù)據(jù)導(dǎo)入VOSviewer 軟件進(jìn)行文獻(xiàn)分析，形成數(shù)據(jù)可視化圖（圖1（b）），較大尺寸的圓圈代表關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率更高。可以看出，海參的重點(diǎn)研究領(lǐng)域主要集中在刺參養(yǎng)殖（關(guān)鍵詞Sea cucumber，growth，Apostichopus japonicus，圖中黃色、深藍(lán)色和紅色圓圈）和營養(yǎng)（關(guān)鍵詞Sea cucumber，圖中標(biāo)淺藍(lán)色圓圈）方面。目前，已有研究人員針對(duì)海參營養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行了綜述報(bào)道[3-4]，但對(duì)于海參最常見的熱加工方式及其加工過程中營養(yǎng)價(jià)值變化的歸納研究較少。因此，重點(diǎn)對(duì)海參可食用的主要部分體壁進(jìn)行熱加工處理過程中的蛋白質(zhì)等營養(yǎng)組成變化和損失進(jìn)行歸納總結(jié)。

圖1 文獻(xiàn)數(shù)據(jù)分布圖

文獻(xiàn)數(shù)據(jù)分布圖見圖1。

1 常見的海參種類及加工方式

1.1 常見的可食用海參種類及主要營養(yǎng)價(jià)值

常見海參分布、營養(yǎng)成分及已知功效匯總見表1。

表1 常見海參分布、營養(yǎng)成分及已知功效匯總

海參營養(yǎng)價(jià)值主要集中在刺參的蛋白、多糖（巖藻聚糖硫酸脂（Fucoidan，SC-FUC）和硫酸軟骨素（Chondroitin Sufate，SC-CHS）[5-6]）、皂苷[7-10]、礦物質(zhì)[11]等方面，具有提高機(jī)體免疫力、抗腫瘤、抗癌、抗凝血等生物活性作用[12-13]。

1.2 海參主要的加工方式

市場上的海參制品主要有鹽干海參、淡干海參、鹽漬海參、凍干海參和即食海參等。

海參制品加工關(guān)鍵環(huán)節(jié)見圖2。

圖2 海參制品加工關(guān)鍵環(huán)節(jié)

由圖2 可知，加熱過程如漂燙、蒸煮、熱風(fēng)干燥等較為常見[14]。海參在加熱的過程中，根據(jù)加熱條件的不同，海參體壁中所含有的大量蛋白質(zhì)和多糖等物質(zhì)受熱變性，營養(yǎng)成分流失，引起海參不同程度的質(zhì)構(gòu)變化和營養(yǎng)損失，進(jìn)而影響最終海參制品的口感和營養(yǎng)價(jià)值[15-16]。

2 海參熱加工過程中口感及主要成分的變化及機(jī)制

2.1 質(zhì)構(gòu)

質(zhì)構(gòu)特性是評(píng)價(jià)海參口感的重要指標(biāo)，熱加工水分含量、蛋白變化對(duì)質(zhì)構(gòu)特性如硬度、彈性、咀嚼性、回復(fù)性及凝聚性有顯著性影響[36-37]。刺參熱加工過程中體壁質(zhì)量損失趨于平緩時(shí)硬度明顯降低，體壁呈現(xiàn)吸水特性時(shí)彈性增加，當(dāng)硬度降低至2 000 g以下時(shí)，體壁趨于軟爛失去商業(yè)價(jià)值[38]。新鮮海參體壁經(jīng)水煮后黏性增加，口感往往不易為人所接受。在保證較低的黏性和適當(dāng)柔嫩性的較佳口感前提下，海參體壁的硬度和彈性越大感官評(píng)價(jià)越高[39]。鐘鳴等人[41]發(fā)現(xiàn)當(dāng)海參體壁水煮加熱至整體收縮（70 ℃左右），且膠原纖維交聯(lián)結(jié)構(gòu)還未消失時(shí)，海參具有較佳的口感，此時(shí)膠原蛋白的溶失最少。還可以采用兩步加熱的方法，先在40 ℃預(yù)熱，此時(shí)膠原纖維結(jié)構(gòu)變化和水分的損失不明顯，之后再升到80 ℃加熱，以獲得口感較好的海參[41]。在熱加工過程中，加熱時(shí)間和溫度對(duì)硬度和咀嚼性有顯著的影響。高溫更易改變海參膠原纖維結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致相對(duì)較低溫度處理的海參比高溫處理的海參具有更高的硬度和咀嚼性[42]。

2.2 水分

2.2.1 水分含量

海參體壁在熱加工過程中水分含量的變化呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢[38]。劉文濤[43]研究發(fā)現(xiàn)，不同煮制時(shí)間的海參體壁其吸水能力顯著不同，且隨煮制時(shí)間的延長吸水能力顯著增強(qiáng)。這一現(xiàn)象可能是煮制不同時(shí)間的海參體壁其膠原組織會(huì)發(fā)生不同程度的變性，隨著煮制時(shí)間的延長，膠原纖維逐漸解聚，變粗，膠原蛋白發(fā)生降解，體壁干物質(zhì)含量不斷減少，組織內(nèi)部形成孔洞，導(dǎo)致海參體壁可吸收較多水分，從而使水分含量增加[44]。

2.2.2 水分活度

水分活度是指食品中水分存在的狀態(tài)，即水分與食品結(jié)合程度。水分活度值越高，結(jié)合程度越低；水分活度值越低，結(jié)合程度越高[45]。海參在熱加工過程中，體壁水分活度的變化主要呈現(xiàn)隨著加熱溫度的升高而降低，隨著加熱時(shí)間的延長而降低的趨勢。加熱時(shí)膠原蛋白的三螺旋結(jié)構(gòu)中的氫鍵受熱破壞，水分子逐漸轉(zhuǎn)移到三螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部與氨基酸殘基結(jié)合程度相對(duì)變高，水分活度值降低。然而，當(dāng)加熱溫度過高時(shí)，海參體壁的水分活度反而呈現(xiàn)出隨加熱時(shí)間延長而下降的趨勢?？赡苁沁^度熱處理，導(dǎo)致了膠原纖維被大量破壞，同時(shí)造成其中的水無法繼續(xù)被束縛，最終導(dǎo)致了水分活度的增加[46]。

2.3 蛋白質(zhì)

海參體壁中蛋白質(zhì)約70%為I 型膠原蛋白[3]。海參體壁膠原蛋白的氨基酸組成十分豐富，富含18 種氨基酸，其中，甘氨酸、谷氨酸和丙氨酸的含量相對(duì)較高，具有很高的營養(yǎng)價(jià)值[47-48]。從微觀結(jié)構(gòu)上來看，膠原蛋白是由3 條α 多肽鏈組成的，3 條多肽鏈之間通過共價(jià)鍵的相互作用，形成一種特殊且穩(wěn)定的三螺旋結(jié)構(gòu)[49]。之后，膠原蛋白可以經(jīng)過一定的排列和纏繞，形成呈對(duì)稱梭形的膠原原纖維[50]。膠原原纖維又與體壁中的蛋白聚糖相鏈接，發(fā)生高度交聯(lián)聚合，最終構(gòu)成了膠原纖維[51]。此外，在海參體壁最內(nèi)層的環(huán)肌層中，還存在著一種重要的蛋白質(zhì)-肌球蛋白。與體壁中含量較大的膠原蛋白相比，這類肌球蛋白具有更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，熱穩(wěn)定性較強(qiáng)[52]。

熱加工對(duì)大分子物質(zhì)的影響見圖3。

圖3 熱加工對(duì)大分子物質(zhì)的影響

在熱加工過程中，海參體壁蛋白質(zhì)呈減少趨勢。如新鮮海參于沸水中處理10 min，總蛋白可減少11.5%[46]。海參體壁熱處理過程中，大量的自由基產(chǎn)生引發(fā)氧化作用，“熱+氧化”的共同作用會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)和糖胺聚糖發(fā)生不同程度的降解并溶出。由于肽鍵的熱穩(wěn)定性降低，膠原蛋白易發(fā)生氧化降解。膠原原纖維間的橋連結(jié)構(gòu)受到破壞并發(fā)生了解聚，由α -螺旋向β -折疊轉(zhuǎn)換，整體穩(wěn)定性大大降低。膠原纖維的各層級(jí)結(jié)構(gòu)均逐步受到破壞，最終造成海參體壁整體質(zhì)構(gòu)的變化[53]。通過蛋白質(zhì)組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在熱加工過程中，體壁內(nèi)蛋白質(zhì)主要的水解位點(diǎn)是苯丙氨酸、亮氨酸、天冬酰胺和酪氨酸的C 端和N 端[54]。Jiang B 等人[55]采用超高效液相色譜-四極桿/飛行時(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜對(duì)不同熱處理（煮沸、蒸煮和微波加熱）條件下海參進(jìn)行無標(biāo)記蛋白質(zhì)組定量分析，發(fā)現(xiàn)548 個(gè)蛋白質(zhì)中有24 個(gè)對(duì)熱處理非常敏感，有13 個(gè)蛋白質(zhì)對(duì)不同加熱方式表現(xiàn)出顯著差異，這些差異蛋白大多與分子功能相關(guān)。

熱處理造成的蛋白質(zhì)水解氧化現(xiàn)象可以通過添加抗氧化劑調(diào)控，如Liu Z Q 等人[56]用不同濃度的乳酸和茶多酚混合處理海參體壁，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過加入乳酸和茶多酚處理后的海參，其水溶性羥脯氨酸含量、糖胺聚糖含量和蛋白質(zhì)含量、三氯乙酸可溶性肽含量均較低，并且蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)更加有序。說明抗氧化劑能夠抑制熱處理中蛋白質(zhì)發(fā)生的水解和氧化現(xiàn)象，減緩海參體壁質(zhì)構(gòu)指標(biāo)和流變學(xué)指標(biāo)的下降。海參膠原蛋白熱處理后質(zhì)構(gòu)特性發(fā)生劣化，但氧化水解產(chǎn)生的海參體壁明膠和海參體壁膠原蛋白肽功能性提升，具有一定的DPPH 自由基清除能力、羥自由基清除能力和脂質(zhì)過氧化抑制能力，且海參體壁膠原蛋白肽的抗氧化活性比未經(jīng)過水解的明膠要更強(qiáng)[38]。

2.4 多糖

海參多糖是蛋白多糖的糖鏈部分，通過糖肽鍵與蛋白多糖的核心蛋白相連，并通過非共價(jià)鍵和其他蛋白質(zhì)形成具有空間構(gòu)象的大分子聚集體[57]。在熱加工過程中海參體壁內(nèi)的多糖含量呈現(xiàn)逐漸減少趨勢。Yin P P 等人[46]發(fā)現(xiàn)將新鮮海參體煮制10 min，多糖減少33%。Li C F 等人[58]對(duì)比經(jīng)5 種不同熱加工處理的海參干制品中的營養(yǎng)成分變化，其中海參的粗多糖含量均有不同程度的下降，經(jīng)熱風(fēng)干燥和冷凍干燥處理的海參產(chǎn)品中營養(yǎng)保留的情況相對(duì)較好。王志遠(yuǎn)[59]研究不同烹飪方式對(duì)海參體壁中營養(yǎng)成分的影響，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過各種烹飪方式加工后的海參其多糖含量均有下降，其中，高壓處理會(huì)加劇海參多糖的破壞，造成的營養(yǎng)損失最多。Wang J 等人[42]發(fā)現(xiàn)在熱處理過程中，大分子多糖發(fā)生了斷裂，隨著溫度的升高多糖的分子量明顯降低。

2.5 皂苷

在海參熱加工的過程中，由于皂苷具有熱敏性和水溶性，導(dǎo)致皂苷容易不斷地流失、分解和被破壞，損失較大[46]。李超峰[11]對(duì)比了5 種不同的加工方式，生鮮刺參皂苷含量為2.28%，經(jīng)各類加工方式加工后的刺參皂苷含量介于0.81%～2.20%，不接觸水而且不加熱的自然干燥方式處理的海參所保留的海參皂苷最多。根據(jù)海參皂苷的熱敏性和水溶性性質(zhì)，加工過程降低加工溫度，并減少與水的接觸，可有效降低皂苷的流失程度。在煮制海參廢棄液中提取到大量的海參皂苷，雙蒸水煮沸-自然干燥加工和3.5%NaCl 溶液煮沸-自然干燥加工2 種加工方法提取廢棄液中皂苷的含量分別為279 mg/L 和80 mg/L，可見，海參熱加工廢棄液中的皂苷含量是相當(dāng)可觀的，具有潛在的開發(fā)價(jià)值，合理將其綜合運(yùn)用也可以減少對(duì)環(huán)境的污染。

2.6 礦物質(zhì)

海參經(jīng)水煮后各個(gè)礦物元素含量均低于鮮活海參，這可能與其加工過程中經(jīng)過煮制導(dǎo)致水溶性礦物質(zhì)成分流失有關(guān)[46，60]。水產(chǎn)品中的重金屬殘留問題一直備受人們的關(guān)注，在鮮活海參中存在的鉛，經(jīng)過水煮后并未檢出，說明可以通過加工除去海參中的鉛[61]。經(jīng)熱處理的海參鋅、硒、鎘和銅4 種元素的濃度存在一定的相互作用關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)鋅與硒的濃度、鋅與鎘的濃度、硒與鎘的濃度、鎘與銅的濃度呈顯著正相關(guān)，而銅與硒的濃度呈負(fù)相關(guān)[62]。

海參熱加工過程中主要成分變化情況見表3。

表3 海參熱加工過程中主要成分變化情況

3 結(jié)語

海參作為傳統(tǒng)滋補(bǔ)食品，熱加工過程中營養(yǎng)成分不斷流失，從而造成品質(zhì)和口感的下降。通過控制熱加工方法、加熱溫度及時(shí)間等工藝條件，在保證海參口感的前提下，減少海參營養(yǎng)損失。海參營養(yǎng)價(jià)值廣泛，但研究多集中在多糖、多肽及皂苷方面，對(duì)于其他活性成分的功效機(jī)制研究較少，在加工過程中海參各成分含量改變研究較多，但營養(yǎng)成分的功效受熱加工條件的影響發(fā)生改變的研究偏少。隨著海參營養(yǎng)成分和功效因子的加一步挖掘，具有高營養(yǎng)保留的海參產(chǎn)品將逐步取代傳統(tǒng)加工產(chǎn)品，也將進(jìn)一步成為開發(fā)藥物資源的重要寶庫。