加工工藝對刺參體壁氨基酸和脂肪酸的影響

李超峰, 鄒曉蘭, 于艷卿, 王新亭, 朱校斌

(1. 中國科學院 海洋研究所, 山東 青島 266071; 2. 中國科學院 研究生院 北京100049)

加工工藝對刺參體壁氨基酸和脂肪酸的影響

李超峰1,2, 鄒曉蘭1,2, 于艷卿1,2, 王新亭1, 朱校斌1

(1. 中國科學院 海洋研究所, 山東 青島 266071; 2. 中國科學院 研究生院 北京100049)

對經5種不同加工工藝加工的刺參(Apostichopus japonicusSelenka)體壁的氨基酸和脂肪酸的組成及含量進行了對比分析。結果表明, 不同加工工藝加工的刺參體壁中, 氨基酸和脂肪酸含量存在顯著差異(P＜0.05)。恒溫干燥的刺參體壁中的氨基酸和脂肪酸含量是最高的, 是5種加工工藝中最好的加工工藝, 然后依次是真空冷凍干燥、雙蒸水煮沸+自然風干、自然風干, 3.5% NaCl溶液煮沸+自然風干的最差。

刺參(Apostichopus japonicusSelenka)體壁; 加工工藝; 氨基酸; 脂肪酸

刺參(Apostichopus japonicusSelenka), 又稱仿刺參, 屬棘皮動物門(Echinodermata), 海參綱(Holothuroidea), 楯手目(Aspidochirota), 刺參科(Stichopodidae), 仿刺參屬(Apostichopus), 是全世界40多種可食用海參中的一種, 分布廣, 產量大, 具有極高的營養和保健價值, 對人體生長發育、防止組織細胞老化、延緩衰老、防止動脈硬化和免疫力提高等都有一定的功效, 同時對治療腫瘤和抑制腫瘤擴散都具有顯著療效[1-3]。其次, 腫瘤晚期和做過手術的病人堅持食用海參, 可大大減輕病人的痛苦,身體康復速度和精神狀況與不食用海參的患者相比也有明顯區別[1]。

海參的商業性捕捉至少有 1000多年的歷史[4-5],現已成為眾多國家的重要海產品和保健品之一, 中國、韓國、新加坡和日本等是海參消費的最主要的國家[6]。然而, 海參采捕的季節性(當水溫降至5℃以下或超過 20℃, 將進入休眠狀態)[1,7]和易自溶等自身缺陷, 出水后僅能短時間飼養或即時加工處理。因此, 市場上, 90%新鮮海參被加工成各種干制品, 且多經蒸煮工藝獲得, 但蒸煮等相關工藝的干制方法極易導致海參體內水溶性和熱敏性等活性物質的損失, 并需要長時間水發, 而脹發過程還會再次造成風味物質、營養物質和水溶性活性物質等再次大量流失。因此, 海參加工工藝的正確選擇將是海參產品品質保證的關鍵。Maria V Chang-Lee等[8]研究發現3種不同的預處理工藝處理方法均導致了海參體壁中K+含量的顯著降低, Na+含量的顯著增加。而經不同的解剖方法的刺參體壁, 水分、灰分、脂肪和蛋白質的差異因解剖方法不同而存在顯著差異[6]。孫妍等[9]發現過飽和 NaCl 溶液煮沸的海參不但干燥時間長,而且復水品質劣化; 3.5% NaCl 溶液煮沸15 min的干燥時間短, 復水倍數高、復水產品感官特性更易人接受。

風干技術是所有干燥技術中最傳統的加工工藝,已被廣泛使用多個世紀。熱空氣干燥則是在風干基礎上發展起來的, 兩者都可使產品保持鮮艷的顏色,產品形態清晰可見, 風干技術不用特殊的設備; 熱空氣干燥則需要一些設備, 如恒溫干燥箱、微波爐等。然而, 風干嚴重依賴于天氣, 熱空氣干燥幾乎不受氣候的影響, 而且熱空氣干燥要快于風干技術,并可根據需要控制溫度。近年來, 新技術的不斷出現也為干燥過程提供了新的選擇。目前, 與其他干燥技術相比, 真空冷凍干燥被認為是產品脫水的最佳方法, 由于干燥過程的低溫環境, 其大多數腐敗和生物學反應都被抑制, 產品質量大幅度改善。盡管如此,真空冷凍干燥仍然是最昂貴的海參加工技術。然而,海參加工工藝和加工工藝對海參產品質量影響的文獻報道還是很少, 對氨基酸和脂肪酸組成及含量的比較分析更未見報道。因此, 本研究通過比較不同工藝加工的海參干燥體壁中的氨基酸和脂肪酸組成及含量, 為海參干燥加工提供一定的科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料采集

本實驗所用刺參(A. japonicusSelenka)于3月中旬購于青島市南山水產市場, 選無傷病, 體長 8～12 cm, 體重相近個體作為實驗對象。選定后, 立即解剖,去除內臟, 清洗干凈, 冰凍, 立即運回實驗室, 并儲藏于－20 ℃保存。

1.2 樣品處理

將所有冷凍的刺參體壁隨機分組, 5～6頭/組。

恒溫干燥：刺參體壁于直徑 15 cm的蒸發皿中并排放置后, 放入電熱恒溫鼓風干燥箱中60 ℃恒溫干燥直至干燥產品質量恒重, 時間約為2 d至深褐色,得較厚的樺樹皮樣的干燥刺參體壁(Ⅰ組)。

真空冷凍干燥：刺參體壁切片, 切片的厚度約為 0.5～1 cm, 然后置入真空冷凍干燥機, 真空度5～10 Pa, 冷阱溫度為－85～－90 ℃, 物料溫度為－25 ℃, 時間：48～72 h, 得淺灰色較輕的泡沫狀的干燥刺參體壁(Ⅱ組)。

自然風干：刺參體壁于直徑 15 cm的蒸發皿中并排放置后, 置于室外陽光下直至干燥體壁的質量恒重。干燥溫度為18～25 ℃, 風力3～5級; 干燥時間 72～96 h, 干燥過程中并不斷翻動體壁, 得較厚的樺樹皮樣的干燥刺參體壁(Ⅲ組)。

雙蒸水煮沸+自然風干：刺參體壁直接放入煮沸的雙蒸水中(g/mL, 1：3), 煮沸 15 min, 期間不斷攪拌。15 min后, 取出放入直徑15 cm的蒸發皿上于室外陽光下直至體壁干燥恒重。室外溫度為18～25 ℃,風力3～5級; 干燥時間72～96 h, 干燥過程中并不斷翻動體壁, 得深褐色的、堅硬的縮小版干燥刺參(Ⅳ組)。

3.5% NaCl溶液煮沸+自然風干：刺參體壁直接放入煮沸的 3.5% NaCl溶液中(g/mL, 1：3), 煮沸 15 min, 期間不斷攪拌。15 min后, 取出放入直徑15 cm的蒸發皿上于室外陽光下直至體壁干燥恒重, 水溶液－20 ℃保存備用。室外溫度為18～25 ℃, 風力3～5級; 干燥時間 72～96 h, 干燥過程中并不斷翻動體壁,得深褐色的、堅硬的縮小版干燥刺參(Ⅴ組)。

所有干燥的刺參體壁均用組織粉碎機粉碎, 置于聚乙烯袋中, 封口, 然后置于干燥器中保存備用。

1.3 水分測定

105℃常溫加熱干燥法(參照GB/T 14769-1993)

1.4 氨基酸測定

精確稱取Ⅰ～Ⅴ組干燥樣品各 30 mg, 置于安培瓶中, 加入6 mol/L鹽酸10 mL, 抽真空封管, 至110 ℃烘箱反應22 h, 開瓶過濾, 定容到50 mL, 精取2 mL樣品溶液 40 ℃蒸干, 加蒸餾水繼續至干, 加 2 mL 0.02 mol/L鹽酸, 渦旋混勻, 0.45 μm水相膜過濾, 收集濾液, 4 ℃保存, 備用[2]。準確量取氨基酸標準溶液及樣品200 μL分別置于1 mL離心管中, 每個樣品中準確加入正亮氨酸內標溶液20 μL, 然后再加入三乙胺乙腈溶液100 μL, 異硫氰酸苯酯乙腈溶液100 μL,混勻, 室溫放置1 h, 然后加入正己烷400 μL, 振搖,10 min, 取下層溶液, 用0.45 μm過濾, 靜止待測。Agilent 1100高效液相色譜儀, 紫外檢測器, 檢測波長254 nm, Venusil XBA-AA氨基酸分析柱4.6 mm×250 mm, 5 μm, 柱溫 40 ℃, 進樣量 2 μL。

1.5 脂肪酸測定

精確稱取Ⅰ～Ⅴ組干燥樣品各 40 mg, 加入 1 mol/L KOH/甲醇 2 mL, 加蓋振蕩, 70～75 ℃水浴 20 min (皂化), 冷卻后, 加 1 mol/L HCl/甲醇 3 mL, 加蓋振蕩, 70～75 ℃水浴20 min (甲酯化) , 冷卻后, 加0.5 mL石油醚萃取, 待測[2]。Agilent 7890氣相色譜儀; Agilent FID檢測器; DB-FFAP彈性石英毛細管柱( 30 m ×0.250 mm ×0. 25 μm); 流速 1.0 mL/min; 程序升溫：柱溫先在100 ℃恒溫 10 min ,然后再以10 ℃/min的升溫速率程序升溫至230 ℃,保持 15 min; 載氣：氮氣; 進樣口溫度：220 ℃; 火焰離子化檢測器( FID)：280 ℃; 分流進樣, 進樣量1.0 μL。

1.6 數據分析

采用 SPSS 17.0 軟件進行統計分析。各指標在加工工藝的變化采用單因素方差分析(ANOVA,Tukey檢驗)檢驗, 置信水平取95 %。

2 結果與討論

2.1 水分含量

加工的刺參體壁中的水分含量見表1。由表可見,各種加工工藝加工的刺參(Ⅰ～Ⅴ組)中水分含量存在顯著差異(P<0.05)。加工的刺參中水分含量在3.99%～6.39%之間。其中, 雙蒸水煮沸+自然風干的最高, 然后依次是 3.5%NaCl溶液煮沸+自然風干,自然風干, 恒溫干燥、真空冷凍干燥的最低。

表1 加工的刺參體壁中的水分含量(%)Tab. 1 Moisture content of the processed sea cucumber wall body(%)

2.2 氨基酸組成與含量

經不同加工工藝加工的刺參體壁中的氨基酸組成及含量見表2。由表2可以看出, 除色氨酸被水解破壞外, 5種加工工藝加工的體壁中都含有天冬氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、纈氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸、組氨酸和精氨酸等 17種氨基酸, 因此, 不同加工工藝并沒有改變刺參體壁中 18種基本氨基酸的組成, 僅改變了其含量。5種加工工藝加工的體壁中檢測出的17種氨基酸、氨基酸總量、必需氨基酸總量、呈味氨基酸總量、必需氨基酸總量/氨基酸總量存在顯著的差異(P<0.05)。氨基酸總量、必需氨基酸總量和呈味氨基酸總量的變化范圍為 46.10%～31.92%, 13.17%～10.41%和26.39%～16.96%, 因此, 5種加工工藝加工的刺參體壁中呈味氨基酸含量明顯高于必需氨基酸含量。恒溫干燥的氨基酸總量、必需氨基酸總量和呈味氨基酸總量最高, 真空冷凍干燥次之,3.5%NaCl溶液煮沸+自然風干的氨基酸總量和必需氨基酸總量最低, 自然風干的呈味氨基酸總量最低,但比 3.5%NaCl溶液煮沸+自然風干的呈味氨基酸總量僅多損失 0.29%。與恒溫干燥相比, 自然風干和3.5%NaCl溶液煮沸+自然風干的氨基酸總量損失的相對較高, 分別為8.31%和14.81%; 雙蒸水煮沸+自然風干和3.5%NaCl溶液煮沸+自然風干的必需氨基酸總量損失的相對較高, 分別為 1.38%和 2.76%; 真空冷凍干燥損失的相對較低, 分別為6.25%、0.4%和5.56%。5種加工工藝加工的體壁中必需 AA/總 AA比值也存在顯著差異(P＜ 0.05), 但各工藝的必需AA/總 AA比例則相對變化很小, 僅在 0.35～0.29之間。自然風干的比值最高, 然后依次是3.5%NaCl溶液煮沸+自然風干、真空冷凍干燥和雙蒸水煮沸+自然風干, 恒溫干燥的最低, 與必需AA/總AA比值最高的自然風干相比, 僅差0.04。呈味氨基酸總量占氨基酸總量在 0.50～0.57, 以恒溫干燥的最高, 然后依次是 3.5%NaCl溶液煮沸+自然風干、雙蒸水煮沸+自然風干和真空冷凍干燥, 自然風干的最低。5種加工工藝中含量最高的 5種氨基酸分別是谷氨酸、甘氨酸、天冬氨酸、精氨酸和丙氨酸, 最低的3種氨基酸分別為半胱氨酸、蛋氨酸和組氨酸, 但不同加工工藝中的不同種類氨基酸的差異不同。章超樺等研究指出食品味道鮮美的程度由蛋白質中呈味氨基酸的含量和組成來決定[10], 蛋白質的質量在很大程度上取決于必需氨基酸的量及比例, 必需氨基酸之間的比值是否符合人類膳食蛋白質的模式(人體消化吸收的最適必需氨基酸比值), 是評價食物或蛋白質質量的重要指標。因此, 根據氨基酸的組成和含量分析認為五種加工工藝中以恒溫干燥最佳, 然后依次是真空冷凍干燥、雙蒸水煮沸+自然風干、自然風干, 3.5%NaCl溶液煮沸+自然風干的最差。

表2 加工的刺參體壁中氨基酸組分和含量(%)Tab. 2 Amino acids composition and content of processed sea cucumber wall body(%)

2.3 脂肪酸組成與含量

脂肪酸的組成和含量是食品營養價值評價的指標之一, 也是WHO推薦食品的關鍵因素。不飽和脂肪酸具有廣泛的藥理活性, 尤其是ω-3不飽和脂肪酸, 可降低冠心病的發病, 又有益于發炎和自身免疫性疾病的抑制, 包括風濕性關節炎、克羅恩病、潰瘍性結腸炎、紅斑狼瘡、多發性硬化及偏頭痛等[11-16],甚至可促進大腦和神經的發育[16]。EPA、DHA和AA為細胞膜的重要結構成分, 是必須脂肪酸, 人體不能自身合成, 必須從飲食中獲得[12,15-17]。不飽和脂肪酸還是海鮮風味物質的前體[2]。因此, 不飽和脂肪酸的攝入是維持身體健康所必需的, 加工工藝要盡量減少或避免脂肪酸的損失。

由表3可以看出, 實驗刺參中共可檢測出20種脂肪酸, 7種飽和脂肪酸(SFAs)分別是 C12、C14、C16、C17、C18、C20和C22, 5種單不飽和脂肪酸(MUFAs)分 別 是 C14：1 、 C16：1ω-7 、 C18：1ω-9 、C20：1ω-9 和 C22：1ω-9, 8 種多不飽和脂肪酸(MUFAs)分別是 C18：2ω-6、C18：3ω-3、C20：2ω-6、C20：3ω-6、C20：4ω-6、 C20：5ω-3、C22：2 和 C22：6ω-3。恒溫干燥的刺參中沒有檢測到C12和C14, 真空冷凍干燥、自然風干和雙蒸水煮沸+自然風干的都沒有檢測到C12和C22和C22：2, 3.5%NaCl溶液煮沸+自然風干的沒有檢測到 C12、C22、C14：1、C18：3ω-3 和 C22：2。其次, 加工的刺參中的飽和脂肪酸總量、單不飽和脂肪酸、多不飽和脂肪酸、脂肪酸總量、ω-3脂肪酸總量、∑ω-6脂肪酸總量和ω-3/∑ω-6比值都存在顯著差異(P<0.05)。

在加工的刺參中, 恒溫干燥的飽和脂肪酸總量(∑SFAs)、單不飽和脂肪酸總量(∑MUFAs)、多不飽和脂肪酸總量(∑PUFAs)、脂肪酸總量(∑FAs)及 ω-6多不飽和脂肪酸總量(∑ω-6 PUFAs)是最高的, ω-3不飽和脂肪酸含量(∑ω-3 PUFAs)僅比真空冷凍干燥少14.73μg/g, 而3.5% NaCl溶液煮沸+自然干燥的是5種加工工藝中最低的。真空冷凍干燥的 SFAs,MUFAs, PUFAs, FAs 和ω-6 PUFAs的總量都高于雙蒸水煮沸+自然風干和自然風干。在5種加工工藝加工的刺參體壁中, ω-3 /ω-6 PUFAs比值介于0.80和1.01之間, 都大于0.1, 因此, 符合WHO推薦食品中對脂肪酸的要求[18]。

ω-3 PUFAs 具有保健功能, 其中 EPA 和DHA 即可預防心血管疾病[19], 還可以提高學習能力和視覺功能[20]。AA 是前列腺素和凝血烷的前體,而且在生物的生長發育過程中起重要作用[16]。EPA,AA和 DHA是多不飽和脂肪酸中含量最高的, 也是刺參干品中脂肪酸含量最高的, EPA含量最高、AA其次和DHA含量最低, 而且各加工工藝加工的刺參中的EPA、AA和DHA存在顯著差異(P＜0.05)。EPA含量在真空冷凍干燥中最高, 然后依次是雙蒸水煮沸+自然風干, 恒溫干燥, 自然風干, 3.5% NaCl溶液煮沸+自然風干的最低。與真空冷凍干燥相比, 恒溫干燥的和自然風干的僅差38.84 μg/g和 17.31μg/g。然而, 恒溫干燥的 DHA含量最高, 真空冷凍干燥的和自然風干的要低于其他 2種加工工藝加工的, 但真空冷凍干燥比自然風干的含量高1.91 μg/g。恒溫干燥的AA含量比真空冷凍干燥的少11.64 μg/g, 自然風干的含量最低。

表3 加工的刺參體壁中的脂肪酸組成及含量(μg/g)Tab. 3 Fatty acid composition and content in fresh and processed sea cucumber body wall (μg/g)

3 結論

從上面的結果可以推斷出恒溫干燥是 5種刺參體壁干品加工工藝中保留氨基酸含量, 脂肪酸組成及含量, 尤其是多不飽和脂肪酸含量最高的, 然后依次真空冷凍干燥技術、雙蒸水煮沸+自然風干、自然風干, 3.5%NaCl溶液煮沸+自然干燥的最低。

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Effect of processing techniques on amino acids and fatty acids in body wall ofApostichopus japonicusSelenka

LI Chao-feng1,2, ZOU Xiao-lan1,2, YU Yan-qing1,2, WANG Xin-ting1, ZHU Xiao-bin1
(1. Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. Graduate University of the Chinese Academy of Scinese , Beijing 100049, China)

Nov., 17, 2010

sea cucumber, processing techniques, amino acids, fatty acids

The amino acids and fatty acids in the body wall of sea cucumbers processed using five different processing techniques were analyzed and compared. The results showed that amino acids and fatty acids in the body wall were significantly different between different groups processed with different techniques (P＜0.05). The constant-temperature dried sea cucumber has the highest content of amino acids and fatty acids and is the best processing technique among the five processing techniques, followed by vaccum freeze-drying, double-distilled water boiling plus sun drying, and sun drying. The 3.5% NaCl boiling plus sun drying is the worst one among the five processing techniques.

TS205.1 文獻標識碼：A 文章編號：1000-3096(2012)01-0042-07

2010-11-17;

2010-12-29

國家海洋局公益性項目(200905021-4)

李超峰(1979-), 女, 山西長治人, 博士研究生, 主要從事海洋化學研究, E-mail：lisansan@yeah.net; 朱效斌, 通信作者, E-mail：xbzhu@qdio.ac.cn

康亦兼)