葛小通，王紅麗，尹明雨，王錫昌*

（1 上海海洋大學(xué)食品學(xué)院 上海 201306 2 上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心 上海 201306 3 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部水產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室 上海 201306）

海參屬棘皮動(dòng)物門 （Echinodermata） 海參綱（Holothuroidea），富含肽、三萜苷、甾醇和多糖等生物活性物質(zhì)，是一種海洋高營養(yǎng)價(jià)值食品[1]。目前，海參養(yǎng)殖年產(chǎn)量近22 萬t，市場價(jià)值超過70 億美元[2]。 因海參在機(jī)械破壞、溫度變化、水質(zhì)變化、鹽度變化等刺激下會(huì)產(chǎn)生自溶現(xiàn)象[3]，故選擇合適的加工方法以延長其貯藏時(shí)間尤為重要。 傳統(tǒng)的海參加工方法為干制，大多采用自然晾曬，加入大量糖或鹽進(jìn)行腌制，其過程復(fù)雜且需復(fù)水操作，極大地破壞了海參的品質(zhì)。不同于傳統(tǒng)干制海參，通過高溫、高壓和熱處理制備的冷凍即食海參，由于生產(chǎn)工序少，所含營養(yǎng)成分尤其是水溶性營養(yǎng)物質(zhì)及生物活性物質(zhì)損失相對較小[4]，且產(chǎn)品食用方便性增強(qiáng)，因此成為近10年受歡迎的一種產(chǎn)品。

冷凍即食海參產(chǎn)品方便食用，具有較好的彈性、韌性及口感[5]，其質(zhì)構(gòu)特性對消費(fèi)者的感官體驗(yàn)影響顯著。 冷凍即食海參的質(zhì)構(gòu)特性可通過人的感官評(píng)價(jià)或儀器評(píng)價(jià)的方法獲得。 感官評(píng)價(jià)能直觀反映冷凍即食海參的質(zhì)構(gòu)特性，然而，主觀因素影響大，評(píng)價(jià)結(jié)果無法直接用精確的數(shù)據(jù)表達(dá)，具有局限性[6]。因此，使用便捷、客觀的儀器檢測各項(xiàng)指標(biāo)具有很重要的意義。 目前已有對海參質(zhì)構(gòu)特性分析的研究報(bào)道，如Liu 等[2]通過硬度、彈性、黏聚性和咀嚼性等TPA（Texture profile analysis）指標(biāo)表征貯藏過程中膠原蛋白氧化對海參體壁的影響；Xiong 等[7]利用剪切力測定海參氧化過程中的嫩化程度；薛冬梅等[8]通過應(yīng)力松弛試驗(yàn)表征加熱條件下海參的結(jié)構(gòu)變化。綜上，前人報(bào)道采用質(zhì)構(gòu)儀測量海參質(zhì)構(gòu)特性的方法單一，對冷凍即食海參質(zhì)構(gòu)特性的研究較少。

本試驗(yàn)選用4 種解凍方式的冷凍即食海參為原料（冷藏解凍、空氣解凍、靜水解凍和超聲輔助解凍），進(jìn)行TPA、剪切力和應(yīng)力松弛等指標(biāo)檢測，并與感官評(píng)價(jià)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。 基于冷凍即食海參質(zhì)構(gòu)特性的全面分析與評(píng)價(jià)，為冷凍即食海參質(zhì)構(gòu)品質(zhì)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

冷凍即食海參（藍(lán)渤灣海洋食品有限公司，遼寧省大連市）購于麥德龍超市，置于鋪滿冰袋的保鮮箱迅速運(yùn)輸至實(shí)驗(yàn)室，放在（-20±1）℃冰箱中貯藏備用。

Fluke-NetDAQ32 多點(diǎn)溫度采集儀，美國Fluke 公司；KQ-100VDE 型超聲波清洗機(jī)，昆山市超聲儀有限公司；TA-XT2I 質(zhì)構(gòu)分析儀，英國SMS公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 從-20 ℃冰箱中取出冷凍即食海參，選出大小相似（質(zhì)量：（20.56±1.78）g，體長：（8.12±0.67）cm，n=160），經(jīng)過4 種方式解凍的冷凍即食海參作為研究對象，其試驗(yàn)設(shè)計(jì)組別見表1。 各組均采用多點(diǎn)溫度采集儀測定溫度，待其中心溫度達(dá)到4 ℃時(shí)，即視為解凍結(jié)束，立即進(jìn)行質(zhì)構(gòu)特性的檢測。

表1 冷凍即食海參的4 種解凍方式與解凍時(shí)間Table 1 Four thawing methods of frozen instant sea cucumbers

1.2.2 質(zhì)構(gòu)儀檢測

1.2.2.1 樣品制備 取解凍后的冷凍即食海參用濾紙擦干表面水分，去頭去尾將中間腹部平整區(qū)域切成直徑2 cm，厚度25 mm 的圓柱體。

1.2.2.2 TPA TPA 測定參考Torres 等[10]的方法，并稍作修改，將樣品置于SMS 物性分析儀進(jìn)行二次壓縮試驗(yàn)。 使用P/50 平底柱形探頭，試驗(yàn)前、中、后速度分別設(shè)置為1，5，1 mm/s，壓縮度30%，兩次壓縮間隔5 s，觸發(fā)力5 g。

1.2.2.3 剪切力 參考Zhu 等[11]的方法并稍作修改，將樣品垂直于SMS 物性分析儀上進(jìn)行縱剪切力試驗(yàn)，將樣品水平于平臺(tái)放置。 測定條件：探頭型號(hào)為WBS 切刀形探頭，試驗(yàn)前、中、后速度分別設(shè)置為1，5，1 mm/s，初始激發(fā)力5 g。

1.2.2.4 應(yīng)力松弛 參考Zhang 等[12]的方法并稍作修改。 將樣品置于SMS 物性分析儀上進(jìn)行一次壓縮試驗(yàn)。 使用P/36 平底柱形探頭，試驗(yàn)前、中、后速度分別設(shè)定為1，2，1 mm/s，壓縮度30%，壓縮時(shí)間60 s。

應(yīng)力松弛曲線采用改進(jìn)的三元模型擬合如下式[13]：

式中，σ——樣品在試驗(yàn)中任何時(shí)間t 所受的應(yīng)力（kg）；ε0——應(yīng)變壓縮（30%）；τ——σ 降至初始值e-1時(shí)的弛豫時(shí)間（s）；E0和E1——平衡和衰減彈性系數(shù)；η——阻尼體粘滯系數(shù)。

1.2.3 感官評(píng)價(jià) 參考邱岑[14]的方法，以硬度、彈性、黏度3 項(xiàng)作為樣品的評(píng)價(jià)指標(biāo)，制定感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表。 4 組樣品用3 位數(shù)的隨機(jī)數(shù)編碼，由10位年齡在22～25 歲經(jīng)過訓(xùn)練的感官員（5 男5 女）進(jìn)行評(píng)價(jià)。

感官評(píng)價(jià)試驗(yàn)樣品是解凍后的冷凍即食海參，切取中間腹部直徑2 cm，厚度25 mm 的圓柱體小塊。 根據(jù)GB/T 16860-1997 質(zhì)構(gòu)特性的定義和評(píng)價(jià)方法[15]，采取10 分制打分，具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 質(zhì)構(gòu)特性感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standard for texture properties

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)均重復(fù)8 次，試驗(yàn)數(shù)據(jù)以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差”表示。 采用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行方差分析及相關(guān)性分析。采用Excel 插件XLSTAT 進(jìn)行主成分分析。 作圖軟件是用Sigma Plot 12.5 和Adobe Illustrator CS5。

2 結(jié)果與分析

2.1 儀器檢測指標(biāo)分析

2.1.1 TPA TPA 以提供樣品在形變中的力學(xué)特性信息，是一種廣泛應(yīng)用于食品質(zhì)地評(píng)估的經(jīng)典方法[16]。 本試驗(yàn)主要對硬度、彈性、黏聚性和咀嚼性進(jìn)行分析。 4 種解凍方式間的樣品質(zhì)構(gòu)特性差異顯著（P＜0.05）（圖1）。 如圖1a 所示，A 組的硬度最大（4.48 kg），而B 組的硬度最?。?.78 kg），硬度變化可能與冷凍即食海參體壁組織中膠原纖維的斷裂有關(guān)，A 組硬度強(qiáng)表明其膠原纖維相互聚集，具有較為致密的膠原纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效維持其原有形態(tài)。 前人研究發(fā)現(xiàn)[17]，食品彈性的變化與脂肪含量存在正相關(guān)關(guān)系，圖1b 中B、C 和D 組的彈性無顯著差異（P＞0.05），可能由于這3 組解凍時(shí)間較短并不能引起明顯的脂肪損失。由圖1d 可知，A 組的咀嚼性顯著高于其它3 組（P＜0.05），咀嚼性可以反映樣品的嫩度，它與硬度、彈性和黏聚性有關(guān)，是評(píng)價(jià)質(zhì)地的綜合指標(biāo)。

圖1 4 組冷凍即食海參的TPA 測定結(jié)果Fig.1 TPA determination results of four groups of frozen instant sea cucumber

2.1.2 剪切力 冷凍即食海參是經(jīng)過高溫、 高壓處理過的產(chǎn)品，其膠原蛋白已高度凝膠化，而嫩度則是評(píng)價(jià)凝膠產(chǎn)品的重要指標(biāo)。 嫩度通常通過切割纖維阻力的大小來判斷，剪切力則是測定嫩度較客觀的方法之一[18]。 如圖2 所示，A 組的縱截面剪切力顯著大于其它3 組（P<0.05），與TPA 中咀嚼性趨勢相同。 A 組的橫截面剪切力顯著大于B組（P<0.05）。 一般來說，剪切力越大，對機(jī)械剪切的抵抗能力越強(qiáng)，說明A 組樣品的韌性強(qiáng)且凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)緊密。

圖2 4 組冷凍即食海參的剪切力測定結(jié)果Fig.2 Shear force determination results of four groups of frozen instant sea cucumber

2.1.3 應(yīng)力松弛 應(yīng)力松弛是研究大分子物質(zhì)黏彈性的重要方法，它與凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。圖3 顯示了4 組樣品的應(yīng)力松弛曲線，曲線的壓縮部分（從試驗(yàn)開始到達(dá)到最大力）未考慮在內(nèi)，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到最大值后，所有樣品的應(yīng)力都迅速下降，然后隨著時(shí)間的推移緩慢下降到一個(gè)平衡值。在不斷形變的過程中，冷凍即食海參的蛋白質(zhì)大分子鏈會(huì)發(fā)生空間和構(gòu)象變化，從而產(chǎn)生黏性流動(dòng)，能量釋放到環(huán)境中，從而降低應(yīng)力，平衡應(yīng)力值反映了樣品的硬度[19]。 從圖3 可以看出，A 組的平衡應(yīng)力最大，說明A 組的硬度最大，B 組最小，這與TPA 硬度的測試結(jié)果一致。

圖3 4 組冷凍即食海參的應(yīng)力松弛曲線Fig.3 Stress relaxation curves of four groups of frozen instant sea cucumber

根據(jù)公式（1）將試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合到修正的三元模型中，得到的E0、E1、τ 與η 的擬合參數(shù)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與方程吻合良好，每個(gè)擬合方程R2均大于0.900。如表3 所示，A 組的E0和E1參數(shù)明顯高于其它3 組（P<0.05），參數(shù)E0與硬度密切相關(guān)。 另一個(gè)參數(shù)E1反應(yīng)了樣品的彈性，E1越高，從最大值到平衡點(diǎn)的下降距離就越大，彈性趨勢是A＞D＞C＞B。 松弛時(shí)間τ 取決于樣品的黏度與彈性，它反映的是能量釋放速度，這與大分子在壓縮過程中的阻力有關(guān)[20]。 根據(jù)公式（2）得到樣品的粘滯系數(shù)η 反映了樣品的黏度，黏度趨勢是A＞D＞B＞C。

表3 4 組冷凍即食海參的三元模型參數(shù)Table 3 Ternary model parameters of four groups of frozen instant sea cucumber

2.2 感官評(píng)價(jià)指標(biāo)分析

感官評(píng)價(jià)是一種直觀、快速的評(píng)價(jià)方法。由圖4a 可知，感官評(píng)價(jià)中硬度趨勢是A＞D＞C＞B；彈性趨勢是A＞D＞C＞B；黏度趨勢是A＞D＞B＞C，這與儀器檢測指標(biāo)分析結(jié)果基本相同。

從感官評(píng)價(jià)總分的結(jié)果（圖4b） 可以看出A組（19.84）的感官總分最高，其次是D 組（17.96）和C 組（15.6），B 組（13.81）感官總分最低。 其主要原因可能是A 組的解凍溫度低且過程較溫和，有效地減弱了生化反應(yīng)強(qiáng)度，抑制了微生物的繁殖，組織損傷較小，膠原纖維結(jié)構(gòu)致密。D 組由于超聲波作用水產(chǎn)生空化氣泡，C 組由于介質(zhì)是水，兩者都提高了傳熱效率，能較快地通過最大冰晶融解帶（-5～0 ℃），從而減少了樣品膠原蛋白的降解，降低了組織結(jié)構(gòu)的破壞[21]。 綜上，4 組樣品的質(zhì)構(gòu)特性感官評(píng)價(jià)指標(biāo)具有顯著性差異（P<0.05）。

圖4 4 組冷凍即食海參的感官評(píng)價(jià)與評(píng)價(jià)總分結(jié)果Fig.4 Sensory evaluation and total score results of four groups of frozen instant sea cucumber

然而，儀器檢測指標(biāo)能否互相關(guān)聯(lián)，能否準(zhǔn)確反映消費(fèi)者的感官真實(shí)值，還需要做進(jìn)一步的相關(guān)性與主成分分析。

2.3 儀器檢測指標(biāo)間的相關(guān)性分析

儀器檢測指標(biāo)間的相關(guān)性見圖5。9 項(xiàng)儀器檢測指標(biāo)中，除了黏聚性與彈性、縱剪切力、η 外，其它儀器檢測指標(biāo)間均具有較高的相關(guān)性（r=0.800～0.999≥0.800），說明質(zhì)構(gòu)儀檢測的儀器指標(biāo)間呈較好相關(guān)性。 其中TPA 黏聚性是第一次壓縮與第二次壓縮的做功之比，一定程度上與其它儀器檢測指標(biāo)相關(guān)性不高，這與以往研究結(jié)果相符[22]。 而彈性模量E1與硬度（r=0.990，P＜0.01）、彈性（r=0.974，P＜0.05）、咀嚼性（r=0.994，P＜0.01）、縱剪切力（r=0.978，P＜0.05）、橫剪切力（r=0.961，P＜0.05）、E0（r=0.986，P＜0.05）、η（r=0.987，P＜0.05）之間有不同程度的相關(guān)性。 冷凍即食海參的E1表示的是樣品在彈性形變區(qū)內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變曲線的斜率，這與大分子在壓縮過程中的阻力有關(guān)，與樣品的柔韌性密切相關(guān)[20]。

圖5 儀器檢測指標(biāo)間的聚類相關(guān)性色圖Fig.5 Color map of correlations among instrument detection indicators

2.4 儀器檢測指標(biāo)與感官評(píng)價(jià)指標(biāo)間的相關(guān)性分析

儀器檢測指標(biāo)與感官評(píng)價(jià)指標(biāo)間的相關(guān)性見圖6。硬度、黏聚性、咀嚼性、橫剪切力和E1與感官硬度，硬度、黏聚性、咀嚼性、橫剪切力、E0和E1與感官彈性，全部儀器檢測指標(biāo)與感官總分均呈較高的相關(guān)性（r=0.800～0.994≥0.800），說明感官評(píng)價(jià)是一種主觀性、綜合性較強(qiáng)的質(zhì)構(gòu)特性評(píng)價(jià)，部分儀器檢測指標(biāo)與特定感官評(píng)價(jià)指標(biāo)呈弱相關(guān)性，然而所有儀器檢測指標(biāo)與感官總分間相關(guān)性較好。其中TPA 黏聚性與感官硬度（r=0.982，P＜0.05）、感官彈性（r=0.994，P＜0.01）、感官總分（r=0.984，P＜0.05）間呈顯著相關(guān)性，冷凍即食海參的黏聚性表示的是樣品斷裂前的形變程度，這與樣品的柔軟性和組織狀態(tài)密切相關(guān)[23]。 樣品的橫剪切力與感官彈性和感官總分間呈顯著相關(guān)性（P＜0.05），橫剪切力是模擬人咬合冷凍即食海參所需力的最佳參數(shù)，樣品彈性越好，則抗拒形變的力量越大，所需橫剪切力就越高[24]。 硬度是反映均勻咀嚼時(shí)壓迫樣品所需的力，而TPA 硬度是第1次壓縮所需的力，且在沒超過消費(fèi)者承受范圍時(shí)，樣品的硬度越大，質(zhì)構(gòu)越好[25]。 而感官黏度與所有儀器檢測指標(biāo)相關(guān)性不高 （r=0.577～0.790＜0.8），黏度與抗流動(dòng)性的機(jī)械質(zhì)地特性有關(guān)，表現(xiàn)為用舌頭將樣品吸進(jìn)口腔里，用平穩(wěn)速率所需的力量，而質(zhì)構(gòu)儀檢測的樣品為圓柱狀小塊，從而導(dǎo)致感官黏度與儀器檢測指標(biāo)相關(guān)性不高。綜上，儀器檢測指標(biāo)和感官評(píng)價(jià)指標(biāo)之間存在一定的相關(guān)性，且可將TPA 硬度、TPA 黏聚性和橫剪切力作為冷凍即食海參質(zhì)構(gòu)特性評(píng)價(jià)的重要綜合性指標(biāo)。

圖6 儀器檢測指標(biāo)與感官評(píng)價(jià)指標(biāo)間的聚類相關(guān)性色圖Fig.6 Color map of correlations among instrumental detection indicators and sensory evaluation indexes

2.5 儀器檢測指標(biāo)的主成分分析

對儀器檢測指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析（PCA），發(fā)現(xiàn)前2 個(gè)主成分解釋了總變量的99.65%（PC1 和PC2 分別為94.83%和4.82%）（圖7）。載荷圖表明射線的箭頭終點(diǎn)與原點(diǎn)距離越遠(yuǎn)，其指標(biāo)被2 個(gè)主成分解釋程度越高，箭頭空間距離越近，指標(biāo)間相關(guān)性就越高[26]。主成分1 與9 項(xiàng)儀器檢測指標(biāo)均呈正相關(guān)，且應(yīng)力松弛E1和TPA硬度能較好的被主成分1 解釋。 主成分2 與TPA黏聚性、 橫剪切力、TPA 硬度和彈性模量E1正相關(guān)且能較好的被主成分2 解釋，與其它儀器檢測指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)。 所有儀器檢測指標(biāo)均能被這2 個(gè)主成分較好的解釋。

圖7 主成分載荷圖Fig.7 Biplot of principal component analysis

圖8 是對4 組樣品得分因子繪制的PCA 得分圖。4 個(gè)象限把4 個(gè)解凍組分成3 類，這與感官評(píng)價(jià)總分分類情況相似。 感官評(píng)價(jià)總分最高的A組趨近于主成分1 和主成分2 的正方向，由于主成分1 與應(yīng)力松弛E1和TPA 硬度呈正相關(guān)且能夠被較好的解釋，主成分2 與TPA 黏聚性、橫剪切力、TPA 硬度和彈性模量E1正相關(guān)且能較好的解釋，說明樣品要獲得較好的感官評(píng)價(jià)總分，需要有較高的黏聚性、硬度、橫剪切力和E1。

圖8 4 組樣品的主成分得分圖Fig.8 Principal component score chart of four groups of samples

總之，儀器檢測指標(biāo)間的主成分分析和儀器檢測指標(biāo)與感官評(píng)價(jià)指標(biāo)間相關(guān)性分析結(jié)果相似，對冷凍即食海參質(zhì)構(gòu)特性起關(guān)鍵作用的指標(biāo)是TPA 黏聚性、TPA 硬度、 橫剪切力和彈性模量E1。

3 結(jié)論

本研究通過TPA、 剪切力和應(yīng)力松弛試驗(yàn)中的9 項(xiàng)儀器檢測指標(biāo)分析和3 項(xiàng)感官評(píng)價(jià)指標(biāo)分析對4 種方式解凍的冷凍即食海參樣品質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行研究，得到以下結(jié)論：

1） 4 種方式解凍的冷凍即食海參的儀器檢測指標(biāo)與感官評(píng)價(jià)指標(biāo)均具有顯著差異 （P＜0.05），表明質(zhì)構(gòu)特性與樣品本身的特性存在密切關(guān)系，如冷凍即食海參解凍后的微生物繁殖、蛋白質(zhì)氧化和水分流失等均對質(zhì)構(gòu)特性產(chǎn)生影響。

2） 經(jīng)過儀器檢測指標(biāo)間的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)質(zhì)構(gòu)儀測量的9 項(xiàng)儀器指標(biāo)除黏聚性與彈性、縱剪切力、η 以外，其余指標(biāo)間均呈較高的相關(guān)性（r≥0.800）。

3） 經(jīng)過儀器檢測指標(biāo)與感官評(píng)價(jià)指標(biāo)間的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)TPA 黏聚性與感官硬度和感官總分顯著相關(guān)（P＜0.05），與感官彈性極顯著相關(guān)（P＜0.01），樣品的橫剪切力與感官彈性和感官總分顯著相關(guān) （P＜0.05），TPA 硬度則與感官總分顯著相關(guān)（P＜0.05）。

4） 經(jīng)過儀器檢測指標(biāo)間的主成分分析，發(fā)現(xiàn)黏聚性、硬度、橫剪切力和E1對感官評(píng)價(jià)總分影響較大。

綜上，對冷凍即食海參質(zhì)構(gòu)特性起到?jīng)Q定性作用的指標(biāo)是TPA 黏聚性、TPA 硬度、 橫剪切力和彈性模量E1。儀器檢測指標(biāo)間相關(guān)性較好，精確性高且測量快速、便捷；感官評(píng)價(jià)指標(biāo)雖能準(zhǔn)確反映消費(fèi)者的感官真實(shí)值，但主觀性較強(qiáng)且耗時(shí)、耗力。