海參罐頭殺菌工藝技術(shù)研究

桑 磊，翁喬丹，潘超然

(1.福建省長樂市質(zhì)量計(jì)量檢測(cè)所，福建長樂350200;2.中山大學(xué)工學(xué)院，廣東廣州510006;3.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建福州350002)

海參是無脊椎動(dòng)物，棘皮動(dòng)物門，海參綱，海參體內(nèi)不但富含豐富的氨基酸、維生素和化學(xué)元素等營養(yǎng)成分，而且含有皂苷、酸性粘多糖、膠原蛋白等多種生物活性物質(zhì)，最為典型的是被稱為“海中人參”的刺參，其營養(yǎng)價(jià)值高，味道鮮美，深受消費(fèi)者歡迎［1］。海參罐頭是將海參熟化，裝罐或裝袋，經(jīng)滅菌處理后儲(chǔ)藏，食用方便，易于儲(chǔ)藏。秦如江等研究了三鮮海參罐頭產(chǎn)品，詳細(xì)的介紹了制作海參罐頭的具體的工藝流程，發(fā)明專利“一種清湯海參罐頭及其制作方法”［2］、“保健海參罐頭”［3］、“一種含有凝膠狀湯汁的海參罐頭及制作方法”［4］等都對(duì)海參罐頭有較為詳細(xì)的研究，但是針對(duì)海參罐頭殺菌的工藝研究較少。食品罐頭在殺菌過程中由于設(shè)備和技術(shù)水平的限制，很難準(zhǔn)確的測(cè)出固體冷點(diǎn)溫度，因此很難計(jì)算出固體冷點(diǎn)的F值，而為了確保食品安全，只能依照經(jīng)驗(yàn)公式，但大多數(shù)殺菌公式強(qiáng)度過高，偏于保守［5］，特別是因?yàn)楹⒅泻写罅康哪z原蛋白，在殺菌過程中，易在高溫高壓下變性降解，并對(duì)海參罐頭的營養(yǎng)、感官品質(zhì)等有較大的破壞作用，成為制約海參罐頭產(chǎn)品發(fā)展的重要因素。由此，本文通過研究海參罐頭在殺菌過程中各個(gè)指標(biāo)的變化規(guī)律，確定了最佳的殺菌工藝條件，旨在解決海參罐頭在殺菌過程中依賴傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)公式，殺菌強(qiáng)度過大，導(dǎo)致的海參營養(yǎng)成分損失較多、貯藏期間易破碎的問題，可以突破海參加工過程中的技術(shù)瓶頸，并為海參的深加工提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

活仿刺參(Apostichopus japonicus)福建連江;羥脯氨酸標(biāo)準(zhǔn)品 上海原葉生物科技有限公司;檸檬酸 天津博迪化工股份有限公司;氯胺T 天津市長鑫宏祥商貿(mào)有限公司;濃鹽酸 西隴化工股份有限公司;甲基紅 天津市津北精細(xì)化工有限公司;硫酸西隴化工股份有限公司;氫氧化鈉 天津科密歐化學(xué)試劑有限公司;無水乙酸鈉 天津博迪化工股份有限公司;二甲氨基苯甲醛 天津市津北精細(xì)化工有限公司;高氯酸 天津科密歐化學(xué)試劑有限公司;異丙醇 西隴化工股份有限公司。

BS110S電子天平 長沙八方科學(xué)儀器有限公司;WfZ－UV－2000分光光度計(jì) 廣州北瑞色譜科技有限公司;GSP－9160MBE隔水式恒溫培養(yǎng)箱 上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;HH－4數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州普天儀器制造有限公司;DY2009－032－00型立式壓力蒸汽滅菌器筒 上海東亞壓力容器制造有限公司;EZ－S食品質(zhì)構(gòu)儀 日本原裝萬能拉伸儀SHIMADZU;YN－ZD－Z－5蒸餾水發(fā)生器 濟(jì)南昊天科技發(fā)展有限公司;DP－2000壓差儀 成都名馳儀器有限公司;PSD離心機(jī) 張家港市輕工設(shè)備廠;GT4A1手板封罐機(jī) 廣東省汕頭市金園區(qū)順成食品機(jī)械廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 原料處理 鮮海參經(jīng)挑選清洗后，用水浸泡軟化10～12h，清除內(nèi)臟，高溫蒸煮30～35min，再用水泡發(fā)10～12h，灌湯封口，制成海參罐頭，其中空罐型號(hào)為751。

1.2.2 罐頭F值的計(jì)算 分別測(cè)定殺菌過程中殺菌鍋蒸汽溫度、海參幾何中心冷點(diǎn)溫度以及湯汁溫度，每隔1min記錄一次。應(yīng)用Matlab7.1對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，計(jì)算殺菌鍋蒸汽、湯汁及海參幾何中心的F值并繪制加熱溫度曲線及致死率曲線。

1.2.3 罐頭最佳殺菌條件的確定 采用殺菌溫度為121℃，升溫、降溫時(shí)間均為10min，分別選擇殺菌時(shí)間為 10、12、14、16、18、20、22min，測(cè)定不同的殺菌時(shí)間下海參罐頭的F值、膠原蛋白含量、質(zhì)量損失率、TPA、感官品質(zhì)分析以及商業(yè)無菌檢驗(yàn)進(jìn)行分析，以確定最佳的殺菌工藝。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 加熱蒸汽溫度、湯汁及海參中心溫度的測(cè)定 先將溫度測(cè)定儀校正，然后在罐身的中心鉆一個(gè)孔，然后將溫度測(cè)定儀插入孔中，用硅膠封圈、螺母將其旋緊固定，因?yàn)楹⒌睦潼c(diǎn)在其幾何中心上，將探頭插在海參的中心上;然后再用同樣的方式在罐身中心偏上方一點(diǎn)的地方鉆孔插入溫度探頭，使得探頭和湯汁接觸，測(cè)定湯汁的溫度;最后用第三根溫度探頭測(cè)定殺菌鍋內(nèi)蒸汽的溫度，然后將這三根溫度探頭都和熱電偶連接起來，并用橡膠固定，防止加熱過程脫落。在殺菌過程中，這三根熱電偶就能分別測(cè)出罐頭冷點(diǎn)的溫度、罐頭湯汁的溫度和殺菌鍋蒸汽溫度，然后通過數(shù)據(jù)采集器在計(jì)算機(jī)中顯示［6］。

1.3.2 質(zhì)量損失率的測(cè)定 將海參處理之后，待質(zhì)量狀態(tài)穩(wěn)定之后，瀝干水分稱重作為起始重量，殺菌后將海參瀝干湯汁再稱重。

質(zhì)量損失率(%)=(起始重量－殺菌后重量)/起始重量×100

1.3.3 羥脯氨酸含量測(cè)定 羥脯氨酸質(zhì)量與海參膠原蛋白總量是成正比的，可以此為依據(jù)換算得到海參樣品的膠原蛋白的含量［7］。參照 GBT 9695.23－2008肉與肉制品羥脯氨酸含量測(cè)定［8］的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.4 質(zhì)地剖面分析 本實(shí)驗(yàn)采用TPA(Texture Profile Analysis)分析法來測(cè)定海參的質(zhì)構(gòu)。TPA測(cè)試被稱為兩次拒絕測(cè)試(Two Bite Test)，通過模擬人口腔的咀嚼運(yùn)動(dòng)，對(duì)海參樣品進(jìn)行兩次壓縮，從力(時(shí)間曲線上分析得到一系列質(zhì)構(gòu)參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)所用的質(zhì)構(gòu)參數(shù)為［9－10］:硬度(Hardness):第一次壓縮海參樣品過程中的最大峰值;彈性(Springiness):樣品在第一次壓縮變形后所“彈回”的程度，并在第二次壓縮時(shí)測(cè)定，其中在進(jìn)行第二次壓縮之前，必須保證產(chǎn)品已經(jīng)彈回到最大限度。彈性值是第二次壓縮中檢測(cè)到的海參樣品的恢復(fù)高度和第一次壓縮的變形量之間的比值;粘聚性(cohesiveness):反應(yīng)了經(jīng)過第一次壓縮變形后所表現(xiàn)出來的對(duì)第二次壓縮的相對(duì)抵抗能力。在曲線上表現(xiàn)為兩次壓縮所做正功之比;咀嚼性(Chewiness):計(jì)算公式為硬度×彈性×粘聚性。

取樣方法:實(shí)驗(yàn)中取海參背部和腹部平整的部位，切割出20mm×20mm的正方形。實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用TPA模式，采用P/50探頭，具體測(cè)定條件設(shè)置如下:

測(cè)試探頭P50，測(cè)試時(shí)壓縮前探頭運(yùn)行速率為2.0mm/s，壓縮過程中的運(yùn)行速率為1.0mm/s，返回速率為2.0mm/s，探頭下行距離為食品高度的2cm，每次數(shù)據(jù)采集量為150pps。壓縮量20%，兩次壓縮中間停止時(shí)間5s。每個(gè)條件平行樣品六個(gè)，取平均值。圖1為海參TPA測(cè)試典型曲線。

圖1 海參TPA測(cè)試典型曲線Fig.1 Typical TPA curve of the sea cucumber

1.3.5 感官評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn) 邀請(qǐng)10位食品專業(yè)人員組成評(píng)價(jià)小組，對(duì)評(píng)價(jià)員進(jìn)行訓(xùn)練，通過眼觀、鼻聞、手觸和嘴嘗，對(duì)樣品的色澤、軟硬、彈性及整體形態(tài)等進(jìn)行綜合評(píng)分，評(píng)定后剔除異常數(shù)據(jù)，取平均值。感官評(píng)定表見表1。

1.3.6 商業(yè)無菌檢驗(yàn)分析 將罐頭放入(36±1)℃的恒溫培養(yǎng)箱中，培養(yǎng)10d，觀察是否出現(xiàn)胖聽，并測(cè)定pH，圖片鏡檢檢測(cè)是否有微生物繁殖現(xiàn)象。

2 結(jié)果與分析

2.1 海參罐頭F值計(jì)算結(jié)果

按照1.3.1所述方法測(cè)得海參罐頭殺菌鍋加熱蒸汽溫度、湯汁溫度以及海參幾何中心冷點(diǎn)溫度，將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其結(jié)果見圖2～圖4。

表1 海參感官評(píng)分表Table 1 Sensory score of the sea cucumber

圖2 殺菌鍋蒸汽、湯汁及海參冷點(diǎn)加熱溫度曲線Fig.2 Temperature curve of retort steam，soup and sea cucumber cold spot

圖3 海參冷點(diǎn)致死率曲線Fig.3 Cold spot lethality rate of sea cucumber

圖4 罐頭湯汁致死率曲線Fig.4 Soup lethality rate

如圖2～圖4所示，分別為海參罐頭的加熱溫度曲線、海參冷點(diǎn)致死率以及湯汁致死率曲線圖，由圖2可知，在升溫過程中溫度由大到小依次為殺菌鍋蒸汽溫度、湯汁溫度、海參冷點(diǎn)溫度;在降溫過程中殺菌鍋蒸汽降溫最快，其次是罐頭湯汁，最慢的是海參冷點(diǎn)。隨著殺菌時(shí)間的延長，海參冷點(diǎn)和湯汁的致死率隨之增加，當(dāng)殺菌溫度降低時(shí)，致死率隨之降低。而在殺菌過程中，湯汁傳熱速率比海參大，致死率相比較高，因此要滿足罐頭殺菌要求，需使海參冷點(diǎn)致死率達(dá)到最低殺菌要求。

由于海參罐頭屬于pH是大于4.6的低酸性罐頭，所以肉毒桿菌是罐頭中耐熱性最強(qiáng)的病毒原菌，此細(xì)菌易產(chǎn)生毒素，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量安全。Irving等人強(qiáng)調(diào)，低酸性罐頭的最低殺菌強(qiáng)度在Z=10℃(18°F)時(shí)，F(xiàn)值在121.1℃下的殺菌值應(yīng)為3.0min，即最低肉毒桿菌殺菌標(biāo)準(zhǔn)［11］。由表2所示，湯汁的 F值大于海參冷點(diǎn)的F值。因此，以罐頭湯汁溫度變化得到的F值與實(shí)際的F值相比偏大。同時(shí)上述結(jié)果表明當(dāng)殺菌條件為10min－13min－10min/121℃(升溫至121.1℃時(shí)間為10min，維持121.1℃13min，降溫10min)時(shí)，海參冷點(diǎn)F值可以達(dá)到最低肉毒桿菌殺菌標(biāo)準(zhǔn)，罐頭就可以達(dá)到殺菌要求。但是高溫殺菌容易使海參體壁的膠原蛋白自溶降解，因此本實(shí)驗(yàn)為確定最佳的殺菌條件，既能達(dá)到殺菌要求，又能最大程度的防止海參膠原蛋白降解，進(jìn)行了如下研究。

表2 殺菌鍋、湯汁及海參冷點(diǎn)的F值Table 2 F value of soup and sea cucumber cold spot

2.2 海參罐頭殺菌條件的確定

2.2.1 不同殺菌條件下對(duì)海參冷點(diǎn)F值的影響 由圖5可知隨著殺菌時(shí)間的延長，海參冷點(diǎn)的F值不斷上升，而且基本上是直線上升，說明殺菌溫度恒定的情況下海參冷點(diǎn)的F值與恒溫殺菌時(shí)間呈線性關(guān)系。由實(shí)驗(yàn)可知，在殺菌時(shí)間為10min時(shí)，海參冷點(diǎn)的F值為2.8min，不能達(dá)到最低肉毒桿菌殺菌標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)殺菌時(shí)間在12min時(shí)，海參冷點(diǎn)的F值為3.414min，可以達(dá)到殺菌要求。

圖5 不同的殺菌時(shí)間對(duì)海參冷點(diǎn)F值的影響Fig.5 Effect of different sterilization time on F value of sea cucumber cold spot

2.2.2 不同的殺菌條件下對(duì)海參羥脯氨酸含量的影響 由圖6可知，隨著殺菌時(shí)間的延長，海參罐頭的膠原蛋白含量也是先變化平緩后迅速下降，特別是當(dāng)殺菌時(shí)間超過14min后，海參的羥脯氨酸含量的變化非常明顯，但是隨后羥脯氨酸含量流失平緩。當(dāng)殺菌時(shí)間為12min時(shí)，羥脯氨酸的含量為0.28%，而當(dāng)殺菌時(shí)間為16min時(shí)，羥脯氨酸的含量降至0.16%。這是因?yàn)殡S著殺菌時(shí)間的延長，膠原蛋白吸收的能量逐漸超過分子間作用力，蛋白分子中的氫鍵被破壞，水分子作為氫鍵的受體和供體，與膠原蛋白分子骨架及側(cè)鏈上的基團(tuán)競爭形成氫鍵，造成膠原蛋白三螺旋結(jié)構(gòu)隨著破裂，使埋藏于膠原蛋白分子內(nèi)部的疏水基團(tuán)暴露出來，易于變性、聚集，使膠原蛋白鏈從伸展?fàn)顟B(tài)變成無規(guī)則的卷曲狀態(tài)，導(dǎo)致膠原蛋白變性流失［12］，引起羥脯氨酸含量降低。這說明隨著殺菌時(shí)間的延長，海參膠原蛋白損失的程度愈顯著。

圖6 不同的殺菌時(shí)間對(duì)海參罐頭羥脯氨酸含量的影響Fig.6 Effect of different sterilization time on the content of hydroxyproline of sea cucumber

2.2.3 不同的殺菌條件下對(duì)海參罐頭質(zhì)量損失率的影響 由圖7可知，隨著殺菌時(shí)間的延長，海參罐頭的質(zhì)量損失率先是變化平緩后不斷上升，當(dāng)殺菌時(shí)間超過14min后，海參的質(zhì)量損失的變化較明顯，這和膠原蛋白含量的變化趨勢(shì)相反。當(dāng)殺菌時(shí)間為12min時(shí)，質(zhì)量損失率為3.9%，當(dāng)殺菌時(shí)間為16min時(shí)，質(zhì)量損失率超過了8.9%。這是因?yàn)闅⒕鷷r(shí)間的延長，導(dǎo)致了海參體壁內(nèi)的主要成分如水溶性的蛋白質(zhì)在受熱的條件下，容易降解，造成質(zhì)量損失嚴(yán)重。

2.2.4 不同的殺菌條件對(duì)海參罐頭TPA參數(shù)的影響 由圖8可知，隨著殺菌時(shí)間的延長，海參的硬度在12min時(shí)有一個(gè)峰值，隨后下降，當(dāng)在14min時(shí)下降迅速，超過18min時(shí)，下降平緩;而海參的彈性在10min到14min之間，彈性上升，超過14min時(shí)上升緩慢;海參的粘聚性隨著殺菌時(shí)間的延長有所下降，但是下降不明顯，說明殺菌時(shí)間對(duì)海參的粘聚性影響不大;海參的咀嚼性在12min時(shí)最高，超過14min時(shí)明顯下降，當(dāng)超過18min時(shí)，海參組織變軟。這是因?yàn)殡S著殺菌時(shí)間的延長，海參組織內(nèi)部蛋白不斷降解，同時(shí)溫度過高導(dǎo)致海參表面的凝膠強(qiáng)度下降，所以海參的咀嚼度不斷下降。

圖7 不同的殺菌時(shí)間對(duì)海參罐頭損失率的影響Fig.7 Effect of different sterilization time on mass loss rate of sea cucumber

圖8 不同的殺菌時(shí)間對(duì)海參TPA參數(shù)的影響Fig.8 Effect of different sterilization time on TPA parameters of the sea cucumber

2.2.5 不同的殺菌條件對(duì)海參罐頭感官品質(zhì)的影響 由圖9可知，隨著殺菌時(shí)間的延長，海參的感官評(píng)分先上升后下降，在12min時(shí)有峰值，此時(shí)海參外形飽滿，有光澤，彈性、硬度、咀嚼性均較好，但是當(dāng)殺菌時(shí)間超過14min時(shí)海參的硬度、彈性及咀嚼性開始下降。這是因?yàn)楫?dāng)殺菌時(shí)間延長至12min時(shí)，海參組織內(nèi)膠原蛋白不斷變性，而且促使海參組織變得密實(shí)，硬度、彈性及咀嚼性均有所增加，但是超過14min后，海參膠原蛋白流失嚴(yán)重，導(dǎo)致海參感官品質(zhì)下降。

圖9 不同的殺菌時(shí)間對(duì)海參感官品質(zhì)的影響Fig.9 Effect of different sterilization time on the collagen content of the sea cucumber

2.2.6 不同的殺菌條件下商業(yè)無菌檢驗(yàn)分析 由表3可知，在各個(gè)殺菌條件下均符合商業(yè)無菌檢驗(yàn)結(jié)果，但是殺菌10min時(shí)，pH偏低，與正常的罐頭相比相差較大，這是因?yàn)闅⒕鷷r(shí)間較短殺菌不徹底，進(jìn)行保溫實(shí)驗(yàn)后，部分微生物繁殖導(dǎo)致pH降低。

表3 不同的殺菌條件商業(yè)無菌檢驗(yàn)結(jié)果Table 3 Effect of different sterilization time on the assay of commercial sterilization of the sea cucumber

綜合考慮各個(gè)因素，既能滿足海參罐頭的殺菌要求，又能最大程度的防止海參膠原蛋白的降解自溶，因此選擇殺菌時(shí)間為12min。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確的測(cè)定海參罐頭在殺菌過程中的蒸汽溫度、湯汁溫度、海參冷點(diǎn)溫度，并計(jì)算出海參罐頭殺菌的F值，繪制加熱溫度曲線、湯汁及海參冷點(diǎn)的致死率曲線，解決了傳統(tǒng)殺菌過程中過分依賴經(jīng)驗(yàn)公式，而導(dǎo)致的殺菌時(shí)間過長、罐頭營養(yǎng)損失嚴(yán)重的問題;通過分析在不同的殺菌條件性海參罐頭冷點(diǎn)F值、羥脯氨酸含量、質(zhì)量損失率、TPA分析、感官評(píng)分及商業(yè)無菌分析的變化規(guī)律，確定了海參罐頭的最佳殺菌工藝條件，在殺菌條件為在121℃的條件下，殺菌時(shí)間為12min，即海參罐頭的最佳殺菌公式為10min－12min－10min/121℃。本文旨在解決海參罐頭在殺菌過程中依賴傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)公式、極易自溶、在貯藏期間易破碎的問題，并為海參的深加工提供一定的理論依據(jù)。本實(shí)驗(yàn)的研究，可以突破海參罐頭加工過程中的技術(shù)瓶頸，并可以將本技術(shù)應(yīng)用到其他的產(chǎn)品加工過程中。

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