冷凍即食海參質構特性指標的相關性研究

葛小通，王紅麗，尹明雨，王錫昌*

（1 上海海洋大學食品學院 上海 201306 2 上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心 上海 201306 3 農業(yè)農村部水產品貯藏保鮮質量安全風險評估實驗室 上海 201306）

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

冷凍即食海參產品方便食用，具有較好的彈性、韌性及口感[5]，其質構特性對消費者的感官體驗影響顯著。 冷凍即食海參的質構特性可通過人的感官評價或儀器評價的方法獲得。 感官評價能直觀反映冷凍即食海參的質構特性，然而，主觀因素影響大，評價結果無法直接用精確的數據表達，具有局限性[6]。因此，使用便捷、客觀的儀器檢測各項指標具有很重要的意義。 目前已有對海參質構特性分析的研究報道，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]通過應力松弛試驗表征加熱條件下海參的結構變化。綜上，前人報道采用質構儀測量海參質構特性的方法單一，對冷凍即食海參質構特性的研究較少。

本試驗選用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），進行TPA、剪切力和應力松弛等指標檢測，并與感官評價進行關聯分析。 基于冷凍即食海參質構特性的全面分析與評價，為冷凍即食海參質構品質提供理論參考。

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輸至實驗室，放在（-20±1）℃冰箱中貯藏備用。

Fluke-NetDAQ32 多點溫度采集儀，美國Fluke 公司；KQ-100VDE 型超聲波清洗機，昆山市超聲儀有限公司；TA-XT2I 質構分析儀，英國SMS公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 從-20 ℃冰箱中取出冷凍即食海參，選出大小相似（質量：（20.56±1.78）g，體長：（8.12±0.67）cm，n=160），經過4 種方式解凍的冷凍即食海參作為研究對象，其試驗設計組別見表1。 各組均采用多點溫度采集儀測定溫度，待其中心溫度達到4 ℃時，即視為解凍結束，立即進行質構特性的檢測。

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

1.2.2 質構儀檢測

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 物性分析儀進行二次壓縮試驗。 使用P/50 平底柱形探頭，試驗前、中、后速度分別設置為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 物性分析儀上進行縱剪切力試驗，將樣品水平于平臺放置。 測定條件：探頭型號為WBS 切刀形探頭，試驗前、中、后速度分別設置為1，5，1 mm/s，初始激發(fā)力5 g。

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

應力松弛曲線采用改進的三元模型擬合如下式[13]：

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

1.2.3 感官評價 參考邱岑[14]的方法，以硬度、彈性、黏度3 項作為樣品的評價指標，制定感官評價標準表。 4 組樣品用3 位數的隨機數編碼，由10位年齡在22～25 歲經過訓練的感官員（5 男5 女）進行評價。

感官評價試驗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GB/T 16860-1997 質構特性的定義和評價方法[15]，采取10 分制打分，具體評分標準見表2。

表2 質構特性感官評價標準Table 2 Sensory evaluation standard for texture properties

1.3 數據處理

所有試驗均重復8 次，試驗數據以“平均值±標準偏差”表示。 采用SPSS 19.0 軟件進行方差分析及相關性分析。采用Excel 插件XLSTAT 進行主成分分析。 作圖軟件是用Sigma Plot 12.5 和Adobe Illustrator CS5。

2 結果與分析

2.1 儀器檢測指標分析

2.1.1 TPA TPA 以提供樣品在形變中的力學特性信息，是一種廣泛應用于食品質地評估的經典方法[16]。 本試驗主要對硬度、彈性、黏聚性和咀嚼性進行分析。 4 種解凍方式間的樣品質構特性差異顯著（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，A 組硬度強表明其膠原纖維相互聚集，具有較為致密的膠原纖維網絡結構，有效維持其原有形態(tài)。 前人研究發(fā)現[17]，食品彈性的變化與脂肪含量存在正相關關系，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，是評價質地的綜合指標。

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

2.1.2 剪切力 冷凍即食海參是經過高溫、 高壓處理過的產品，其膠原蛋白已高度凝膠化，而嫩度則是評價凝膠產品的重要指標。 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，對機械剪切的抵抗能力越強，說明A 組樣品的韌性強且凝膠網絡結構緊密。

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

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

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

根據公式（1）將試驗數據擬合到修正的三元模型中，得到的E0、E1、τ 與η 的擬合參數，試驗數據與方程吻合良好，每個擬合方程R2均大于0.900。如表3 所示，A 組的E0和E1參數明顯高于其它3 組（P<0.05），參數E0與硬度密切相關。 另一個參數E1反應了樣品的彈性，E1越高，從最大值到平衡點的下降距離就越大，彈性趨勢是A＞D＞C＞B。 松弛時間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[20]。 根據公式（2）得到樣品的粘滯系數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Table 3 Ternary model parameters of four groups of frozen instant sea cucumber

2.2 感官評價指標分析

感官評價是一種直觀、快速的評價方法。由圖4a 可知，感官評價中硬度趨勢是A＞D＞C＞B；彈性趨勢是A＞D＞C＞B；黏度趨勢是A＞D＞B＞C，這與儀器檢測指標分析結果基本相同。

從感官評價總分的結果（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強度，抑制了微生物的繁殖，組織損傷較小，膠原纖維結構致密。D 組由于超聲波作用水產生空化氣泡，C 組由于介質是水，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，降低了組織結構的破壞[21]。 綜上，4 組樣品的質構特性感官評價指標具有顯著性差異（P<0.05）。

圖4 4 組冷凍即食海參的感官評價與評價總分結果Fig.4 Sensory evaluation and total score results of four groups of frozen instant sea cucumber

然而，儀器檢測指標能否互相關聯，能否準確反映消費者的感官真實值，還需要做進一步的相關性與主成分分析。

2.3 儀器檢測指標間的相關性分析

儀器檢測指標間的相關性見圖5。9 項儀器檢測指標中，除了黏聚性與彈性、縱剪切力、η 外，其它儀器檢測指標間均具有較高的相關性（r=0.800～0.999≥0.800），說明質構儀檢測的儀器指標間呈較好相關性。 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相關性不高，這與以往研究結果相符[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性。 冷凍即食海參的E1表示的是樣品在彈性形變區(qū)內應力與應變曲線的斜率，這與大分子在壓縮過程中的阻力有關，與樣品的柔韌性密切相關[20]。

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

2.4 儀器檢測指標與感官評價指標間的相關性分析

儀器檢測指標與感官評價指標間的相關性見圖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，全部儀器檢測指標與感官總分均呈較高的相關性（r=0.800～0.994≥0.800），說明感官評價是一種主觀性、綜合性較強的質構特性評價，部分儀器檢測指標與特定感官評價指標呈弱相關性，然而所有儀器檢測指標與感官總分間相關性較好。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[23]。 樣品的橫剪切力與感官彈性和感官總分間呈顯著相關性（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，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，且在沒超過消費者承受范圍時，樣品的硬度越大，質構越好[25]。 而感官黏度與所有儀器檢測指標相關性不高 （r=0.577～0.790＜0.8），黏度與抗流動性的機械質地特性有關，表現為用舌頭將樣品吸進口腔里，用平穩(wěn)速率所需的力量，而質構儀檢測的樣品為圓柱狀小塊，從而導致感官黏度與儀器檢測指標相關性不高。綜上，儀器檢測指標和感官評價指標之間存在一定的相關性，且可將TPA 硬度、TPA 黏聚性和橫剪切力作為冷凍即食海參質構特性評價的重要綜合性指標。

圖6 儀器檢測指標與感官評價指標間的聚類相關性色圖Fig.6 Color map of correlations among instrumental detection indicators and sensory evaluation indexes

2.5 儀器檢測指標的主成分分析

對儀器檢測指標數據進行主成分分析（PCA），發(fā)現前2 個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與原點距離越遠，其指標被2 個主成分解釋程度越高，箭頭空間距離越近，指標間相關性就越高[26]。主成分1 與9 項儀器檢測指標均呈正相關，且應力松弛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正相關且能較好的被主成分2 解釋，與其它儀器檢測指標呈負相關。 所有儀器檢測指標均能被這2 個主成分較好的解釋。

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 個象限把4 個解凍組分成3 類，這與感官評價總分分類情況相似。 感官評價總分最高的A組趨近于主成分1 和主成分2 的正方向，由于主成分1 與應力松弛E1和TPA 硬度呈正相關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正相關且能較好的解釋，說明樣品要獲得較好的感官評價總分，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，儀器檢測指標間的主成分分析和儀器檢測指標與感官評價指標間相關性分析結果相似，對冷凍即食海參質構特性起關鍵作用的指標是TPA 黏聚性、TPA 硬度、 橫剪切力和彈性模量E1。

3 結論

本研究通過TPA、 剪切力和應力松弛試驗中的9 項儀器檢測指標分析和3 項感官評價指標分析對4 種方式解凍的冷凍即食海參樣品質構特性進行研究，得到以下結論：

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

2） 經過儀器檢測指標間的相關性分析，發(fā)現質構儀測量的9 項儀器指標除黏聚性與彈性、縱剪切力、η 以外，其余指標間均呈較高的相關性（r≥0.800）。

3） 經過儀器檢測指標與感官評價指標間的相關性分析，發(fā)現TPA 黏聚性與感官硬度和感官總分顯著相關（P＜0.05），與感官彈性極顯著相關（P＜0.01），樣品的橫剪切力與感官彈性和感官總分顯著相關 （P＜0.05），TPA 硬度則與感官總分顯著相關（P＜0.05）。

4） 經過儀器檢測指標間的主成分分析，發(fā)現黏聚性、硬度、橫剪切力和E1對感官評價總分影響較大。

綜上，對冷凍即食海參質構特性起到決定性作用的指標是TPA 黏聚性、TPA 硬度、 橫剪切力和彈性模量E1。儀器檢測指標間相關性較好，精確性高且測量快速、便捷；感官評價指標雖能準確反映消費者的感官真實值，但主觀性較強且耗時、耗力。