海參內臟精深加工難點與對策

劉文亮，周永波,2，曾榮急，單勇軍，黃世英，李 健,2,

（1.集美大學海洋食品與生物工程學院，福建廈門 361021；2.福建省海洋功能食品工程技術研究中心，福建廈門 361021；3.大洲新燕（廈門）生物科技有限公司，福建廈門 361006）

我國是海參養(yǎng)殖和消費大國，根據歷年中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒公布，2010 年～2021 年全國海參養(yǎng)殖面積保持增長趨勢，2021 年養(yǎng)殖面積達到371.1 萬畝（圖1），海參總產量達到22.27 萬噸，山東、遼寧和福建仍為其主要產區(qū)，海參產業(yè)全產業(yè)鏈產值已經突破1000 億元。海參（Stichopus japonicus）屬于棘皮動物門、海參綱，是一種海洋無脊椎動物，廣泛分布于世界各地的底棲區(qū)和深海[1]。海參被公認為是一種補藥和傳統(tǒng)藥物，除了富含氨基酸、脂肪酸和微量元素等成分之外[2-3]，還含有多糖、蛋白質、皂苷等多種生物活性物質[4-5]。已有研究證明，海參在抗腫瘤[6]、抗凝血[7]、抗氧化[8]、增強免疫力[9]等方面具有顯著的作用。然而，在海參深加工過程中，海參內臟往往作為加工副產物而被隨意處理，在對海參內臟營養(yǎng)成分的深入研究上還有很大的空白，并且缺乏對海參內臟的回收加工，從而造成嚴重的資源浪費和環(huán)境污染。

圖1 海參養(yǎng)殖面積與產量（2010～2021 年）Fig.1 Cultivation area and yield of sea cucumber (2010～2021)

目前，國內外在海參內臟精深加工方面的研究較少，張永勤等[10]對海參內臟的主要結構、組成及其生物活性成分等進行了綜述和回顧，闡明了海參內臟綜合利用的可行性。同時，楊蘭蘋等[11]也報道了相關的研究進展，比較系統(tǒng)的闡述了海參內臟的化學成分、功能活性等，并且對相關活性成分的提取與純化進行了系統(tǒng)的介紹，為海參內臟相關食品、保健品的研究與開發(fā)提供了理論依據。另外，李天驕等[12]采用超臨界CO2萃取裝置對海星內臟油進行萃取，表明海星內臟油具有明顯體外抗肝癌及結直腸癌作用，此研究為我們對海參內臟相關方面的加工利用提供了新的參考。本文對海參腸、卵、精、生殖腺及海參內臟的化學成分和功能活性成分的提取加工（圖2）進行了詳細的論述，并且簡要概述了海參內臟的脫腥方法。同時，本文從論文、授權專利和保健食品等方面對海參內臟酶解、活性成分的提取與純化以及產品加工等方向進行了介紹，為海參內臟成分的利用以及相關功能食品和藥物的開發(fā)與研究提供了依據。

圖2 海參內臟精深加工技術圖Fig.2 Deep processing technology of sea cucumber viscera

1 海參腸化學組分及應用

1.1 化學組分

海參腸的主要化學組分為蛋白質、脂肪、多糖和皂苷，還含有少量的酚類、黃酮類化合物和一些微量元素[13-14]，蛋白質、脂肪、多糖和皂苷的含量分別可達到11.36%±0.31%、1.93%±0.15%、0.92%±0.09%和1.03%±0.06%，其中蛋白質、脂肪和皂苷含量明顯高于體壁。此外，研究發(fā)現海參腸中的總酚（236 mg/100 g）和總類黃酮（44.1 mg/100 g）含量均高于體壁，并且主要以肉桂酸、原兒茶酸和對香豆酸等酚類化合物為主。參腸中必需氨基酸的含量顯著高于體壁中氨基酸的含量，其中EAA/TAA 為37.77%，比體壁更接近于蛋白質理想模式，并且在參腸中檢測到海參體壁中未發(fā)現的?；撬幔浜繛?.3 g/100 g（干重），不過參腸中羥脯氨酸的含量近乎為零[15]。海參腸中營養(yǎng)成分的極大豐富，在深加工和開發(fā)營養(yǎng)產品方面具有很大的潛能。

1.2 功能活性及加工方向

海參腸中含有豐富的蛋白質組分，曹榮等[16]采用中性蛋白酶與木瓜蛋白酶復配的形式，將刺參腸進行酶解，經過離心濃縮、過濾、冷凍干燥后得到刺參腸多肽，并測定多肽的水解度和抗氧化活性，結果顯示刺參腸多肽的水解度可達到53.63%，其中可溶性蛋白質量濃度為4.62 mg/mL，清除DPPH·、·OH、·的IC50分別可達到3.31、9.53、6.4 mg/mL，體外抗氧化效果顯著。Esther 等[17]采用熱水提取法提取海參腸多糖，多糖的平均得率可達到4.43%±0.17%，平均分子量為4.91×106Da，探究其理化性質發(fā)現海參多糖為均質多糖，主要由甘露糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖和巖藻糖組成。海參腸凍干粉在肥胖和相關代謝紊亂方面同樣具有顯著作用，Surendiran等[18]以C57BL/6 為動物模型，通過對高脂肪飲食（high fat diet,HFD）小鼠喂食海參腸凍干粉，持續(xù)喂養(yǎng)12 周后，結果發(fā)現，喂食富含海參腸凍干粉的HFD 小鼠顯著減少了體重和脂肪重量的增加，并且顯著降低了HFD 小鼠血漿葡萄糖、總膽固醇、三酰甘油、非酯化脂肪酸的水平，同時增加了糞便膽固醇的排泄以及ABCG-5 和-8 基因表達水平。此外，刺參腸中還含有多種內源酶，采用明膠酶譜法檢測到刺參腸中膠原蛋白酶的活性，發(fā)現刺參腸中具有能夠降解體壁膠原蛋白的內源酶，并且在自溶中發(fā)揮重要作用[19]。酶解和浸提作為一種有效的加工策略，海參腸及海參多肽在抗氧化和抗肥胖等方面具有顯著作用。并且研究認為海參多糖具有抗凝血、抗腫瘤等多種生物活性，擁有很高的開發(fā)和應用價值[20]。

2 海參卵化學組分及應用

2.1 化學組分

海參卵營養(yǎng)均衡，具有較高含量的粗蛋白和粗多糖，分別可達到51.80 和26.98 g/100 g，粗脂肪含量可達到10.18 g/100 g 左右，多以磷脂的形式存在。氨基酸總量與必需氨基酸總量分別為354.6和180.03 mg/g，其中Glu、Asp、Leu 和Lys 含量較高。不飽和脂肪酸含量可達到73.22 g/100 g，EPA 和DHA 含量豐富，并且含有多種礦質元素，如Ca、Zn等[21-22]。海參卵營養(yǎng)素種類齊全、含量均衡，具有開發(fā)高品質營養(yǎng)品的潛在價值。

2.2 功能活性及加工方向

潘蕓蕓等[23]在參卵酶解液中加入0.3%乳酸菌進行發(fā)酵，將發(fā)酵液進行噴霧干燥成粉，進行條件優(yōu)化后所得到的肽粉蛋白含量可達到12.5 g/100 g，集粉率可達68.69%，所制備的海參卵肽粉色澤呈淡黃色，組織細膩均勻，無腥味異味，溶解性好。仿刺參卵多肽具有增強免疫力的功能，利用木瓜蛋白酶酶解后進行超濾、分離純化，得到粗蛋白含量為64.74 g/100 g，分子質量在130～1600 Da 的多肽組分。對小鼠口服灌胃不同劑量的多肽，30 d 后，小鼠的細胞免疫功能和單核-巨噬細胞吞噬功能顯著提高，并且多肽對小鼠淋巴細胞增殖能力同樣具有促進作用[24]。劉昕等[25]向仿刺參卵中加入木瓜蛋白酶進行酶解，取酶解液上清進行超濾、加入95%乙醇進行醇沉后分離純化得到3 種不同多糖組分SPS-1、SPS-2、SPS-3，其多糖結構中存在α-糖苷鍵，且3 種多糖組分對人宮頸癌細胞HeLa、人胃癌細胞HGC-27 均表現出一定的抑制作用，其中SPS-1 抑制作用最強，并且對人宮頸癌細胞HeLa 和人胃癌細胞HGC-27 細胞的最高抑制率分別為98.04%、99.4%。以海參內源酶自溶海參卵，先以混合蛋白酶（木瓜蛋白酶:復合蛋白酶=1:1）酶解4 h，煮沸滅酶后添加風味蛋白酶酶解1 h 得到的海參多肽水解度達到77.11%，經過超濾得到分子質量<650 Da、650 Da～1 kDa、1～10 kDa 的多肽均具有抗氧化活性和增殖巨噬細胞數量的能力[22]。將海參卵進行酶解作為一種常用的加工方法，其多肽具有增強免疫力、抗氧化活性好等優(yōu)點，并且多糖組分在抗腫瘤方面具有顯著的優(yōu)勢，或許酶解將成為一種有力的加工手段。

3 海參精化學組分及應用

3.1 化學組分

海參精是海參的雄性生殖腺組織，富含蛋白質、多糖、多種活性物質，營養(yǎng)成分豐富，其粗蛋白和粗脂肪含量分別可達到74.31 g/100 g 和4.26 g/100 g，粗多糖含量為9.93 g/100 g。氨基酸總量與必需氨基酸總量分別為550.89 和257.25 mg/g，不飽和脂肪酸含量可達到62.61 g/100 g，并且含有豐富的Mg、Fe、Ca、Zn 等微量元素[21,26]。海參精含有多種營養(yǎng)素，盡管其含量不夠均衡，但在高值產品開發(fā)與利用方面仍不容小覷。

3.2 功能活性及加工方向

以木瓜、復合、風味蛋白酶為工具酶，研究多酶復配酶解海參精多肽的自由基清除活性，發(fā)現木瓜蛋白酶水解產物水解度為32.14%，體外抗氧化活性表現最優(yōu)異[26]。利用木瓜蛋白酶酶解、超濾后得到三個多肽組分，發(fā)現分子質量<1 kDa 的多肽對DPPH·、·OH、·的清除能力最強，其清除率IC50值分別可達到4.92、5.14、15.29 mg/mL，具有很強的濃度依賴性，并且多肽中疏水性氨基酸和酸性氨基酸比例均較高,具有極佳的耐鹽性和熱穩(wěn)定性。通過構建細胞模型發(fā)現，多肽對H2O2損傷的RAW 264.7 巨噬細胞均體現出顯著的保護作用（P<0.05）[27-28]。張健等[29]利用木瓜蛋白酶對海參精進行酶解，經過超濾、純化后，選擇清除·OH 能力較好的低分子質量多肽組分，以低、中、高劑量組（100、200、600 mg/kg）、模型對照組和空白對照組進行42 d 小鼠灌胃實驗，結果發(fā)現，高劑量多肽組小鼠體內超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活力顯著提高（P<0.05），谷胱甘肽（glutathione，GSH）的含量極顯著提高（P<0.01），谷胱甘肽過氧化物氧化酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）的活力也呈現劑量依賴性，丙二醛和蛋白質羰基的含量得到有效降低。以木瓜蛋白酶為工具酶，酶解液超濾后加入同體積95%乙醇得到海參精粗多糖，其多糖得率為10.64%，進一步進行分離純化得到5 種多糖組分SCSCP、SCSPA1、SCSPA2、SCSPB1、SCSPB2，對人宮頸癌細胞Hela 和HepG2 腫瘤細胞均具有良好的抑制作用，并且對DPPH·、·OH和·均顯示出不同程度的體外清除能力，其中SCSPB2效果最好[30]。經過實驗證明，木瓜蛋白酶處理后得到的多肽具有很好的抗氧化能力，并且顯著優(yōu)于其他蛋白酶處理后得到的多肽，而且低分子質量多肽組分的抗氧化能力高于其他組分。在加工前處理方面，木瓜蛋白酶或許可成為優(yōu)選工具。

4 海參生殖腺化學組分及應用

4.1 化學組分

海參生殖腺富含優(yōu)質蛋白，含有多糖、皂苷、活性脂質、酚類和黃酮類物質等多種活性組分，并且含有大量游離氨基酸，其中Glu 含量最高。脂肪和脂肪酸在生殖腺中含量較低，其中不飽和脂肪酸所占比例最高，可達62%～74%[11,21,31]。

4.2 功能活性及加工方向

海參生殖腺酶解多肽具有抗氧化作用，選用Protomax 復合蛋白酶對海參生殖腺進行酶解，所獲得的多肽·OH、·抑制率均大于0.1 mg/mL 的維生素C 溶液，FRAR 值也大于0.1 mg/mL 的維生素C 溶液，其抗氧化效果顯著[32]。Zhong 等[33]利用商業(yè)復合蛋白酶制備出具有血管緊張素轉換酶（ACE）抑制活性的生物活性肽，從中純化并鑒定出EIYR、LF 和NAPHMR，發(fā)現NAPHMR 抑制ACE 的活性最高并且IC50可達到260.22±3.71 μmol/L。通過分子對接研究，NAPHMR 中的Arg、His、和Asn 殘基通過氫鍵或π-鍵與ACE 的S2 口袋或Zn2+結合，從而達到抑制ACE 活性的目的。并且發(fā)現，其酶解后游離氨基酸中谷氨酸、甘氨酸和丙氨酸含量增加，以二甲基硫醚為代表的腥味物質含量顯著降低[34]。酶解后，多肽具有很好的抗氧化效果和多種生物活性，并且可以有效降低其腥味。

海參生殖腺還可以增強其免疫活性，鐘靜詩等[35]采用60%的乙醇冷浸提取、正丁醇萃取的方法制得海參雌性生殖腺皂苷，發(fā)現生殖腺皂苷可以提高小鼠體外巨噬細胞吞噬能力，促進TNF-α、IL-6、IFN-γ的分泌。并且顯著提高免疫低下模型小鼠胸腺、脾臟指數、碳廓清指數和吞噬指數，顯著增強腹腔巨噬細胞和脾細胞增殖活性、NK 細胞的活性和CD4+/CD8+水平，促進TNF-α、IL-6、IFN-γ的分泌，表現出很好的增強免疫的活性。Wang 等[36]用木瓜蛋白酶和Protamex 酶混合酶解海參性腺（蛋白酶/底物為1%），將酶解物離心后取上清、凍干得到海參性腺水解物（SCGH），SCGH 主要由分子量小于3 kDa 的多肽組成，并且Glu、Gly、Asp、Arg、Pro 和Ala 含量較高。通過對鏈脲霉素聯(lián)合高脂飲食誘導的Ⅱ型糖尿病大鼠模型喂食SCGH，發(fā)現SCGH 可以顯著降低大鼠攝水量、空腹血糖水平和糖化血紅蛋白水平，并且其口服糖耐量、胰島素抵抗和血脂水平得到改善。同時，機制研究表明，SCGH 是通過激活IRS/Akt 信號通路和AMPK 信號通路來改善糖代謝和脂質代謝，說明海參生殖腺水解物對Ⅱ型糖尿病同樣可以起到改善作用。

5 海參內臟功能活性及加工方向

海參內臟中含有豐富的多肽，陶海英等[37]利用菠蘿蛋白酶和胰蛋白酶復配（加酶量8000 U/g，酶活力配比為1:3）的形式得到內臟蛋白酶解物，隨后給小鼠頸背部皮下注射D-半乳糖建立衰老模型，然后對小鼠進行內臟蛋白酶解物灌胃給藥42 d 后發(fā)現，灌胃內臟蛋白酶解物可顯著提高小鼠肝臟和心臟中SOD 和GSH-Px 活力，并顯著降低丙二醛含量（P<0.05），說明一定程度上可以提高D-半乳糖致衰老模型小鼠的抗氧化能力。以堿性蛋白酶[38]或胰蛋白酶[39]為工具酶，可以得到具有ACE 抑制活性和抗氧化活性的活性肽，其ACE 抑制活性、DPPH·清除率和Fe2+螯合能力IC50分別可達到1.7、3.8 和1.6 mg/mL。另外，采用超聲波輔助堿法[40]提取海參內臟多肽的蛋白提取率可到達84.53%。楊東達[41]利用木瓜蛋白酶酶解海參內臟，經過95%乙醇溶液醇沉獲得海參內臟粗多糖，平均得率可達4.90%。其中組分SCVP-1 可以通過MAPKs 和NF-κB 信號轉導通路激活巨噬細從而提高巨噬細胞的吞噬作用，發(fā)現TLR4 受體是SCVP-1 激活巨噬細胞的作用靶點；SCVP-2 通過調控MAPKs 和NF-κB 信號轉導通路影響炎癥細胞因子的過量釋放。通過對環(huán)磷酰胺致免疫低下小鼠喂食SCVP-1 發(fā)現，SCVP-1 能夠顯著提升小鼠免疫臟器指數，并且有效促進小鼠溶血素抗體的生成以及小鼠血清IL-2、IL-4 和IFN-γ的分泌水平，具有很好的免疫增強活性。

Kwon 等[42]將海參內臟凍干后磨成粉末，通過水萃取得到水溶液提取物，并且發(fā)現水溶液提取物可以減低黑色素細胞中的黑色素含量，可能是通過酪氨酸酶的酶抑制發(fā)揮作用。通過人體皮膚體外模型發(fā)現，水溶液提取物可以顯著增強Ⅳ型膠原蛋白和Ki-67 的表達，下調MMP-9 的表達水平，從而促進膠原蛋白的合成。海參內臟中含有豐富的皂苷成分，Bahrami 等[43]利用70%乙醇浸提從海參內臟中至少發(fā)現了39 種結構多樣性較高的新皂苷，另有36 種含有不同苷元和糖基的三萜苷，具有潛在的生物活性。酶解是一種海參內臟加工處理的有效手段，輔助其他方法可以得到多種功能活性成分，具有廣闊的應用空間。

6 脫腥方法

目前，海參加工過程中針對脫腥的研究方法較少，陳增鑫等[44]以海參腸、卵酶解液為原料，采用生姜掩蓋法、活性炭吸附法、大孔樹脂吸附法、酵母發(fā)酵法和乳酸菌發(fā)酵法進行脫腥處理，利用電子舌、電子鼻等進行脫腥效果分析，發(fā)現乳酸菌發(fā)酵法的脫腥效果較好，腥味值較低，且庚醛、反,順-2,6-壬二烯醛等腥味物質顯著降低，刺激性氣味減少，可以有效減少腥味物質。并且，汪韜等[45]通過分析表明，海參經過乳酸菌發(fā)酵后不愉快氣味的揮發(fā)性化合物種類減少，愉快氣味的揮發(fā)性化合物由18 種增加到33 種，其富含乳酸菌的海參肽凍干粉無腥味且具有發(fā)酵產生的良好風味。酶解后，其腥味物質含量顯著降低[34]，經過發(fā)酵可以進一步達到脫腥的目的。

7 海參內臟產品開發(fā)方向

本文對現有海參內臟成分的加工應用及產品開發(fā)等相關研究進行了歸納，統(tǒng)計得到論文和授權專利共107 篇。經過統(tǒng)計分析發(fā)現（圖3），目前針對海參腸、海參內臟和海參卵的相關研究占較大部分，分別占比36%、28%和18%。并且，研究主要集中于海參多肽的加工應用、內源酶的篩選和多糖的提取純化，在脂質的提取及皂苷的分離純化等方面研究較少。已有研究表明，脂質和皂苷作為海參的重要功能成分，在保肝[46]、抗肥胖[47]和調節(jié)代謝紊亂[48]等方面發(fā)揮重要作用，具有很好的開發(fā)潛力。

圖3 海參內臟組成成分加工應用所占比例（a）和海參內臟加工方向所占比例（b）Fig.3 The proportion of processing and application of each component of sea cucumber viscera (a) and the proportion of viscera processing direction of sea cucumber (b)

目前，針對海參加工副產物的開發(fā)主要基于對多肽、多糖或海參提取物等活性物質的利用，以口服液、肽粉、膠囊等形式存在（表1）。并且，在保健食品方面（表2），已有大量含有海參相關成分的保健食品上市。海參內臟成分經過酶解技術的加工和營養(yǎng)物質的提取，得到更易于人體吸收小分子活性肽和活性成分，然后利用提取到的活性肽組分添加枸杞、人參等制取的天然植物提取液，從而制得具有抗衰老、抗腫瘤、增強免疫力等功效的功能產品。

表1 以海參內臟為基礎原料的授權專利Table 1 Authorized patent for raw material based on sea cucumber viscera

表2 以海參為原料的保健食品Table 2 Health food with sea cucumber as raw material

8 結論與展望

如今，海洋天然產物被認為是藥物開發(fā)化合物的主要來源之一。海參是具有制藥價值的天然產品的潛在來源[71]。其中，海參內臟富含多種營養(yǎng)物質及活性成分，顯示出開發(fā)新型食品和應用于生物醫(yī)學領域的巨大潛力。海參內臟中蛋白質含量豐富，其多肽成分的獲取大多為利用蛋白酶進行酶解[72-73]，并且酶解產物普遍擁有抗氧化[74]、抗炎[75]、增強免疫力等功效，為相關功能食品的研究與開發(fā)提供了依據。多糖和皂苷等功能成分由于提取條件的不同，其結構和活性有所區(qū)別[76-77]，其抗腫瘤[78]、抗炎等功能為未來藥物研發(fā)提供了可能。

目前，針對海參內臟的開發(fā)利用主要集中于海參腸、卵等，在海參多肽的加工應用及內源酶的篩選等方面占較大比例，并且針對海參內臟產品的開發(fā)利用在相關授權專利和保健產品中已有部分應用，為未來海參內臟的開發(fā)初步指明了方向。海參加工脫腥工藝主要集中于物理、化學和微生物發(fā)酵[44,79]，相關的研究較少、方法較為單一。其中利用微生物進行發(fā)酵的方法取得了較為有效的效果，但仍存在局限性，采用聯(lián)合脫腥[80]的方法可以滿足海參加工產品對脫腥方面的要求。因此，多種方法的聯(lián)合脫腥將成為潛在方向和主流趨勢。在活性開發(fā)方面，海參加工副產物的利用更多趨向于對海參內臟酶解產物或者提取物的利用，對其具體活性成分的了解較少，很難進行有效的靶向定位。加強對海參內臟加工利用的深入研究，解決精深加工難題，以藥物為導向進一步開發(fā)海參內臟的活性成分，對其結構和功效成分進行深入研究，從而實現海參內臟目標營養(yǎng)成分及活性物質的精準利用。