貝類(lèi)凈化技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望

邱天龍, 陳文超, 祁劍飛, 劉金虎, 董 逸, 孫建明

貝類(lèi)凈化技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望

邱天龍1, 3, 陳文超1, 4, 祁劍飛5, 劉金虎2, 董 逸2, 孫建明1, 3

(1. 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所 中國(guó)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266071; 2. 中國(guó)科學(xué)院海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266071; 3. 中國(guó)科學(xué)院海洋大科學(xué)研究中心, 山東 青島 266071; 4. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 5. 福建省水產(chǎn)研究所 福建省海洋生物增養(yǎng)殖與高值化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 福建 廈門(mén) 361013)

隨著養(yǎng)殖水域環(huán)境問(wèn)題日益凸顯, 貝類(lèi)食品安全問(wèn)題越來(lái)越受到重視, 貝類(lèi)在進(jìn)入流通環(huán)節(jié)前進(jìn)行凈化將成為不可缺少的處理環(huán)節(jié)。本文從貝類(lèi)凈化工藝類(lèi)型、凈化用水處理技術(shù), 以及貝類(lèi)凈化對(duì)風(fēng)味的影響等方面對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)梳理, 并提出下一步貝類(lèi)凈化應(yīng)重點(diǎn)解決的問(wèn)題, 為深入開(kāi)展貝類(lèi)凈化相關(guān)研究提供參考。

貝類(lèi)凈化; 風(fēng)味; 品質(zhì)提升; 水處理技術(shù); 重金屬

牡蠣、蛤等貝類(lèi)是我國(guó)重要的水產(chǎn)養(yǎng)殖物種。據(jù)統(tǒng)計(jì), 2018年我國(guó)海水貝類(lèi)養(yǎng)殖面積為124萬(wàn)公頃, 占海水養(yǎng)殖面積的60.7%, 海水養(yǎng)殖貝類(lèi)產(chǎn)量達(dá)1 443.9萬(wàn)噸, 占海水養(yǎng)殖總量的71%[1]。近年來(lái), 隨著我國(guó)城市化、工業(yè)化進(jìn)程加快以及養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展, 大量陸源污染物及養(yǎng)殖投放物排入近海, 對(duì)貝類(lèi)養(yǎng)殖海域的安全構(gòu)成威脅。貝類(lèi)遷移能力差, 且多為濾食性, 一旦其養(yǎng)殖環(huán)境遭受污染, 有害物質(zhì)不僅附著于貝類(lèi)體表, 還會(huì)通過(guò)濾食和呼吸等方式蓄積進(jìn)入貝類(lèi)體內(nèi), 對(duì)人類(lèi)健康構(gòu)成潛在風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)前, 影響貝類(lèi)品質(zhì)的主要有害物質(zhì)包括泥沙、致病細(xì)菌、病毒、生物毒素和重金屬等。殼表及外套腔內(nèi)的泥沙會(huì)影響貝類(lèi)的口感, 殼表的泥沙可通過(guò)沖洗等方式洗凈, 而外套腔內(nèi)的泥沙只能通過(guò)凈化處理的方式去除。生物毒素、病毒和致病細(xì)菌容易引起人類(lèi)食物中毒、腸道疾病等安全問(wèn)題。貝類(lèi)重金屬超標(biāo)會(huì)對(duì)人體造成暫時(shí)或持久性損傷[2]。除上述污染物外, 石油烴、抗生素、農(nóng)藥等持久性有機(jī)污染物(POPs)也是影響貝類(lèi)食用安全的污染物種類(lèi), 然而POPs具有顯著地生物與環(huán)境持久性特征, 能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地留在貝類(lèi)體內(nèi), 難以被降解、分解或脫除。目前關(guān)于貝類(lèi)體內(nèi)POPs凈化的技術(shù)方法研究相對(duì)較少, 本文中不做介紹。自20世紀(jì)以來(lái), 世界各地報(bào)道了多起由貝類(lèi)傳播的腸道病毒引起疾病爆發(fā)事件。20世紀(jì)50年代中期, 由貝類(lèi)傳播的甲型肝炎首次在瑞典報(bào)道; 1989年上海有30萬(wàn)人因食用甲肝病毒(, HAV)污染的毛蚶而患病; 2001年西班牙爆發(fā)因食用斧蛤()造成的甲肝病毒事件, 導(dǎo)致183人感染; 2007年, 我國(guó)沿海省市主要養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)貝類(lèi)均受到了腸道病毒不同程度的污染[3-4]。近幾年, 貝類(lèi)中毒的食品安全事件頻發(fā), 有的甚至引起死亡。2017年, 福建多地發(fā)生疑似青蛤貝類(lèi)毒素中毒事件。2019年5月, 唐山市曹妃甸七人因食用海虹等貝類(lèi)中毒, 一人死亡。因食品安全問(wèn)題, 中國(guó)扇貝自1997年7月開(kāi)始在長(zhǎng)達(dá)19年時(shí)間里被歐盟禁止進(jìn)入[5]。2010年, 廣東市民經(jīng)常食用的生蠔中, 銅元素和鎘元素分別超標(biāo)740倍和90倍。因此, 貝類(lèi)凈化是降低致病風(fēng)險(xiǎn)最重要的一道屏障, 其重要性不言而喻。

1 貝類(lèi)凈化

要獲得食用安全的貝類(lèi), 最簡(jiǎn)便的方法就是到無(wú)污染的潔凈海域去養(yǎng)殖或捕撈, 但這類(lèi)海域很有限。因此, 我們可在輕度或中度污染的海域進(jìn)行養(yǎng)殖或捕撈, 然后再對(duì)獲得的貝類(lèi)進(jìn)行短期的凈化處理。貝類(lèi)凈化是將貝類(lèi)放在潔凈的海水中, 通過(guò)其正常的攝食行為和代謝活動(dòng), 減少體內(nèi)的污染物, 最終獲得可安全食用的貝類(lèi)[6]。凈化可處理中、輕度污染的貝類(lèi), 能將貝類(lèi)體內(nèi)的生物、化學(xué)和物理等危害降低到可安全食用水平。

1.1 貝類(lèi)凈化模式

貝類(lèi)凈化的關(guān)鍵是潔凈海水的獲取, 主要的獲取方式有兩種: 從無(wú)污染的海域直接獲得; 通過(guò)過(guò)濾、殺菌和滅毒等處理中、輕度污染海水間接獲取。通常我們所說(shuō)的貝類(lèi)凈化屬于后者, 即在凈化廠中用處理過(guò)的潔凈海水進(jìn)行貝類(lèi)凈化。根據(jù)養(yǎng)殖模式以及對(duì)凈化用水人為干擾程度的不同, 貝類(lèi)凈化主要可分為海區(qū)暫養(yǎng)凈化、流水凈化和循環(huán)水凈化三類(lèi)。

1.1.1 海區(qū)暫養(yǎng)凈化

海區(qū)暫養(yǎng)凈化是將貝類(lèi)轉(zhuǎn)移到與養(yǎng)殖或被捕撈水域溫、鹽條件相差不大的潔凈自然海域中進(jìn)行暫養(yǎng), 在保證貝類(lèi)鮮活度的同時(shí), 達(dá)到貝類(lèi)凈化的目的[7]。如自然感染創(chuàng)傷弧菌()103~ 104MPN/g的美洲牡蠣(), 在未污染的近海海域暫養(yǎng)凈化7~17天后弧菌濃度可以降到10 MPN/g以下, 暫養(yǎng)凈化17~49天后則降到0.23~2.6 MPN/g[8];暫養(yǎng)凈化過(guò)程中, 牡蠣的死亡率低于6%。牡蠣在潔凈的海水中暫養(yǎng)17天, 可使諾如病毒()從2 900 copies/g降到492 copies/g[9]。暫養(yǎng)凈化雖然可以去除貝體內(nèi)的致病菌和病毒等污染物, 但勞動(dòng)強(qiáng)度大、時(shí)間長(zhǎng), 經(jīng)濟(jì)效益較差, 且該方式存在因貝類(lèi)暫養(yǎng)凈化而污染潔凈海域的潛在風(fēng)險(xiǎn)[6]。

1.1.2 流水凈化

流水凈化通常在室內(nèi)設(shè)施中進(jìn)行, 是將被污染的貝類(lèi)放在流動(dòng)(或間歇性換水)的潔凈海水中, 通過(guò)海水的流動(dòng)把貝體排出的污染物不斷帶走, 從而達(dá)到貝類(lèi)凈化的目的。當(dāng)凈化設(shè)施臨近安全可靠的海水來(lái)源時(shí), 流水凈化模式是首選。如建于馬薩諸塞州波特市的美國(guó)最早的貝類(lèi)凈化工廠和緬因州的多處貝類(lèi)凈化工廠均使用流水凈化模式, 其水源經(jīng)曝氣和紫外殺菌后用于貝類(lèi)凈化, 每個(gè)批次凈化完成后, 將水進(jìn)行更換, 平均每天可凈化約1.8立方的雙殼貝類(lèi)[10]。

1.1.3 循環(huán)水凈化

原理與流水凈化模式類(lèi)似, 不同的是海水在循環(huán)使用前需經(jīng)過(guò)凈化處理, 以降低海水中貝類(lèi)代謝產(chǎn)物的濃度, 包括氨氮、亞硝酸鹽、細(xì)菌、重金屬等污染物。相比于流水凈化, 循環(huán)水凈化可以避免海水中突然出現(xiàn)的有毒有害化學(xué)物質(zhì)的無(wú)意引入。但循環(huán)水凈化對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求高, 管理不當(dāng)有可能會(huì)積累有毒代謝產(chǎn)物, 如氨、糞便等[11]。循環(huán)水凈化系統(tǒng)通常包括物理過(guò)濾裝置與設(shè)備、泡沫浮選污物設(shè)備、生物凈化器、重金屬去除裝置、水體消毒滅菌設(shè)備等。盡管循環(huán)水凈化系統(tǒng)造價(jià)較高, 系統(tǒng)管理較為復(fù)雜, 但由于其可控性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、節(jié)水環(huán)保, 選址相對(duì)靈活, 因而是貝類(lèi)凈化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

1.2 貝類(lèi)凈化工藝

貝類(lèi)凈化相關(guān)研究關(guān)注的污染物主要有四類(lèi): 泥沙、微生物、重金屬和貝類(lèi)毒素, 每種污染物的凈化處理工藝簡(jiǎn)述如下。

1.2.1 泥沙去除

貝類(lèi)主要生長(zhǎng)在灘涂淺海, 在進(jìn)行正常生理活動(dòng)的時(shí)候, 會(huì)有部分泥沙滯留在貝類(lèi)體內(nèi), 直接食用既影響口感也不衛(wèi)生, 上市前需對(duì)泥沙進(jìn)行去除。泥沙去除通?？稍谳^短的時(shí)間內(nèi)完成, 且工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。如在流水凈化設(shè)施或循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi), 通過(guò)投喂三角褐指藻、金藻、扁藻等鮮活餌料, 文蛤、青蛤、菲律賓蛤仔、泥蚶、牡蠣等雙殼貝類(lèi)基本都可在10小時(shí)內(nèi)完成泥沙凈化過(guò)程[12-13]。

1.2.2 微生物去除

利用消毒滅菌后的潔凈水體養(yǎng)殖貝類(lèi), 通過(guò)貝類(lèi)自身的呼吸和攝食活動(dòng)將細(xì)菌等微生物排出體外, 是去除微生物的主要凈化工藝。當(dāng)前用于貝類(lèi)凈化水體消毒滅菌的工藝主要有紫外線、氯制劑、臭氧, 或其組合使用。

紫外線主要是通過(guò)輻射損傷和破壞核酸的功能使貝類(lèi)排出的微生物(細(xì)菌、病毒、芽孢等病原體)死亡, 從而達(dá)到消毒滅菌的目的。大量研究表明, 紫外線對(duì)細(xì)菌等微生物具有良好的凈化效果。紫外線循環(huán)水凈化36 h可將長(zhǎng)牡蠣()體內(nèi)大腸桿菌()含量從3.67×103MPN/g降到10.1 MPN/g[14], 凈化5天可以使副溶血性弧菌()數(shù)減少3個(gè)對(duì)數(shù)值[15]。紫外線對(duì)海水中病毒同樣有很好的滅殺效果。經(jīng)劑量為263 mJ/(cm2·h)紫外線照射120 h, 海水中甲型肝炎病毒(HAV)和人腺病毒(HAdV2)分別下降了3.5和5個(gè)對(duì)數(shù)值[16]。然而, 紫外線對(duì)貝類(lèi)體內(nèi)的病毒去除并不理想, 要想去除貝體內(nèi)病毒, 必須破壞貝類(lèi)與病毒的穩(wěn)定聯(lián)系[17]。

氯制劑利用其強(qiáng)氧化性, 損壞細(xì)胞膜, 并影響多種酶系統(tǒng), 從而使細(xì)菌和病毒死亡。1914年, John-stone首次使用氯凈化貝類(lèi), 經(jīng)氯凈化后, 貽貝中的細(xì)菌水平顯著降低[11]。海水中二氧化氯濃度為8 ppm時(shí), 菲律賓蛤仔()經(jīng)24 h凈化, 體內(nèi)大腸菌群數(shù)從42 MPN/g下降到2.3 MPN/g[18]。在30 ppm的含氯電解水中, 長(zhǎng)牡蠣經(jīng)4 h凈化, 體內(nèi)副溶血性弧菌和創(chuàng)傷弧菌分別顯著減少了13.5 MPN/g和11.2 MPN/g; 含氯過(guò)高對(duì)貝類(lèi)是致死的, 當(dāng)電解水中氯含量達(dá)50 ppm, 長(zhǎng)牡蠣12 h后全部死亡[19]。近幾年, 有效成分為氯制劑的微酸性電解水(pH 5.0~6.5)也普遍應(yīng)用于養(yǎng)殖水處理, 如感染副溶血弧菌的蝦夷扇貝()經(jīng)微酸性電解水處理8 min弧菌數(shù)可由1 100 MPN/g以上降至28 MPN/g[20]。

臭氧具有強(qiáng)氧化性, 能有效地殺滅細(xì)菌及病毒。紫貽貝()經(jīng)臭氧(50 mg/h)消毒的海水凈化44 h后, 大腸桿菌、霍亂弧菌()和副溶血弧菌數(shù)分別減少了99.8%、90%和85.1%[21]。人工感染大腸桿菌的長(zhǎng)牡蠣經(jīng)48 h臭氧(0.1~0.2 mg/L)消毒海水凈化, 大腸桿菌數(shù)降低了2~3個(gè)對(duì)數(shù)值[22]。泥蚶()經(jīng)0.4 mg/L臭氧含量的海水凈化24 h后, 大腸菌群數(shù)從15 MPN/g降到0.3 MPN/g以下[12]。臭氧含量過(guò)高會(huì)影響貝類(lèi)的濾水和存活, 進(jìn)而影響凈化效率。當(dāng)海水中臭氧濃度超過(guò)0.5 mg/L或臭氧用于處理循環(huán)使用的海水時(shí), 海水中產(chǎn)生的氧化物會(huì)對(duì)貝類(lèi)產(chǎn)生毒性[22], 當(dāng)氧化物的含量超過(guò)4.5 mg/L時(shí), 薄殼蛤的濾水能力會(huì)被抑制[23]。然而, 臭氧對(duì)貝類(lèi)體內(nèi)的病毒和腹瀉性貝類(lèi)毒素的凈化效果并不理想[24]。此外, 臭氧還會(huì)和海水中的溴離子發(fā)生反應(yīng), 形成毒性很強(qiáng)的溴化物, 因此, 在用臭氧進(jìn)行消毒時(shí)應(yīng)注意消除溴的危害[22]。

當(dāng)臭氧與紫外線組合使用時(shí), 水中的臭氧被紫外線激活, 最終產(chǎn)生氧化性極強(qiáng)的羥基自由基, 對(duì)細(xì)菌、病毒等微生物的滅活能力遠(yuǎn)大于單獨(dú)采用一種方式。對(duì)毛蚶()接種約1 000MPN/g的大腸桿菌, 降低相同數(shù)量級(jí)的該菌, 用臭氧凈化所需時(shí)間是臭氧-紫外聯(lián)用凈化所需時(shí)間的四倍[25]。當(dāng)紫外與氯制劑組合使用時(shí), 氯制劑有助于核酸暴露, 從而實(shí)現(xiàn)細(xì)菌病毒的高效殺滅[26]。如感染傷寒沙門(mén)氏菌()1.5×104CFU/g的牡蠣經(jīng)紫外線-氯制劑凈化12 h后可完全去除[27]。

1.2.3 重金屬去除

在眾多污染物中, 重金屬污染物具有分布廣、殘留時(shí)間久、多形態(tài)間轉(zhuǎn)化及生物毒性強(qiáng)等特性, 是貝類(lèi)體內(nèi)較難去除的一類(lèi)污染物。因貝類(lèi)自身無(wú)有效的重金屬生物代謝機(jī)制, 通常通過(guò)加入如下幾種脫除劑以協(xié)助機(jī)體內(nèi)重金屬的脫除。

EDTA類(lèi)脫除劑進(jìn)入貝類(lèi)體內(nèi)后, 直接與重金屬離子形成絡(luò)合物, 繼而把絡(luò)合物排出體外。研究發(fā)現(xiàn), 被重金屬污染的紫貽貝()經(jīng)80 mg/L EDTA凈化3天, 鎘去除率27.7%; 經(jīng)160 mg/L EDTA- CaNa2凈化6天, 鎘去除率超過(guò)40%[28]。然而, 過(guò)高EDTA類(lèi)脫除劑可能影響貝類(lèi)體內(nèi)的離子平衡, 從而影響其脫除鎘的效果[28-29]。

殼聚糖類(lèi)脫除劑對(duì)鎘等重金屬也有很好的去除效果, 且不會(huì)影響貝肉營(yíng)養(yǎng)成分及其他生命必需元素。研究表明, 利用殼聚糖與大型海藻結(jié)合的方法能有效去除福建牡蠣()體內(nèi)的鎘和鉛, 經(jīng)14天凈化后, 兩者蓄積量分別由0.88 μg/g和8.49 μg/g降至0.58 μg/g和0.33 μg/g的食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以?xún)?nèi)[2, 30]。鎘污染的櫛孔扇貝()經(jīng)殼寡糖鈣配合物(COS-Ca)凈化3天, 機(jī)體內(nèi)鎘從138.3 μg/g降至74.7 μg/g, 脫除率達(dá)46%[31]。殼聚糖類(lèi)脫除劑進(jìn)入機(jī)體后, 其分子內(nèi)-OH、-HN2、-COOH等基團(tuán)能夠與金屬硫蛋白(MT)競(jìng)爭(zhēng)重金屬離子, 產(chǎn)生穩(wěn)定配位作用, 形成不溶性復(fù)合物并排出體外[32]。

硒化物類(lèi)脫除劑能夠直接作用于貝類(lèi)的抗氧化系統(tǒng)與免疫系統(tǒng), 顯著提高機(jī)體內(nèi)源保護(hù)酶活性, 清除重金屬毒性作用產(chǎn)生的氧化產(chǎn)物, 對(duì)重金屬毒性起到拮抗作用, 加快重金屬的解毒與排出, 也是一類(lèi)應(yīng)用較多的重金屬脫除劑[33]。研究發(fā)現(xiàn), 紫貽貝經(jīng)硒化卡拉膠(60 mg/L)凈化6天后, 體內(nèi)鎘含量從29.94 μg/g降至18.60 μg/g, 脫除率達(dá)38%[28]。

新型重金屬脫除劑的篩選和制備是當(dāng)前脫除劑研究的熱點(diǎn)。Yang[34]等提出利用含鋯螯合樹(shù)脂(Zr(Ⅳ)-loaded chelating resin)去除貝肉酶解液中砷的方法; 姚茹[35]等認(rèn)為向水體中投放微生物制劑可以促進(jìn)重金屬的排除。Fiorati[36]等研究發(fā)現(xiàn)纖維素基納米海綿可有效去除海水中的鎘、鉻、銅等離子, 且不影響貝類(lèi)活力。

此外, 重金屬的脫除效率與重金屬的類(lèi)型直接相關(guān), 鎘和銅是當(dāng)前研究的主要目標(biāo)脫除元素, 其他重金屬的相關(guān)研究表明, 長(zhǎng)牡蠣體內(nèi)鎘的去除速度快于銅和鋅; 在波紋巴非蛤()體內(nèi),鎘、銅、鈷也比鋅、錳、鉛等元素消失得快[37]。重金屬脫除率的差異性主要取決于重金屬元素的生物半衰期, 以及脫除劑的理化性質(zhì)。

1.2.4 貝類(lèi)毒素的凈化

與微生物、重金屬等危害因素類(lèi)似, 活體貝類(lèi)中貝類(lèi)毒素的含量也可以利用貝類(lèi)凈化技術(shù)得以降低。人工感染貝類(lèi)毒素dcSTX和dcNEO 0.5mg/kg以上的紫貽貝, 經(jīng)過(guò)10天紫外消毒水凈化, dcSTX和dcNEO的脫除率分別達(dá)23.4%和57.8%[38]。人工感染3.24 mg/kg麻痹性貝類(lèi)毒素(PSP)的文蛤, 經(jīng)強(qiáng)化投喂結(jié)合臭氧消毒水凈化15天毒素脫除率可達(dá)47.2%[39]。近江牡蠣()經(jīng)添加0.05 g/L殼聚糖海水凈化7天, 體內(nèi)PSP含量從9.07 MU/g降低到1.41 MU/g[40]。Ana C. Braga認(rèn)為酸化條件下有助于貝類(lèi)毒素的去除, 升溫條件下不利于貝類(lèi)毒素的去除[38]。

然而, 另有多項(xiàng)研究表明調(diào)控溫度、鹽度、投餌等因素對(duì)貝類(lèi)毒素的去除過(guò)程影響甚微[41-43]。貝類(lèi)一旦染上毒素, 其組織將毒素排出需要很長(zhǎng)時(shí)間, 有些貝類(lèi)甚至需要數(shù)年才能完全排出毒素[44]。因此, 綜合考慮凈化成本和凈化作用的有限性, 獲取無(wú)毒素貝類(lèi)的最佳方法是選擇安全的海域進(jìn)行養(yǎng)殖生產(chǎn), 并做好收獲前的安全檢測(cè), 只捕撈無(wú)毒貝類(lèi)[45]。

1.3 貝類(lèi)凈化環(huán)境參數(shù)

貝類(lèi)凈化最適的環(huán)境條件并不等同于最適生長(zhǎng)條件。根據(jù)去除目標(biāo)污染物的不同, 貝類(lèi)凈化往往需要選擇使凈化效率最高的環(huán)境參數(shù)。溫度、鹽度、水流速度是容易實(shí)現(xiàn)人工調(diào)控且對(duì)貝類(lèi)凈化效率影響較大的環(huán)境因子。

1.3.1 溫度

溫度是影響貝類(lèi)凈化效率的主要環(huán)境因子。在長(zhǎng)牡蠣去除病毒(MS2 phages)的凈化過(guò)程中, 當(dāng)溫度低于16℃時(shí), 7~11天才能降低一個(gè)對(duì)數(shù)值; 當(dāng)溫度高于20℃時(shí), 3~4天即可下降一個(gè)對(duì)數(shù)值[46]。在去除細(xì)菌的凈化過(guò)程中, 當(dāng)溫度為7~15℃時(shí), 長(zhǎng)牡蠣凈化5天后, 副溶血性弧菌數(shù)減少3個(gè)對(duì)數(shù)值, 牡蠣存活率100%[15]。當(dāng)凈化溫度高于23℃時(shí), 美洲牡蠣體內(nèi)的創(chuàng)傷弧菌經(jīng)過(guò)5天后含量不降反增[47]?？梢?jiàn), 溫度偏高利于去除病毒, 而溫度偏低利于去除細(xì)菌, 因而凈化時(shí)應(yīng)根據(jù)要去除的目標(biāo)污染物, 選擇合適的凈化溫度。

1.3.2 鹽度

鹽度變化導(dǎo)致的滲透壓變化會(huì)直接影響貝類(lèi)的攝食代謝等生理過(guò)程。一般凈化用水的鹽度值是貝類(lèi)生活海域鹽度值的±20%之內(nèi)。鹽度偏高有助于牡蠣的攝食活動(dòng), 能加速凈化過(guò)程, 鹽度偏低會(huì)抑制牡蠣凈化過(guò)程; 當(dāng)鹽度低于7.4時(shí), 牡蠣的攝食活動(dòng)似乎停止了[11, 24]。在凈化長(zhǎng)牡蠣中的副溶血性弧菌時(shí), 鹽度為20~30時(shí)的凈化效果要好于鹽度為10時(shí)的凈化效果, 凈化效果與牡蠣倍性及大小無(wú)關(guān)[48]。

1.3.3 水流速度

凈化過(guò)程中, 貝類(lèi)體內(nèi)的污染物會(huì)隨著排泄物排出, 如果不及時(shí)處理這些排泄物, 很可能會(huì)對(duì)貝類(lèi)造成二次污染。水流速度過(guò)大會(huì)使沉降的排泄物再懸浮, 同時(shí)也會(huì)使殺菌系統(tǒng)沒(méi)有足夠的時(shí)間去殺滅水體中的有害物質(zhì)[6]; 水流速度過(guò)小容易造成水體乏氧和攝食減弱, 影響貝類(lèi)代謝速率, 造成效率低下。凈化長(zhǎng)牡蠣中的大腸桿菌時(shí), 水交換率5次/h的凈化效率最高, 顯著優(yōu)于1次/h[14]。凈化近江牡蠣, 水交換率4次/h在1天內(nèi)把大腸菌群從13.4 MPN/g降到3 MPN/g以下, 優(yōu)于2次/h和8次/h[49]。水流的選擇應(yīng)有利于污物的排出和水體的凈化消毒, 同時(shí)還需兼顧貝類(lèi)的攝食和呼吸代謝活動(dòng), 使其有利于凈化的要求。

2 貝類(lèi)凈化與風(fēng)味

貝肉的風(fēng)味主要由揮發(fā)性香氣和滋味共同組成。不飽和醇和醛等物質(zhì)是產(chǎn)生揮發(fā)性香氣的主要成分, 水溶性低分子量游離氨基酸、核苷酸、無(wú)機(jī)離子等是影響滋味的主要成分[50]。貝類(lèi)凈化過(guò)程中的投喂活動(dòng)和消毒滅菌工藝, 以及去除重金屬添加的脫除劑等都會(huì)在一定程度上影響貝類(lèi)體內(nèi)各種風(fēng)味物質(zhì)含量, 進(jìn)而影響貝類(lèi)風(fēng)味。

2.1 凈化對(duì)風(fēng)味的影響

紫外線凈化不會(huì)產(chǎn)生化學(xué)殘留物[51], 且紫外線并非直接作用于貝類(lèi), 因此認(rèn)為紫外線對(duì)貝類(lèi)風(fēng)味的影響較小。

氯制劑本身就帶有特別的化學(xué)味道, 且作用時(shí)易產(chǎn)生有毒的氯胺, 因此氯制劑凈化的貝類(lèi)一般會(huì)有化學(xué)味道且口感差[11]。但也有人認(rèn)為使用濃度為8 ppm的二氧化氯凈化后的菲律賓蛤仔風(fēng)味要比未凈化的更清鮮[18]。因此氯制劑凈化時(shí)可能存在閾值, 超過(guò)閾值便會(huì)對(duì)貝類(lèi)風(fēng)味產(chǎn)生不良影響。

臭氧具有高反應(yīng)活性, 難以預(yù)測(cè)臭氧會(huì)與貝類(lèi)的風(fēng)味物質(zhì)發(fā)生何種反應(yīng)。如臭氧用量控制不當(dāng)可能會(huì)產(chǎn)生不良?xì)馕? 導(dǎo)致食物的顏色、口感和味道的退化[52]。水體中過(guò)量殘存臭氧會(huì)與蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng), 導(dǎo)致肽鍵斷裂和一系列氨基酸側(cè)鏈修飾, 從而導(dǎo)致牡蠣肉質(zhì)松軟, 降低品質(zhì)[53]。

貝類(lèi)凈化時(shí)的水質(zhì)參數(shù)也會(huì)影響貝類(lèi)風(fēng)味, 最有代表性的是鹽度。貝體內(nèi)脂質(zhì)組成直接影響貝類(lèi)的肉質(zhì)和口感。研究表明, 低鹽度條件利于縊蟶()體內(nèi)脂質(zhì)的積累, 而高鹽度條件能夠降低脂質(zhì)含量[54]。

2.2 貝類(lèi)風(fēng)味改良研究

通過(guò)投喂?fàn)I養(yǎng)成分不同的餌料可以影響貝類(lèi)的風(fēng)味。如投喂微綠球藻會(huì)提高貝體內(nèi)3-羥基-1-辛烯醇、戊二酮和2-戊烯醛等的含量, 從而使貝類(lèi)產(chǎn)生類(lèi)似植物的芳香和果香; 投喂假微型海鏈藻會(huì)提高貝體內(nèi)3-甲基-正丁醛等的含量, 使貝類(lèi)產(chǎn)生甜香、堅(jiān)果香和清香味; 青島大扁藻和球等鞭金藻通過(guò)影響貝體內(nèi)二甲基硫的含量, 可能是縊蟶風(fēng)味的重要呈味成分[55]。

鹽度還可以影響呈味氨基酸的組成和含量, 從而影響貝類(lèi)風(fēng)味。如湛江東海島的鹽度年變化為23~ 27, 此地養(yǎng)殖的香港牡蠣()中鮮、甜味呈味氨基酸含量顯著高于其他三個(gè)低鹽度養(yǎng)殖區(qū)[56]。Ran[54]等發(fā)現(xiàn)隨著鹽度的增加, 縊蟶中甾醇和十八碳以下的多不飽和脂肪酸含量均呈下降趨勢(shì), 而EPA和DHA等二十碳以上的多不飽和脂肪酸含量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。將生長(zhǎng)在自然海區(qū)(鹽度為23)的縊蟶在低鹽度13下培養(yǎng)5天后, 其體內(nèi)脂質(zhì)含量顯著性升高, 隨后轉(zhuǎn)移到高鹽度23環(huán)境下培養(yǎng)15天, 脂質(zhì)含量則降回高鹽度培養(yǎng)時(shí)的水平; 高鹽度同時(shí)還提高了EPA和DHA等不飽和脂肪酸的含量[54]。

因此, 將適宜生活在低鹽海區(qū)的貝類(lèi)轉(zhuǎn)移到高鹽水域進(jìn)行暫養(yǎng)或凈化, 配合提升風(fēng)味的餌料, 有望實(shí)現(xiàn)短期內(nèi)改善貝類(lèi)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和風(fēng)味的目的。

3 研究工作展望

隨著人們對(duì)食品安全和品質(zhì)的要求越來(lái)越高, 貝類(lèi)凈化的關(guān)注度也越來(lái)越高。我國(guó)貝類(lèi)凈化起步較晚, 與國(guó)際水平仍有一些距離。近幾年, 污染物的類(lèi)型越來(lái)越多, 也給貝類(lèi)凈化提出了新的要求。目前我國(guó)針對(duì)不同的貝類(lèi)并沒(méi)有成套科學(xué)的凈化工藝, 且凈化的工藝參數(shù)缺乏量化依據(jù)。因此, 針對(duì)不同生境類(lèi)型的貝類(lèi)、不同污染物及環(huán)境參數(shù), 需重點(diǎn)開(kāi)展以下幾方面的基礎(chǔ)性研究工作。

3.1 開(kāi)展貝類(lèi)重金屬脫除機(jī)理與技術(shù)研究

貝類(lèi)毒素和POPs無(wú)法通過(guò)短期凈化排除食用風(fēng)險(xiǎn), 一般不具有凈化的商業(yè)價(jià)值。在具有凈化價(jià)值的幾類(lèi)污染物中, 凈化效率從高到低依次為泥沙、大腸桿菌、弧菌、病毒和重金屬, 可見(jiàn), 重金屬是最難去除的一類(lèi)污染物。然而當(dāng)重金屬初始污染水平高于一定閾值時(shí), 由于凈化周期延長(zhǎng), 也將失去凈化的商業(yè)價(jià)值。因此, 研究貝體內(nèi)重金屬的代謝機(jī)制, 構(gòu)建輕度重金屬污染貝類(lèi)高效凈化技術(shù)是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需要。

3.2 兼顧風(fēng)味保持與品質(zhì)提升的凈化工藝研究

貝類(lèi)凈化使用的消毒滅菌水, 以及凈化期間投喂的餌料都會(huì)影響貝類(lèi)凈化后的風(fēng)味品質(zhì), 查明凈化工藝對(duì)與貝類(lèi)風(fēng)味的影響, 構(gòu)建兼顧風(fēng)味保持與品質(zhì)提升的新工藝、新技術(shù)、新裝置是貝類(lèi)凈化必須解決的一項(xiàng)技術(shù)難題。

3.3 貝類(lèi)凈化專(zhuān)用人工餌料的研發(fā)

盡管不投喂也能達(dá)到部分貝類(lèi)凈化指標(biāo), 但是進(jìn)行投喂能夠顯著提高凈化效率。研發(fā)貝類(lèi)人工餌料, 是貝類(lèi)凈化、品質(zhì)提升, 以及貝類(lèi)室內(nèi)養(yǎng)殖需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

3.4 開(kāi)展對(duì)生物毒素的凈化研究

貝類(lèi)毒素不會(huì)使貝體發(fā)生肉眼可見(jiàn)的變化, 通過(guò)顏色和氣味不能判斷其是否已染毒。煎炒、水煮、高溫、高壓等常用的烹飪方法也不能完全破壞貝類(lèi)毒素。目前只有少量研究針對(duì)生物毒素的凈化, 亟需開(kāi)展相關(guān)基礎(chǔ)研究, 建立有效的食品安全控制方法。

3.5 建立差異化的貝類(lèi)凈化標(biāo)準(zhǔn)

不同食用類(lèi)型貝類(lèi)的凈化要求不同, 如生食貝類(lèi)與烹食貝類(lèi)對(duì)大腸桿菌類(lèi)微生物的要求差別較大; 不同底質(zhì)類(lèi)型生長(zhǎng)的貝類(lèi)含有的污染物差別較大, 如中國(guó)蛤蜊、青蛤等埋棲貝類(lèi)影響品質(zhì)的污染物主要是泥沙等固型顆粒物, 牡蠣、扇貝等吊養(yǎng)貝類(lèi)則更多關(guān)注的是細(xì)菌含量和風(fēng)味。因此, 應(yīng)建立以目標(biāo)污染物和市場(chǎng)需求為導(dǎo)向的差異化、標(biāo)準(zhǔn)化的貝類(lèi)凈化工藝和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

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Research status and prospects of shellfish depuration technology

QIU Tian-long1, 3, CHEN Wen-chao1, 4, QI Jian-fei5, LIU Jin-hu2, DONG Yi2, SUN Jian-ming1, 3

(1. CAS Key Laboratory of Experimental Marine Biology, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Scien-ces, Qingdao 266071, China; 2. CAS Key Laboratory of Marine Ecology and Environmental Sciences, Institute of Ocea-nology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 3. Center for Ocean Mega-Science, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 4. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 5. Fisheries Research Institute of Fujian, Key laboratory of Cultivation and High-value Utilization of Marine Organisms in Fujian Province, Xiamen 361013, China)

With the increasingly prominent environmental problems in aquaculture waters, the food safety of shellfish has been attracting widespread attention. It is predicted that shellfish depuration before circulation in the market will become an indispensable processing step. This article summarizes the current research progress on the types of shellfish depuration, water treatment technology, effect of shellfish depuration on flavor, etc., both home and abroad and provides a reference for further research on shellfish depuration.

shellfish depuration; flavor; quality improvement; water treatment technology; heavy metals

Aug. 9, 2020

S984.3+1

A

1000-3096(2021)03-0134-09

10.11759/hykx20200809001

2020-08-09;

2020-09-04

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“藍(lán)色糧倉(cāng)科技創(chuàng)新”項(xiàng)目課題(2019YFD0900701); 國(guó)家自然科學(xué)基金(31702392); 山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2019GHY112004)

[The work is supported by the National Key Research and Development Program of China, No. 2019YFD0900701; the National Natural Science Foundation of China, No. 31702392 and the Key Research and Development Program of Shandong Province, No. 2019GHY112004]

邱天龍(1985—), 男(漢族), 博士, 主要從事水產(chǎn)工業(yè)化養(yǎng)殖工藝與裝備研發(fā), E-mail: oceanman@qdio.ac.cn; 孫建明,通信作者,男(漢族), 研究員, 博士生導(dǎo)師, 主要從事水產(chǎn)工業(yè)化養(yǎng)殖工藝與裝備研發(fā), E-mail: sjmqd@qdio.ac.cn

(本文編輯: 趙衛(wèi)紅)