鮮活大菱鲆溯源標(biāo)識固定工藝研究及參數(shù)優(yōu)化

徐文其

(1. 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機械儀器研究所； 2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部遠洋漁船與裝備重點實驗室； 3. 國家水產(chǎn)品加工裝備研發(fā)分中心；4. 海洋食品精深加工關(guān)鍵技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心： 上海 200092)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日益成熟，信息溯源技術(shù)已在畜禽養(yǎng)殖與食品加工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1]。通過為豬、牛、羊佩戴信息耳標(biāo)，為雞、鴨、鵝加套數(shù)據(jù)腳環(huán)，將食品安全信息追溯前移至養(yǎng)殖與運輸?shù)仁矍碍h(huán)節(jié)已非常普遍[2-3]。在水產(chǎn)領(lǐng)域，陽澄湖養(yǎng)殖區(qū)為其養(yǎng)殖并銷售的中華絨螯蟹(Eriocheirsinensis)佩戴地域身份追溯環(huán)標(biāo)已實施多年[4]，但針對各種魚類進行信息標(biāo)識基本仍集中于遺傳育種與增殖放流等研究領(lǐng)域[5-6]，在食品安全信息追溯方面則少有報道。

目前，中國養(yǎng)殖魚類的產(chǎn)地信息標(biāo)識已在大菱鲆(Scophthalmusmaximus)銷售中應(yīng)用[7]。通過在大菱鲆腮蓋處鉚接固定二維碼溯源防偽標(biāo)識，可供消費者掃碼獲取其產(chǎn)地與養(yǎng)殖戶信息。但養(yǎng)殖戶與銷售企業(yè)反映，食品級不銹鋼固定標(biāo)識牌定制成本高，重量大，只能固定于魚腮蓋骨處，造成打標(biāo)操作難且效率低、固定不當(dāng)又易傷及魚體造成經(jīng)濟損失等問題。

隨著中國多地推行魚類產(chǎn)地標(biāo)識準(zhǔn)入制[8]，針對魚類的快速標(biāo)識固定技術(shù)與機械裝備開始受到重視。本研究針對養(yǎng)成銷售期大菱鲆，開展溯源信息標(biāo)識快速固定的試驗研究。通過對比3種不同固定方式釘扣對魚體的固定效率與效果，選出合適釘扣類型，并在此基礎(chǔ)上甄選并優(yōu)化釘扣固定位置，為活體魚類溯源標(biāo)識快速固定實現(xiàn)機械與自動化提供必要的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗原料

本試驗選用人工養(yǎng)成后上市的鮮活大菱鲆，購于上海江楊水產(chǎn)批發(fā)市場。試驗前一天購買后放養(yǎng)于實驗室暫養(yǎng)池中待用，不進行任何人工處理，魚體單條體重(500±50)g，試驗樣本數(shù)量600 尾。

1.2 設(shè)備與儀器

細耳標(biāo)扣(304不銹鋼材質(zhì)，寬度2.5 mm，總長9 mm)配置耳標(biāo)夾鉗，購自澤雅科教公司；T型扣(尼龍材質(zhì)，釘體長15 mm，直徑Φ 0.8 mm)配置Toska-Banok 503膠針槍(槍針直徑Φ 1.0 mm)，購自TOSKA株式會社(東京)；套環(huán)扣(尼龍材質(zhì)，3英寸規(guī)格)配置V-TOOL手動套環(huán)槍，購自日本KOTEC有限公司；不銹鋼網(wǎng)鏈臺面操作臺(450 mm×500 mm)，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機械儀器研究所自制；SJ9-2II型電子秒表，精度0.01s，購自上海秒表五廠；0～200 mm游標(biāo)卡尺，精度0.02 mm，購自上海工具廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 材料處理

試驗前，對大菱鲆進行篩選，選取各處鰭體均無缺損缺失、無撕裂并無畸形退化，且活性好的樣品暫養(yǎng)于水池中[9]。

1.3.2 釘扣結(jié)構(gòu)分析與對應(yīng)固定部位選取

了解3種釘扣固定原理與操作流程，觀察大菱鲆魚體形體結(jié)構(gòu)，確定釘扣各自適用的魚體部位。

1.3.3 試驗設(shè)計

釘扣選型試驗：根據(jù)《預(yù)包裝食品標(biāo)簽通則》: GB 7718—2011[10]，篩選市場上現(xiàn)有且適合水產(chǎn)魚類進行標(biāo)識固定的釘扣。分別選取壓扣固定的細耳標(biāo)扣(A組)、別扣固定的T型扣(B組)與閉式套環(huán)固定的套環(huán)扣(C組)進行試驗。

其中，細耳標(biāo)扣通過夾鉗將扣體彎折，釘體刺穿固定部位后扣入扣孔實現(xiàn)對物體薄壁部位進行壓扣式固定；T型扣則由膠針槍槍針刺穿物體，扣體穿過孔洞并橫向阻隔在其背面，實現(xiàn)對物體薄壁部位進行別扣式固定。套環(huán)扣通過套環(huán)槍的喙式懸臂結(jié)構(gòu)，對固定部位形成閉環(huán)，再閉鎖套環(huán)兩端的子母扣，實現(xiàn)對物體軸頸部位進行套環(huán)式固定。

圖1 細耳標(biāo)扣與耳標(biāo)夾鉗Fig.1 Ear tag buckles and clamp

圖2 T型扣與膠針槍Fig.2 T-type buckles and buckle gun

圖3 套環(huán)扣與套環(huán)槍Fig.3 Collar buckles and buckle gun

取樣觀察大菱鲆，魚體呈菱形，側(cè)扁而高，背、臀、尾鰭均很發(fā)達，背、臀鰭各自相連成片而無硬棘，軟骨鰭條間有鰭膜相連；位于腮蓋后側(cè)的胸鰭窄小不發(fā)達；魚尾部在背、臀鰭末端處收窄形成尾柄，后接寬短尾鰭[11]。魚體各處鰭部可用細耳標(biāo)扣與T型扣固定標(biāo)識牌，而尾柄部位可用套環(huán)扣固定標(biāo)識牌。

釘扣選型試驗時，A組與B組選用鰭面積最大的背鰭部位進行試驗，C組選用尾柄部位進行試驗。挑選試驗人員共計6人，分為3組，每組1人輔助傳遞魚體，1人負責(zé)操作進行固定作業(yè)。首先輔助人員將活體大菱鲆從暫養(yǎng)池集中至料箱中，試驗開始后，逐一傳遞至操作臺，操作人員持工具對魚體指定部位進行釘扣固定，如操作中釘扣脫落，可再次進行固定。完成固定后進行相應(yīng)指標(biāo)測定。

固定部位選取試驗：根據(jù)選型試驗結(jié)果，使用優(yōu)選釘扣，對大菱鲆臀鰭(D組)、尾鰭(E組)和胸鰭(F組)重復(fù)試驗。完成固定后進行相應(yīng)指標(biāo)測定。

以上2項試驗采用一魚一扣操作，單次試驗限時1 min，每組試驗重復(fù)3次。

參數(shù)優(yōu)化試驗：根據(jù)釘扣選型試驗與固定部位選取試驗結(jié)果，使用優(yōu)選釘扣T型扣，對優(yōu)選魚體固定部位背鰭處進行參數(shù)優(yōu)化試驗。

根據(jù)大菱鲆背鰭式57～71，將背鰭均分為前部(G組)、中部(H組)與后部(I組)區(qū)域，再以5 mm寬度自各組背鰭頂端至背鰭根劃分試驗區(qū)間，對背鰭各位置區(qū)間分別進行T型扣固定試驗。完成固定后進行相應(yīng)指標(biāo)統(tǒng)計。試驗采用一魚一扣操作，每個位置區(qū)間試驗重復(fù)5次(根據(jù)大菱鲆背鰭鰭面呈單峰狀，中間部位鰭條最長，后部次之，前部最短的形態(tài)特點，對樣本背鰭尺寸取樣統(tǒng)計，設(shè)置G組5區(qū)間，H組8區(qū)間，I組6區(qū)間，并篩選符合各區(qū)間尺寸要求的樣本個體進行試驗)。

1.4 指標(biāo)測定

1.4.1 釘扣固定速率

釘扣固定試驗完成后，放入水池暫養(yǎng)前，根據(jù)一魚一扣原則，對各組大菱鲆樣本數(shù)量進行檢驗與統(tǒng)計。釘扣未鎖定到位、釘扣脫落以及未固定在指定部位的大菱鲆不計入統(tǒng)計。

1.4.2 釘扣有效固定率

將試驗后的各組大菱鲆分別放入不同水池暫養(yǎng)5 d。每天模擬流通轉(zhuǎn)運，用網(wǎng)兜打撈樣本移池1次。5 d后逐一統(tǒng)計釘扣仍完好固定的大菱鲆數(shù)量。統(tǒng)計釘扣有效固定率，計算公式見式(1)：

式(1)

式中：RF為樣品大菱鲆的釘扣有效固定率%；nF為樣品中釘扣仍完好固定的大菱鲆尾數(shù)；N為樣品中大菱鲆總尾數(shù)。

1.4.3 大菱鲆魚體狀態(tài)評價

魚體狀態(tài)評定參考《大菱鲆》(SC 2051—2007)[12]，由5名養(yǎng)殖專業(yè)的技術(shù)人員組成，對釘扣固定后大菱鲆的應(yīng)激反應(yīng)現(xiàn)象、損傷度以及試驗暫養(yǎng)后大菱鲆的活力情況進行評價。狀態(tài)評定標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 魚體狀態(tài)評定表Tab. 1 Evaluation standards of turbot body condition

1.4.4 數(shù)據(jù)處理

運用Microsoft Excel 2010軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析并繪圖。應(yīng)用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件，對數(shù)據(jù)進行方差分析，P<0.05表示差異顯著，P>0.05表示差異不顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同釘扣類型對固定速率與有效固定率的影響

3組不同釘扣(A、B組在大菱鲆背鰭部位，C組在尾柄部位)進行限時1 min的固定試驗，其各自釘扣固定速率與有效固定率如圖4所示。B、C組釘扣固定速率明顯高于A組(P<0.05)，分別達到29.67 尾/min與27.33 尾/min，而A組固定數(shù)量僅為另兩組的50%左右。這是因為B、C組的釘扣均采用聯(lián)裝排式(50枚釘扣為一排)，一次裝填可連續(xù)自動供料。而A組標(biāo)扣固定則需人工逐次裝釘，因此，效率遠低于其他兩組。在有效固定率指標(biāo)上，3組差異不明顯(P>0.05)，各組暫養(yǎng)5 d后，A、B組都僅脫落1枚釘扣標(biāo)牌，而C組有效固定率達100%。對樣本進行觀察，A、B組釘扣脫落的個體，固定部位均位于背鰭邊緣處(與背鰭頂端距離<5 mm)。

圖4 不同釘扣對釘扣固定速率與釘扣有效固定率的影響Fig.4 Effects of different buckle types on fixing speed and final fixing rate

圖5 不同釘扣固定后魚體狀態(tài)評分表Fig.5 Effects of different buckle types on fish body condition

各組釘扣固定后的魚體狀態(tài)評價如圖5所示。3組釘扣均能在魚體相應(yīng)部位進行快速固定，A、B組的應(yīng)激表征與魚活力評分明顯高于C組(P<0.05)。主要表現(xiàn)為A、B組試驗對象在釘扣固定后行為活動與狀態(tài)始終平穩(wěn)，而C組試驗后尾鰭甩動頻繁，在暫養(yǎng)期也伴有短促躁動?？梢姶罅怫覍、B組釘扣的適應(yīng)性較好，未出現(xiàn)應(yīng)激反應(yīng)。暫養(yǎng)5 d后，A、B組試驗樣本在翻轉(zhuǎn)測試中都能快速恢復(fù)體位，而C組樣本所需時間則明顯慢于其他兩組。試驗后各組釘扣對魚體的損傷度差異明顯(P<0.05)，通過檢驗發(fā)現(xiàn)B組中除釘扣脫落個體外，其余樣本背鰭處僅有固定釘扣形成的刺穿孔，周邊鰭膜無明顯撕裂，說明T型扣對魚體幾乎不造成損傷，得分最高；A組近半樣本的背鰭刺穿孔有撕裂，且伴有鰭條損傷；C組則多出現(xiàn)套環(huán)尼龍絲磨破魚體背腹端處體表現(xiàn)象，少數(shù)個體可見滲血，因此得分最低。

綜合評價各組試驗結(jié)果，B、C組釘扣固定操作便捷快速，且不易脫落，但C組在釘扣固定后的魚體狀態(tài)指標(biāo)評分上均存在明顯劣勢(P<0.05)，不利于后期流通與銷售。而大菱鲆對A、B組釘扣適應(yīng)性都比較好，但A組金屬扣對魚體損傷較大，且打標(biāo)效率過低(P<0.05)。故選用T型扣(B組)進行后續(xù)試驗。

2.2 不同固定部位對釘扣固定速率與釘扣有效固定率的影響

在前期試驗基礎(chǔ)上，優(yōu)選T型扣進行優(yōu)化試驗。對樣本臀鰭(D組)、尾鰭(E組)與胸鰭(F組)進行T型扣固定試驗，并與B組進行對比。試驗數(shù)據(jù)如圖6所示，D、E組釘扣固定速率明顯高于F組(P<0.05)，且與B組基本持平，分別為29.33 尾/min與28.67 尾/min，而F組僅為19.67 尾/min。據(jù)操作人員反映，胸鰭(F組)緊貼魚體，為避免槍針傷及魚體，需預(yù)先撥起胸鰭再刺穿固定，影響作業(yè)效率。在釘扣有效固定率方面，胸鰭部位(F組)的釘扣脫落數(shù)量明顯高于其他兩組(P<0.05)。據(jù)觀察，大菱鲆胸鰭窄小，鰭條細軟且鰭膜極薄，造成釘扣固著力明顯弱于臀、尾鰭處；另一方面，胸鰭位于腮蓋后部，釘扣不僅需承受其自身擺動產(chǎn)生的慣性作用力，還會額外受到魚體呼吸時腮蓋張合產(chǎn)生的水流沖擊，造成釘扣脫落概率大幅提高。

圖6 不同固定部位對釘扣固定速率與釘扣有效固定率的影響Fig.6 Effects of different fixing parts of fish body on fixing speed and final fixing rate

圖7 不同固定部位固定后魚體狀態(tài)評分表Fig.7 Effects of different fixing parts on fish body condition

不同固定部位在T型扣固定后的魚體狀態(tài)評價如圖7所示。與之前試驗的B組相比，各組試驗后的大菱鲆狀態(tài)與行為均無異常(P>0.05)，再次驗證大菱鲆對T型扣的適應(yīng)性較好。另一方面，E組在損傷率與魚活力指標(biāo)明顯低于D組(P<0.05)。檢驗發(fā)現(xiàn)，為提高釘扣有效固定率，固定位置多選取近鰭根部[13-14]，但大菱鲆尾部血管分布豐富[15]，其尾鰭與尾柄分界不如背鰭部位清晰，操作人員易將釘扣誤植于尾柄肌層上，由刺穿孔形成無法愈合的出血創(chuàng)口，同時也導(dǎo)致后期魚活力明顯下降。而F組由于胸鰭自身特性造成釘扣易撕裂鰭膜脫落，使損傷度評分也明顯低于D組(P<0.05)，但檢驗發(fā)現(xiàn)，胸鰭撕裂未對后期魚活力造成明顯影響(P<0.05)。

綜上分析，E組在試驗后魚體狀態(tài)指標(biāo)上多有不足，而F組則在釘扣固定效率與有效率方面多有欠缺。D組各項指標(biāo)與B組基本持平，但對比標(biāo)識固定后的感官效果，背鰭處標(biāo)識位于魚背部，更貼近魚身，比魚體下方臀鰭位標(biāo)識的視覺觀感更醒目，便于被發(fā)現(xiàn)識別。因此選用大菱鲆背鰭部位(B組)固定T型扣更為理想。

2.3 背鰭不同位置對T型扣固定的影響

在前期試驗基礎(chǔ)上，優(yōu)選背鰭部位。劃分鰭體各位置區(qū)域作為T型扣固定點進行試驗。試驗數(shù)據(jù)如圖8所示。固定于各組0～5 mm區(qū)間內(nèi)的T型扣全部脫落；5～10 mm區(qū)間內(nèi)，僅I組脫落1枚T型扣，經(jīng)測量固定點距背鰭頂端5.0 mm；其余區(qū)間無T型扣脫落。檢驗發(fā)現(xiàn)，靠近鰭根區(qū)間的固定刺穿孔完好；位于背鰭中部區(qū)間的固定孔部分出現(xiàn)微裂口；而位于背鰭外緣處固定孔周圍創(chuàng)傷明顯，上部鰭膜均完全撕裂，釘體從鰭膜頂端開放性裂口處脫離。

分析認為，造成T型扣脫落的原因包括魚體自身運動與外力作用。魚體背鰭擺動時，鰭條以鰭根部為原點做往復(fù)運動，距離原點越遠，慣性半徑越大，受到的慣性離心力越大[16-17]。因此固定于背鰭外緣處的T型扣最易被甩脫。另一方面，T型扣被其他魚撕咬或網(wǎng)兜鉤掛，形成的外部拉力作用于固定孔部位，造成周圍組織撕裂。而背鰭外緣處鰭條柔軟且鰭膜薄，造成該部位組織相對脆弱，在受到相同外力時，形成的創(chuàng)傷比其他部位嚴(yán)重。所以，T型扣固定位置距離背鰭根越遠，受到魚體自身運動與外力作用的影響越明顯。這與王茂元等[18]與羅新等[19]在草魚(Ctenopharyngodonidella)與鰱(Hypophthalmichthysmolitrix)放流時采用背鰭根部掛牌的研究結(jié)果一致。不過，大菱鲆性情溫和，喜伏底棲息，極少游動的行為特性[20]與草魚、鰱兇猛好動習(xí)性[21-22]差異巨大；而溯源信息標(biāo)識牌固定周期要求比增殖放流要明顯短暫，考慮釘扣固定操作的便捷性與效率，T型扣在大菱鲆背鰭部位固定位置區(qū)域應(yīng)在背鰭頂端以下5 mm至背鰭根部范圍內(nèi)較為合適。

圖8 背鰭不同位置對T型扣固定的影響Fig.8 Effects of different areas of dorsal fin on T-type buckle fixing

3 結(jié)論

綜上所述，針對鮮活大菱鲆溯源標(biāo)識固定研究，試驗對比細耳標(biāo)扣、T型扣與套環(huán)扣的釘扣固定速率、釘扣有效固定率與試驗后魚體狀態(tài)，篩選出釘扣固定速率優(yōu)勢明顯、釘扣有效固定率較理想，且試驗后魚體狀態(tài)評分都最高的T型扣為最適魚體固定釘扣方法。隨后，試驗對比T型扣在大菱鲆背鰭、臀鰭、尾鰭與胸鰭各部位的固定效果，確定各項指標(biāo)值都最高，且標(biāo)識位置醒目的魚體背鰭作為標(biāo)識固定部位。最后通過參數(shù)優(yōu)化試驗，確定標(biāo)識固定在背鰭頂端以下5 mm至背鰭根部范圍內(nèi)，T型扣有效固定率最高。根據(jù)研究結(jié)果，推薦的鮮活大菱鲆溯源標(biāo)識固定工藝為：采用T型扣在大菱鲆背鰭部位，背鰭頂端以下5 mm至背鰭根部范圍內(nèi)進行標(biāo)識固定較為適宜。此時，釘扣固定速率可達29.67 尾/min，暫養(yǎng)5 d后的釘扣有效固定率達100%。本研究的推廣應(yīng)用可為水產(chǎn)品產(chǎn)地溯源以及消費者對產(chǎn)品信息查詢提供技術(shù)支撐。