低壓變頻電場(chǎng)結(jié)合微凍對(duì)鮐魚保鮮效果的影響

沈俊，吳越，尚子寒，謝超，虞舟

（1.浙江海洋大學(xué)食品與藥學(xué)學(xué)院，浙江 舟山 310000；2.舟山匯豐冷藏物流發(fā)展有限公司，浙江 舟山 316002）

鮐魚（Pneumatophorus japonicus），鱸形目，鯖科，鮐屬，又名青花魚，是典型的遠(yuǎn)洋暖水性魚類。鮐魚在中國(guó)的各個(gè)海域均有產(chǎn)出，其中以中國(guó)東海的產(chǎn)量最多。2018年鮐魚捕撈量達(dá)到43萬噸[1]，隨著大黃魚、小黃魚以及帶魚資源的減少，鮐魚現(xiàn)在已經(jīng)成為中國(guó)主要的經(jīng)濟(jì)魚類之一[2]。微凍是一種新型貯藏方式，該法采用略低于冰點(diǎn)的溫度進(jìn)行貯藏保鮮，能夠在一定程度上保證食品自身品質(zhì)，還能明顯抑制食品中大部分微生物的生長(zhǎng)繁殖，延長(zhǎng)微凍產(chǎn)品的貨架期，是一種在不同區(qū)域之間流通的新型食品保鮮方式[3-5]?，F(xiàn)階段對(duì)于鮐魚保鮮的研究主要在凍鮮鮐魚制品的貯藏以及運(yùn)輸過程中的品質(zhì)控制方面[6-12]，在新型保鮮技術(shù)，例如低壓變頻電場(chǎng)保鮮鮐魚等海水魚方面鮮有研究。因此研究一種新型保鮮裝置對(duì)于保證食品質(zhì)量，提升經(jīng)濟(jì)效益具有重大意義。

目前電場(chǎng)保鮮裝置主要分為低壓靜電場(chǎng)、高壓靜電場(chǎng)、低壓變頻電場(chǎng)、高壓變頻電場(chǎng)等，研究主要集中于果蔬、禽肉、瘦肉等方面。Hsieh等[13]、郭衍銀等[14]在冬棗與胡蘿卜中應(yīng)用了低壓靜電場(chǎng)技術(shù)成功延長(zhǎng)了水果的保質(zhì)期。Bajgai等[15]對(duì)蔬菜水果保鮮過程進(jìn)行研究也得到相似結(jié)論，低壓靜電場(chǎng)的處理能提高水果蔬菜的保質(zhì)時(shí)間，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和新鮮度。Zhao等[16]試驗(yàn)結(jié)果顯示，低壓靜電場(chǎng)的處理能夠提高西紅柿的抗氧化能力。賈紅玲等[17]發(fā)現(xiàn)，電場(chǎng)在肉制品保鮮的應(yīng)用中也能起到積極的作用。Hsieh等[18]發(fā)現(xiàn)，通過低壓靜電場(chǎng)的處理，能夠縮短冷凍雞胸肉的解凍時(shí)間。孫芳等[19]的研究發(fā)現(xiàn)，相比于常溫的對(duì)照組，使用低壓靜電場(chǎng)技術(shù)能夠使牛肉的解凍時(shí)間明顯縮短，降低汁液流失率。He等[20]認(rèn)為低壓靜電場(chǎng)處理能夠提高肉制品在儲(chǔ)藏過程中的嫩度。文獻(xiàn)[21-22]研究顯示，低壓靜電場(chǎng)能明顯提升冰凍魚塊的解凍速率，并且明顯降低揮發(fā)性鹽基氮含量。趙良等[23]研究發(fā)現(xiàn)，低壓靜電場(chǎng)能延長(zhǎng)淡水魚魚片保質(zhì)期。

低壓變頻電場(chǎng)（low-voltage variable frequency electric field）能夠產(chǎn)生3 000、2 000 V/m的空間電場(chǎng)，并以50 Hz的頻率進(jìn)行變向。低壓變頻電場(chǎng)可以影響食品內(nèi)部水分子，使之產(chǎn)生振動(dòng)，對(duì)食品凍結(jié)解凍速率產(chǎn)生影響。該方法能夠一定程度上明顯增快食品的凍結(jié)速率，并且減少食品通過最大冰晶生成帶的時(shí)間，使食品中冰晶以較小形式存在，能夠明顯提升食品凍藏品質(zhì)。而且電場(chǎng)可以影響食品內(nèi)部組織細(xì)胞的生物活性，為了抵消外部電場(chǎng)達(dá)到平衡，食品內(nèi)部離子受到電場(chǎng)庫(kù)侖力的作用發(fā)生定向轉(zhuǎn)移，在食品內(nèi)部形成類似反向電場(chǎng)的狀態(tài)，能夠達(dá)到延長(zhǎng)食品貨架期的目的[24-25]。關(guān)于低壓變頻電場(chǎng)對(duì)海水魚保鮮方面研究較少。為了探究低壓變頻電場(chǎng)對(duì)鮐魚保鮮過程中理化指標(biāo)、鮮度指標(biāo)的影響，本試驗(yàn)研究3 000、2 000 V/m頻率都為50 Hz的低壓電場(chǎng)環(huán)境下，鮐魚水分、發(fā)性鹽基氮含量、菌落總數(shù)、pH值的變化，為微凍儲(chǔ)藏海水魚品質(zhì)控制和技術(shù)開發(fā)提供相關(guān)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮鮐魚：市售。每次購(gòu)買質(zhì)量約500 g的新鮮鮐魚，全程無凍結(jié)情況產(chǎn)生。選用外觀新鮮，魚體完整，魚鰓鮮紅的鮐魚；隨機(jī)分成3組置于冷庫(kù)-4℃微凍儲(chǔ)藏并進(jìn)行試驗(yàn)。

氧化鎂、甲基紅、溴甲酚綠、氯化鈉（均為分析純）：上海阿拉丁生化科技股份有限公司；平板計(jì)數(shù)瓊脂：上海博微生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

電子天平（BSA6202S）：賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；pH計(jì)（PHSJ-4F）：上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；水分儀（SZ-GY）：深圳冠亞水分儀科技有限公司；凱氏定氮儀（海能K9840）：山東海能科學(xué)儀器有限公司；高速冷凍離心機(jī)（TGL-16.5M）：上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司；渦旋混合器（HEC658）：廣州頌聯(lián)伯圖電子有限公司；凈化工作臺(tái)：上海力辰邦西儀器科技有限公司；低壓變頻電場(chǎng)發(fā)生裝置：浙江馳力科技股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

本試驗(yàn)所使用的低壓變頻電場(chǎng)裝置由放電板與低壓變頻電場(chǎng)發(fā)生裝置組成，放電板在試驗(yàn)冷庫(kù)中產(chǎn)生穩(wěn)定的低壓變頻電場(chǎng)，食品物料不與放電板進(jìn)行直接接觸，輸出電壓為3 000 V或2 000 V頻率為50 Hz。

將21條鮐魚隨機(jī)平均分成3組，使用透明聚乙烯包裝袋進(jìn)行包裝，分別在3 000 V/m 50 Hz、2 000 V/m 50 Hz與不施加低壓變頻電場(chǎng)的條件下進(jìn)行儲(chǔ)藏，魚體距離電場(chǎng)板均為15 cm。

將鮐魚放置于-4℃微凍冷庫(kù)中儲(chǔ)藏5、10、15、20 d后解凍（溫度4℃），測(cè)定解凍鮐魚的水分、pH值、揮發(fā)性鹽基氮含量。

1.3.2 指標(biāo)測(cè)定

1.3.2.1 水分含量測(cè)定

依據(jù)GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》[26]，結(jié)合實(shí)際進(jìn)行略微修改，稱取切碎的魚肉1.0 g，使用快速水分測(cè)定儀測(cè)定。將魚肉放置于歸零的樣本盤中，開啟自動(dòng)水分測(cè)定儀，測(cè)定結(jié)束時(shí)讀取數(shù)據(jù)并記錄含水量，平行測(cè)定3次，取平均值。

1.3.2.2 pH值測(cè)定

依據(jù)GB 5009.237—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品pH值的測(cè)定》[27]，結(jié)合實(shí)際進(jìn)行略微修改，選取10.0g魚肉，攪碎，加入蒸餾水至100 mL，充分搖勻后室溫靜置30 min，取上層液體使用pH計(jì)測(cè)定pH值，測(cè)定3次并取平均值。

1.3.2.3 揮發(fā)性鹽基氮含量測(cè)定

鮐魚的揮發(fā)性鹽基氮含量測(cè)定依照GB 5009.228—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中揮發(fā)性鹽基氮的測(cè)定》[28]中的第二法全自動(dòng)凱氏定氮儀法進(jìn)行檢測(cè)。準(zhǔn)確稱取10.0 g攪碎的樣品，加入75 mL蒸餾水，充分振搖后常溫浸漬30 min，連接到儀器之前加入1 g氧化鎂，按照標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行儀器。

1.3.2.4 菌落總數(shù)測(cè)定

鮐魚菌落總數(shù)測(cè)定依照GB 4789.2—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)測(cè)定》[29]進(jìn)行。

1.3.2.5 肌肉組織微觀結(jié)構(gòu)觀測(cè)

參考黃瓊等[30]的方法，對(duì)肌肉組織和肌纖維進(jìn)行觀測(cè)，將冷凍魚肉的樣品取出后，迅速垂直于肌肉纖維切成橫截面3 mm2，厚度1 mm的長(zhǎng)方體肉柱，立刻放入電鏡固定液中，在4℃下固定2 h后通過掃描電鏡進(jìn)行觀測(cè)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

本試驗(yàn)使用Origin2018軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并分析制作圖片，除特殊說明外，本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果為3次平行測(cè)定的結(jié)果，采用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行顯著性分析，p＜0.05表示差異顯著。

2 低壓變頻電場(chǎng)對(duì)鮐魚微凍貯藏的影響

2.1 低壓變頻電場(chǎng)對(duì)水分含量的影響

不同電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)微凍鮐魚保鮮中鮐魚肌肉組織水分含量的影響如圖1所示。

圖1 不同處理?xiàng)l件對(duì)鮐魚水分含量的影響Fig.1 Effects of different treatment conditions on water content of Pneumatophorus japonicas

鮐魚肌肉組織的含水量比較高，含水量與蛋白質(zhì)含量、蛋白質(zhì)品質(zhì)特性有著直接的聯(lián)系，魚體的含水量變化與貯藏環(huán)境有著直接聯(lián)系，水分含量的降低會(huì)影響食品的穩(wěn)定性。所以，水分含量是評(píng)價(jià)鮐魚鮮度的重要指標(biāo)之一。鮐魚在冷凍儲(chǔ)藏的過程中細(xì)胞汁液會(huì)流失，導(dǎo)致水分含量降低[31]。由圖1可知，鮐魚初始含水量為48.14%，但是隨著鮐魚貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，2 000 V/m電場(chǎng)組，3 000 V/m電場(chǎng)組與無電場(chǎng)組中所有鮐魚含水量都逐步下降，貯藏結(jié)束時(shí)分別降低至43.67%、42.62%、44.04%。電場(chǎng)組水分含量下降的幅度均大于無電場(chǎng)組，水分含量下降可能是由于施加了低壓變頻電場(chǎng)后，鮐魚魚體中的水分子隨著電場(chǎng)發(fā)生定向的振動(dòng)，并對(duì)微凍情況下鮐魚中冰晶的形成產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響鮐魚在貯藏過程中水分的流失。隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增大，水分含量降低明顯，說明電場(chǎng)強(qiáng)度增大會(huì)降低貯藏過程中鮐魚的水分含量。

2.2 低壓變頻電場(chǎng)對(duì)pH值的影響

不同電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)微凍鮐魚保鮮中鮐魚肌肉組織pH值的影響如圖2所示。

圖2 不同處理?xiàng)l件對(duì)鮐魚pH值的影響Fig.2 Effects of different treatment conditions on pH value of Pneumatophorus japonicus

鮐魚死亡后，組織細(xì)胞呼吸模式轉(zhuǎn)變?yōu)闊o氧糖酵解，魚體內(nèi)的糖原開始分解產(chǎn)生乳酸，使魚體肌肉組織pH值下降，但隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，魚體內(nèi)糖原消耗殆盡，蛋白質(zhì)在內(nèi)源酶的作用下開始分解產(chǎn)生氨類等堿性物質(zhì)，使得魚體pH值上升。本試驗(yàn)貯藏前期3組pH值的差別不明顯，貯藏第10天時(shí)pH值達(dá)到最低值，說明鮐魚保鮮過程中的乳酸產(chǎn)量在此時(shí)達(dá)到峰值。從第10天開始魚體pH值開始快速上升，這與顧賽麒等[32]研究中pH值變化曲線趨勢(shì)相似。第15天開始2 000 V/m，3 000 V/m的pH值趨于平緩，第20天時(shí)電場(chǎng)組pH值低于無電場(chǎng)組，而無電場(chǎng)組的pH值則繼續(xù)上升，說明在低壓變頻電場(chǎng)的作用下有利于延緩魚體內(nèi)蛋白質(zhì)的降解，阻止堿性物質(zhì)繼續(xù)生成，這與段偉文等[33]研究電場(chǎng)對(duì)水產(chǎn)品pH值變化趨勢(shì)相似，說明電場(chǎng)能夠在一定程度上抑制變質(zhì)過程，而且隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增大，抑制效果更加明顯。

2.3 低壓變頻電場(chǎng)對(duì)揮發(fā)性鹽基氮含量的影響

不同電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)微凍鮐魚保鮮中揮發(fā)性鹽基氮（total volatile basic nitrogen，TVBN）含量的影響如圖3所示。

圖3 不同處理?xiàng)l件對(duì)鮐魚揮發(fā)性鹽基氮值的影響Fig.3 Effects of different treatment conditions on total volatile basic nitrogen of Pneumatophorus japonicus

由于鮐魚魚體內(nèi)的細(xì)菌與內(nèi)源性酶共同對(duì)蛋白質(zhì)產(chǎn)生作用，導(dǎo)致魚肉蛋白質(zhì)一定程度的分解，產(chǎn)生具有堿性的含氮物質(zhì)，如氨及胺類等。揮發(fā)性鹽基氮含量的進(jìn)一步上升，說明魚肉的氨基酸受到更為嚴(yán)重的破壞。本試驗(yàn)得出新鮮鮐魚中的TVBN含量為10.60mg/100g，但隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，2 000 V/m電場(chǎng)組，3 000 V/m電場(chǎng)組與無電場(chǎng)組的TVBN含量進(jìn)一步提升，電場(chǎng)組的上升速度比無電場(chǎng)組的上升速度慢，這與Barba等[34]研究結(jié)果一致。貯藏第20天時(shí)無電場(chǎng)組的揮發(fā)性鹽基氮含量已經(jīng)高達(dá)32.90 mg/100 g，電場(chǎng)組的TVBN含量均顯著低于無電場(chǎng)組（p＜0.05），并且隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加抑制效果愈發(fā)明顯。根據(jù)GB 2733—2015《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)鮮、凍動(dòng)物性水產(chǎn)品》中的規(guī)定，海魚中的TVBN含量不應(yīng)超過30 mg/100 g，這表明無電場(chǎng)組的鮐魚含量超標(biāo)已經(jīng)不可食用。據(jù)此可以推測(cè)，電場(chǎng)在一定程度上可以抑制鮐魚體內(nèi)酶以及細(xì)菌對(duì)蛋白質(zhì)分解，減緩揮發(fā)性鹽基氮的上升速率，并且電場(chǎng)越強(qiáng)，抑制效果越明顯。

2.4 低壓變頻電場(chǎng)對(duì)菌落總數(shù)的影響

不同電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)微凍鮐魚保鮮中菌落總數(shù)的影響如圖4所示。

圖4 不同處理?xiàng)l件對(duì)鮐魚菌落總數(shù)的影響Fig.4 Effects of different treatment conditions on total bacterial count of Pneumatophorus japonicus

菌落總數(shù)是判斷魚鮮度的重要指標(biāo)之一。從圖4可以看出，整個(gè)貯藏期內(nèi)鮐魚菌落總數(shù)呈明顯增長(zhǎng)的趨勢(shì)，電場(chǎng)組與無電場(chǎng)組增長(zhǎng)趨勢(shì)比較相似。鮐魚樣本最初的菌落總數(shù)值為3.95 lg（CFU/g），這主要是因?yàn)轸~體中自身攜帶的內(nèi)源性微生物與在船舶捕撈車輛運(yùn)輸過程中從外界環(huán)境中接觸的外源性微生物一起作用導(dǎo)致的。在貯藏期間電場(chǎng)組的菌落總數(shù)始終低于無電場(chǎng)組，說明低壓變頻電場(chǎng)能夠?qū)κ称分胁糠治⑸锏纳L(zhǎng)繁殖起到一定抑制作用。根據(jù)GB 4789.2—2016的規(guī)定，當(dāng)菌落總數(shù)值大于6 lg（CFU/g）時(shí)說明鮐魚已經(jīng)變質(zhì)不可食用。3組貯藏條件下鮐魚菌落總數(shù)均隨著時(shí)間延長(zhǎng)而增長(zhǎng)，貯藏至第20天時(shí)2 000 V/m組菌落總數(shù)最低，為 5.84 lg（CFU/g），說明 2 000 V/m 電場(chǎng)對(duì)微生物的生長(zhǎng)繁殖抑制作用比3 000 V/m電場(chǎng)更優(yōu)，這與魏國(guó)平等[35]的研究結(jié)果相似。

2.5 低壓變頻電場(chǎng)對(duì)肌肉組織微觀結(jié)構(gòu)的影響

不同電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)微凍鮐魚保鮮中肌肉組織微觀結(jié)構(gòu)的影響如圖5所示。

圖5 不同處理?xiàng)l件對(duì)鮐魚肌肉組織微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.5 Effects of different treatment conditions on microstructure of muscle tissue of Pneumatophorus japonicus

通過觀察鮐魚肉肌纖維之間的間隙大小和肌肉纖維完整性，可以看出低壓變頻電場(chǎng)對(duì)鮐魚長(zhǎng)期微凍貯藏的過程中肌肉組織結(jié)構(gòu)的影響。由圖5可以看出，電場(chǎng)組肌肉組織完整，肌纖維之間的空隙較小并且均勻，鮐魚肌肉組織整體狀況良好。這可能是因?yàn)榈蛪红o電場(chǎng)對(duì)食品中冰晶的生長(zhǎng)有抑制作用。Kaale等[36]認(rèn)為，外接低壓靜電場(chǎng)能使水分子在平行于電場(chǎng)方向的時(shí)候受到外加的位能，比起其他朝向的水分子更加容易打破水冰固液界面之間的阻力，完成從水到冰晶的轉(zhuǎn)變。所以不平行電場(chǎng)線方向的冰晶的形成在一定程度上受到抑制。由圖5b可以發(fā)現(xiàn)，無電場(chǎng)組肌肉組織松散，空洞較多，肌肉組織間隙較大并且不規(guī)則。施加了低壓變頻電場(chǎng)之后，可以在一定程度上減弱凍結(jié)過程與長(zhǎng)期微凍過程中冰晶對(duì)肌肉組織的破壞。

3 結(jié)論

低壓變頻電場(chǎng)能夠在一定程度上降低鮐魚貯藏過程中揮發(fā)性鹽基氮的產(chǎn)生，減緩貯藏后期pH值的上升，在揮發(fā)性鹽基氮含量與pH值這兩個(gè)指標(biāo)上3 000 V/m 50 Hz處理組效果好于2 000 V/m 50 Hz處理組，低壓變頻電場(chǎng)也能降低菌落總數(shù)，在貯藏第20天時(shí)菌落總數(shù)上2 000 V/m 50 Hz處理組好于3 000 V/m 50 Hz組。但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)在電場(chǎng)處理下鮐魚水分降低速度加快，并且水分降低速度隨著場(chǎng)強(qiáng)增大而增大。本試驗(yàn)可以在一定程度上減緩鮐魚微凍過程中的品質(zhì)變化，提高安全性，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。