低壓交變電場(chǎng)協(xié)同冰溫對(duì)帶魚船上保鮮品質(zhì)的影響

尚子寒，沈俊，張家瑋，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 316000；2.舟山匯豐冷藏物流發(fā)展有限公司，浙江 舟山 316002）

帶魚（Trichiurus lepturus），鱸形目，帶魚科，又名鞭魚、白邊魚[1]。浙江舟山地處東海，盛產(chǎn)帶魚，與其他品種帶魚相比，舟山帶魚骨小體肥[2]，氨基酸種類豐富，二十碳五烯酸含量高[3]。帶魚不飽和脂肪酸含量豐富[4]，相比其他魚類，帶魚脂肪氧化后生成的醛、酮類物質(zhì)和微生物對(duì)其品質(zhì)影響很大。由于帶魚上岸即死，其在運(yùn)輸過程中保鮮手段有限，通常以碎冰覆蓋方式運(yùn)輸銷售，帶魚在漁船上需要存放3 d～5 d才能到達(dá)港口，為了保持帶魚較好的光澤和品質(zhì)，在船上的保鮮方法就顯得最為重要，因此研究一種新型船上保鮮裝置對(duì)保證帶魚質(zhì)量，提升經(jīng)濟(jì)效益具有重大意義[5-11]。

目前電場(chǎng)保鮮裝置主要分為高壓靜電場(chǎng)、低壓靜電場(chǎng)、高壓變頻電場(chǎng)、低壓交變電場(chǎng)等[12]。周英杰等[13]、張敏歡等[14]在水蜜桃與馬鈴薯中應(yīng)用了電場(chǎng)技術(shù)成功延長(zhǎng)了果蔬的保質(zhì)期。Ko等[15]研究將羅非魚通過100kV/m靜電場(chǎng)處理后，可提高魚片新鮮程度與保質(zhì)期，相比無電場(chǎng)組可延長(zhǎng)魚片貨架期2 d以上；岑劍偉等[16]將高壓靜電場(chǎng)與冰溫貯藏相結(jié)合，可抑制羅非魚片細(xì)菌的生長(zhǎng)，使其貨架期達(dá)30 d。目前研究表明，經(jīng)過電場(chǎng)處理可以延長(zhǎng)水產(chǎn)品貯藏時(shí)間。Bai等[17]研究表明，高壓靜電場(chǎng)能顯著增快冷凍水產(chǎn)品的解凍速率，降低其揮發(fā)性鹽基氮（total volatile base nitrogen，TVB-N）含量[18]。熊宇飛等[19]研究發(fā)現(xiàn)，高壓靜電場(chǎng)結(jié)合制冷能延長(zhǎng)刀額新對(duì)蝦貨架期2 d以上。

低壓交變電場(chǎng)（low-voltage alternating electric field）可以影響水產(chǎn)品內(nèi)部水分子，使之產(chǎn)生振動(dòng)[20]。研究發(fā)現(xiàn)，利用微波效應(yīng)可對(duì)水產(chǎn)品凍結(jié)解凍速率產(chǎn)生影響，經(jīng)過電場(chǎng)處理后水產(chǎn)品凍結(jié)速率增快，形成的冰晶較小，縮短通過最大冰晶生成帶時(shí)間，能夠有效延緩水產(chǎn)品貯藏過程中的腐敗變質(zhì)情況。在電場(chǎng)環(huán)境下，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，在水產(chǎn)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。因此，本文主要針對(duì)遠(yuǎn)洋貨輪商業(yè)化運(yùn)輸或冷鏈運(yùn)輸?shù)刃∫?guī)模冷庫(kù)的海產(chǎn)品低溫保鮮技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)[21]，利用低壓交變電場(chǎng)協(xié)同冰溫技術(shù)對(duì)水產(chǎn)品進(jìn)行保鮮。為了探究低壓交變電場(chǎng)對(duì)帶魚保鮮過程中理化指標(biāo)、鮮度指標(biāo)的影響，本試驗(yàn)對(duì)2 500、3 500 V/m頻率為50 Hz的交變電場(chǎng)環(huán)境下帶魚的pH值、揮發(fā)性鹽基氮、硫代巴比妥酸、菌落總數(shù)、三甲胺、蘇木精-伊紅染色（hematoxylin-eosin staining，HE）進(jìn)行研究，綜合數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)電場(chǎng)對(duì)帶魚微凍貯藏過程中品質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

市售新鮮帶魚，長(zhǎng)約0.7 m，厚約2 cm，體表銀白，眼球飽滿，表面無破損，全程0℃冷鏈運(yùn)輸至實(shí)驗(yàn)室且無凍結(jié)情況產(chǎn)生。

氧化鎂、三氯乙酸、乙酸銨、甲醇、乙二胺四乙酸二鈉、硫代巴比妥酸、鹽酸三甲胺標(biāo)準(zhǔn)品（≥97%）、平板計(jì)數(shù)瓊脂培養(yǎng)基、無菌生理鹽水、磷酸、高氯酸、氫氧化鈉、磷酸緩沖液（均為分析純）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；蘇木精-伊紅（hematoxylin-eosin，HE）染色液：北京索萊寶科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

GL822-1SCN電子天平：賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；PHS-3G pH計(jì)：上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；SFY-60B水分儀：深圳冠亞水分儀科技有限公司；K9840凱氏定氮儀：山東海能科學(xué)儀器有限公司；TGL-16.5M高速冷凍離心機(jī)：上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司；U-5200紫外可見分光光度計(jì)、TM-1000臺(tái)式掃描電子顯微鏡：日本日立公司；QL-866渦旋混合器：廣州頌聯(lián)伯圖電子有限公司；BT2000T鮮霸電場(chǎng)發(fā)生裝置、BT2000T鮮霸低壓放電板：浙江馳力科技股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

新鮮帶魚運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室后立即用去離子水清洗干凈，進(jìn)行稱重、分裝等工作，瀝水晾干后套袋封口，放入裝有碎冰的泡沫箱[22]，將泡沫箱放置于-2℃低壓交變電場(chǎng)冷庫(kù)與普通冰溫冷庫(kù)保鮮待用，經(jīng)過預(yù)試驗(yàn)設(shè)定此次研究貯藏期為 21 d，在第 3、6、9、12、15、21 天后采樣并測(cè)定其指標(biāo)。

本試驗(yàn)所使用的低壓交變電場(chǎng)裝置由交變電場(chǎng)發(fā)生裝置與電場(chǎng)接收裝置組成，該電場(chǎng)裝置安裝在冷庫(kù)內(nèi)部，通電后即可形成穩(wěn)定的低壓交變電場(chǎng)環(huán)境，樣品均貯藏在該電場(chǎng)環(huán)境中。電場(chǎng)強(qiáng)度分別為2 500 V/m和3 500 V/m，頻率為 50 Hz。

1.3.2 指標(biāo)測(cè)定

1.3.2.1 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》[23]結(jié)合實(shí)際進(jìn)行略微修改，選取10.0 g攪碎均勻的帶魚肌肉，加入90mL去離子水，均質(zhì)3min，室溫靜置30 min，取上層清液使用pH計(jì)測(cè)定pH值，測(cè)定3次取平均值。

1.3.2.2 揮發(fā)性鹽基氮含量測(cè)定

參考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》[24]中自動(dòng)凱氏定氮法稍作修改。精確稱取10.0 g均勻攪碎的樣品，加入75 mL蒸餾水，振搖后浸漬30 min，為防止管路堵塞，上機(jī)前將氧化鎂用量從1 g減少至0.25 g，添加氧化鎂后立刻連接到儀器上，按照標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行儀器。

1.3.2.3 硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）值測(cè)定

參考張家瑋等[25]TBA含量測(cè)定的試驗(yàn)方法，稱取魚肉5 g，均勻研磨后加入25 mL 7.5%的三氯乙酸溶液，攪拌均勻，8 000 r/min離心15 min后雙重過濾，取5 mL上清液加入5 mL 0.02 mol/L的TBA溶液，95℃水浴40 min后冷卻至室溫，采用紫外分光光度計(jì)測(cè)定532 nm處的吸光度。

1.3.2.4 菌落總數(shù)的測(cè)定

菌落總數(shù)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》[26]進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2.5 三甲胺含量測(cè)定

三甲胺含量參考火腿中三甲胺氮測(cè)定方法進(jìn)行測(cè)定[27]。

1.3.2.6 HE染色分析

在室溫下將帶魚背部肌肉切開，取6 mm×6 mm×3 mm長(zhǎng)方體魚肉組織，用多聚甲醛進(jìn)行固定，24 h后用pH7.2磷酸緩沖液沖洗，酒精梯度脫水，浸蠟包埋，在顯微鏡下進(jìn)行分析掃描。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

本試驗(yàn)采用origin2018軟件處理數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析繪圖，除特殊說明外，本試驗(yàn)數(shù)據(jù)均為3次平行測(cè)定的結(jié)果，本試驗(yàn)使用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 結(jié)果與分析

2.1 pH值變化分析

帶魚肌肉pH值與其新鮮程度關(guān)聯(lián)緊密，是評(píng)價(jià)水產(chǎn)品新鮮度的重要指標(biāo)，低壓交變電場(chǎng)對(duì)帶魚pH值的影響見圖1。

圖1 低壓交變電場(chǎng)對(duì)帶魚pH值的影響Fig.1 Effect of low-voltage alternating electric field on pH value of hairtail

如圖1所示，隨著帶魚貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，無電場(chǎng)組與2 500 V/m電場(chǎng)組、3 500 V/m電場(chǎng)組中帶魚pH值均呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢(shì)。3個(gè)處理組帶魚第0天時(shí)pH值均為7.21，之后不斷下降，直至第6天2 500 V/m電場(chǎng)組pH值下降到最低點(diǎn)6.74，該過程是因?yàn)閹~死亡后，細(xì)胞經(jīng)過無氧氧化，肌肉內(nèi)的糖原及ATP分解產(chǎn)生乳酸。到貯藏第6天魚體內(nèi)糖原基本消耗殆盡，帶魚保鮮過程中的乳酸產(chǎn)量達(dá)到峰值，pH值達(dá)到最低值。隨后帶魚pH值開始回升，是因?yàn)閹~魚體內(nèi)蛋白質(zhì)在自源酶的作用下開始分解產(chǎn)生堿性化合物，從而使得魚體pH值逐漸由酸性變?yōu)橹行?。電?chǎng)組處理后帶魚的pH值會(huì)出現(xiàn)一定的波動(dòng)，造成該現(xiàn)象的原因可能是電場(chǎng)通過改變細(xì)胞跨膜電位差來影響水解酶和微生物活性，微生物在不同電場(chǎng)強(qiáng)度下優(yōu)勢(shì)菌種類不同，進(jìn)而影響堿性化合物的產(chǎn)生。無電場(chǎng)組在21 d時(shí)帶魚的pH值為7.45，2 500 V/m電場(chǎng)組和3 500 V/m電場(chǎng)組21 d時(shí)分別為7.35和7.38，均顯著低于無電場(chǎng)組（P＜0.05）。說明在低壓交變電場(chǎng)的作用下有利于降低微生物活性并延緩帶魚體內(nèi)蛋白質(zhì)的降解，阻止堿性物質(zhì)過量產(chǎn)生[28-30]，能夠在一定程度上抑制變質(zhì)過程，降低pH值的回升。

2.2 TVB-N含量變化分析

揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）的產(chǎn)生是由于帶魚體內(nèi)的酶與微生物共同與不飽和脂肪酸進(jìn)行復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，使氨基酸分解生成氨、胺類等堿性含氮化合物。根據(jù) SC/T 3102—2010《鮮、凍帶魚》可知，TVB-N≤13 mg/100 g為一級(jí)品帶魚的標(biāo)準(zhǔn)，TVB-N≤30 mg/100 g是合格品帶魚的標(biāo)準(zhǔn)。低壓交變電場(chǎng)對(duì)帶魚TVB-N的影響見圖2。

圖2 低壓交變電場(chǎng)對(duì)帶魚TVB-N含量的影響Fig.2 Effect of low-voltage alternating electric field on TVB-N content of hairtail

由圖2可知，第0天帶魚TVB-N含量為8.2 mg/100 g，屬于一級(jí)品帶魚。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，各試驗(yàn)組TVB-N含量明顯上升，電場(chǎng)組在0～9 d內(nèi)TVB-N含量增長(zhǎng)速度較慢，在第3天時(shí)2 500 V/m電場(chǎng)組和3 500 V/m電場(chǎng)組TVB-N含量為10.28 mg/100 g和9.94 mg/100 g，仍屬于一級(jí)品，而無電場(chǎng)組第3天時(shí)TVB-N含量為13.58 mg/100 g，屬于合格品，在第12天時(shí)TVB-N含量為27.45mg/100g，已接近合格品閾值，在第15天時(shí)無電場(chǎng)組的TVB-N含量高達(dá)32.18mg/100 g，已經(jīng)成為不可食用帶魚，此時(shí)兩組電場(chǎng)組的帶魚仍屬于合格品，在第21天時(shí)2500V/m電場(chǎng)組和3500V/m電場(chǎng)組TVB-N含量分別為28.58mg/100g和27.8mg/100 g，仍未超出合格品臨界值，這說明低壓交變電場(chǎng)可在一定程度上抑制帶魚酶活和微生物活性，減少其對(duì)魚體氨基酸的分解[31]。

2.3 TBA值變化分析

帶魚魚體內(nèi)含有豐富的二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸，該類不飽和脂肪酸極易在空氣中發(fā)生氧化反應(yīng)降解生成丙二醛，丙二醛能與硫代巴比妥酸生成淡粉色物質(zhì)，通過測(cè)定丙二醛的產(chǎn)生量來判斷帶魚貯藏時(shí)間內(nèi)的腐敗程度，低壓交變電場(chǎng)對(duì)帶魚TBA值的影響見圖3。

圖3 低壓交變電場(chǎng)對(duì)帶魚TBA值的影響Fig.3 Effect of low-voltage alternating electric field on TBA value of hairtail

由圖3可以看出，3組樣品TBA值基本呈現(xiàn)勻速增長(zhǎng)。貯藏第9天時(shí)，無電場(chǎng)組與3 500 V/m電場(chǎng)組相差0.37 mg/100 g，隨著帶魚貯藏時(shí)間的增長(zhǎng)，其TBA值差值逐漸增大，第21天時(shí)，無電場(chǎng)組TBA值為2.29 mg/100 g，2 500 V/m電場(chǎng)組和3 500 V/m電場(chǎng)組TBA值僅為1.91 mg/100 g和1.85 mg/100 g，該數(shù)值與無電場(chǎng)組第15天時(shí)接近。外加電場(chǎng)處理會(huì)引起生物體內(nèi)的水分子發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象，從而引起水分子結(jié)構(gòu)的變化，導(dǎo)致水和酶結(jié)合方式也產(chǎn)生改變，并在體內(nèi)形成電荷粒子云，阻止外界氧氣進(jìn)入，進(jìn)而抑制帶魚不飽和脂肪酸的氧化速率。而經(jīng)過低壓交變電場(chǎng)處理后可明顯抑制帶魚體丙二醛的生成[32-33]，降低TBA值，且隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)、電場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)抑制效果越明顯。

2.4 菌落總數(shù)變化分析

菌落總數(shù)是判斷水產(chǎn)品新鮮程度的重要指標(biāo)之一，低壓交變電場(chǎng)對(duì)帶魚菌落總數(shù)的影響見圖4。

圖4 低壓交變電場(chǎng)對(duì)帶魚菌落總數(shù)的影響Fig.4 Effect of low-voltage alternating electric field on the total bacterial count of hairtail

由圖4可以看出，隨著貯藏時(shí)間的增加，帶魚菌落總數(shù)呈明顯增長(zhǎng)的趨勢(shì)，無電場(chǎng)組增長(zhǎng)速率相對(duì)較快。第0天時(shí)帶魚初始菌落總數(shù)為2.78 lg（CFU/g），在0～6 d時(shí)，電場(chǎng)組菌落總數(shù)增長(zhǎng)速率較慢，在第6天時(shí)2 500 V/m電場(chǎng)組和3 500 V/m電場(chǎng)組菌落總數(shù)分別為3.23 lg（CFU/g）和 3.18 lg（CFU/g），之后各試驗(yàn)組增長(zhǎng)速率加快，在第21天無電場(chǎng)組菌落總數(shù)高達(dá)6.44 lg（CFU/g），根據(jù) GB/T 4789.2—2016規(guī)定，帶魚菌落總數(shù)＞6 lg（CFU/g）為不可食用范圍，此時(shí)電場(chǎng)組菌落總數(shù)均保持在正常水平。電場(chǎng)組的菌落總數(shù)在整個(gè)貯藏期始終低于無電場(chǎng)組，低壓交變電場(chǎng)在空氣中會(huì)電離產(chǎn)生部分臭氧和負(fù)離子，能夠有效抑制微生物的生長(zhǎng)繁殖，從而延長(zhǎng)帶魚保鮮時(shí)間和貯藏貨架期[34-35]。

2.5 三甲胺變化分析

三甲胺是海魚魚體在細(xì)菌微生物和自源酶的作用下，由氧化三甲胺分解生成的會(huì)產(chǎn)生腐敗腥臭異味的物質(zhì)。廣泛認(rèn)為水產(chǎn)品三甲胺含量超過10 mg/100 g是不能被接受的[36-37]。21 d內(nèi)不同貯藏條件下無電場(chǎng)組和電場(chǎng)組三甲胺變化的情況，如圖5所示。

圖5 低壓交變電場(chǎng)對(duì)帶魚三甲胺含量的影響Fig.5 Effect of low-voltage alternating electric field on trimethylamine content of hairtail

由圖5可知，隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，三甲胺曲線呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)，新鮮樣品三甲胺含量為2.23mg/100 g，在第21天時(shí)，2 500 V/m電場(chǎng)組和3 500 V/m電場(chǎng)三甲胺含量分別為10.58 mg/100 g和9.97 mg/100 g，均在10 mg/100 g左右；無電場(chǎng)組在第15天時(shí)三甲胺含量為12.58 mg/100 g，已超過10 mg/100 g。說明經(jīng)過電場(chǎng)處理后，很好地抑制了氧化三甲胺的分解速率以及還原酶的活性，降低了帶魚的腐敗程度?？傮w看來，三甲胺的變化趨勢(shì)與TBA和TVB-N有一定關(guān)聯(lián)，低壓交變電場(chǎng)能有效減緩微生物生長(zhǎng)，降低對(duì)魚體蛋白質(zhì)的氧化分解，從而達(dá)到降低三甲胺含量的作用。

2.6 HE染色分析

不同低壓交變電場(chǎng)對(duì)帶魚魚肉組織結(jié)構(gòu)的影響如圖6所示。

圖6 帶魚肌肉組織切面HE染色圖Fig.6 HE staining image of cut surface of hairtail muscle tissue

由圖6a可知，新鮮帶魚魚肉組織結(jié)構(gòu)緊密，排列縫隙較少。水產(chǎn)品在較低溫度貯藏時(shí)，細(xì)胞外液產(chǎn)生冰晶，在氣壓作用下細(xì)胞內(nèi)液外流形成較大冰晶且分布不均勻，高密度冰晶會(huì)破壞細(xì)胞壁，導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失，對(duì)食品品質(zhì)造成不可逆的影響。如圖6c電場(chǎng)組處理6 d后肌肉纖維出現(xiàn)細(xì)微裂痕，無明顯冰晶破壞痕跡，對(duì)照組（圖6b）處理6 d后，帶魚魚肉組織結(jié)構(gòu)出現(xiàn)細(xì)微裂痕，肌纖維排列較為分散。貯藏15 d后，帶魚肌肉肌纖維受到冰晶膨脹導(dǎo)致肌肉束緊致程度降低，密度下降，但電場(chǎng)組（圖6e）仍能看到完整肌原纖維。貯藏21 d后，對(duì)照組（圖6f）因細(xì)胞間冰晶顆粒分布不規(guī)律且顆粒較大，造成肌細(xì)胞內(nèi)部失水嚴(yán)重，空隙增大，肌纖維斷裂現(xiàn)象嚴(yán)重；電場(chǎng)組（圖6g）組織結(jié)構(gòu)遭到破壞，肌細(xì)胞完整性降低，肌肉束受到冰晶顆粒破壞，但仍優(yōu)于對(duì)照組。帶魚經(jīng)過電場(chǎng)處理，魚肉組織相對(duì)完整，肌纖維斷裂程度較小，在低壓交變電場(chǎng)力的作用下，帶魚組織內(nèi)部水分子發(fā)生定向振動(dòng)，抑制冰晶顆粒增長(zhǎng)，使冰晶顆粒減小。細(xì)小冰晶會(huì)降低魚肉組織在解凍時(shí)對(duì)細(xì)胞的破損程度，使帶魚解凍后仍能保持較高品質(zhì)并達(dá)到延長(zhǎng)帶魚貨架期的目的。該結(jié)論與上述TBA值、菌落總數(shù)等研究結(jié)果一致。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)以新鮮帶魚為樣品，模擬船上冰溫保鮮，分析低壓交變電場(chǎng)對(duì)帶魚品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，在貯藏期第15天時(shí)，無電場(chǎng)組pH值變化程度高于電場(chǎng)組，TVB-N含量為32.18 mg/100 g，已超過合格品臨界值，菌落總數(shù)達(dá)到6.44 lg（CFU/g），帶魚品質(zhì)嚴(yán)重下降。低壓交變電場(chǎng)處理可顯著提高帶魚的新鮮度，降低貯藏過程中的揮發(fā)性鹽基氮產(chǎn)生，減緩貯藏后期pH值的變化，整個(gè)貯藏期菌落總數(shù)、三甲胺等指標(biāo)均優(yōu)于無電場(chǎng)組，HE染色分析說明低壓交變電場(chǎng)處理帶魚纖維結(jié)構(gòu)相對(duì)致密，結(jié)構(gòu)完整，延長(zhǎng)帶魚貨架期6 d以上。本次試驗(yàn)為后續(xù)研究一種新型水產(chǎn)品船上保鮮裝置提供了技術(shù)參數(shù)，減緩帶魚在捕撈運(yùn)輸過程中的品質(zhì)變化，對(duì)提升經(jīng)濟(jì)效益具有一定意義。