虾保活运输的关键技术及 装备研究进展

徐子涵,茅林春

(浙江大学生物系统工程与食品科学学院,浙江杭州 310058)

鲜活水产品在水产品市场中占据了重要的份额,而且活体水产品价格往往高于死后保鲜水产品[1-2]。鲜活水产品口感好,味道鲜美,安全性高,并能够完整地保持其营养价值。由于虾养殖的地域性和气候性比较明显,不同品种的虾所需环境条件有所差异,适合养殖的地点各不相同,例如冬春季节,只有广东、海南、福建等南方省份才有适销对虾,因此保活运输是活虾广泛供应和销售的基本保证[3]。

随着人们对水产品品质要求的提高及运输技术的发展,水产品保活运输技术及装备不断优化升级,逐渐克服了鲜活水产品产销地域跨度大的难题,延长了水产品的保活时间,提高了保活运输过程中虾的存活率,带来了巨大的经济效益。虾类保活运输方法不断创新,技术装备也更加多样化。本文综述了虾保活运输方法、关键技术和装备方面的研究进展,以期为虾类保活运输实践提供指导与参考。

1 虾类保活运输方法

近年来,活虾运输技术的相关研究日渐增多,在研究及生产实践中产生了众多虾类保活运输方法,常见的为有水保活和无水保活运输。

1.1 有水保活运输

1.1.1 降温法 降温法是通过缓慢降低水体的温度,从而降低虾的代谢速率,用较少的水实现高密度运输的方法[4]。每种虾都有合适的生存温度范围,在一定的温度范围内呼吸频率随温度降低而降低,低温可减弱虾的新陈代谢强度,从而降低耗氧量,并抑制二氧化碳、氨氮等代谢废物的产生以及微生物的生长。常用的降温方式为加冰或者使用冷冻设备。降温方法、速率及温度对虾的运输存活率、成本有很大的影响。具体的温度需要根据虾的种类、年龄阶段等因素而定,一般虾在水中的降温速率不宜超过5 ℃/h,常用的虾类运输温度范围为7～20 ℃[5-6]。谢佳彦等[6]研究发现按0.5～1 ℃/h 的梯度降温法于10 ℃运输脊尾白虾,44 h 后存活率达92.5%。

1.1.2 充氧法 充氧法保活运输是指在运输过程中向水体中充入氧气,保证虾在运输过程的氧气充足,确保水中溶氧高于虾的窒息点,保证氧气供应[7]。充氧保活运输方式又分为密闭式充氧运输和开放式充氧运输。常见的密闭运输包装有塑料袋、塑料箱、尼龙袋等,先往袋中注入约1/4～1/3的水,放入适量虾并排出袋内的空气,再向袋内充氧并将袋口扎紧[7]。该方法简单,但是换水换气不易操作。开放式运输方式则是利用水桶、水箱等进行运输,常用的增氧方式为压缩气态氧、液态氧、供氧机以及搅拌器等,也可将几种方法结合使用。范武江等[8]利用网格增氧法对日本沼虾进行有水运输实验,运输14 h后虾的存活率达91%。管羲等[9]报道利用尼龙袋充氧法水运克氏原螯虾,14 h后存活率高达96.7%。

1.2 无水保活运输

1.2.1 麻醉法 运输过程中,麻醉剂能使虾进入类似休眠状态,行动迟缓,中枢神经收到抑制而降低对外界的反应,活动量降低,从而减少新陈代谢,起到提高运输存活率的效果[15]。常用的麻醉方法包括物理麻醉法和化学麻醉法。化学麻醉法是借助无毒或低毒的化学物质麻醉剂使虾麻醉的方法。麻醉剂首先抑制脑皮质,再作用于基底神经节与小脑,之后作用于脊髓产生麻醉作用,使其暂时性地失去痛觉,反射运动能力降低,引起代谢强度降低,耗氧量及代谢物废物排出量减少。麻醉剂需要适量使用,过大剂量的麻醉剂可使麻醉作用深及髓质,导致呼吸与血管舒缩中枢麻痹,引起死亡。常见的化学麻醉剂有磺酸间氨甲酸乙酯(MS-222)、丁香酚、乙醚、二氧化碳、苯哇卡因、乙醇等[5]。Huang等[17]研究发现丁香醚类(丁香油、丁香酚和异丁香酚)、苯唑卡因、二苯氧基乙醇及三卡因甲磺酸分別在浓度为25、200、600、100及100 μL/L时对虾具有较好的麻醉效果,且运输过程中添加丁香醚能有效降低虾运输过程中的氨排泄以及pH变化,提高存活率。李全等[18]研究表明用6%的乙醇对罗氏沼虾麻醉23 min可使其进入休眠状态,且不会对虾造成严重伤害。物理麻醉法是借助物理刺激抑制虾的神经系统,从而降低其对外界刺激反射强度的麻醉方法。常见的物理麻醉法包括低温麻醉、盐溶液麻醉、电流麻醉以及针灸麻醉等[19]。与化学麻醉法相比,物理麻醉法安全性更高,也更易被消费者接受。刘伟东等[20]采用电流麻醉的方式对鱼类进行电击,之后进行无水保活,运输24 h存活率高达100%,36 h后存活率为70%。

1.2.2 冰温休眠法 虾类属冷血动物,存在一个生死临界的生态冰温,即临界温度。从临界温度到结冰点的温度范围为生态冰温区,当虾的环境温度降到其生态冰温区时,虾会进入休眠状态,新陈代谢减弱。Skudlarek等报道罗氏沼虾在15 ℃低温下保活运输32 h后存活率高达96%,而谢佳彦等[6]报道脊尾白虾在7 ℃条件下运输6 h平均成活率达98%。

1.2.3 干法运输 干法运输主要包括无水充氧包装和低温木屑包装两种运输方式。无水充氧包装运输即往包装袋中装入活虾,摊平充氧,然后放入泡沫箱运输。低温木屑包装运输则是将虾与木屑重叠摆放,在箱内装冰运输。齐静涛[22]分别用充氧包装法以及木屑包装法运输日本对虾,经10～18 h运输,存活率都在90%以上,其中木屑包装法的存活率更高。Xu等[23]也曾报道低温充氧包装的中国明虾运输12 h后存活率仍高达86.7%。干法运输密度大,且不需要进行水质管理,因此运输成本低、效率高。

1.2.4 湿法运输 用水草裹住或者淋水、喷雾等方法可以维持一个潮湿的环境,避免水分的大量蒸发和表面干燥而影响呼吸,从而使虾保持存活状态。谢佳彦等[6]采用淋浴法运输凡纳滨对虾,17 ℃下运输44 h,虾的存活率高达93.3%,湿法运输存活率高于干法运输。

2 虾类保活运输关键技术

2.1 有水保活运输关键技术

虾有水保活运输的关键步骤和技术包括合理暂养、适量装载和环境因素的控制。

2.1.1 合理暂养 暂养是指将捕获的虾转移至人工条件下停饵驯化,促进虾体代谢物排出,降低新陈代谢、运输过程中的耗氧量、应激反应强度等,提高存活率[1,24]。暂养过程需保持水中具备充足氧气,选择适宜的水质、密度及暂养时间。此外,暂养过程往往需选择适宜的速率降低水温,通过暂养可以对虾进行低温驯化,以降低虾的应激反应,适应低温运输环境,为后续运输过程奠定基础。Skudlarek[21]曾报道较长预冷时间能够提高虾的存活率,未经预冷的虾存活率较低。

2.1.2 适量装载 传统的虾类运输方法往往是几十千克的虾堆挤运输,由于虾的额剑锋利,在高密度的运输过程中会受到挤压、冲撞,额剑的刺很容易相互戳伤虾体[25]。装货前利用消毒剂等对运输包装及工具消毒,加入适量水,预先降温到最适温度。装货时注意调整虾与水的比例,密度不能太大,不同品种及大小的虾密度有所差异,一般水与虾体积比为1∶0.5～1∶4之间[26-27]。Wangsoontorn等[28]报道随着运输密度的增加,水体中总氨和亚硝酸盐浓度增加,虾的存活率下降。Sperandio等[29]发现当亚马逊河罗氏沼虾的运输密度是5.8 g/L时,运输8 h后的存活率98.9%;而密度为23.2 g/L时,8 h存活率仅为9.6%。密度增大导致排泄增加是引起虾存活率下降的主要原因。

2.1.3 环境控制 有水保活运输途中需严格进行环境管理,保持运输过程温度、水质、氧气浓度、盐度以及运行情况稳定。温度稳定是指保证水体温度恒定、均匀,不同品种的虾对温度要求差别较大(表1),目前常用的虾类运输温度范围为7～20 ℃[6]。水质稳定是指配备过滤、吸附和除污装置保证水体质量,一般要求氨氮浓度低于3.987 mg/L,pH低于6.8[30]。氧气浓度稳定则是需要配备充氧泵、射流装置或添加释氧剂等保证水体中氧气供应[31],不同的虾对氧气浓度的需求各有差异(表1),在运输过程中需保证水中溶氧浓度高于虾的窒息点[32]。较低的水温有利于提高氧气的溶解度,并且氧气的分压与溶解度成正比,所以在虾保活的温度区间内通过降低水温也提高溶氧效果[33]。盐度稳定是指在运输过程中选择适宜的盐度范围,并及时监测与调整盐度,一般运输海水虾选择盐度范围为15‰～36‰,淡水虾盐度在3‰左右[30]。运行稳定指装货时减少水体不能摇晃,减少震动以降低应激反应。运输12 h 以内中途不需换水,而长途运输应根据需要换水,每次换水量不超过1/3[34]。

表1 几种虾类生活环境低温临界值与溶氧窒息点Table 1 Environmental critical temperatures and dissolved oxygen asphyxiation points of several kinds of shrimp

2.2 无水保活运输关键技术

无水保活运输的主要步骤和关键技术包括暂养、适度休眠、合理包装、环境控制和复水唤醒。

2.2.1 适度休眠 休眠是虾的重要特征之一,是自然条件下的一种季节性反应,同时也是抵御逆境的一种重要方式。保证适度休眠是虾无水运输的重要环节,需要通过实验确定虾的生态冰温范围,确定休眠温度。Salin[35]利用逐级降温法将罗氏沼虾降温至15 ℃发现降温速度会影响虾的存活率。虾停食暂养之后应采用适宜的降温速率(一般为0.2～3 ℃/h)将温度降至生态冰温范围,使其进入休眠状态,此时虾的呼吸速率及新陈代谢降低,应激反应减弱[26]。休眠程度会影响无水保活时间,适度休眠能够有效延长无水保活运输时间以及提高虾的存活率。

2.2.2 合理包装 虾进入休眠状态后,采用合适捕捞及装运工具将其打捞出来并进行无水包装,减少包装过程对虾的胁迫与刺激,在包装中常利用填充木屑、海绵、水草、棕片、丝瓜筋等方式进行缓冲[36-37]。由于虾在无水状态下对环境中氧气吸收率较低,因此保证运输过程中较高的氧气浓度对于提高虾的无水保活成活率发挥了关键作用。需要在保活运输包装中冲入充足纯氧,及时封口,防止运输过程中氧气泄露,以保证虾的正常呼吸代谢。常用的无水运输包装有泡沫箱、塑料箱、塑料袋、塑料盘、帆布袋、橡胶袋、竹编板筐以及无水运输箱或运输垫等[26,36-37]。包装方法包括充气加冰袋、湿布与虾隔层放置、木屑与虾隔层放置、自然放置等多种方式[36]。

2.2.3 环境控制 影响虾类运输的微环境主要包括温度、湿度、震动情况等,需要确保虾在运输过程中一直处于生态冰温范围内,且温度未有太大波动。无水运输过程中,只有保证虾处于生态冰温范围内,保持休眠状态,才能实现长时间运输。与有水运输相比,无水运输温度往往更低,对温度的要求也更为严格,一般温度在6～15 ℃,波动范围一般不超过1 ℃[26,38]。虾主要是通过鳃呼吸,其获得空气中氧气的能力远低于水中氧气,因此借助无水喷雾、保持湿度等手段可以增加虾在无水呼吸过程中对氧气的利用能力,从而提高运输存活率[24]。定时监测微环境的湿度情况,必要时采取加湿措施,如利用海绵蓄水等。Duan等[39]报道干燥胁迫能够引起肝胰脏损伤,引起氧化应激反应。为防止虾脱水,相对湿度一般控制在70%～100%[40]。运输工具设计时应尽量减少震动,采用泡沫箱、木屑包装或添加泡沫隔板等减少虾类应激反应。

2.2.4 复水唤醒 唤醒是运输后将虾从休眠状态转入暂养池内升温,使虾逐渐恢复游动的过程。唤醒时需要控制初始水温及升温速率。初始水温以及升温速率的选择需根据虾的品种及状态进行选择与调控,一般初始水温略高于生态冰温,避免温差过大导致虾不适而死[16]。升温速率也不宜过快,一般5～10 ℃内升温速率为0.8～1.5 ℃/h,10～30 ℃内升温速率为3～5 ℃/h[26]。调节池内环境条件,保持与虾原生环境条件一致或相近,从而有利于虾快速适应新环境,恢复体力[41]。

3 虾类保活运输装备

3.1 捕捞装备

进行活体运输的虾需要保证活力旺盛,并在捕捞运输过程中尽量减少对虾的挤压、碰撞。目前,已有专门适用于虾活体运输的捕捞笼。茅林春等发明了一种捕捉运输通用型虾笼[42],圆柱体虾笼外面包覆网片,虾笼侧面设有进虾网筒,虾笼两端有连接扣可实现串联,这种虾笼结构紧凑,捕捉虾后可以直接进行运输,无需更换其他运输容器,从而减少了对虾的损伤,提高存活率。张衡也发明了一种用于虾类活体运输的笼子,柱形捕捉笼体表面被网袋包裹,上端有网口环闭合,可对活虾起到保护作用,适用于捕捞活虾并进行储存和运输[43]。

3.2 休眠诱导装备

虾的休眠诱导装备是利用低温、低压或化学麻醉剂来降低虾呼吸速率及新陈代谢,从而减少运输应激反应,降低虾在运输过程中的损害。常见的休眠诱导装备包括移入装置、移入槽、清洗槽及冬眠诱导槽几部分[44]。有些运输箱中设计了休眠诱导装置,则无需将虾提前放入专门的休眠诱导装备中。目前,分阶段诱导装备能够实现安静蓄养与低温驯化两个诱导阶段,设置不同阶段的诱导温度与时间,使虾逐步进入休眠状态[45]。冷风诱导装置利用0.5～5 m/s流速、-5～-2 ℃的冷风将虾干燥并使之进入休眠状态[44]。减压休眠装备能够提供-76～-1 cm Hg的低压环境,使虾在0.5～1 h间进入休眠状态[45]。此外,还有二氧化碳等化学诱导装置,通过控制二氧化碳的量及温度高低实现水产品休眠诱导[46]。

3.3 包装装备

在虾的活体运输过程中,常见的虾体包装为塑料包装袋、虾筐(竹筐,尼龙网铁筐等)和虾体运输箱。传统的塑料包装袋在活虾运输中存在局限性,王中宝等人发明了特殊材料的塑料包装袋[47],通过添加负离子矿粉、纳米氧化钛等,在没有人为注入氧气或氧气不足时,提高虾的存活率。负离子矿粉可以释放负氧离子促进活虾生存,同时与纳米氧化钛协调作用提高负离子矿粉释放负氧离子的能力。随着保活运输技术的逐渐成熟,传统的虾筐也日渐被功能更为齐全的虾体运输箱所取代,主要分有水和无水保活运输箱两种类型。近年来出现了较多新型虾体保活运输箱(表2),全方位提高虾的保活运输效果,有水保活运输箱的关键是增加水中溶氧及调节合适水温,无水保活运输箱的关键设计在于充足的氧气供应及适宜的温度、湿度。

表2 几种新型虾类活体运输箱Table 2 Several kinds of new shrimp living transportation boxes

3.4 运输交通工具

虾活体运输交通工具包括车、船、飞机等,其中活体运输车最为常用。活体运输工具通常会配备制冷机、智能控制器(监测与调节温度、氧气浓度、湿度等)等,有水保活运输工具中常安装循环水水泵、鼓风机、水体环境的导流件等[48-49],无水保活运输设备上常配备高压氧瓶或氧气箱体。有些运输装备还会配备升降驱动装置,方便货物搬运[50]。

4 问题与展望

目前虾无水保活技术日渐成熟,装备也更加多样化,提高了虾的保活运输效果。但尚存在一些问题,如虾的保活与恢复情况和虾体本身的活力关系较大,保活效果的稳定性有待提高;不同类型的虾保活条件存在较大差别,适用的保活运输技术也有不同,若无法正确选择合适的保活运输方法和条件,则会导致经济损失。目前的技术装备大多尚停留在专利设计层面,真正规模化生产的保活运输装备较为缺乏,装备的配套性也有待提高;目前对保活运输机理的研究相对较少,难以从根本上解释虾在保活运输过程中的反应,从而制约了其技术发展。因而,需要利用基因组学、蛋白质组学以及生理生化指标等手段探索虾在保活运输过程中的氧化应激反应、免疫反应、神经内分泌反应等,了解虾保活运输的机理,筛选保活标志物,进一步探索不同类型的虾所需要的保活运输条件和技术方法,从而获得更加可靠、稳定的保活运输方法。将理论应用到技术实践中,开发实用且配套齐全的新型技术装备,加快设备推广。无水保活运输将是今后发展的必然趋势,优化无水保活运输技术,进一步提高无水保活运输成活率、延长存活时间、降低运输成本将是未来研究工作的重点。

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