高压对鲫鱼无水保活的影响

李 卢,张长峰,吴佳静,梁 奇,刘衍瑾,黄宝生,*

(1.山东省农产品贮运保鲜技术重点实验室,山东济南 250103;2.国家农产品现代物流工程技术研究中心,山东济南 250103;3.山东农业工程学院食品科学与工程学院,山东济南 250100)

鲫鱼(Crucian carp)在生物学分类上属于鲤形目、辐鳍鱼亚纲[1],有鳞片,腹白背青,是一种常见的杂食性淡水鱼,俗称鲫瓜子、土鲫、河鲫、喜头。肉厚子多,味道鲜美,盛产于黄河、长江流域[2],营养价值高,含有多种微量元素。

目前已经开发出的保活方法有净水保活法[3]、低温保活法[4]、充氧保活法[5]、麻醉保活法[6]和生态冰温保活法[7],其大都以水体为介质,改变温度、气体浓度、化学药剂等条件,没有达到无水保活、降低运输成本等效果。高压保活技术[8]是利用外界的压力差,强迫机体与外界进行气体交换,提高鲫鱼血液溶氧量,脱离水环境维持生命活性。此高压技术已广泛应用于农产品贮藏运输[9]、食品防腐保鲜[10]等方面,并取得很好的效果,且高压只对生物高分子立体结构中非共价键结合产生影响,对肌肉的色泽和风味等没有影响[11]。目前,高压技术在水产品方面主要应用于食品加工领域[12],在无水保活贮藏运输中有待进一步探索。

本实验以鲫鱼为研究对象,测定质构、pH、呼吸频率、血清总蛋白含量、乳酸含量、肌糖原含量等方面指标,为提高鲫鱼品质,实现无水保活提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鲫鱼 39尾,体长(25±5) cm,暂养于实验室控温循环水桶中,初始温度(16.0±1.0) ℃,停食暂养48 h,购自济南海鲜大市场;乳酸试剂盒、总蛋白试剂盒、糖元试剂盒(含说明书) 南京建成生物工程研究所。

鲜活水产品高压保活舱 山东省农产品贮运保鲜技术重点实验室自主研发(专利号ZL 201820905276.8);鲜活水产品智能冷驯化/唤醒箱 山东省农产品贮运保鲜技术重点实验室自主研发(专利号ZL 201310447777.8);TMS-TOUCH质构仪 Food Technology Corporation;实验室pH计 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;Hettich高速冷冻离心机 德国Hettich科学仪器有限公司;UPR-11-10T纯净水器 四川优普超纯科技有限公司;T9S紫外分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司;Eppendorf research plus手动移液枪 德国艾本德股份公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理 购买的鲫鱼(39尾)放入水温为(16±1) ℃的暂养桶暂养48 h以上[8],以降温速率(1±0.5) ℃/h进行梯度降温至2 ℃。随机捕捞3尾取样测定肌肉、血液指标,将剩余鲫鱼(36尾)分为4组,每组9尾,第1组为常压低温无水保活对照组,2 ℃低温冷驯化后放入无水保活包装袋转移至冷库(远离通风口)温度设置为2 ℃,湿度为60%～80%。第2、3、4组则为高压低温无水保活实验组,冷驯化后转移至高压无水保活舱,设置舱内压力为0.15、0.20、0.25 MPa,并在保活第4、8、12 h分别取出3尾测定。

1.2.2 鲫鱼体表特征的测定 将12尾冷驯化处理过的鲫鱼打捞分为4组装入无水保活包装袋,第1组置于常压冷库中,记为常压对照组;第2、3、4组放入高压无水保活舱分别对应设置稳压曲线为0.15、0.20、0.25 MPa,记为高压0.15 MPa样品组、高压0.20 MPa样品组和高压0.25 MPa样品组;上述4组分别在第4、8、12 h通过高压无水保活舱透视窗用秒表计时3 min观察记录鲫鱼鳃部口部张合次数,得出呼吸频率,并记录鲫鱼的体表状态。

1.2.3 鱼肉质构的测定 采用质构剖面法(TPA)测定:将去掉皮的鱼肉切成1 cm×1 cm×1 cm的立方体,然后将待测样品分别编号放在质构仪样品托盘上进行测量,探头类型为P45/R,测试后探头回升高度为20 mm,起始力0.75 N,检测速度为30 mm/min,间隔时间1 s[13],形变百分量为40%。

1.2.4 鱼肉pH的测定 用分析天平取去皮、搅碎的鱼肉5.00 g放于烧杯中,加入煮沸冷却后的蒸馏水,搅拌均匀定容到50 mL容量瓶,常温静置30 min[14]。过滤到烧杯里,用实验室pH计测定pH。

1.2.5 鱼肉肌糖原的测定 用手术刀剔去表皮,取鲫鱼相同部位肌肉适量,用蒸馏水冲洗,滤纸吸干或自然风干多余水分,分别装入对应样品袋,写上标签,并置于-20 ℃冰箱保存,依据糖原试剂盒说明书进行测定。

1.2.6 血液乳酸、血清总蛋白的测定 将保活舱取出的鲫鱼清洗表面粘液并去除鳞片,用剪刀断尾取血,血液存放于1.5 mL的离心管中,用一次性滴管配平,冷藏2 h,取出放入高速离心机,调节温度2 ℃,转速3000 r/min离心时间20 min[15],离心后用移液枪吸取上清液转移到到洁净的无水滴的1.5 mL离心管,做好标签,依据乳酸、总蛋白试剂盒说明书进行总蛋白(TP)、乳酸的测定,将剩余的上清液留样置于-80 ℃的冰箱保存,用于实验二次处理(一般情况下血清置于-20 ℃冷冻,可保存1个月左右;置于-80 ℃可保存3个月左右)。

1.3 数据处理

数据使用Excel 2010软件进行整理,OriginPro 2017软件进行曲线图绘制,SPSS 17.0软件进行差异性分析,并对数据进行整体讨论。

2 结果与分析

2.1 高压对鲫鱼体表特征的影响

由表1得出随着压力的增加,鲫鱼的呼吸速率呈缓慢下降趋势。常压条件下鲫鱼呼吸频率最高,为55～60 次/min,因为无水条件下一部分鳃丝粘连无法全部张开,故与空气接触的表面积减小,通过加快呼吸频率满足机体需氧[16]。高压0.15 MPa条件下,压力升高促使组织血氧含量上升,呼吸频率逐渐降低,机体出现一定的僵硬感。高压0.20 MPa条件下,鲫鱼呼吸频率最低,为22～25 次/min,这是因为鲫鱼是冷血动物,低温会降低鱼体温度,低温和临界压力会降低鲫鱼的呼吸代谢,减少能量和氧气消耗[17]。当压力升高为0.25 MPa时,鲫鱼鳃部口部缓慢开合,鱼肚部分略有凹陷且有血渍溢出[18],呼吸频率较0.15 MPa缓慢很多,较0.20 MPa略高,可能是压力过大鱼体通过鳃部排出多余氧气,确保组织器官正常运行。

表1 高压无水条件下鲫鱼呼吸频率和体表状态

2.2 高压对鲫鱼肌肉质构的影响

TPA质构测试通过高灵敏探头检测得出各项数据,能客观地反映肉质变化情况[19]。硬度、弹性和咀嚼性越高,肉质越好[20]。由表2可以得出,随着保活时间的延长,鲫鱼高压无水保活的咀嚼性、弹性和硬度指标呈先升高后降低的趋势,保活时间8 h达到最高峰值,说明此时间点鲫鱼的肉质最好。高压0.20和0.25 MPa样品组硬度、咀嚼性、弹性等指标高于常压组,这是因为高压能够影响肌肉组织,促进部分肌原纤维蛋白凝结[21],但是保活8 h内高压0.25 MPa数值较0.20 MPa样品组低,可能因为压力过大,神经轴突极速传导营养物质供能,导致鲫鱼肌肉内部营养物质短暂匮乏[22],由此得出,高压0.20 MPa实验组鲫鱼的肉质比较好。高压0.15 MPa样品组的硬度、弹性和咀嚼性指标均低于常压对照组,说明此压力没有引起蛋白质变性,并且高压促进鲫鱼肌肉溶氧量[23],使其应激反应较常压小。由表3得出:在一定压力下,鲫鱼的肌肉质构与压力成正相关,压力的变化与内聚性关系最大,相关系数为0.800;与弹性相关性最小,相关系数为0.007。

表2 高压无水条件下鲫鱼肌肉质构状况

表3 高压保活8 h对鲫鱼质构的相关性分析

2.3 高压对鲫鱼pH的影响

肌肉pH的变化引起机体酸碱失衡,某些纤维蛋白失去活性,增加肝脏功能负担甚至会造成损伤[24]。由图1可以看出,随着保活时间的延长,各实验组pH呈现先下降后上升的趋势。鲫鱼离水8 h内pH持续下降,说明这段时间鲫鱼代谢加快运动量增大,体内酶作用和体细胞无氧呼吸产生乳酸[3]。高压组8 h达到pH最低点,分别为5.91、6.12、6.14,常压组4 h达到最低点,为5.94,从达到最低点所需时间分析得出高压环境能够延迟pH的下降,缓解鲫鱼肌肉某种成分的变动,减缓pH波动对肝脏的损伤[25],对鲫鱼自身起到有效的保护作用。

2.4 高压对鲫鱼肌糖原含量的影响

肌糖原储于鲫鱼的肌肉中,缺氧情况下分解成乳酸并产生ATP[26]。如图2所示,鲫鱼的肌糖原含量呈先上升后下降的趋势,第4 h各样品组分别达到最高点,依次为14.92、16.03、17.68、19.21 mg/g,且高压0.20、0.25 MPa环境下鲫鱼体内的肌糖原含量明显高于常压和0.15 MPa样品组,说明高压可以提高鲫鱼物理溶氧量,降低能量消耗[4]。4 h后高压0.25 MPa样品组肌糖原含量急剧降低,可能因为超高压对鲫鱼造成不适,骨骼肌中糖酵解纤维利用肌糖原作为能量来源,进行短暂而强烈的活动[27],或者受应激导致促儿茶酚胺和皮质醇的释放,进而加快糖原分解,以满足机体快速代谢需求[28]。其他组鲫鱼体内肌糖原变化缓慢,说明其他压力均低于鲫鱼耐受压力。第8～12 h持续高压低温使鲫鱼进入休眠[29],为维持代谢活动,从而消耗肌糖原产生能量。

图2 高压对鲫鱼肌糖原含量的影响

2.5 高压对鲫鱼血清总蛋白含量的影响

血清总蛋白能够维持血浆渗透压,调节鱼体生理作用、提供能量及提高免疫力,总蛋白含量越高,营养状况越好[30]。如图3所示,随着保活时间的延长,鲫鱼的总蛋白含量呈现先上升后下降趋势。保活4 h时,血清总蛋白含量达最高点,分别为40.20、56.23、65.88、56.50 gprot/L,说明此时生理代谢最旺盛,血液调节和激素调节均保持活跃状态[31]。无水保活8 h内,高压0.20和0.25 MPa样品组血清总蛋白含量高于常压组,说明一定高压能够诱导机体产生血清总蛋白[32]。8 h后,血清总蛋白变化逐渐平稳,鲫鱼开始对环境做出适应性反应,各种代谢活动趋于稳定。高压0.20 MPa条件下总蛋白含量最高,这可能是由于鱼体的浆细胞产生大量的球蛋白来对抗高压对鱼体带来的伤害[33],此时鲫鱼的营养状况最好。

图3 高压对鲫鱼总蛋白含量的影响

2.6 高压对鲫鱼乳酸含量的影响

乳酸是糖原酵解的代谢产物,短时间内蓄积会阻碍ATP合成,降低运动能力,一般情况下乳酸与肌糖原呈负相关[34]。如图4所示,高压0.20 MPa组和常压组第8 h乳酸含量达最低点,分别为15.37、14.51 mmol/L,高压0.15和0.25 MPa组第12 h乳酸含量达到最低点,分别为13.21、8.56 mmol/L。8 h内高压环境促进机体溶氧,乳酸产生量低于乳酸被氧化为丙酮酸供机体利用的量,因此乳酸含量逐渐减少。8 h后常压组和高压0.20 MPa组乳酸含量值缓慢上升,此时鲫鱼逐渐进入休眠状态,运动能力降低。第4 h后高压0.25 MPa组变化趋势与其他实验组相异,可能因为鲫鱼长时间处在高于耐受压的环境中,高压影响ATP酶的活性,从而阻碍信息传递、能量转换和物质运输等反应过程,引起机体调节迟缓[21]。第8 h后高压0.25 MPa乳酸含量急剧下降,此时乳酸作为燃料供糖酵解和不同氧化速率的细胞或组织进行交换[35]。

图4 高压对鲫鱼乳酸含量的影响

3 讨论与结论

高压保活技术使鲫鱼无水状态下保持活性,降低呼吸频率,增强肌肉硬度、弹性和咀嚼性,减少营养成分损失。本实验研究表明无水保活12 h内,高压无水保活优于常压保活,且高压0.20 MPa是鲫鱼无水保活最适压力。用显著性差异分析鱼肉质构可得高压组指标与常压组指标差异显著(P<0.05),保活时间为8 h时,鲫鱼的各项质构指标达到最大值,即8 h为无水运输的最佳运送时间;高压0.20 MPa环境下的鲫鱼血清总蛋白含量最高,说明此压力下鲫鱼的机体状况最好,营养损失最少;高压0.20 MPa环境下鲫鱼的肌糖原含量最高最稳定,说明该压力无水保活对鲫鱼自身能量消耗最少,代谢活动最低。

高压无水保活12 h实验得出:总蛋白含量和肌糖原含量呈先上升后下降趋势,乳酸含量则先下降后上升。但是对于12 h后鲫鱼自身是否发生突发性跃变,各项生理生化指标是否发生剧烈变动有待进一步研究;本实验仅以鲫鱼为研究对象,不同鲜活水产品所适用的保活压力可能有所不同,这还需要科研工作者进一步探索,为我国水产品无水保活及设备研发提供数据参考。