酸性电解水对草鱼品质及挥发性风味物质的影响

张毅 刘婷婷 阎雪 侯温甫 王丽梅 王宏勋

摘 要：优化草鱼片酸性电解水減菌工艺条件，在此基础上，采用气相色谱-离子迁移谱（gas chromatography ion mobility spectrometry，GC-IMS）技术分析减菌处理前后草鱼片的挥发性风味物质，并结合感官评价、微生物指标和理化指标共同评价酸性电解水减菌处理对草鱼片品质特性的影响。结果表明：经过优化得到的草鱼片酸性电解水减菌工艺为电解水温度4 ℃条件下，以料液比为1∶5（m/V）浸泡处理鱼肉5 min;经酸性电解水处理后，草鱼片的亮度值和感官评分明显高于对照组，菌落总数、优势腐败菌数量和总挥发性盐基氮含量则明显低于对照组;

GC-IMS分析发现，酸性电解水处理能抑制2-丁酮、2-庚酮和3-戊酮等呈腐败特征的酮类物质的产生，有效保持草鱼片的风味。综上所述，酸性电解水处理能有效保持草鱼片的鲜度品质，并减缓风味劣变，草鱼片货架期延长1～2 d。

关键词：酸性电解水;草鱼;气相色谱-离子迁移谱;挥发性风味物质;货架期

Effect of Acidic Electrolyzed Water on the Quality and Volatile Flavor Compounds of Grass Carp

ZHANG Yi1， LIU Tingting1， YAN Xue1， HOU Wenfu1， WANG Limei2， WANG Hongxun2，*

（1.College of Food Science and Engineering， Wuhan Polytechnic University， Wuhan 430023， China;

2.College of Life Science and Technology， Wuhan Polytechnic University， Wuhan 430023， China）

Abstract： This study optimized the technological conditions for bacteria reduction on grass carp fillets using acid electrolyzed water （AEW）， and analyzed the volatile flavor compounds of grass carp fillets before and after bacteria reduction by gas chromatography-ion mobility spectrometry （GC-IMS）. Finally， the effects of AEW bacteria reduction on the quality characteristics of grass carp fillets were evaluated by sensory evaluation and microbial and physicochemical measurements. The results showed that the optimized technological conditions for bacteria reduction were as follows： fish fillets were soaked in AEW at a solid-to-solvent ratio of 1：5 （m/V） for 5 min. The brightness value and sensory score of the treated fillets were significantly higher than those of the control group， and the total number of colonies， the number of dominant spoilage bacteria and the total volatile base nitrogen （TVB-N） content were significantly lower than those of the control group.

GC-IMS analysis showed that AEW treatment could inhibit the production of 2-butanone， 2-heptanone and 3-pentanone， characteristic of fish spoilage， and effectively maintain the flavor of grass carp fillets. To sum up， AEW treatment can effectively maintain the quality of fresh grass carp fillets， slow down flavor deterioration， and prolong the shelf life by 1– 2 days.

Keywords： acidic electrolyzed water; grass carp; gas chromatography-ion mobility spectrometry; volatile flavor substances; shelf life

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20210424-113

中图分类号：TS254.1                                       文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2021）06-0037-07

引文格式：

张毅， 刘婷婷， 阎雪， 等. 酸性电解水对草鱼品质及挥发性风味物质的影响[J]. 肉类研究， 2021， 35（6）： 37-43. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20210424-113.    http：//www.rlyj.net.cn

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草鱼是中国重要的淡水养殖鱼类之一，因其肉质细腻、营养丰富，深受消费者的喜爱[1]。鱼肉水分含量高、组织酶活跃，因此极易腐败变质。微生物在水产品的腐败过程中起着关键作用，由于草鱼自身携带的微生物以及加工过程中的二次污染，导致初始微生物数量增加，腐败变质加快。因此，对于生鲜鱼肉制品加工，通常采用减菌预处理来控制鱼肉中的初始微生物数量，以达到延长产品货架期的目的。

酸性电解水是一种新型抗菌消毒剂，与常见的物理、化学和生物消毒方法相比[2-3]，其制取设备操作简单，生产成本更低，安全性更高;而且有研究表明，酸性电解水还可以有效抑制部分酶的活性[4]，因此具有抑菌和钝化酶活双重作用，保鲜效果良好，可部分代替常见的消毒方法用于食品贮藏。由于细菌和酶的作用，水产品贮藏过程中品质与风味均会发生不同程度的改变，如pH值增加、保水性和硬度降低、产品表面失去光泽、产生腐臭气味等[5-6]。酸性电解水可在一定程度上抑制水产品中细菌和酶的活性，因此可能对水产品品质和风味的保持产生积极影响。风味是水产品主要的食用品质之一，是消费者评价其品质优劣的重要指標[6]。新鲜水产品具有令人愉悦的特征性气味，然而随着贮藏时间的延长，腐败微生物代谢，产生不良气味[7-8]。气相色谱-离子迁移谱（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）技术是一种将IMS技术和GC技术二者结合的检测技术，现在越来越多地应用在食品风味分析、品质检测等多个领域[9-10]。

向思颖等[11]报道，电解水可通过抑制蛋白分解，进而降低冷鲜草鱼色泽变化、延长鱼肉货架期。Shiroodi等[12]

研究酸性电解水与鲑鱼肉保水性之间的相关性，发现用酸性电解水进行保鲜处理的同时，肌肉保水性几乎不变，表明酸性电解水可以较好地保持肌肉纤维的完整性，延缓肌肉水分的流失。Zhang Bin[13]、杨琰瑜[14]等研究发现，酸性电解水冰衣可通过抑制虾肉表面腐败菌的生长进而维持虾肉肌原纤维蛋白和胶原蛋白的稳定性，因此硬度、弹性和回复力下降缓慢。此外，Wang Meng等[15]认为，酸性电解水可有效减少细菌和酶类对肌肉蛋白的分解，保持良好的质构特性。

目前，对酸性电解水的研究主要集中在工艺优化和减菌效果上，而碱性电解水作为酸性电解水产生的副产物，由于缺乏较强的杀菌活性，限制了其在食品工业中的应用，对其杀菌作用的研究较少。据报道，碱性电解水可作为一种预洗剂，来提高酸性电解水对虾肉上副溶血性弧菌的杀灭效果[16]。此外，二者联合使用对香菜进行处理也能达到相较于单一处理更好的杀菌作用[17]。本研究在得到最优减菌工艺的基础上，探讨了酸性电解水对草鱼片品质和挥发性物质的影响，为酸性电解水在草鱼中的应用提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

草鱼 湖北省武汉市东西湖区常青花园商量贩超市。

酸性电解水、碱性电解水 武汉丽辉新技术有限

公司;平板计数琼脂、假单胞菌CFC选择性培养基、铁琼脂培养基、气单胞菌培养基 青岛海博生物技术有限公司;氯化钠、硼酸、人造沸石、甲基红、溴甲酚绿 国药集团化学试剂有限公司;浓硫酸、盐酸 中国平煤神马集团。

1.2 仪器与设备

YXQ-30SII立式压力蒸汽灭菌器、HRP-9082MBE电热恒温箱 上海博讯实业有限公司医疗设备厂;

SW-CJ-2FD双人单面净化工作台 上海森信实验仪器有限公司;HBM-400D系列样品均质器 天津市恒奥科技发展有限公司;XHF-D高速分散器（内切式匀浆机） 宁波新芝生物科技股份有限公司;LRH-100C低温培养箱   上海一恒科学仪器有限公司;CR-400色度计 日本柯尼卡-美能达有限公司;FlavourSpec 1H1-00092 GC-IMS联用仪 德国G.A.S.公司。

1.3 方法

1.3.1 原料预处理

将现场宰杀的草鱼置于装有碎冰的泡沫箱内，30 min内运回实验室。在提前通臭氧的无菌实验室内，用清水将鱼冲洗干净，剥除鱼皮，切成鱼片（约4 cm×3 cm×1 cm，10～12 g/片），备用。

1.3.2 单因素条件对酸性电解水杀菌效果的影响

根据实际应用及实验室前期研究结果，选择碱性电解水（pH 11.043、氧化还原电位-320 mV）和酸性电解水（有效氯质量浓度80 mg/L、pH 2.977、氧化还原电位1 270 mV）结合进行减菌前处理。实验所用的酸性电解水和碱性电解水委托武汉丽辉新技术有限公司按照电解水参数现场制备，避光密封保存，在1 h内运回实验室，用于对鱼片的处理。鱼片处理方式为清水冲洗30 s，以料液比1∶3（m/V）用碱性电解水浸泡鱼片2 min，再用清水冲洗30 s，沥干1 min后，进行酸性电解水处理时间（1、3、5、7 min）、料液比（1∶2、1∶3、1∶4、1∶5）、处理方式（浸泡、喷淋、冲淋）、电解水温度（室温23 ℃左右、4 ℃）单因素试验，优化减菌工艺。

1.3.3 酸性电解水对草鱼品质及货架期的影响

取新鲜的草鱼片，用优化后的减菌条件对鱼片进行处理作为处理组，无处理作为对照组，探究酸性电解水对草鱼品质及货架期的影响。

酸性电解水处理组：清水冲洗30 s，碱性电解水以料液比1∶3浸泡2 min，清水冲洗30 s，再进行酸性电解水处理，将鱼片沥干水分后放置在托盘上，覆上保鲜膜包装后于4 ℃冰箱贮藏。

空白对照组：将未经处理的草鱼片放置在托盘上，覆上保鲜膜包装后于4 ℃冰箱贮藏。

1.3.4 指标测定

1.3.4.1 感官评价

选择10 名专业评定人员，根据表1对草鱼片进行色泽、气味、组织形态和弹性评价。

1.3.4.2 色度测定

使用色差计分别测定样品的亮度值（L*）、红度值（a*）和黄度值（b*），每组样品重复3 次，结果取平均值。

1.3.4.3 菌落总数及优势腐败菌数量测定

采用平板计数法测定草鱼肉的菌落总数，方法参照GB/T 4789.2—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》。各组减菌率按下式计算。

假单胞菌、气单胞菌、产H2S细菌分别采用假单胞菌CFC选择性培养基、气单胞菌培养基、铁琼脂培养基进行培养，数量测定方法同菌落总数测定。

1.3.4.4 总挥发性盐基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）含量测定

参照GB 5009.228—2016《食品安全国家标准 食品中挥发性盐基氮的测定》。

1.3.4.5 挥发性风味物质测定

顶空进样条件：孵化温度60 ℃，孵化时间15 min，进样方式为顶空进样，加热方式为振荡加热，进样针温度80 ℃。

GC-IMS条件：色谱柱温度40 ℃;载气为高纯度N2，载气流速：初始流速5.0 mL/min，保持3 min，8 min內线性升至50.0 mL/min，5 min内线性升至150.0 mL/min，

保持3 min;总运行时间19 min;漂移管温度45 ℃，漂移气为高纯度N2，漂移气流速150 mL/min。

检测方法：取3.0 g样品，放入20.0 mL顶空进样瓶中，经顶空进样，用GC-IMS联用仪进行测试。

1.4 数据处理

采用IBM SPSS Statistics 19软件对数据进行单因素方差分析，P<0.05表示差异有统计学意义，用Excel 2016软件对数据进行处理及统计。

2 结果与分析

2.1 酸性电解水减菌工艺优化

小写字母不同，表示差异显著（P<0.05）。

常温条件下，以处理时间为5 min、料液比1∶4，对草鱼片进行不同方式的减菌处理。由图1A可知，喷淋处理的减菌率为72.75%，冲淋处理的减菌率为71.01%，浸泡处理的减菌率为75.03%，显著高于喷淋和冲淋

（P<0.05）。浸泡的减菌率高于喷淋和冲淋可能是由于草鱼片的表面积大，浸泡时能与酸性电解水充分接触，使得减菌效果更好。因此，选取浸泡为草鱼片最佳的处理方式。其他学者研究对比浸泡、雾化、喷洒、冲洗4 种常见的酸性电解水处理方式的保鲜效果，结果表明，由于浸泡处理均一性较好，其抑菌效果优于其他3 种处理方式[18]，这与本研究结果一致。同时，杨楠[19]研究发现，与酸性电解水静置浸泡相比，搅拌浸泡对虾仁的减菌效果更好，处理10 min后，静置浸泡处理的虾仁菌落总数约为4（lg（CFU/g）），而搅拌浸泡处理的虾仁菌落总数已低于检出限。

在室温下，以料液比1∶4，对草鱼片进行不同浸泡时间的减菌处理。由图1B可知，减菌率总体随着浸泡时间的延长而增加，浸泡时间为5 min和7 min的减菌率显著高于浸泡时间为1 min和3 min（P<0.05）。这是由于酸性电解水需要一定的时间才能杀灭草鱼片表面微生物。浸泡5 min的减菌率和浸泡7 min没有显著性差异。这与Liao Xinyu等[20]的研究结果一致，在酸性电解水质量浓度一定时，可通过适当延长处理时间来提高杀菌效果。然而，在敞口和不避光的条件下酸性电解水的有效氯质量浓度随着浸泡时间的延长逐渐下降，杀菌效果也逐渐减弱[21]，甚至对水产品的色泽、风味等产生不良影响。因此选取5 min为最优的浸泡时间。

在室温下，以浸泡时间为5 min，对草鱼片进行不同料液比的减菌处理。由图1C可知，减菌率随料液比的增大而增大。料液比为1∶4的减菌率显著高于料液比为1∶2和1∶3（P<0.05），这是由于随着料液比的增大，鱼片可以充分与酸性电解水接触，从而有助于减菌。料液比为1∶5的减菌率略高于料液比为1∶4的减菌率，二者之间没有显著性差异。对草鱼片来说，料液比为1∶4减菌效果显著提高，达到1∶5时减菌效果最好。

以浸泡时间为5 min、料液比1∶4，对草鱼片进行不同温度电解水的减菌实验，设置室温和4 ℃ 2 个温度条件。由图1D可知，电解水温度为室温时减菌率为72.75%，电解水温度为4 ℃的减菌率为74.48%，显著高于室温条件（P<0.05）。有效氯质量浓度是影响酸性电解水减菌效果的重要因素，温度升高不利于酸性电解水中有效氯活性的保持，从而影响杀菌效果。臭氧水等减菌剂在使用过程中也会采取降低温度的方式来减缓臭氧活性的衰减速度，达到更好的减菌效果[22]。

综上所述，通过处理时间、料液比、处理方式、处理温度4 种工艺条件参数优化，得到的草鱼片酸性电解水减菌工艺为4 ℃条件下、料液比为1∶5、浸泡处理5 min。

2.2 酸性电解水对草鱼片鲜度品质的影响

2.2.1 感官评分

由图2可知，随着贮藏期的延长，对照组和处理组草鱼片感官评分均呈下降趋势。对照组的感官评分在贮藏前1 d整体高于处理组，两组之间的差异主要体现在色泽方面;0 d时，对照组的草鱼片切面富有光泽，而经过酸性电解水处理后鱼片发白，切面的光泽感减弱。有研究显示，酸性电解水能促进产品被漂白，这可能是强酸性电解水的低pH值和高氧化还原电位引起水产品中类胡萝卜素等发生降解，最终导致肌肉颜色发白[23]。但在贮藏6 d后对照组草鱼片颜色变得暗淡，产生令人不愉悦的气味，而处理组草鱼片颜色保持更好，没有明显异味。颜色的变化可能与贮藏期间腐败菌的繁殖及蛋白质变性程度有关[24]。向思颖等[11]报道，电解水可通过抑制蛋白分解，进而降低冷鲜草鱼色泽变化。总体来看，对照组在贮藏6 d已经视为不可接受，而处理组贮藏8 d的感官评分仍大于6 分，从感官评价可以判断，酸性电解水处理后草鱼片的货架期延长了2 d以上。

2.2.2 色度

水产品的色泽是影响消费者购买的决定性因素。以虾和白肉鱼类为例，其在贮藏初期L*通常较大，a*和b*较小。随着贮藏时间的延长，水分流失严重，进而导致L*降低;同时随着蛋白质分解与氧化，产品肌肉逐渐发红、发黑和偏黄[25]。由表2可知，处理组草鱼片和对照组相比，L*整体升高、a*和b*整体降低，说明经过酸性电解水处理后鱼肉会变得更苍白。这一方面可能是由于减菌处理的过程中洗去了鱼肉中部分肌红蛋白和表面的一些营养物质，另一方面可能是电解水具有强氧化性，对鱼片的色泽具有一定影响[21]。随着贮藏时间的延长，处理组草鱼片a*和b*变化幅度较对照组小，说明电解水处理可以减小色差的变化，对贮藏过程中草鱼肉的色度有维持作用。

2.2.3 菌落总数及优势腐败菌数量

电解水中有效氯存在3 种形式：氯气、次氯酸和次氯酸根离子[26-27]，但是3 种形式的有效氯杀菌效果不同，其中次氯酸分子的杀菌效果最强，其杀菌能力是次氯酸根的80 倍左右[28]。由图3可知，对照组草鱼片的初始菌落总数为5.09（lg（CFU/g）），经酸性电解水处理后，草鱼片的菌落总数为4.57（lg（CFU/g）），酸性电解水的杀菌作用能明显降低草鱼片的初始菌落总数。对照组和处理组草鱼片菌落总数均随贮藏时间的延长而增加，但在整个贮藏期间处理组菌落总数始终低于对照组。对照组的草鱼片贮藏6 d的菌落总数为5.72（lg（CFU/g）），接近6（lg（CFU/g）），而经酸性电解水处理的草鱼片菌落总数在贮藏8 d时才达到6.39（lg（CFU/g））。基于菌落总数判断，酸性电解水作用后可将草鱼片的保质期延长1 d以上。

产H2S细菌数量为4.54（lg（CFU/g）），均低于对照组，并且没有检测到气单胞菌。在贮藏后期，处理组各腐败菌的数量也均明显低于对照组，说明酸性电解水处理能对腐败微生物的生长起到一定的抑制作用。王玲[29]研究发现，电解水对鲟鱼表面常见腐败菌有良好的减菌效果。国外学者研究也表明，用酸性电解水处理能抑制肉类和大西洋鲑鱼表面腐败菌的生长[30-31]。

2.2.4 TVB-N含量

由图4可知，随着贮藏时间的延长，草鱼片TVB-N含量逐渐增加，且酸性电解水处理组TVB-N含量的增加速度明显小于对照组。对照组初始TVB-N含量为12.60 mg/100 g，贮藏8 d升高到21.00 mg/100 g，而酸性电解水处理组贮藏8 d的TVB-N含量为12.60 mg/100 g，可见酸性电解水能有效抑制草鱼片TVB-N含量的增长。推测原因可能是由于酸性电解水具有明显的杀菌效果，导致细菌对非蛋白氮化合物进行氧化脱氨的还原能力减弱[28]，经酸性电解水和抗坏血酸处理的水产品研究中也报道了类似的现象[32]。

2.3 酸性电解水对草鱼片挥发性风味物质的影响

A. 贮藏0 d;B. 贮藏4 d;C. 贮藏8 d。

由图5可知，处理组和对照组草鱼片的挥发性风味物质在冷藏后期存在差异。为进一步比较酸性电解水对草鱼片中挥发性有机物质的影响，利用LAV软件选取图中待分析区域，通过Library Search定性软件进行定性分析，共检测出55 种挥发性物质，用Gallery Plot插件自动生成指纹图谱。

由图6可知，将草鱼片挥發性风味物质图谱分成A、B、C、D 4 个区域，区域A包含的物质，如2-乙基-1-己醇、环己烯-2-酮、3-辛酮、1-己醇等在整个贮藏期间均能被检测到。区域B包含的物质，如（E）-2-辛烯醛、

1-苯乙醇、2-苯乙醇等为草鱼片贮藏4 d后开始出现的挥发性物质。处理组和对照组在区域A和区域B中的挥发性风味物质种类没有明显差异。

区域C为对照组贮藏8 d后开始出现的挥发性风味物质，如丙酸、2-庚酮、2-丁酮、3-戊酮、3-甲基丁醇等，主要以酮类为主;区域D为处理组贮藏8 d后开始出现的挥发性风味物质，如正戊醛、2-戊酮、3-羟基-2-丁酮、

2-甲基丁酸、2-甲基丁醇等。区域C和D中挥发性风味物质在处理组和对照组存在明显差异。Jia Shiliang等[8]研究发现，在嗜冷菌和腐败希瓦氏菌的作用下，鱼肉中会分别产生酮类（尤其是C7～C9酮类）和含硫化合物，2-丁酮可作为鲢鱼贮藏过程中的腐败标志物。也有研究表明，烟熏鲑鱼贮藏期间酸臭味、刺激性气味的形成与热死环丝菌分解代谢产生的2-己酮和2-庚酮密切相关[33]。与对照组相比，酸性电解水处理抑制了2-丁酮、2-庚酮和3-戊酮等与腐败相关的酮类物质的产生，这可能是由于酸性电解水处理改变了微生物的菌群结构，从而产生不同的代谢产物，但具体原因需要做进一步研究讨论。

3 结 论

经过优化得到的酸性电解水对草鱼片的减菌工艺为电解水温度4 ℃、料液比1∶5（m/V）、浸泡处理5 min。在该条件下，酸性电解水处理能抑制菌落总数、优势腐败菌数量、TVB-N含量的增长，延长草鱼片货架期1～2 d。并且与对照组相比，酸性电解水处理能抑制2-丁酮和3-戊酮等腐败相关的酮类物质的产生。综上所述，酸性电解水处理可有效保持草鱼片鲜度品质，减缓风味劣变，达到延长货架期的目的。

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