超声波协同微酸性电解水对小龙虾净化及品质的影响

孔金花，诸永志，葛庆丰，卞 欢，闫 征，刘 芳，徐为民

（1.江苏省农业科学院农产品加工研究所，江苏南京 210014；2.扬州大学食品科学与工程学院，江苏扬州 225127）

小龙虾学名克氏原螯虾（Procambarus clarkii），也称为红螯虾和淡水小龙虾，是我国重要的淡水经济虾类[1]。因其风味独特，肉质鲜美且营养价值高，备受广大消费者青睐[2]。小龙虾水分和蛋白质的含量丰富，同时内源酶活性高，且因其生活环境导致自身微生物杂且多[3]，因此在加工、贮藏、流通等各环节中易发生腐败变质，极大地降低了小龙虾产品的品质和商用价值。

水产品加工前的初始微生物数量直接影响了产品货架期，目前小龙虾加工过程中微生物问题是加工企业面临的技术难题[4]。减菌预处理是提高产品货架期的重要方法[5]，因此小龙虾加工前的减菌净化处理对延长产品货架期和提高产品品质具有重要的意义。小龙虾加工企业多采用气泡清洗的方式进行净化处理，但是这种方法无法高效清除小龙虾体内携带的大量微生物，因此加工后产品仍需冷冻保存，严重制约了小龙虾产业的发展。微酸性电解水是通过电解装置电解稀盐酸或氯化钠溶液而制得的一种新型的非热杀菌剂。因其广谱高效、制作简单、成本低，而且安全无毒，现已广泛应用于水产品加工中[6−7]。微酸性电解水作为新型的减菌剂，对食品的消毒以及减菌保鲜都有很好的效果[8−9]。微酸性电解水的杀菌作用主要来自于有效氯，有效氯通过破坏细胞壁和细胞膜杀灭病原菌[10−11]。有效氯不仅可以杀灭细菌，而且对芽孢孢子具有杀灭能力[12−13]。超声波是超出人耳听觉范围，频率在20 kHz 以上的声波。超声波在清洗液中传播时，形成空化气泡，气泡闭合时会对周围物体产生强大的冲击力，使得物体的污物分散到清洗液中，起到很好的清洗作用。超声波清洗技术已广泛应用于医疗行业、电子行业、轻纺行业等各个领域[14]。超声辅助冷冻可以有效提高鸡胸肉肌原纤维蛋白的乳化稳定性[15]。超声对蛋清进行改性后可以有效提高蛋清粉的速溶性能[16]。小龙虾因其生长环境导致其表面带有大量泥沙，不利于后期加工。超声波的高效清洗作用可以有效去除小龙虾所携带的泥沙。

微酸性电解水在水产品中的应用主要是对虾仁、鱼等进行贮藏前的减菌处理[17]，而超声波协同微酸性电解水技术对小龙虾进行活体净化尚未有研究报道。本文以小龙虾为研究对象，从加工生产实际出发，运用超声协同微酸性电解水对其进行加工前的活体净化处理，并探究了超声协同微酸性电解水净化工艺对小龙虾品质的影响，旨在完善小龙虾净化处理技术和工艺流程，为制定标准化的小龙虾净化工艺提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

小龙虾 购于南京集庆门水产批发市场，剔除死虾后取鲜活小龙虾，重量为（25±3.00）g；氯化钠分析纯，广东光华科技股份有限公司；硫酸 分析纯，南京化学试剂股份有限公司；平板计数琼脂 北京奥博星生物技术有限责任公司；其他所有试剂 均为分析纯。

DGG-9023A 电热鼓风干燥箱 上海森信实验仪器有限公司；SZF-06A 粗脂肪测定仪 上海新嘉电子有限公司；HH-8 数显恒温水浴锅 国华电器有限公司；H196771 余氯测试仪 意大利哈纳；CR-400 色度仪 上海亚荣生化仪器厂；FE28 pH 计 梅特勒-托利多仪器有限公司；ZEALWAY 高压灭菌锅

致微仪器有限公司；XZ-0101 浊度计 上海锆仪电子科技有限公司；HD-240L 水神次氯酸发生器旺旺集团有限公司；KQ-100DE 数控超声波清洗器

昆山市超声仪器有限公司；TMS-TOUCH 质构仪

美国 FTC；MR23 低场核磁共振仪 苏州纽迈电子科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 微酸性电解水的制备 微酸性电解水由“水神”次氯酸水发生器制备生成。自来水为原水，电解液（出厂配置）的主要成分为6%的分析纯盐酸与1%氯化钠混合化合物。设备接通电源后，打开自来水阀门，触摸模板电源开关，出水即为微酸性电解水。水样采集后立即使用，初始浓度为60 mg/L（出厂配置），低质量浓度的微酸性电解水使用自来水进行稀释配置。有效氯质量浓度采用余氯测试仪进行检测。

1.2.2 小龙虾净化方法

1.2.2.1 微酸性电解水减菌处理 在室温（25±2）℃下，将鲜活小龙虾放置在一定浓度的微酸性电解水中进行吐污减菌，虾水比为1:8（w/v）。电解水处理小龙虾的目的是杀灭小龙虾所携带的微生物，因此以菌落总数和芽孢总数为指标评价减菌效果，分析微酸性电解水的有效氯质量浓度和减菌时间对小龙虾减菌效果的影响，得出适宜的有效氯质量浓度和减菌时间。

1.2.2.2 超声波清洗处理 将鲜活小龙虾放置在一定浓度的微酸性电解水中进行超声清洗处理，超声过程中液体保持（25±2）℃，虾水比为1:8（w/v）。超声波清洗小龙虾目的是去除小龙虾表面及鳃部所携带污泥，同时小龙虾净化处理过程必须保持鲜活状态（生产加工所需），因此以小龙虾的存活率和清洗液浊度为指标评价清洗效果，得出适宜的超声波功率。

1.2.2.3 气泡清洗处理 在室温（25±2）℃下，将鲜活小龙虾放置在自来水中进行吐污清洗一定的时间，虾水比为1:8（w/v）。自来水装有氧气泵，使自来水中有气泡产生，保持小龙虾处于气泡清洗状态。以清洗后小龙虾的菌落总数和清洗液浊度为指标评价清洗效果。

1.2.3 超声波协同微酸性电解水净化工艺优化实验

1.2.3.1 不同有效氯质量浓度对小龙虾减菌效果的影响 使用微酸性电解水对小龙虾进行浸泡吐污减菌30 min，虾水比为1:8（w/v），电解水有效氯质量浓度为20、30、40、50、60 mg/L，测定处理后小龙虾的菌落总数和芽孢总数，确定微酸性电解水最佳减菌浓度。

1.2.3.2 处理时间对小龙虾减菌效果的影响 根据1.2.3.1 的结果，使用有效氯质量浓度为60 mg/L 的微酸性电解水对小龙虾进行吐污减菌，比较不同浸泡时间：10、20、30、40、50、60 min，测定处理后小龙虾的菌落总数和芽孢总数，确定适宜的减菌时间。

1.2.3.3 超声波对小龙虾的清洗效果的影响 在预实验基础上，选择超声波功率40、50、60、70 W 对小龙虾超声清洗，处理时间依据1.2.3.2 的结果，根据处理后小龙虾的存活率和清洗液的浊度，得出适宜的超声功率。

1.2.4 超声波协同微酸性电解水的净化工艺与车间现用工艺对比 根据单因素实验结果，将超声波技术与微酸性电解水结合使用即为最佳净化工艺。将最佳净化工艺与小龙虾车间现用的气泡清洗方式进行对比，小龙虾不进行净化处理为对照，以净化后小龙虾的菌落总数和清洗液的浊度为指标，分析评价该最佳净化工艺的净化效果。超声协同电解水工艺：超声波功率为50 W，微酸性电解水浓度为60 mg/L，处理时间: 50 min；气泡清洗方式：气泡清洗50 min。

1.2.5 指标测定

1.2.5.1 菌落总数的测定 参照GB 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》[18]。

式中：A1为处理前的菌落数，CFU/g；A2为处理后菌落数，CFU/g。

减菌数（lg CFU/g）=处理前菌落数的对数值−处理后菌落数的对数值

1.2.5.2 芽孢总数的测定 参考张良[19]的方法，稍作修改。无菌条件下将小龙虾剪碎，取25 g 至于无菌瓶中，加入225 mL 无菌生理盐水，制成1:10 梯度的菌悬液。将菌悬液水浴80 ℃处理10 min，冷却到室温后取1 mL 于无菌平板中，及时倒入平板计数琼脂培养基。平板置于于37 ℃环境培养48 h 后进行芽孢菌落计数。

1.2.5.3 浊度的测定 使用蒸馏水对浊度计进行校正之后对液体进行测定，重复测定3 次，取平均值。

1.2.5.4 存活率测定 将50 只小龙虾进行微酸性电解水超声清洗处理，根据处理后小龙虾的存活数量计算存活率。

式中：A1为处理后鲜活小龙虾的数量；A2为处理前鲜活小龙虾的数量。

1.2.5.5 理化指标测定 水分测定：参照GB 5009.3-2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》[20]，采用第一法直接干燥法测定；

粗蛋白测定：参照GB 5009.5-2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》[21]，采用第一法凯式定氮法测定；

粗脂肪测定：参照GB 5009.6-2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》[22]，采用第一法索氏抽提法测定；

灰分测定：参照GB5009.4-2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》[23]，采用第一法食品中总灰分的测定；

pH 测定：参照GB5009.237-2016《食品安全国家标准 食品中pH 值的测定》[24]。

1.2.5.6 色差测定 使用校正白板（亮度值（L*）=97.41，红度值（a*）=0.05，黄度值（b*）=1.67）对色度仪进行校正，校正完成后测定小龙虾尾肉的L*、a*、b*。每个样品重复测定6 次，取平均值[25]。

1.2.5.7 质构测定 将小龙虾第2 节尾肉切成1 cm×1 cm×0.7 cm，使用质构仪进行硬度、弹性、咀嚼性等指标的测定。测试参数为：测试速率为3 mm/s, 形变量50%，探头回升样品高度10 mm。每个样品重复检测6 次，取平均值[26]。

1.2.5.8 感官评定 为了评价微酸性电解水减菌对小龙虾的感官影响，对电解水减菌后的小龙虾做感官评定。感官评定的方法参照NY/T 840-2012《绿色食品虾》[27]，将小龙虾洗净后放入100 ℃水中煮沸5 min，冷却后进行品尝，具体评价标准参照表1。感官评价人员由10 名食品专业的研究生组成，并对其进行了专业的感官评价培训。评价人员根据评分标准对小龙虾的色泽、滋味和气味进行评价，品尝每个样品前均需漱口，评价员之间不得进行交流。最终得分是10 名评价员的平均分。

表1 小龙虾感官评定表Table 1 Criteria for sensory evaluation of crayfish

1.2.5.9 低场核磁水分分布测定 取大小为1 cm×1 cm×2 cm 的小龙虾虾尾放入核磁小管中，设置仪器参数为：磁体温度为32 ℃，采样频率为100 kHz，共振频率为21 kHz，磁极间隙为3500 ms，线圈为25 mm，Tw 值为3000，NS 为16，反演迭代次数为1000000，横向弛豫时间通过Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脉冲列序测定[28]。每个样品重复检测3 次。

1.3 数据处理

采用Excel 软件和SPSS Statistics 16.0 软件对试验数据进行统计分析，采用单因素方差分析和t检验进行差异性比较，P<0.05 表示有显著性差异；采用Origin 8.5 软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 微酸性电解水对小龙虾的减菌效果

2.1.1 不同有效氯质量浓度微酸性电解水对小龙虾减菌效果的影响 由图1 可知，不同有效氯质量浓度的电解水对小龙虾具有较好的杀菌效果，且减菌效果随着电解水有效氯质量浓度的增加而增加。当有效氯质量浓度为60 mg/L 时，菌落总数和芽孢总数分别减少了1.78 lg CFU/g 和193 CFU/g，减菌率分别为98.70%、58.84%。Tantratian 等[29]使用微酸性电解水对新鲜的牡蛎进行清洗，发现杀菌效果随着有效氯质量浓度的提高逐渐增强；于福田等[30]发现微酸性电解水质量浓度越高对罗非鱼的减菌效果越好，结果与本文研究一致。因此，本文选择有效氯质量浓度为60 mg/L 的微酸性电解水对小龙虾进行活体减菌处理。

图1 不同有效氯浓度微酸性电解水对小龙虾减菌效果的影响Fig.1 Effect of slightly acidic electrolyzed water with different available chlorine concentrations on sterilization of crayfish

2.1.2 不同浸泡时间对小龙虾减菌效果的影响 有机物是影响微酸性电解水抗菌活性的重要物质，其有很强的消耗有效氯的能力[31]。在减菌过程中，小龙虾携带的污染物快速消耗微酸性电解水中的有效氯，因此减菌过程中有效氯质量浓度不断下降。由图2 可知，有效氯质量浓度随着处理时间呈下降趋势，在减菌5 min 之内有效氯质量浓度迅速下降，10 min之后有效氯质量浓度降到10 mg/L 以下。和劲松等[32]对微酸性电解水的杀菌过程进行动力学分析时，发现杀菌过程中有效氯质量浓度不断减少。因此，为保持微酸性电解水的减菌效果，在减菌过程中需要注意维持有效氯质量浓度。本文研究了不同处理时间对小龙虾减菌效果的影响，同时将有效氯质量浓度为40、60 mg/L 的电解水减菌效果进行了比较，结果见图3。

图2 减菌过程中微酸性电解水有效氯浓度的变化Fig.2 Changes in the concentration of available chlorine in slightly acidic electrolyzed water during sterilization

图3 微酸性电解水对小龙虾的减菌效果Fig.3 Effect of slightly acidic electrolyzed water on sterilization of crayfish

由图3 可知，微酸性电解水的减菌效果显著优于对照组（P<0.05）。在减菌过程中，处理时间越长减菌效果越好，处理50 min 之后，菌落总数和芽孢总数趋于平稳。处理60 min 的减菌效果与50 min 无显著性差异（P>0.05），考虑到车间成本，因此选择60 mg/L 的电解水浸泡50 min 对小龙虾进行活体减菌处理。此时菌落总数和芽孢总数分别下降了4.26 lg CFU/g、500 CFU/g, 减菌率分别为99.99%、92.61%。图3 中也可以看出微酸性电解水有效氯质量浓度越高减菌效果越好，有效氯质量浓度为60 mg/L 的电解水减菌效果显著优于40 mg/L（P<0.05），结论与2.1.1 一致。

2.2 超声波对小龙虾的清洗效果

由图4 可知，随着超声功率的增加，清洗液浊度逐渐增大，表明随着超声功率的增大清洗效果越好。由于超声波的空化作用不仅使得污渍从小龙虾表面脱落，同时对小龙虾也有很强的刺激作用，超声功率过大会导致小龙虾的死亡。实验结果表明超声功率不高于50 W 处理时，小龙虾可以保持鲜活状态，处理50 min 后存活率为100%。超声功率为60 W 时，小龙虾的存活率只有71%。虽然超声对小龙虾有很好的清洗效果，但必需保证小龙虾在净化过程中是活体状态，因此选择功率为50 W 对小龙虾进行超声波清洗处理。

图4 超声处理后清洗液浊度和小龙虾存活率的变化Fig.4 Changes in turbidity of cleaning solution and survival rate of crayfish after ultrasonic treatment

将超声波清洗技术与微酸性电解水减菌技术结合，得出小龙虾活体净化工艺为超声波功率50 W 协同有效氯质量浓度为60 mg/L 微酸性电解水对小龙虾进行50 min 净化处理。

2.3 超声波协同微酸性电解水净化工艺与气泡清洗工艺效果对比

由图5A 可知，车间现用工艺对小龙虾净化处理后菌落总数仍然有5.76 lg CFU/g。小龙虾由于虾肉纤维组织极易断裂而无法进行高温高压杀菌[33−34]，因此初始菌落的数量对小龙虾产品的货架期具有重大的影响，初始菌落越低对延长产品的货架期越有益。而50 W 功率的超声波协同质量浓度为60 mg/L 的微酸性电解水可以将小龙虾的初始菌落总数7.17 lg CFU/g 降到3.52 lg CFU/g，减菌数3.65 lg CFU/g，显著大于气泡清洗方式（P<0.05），这对小龙虾的加工生产具有重大的意义。由图5B 可知，超声波协同微酸性电解水工艺处理后芽孢总数显著低于气泡清洗组（P<0.05），这对延长小龙虾产品的货架期具有重要的意义。由图5C 可知，使用超声净化工艺后清洗液浊度181 NTU 显著大于气泡清洗工艺条件下清洗液的浊度14.78 NTU（P<0.05），因此超声处理技术对小龙虾泥沙的清除效果明显优于车间现用工艺（P<0.05）。杨振泉等[35]使用超声协同流水对小龙虾净化处理后可以使菌落总数降低1 lg CFU/g，而超声波功率50 W协同有效氯质量浓度为60 mg/L 微酸性电解水对小龙虾进行50 min 净化处理的减菌效果优于此方法。

图5 不同净化方式净化效果差异对比Fig.5 Comparison of purification effects of different purification methods for crayfish

2.4 小龙虾活体净化前后虾肉品质和营养成分变化

为了评价超声波协同微酸性电解水净化工艺是否会对小龙虾产生不良影响，将小龙虾净化前后的营养成分和品质进行了比较。由表2 可知，净化处理对小龙虾的营养成分和品质均无显著影响（P>0.05）。超声协同电解水处理对小龙虾的T2横向弛豫时间的影响如图6 所示。图中所示的3 个峰分别是小龙虾虾尾的结合水（T20）、不易流动水（T21）、自由水（T22）。由图6 可知，净化处理后小龙虾虾肉的不易流动水峰面积和弛豫时间与处理前基本一致，由此可以看出净化处理对虾肉的保水性没有产生不良影响。

表2 小龙虾净化后营养成分和品质变化Table 2 Changes in nutritional composition and quality of crayfish after purification

图6 小龙虾净化后低场核磁曲线的变化Fig.6 Low field NMR curve changes of crayfish after purification

Shiroodi 等[36]使用有效氯质量浓度为60 mg/L的微酸性电解水对鲑鱼进行处理后，发现鲑鱼的品质没有发生变化；Al-Qadiri 等[37]使用微酸性电解水对蛤和贻贝进行减菌处理后，品质无显著变化（P>0.05），与本文研究结果一致。因此该工艺既能达到减菌率99.98%，又能较好地保持小龙虾的品质，该工艺合理可行。

3 结论

微酸性电解水对小龙虾具有较好的减菌作用，微酸性电解水的有效氯质量浓度越高、减菌处理时间越长，减菌效果越好。本文在综合减菌、去污效果及不影响小龙虾存活率与品质的基础上，得出的最佳净化工艺为：超声波功率为50 W 协同60 mg/L 的微酸性电解水减菌50 min，可以将小龙虾的初始菌由7.17 lg CFU/g 降到3.52 lg CFU/g，减菌率达到99.98%。同时，该工艺条件下，小龙虾的品质能够很好的保持，因此具有良好的应用前景。