超声联合微酸性电解水处理对真空包装海鲈鱼冷藏期间品质变化的影响

蓝蔚青，张炳杰，周大鹏，莫雅娴，冯豪杰，谢 晶,*

（1.上海海洋大学食品学院，上海 201306；2.上海水产品加工及贮藏工程技术研究中心，食品科学与工程国家级实验教学示范中心（上海海洋大学），上海 201306）

海鲈鱼（Lateolabrax japonicas）又名花鲈，是我国重要的经济鱼类之一，广泛分布于大西洋和太平洋等水域，亚洲的日本海及渤海、黄海等地区为主产区。海鲈鱼味道鲜美，富含蛋白质、不饱和脂肪酸与微量元素等营养成分，深受消费者喜爱。我国于20世纪60年代开始海鲈鱼养殖，到70年代已实现批量生产。近年来，我国的海鲈鱼养殖业发展迅速，到2020年的海水养殖量已达195 246 t[1]。然而，海鲈鱼等水产品在流通过程中受微生物与内源性酶的影响，易发生腐败变质，使其品质劣变。因此，保证其产品质量、延长货架期已成为海鲈鱼产业的主要问题。

超声是一种频率高于20 kHz、超出人类听力范围的机械波，该技术具有绿色环保、高效价廉、操作简单等特性，是提高食品品质和确保食品安全而开发的新兴技术之一，现已被广泛应用于食品杀菌、腌制、嫩化、提取、干燥等方面。Wang Anran等[2]研究得出，牛肉样品用20 kHz超声处理20 min或40 min后，其肌原纤维断裂指数显著增加，并降低了Warner-Bratzler剪切力，使牛肉嫩度得到明显改善。超声在液体介质中传播时，能在液体中形成微小气泡（即空化泡），产生空化效应，被认为是超声波灭菌的主要效应[3]。Soleimanzadeh等[4]研究表明，随着振幅增加，超声对金黄色葡萄球菌的细胞壁和细胞膜破坏愈加严重，杀菌效果得到提高。超声技术作为一种非热杀菌技术被应用在食品加工过程中，利用其产生的空化效应来破坏细菌细胞结构，但单独作用时低强度下杀菌效果不明显[5]。将超声与化学杀菌剂联合使用可大幅度提升其杀菌效果[6-8]。微酸性电解水（slightly acidic electrolyzed water，SAEW）作为非热杀菌技术，由于其绿色环保、高效广谱、价格低、无污染等优势引起国内外的广泛关注[9]。现有研究认为，SAEW的杀菌作用与pH值、有效氯浓度（available chlorine concentration，ACC）、氧化还原电位（oxidation reduction potential，ORP）直接相关，其主要通过破坏微生物的细胞形态与生理生化反应，发挥抑菌作用[10]。SAEW中的有效氯成分能破坏菌体细胞膜结构，导致内容物泄漏[11]；其还通过抑制部分氧化酶的作用，造成细胞活性氧（reactive oxygen species，ROS）积累，破坏胞内核酸、蛋白质及脂质等，促进细胞死亡。其中，Liao Xinyu等[12]研究表明，SAEW作为解冻介质时，能有效灭活牛肉中的微生物，较好地减轻牛肉脂肪和蛋白质的氧化；Xuan Xiaoting等[13]利用SAEW冰贮存鱿鱼，发现其能抑制过氧化值（peroxide value，POV）的增加，保持样品相对较低的硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）值，体现了其抗氧化作用；向雅芳等[14]用SAEW对鲈鱼片进行杀菌研究，结果表明，SAEW杀菌作用良好，能有效降低样品中的微生物数。而超声结合SAEW处理对真空包装海鲈鱼冷藏期间水分迁移、脂肪氧化及品质特性变化影响研究还鲜见报道。

本实验以海鲈鱼为研究对象，利用超声协同SAEW处理鱼片，并将其真空包装后置于4 ℃冷藏。通过对样品在贮藏期间的微生物数（菌落总数、嗜冷菌数）、理化指标（pH值、挥发性盐基氮（total volatile base nitrogen，TVB-N）含量、水分与脂肪氧化指标）进行测定，综合评价超声协同SAEW处理对海鲈鱼水分迁移、脂肪氧化及品质变化影响，以期为拓展海鲈鱼的保鲜技术提供新思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鲜活海鲈鱼购于上海市浦东港城农工商超市，选择体长（300±10）mm、体质量（500±50）g的样品，保持鲜活状态30 min内运至实验室。

平板计数琼脂（plate count agar，PCA） 青岛海博生物技术有限公司；轻质氧化镁、三氯乙酸、硫代巴比妥酸、冰乙酸、三氯甲烷、碘化钾、可溶性淀粉、石油醚、氯化钠、盐酸等（均为分析纯） 上海国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

KQ-300DE型超声波清洗器 昆山市超声仪器公司；FX-SWS100型SAEW生成器 烟台方心水处理公司；RC-3F型高浓度有效氯测定仪 日本笠原理化工业株式会社；NMI20-060H-I型低场核磁共振（low field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）分析仪 苏州纽迈分析仪器公司；H-2050R型冷冻离心机 湖南湘仪实验室仪器公司；FE20型pH/ORP计 上海而立环保科技公司；LS-3750型灭菌锅 日本SANYO公司；FOSS8400型凯氏定氮仪 丹麦FOSS公司。

1.3 方法

1.3.1 SAEW制备

通过SAEW生成器电解体积分数9.0% HCl溶液生产SAEW，用pH/ORP计、高浓度有效氯测定仪测定得到SAEW的pH值、ORP与ACC分别为（6.35±0.04）、（861.60±12.35）mV与（30.00±1.54）mg/L。

1.3.2 原料处理

将鲜活海鲈鱼碎冰猝死，由中部切开、去内脏、冲洗沥干，随机分为4 组。分别使用无菌水、超声（20 kHz、600 W）、SAEW、超声联合SAEW处理10 min，依次命名为对照组、US组、SAEW组、US＋SAEW组。将样品处理后取出沥干，真空包装后于4 ℃冰箱中贮藏，每3 d进行相关指标测定。

1.3.3 微生物指标测定

微生物指标测定参照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》[15]。将样品用生理盐水1∶9（m/V）稀释、均质后，10 倍系列稀释。选择2～3 个适宜稀释度加入PCA琼脂培养基，待琼脂凝固后，将培养皿反转，并在相应条件下培养。菌落总数在30 ℃培养48 h后计数，嗜冷菌数在7 ℃培养240 h后计数，结果均以lg（CFU/g）表示。

1.3.4 pH值与总挥发性盐基氮含量测定

pH值参考GB 5009.237—2016《食品安全国家标准 食品pH值的测定》[16]测定，取5 g鱼肉样品与蒸馏水按质量比1∶9混合，静置30 min后用pH计测定。TVB-N含量参照GB 5009.228—2016《食品安全国家标准 食品中挥发性盐基氮的测定》[17]进行测定。

1.3.5 水分迁移相关指标测定

参考廖媛媛等[18]的方法用LF-NMR分析仪测定样品的横向弛豫时间（T2）和水分分布。磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）采用核磁共振成像仪测定鱼肉的质子密度图谱，将样品放入核磁管中，在核磁共振成像仪中分析。最终的鱼肉质子密度图谱由8 次扫描重复累加所得，质子密度图统一进行映射、伪彩处理。

1.3.6 持水力测定

取5 g样品，称量其初始质量（m1/g），用滤纸包裹后10 000 r/min离心15 min，称质量（m2/g），每组样品3 次平行测定。按下式计算持水力。

1.3.7 TBA值与POV测定

TBA值参照GB 5009.181—2016《食品安全国家标准 食品中丙二醛的测定》[19]进行测定，结果以每千克鱼肉中的丙二醛质量计，单位为mg/kg。POV参照GB 5009.227—2016《食品安全国家标准 食品中过氧化值的测定》[20]进行测定。

1.3.8 游离脂肪酸含量测定

参考Pereira de Abreu等[21]的方法测定海鲈鱼脂肪提取物中游离脂肪酸（free fatty acids，FFA）含量。取适量样品置于试管中，加入5 mL苯溶解，振荡1 min后加入1 mL铜试剂（体积分数5%乙酸铜溶液，用吡啶调pH值至6.1），振荡2 min，静置10 min后取上层有机相，于715 nm波长处测定吸光度，以油酸为对照样品绘制标准曲线，计算样品的游离脂肪酸含量，结果以每100 g脂质中所含的FFA质量表示，单位为g/100 g。

1.4 数据处理与分析

所有实验设定3 次平行，结果以平均值±标准差表示。采用SPSS软件对数据进行均值和标准差统计，并进行多重比较分析显著性（P＜0.05为显著性差异），使用Origin软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同处理方式对海鲈鱼菌落总数与嗜冷菌数的影响

鱼肉的腐败程度与微生物的生长情况密切相关，微生物活动导致鱼肉蛋白质和氨基酸发生分解代谢。由图1A可知，对照组样品贮藏初期的菌落总数为（3.11±0.30）（lg（CFU/g）），表明样品新鲜；在贮藏过程中，对照组鱼肉样品的菌落总数比其他3 组样品增长更快，其在第12天超过了7.00（lg（CFU/g））。测定鱼类微生物时，菌落总数超过7.0（lg（CFU/g））被视为“腐败”[22-23]。此外，US＋SAEW组样品的菌落总数增长趋势较其他组缓慢，其在第18天的菌落总数为（7.02±0.13）（lg（CFU/g）），达到腐败限值。样品冷藏期间的嗜冷菌数变化（图1B）与菌落总数相似，处理组嗜冷菌数量较对照组少且增长缓慢，其中US＋SAEW处理效果最佳。该结果表明，与对照组相比，US＋SAEW处理10 min可使真空包装海鲈鱼的冷藏货架期至少延长6 d。迟媛等[5]研究发现超声协同次氯酸钠溶液可有效杀灭大肠杆菌、考克氏菌和枯草芽孢杆菌，与本研究结果相似。超声处理可提高SAEW的杀菌效果，可能由于二者具有协同作用，超声的空化作用破坏了微生物的生物被膜结构，使菌体细胞通透性增加，细胞内容物加速泄漏，同时增加了SAEW与菌体的作用面积[24]。

图1 不同处理方式对真空包装海鲈鱼冷藏期间菌落总数（A）与嗜冷菌数（B）变化的影响Fig. 1 Effects of different treatments on the changes in TVC (A) and PC (B)in vacuum-packed Lateolabrax japonicas during refrigerated storage

2.2 不同处理方式对海鲈鱼pH值与TVB-N含量的影响

pH值是评价水产品品质的重要指标之一，鱼类贮藏过程中的生化反应与微生物生长可改变鱼类的pH值。由图2A可知，贮藏过程中，所有鱼肉样品的pH值均呈先降后升的变化趋势。这是由于贮藏前期，鱼肉发生无氧糖酵解，导致pH值有所降低[25]；随着贮藏时间的延长，在酶与微生物的共同作用下，其蛋白质等含氮物质等会降解生成一些氨、胺类碱性物质，导致pH值逐渐上升[26-27]。在第9天时，对照组样品的pH值升至7.21±0.02，高于其他处理组。结果表明，US、SAEW、US＋SAEW 3 种处理均可抑制鱼肉pH值增长，减缓其腐败速率。该结果与周大鹏[28]、Yan Wen[29]等的研究结果相同。

TVB-N含量是评价水产品新鲜度的重要指标，其与蛋白质和氨基酸等含氮化合物的降解有关[30]。GB/T 18108—2019《鲜海水鱼通则》[31]规定TVB-N含量＜15 mg/100 g为优级品，15 mg/100 g≤TVB-N含量＜30 mg/100 g为合格品。如图2B所示，海鲈鱼的初始TVB-N含量为（9.02±1.33）mg/100 g。贮藏前期，各组鱼样的TVB-N含量上升缓慢，无显著差异（P＞0.05）。而对照组样品的TVB-N含量在贮藏12 d时迅速增至（31.63±0.37）mg/100 g，超出腐败限值。贮藏12 d时，US、SAEW和US＋SAEW组样品TVB-N含量分别为（21.73±0.63）、（15.54±0.88）mg/100 g和（11.88±1.34）mg/100 g，明显低于对照组，仍在鲜度范围内。Wang Ruifei等[32]分析得出TVB-N含量与微生物生长密切相关，细菌活动使鱼肉中的蛋白质降解为挥发性含氮化合物。结果表明，超声和SAEW处理通过降低细菌活性来抑制样品TVB-N含量的升高。其中US＋SAEW处理由于协同抗菌作用，对鲈鱼冷藏过程中TVB-N产生的抑制作用最明显。

图2 不同处理方式对真空包装海鲈鱼冷藏期间pH值（A）与TVB-N含量（B）变化的影响Fig. 2 Effects of different treatments on the changes in pH (A) and TVB-N content (B) in vacuum-packed Lateolabrax japonicas during refrigerated storage

2.3 不同处理方式对海鲈鱼水分的影响

2.3.1 LF-NMR分析结果

图3 不同处理方式对真空包装海鲈鱼冷藏期间T2弛豫时间（A）与水分相对含量（B）变化的影响Fig. 3 Effects of different treatments on the changes in T2 relaxation time (A) and relative moisture content (B) in vacuum-packed Lateolabrax japonicas during refrigerated storage

图4 不同处理方式对真空包装海鲈鱼冷藏期间水分分布的影响Fig. 4 Effects of different treatments on the changes in water distribution in vacuum-packed Lateolabrax japonicas during refrigerated storage

LF-NMR是一种无损检测技术，通过测定T2弛豫时间可获得样品内部水分状态、水分分布以及水与大分子相互作用的情况。海鲈鱼样品的弛豫时间均有3 个峰，反映了海鲈鱼样品的3 种水分状态：结合水（T21，＜10 ms）、不易流动水（T22，10～100 ms）与自由水（T23，＞100 ms）。由图3A可知，随着贮藏时间延长，T22峰面积逐渐降低，说明不易流动水含量逐渐减少。结合图3B可以看出，处理组样品的T22峰面积均高于对照组，说明水分流失较对照组下降缓慢。这是由于超声与SAEW处理均能抑制微生物活性，使蛋白质的分解速率降低，减缓了水分迁移[33]。

2.3.2 MRI分析结果

MRI能直观表征鱼肉水分的空间、内部形态和分子分布。红色是质子密度高的区域，蓝色是质子密度低的区域[34]。其中水质子信号越强，即图像颜色越红，表示水分含量越高。由图4可见，在第0天时，所有样品均呈红色，说明贮藏初期海鲈鱼样品中的水分含量较高。而随着贮藏时间的延长，4 组鱼肉样品MRI的颜色均从红向蓝变化，表明样品的水分逐渐减少。且在贮藏末期（15 d）对照组MRI颜色最蓝，说明其水分流失最为严重。而US＋SAEW组对比其他3 组MRI颜色更亮，表明超声与SAEW处理能使海鲈鱼冷藏期间的水分流失减缓，从而抑制其腐败速率。

2.3.3 持水力

持水力是指样品在外力作用下保持原有水分的能力[35]，与肉品嫩度和食用品质密切相关。前人研究发现，肉品持水力与其蛋白含量呈正相关[36]。由图5可知，所有样品在冷藏过程中都存在水分损失、持水力下降的现象。新鲜样品的持水力在85%左右。各组样品在贮藏前期的持水力无显著差异（P＞0.05）；在第12天时，对照组的持水力降至62%，而US＋SAEW组仍维持在72%左右，具有较高的水分含量。这是由于鱼肉贮藏过程中的微生物作用，导致其蛋白质分解，不能与回渗水分进行水合作用，使持水力降低[37]。US、SAEW处理可减少样品中的微生物繁殖，抑制蛋白质降解，防止水分流失，保持较高的持水力。Siró等[38]发现适当频率强度的超声处理可改变肌肉组织的微观结构，提高持水性，与本研究结果相似。

图5 不同处理方式对真空包装海鲈鱼冷藏期间持水力变化的影响Fig. 5 Effects of different treatments on the changes in WHC of vacuum-packed Lateolabrax japonicas during refrigerated storage

2.4 不同处理方式对海鲈鱼脂肪氧化状况的影响

2.4.1 TBA值与POV

TBA值是判断鱼肉脂肪氧化程度的重要指标之一，已被广泛用于表征鱼肉脂肪氧化酸败程度[39]。TBA值与脂质自氧化的第二阶段有关。在这一阶段，脂质过氧化物被进一步氧化成具有不愉快气味的醛和酮类物质。由图6A可知，海鲈鱼的最初TBA值为（0.21±0.01）mg/kg，且TBA值随着贮藏时间的延长而增大，这与Wang Ruifei等[40]的研究结果一致。US＋SAEW组样品的TBA值在整个冷藏过程中始终最低，其在第12天时为（0.80±0.07）mg/kg，此时SAEW组、US组与对照组的TBA值分别为（0.81±0.06）、（1.26±0.04）、（1.57±0.04）mg/kg。US组样品TBA值高于SAEW组的原因可能是超声波空化效应引起水分子裂解，产生羟自由基（·OH），并通过后续的自由基链式反应，导致脂肪的过度氧化[41]；而SAEW能钝化脂肪酶的活性，降低水产品脂肪氧化速率[42]。结果表明，处理后的海鲈鱼在冷藏过程中的脂质氧化稳定性优于对照组，尤其在SAEW与超声联合处理后效果更显著。

图6 不同处理方式对真空包装海鲈鱼冷藏期间TBA值（A）与POV（B）变化的影响Fig. 6 Effects of different treatments on the changes in thiobarbituric acid (A) and peroxide value (B) in vacuum-packed Lateolabrax japonicas during refrigerated storage

POV是反映脂肪氧化程度的指标之一，通过检测POV可判断鱼肉样品品质优劣程度。由图6B可知，新鲜海鲈鱼的初始POV为（2.71±0.05）meq/kg，对照组在贮藏期间POV迅速增加，并在第12天达到（5.57±0.39）meq/kg。POV增加表明其脂肪氧化的进行，样品贮藏初期POV的增加归因于初级氧化产物的形成速率高于分解速率[43]。3 个处理组样品的POV也随着时间的延长而升高，但其速率远低于对照组，其中US＋SAEW组样品在第18天的POV为（4.06±0.07）meq/kg，远低于贮藏末期的对照组样品。

2.4.2 FFA含量

FFA含量可用于评价样品中的脂质水解程度，并可确定食品的变质程度。由图7可知，样品在第0天时的FFA含量较高，为（8.97±0.43）g/100 g，这是由于样品中多不饱和脂肪酸含量高，且易被氧化[44]。对照组样品在整个贮藏过程中的FFA含量总体上显著高于处理组，其FFA含量在贮藏前12 d迅速从（8.97±0.43）g/100 g增至（18.20±1.17）g/100 g。而US＋SAEW组样品的FFA含量增长最缓，且在贮藏第15天时达到最高，为（14.81±0.33）g/100 g。结果表明，US和SAEW处理对脂质水解有显著影响，可能由于其抑制了海鲈鱼冷藏过程中的化学反应，降低了内源酶活性，抑制FFA的形成[13,41]。

图7 不同处理方式对真空包装海鲈鱼冷藏期间FFA含量变化的影响Fig. 7 Effects of different treatments on the changes in free fatty acid content in vacuum-packed Lateolabrax japonicas during refrigerated storage

3 结 论

本实验研究了超声、微酸性电解水及超声联合微酸性电解水协同处理对真空包装海鲈鱼冷藏期间水分迁移、脂肪氧化及品质变化影响。结果表明，随着贮藏时间延长，各组样品微生物数、pH值、TVB-N含量均升高，但处理组的品质保持效果优于对照组。超声处理改善了样品的保水性，提高其持水力。微酸性电解水的杀菌及钝化脂肪酶的作用，使鱼肉的脂肪氧化速率显著降低。综合各项指标可知，超声结合微酸性电解水处理效果最佳。根据不同处理方式对海鲈鱼菌落总数与嗜冷菌数的影响结果分析，与对照组相比，超声结合微酸性电解水处理可使真空包装海鲈鱼的冷藏货架期至少延长6 d。因此，超声结合微酸性电解水前处理可有效延长海鲈鱼的贮藏货架期，本研究可为水产品冷藏保鲜的工业化应用提供新思路。