低压变频电场结合微冻对鲐鱼保鲜效果的影响

沈俊，吴越，尚子寒，谢超，虞舟

（1.浙江海洋大学食品与药学学院，浙江 舟山 310000；2.舟山汇丰冷藏物流发展有限公司，浙江 舟山 316002）

鲐鱼（Pneumatophorus japonicus），鲈形目，鲭科，鲐属，又名青花鱼，是典型的远洋暖水性鱼类。鲐鱼在中国的各个海域均有产出，其中以中国东海的产量最多。2018年鲐鱼捕捞量达到43万吨[1]，随着大黄鱼、小黄鱼以及带鱼资源的减少，鲐鱼现在已经成为中国主要的经济鱼类之一[2]。微冻是一种新型贮藏方式，该法采用略低于冰点的温度进行贮藏保鲜，能够在一定程度上保证食品自身品质，还能明显抑制食品中大部分微生物的生长繁殖，延长微冻产品的货架期，是一种在不同区域之间流通的新型食品保鲜方式[3-5]。现阶段对于鲐鱼保鲜的研究主要在冻鲜鲐鱼制品的贮藏以及运输过程中的品质控制方面[6-12]，在新型保鲜技术，例如低压变频电场保鲜鲐鱼等海水鱼方面鲜有研究。因此研究一种新型保鲜装置对于保证食品质量，提升经济效益具有重大意义。

目前电场保鲜装置主要分为低压静电场、高压静电场、低压变频电场、高压变频电场等，研究主要集中于果蔬、禽肉、瘦肉等方面。Hsieh等[13]、郭衍银等[14]在冬枣与胡萝卜中应用了低压静电场技术成功延长了水果的保质期。Bajgai等[15]对蔬菜水果保鲜过程进行研究也得到相似结论，低压静电场的处理能提高水果蔬菜的保质时间，营养价值和新鲜度。Zhao等[16]试验结果显示，低压静电场的处理能够提高西红柿的抗氧化能力。贾红玲等[17]发现，电场在肉制品保鲜的应用中也能起到积极的作用。Hsieh等[18]发现，通过低压静电场的处理，能够缩短冷冻鸡胸肉的解冻时间。孙芳等[19]的研究发现，相比于常温的对照组，使用低压静电场技术能够使牛肉的解冻时间明显缩短，降低汁液流失率。He等[20]认为低压静电场处理能够提高肉制品在储藏过程中的嫩度。文献[21-22]研究显示，低压静电场能明显提升冰冻鱼块的解冻速率，并且明显降低挥发性盐基氮含量。赵良等[23]研究发现，低压静电场能延长淡水鱼鱼片保质期。

低压变频电场（low-voltage variable frequency electric field）能够产生3 000、2 000 V/m的空间电场，并以50 Hz的频率进行变向。低压变频电场可以影响食品内部水分子，使之产生振动，对食品冻结解冻速率产生影响。该方法能够一定程度上明显增快食品的冻结速率，并且减少食品通过最大冰晶生成带的时间，使食品中冰晶以较小形式存在，能够明显提升食品冻藏品质。而且电场可以影响食品内部组织细胞的生物活性，为了抵消外部电场达到平衡，食品内部离子受到电场库仑力的作用发生定向转移，在食品内部形成类似反向电场的状态，能够达到延长食品货架期的目的[24-25]。关于低压变频电场对海水鱼保鲜方面研究较少。为了探究低压变频电场对鲐鱼保鲜过程中理化指标、鲜度指标的影响，本试验研究3 000、2 000 V/m频率都为50 Hz的低压电场环境下，鲐鱼水分、发性盐基氮含量、菌落总数、pH值的变化，为微冻储藏海水鱼品质控制和技术开发提供相关的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜鲐鱼：市售。每次购买质量约500 g的新鲜鲐鱼，全程无冻结情况产生。选用外观新鲜，鱼体完整，鱼鳃鲜红的鲐鱼；随机分成3组置于冷库-4℃微冻储藏并进行试验。

氧化镁、甲基红、溴甲酚绿、氯化钠（均为分析纯）：上海阿拉丁生化科技股份有限公司；平板计数琼脂：上海博微生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

电子天平（BSA6202S）：赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；pH计（PHSJ-4F）：上海仪电科学仪器股份有限公司；水分仪（SZ-GY）：深圳冠亚水分仪科技有限公司；凯氏定氮仪（海能K9840）：山东海能科学仪器有限公司；高速冷冻离心机（TGL-16.5M）：上海卢湘仪离心机仪器有限公司；涡旋混合器（HEC658）：广州颂联伯图电子有限公司；净化工作台：上海力辰邦西仪器科技有限公司；低压变频电场发生装置：浙江驰力科技股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

本试验所使用的低压变频电场装置由放电板与低压变频电场发生装置组成，放电板在试验冷库中产生稳定的低压变频电场，食品物料不与放电板进行直接接触，输出电压为3 000 V或2 000 V频率为50 Hz。

将21条鲐鱼随机平均分成3组，使用透明聚乙烯包装袋进行包装，分别在3 000 V/m 50 Hz、2 000 V/m 50 Hz与不施加低压变频电场的条件下进行储藏，鱼体距离电场板均为15 cm。

将鲐鱼放置于-4℃微冻冷库中储藏5、10、15、20 d后解冻（温度4℃），测定解冻鲐鱼的水分、pH值、挥发性盐基氮含量。

1.3.2 指标测定

1.3.2.1 水分含量测定

依据GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》[26]，结合实际进行略微修改，称取切碎的鱼肉1.0 g，使用快速水分测定仪测定。将鱼肉放置于归零的样本盘中，开启自动水分测定仪，测定结束时读取数据并记录含水量，平行测定3次，取平均值。

1.3.2.2 pH值测定

依据GB 5009.237—2016《食品安全国家标准食品pH值的测定》[27]，结合实际进行略微修改，选取10.0g鱼肉，搅碎，加入蒸馏水至100 mL，充分摇匀后室温静置30 min，取上层液体使用pH计测定pH值，测定3次并取平均值。

1.3.2.3 挥发性盐基氮含量测定

鲐鱼的挥发性盐基氮含量测定依照GB 5009.228—2016《食品安全国家标准食品中挥发性盐基氮的测定》[28]中的第二法全自动凯氏定氮仪法进行检测。准确称取10.0 g搅碎的样品，加入75 mL蒸馏水，充分振摇后常温浸渍30 min，连接到仪器之前加入1 g氧化镁，按照标准运行仪器。

1.3.2.4 菌落总数测定

鲐鱼菌落总数测定依照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》[29]进行。

1.3.2.5 肌肉组织微观结构观测

参考黄琼等[30]的方法，对肌肉组织和肌纤维进行观测，将冷冻鱼肉的样品取出后，迅速垂直于肌肉纤维切成横截面3 mm2，厚度1 mm的长方体肉柱，立刻放入电镜固定液中，在4℃下固定2 h后通过扫描电镜进行观测。

1.4 数据统计分析

本试验使用Origin2018软件进行数据处理并分析制作图片，除特殊说明外，本次试验数据结果为3次平行测定的结果，采用SPSS统计分析软件进行显著性分析，p＜0.05表示差异显著。

2 低压变频电场对鲐鱼微冻贮藏的影响

2.1 低压变频电场对水分含量的影响

不同电场强度对微冻鲐鱼保鲜中鲐鱼肌肉组织水分含量的影响如图1所示。

图1 不同处理条件对鲐鱼水分含量的影响Fig.1 Effects of different treatment conditions on water content of Pneumatophorus japonicas

鲐鱼肌肉组织的含水量比较高，含水量与蛋白质含量、蛋白质品质特性有着直接的联系，鱼体的含水量变化与贮藏环境有着直接联系，水分含量的降低会影响食品的稳定性。所以，水分含量是评价鲐鱼鲜度的重要指标之一。鲐鱼在冷冻储藏的过程中细胞汁液会流失，导致水分含量降低[31]。由图1可知，鲐鱼初始含水量为48.14%，但是随着鲐鱼贮藏时间延长，2 000 V/m电场组，3 000 V/m电场组与无电场组中所有鲐鱼含水量都逐步下降，贮藏结束时分别降低至43.67%、42.62%、44.04%。电场组水分含量下降的幅度均大于无电场组，水分含量下降可能是由于施加了低压变频电场后，鲐鱼鱼体中的水分子随着电场发生定向的振动，并对微冻情况下鲐鱼中冰晶的形成产生影响，进而影响鲐鱼在贮藏过程中水分的流失。随着电场强度的增大，水分含量降低明显，说明电场强度增大会降低贮藏过程中鲐鱼的水分含量。

2.2 低压变频电场对pH值的影响

不同电场强度对微冻鲐鱼保鲜中鲐鱼肌肉组织pH值的影响如图2所示。

图2 不同处理条件对鲐鱼pH值的影响Fig.2 Effects of different treatment conditions on pH value of Pneumatophorus japonicus

鲐鱼死亡后，组织细胞呼吸模式转变为无氧糖酵解，鱼体内的糖原开始分解产生乳酸，使鱼体肌肉组织pH值下降，但随着贮藏时间延长，鱼体内糖原消耗殆尽，蛋白质在内源酶的作用下开始分解产生氨类等碱性物质，使得鱼体pH值上升。本试验贮藏前期3组pH值的差别不明显，贮藏第10天时pH值达到最低值，说明鲐鱼保鲜过程中的乳酸产量在此时达到峰值。从第10天开始鱼体pH值开始快速上升，这与顾赛麒等[32]研究中pH值变化曲线趋势相似。第15天开始2 000 V/m，3 000 V/m的pH值趋于平缓，第20天时电场组pH值低于无电场组，而无电场组的pH值则继续上升，说明在低压变频电场的作用下有利于延缓鱼体内蛋白质的降解，阻止碱性物质继续生成，这与段伟文等[33]研究电场对水产品pH值变化趋势相似，说明电场能够在一定程度上抑制变质过程，而且随着电场强度的增大，抑制效果更加明显。

2.3 低压变频电场对挥发性盐基氮含量的影响

不同电场强度对微冻鲐鱼保鲜中挥发性盐基氮（total volatile basic nitrogen，TVBN）含量的影响如图3所示。

图3 不同处理条件对鲐鱼挥发性盐基氮值的影响Fig.3 Effects of different treatment conditions on total volatile basic nitrogen of Pneumatophorus japonicus

由于鲐鱼鱼体内的细菌与内源性酶共同对蛋白质产生作用，导致鱼肉蛋白质一定程度的分解，产生具有碱性的含氮物质，如氨及胺类等。挥发性盐基氮含量的进一步上升，说明鱼肉的氨基酸受到更为严重的破坏。本试验得出新鲜鲐鱼中的TVBN含量为10.60mg/100g，但随着贮藏时间延长，2 000 V/m电场组，3 000 V/m电场组与无电场组的TVBN含量进一步提升，电场组的上升速度比无电场组的上升速度慢，这与Barba等[34]研究结果一致。贮藏第20天时无电场组的挥发性盐基氮含量已经高达32.90 mg/100 g，电场组的TVBN含量均显著低于无电场组（p＜0.05），并且随着电场强度的增加抑制效果愈发明显。根据GB 2733—2015《食品安全国家标准鲜、冻动物性水产品》中的规定，海鱼中的TVBN含量不应超过30 mg/100 g，这表明无电场组的鲐鱼含量超标已经不可食用。据此可以推测，电场在一定程度上可以抑制鲐鱼体内酶以及细菌对蛋白质分解，减缓挥发性盐基氮的上升速率，并且电场越强，抑制效果越明显。

2.4 低压变频电场对菌落总数的影响

不同电场强度对微冻鲐鱼保鲜中菌落总数的影响如图4所示。

图4 不同处理条件对鲐鱼菌落总数的影响Fig.4 Effects of different treatment conditions on total bacterial count of Pneumatophorus japonicus

菌落总数是判断鱼鲜度的重要指标之一。从图4可以看出，整个贮藏期内鲐鱼菌落总数呈明显增长的趋势，电场组与无电场组增长趋势比较相似。鲐鱼样本最初的菌落总数值为3.95 lg（CFU/g），这主要是因为鱼体中自身携带的内源性微生物与在船舶捕捞车辆运输过程中从外界环境中接触的外源性微生物一起作用导致的。在贮藏期间电场组的菌落总数始终低于无电场组，说明低压变频电场能够对食品中部分微生物的生长繁殖起到一定抑制作用。根据GB 4789.2—2016的规定，当菌落总数值大于6 lg（CFU/g）时说明鲐鱼已经变质不可食用。3组贮藏条件下鲐鱼菌落总数均随着时间延长而增长，贮藏至第20天时2 000 V/m组菌落总数最低，为 5.84 lg（CFU/g），说明 2 000 V/m 电场对微生物的生长繁殖抑制作用比3 000 V/m电场更优，这与魏国平等[35]的研究结果相似。

2.5 低压变频电场对肌肉组织微观结构的影响

不同电场强度对微冻鲐鱼保鲜中肌肉组织微观结构的影响如图5所示。

图5 不同处理条件对鲐鱼肌肉组织微观结构的影响Fig.5 Effects of different treatment conditions on microstructure of muscle tissue of Pneumatophorus japonicus

通过观察鲐鱼肉肌纤维之间的间隙大小和肌肉纤维完整性，可以看出低压变频电场对鲐鱼长期微冻贮藏的过程中肌肉组织结构的影响。由图5可以看出，电场组肌肉组织完整，肌纤维之间的空隙较小并且均匀，鲐鱼肌肉组织整体状况良好。这可能是因为低压静电场对食品中冰晶的生长有抑制作用。Kaale等[36]认为，外接低压静电场能使水分子在平行于电场方向的时候受到外加的位能，比起其他朝向的水分子更加容易打破水冰固液界面之间的阻力，完成从水到冰晶的转变。所以不平行电场线方向的冰晶的形成在一定程度上受到抑制。由图5b可以发现，无电场组肌肉组织松散，空洞较多，肌肉组织间隙较大并且不规则。施加了低压变频电场之后，可以在一定程度上减弱冻结过程与长期微冻过程中冰晶对肌肉组织的破坏。

3 结论

低压变频电场能够在一定程度上降低鲐鱼贮藏过程中挥发性盐基氮的产生，减缓贮藏后期pH值的上升，在挥发性盐基氮含量与pH值这两个指标上3 000 V/m 50 Hz处理组效果好于2 000 V/m 50 Hz处理组，低压变频电场也能降低菌落总数，在贮藏第20天时菌落总数上2 000 V/m 50 Hz处理组好于3 000 V/m 50 Hz组。但同时也发现在电场处理下鲐鱼水分降低速度加快，并且水分降低速度随着场强增大而增大。本试验可以在一定程度上减缓鲐鱼微冻过程中的品质变化，提高安全性，提升企业的经济效益。