養殖水體及水產品中土臭素、二甲基異莰醇的變化特征及原因初步分析

鄒劍敏　盧奇　桂源　鐘立強　宋超　陳家長

摘要： 為了探究水產品的種類和養殖時間對養殖水體及水產品中土臭素（GSM）和二甲基異莰醇（2-MIB）的影響，本研究以無錫地區不同種類水產品和養殖水體為研究對象，在5-10月份對養殖水體中GSM和2-MIB的質量濃度以及收獲時水產品中GSM和2-MIB的含量進行檢測。結果表明，水產品種類和養殖時間的變化會在一定程度上影響養殖水體中GSM和2-MIB的質量濃度，在不同水產品的養殖水體中，GSM、2-MIB質量濃度隨養殖時間推移呈現出不同的變化趨勢。在水產品中僅檢出GSM，其在蝦蟹類、四大家魚和羅非魚中的含量分別為0.45 μg/kg、0.62 μg/kg和0.94 μg/kg，生物濃縮系數分別為40.10、71.68、27.07，四大家魚富集GSM能力最強，說明水產品的種類會影響水產品中GSM的含量。

關鍵字： 養殖水體;土臭素;二甲基異莰醇;水產品

中圖分類號： S912 文獻標識碼： A 文章編號： 1000-4440（2022）01-0232-07

Abstract： Some aquatic species and aquaculture water were collected in Wuxi to research the interaction between odor chemicals and aquaculture species. The levels of geosmin （GSM） and 2-methylisoborneol （2-MIB） in the samples were quantitatively analyzed. The results showed that the variety of aquatic products and the change of aquaculture time would affect the mass concentrations of GSM and 2-MIB in aquaculture water to some extent. In the aquaculture water with different aquatic species， the mass concentrations of GSM and 2-MIB showed different trends over time. Only GSM was detected in aquatic products， the contents in shrimps and crabs， four major Chinese carps and tilapia were 0.45 μg/kg， 0.62 μg/kg and 0.94 μg/kg， respectively. The four major Chinese carps had the strongest ability to enrich GSM， with the bioconcentration factors （BCF） of 71.68. This ability of shrimps and crabs （40.10） was next to it， and the tilapia （27.07） was the weakest. Aquatic species can affect GSM content in aquatic products.

Key words： aquaculture water;geosmin;2-methylisoborneol;aquatic products

淡水水產品倍受消費者喜愛，2009年中國淡水池塘養殖總產量為1.55×107 t，2018年增至2.21×107 t[1]。隨著人民生活水平的提高，水產品質量逐漸成為人們關注的焦點，淡水水產品的土腥味便是人們重視的問題之一。土腥味問題的存在，會直接影響消費者對于水產品的購買體驗，給整個養殖、加工、銷售產業鏈帶來損失。水產品土腥味是由于土腥味物質在水產動物體內累積導致的，土腥味物質由多種化學物質構成，種類繁多，以土臭素（GSM）、二甲基異莰醇（2-MIB）為主[2]。魚類等水產品中土腥味物質主要來源于養殖水體的浮游藻類和部分放線菌[3-6]。池塘養殖過程中，由于養殖密度過大、餌料殘余過多等問題導致水體富營養化，從而引發池塘水華，以藍藻為主的浮游藻類瘋長，使得養殖水體中GSM、2-MIB質量濃度升高，水體和水產品產生土腥味。在捕撈后，不合適的儲存方式也會導致土腥味物質的產生[7]。

關于養殖階段土腥味物質在水產品中的積累，主要是水產動物自身通過魚鰓、魚皮吸收以及攝食藻類等過程富集水體中的土腥味物質[8]。水產動物的種類、規格、脂肪含量[9-10]以及養殖水體溫度[9-11]等因素均會對水產動物積累水體中的土腥味物質造成影響。其中，魚類脂肪含量的增加有利于魚體積累水體中的土腥味物質。有研究結果表明，高脂肪含量的魚體中土腥味物質含量遠高于低脂肪含量的魚體，高脂肪含量魚體對2-MIB的積累能力高出低脂肪含量魚體3倍以上[7]。此外，魚體規格和土腥味物質積累能力也呈正相關。養殖水體溫度對水產動物積累土腥味物質的影響是間接性的，主要通過作用于水產動物自身代謝影響水產動物對GSM和2-MIB的吸收與代謝[12]。

本研究擬對無錫地區主要水產品養殖水體中土腥味物質GSM和2-MIB的質量濃度進行測定，同時使用固相微萃取結合氣相色譜質譜分析儀（GC-MS）測定相應水產品中GSM和2-MIB的含量，探究養殖水體中主要土腥味物質質量濃度與養殖時間、養殖種類之間的關系，以期為控制養殖水體中的土腥味物質質量濃度，改善水產品品質以及保障食用安全奠定研究基礎。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

本試驗在無錫地區共設置21個（宜興市8個、江陰市5個、錫山區4個、惠山區4個）養殖水體采樣點，在21個采樣點中共采集了27個養殖池溏的樣品，具體分布情況見圖1。樣品采集時間為5月至10月（5、6月份為養殖初期，7、8月份為養殖中期，9、10月份為養殖后期），在采樣期間每月進行一次水樣采集，共計6次，水產品樣品于10月份進行采集，僅采集一次。水樣采集于玻璃采樣瓶中，頂部不留氣泡，保存在4 ℃冷藏冰箱中，并于采樣后48 h內完成測定。水產品采樣時，為保證樣品具有代表性，每種水產品均選擇規格適中且達到上市要求的樣品。采樣后，取可食用部分用錫箔紙包裹，冷凍保存于-18 ℃冰箱中，檢測前解凍并制成勻漿。

1.2 樣品前處理

1.2.1 水樣 參考Zhu等[13]的方法，按照水鹽比5∶1的比例將2 g氯化鈉加入待測水樣中，定容到10 ml，定容后移入頂空固相微萃取15 ml小瓶中，加入磁力攪拌子，放置于磁力攪拌器上，設置攪拌速度1 200 r/min，溫度控制在60 ℃，萃取時間30 min，結束后立即將萃取纖維插進氣相質譜進樣口進行解吸，然后進行GC-MS分析。

1.2.2 水產品樣品 準確稱取10 g水產品樣品勻漿，置于圓底蒸餾燒瓶中，加入10 ml純水并混勻。然后進行微波蒸餾，于尾部玻璃瓶中加入200 ml純水，并置于冰水浴中。用微波爐進行加熱，載氣為氮氣，控制流速為60 ml/min，冷凝循環水溫度控制在5 ℃以下，微波功率控制在400 W，蒸餾時間6 min。蒸餾結束后用純水沖洗蛇形冷凝管，達到完全收集附著在管壁上的目標物的目的。最后用250 ml容量瓶對終端玻璃瓶中收集的溶液進行定容。收集的溶液按材料與方法1.2.1中水樣前處理的方法進行分析，再經換算得到水產品中GSM和2-MIB的含量。

1.3 GC-MS分析條件

1.3.1 色譜分析 色譜分析條件為：DB-5MS色譜柱（30.00 m×0.25 mm×0.50 μm）。升溫程序：起始溫度50 ℃，保持1 min，以10 ℃/min的速率升溫至200 ℃，保持1 min，以20 ℃/min的速率升溫至220 ℃，保持1 min。進樣模式為不分流，進樣口溫度250 ℃，進樣口壓力為52.54 kPa，總流量為44 ml/min，載氣為氦氣（He）。

1.3.2 質譜分析 質譜分析條件為：電子電離源（EI），離子化能量為70 eV，離子源溫度為230 ℃，MS四極桿溫度為150 ℃，傳輸線溫度為250 ℃，溶劑延遲5 min，掃描模式選擇離子檢測（表1）。

1.4 數據分析

試驗所得數據通過SPSS 23.0軟件進行單因素ANOVA檢驗，用平均值±標準差的形式表示統計結果，并進行顯著性分析。圖、表用Excel工具制作。

2 結果與分析

2.1 水樣檢測結果

將27個池塘根據養殖水產品種類分為3大類，即蝦蟹類、四大家魚[青魚（My lopharyngodon piceus）、草魚（Ctenopharyngodonidellus）、鰱魚（Hypophthalmichthysmolitrix）、鳙魚（Aristichthys nobilis）]和羅非魚。3種類型的養殖水體中GSM和2-MIB的質量濃度測定結果（圖2、圖3）表明，5-7月份3類養殖水體中均未檢出2-MIB，而GSM則在整個采樣期均有檢出。在檢出的樣品中，GSM的質量濃度為9.45～60.99 ng/L，而2-MIB的質量濃度為1.74～108.46 ng/L。

2.2 養殖水體中GSM質量濃度與養殖時間、養殖種類之間的關系

圖2顯示，在5月份到10月份，蝦蟹類養殖水體中GSM質量濃度總體呈現先升高后降低的趨勢，在7月份達到最高，GSM質量濃度為42.36 ng/L;在四大家魚養殖水體中，GSM質量濃度先降低然后保持較低水平;在羅非魚養殖水體中，GSM質量濃度則呈現從高到低再到高的趨勢。人類能夠感受到GSM土腥味的嗅覺閾值在4.00 ng/L至10.00 ng/L之間[14]，本研究所有養殖水體中GSM的質量濃度除6月份的羅非魚（9.68 ng/L）和10月份的蝦蟹類（9.45 ng/L）外，其他均高于10.00 ng/L。

對同一月份不同養殖水體中檢出的GSM質量濃度進行顯著性分析，發現5月份的蝦蟹類和四大家魚養殖水體中GSM質量濃度存在顯著差異（P<0.05），即四大家魚養殖水體中GSM質量濃度顯著高于蝦蟹類養殖水體（P<0.05）;在7-9月份，蝦蟹類養殖水體中GSM質量濃度高于四大家魚和羅非魚;在10月份，羅非魚養殖水體中GSM的質量濃度高于蝦蟹類和四大家魚（P<0.05）。

2.3 養殖水體中2-MIB質量濃度與養殖時間、養殖種類之間的關系

圖3顯示，僅在8月、9月、10月的部分池塘中檢出了2-MIB，5月、6月、7月的各類養殖水體中均未檢出2-MIB。根據8-10月份的檢測結果，3類養殖水體中2-MIB的質量濃度均呈現逐月降低的趨勢，均在8月份達到最高值;在8-10月份，蝦蟹類養殖水體中2-MIB的質量濃度高于四大家魚和羅非魚，但對同一月份不同養殖水體中檢出的2-MIB質量濃度進行顯著性分析，發現三者之間卻不存在顯著性差異。

2.4 水產品中GSM和2-MIB的含量及其生物濃縮系數

在10月收獲時，對27個采樣池塘收獲的水產品進行GSM、2-MIB含量檢測。實際獲得26份樣品的檢測數據，所有樣品均檢出GSM，但2-MIB均未檢出。表2顯示，羅非魚中GSM含量高于蝦蟹類和四大家魚，含量平均值為0.94 μg/kg;人類對于水產品中GSM的嗅覺閾值為0.60 μg/kg，蝦蟹類的GSM含量平均值為0.45 μg/kg，低于閾值，四大家魚和羅非魚中GSM含量平均值高于閾值。

根據10月份養殖水體中GSM的質量濃度和水產品中GSM的含量，計算3類水產品中GSM的生物濃縮系數。表2顯示，四大家魚對GSM的富集效果高于蝦蟹類和羅非魚，這可能是因為四大家魚本身體積較大，與水體接觸面積更大。3類水產品中并未檢出2-MIB，所以3類水產品對于2-MIB的生物濃縮系數為0。說明GSM為該地區水產品中土腥味物質的主要來源。

此外，由于螃蟹獨特的生理結構以及蟹黃獨特的風味，本試驗單獨比較了蟹肉和蟹黃中GSM的含量，發現蟹黃中GSM含量平均值為0.54 μg/kg，而蟹肉中則為0.49 μg/kg，蟹黃中GSM含量略高于蟹肉，但兩者均未超出人類對于水產品中GSM的嗅覺閾值。

3 討論

3.1 養殖水體中GSM、2-MIB質量濃度與養殖時間的關系

許多學者對養殖時間與養殖水體中GSM、2-MIB質量濃度的關系進行了探究，并得到了一些結論。例如Westerhoof等[15]對于水庫的研究，發現2-MIB在天氣炎熱時有增加的趨勢;周夢海等[16]在探究羅非魚養殖模式與養殖水體中異味物質質量濃度的關系時指出，8月份養殖水體中GSM、2-MIB質量濃度達到最高。隨著養殖時間的推移，養殖水體中異味物質質量濃度會發生改變，水體中土腥味物質質量濃度變化與養殖時間變化有著一定的聯系，這種聯系實際上是由于季節和氣候變化影響外部環境，以及養殖過程中累積的殘余餌料所導致的。在一般的池塘中，隨著養殖時間的增加，尤其進入夏季后，溫度升高以及餌料殘余等原因極易導致水質環境變差，藍藻等浮游植物增加。Tung等[17]研究發現，中國臺灣Feng-Shen水庫中2-MIB的質量濃度與水溫顯著相關。此外，Uwins等[18]在對Hinze水庫進行研究時，發現GSM的質量濃度與溫度有正相關性。作為GSM和2-MIB的主要產源，藍藻的增加必然使得養殖水體土腥味等異味加重[19]。

3.2 養殖水體中GSM、2-MIB質量濃度與養殖種類的關系

在本試驗中，不同種類水產品的養殖水體中，土腥味物質GSM和2-MIB的質量濃度均存在不同程度的差異。在四大家魚和羅非魚養殖水體中，GSM和2-MIB的質量濃度變化則隨養殖時間的增加而呈現不同狀態。在四大家魚養殖水體中，GSM質量濃度先降低然后保持較低水平;在羅非魚養殖水體中，GSM質量濃度整體呈現先降低后升高的狀態;在四大家魚和羅非魚養殖水體中2-MIB質量濃度自8月份到10月份均呈持續下降狀態。對其原因進行分析，可能是在一開始投放魚苗前，池塘本身藻類含量處于較高水平，放入魚苗后，以鰱鳙為主的濾食性魚類會攝食水中的藻類[20]，從而導致水體中藻類減少，GSM和2-MIB的質量濃度下降，而后隨著魚類生長，由于羅非魚不具有四大家魚類濾食性的特點，因此羅非魚養殖水體中藻類仍會隨養殖時間增加而增加，從而導致GSM質量濃度上升，而在四大家魚養殖水體中則處于相對穩定狀態。

養殖水體中的GSM和2-MIB主要由藻類等浮游生物產生，水體中藻類的數量將直接影響GSM和2-MIB的質量濃度。在養殖不同種類的水產動物時，水產動物本身會對水體中藻類造成影響。在鰱鳙為主的四大家魚養殖水體中，當養殖魚達到一定規模時，水體中GSM和2-MIB的質量濃度較低。蝦蟹類和羅非魚養殖水體中藻類的數量在養殖過程中受影響較小，其原因可能是蝦蟹和羅非魚主要是攝食人工投喂的飼料，不會主動攝食水體中的藻類。申玉春等[21]在研究凡納濱對蝦的食物結構時發現，養殖結束后，其約97.29%的生長能量源于人工投喂飼料，藻類和浮游動物等天然餌料僅在養殖前期發揮作用。張碩等[22]研究中國對蝦后也發現，其約61.6%的能量源于人工配合飼料。

3.3 養殖水體中GSM、2-MIB質量濃度與水產品中GSM、2-MIB含量之間的關系

不同水產品對GSM和2-MIB的富集能力是不同的。在養殖中期（7、8月份），蝦蟹類養殖水體中GSM、2-MIB質量濃度高于四大家魚養殖水體和羅非魚養殖水體，7、8月份蝦蟹類養殖水體中GSM質量濃度平均值為33.76 ng/L，8月份蝦蟹類養殖水體中2-MIB質量濃度為108.46 ng/L，但10月份收獲時蝦蟹類水產品中異味物質含量低于四大家魚和羅非魚水產品。這可能是因為魚鰓的獨特性，魚鰓是富集土腥味物質的主要部位，由于魚鰓的特殊結構，能夠增強水體中土腥味物質向魚體血液中擴散，吸收時間極短，而清除則需要數天時間[23]。Peter等[24]的研究結果證實，斑點叉尾鮰在0.5 μg/L的2-MIB水溶液中僅需2 h便會出現土腥味。蝦蟹類為甲殼動物，不具有魚類的魚鰓、魚皮和鱗片，使得蝦蟹類富集土腥味物質的能力較弱。

水產品土腥味的產生主要源于水體環境的影響，水體環境中的GSM和2-MIB等土腥味物質在水產動物體內的累積則主要通過魚鰓、魚皮吸收，或隨攝食藻類進入魚體，是一個被動吸收過程[8]。水體中的GSM和2-MIB是水產品中GSM和2-MIB主要來源，所以養殖水體中GSM、2-MIB質量濃度與水產品中GSM、2-MIB含量存在一定的相關性。在本研究中，四大家魚擁有最高的生物濃縮系數，這意味著四大家魚能在GSM質量濃度較低的養殖水體中積累更多的GSM，這與徐立蒲等[25]學者在研究淡水魚池中土腥異味物質時得出的結論類似。水產品中的GSM、2-MIB含量變化與養殖水體中GSM、2-MIB質量濃度變化不同步，這種不同步可能是由GSM和2-MIB性質決定的，GSM和2-MIB能在脂肪含量豐富的組織中累積和富集，并且很難代謝出去，即使是在清水中，也需要數天乃至數十天才會出現顯著降低[26-28]。不同規格的水產品，其脂肪含量會影響土腥味物質的積累[9-10]。此外，GSM和2-MIB在水產動物體內的富集，也會導致養殖水體中GSM、2-MIB質量濃度的下降。

4 結論

無錫地區蝦蟹類、四大家魚、羅非魚的養殖水體中土腥味物質以GSM為主，在整個養殖周期（5-10月份）均被檢出，2-MIB僅在8-10月份檢出。水產品的種類和養殖時間的變化會在一定程度上影響養殖水體中GSM和2-MIB的質量濃度，在不同水產品的養殖水體中，GSM、2-MIB質量濃度隨時間推移呈現出不同的變化趨勢。在收獲的水產品中，本試驗只檢出了GSM，蝦蟹類、四大家魚和羅非魚中GSM含量分別為0.45 μg/kg、0.62 μg/kg和0.94 μg/kg。蝦蟹類、四大家魚和羅非魚的生物濃縮系數分別為40.10、71.68、27.07，四大家魚對GSM的富集能力最強，說明水產品的種類會影響水產品中GSM的含量。

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（責任編輯：王 妮）

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