超聲聯合微酸性電解水處理對真空包裝海鱸魚冷藏期間品質變化的影響

藍蔚青，張炳杰，周大鵬，莫雅嫻，馮豪杰，謝 晶,*

（1.上海海洋大學食品學院，上海 201306；2.上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心，食品科學與工程國家級實驗教學示范中心（上海海洋大學），上海 201306）

海鱸魚（Lateolabrax japonicas）又名花鱸，是我國重要的經濟魚類之一，廣泛分布于大西洋和太平洋等水域，亞洲的日本海及渤海、黃海等地區為主產區。海鱸魚味道鮮美，富含蛋白質、不飽和脂肪酸與微量元素等營養成分，深受消費者喜愛。我國于20世紀60年代開始海鱸魚養殖，到70年代已實現批量生產。近年來，我國的海鱸魚養殖業發展迅速，到2020年的海水養殖量已達195 246 t[1]。然而，海鱸魚等水產品在流通過程中受微生物與內源性酶的影響，易發生腐敗變質，使其品質劣變。因此，保證其產品質量、延長貨架期已成為海鱸魚產業的主要問題。

超聲是一種頻率高于20 kHz、超出人類聽力范圍的機械波，該技術具有綠色環保、高效價廉、操作簡單等特性，是提高食品品質和確保食品安全而開發的新興技術之一，現已被廣泛應用于食品殺菌、腌制、嫩化、提取、干燥等方面。Wang Anran等[2]研究得出，牛肉樣品用20 kHz超聲處理20 min或40 min后，其肌原纖維斷裂指數顯著增加，并降低了Warner-Bratzler剪切力，使牛肉嫩度得到明顯改善。超聲在液體介質中傳播時，能在液體中形成微小氣泡（即空化泡），產生空化效應，被認為是超聲波滅菌的主要效應[3]。Soleimanzadeh等[4]研究表明，隨著振幅增加，超聲對金黃色葡萄球菌的細胞壁和細胞膜破壞愈加嚴重，殺菌效果得到提高。超聲技術作為一種非熱殺菌技術被應用在食品加工過程中，利用其產生的空化效應來破壞細菌細胞結構，但單獨作用時低強度下殺菌效果不明顯[5]。將超聲與化學殺菌劑聯合使用可大幅度提升其殺菌效果[6-8]。微酸性電解水（slightly acidic electrolyzed water，SAEW）作為非熱殺菌技術，由于其綠色環保、高效廣譜、價格低、無污染等優勢引起國內外的廣泛關注[9]。現有研究認為，SAEW的殺菌作用與pH值、有效氯濃度（available chlorine concentration，ACC）、氧化還原電位（oxidation reduction potential，ORP）直接相關，其主要通過破壞微生物的細胞形態與生理生化反應，發揮抑菌作用[10]。SAEW中的有效氯成分能破壞菌體細胞膜結構，導致內容物泄漏[11]；其還通過抑制部分氧化酶的作用，造成細胞活性氧（reactive oxygen species，ROS）積累，破壞胞內核酸、蛋白質及脂質等，促進細胞死亡。其中，Liao Xinyu等[12]研究表明，SAEW作為解凍介質時，能有效滅活牛肉中的微生物，較好地減輕牛肉脂肪和蛋白質的氧化；Xuan Xiaoting等[13]利用SAEW冰貯存魷魚，發現其能抑制過氧化值（peroxide value，POV）的增加，保持樣品相對較低的硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）值，體現了其抗氧化作用；向雅芳等[14]用SAEW對鱸魚片進行殺菌研究，結果表明，SAEW殺菌作用良好，能有效降低樣品中的微生物數。而超聲結合SAEW處理對真空包裝海鱸魚冷藏期間水分遷移、脂肪氧化及品質特性變化影響研究還鮮見報道。

本實驗以海鱸魚為研究對象，利用超聲協同SAEW處理魚片，并將其真空包裝后置于4 ℃冷藏。通過對樣品在貯藏期間的微生物數（菌落總數、嗜冷菌數）、理化指標（pH值、揮發性鹽基氮（total volatile base nitrogen，TVB-N）含量、水分與脂肪氧化指標）進行測定，綜合評價超聲協同SAEW處理對海鱸魚水分遷移、脂肪氧化及品質變化影響，以期為拓展海鱸魚的保鮮技術提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮活海鱸魚購于上海市浦東港城農工商超市，選擇體長（300±10）mm、體質量（500±50）g的樣品，保持鮮活狀態30 min內運至實驗室。

平板計數瓊脂（plate count agar，PCA） 青島海博生物技術有限公司；輕質氧化鎂、三氯乙酸、硫代巴比妥酸、冰乙酸、三氯甲烷、碘化鉀、可溶性淀粉、石油醚、氯化鈉、鹽酸等（均為分析純） 上海國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

KQ-300DE型超聲波清洗器 昆山市超聲儀器公司；FX-SWS100型SAEW生成器 煙臺方心水處理公司；RC-3F型高濃度有效氯測定儀 日本笠原理化工業株式會社；NMI20-060H-I型低場核磁共振（low field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）分析儀 蘇州紐邁分析儀器公司；H-2050R型冷凍離心機 湖南湘儀實驗室儀器公司；FE20型pH/ORP計 上海而立環保科技公司；LS-3750型滅菌鍋 日本SANYO公司；FOSS8400型凱氏定氮儀 丹麥FOSS公司。

1.3 方法

1.3.1 SAEW制備

通過SAEW生成器電解體積分數9.0% HCl溶液生產SAEW，用pH/ORP計、高濃度有效氯測定儀測定得到SAEW的pH值、ORP與ACC分別為（6.35±0.04）、（861.60±12.35）mV與（30.00±1.54）mg/L。

1.3.2 原料處理

將鮮活海鱸魚碎冰猝死，由中部切開、去內臟、沖洗瀝干，隨機分為4 組。分別使用無菌水、超聲（20 kHz、600 W）、SAEW、超聲聯合SAEW處理10 min，依次命名為對照組、US組、SAEW組、US＋SAEW組。將樣品處理后取出瀝干，真空包裝后于4 ℃冰箱中貯藏，每3 d進行相關指標測定。

1.3.3 微生物指標測定

微生物指標測定參照GB 4789.2—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數測定》[15]。將樣品用生理鹽水1∶9（m/V）稀釋、均質后，10 倍系列稀釋。選擇2～3 個適宜稀釋度加入PCA瓊脂培養基，待瓊脂凝固后，將培養皿反轉，并在相應條件下培養。菌落總數在30 ℃培養48 h后計數，嗜冷菌數在7 ℃培養240 h后計數，結果均以lg（CFU/g）表示。

1.3.4 pH值與總揮發性鹽基氮含量測定

pH值參考GB 5009.237—2016《食品安全國家標準 食品pH值的測定》[16]測定，取5 g魚肉樣品與蒸餾水按質量比1∶9混合，靜置30 min后用pH計測定。TVB-N含量參照GB 5009.228—2016《食品安全國家標準 食品中揮發性鹽基氮的測定》[17]進行測定。

1.3.5 水分遷移相關指標測定

參考廖媛媛等[18]的方法用LF-NMR分析儀測定樣品的橫向弛豫時間（T2）和水分分布。磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）采用核磁共振成像儀測定魚肉的質子密度圖譜，將樣品放入核磁管中，在核磁共振成像儀中分析。最終的魚肉質子密度圖譜由8 次掃描重復累加所得，質子密度圖統一進行映射、偽彩處理。

1.3.6 持水力測定

取5 g樣品，稱量其初始質量（m1/g），用濾紙包裹后10 000 r/min離心15 min，稱質量（m2/g），每組樣品3 次平行測定。按下式計算持水力。

1.3.7 TBA值與POV測定

TBA值參照GB 5009.181—2016《食品安全國家標準 食品中丙二醛的測定》[19]進行測定，結果以每千克魚肉中的丙二醛質量計，單位為mg/kg。POV參照GB 5009.227—2016《食品安全國家標準 食品中過氧化值的測定》[20]進行測定。

1.3.8 游離脂肪酸含量測定

參考Pereira de Abreu等[21]的方法測定海鱸魚脂肪提取物中游離脂肪酸（free fatty acids，FFA）含量。取適量樣品置于試管中，加入5 mL苯溶解，振蕩1 min后加入1 mL銅試劑（體積分數5%乙酸銅溶液，用吡啶調pH值至6.1），振蕩2 min，靜置10 min后取上層有機相，于715 nm波長處測定吸光度，以油酸為對照樣品繪制標準曲線，計算樣品的游離脂肪酸含量，結果以每100 g脂質中所含的FFA質量表示，單位為g/100 g。

1.4 數據處理與分析

所有實驗設定3 次平行，結果以平均值±標準差表示。采用SPSS軟件對數據進行均值和標準差統計，并進行多重比較分析顯著性（P＜0.05為顯著性差異），使用Origin軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理方式對海鱸魚菌落總數與嗜冷菌數的影響

魚肉的腐敗程度與微生物的生長情況密切相關，微生物活動導致魚肉蛋白質和氨基酸發生分解代謝。由圖1A可知，對照組樣品貯藏初期的菌落總數為（3.11±0.30）（lg（CFU/g）），表明樣品新鮮；在貯藏過程中，對照組魚肉樣品的菌落總數比其他3 組樣品增長更快，其在第12天超過了7.00（lg（CFU/g））。測定魚類微生物時，菌落總數超過7.0（lg（CFU/g））被視為“腐敗”[22-23]。此外，US＋SAEW組樣品的菌落總數增長趨勢較其他組緩慢，其在第18天的菌落總數為（7.02±0.13）（lg（CFU/g）），達到腐敗限值。樣品冷藏期間的嗜冷菌數變化（圖1B）與菌落總數相似，處理組嗜冷菌數量較對照組少且增長緩慢，其中US＋SAEW處理效果最佳。該結果表明，與對照組相比，US＋SAEW處理10 min可使真空包裝海鱸魚的冷藏貨架期至少延長6 d。遲媛等[5]研究發現超聲協同次氯酸鈉溶液可有效殺滅大腸桿菌、考克氏菌和枯草芽孢桿菌，與本研究結果相似。超聲處理可提高SAEW的殺菌效果，可能由于二者具有協同作用，超聲的空化作用破壞了微生物的生物被膜結構，使菌體細胞通透性增加，細胞內容物加速泄漏，同時增加了SAEW與菌體的作用面積[24]。

圖1 不同處理方式對真空包裝海鱸魚冷藏期間菌落總數（A）與嗜冷菌數（B）變化的影響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 不同處理方式對海鱸魚pH值與TVB-N含量的影響

pH值是評價水產品品質的重要指標之一，魚類貯藏過程中的生化反應與微生物生長可改變魚類的pH值。由圖2A可知，貯藏過程中，所有魚肉樣品的pH值均呈先降后升的變化趨勢。這是由于貯藏前期，魚肉發生無氧糖酵解，導致pH值有所降低[25]；隨著貯藏時間的延長，在酶與微生物的共同作用下，其蛋白質等含氮物質等會降解生成一些氨、胺類堿性物質，導致pH值逐漸上升[26-27]。在第9天時，對照組樣品的pH值升至7.21±0.02，高于其他處理組。結果表明，US、SAEW、US＋SAEW 3 種處理均可抑制魚肉pH值增長，減緩其腐敗速率。該結果與周大鵬[28]、Yan Wen[29]等的研究結果相同。

TVB-N含量是評價水產品新鮮度的重要指標，其與蛋白質和氨基酸等含氮化合物的降解有關[30]。GB/T 18108—2019《鮮海水魚通則》[31]規定TVB-N含量＜15 mg/100 g為優級品，15 mg/100 g≤TVB-N含量＜30 mg/100 g為合格品。如圖2B所示，海鱸魚的初始TVB-N含量為（9.02±1.33）mg/100 g。貯藏前期，各組魚樣的TVB-N含量上升緩慢，無顯著差異（P＞0.05）。而對照組樣品的TVB-N含量在貯藏12 d時迅速增至（31.63±0.37）mg/100 g，超出腐敗限值。貯藏12 d時，US、SAEW和US＋SAEW組樣品TVB-N含量分別為（21.73±0.63）、（15.54±0.88）mg/100 g和（11.88±1.34）mg/100 g，明顯低于對照組，仍在鮮度范圍內。Wang Ruifei等[32]分析得出TVB-N含量與微生物生長密切相關，細菌活動使魚肉中的蛋白質降解為揮發性含氮化合物。結果表明，超聲和SAEW處理通過降低細菌活性來抑制樣品TVB-N含量的升高。其中US＋SAEW處理由于協同抗菌作用，對鱸魚冷藏過程中TVB-N產生的抑制作用最明顯。

圖2 不同處理方式對真空包裝海鱸魚冷藏期間pH值（A）與TVB-N含量（B）變化的影響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 不同處理方式對海鱸魚水分的影響

2.3.1 LF-NMR分析結果

圖3 不同處理方式對真空包裝海鱸魚冷藏期間T2弛豫時間（A）與水分相對含量（B）變化的影響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

圖4 不同處理方式對真空包裝海鱸魚冷藏期間水分分布的影響Fig. 4 Effects of different treatments on the changes in water distribution in vacuum-packed Lateolabrax japonicas during refrigerated storage

LF-NMR是一種無損檢測技術，通過測定T2弛豫時間可獲得樣品內部水分狀態、水分分布以及水與大分子相互作用的情況。海鱸魚樣品的弛豫時間均有3 個峰，反映了海鱸魚樣品的3 種水分狀態：結合水（T21，＜10 ms）、不易流動水（T22，10～100 ms）與自由水（T23，＞100 ms）。由圖3A可知，隨著貯藏時間延長，T22峰面積逐漸降低，說明不易流動水含量逐漸減少。結合圖3B可以看出，處理組樣品的T22峰面積均高于對照組，說明水分流失較對照組下降緩慢。這是由于超聲與SAEW處理均能抑制微生物活性，使蛋白質的分解速率降低，減緩了水分遷移[33]。

2.3.2 MRI分析結果

MRI能直觀表征魚肉水分的空間、內部形態和分子分布。紅色是質子密度高的區域，藍色是質子密度低的區域[34]。其中水質子信號越強，即圖像顏色越紅，表示水分含量越高。由圖4可見，在第0天時，所有樣品均呈紅色，說明貯藏初期海鱸魚樣品中的水分含量較高。而隨著貯藏時間的延長，4 組魚肉樣品MRI的顏色均從紅向藍變化，表明樣品的水分逐漸減少。且在貯藏末期（15 d）對照組MRI顏色最藍，說明其水分流失最為嚴重。而US＋SAEW組對比其他3 組MRI顏色更亮，表明超聲與SAEW處理能使海鱸魚冷藏期間的水分流失減緩，從而抑制其腐敗速率。

2.3.3 持水力

持水力是指樣品在外力作用下保持原有水分的能力[35]，與肉品嫩度和食用品質密切相關。前人研究發現，肉品持水力與其蛋白含量呈正相關[36]。由圖5可知，所有樣品在冷藏過程中都存在水分損失、持水力下降的現象。新鮮樣品的持水力在85%左右。各組樣品在貯藏前期的持水力無顯著差異（P＞0.05）；在第12天時，對照組的持水力降至62%，而US＋SAEW組仍維持在72%左右，具有較高的水分含量。這是由于魚肉貯藏過程中的微生物作用，導致其蛋白質分解，不能與回滲水分進行水合作用，使持水力降低[37]。US、SAEW處理可減少樣品中的微生物繁殖，抑制蛋白質降解，防止水分流失，保持較高的持水力。Siró等[38]發現適當頻率強度的超聲處理可改變肌肉組織的微觀結構，提高持水性，與本研究結果相似。

圖5 不同處理方式對真空包裝海鱸魚冷藏期間持水力變化的影響Fig. 5 Effects of different treatments on the changes in WHC of vacuum-packed Lateolabrax japonicas during refrigerated storage

2.4 不同處理方式對海鱸魚脂肪氧化狀況的影響

2.4.1 TBA值與POV

TBA值是判斷魚肉脂肪氧化程度的重要指標之一，已被廣泛用于表征魚肉脂肪氧化酸敗程度[39]。TBA值與脂質自氧化的第二階段有關。在這一階段，脂質過氧化物被進一步氧化成具有不愉快氣味的醛和酮類物質。由圖6A可知，海鱸魚的最初TBA值為（0.21±0.01）mg/kg，且TBA值隨著貯藏時間的延長而增大，這與Wang Ruifei等[40]的研究結果一致。US＋SAEW組樣品的TBA值在整個冷藏過程中始終最低，其在第12天時為（0.80±0.07）mg/kg，此時SAEW組、US組與對照組的TBA值分別為（0.81±0.06）、（1.26±0.04）、（1.57±0.04）mg/kg。US組樣品TBA值高于SAEW組的原因可能是超聲波空化效應引起水分子裂解，產生羥自由基（·OH），并通過后續的自由基鏈式反應，導致脂肪的過度氧化[41]；而SAEW能鈍化脂肪酶的活性，降低水產品脂肪氧化速率[42]。結果表明，處理后的海鱸魚在冷藏過程中的脂質氧化穩定性優于對照組，尤其在SAEW與超聲聯合處理后效果更顯著。

圖6 不同處理方式對真空包裝海鱸魚冷藏期間TBA值（A）與POV（B）變化的影響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標之一，通過檢測POV可判斷魚肉樣品品質優劣程度。由圖6B可知，新鮮海鱸魚的初始POV為（2.71±0.05）meq/kg，對照組在貯藏期間POV迅速增加，并在第12天達到（5.57±0.39）meq/kg。POV增加表明其脂肪氧化的進行，樣品貯藏初期POV的增加歸因于初級氧化產物的形成速率高于分解速率[43]。3 個處理組樣品的POV也隨著時間的延長而升高，但其速率遠低于對照組，其中US＋SAEW組樣品在第18天的POV為（4.06±0.07）meq/kg，遠低于貯藏末期的對照組樣品。

2.4.2 FFA含量

FFA含量可用于評價樣品中的脂質水解程度，并可確定食品的變質程度。由圖7可知，樣品在第0天時的FFA含量較高，為（8.97±0.43）g/100 g，這是由于樣品中多不飽和脂肪酸含量高，且易被氧化[44]。對照組樣品在整個貯藏過程中的FFA含量總體上顯著高于處理組，其FFA含量在貯藏前12 d迅速從（8.97±0.43）g/100 g增至（18.20±1.17）g/100 g。而US＋SAEW組樣品的FFA含量增長最緩，且在貯藏第15天時達到最高，為（14.81±0.33）g/100 g。結果表明，US和SAEW處理對脂質水解有顯著影響，可能由于其抑制了海鱸魚冷藏過程中的化學反應，降低了內源酶活性，抑制FFA的形成[13,41]。

圖7 不同處理方式對真空包裝海鱸魚冷藏期間FFA含量變化的影響Fig. 7 Effects of different treatments on the changes in free fatty acid content in vacuum-packed Lateolabrax japonicas during refrigerated storage

3 結 論

本實驗研究了超聲、微酸性電解水及超聲聯合微酸性電解水協同處理對真空包裝海鱸魚冷藏期間水分遷移、脂肪氧化及品質變化影響。結果表明，隨著貯藏時間延長，各組樣品微生物數、pH值、TVB-N含量均升高，但處理組的品質保持效果優于對照組。超聲處理改善了樣品的保水性，提高其持水力。微酸性電解水的殺菌及鈍化脂肪酶的作用，使魚肉的脂肪氧化速率顯著降低。綜合各項指標可知，超聲結合微酸性電解水處理效果最佳。根據不同處理方式對海鱸魚菌落總數與嗜冷菌數的影響結果分析，與對照組相比，超聲結合微酸性電解水處理可使真空包裝海鱸魚的冷藏貨架期至少延長6 d。因此，超聲結合微酸性電解水前處理可有效延長海鱸魚的貯藏貨架期，本研究可為水產品冷藏保鮮的工業化應用提供新思路。