循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)研究：鱸魚土腥素去除機理綜述

中圖分類號： 文獻標志碼：A

隨著全球水產養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)（Recirculating Aquaculture Systems，RAS）因其高效、環(huán)保和資源節(jié)約的優(yōu)勢，逐漸成為現(xiàn)代水產養(yǎng)殖的重要模式。然而，伴隨高密度養(yǎng)殖和水質管理難度的增加，水產品中異味物質的積累問題愈加突出，其中以土腥素（Geosmin，GSM）和2-甲基異冰片醇（2-MIB）為代表的異味物質，不僅影響魚肉品質，還嚴重制約了水產養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。尤其在鱸魚等高經濟價值的水產品養(yǎng)殖中，土腥味問題成為消費者感官接受度的重要瓶頸。因此，研究土腥素的產生機理及其在魚體內的積累路徑，并探索高效、經濟的去腥方法，具有重要的科學價值與現(xiàn)實意義。文章綜述了土腥素的來源、進入魚體的方式及其去除的主要方法，重點分析物理、化學及生物學手段在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的應用進展，為改善水產品風味和提升養(yǎng)殖效益提供理論依據(jù)與技術參考。

1土腥素的介紹

1.1 土腥素的來源

土腥素（Geosmin）的來源與水體環(huán)境的質量密切相關。良好的水質是水產品養(yǎng)殖的重要基礎，但隨著養(yǎng)殖密度的提高和環(huán)境條件的變化，水質惡化問題日益突出。特別是在富營養(yǎng)化的水體中，大量藍藻、綠藻等藻類迅速繁殖。藻類生長的高峰期通常伴隨著其代謝活性增強，這種代謝活動雖然能夠維持水體生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，但過度繁殖的藻類會在養(yǎng)殖環(huán)境中積累，最終因資源耗盡或環(huán)境壓力而大規(guī)模死亡。

藍藻的死亡會釋放出細胞內的有機物質，其中土腥素（Geosmin）和2-甲基異冰片醇（MIB）是造成水產品土腥味的主要化學物質。這些物質主要是由藍藻和放線菌等微生物在代謝過程中合成的。藍藻死亡后，其胞內的土腥素和MIB通過細胞裂解釋放到水體中，并進一步擴散到水域及底泥中，形成養(yǎng)殖環(huán)境中的“腥源”。研究表明，這種釋放過程受水體的溫度、溶解氧和 pH 值等因素的影響。例如，水溫升高和低溶解氧條件下，土腥素的釋放和擴散更加顯著[1]。此外，土腥素的生成還受到水體流動性和透明度等因素的制約，流動性較差的水體更容易積累這些物質，從而加劇土腥味問題[2]

值得注意的是，土腥素和MIB的感官閾值極低，土腥素僅需 ，即可被人類感知[3]。這使得即使在極低濃度下，這些物質也會通過水體直接進入魚體內，或者通過食物鏈逐步積累，從而影響魚肉品質。近年來，針對藻類死亡導致的土腥味問題，水質管理和優(yōu)化養(yǎng)殖技術成為研究的重點方向。通過控制富營養(yǎng)化、提升水體循環(huán)效率以及抑制藍藻等藻類的大規(guī)模死亡，可以有效減少土腥素的釋放，從源頭上改善水產品的風味品質。

1.2 土腥素的產生

土腥味的形成過程較為復雜，不同水產品或同一種水產品在不同部位的分布均有所不同。土腥素進入魚體的主要途徑有兩種：

第一種途徑是直接吸收，鱸魚（Lateolabrax japonicus，日本真鱸）通過鰓或皮膚從水體中吸收土腥素。當藻類等微生物代謝釋放出土腥素后，土腥素溶解在水體中并被鱸魚直接吸收，隨后進入脂肪含量較高的魚肉組織中。

第二種途徑是間接攝取，鱸魚通過食物鏈捕食含有土腥素的植物性或動物性食物，如浮游藻類或底棲動物。這些含有土腥素的食物被鱸魚攝人后，王腥素首先在消化道中經過分解與釋放，然后進入魚肉組織，尤其是脂肪含量較高的部位，如魚皮和內臟。研究表明，魚體內土腥味的分布與魚類脂肪含量具有很強的相關性。在鱸魚體內，脂肪豐富的部位如“腹部”土腥味最為明顯，而“尾部”與“鰭部”土腥味較低。

此外，魚類的腸道黏膜層和消化液中含有藍藻和放線菌等能產生土腥素的微生物，這些微生物在消化過程中代謝生成土腥素，而腸道系統(tǒng)中的酸性環(huán)境和酶的活性可能促進其釋放，從而加劇魚肉中土腥素的積累。腸道內的細菌群落與代謝條件還可能顯著影響土腥素的吸收效率。根據(jù)相關研究，魚類腸道中菌群生成的土腥素會隨著鱸魚的代謝逐步排出體外，但仍有部分土腥素通過吸收作用進入脂肪組織，從而殘留在鱸魚肉中，造成土腥味的形成。

2土腥素去除的方法

目前，國內外針對土腥味物質（如GSM和2-MIB）降解的研究取得了顯著進展，以消除或減少循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)（RAS）中GSM、2-MIB和其他異味化合物為目標的方法包括傳統(tǒng)的吊水處理、臭氧化、高級氧化過程（AOP）、殺藻劑、活性炭吸附、沸石和超聲技術等。

2.1 物理去腥方法

2.1.1 活性炭吸附

活性炭吸附是目前處理水體中土腥味物質最為常用的物理方法之一。研究表明，活性炭因其高比表面積和豐富的微孔結構，能夠有效吸附水體中的異味化合物。例如，顆粒狀活性炭已被成功用于去除凈化水中的GSM和 。進一步的研究顯示，腐殖物質可能會與活性炭結合，導致吸附效率降低[5]。為此，MATSUIY等人[6]采用納米海綿環(huán)糊精聚氨酯作為改良吸附材料，成功實現(xiàn)了對水中GSM和MIB 99% 的高效吸附。此外，BONGT等學者[7]研究發(fā)現(xiàn)，粉末活性炭（C-PAC）因其高微孔體積和小孔孔徑，對GSM的吸附能力顯著優(yōu)于MIB，通過結合多元線性回歸和深度神經網絡模型，可以更精確地預測吸附效率，從而提升活性炭吸附技術的實際應用效果。

2.1.2 沸石吸附

沸石是一種具有微孔結構的鋁硅酸鹽材料，被廣泛研究并應用于水和廢水的凈化處理，尤其是在水產養(yǎng)殖行業(yè)中[8]。沸石因其獨特的離子交換和吸附特性，可有效去除循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的GSM和MIB等異味化合物。沸石的四面體（ ，Al）框架因鋁替代硅后產生的負電荷，需要通過堿金屬或堿土金屬陽離子進行中和[9]。根據(jù)沸石分子篩的大小和電荷密度，這些陽離子能夠與周圍水環(huán)境中的其他陽離子輕松交換。例如，穩(wěn)定的 -USY沸石復合涂層能夠同時實現(xiàn)吸附和光催化功能，用于有效去除水中的 GSM 。工業(yè)應用研究表明，沸石涂層能夠在 內將魚場循環(huán)水中初始 4nL/L 的GSM濃度降低至 ，達到 70% 的去除率[10]此外，研究者們還探索了多種改性沸石的應用，例如利用鈦氧化物涂層或結合光催化劑技術以提升異味化合物的去除效果。

2.1.3 超聲技術

超聲技術是一種利用高頻聲波引發(fā)空化效應，釋放出強烈能量和機械沖擊力，從而增強水中污染物去除效果的方法。它已廣泛應用于水處理領域，尤其在去除水中異味化合物如GSM和MIB方面表現(xiàn)出色。通過超聲波引發(fā)的空化效應，能促進水中有機物的降解、吸附材料的再生和有害物質的分解[11]。例如，WANGJing等學者[12]研究表明，超聲波可以顯著提高活性炭的吸附效率，并且增強其表面吸附性能，有助于去除水中的有機污染物。此外，DUKKANCI 表明，超聲波能夠有效降解水中的復雜有機污染物，特別是在短時間內去除臭味化合物。因此，超聲技術作為一種高效、環(huán)保的水處理方法，具有廣泛的應用潛力，特別是在水產養(yǎng)殖和飲用水處理領域。

2.2化學去腥方法

2.2.1 殺藻劑

殺藻劑是一種常用的控制藻類生長并去除水中異味物質的方法。研究表明，某些化學殺藻劑能夠有效去除水中的GSM和2-MIB等土腥味物質。BAIMindong等學者[14]比較了羥基自由基 （OH）"（2和次氯酸鈉（NaCIO）的藻類團滅活和GSM降解效果，結果顯示，羥基自由基在 20s 內將GSM濃度降至低于 ，而NaClO需 才略微降解GSM。HAMMONDD等學者[15]評估了酸穩(wěn)定的銅基鋁殺藻劑EarthTec對GSM的去除效果，發(fā)現(xiàn)其通過降低pH 值促使GSM轉化為無臭的脫水產物，大幅提升了去除效率。

2.2.2 高級氧化反應（AOP）

高級氧化反應（AOP）通過生成高度反應性自由基（如·OH）來降解水中的有機污染物。MENGTan等學者[16]研究了UV光催化與AOP的結合，發(fā)現(xiàn)紫外線（UV）能有效激發(fā)化學反應，在光反應器內壁反射的條件下，快速降解水中的GSM和2-MIB。KROPPR等學者[17]提出一種新型的Exciton高級氧化工藝（ eAOP）"，通過光催化、紫外光解及電解等多種機制協(xié)同作用，在 內幾乎完全去除了商業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中GSM和MIB，并將大西洋鮭魚的凈化時間縮短了 40% 。近年來，AOP在去除土腥味物質方面的應用得到廣泛關注，其能夠有效地降解水中的有機異味化合物。

2.2.3 UV紫外線

UV紫外線是一種成熟的水處理技術，廣泛應用于去除水中的有機污染物和異味物質。研究表明，UV技術能夠有效降解水中的土腥味物質，如GSM和2-MIB。

1）低壓UV紫外線

低壓UV是一種常用的紫外線水處理技術，通常應用于小型或中型水處理系統(tǒng)，其波長固定在254nm ，可高效滅活水體中的微生物，同時對部分有機污染物具有顯著的降解效果。SALEHIA等學者[18]研究表明，農藥的高效去除需依賴多技術耦合策略，其中低壓UV技術作為物理化學處理單元，與生物降解或吸附工藝聯(lián)用時，可通過光解產物的生物相容性轉化或中間產物截留，效果尤為顯著。SANCHESS等學者[19進一步探討了低壓UV光解和高級氧化工藝（AOPs）在優(yōu)先控制農藥中的作用，實驗結果顯示，這些技術在處理優(yōu)先控制農藥方面具有良好的效果，能夠顯著提高飲用水水質。WATTSMJ等學者[20]則提出，低壓UV結合氯氣（ ）的高級氧化工藝能夠有效去除水體中的土腥味化合物（如2-MIB和GSM），在短時間內顯著改善水體的味道和氣味品質。因此，低壓UV技術不僅適用于水體消毒，還具有廣泛的有機污染物去除潛力，為飲用水和廢水處理提供了高效、經濟的解決方案。

2）中壓UV紫外線

中壓UV技術的光譜范圍覆蓋 200nm～300 nm，具有較高的功率輸出，比低壓UV更適合大規(guī)模的水處理應用，如市政供水和工業(yè)廢水處理。研究表明，中壓UV不僅在水消毒方面具有顯著效果，還能有效降解水中的復雜有機污染物。EDRIL等學者[21]研究了中壓UV與硝酸鹽（ ）聯(lián)合使用時對地下水有機污染物降解的預測結果，發(fā)現(xiàn)該技術能夠顯著提高污染物的降解效率。LOUFei等學者[22]則探討了UV與過硫酸鹽聯(lián)合使用對有機污染物的降解效果，研究指出中壓UV光源能夠在不同條件下促進過硫酸鹽的活化，從而顯著提高有機污染物的去除率，尤其是在磷酸鹽緩沖液的作用下，降解效果更為顯著。中壓UV的廣泛適應性、高效性以及對復雜水質的處理能力，使其在現(xiàn)代水處理領域中扮演著重要的角色，尤其在處理有機污染物和提高水體質量方面展現(xiàn)了巨大的潛力。

3）高壓UV紫外線

高壓UV技術具有廣泛的光譜范圍（ 160nm～ ）和強大的紫外線輻射能力，因此能夠有效降解復雜的有機污染物，尤其在去除水中的土腥味物質如geosmin方面表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。HUANGXia-oling等學者[23]提出，UV輔助光電化學（PEC）技術結合了紫外線照射和電化學反應的優(yōu)勢，能夠在25min 內將GSM和2-MIB的降解率分別提高至96% 和 95% 。該技術在較短時間內顯著提高了降解效率，具有較高的應用潛力。此外，UV技術在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)（RAS）中的應用也得到了廣泛探討。DAHLESW等學者[24]研究發(fā)現(xiàn)，紫外線照射能夠有效控制水中微生物群落，從而保障大西洋鮭魚（Salmosalar）的健康生長，并顯著降低水體中的異味化合物濃度。SUMMERFELTST等學者[25]提出，紫外線照射與臭氧化聯(lián)合使用，在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中能夠實現(xiàn)完整的水流消毒效果，顯著提升水質并去除異味物質。

2.2.4臭氧 + 納米氣泡

臭氧是一種強效的水處理劑，常用于提高水質、消毒和改善水產養(yǎng)殖系統(tǒng)的運營效率。作為一種強氧化劑，臭氧能夠迅速與非生物降解的溶解有機物（DOM）反應，將其轉化為更易生物降解的分子，同時具有殺菌、殺寄生蟲及殺病毒的特性。在水中，臭氧通過兩種途徑發(fā)揮作用：直接與目標分子反應，或通過分解產物（如羥基自由基）與目標分子非選擇性反應。

在水產養(yǎng)殖領域，臭氧被廣泛應用于進水處理、循環(huán)水處理及廢水控制。研究表明，臭氧可顯著改善水質指標，如清澈度、紫外透明度以及混凝和過濾效果，同時能促進硝化作用和蛋白質降解過程[26]。此外，臭氧在進水中應用能夠有效減少病原體，去除懸浮固體及溶解態(tài)有機物，同時增加水體中的溶解氧。

在特定應用中，例如藍藻暴發(fā)和異味控制，XUHangzhou等學者[27]研究了預臭氧化與后續(xù)過氧化工藝的結合，證明了其在處理藍藻及去除異味化合物（如2-MIB和GSM）中的顯著效果。SCHRADERKK等學者[28]也指出，在RAS系統(tǒng)中，連續(xù)添加低劑量臭氧（小于 1μg/L"）能夠減少異養(yǎng)細菌的數(shù)量，但對GSM和MIB的去除效果有限。相比之下，高劑量臭氧（大于 7mg/L ）則能夠去除超過 95% 的異味化合物[29]，不過可能伴隨高成本及風險，如對魚類的鰓和組織造成損傷。

此外，臭氧與微納米氣泡技術的結合展示出更優(yōu)的去除能力。ZHAOZiang等學者[30]對臭氧與微納米氣泡聯(lián)合去除2-MIB的方法進行了研究，結果表明，預臭氧化結合過氧化工藝能夠顯著提高混凝效率并完全降解溶解態(tài)2-MIB。SOYLUOGLUM等學者[31]通過表面改性提升了微納米氣泡的去除效率，研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖（CTS）和十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）能顯著促進羥基自由基（·OH）的生成，從而增強土腥味物質的氧化作用。

然而，臭氧化過程可能形成一些副產物，如海水中的次溴酸（HOBr）、溴酸鹽及致癌性的醛類和羧酸。這些副產物對水體的生態(tài)系統(tǒng)和養(yǎng)殖生物具有潛在的毒性。研究表明，這些副產物可以通過活性炭過濾或紫外線輻射等方式加以去除[32]，但仍需綜合評估臭氧應用的劑量和風險，

3總結

循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中土腥素及其相關異味化合物的去除已成為制約現(xiàn)代水產養(yǎng)殖發(fā)展的關鍵挑戰(zhàn)之一。文章圍繞土腥素的來源、代謝途徑及其在魚體內的積累機制展開分析，總結了物理、化學和生物學方法在土腥味去除中的應用現(xiàn)狀和研究進展。從活性炭吸附到高級氧化技術，從微生物降解到優(yōu)化水質管理，各種技術均展現(xiàn)出不同的優(yōu)勢與局限性。未來的研究方向應聚焦于多技術集成方案的開發(fā)，例如結合物理吸附與生物降解的協(xié)同技術，或整合臭氧化與納米氣泡等新型氧化手段，進一步提升異味物質的去除效率。同時，加強對循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)生態(tài)健康的長期監(jiān)控和調控，為高品質水產品養(yǎng)殖提供全面保障。通過系統(tǒng)化和精準化的水質管理措施，能夠從根本上降低土腥素的生成與積累，為實現(xiàn)水產養(yǎng)殖業(yè)的高質量發(fā)展奠定堅實基礎。

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Research on recirculating aquaculture systems： A review of the mechanism for removing geosmin in sea bass

WANG Shuai1， WU ，XU Longquan3，YE Haixiong4 （1.ShanghaiceanUniversityhanghai23O6，China；2.hanghaiceanUniversityhanghai306，hina；.gai cean University，Shanghai ，China；4.Shanghai Ocean University，Shanghai ；China）

Abstract：With the rapid development of global aquaculture，recirculating aquaculture systems（RAS）have becomeanimportant breeding model due totheir high eficiencyand environmental friendliness.However，the accumulationofof-flavor substances inaquatic products，especially geosminand2-methylisoborneol（2-MB），seriouslyaffects thequalityoffish meat.Thisarticlereviewsthe sources of geosminand itspathways into fishbodies， andfocusesondiscusing theresearchprogressof physical，chemical，and biological methods inremovingearthy odors，includingactivated carbonadsorption，zeolite technology，algaecides，and ultravioletphotocatalysis.Italso analyzes theirapplication efectsand limitations inrecirculating aquaculture，aimingtoprovide theoretical basis and technical references for improving the flavor of aquatic productsand enhancing the benefits of aquaculture.

Keywords：recirculating aquaculture systems；geosmin；ecological aquaculture.