养殖河豚鱼的加工及河豚毒素消减技术研究概述

叶精勤,肖叶,陆亦宽,谢庆超,卢瑛*

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,上海,201306) 3(农业农村部水产品贮藏保鲜质量安全风险评估实验室,上海,201306)

河豚鱼肉质鲜美，但内脏等组织中含有剧毒河豚毒素(tetrodotoxin,TTX),是一种非蛋白类神经毒素[1],也是一种较为常见的海洋生物毒素,属于氨基全氢喹唑啉化合物,毒性极强,通过选择性阻断Na+通道,对中毒者造成神经和四肢麻痹,严重者可致呼吸衰竭甚至死亡[2]。TTX最初是由日本学者Yoshizumi Tahara从河豚鱼的卵巢中发现[3],因而命名为河豚毒素。但TTX不仅存在于河豚鱼体内,还广泛存在于蝾螈[4]、海星[5]、双壳类和腹足类[6]、斑胸鲷(Pleurobranchaeamaculata)腹足类、斑鸠[7]、螃蟹、青蛙、海蛞蝓、星鱼、蓝环章鱼、丝虫等动物体内[8]以及细菌[9]如鳗利斯顿氏菌属(Listeriaanguillarum)、不动杆菌属(Acinetobacter)[10]、假单胞菌属(Pseudomonas) 、交替单孢菌属(Alteromonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、希瓦氏菌属(Shewania)等[11]。这些动物和细菌广泛分布于太平洋、印度洋[12]、红海海域[13]和大西洋[14]的温带水域。日本、越南、中国东南沿海、意大利[15]、葡萄牙[16]、西班牙、南米格尔岛(亚速尔群岛)、摩洛哥海岸、马德拉岛和葡萄牙大陆海岸等相关水域也有存在[14]。

1 河豚鱼的食用历史和消费现状

据《山海经》中记载,我国食用河豚鱼的历史可以追溯到两千多年前的先秦时期[17],尽管那时已有因食用河豚鱼中毒的事情发生,但河豚鱼的美味依旧吸引着人们屡次冒险尝试。至唐朝时期,宫廷中开始有食用河豚鱼的记载,到了宋朝民间食用河豚之风更甚,因而还引得众多文人墨客留下诸多墨宝,如“河豚常出于春末,群游水上,食絮而肥,南人多以荻芽为羹,云最美”；“快趁两三杯,河豚欲上来”；“剩买蒌蒿荻笋,河豚已上渔舟”等等。除中国外,日本也是河豚鱼消费大国,且食用河豚鱼的历史悠久。据考古资料显示,出土文物中发现两千多年前日本绳文时代就有河豚鱼的鱼骨出现,可以推定日本至少在绳文时代就食用过河豚鱼。直到1200年前的奈良·平安时代,才开始有相关史料记载。当时丰臣秀吉出兵朝鲜,军中常发生士兵食用河豚鱼中毒死亡的事件。为了避免此类情况继续发生,丰臣秀吉在军中颁布了禁止食用河豚鱼的禁令[18]。

由于河豚鱼含有毒性,烹饪操作不规范或误食毒素含量较高的内脏组织会引起中毒,为了保证消费者的食用安全,我国从1990年开始禁止食用河豚鱼。原卫生部在1990年公布的《水产品卫生管理办法》中第三条明确规定：“河豚鱼有剧毒,不得流入市场”[19]。20世纪末,随着人工养殖河豚鱼技术的发展,人工养殖河豚鱼毒性较低甚至达到无毒水平[20]。2016年国家发布了《关于有条件放开养殖红鳍东方鲀和养殖暗纹东方鲀加工经营》的通知(农办渔[2016]53号),根据声明对符合条件的企业开放上述2个品种的河豚鱼加工经营[21]。2016年9月,中国渔业协会审批并通过了我国第一批河豚鱼养殖基地,包括辽宁、河北、山东、江苏和广州地区的12家单位通过审核。经过多年发展,我国河豚养殖业基本形成了工厂化和规模化的经营模式,养殖的河豚鱼能达到低毒甚至无毒水平。生产企业可以从养殖到餐饮实现对河豚流通的全链条监控,以确保让消费者放心食用[19]。根据2018年《中国渔业年鉴》显示2017年河豚鱼养殖产量相比2016年同比增长6.13%,达24 403 t[22]。2019年仅扬中地区日销河豚就达到10万t以上,民间每年还有以河豚为主题的烹饪餐饮比赛,赛事期间每周接待游客可达12万人次,在增加餐饮营业额的同时也带动了当地的旅游文化产业的发展[23]。

2 养殖河豚鱼的加工利用现状

自晋代开始,民间就有烹制河豚鱼的方法,最初是选用简单蒸煮的方法,后来逐渐出现添加荻芽做成的羹汤,其中以腹部的肉做得羹汤最为鲜美,称之为“西施乳”,而后又有河豚面、炖河豚、河豚酱等不同的河豚类菜肴出现[17]。自我国2016年河豚鱼有条件解禁后,河豚鱼菜品种类和式样也不断创新,如河豚饺子、河豚肝刺身等[23]。近些年来,随着食品加工行业和生物医药行业的兴起,市场上又出现了很多河豚鱼相关的深加工产品,经过精深加工的河豚鱼,售价高达数百美元,是直接出口河豚鱼的10多倍，有河豚鱼干[24]、河豚鱼肉松、河豚鱼肉丁、河豚鱼酒、河豚鱼皮、河豚鱼油、河豚鱼浓汤、河豚鱼饮品等与河豚相关的调味品和调味酱料以及功能性食品等[26-30],如表1所示。

表1 河豚鱼不同部位制成的加工产品Table 1 Processing products made from different parts of puffer fish

河豚鱼中含有丰富的挥发性气味物质,如醛、烃、芳香类以及含硫含氮化合物,还有氨基酸、核苷酸等滋味活性成分。有研究表明,100 g河豚鱼肉的鲜味强度相当于0.37 g味精产生的鲜味[25],不管是做成加工食品还是制成调味品都能充分发挥其鲜味特点。

由于以猪、牛等哺乳动物为来源的胶原蛋白易受到口蹄疫、疯牛病等多种感染性疾病的威胁,因而鱼皮等水产品的胶原蛋白是替代它们的较好来源。河豚鱼皮中胶原蛋白含量较高,提取率相较于其他动物胶原蛋白的提取率更高[26]。任俊凤[27]先将河豚鱼皮制成冻干粉末,采用盐溶液浸泡法去除非胶原蛋白杂质,然后利用水浴浸提(65 ℃,12 h)结合木瓜蛋白酶酶解法(5 000 U/g,45 ℃,2 h)制备胶原蛋白肽,该方法工艺操作简单、胶原蛋白肽得率高,提取的胶原蛋白生物活性高。以河豚鱼皮为原材料制备得到的胶原蛋白肽和胶原寡肽有很好的生理功效和加工特性,可以起到调节生物体内酶和激素的作用,改善矿物质的运输和吸收,具有抗菌、抗病毒、抗氧化、抗肿瘤等功效,广泛应用于食品和化妆品领域[28,30]。

河豚鱼还具有丰富的药用价值,河豚鱼的不饱和脂肪酸含量较高,尤其富含二十二碳六烯酸 (docosahexaenoic acid,DHA)和二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid,EPA),能阻止胆固醇在血管壁上沉积,预防动脉硬化和心脑血管疾病,有助于增强记忆力和改善思维能力,预防老年性痴呆,有健脑、益脑作用[31]。有研究显示,河豚肝脏中DHA和EPA分别占脂肪酸总量的1/3和1/15,为常见淡水鱼的2倍左右[32],是生产鱼油等保健食品的优质加工原材料。但由于生产鱼油的原料是毒素含量较高的河豚肝脏或卵巢[29],因此为了保证制品的食用安全性,河豚鱼油的生产需要严格控制TTX的含量。

3 河豚毒素的消减技术

随着河豚销售市场的开放和人工养殖河豚鱼产业的发展,国内的河豚鱼需求将会逐渐增加[33]。不管是河豚的烹饪食品还是精深加工河豚鱼水产品及相关功能性食品等,河豚鱼组织中TTX的有效去除和毒性消减都是至关重要的。目前河豚毒素的消减技术主要分为3类,分别是物理法、化学法和生物法。

3.1 物理法

物理消减TTX的方法主要原理是利用热力等方法破坏TTX结构达到减毒的效果。刘庆营[34]利用高温120 ℃,15 min,热力消减河豚鱼肉中的毒素。冯先荣等[35]将腌制后的河豚鱼100 ℃蒸煮1 h制成安全可使用的河豚鱼粉。传统烹制河豚鱼前去除毒素的步骤中有腌制揉搓和高温蒸煮操作,能够去除TTX的原因主要有2方面,一方面腌制揉搓及蒸煮过程中可以使TTX溶出,减少组织中毒素含量；另一方面在高温蒸煮过程中,TTX会转化成毒性较低的同系物,有研究表明,100 ℃加热20 min时,TTX会转化成脱水河豚毒素,其毒性是TTX的1/500,加热到6 h时,脱水河豚毒素会进一步转化成毒性更低的河豚酸[36]。此外,还有利用双氧水结合光催化剂的方法,将UV+Au掺杂氧化铅-改性氧化石墨烯结合双氧水催化的方法消减TTX,反应时间60 min,消减率达95%[37],但是具体的消减机理尚不清楚。

3.2 化学法

化学方法消减多是利用pH碱化以破坏TTX的结构来降解毒性。利用Na2CO3和NaOH碱性试剂去除河豚鱼中的TTX,20 ℃下,鱼肉块浸泡1 h即可消减至无毒状态。或者在40 ℃,pH为7.0的条件下,用不同浓度半胱氨酸溶液与TTX抽提液混合15 min亦可消减毒性[38]。采用热碱法(在pH>7,121 ℃条件下)与河豚卵巢作用15 min，可消除卵巢中的毒素，制备抗炎症药物[39]。除此之外,TTX在一些介质中还可能与无机盐发生基团或静电结合,向 modified seawater medium(MSWM)添加TTX,混合作用1 d即可去除TTX的毒性。MSWM中含有的P-1 metal solution和硼酸成分对TTX的毒性消减起到主要作用,可能的原因是硼酸在溶液中电离出负离子和带正电荷的TTX相结合而降低了毒性[40]。

3.3 生物法

利用生物发酵法消减TTX历史已久,早在1951年,日本中北部地区的民间食用河豚鱼卵巢就采用米糠发酵的方法。先用盐腌制卵巢半年,再加入米糠、酱油、红辣椒等调料发酵数年[41]，在长时间的发酵和腌制过程中,TTX的毒性会有所降低。有研究者认为，毒性降低的原因可能有2点：一是长时间的发酵和腌制过程可能使TTX溶解并扩散到容器中,浓度被稀释,从而使得卵巢中的毒性降低[40, 42-44]。有相关研究指出河豚内脏中含有大量的油脂,经过盐腌制后会盐析出TTX-脂肪复合物,析出的成分会被米糠吸收,因而使得内脏中TTX含量降低[45];二是发酵过程中可能有微生物参与作用。向未灭菌和热灭菌的河豚卵巢中添加一定量的TTX,25 ℃条件下密封储存24个月,随着时间的推移,卵巢中的TTX含量有所下降,灭菌卵巢中TTX含量从41 MU/g下降到25 MU/g；未灭菌卵巢中TTX含量从51 MU/g下降到25 MU/g。通过小鼠生物法检测毒性变化,两者在储存24个月后毒性降低没有显著性差异,且发酵过程中pH值一直保持酸性状态,也排除了碱化可能导致毒性降低的可能,说明卵巢中没有微生物参与发酵消减TTX。但由于米糠的添加,米糠中的微生物发酵会分解卵巢中的蛋白等物质,产生氨基酸等共存物,这些共存物可能会起到延缓毒性的作用[46]。有研究发现,有机盐、葡萄糖、有机酸和氨基酸等共存物质可延缓小鼠的死亡时间。综上,SHIMADA等[47]排除了卵巢中微生物参与作用的可能。

但在米糠发酵卵巢制品中,人们分离出了多种菌群,其中,乳酸菌群是最优势的菌群,随着发酵过程的进行,发酵品中菌的种类也会逐渐减少[48]。随着研究的推进,人们发现微生物也有参与消减TTX的可能。向100 mg/L的TTX溶液中添加40 g酒曲,在30～35 ℃摇床转速为50 r/min 条件下,混合48 h后的消减率高达90%[49]。为进一步探究微生物对TTX的消减作用部位及机理, TU等[50]首次发现乳酸菌胞外多糖(exopolysaccharides, EPS)可以消减TTX,提取EPS结合Cu2O与TTX混合40 min,HPLC检测消减情况。实验分成3组,分别是Cu2O组,LeuconostocmesenteroidesN3,LactobacillusplantarumPN05 和LactobacillusrhamnosusPN04 三株菌的EPS组,和胞外多糖结合Cu2O均可有效消解TTX,消减率分别为34.38%,5.96%～28.99%,7.19%～37.81%[50]。EPS能够有效消减TTX的原因可能是直接与毒素结合也可能是降低毒素活性或阻碍了活性部位的结合。研究发现,L.mesenteroides和L.rhamnosus的EPS结合Cu2+后,消减TTX的能力更好,是因为L.mesenteroides和L.rhamnosus的EPS是长链结构且都有功能基团(O—H,N—H),可与铜结合形成复杂紧密的结构,可通过氢键与TTX相结合(如图1)。根据FTIR红外的结果,L.plantarum的EPS被甲基化,可使得氧的电荷密度呈负值和TTX羟基中的氢相互作用结合,从而减少溶液体系中的TTX含量。

a-EPS和Cu及TTX结合;b-EPS和TTX相结合图1 EPS与TTX的结合方式Fig.1 The combination of EPS and TTX

综上所述,TTX的化学性质很稳定,普通的烹饪加工手段很难有效去除毒素。现有消减TTX的方法可分为2类,一种是通过减少TTX和浓度来减少毒素的摄入；另一种是通过消减降低TTX的毒性。减少TTX浓度主要是通过揉搓或浸煮物理方法,或者通过化合物结合的方式生成TTX复合物使其从溶液体系中分离出来,从而达到消减目的。降低TTX的毒性主要采用高温或碱性条件,破坏TTX化学结构或将其转化成毒性更低的同系物；或者通过离子结合阻碍TTX正电荷基团的作用位点从而降低其毒性。相对而言,通过高温蒸煮和碱液浸泡来消减TTX 的方法更易操作,但会限制河豚鱼加工产品的种类,不利于资源再生综合利用。而利用生物发酵方法消减TTX虽能达到减毒的目的,但耗时长不利于工业化生产。当前国内外学者TTX的消减作用机理方面的研究尚处于起步阶段,今后有必要探索和开发更多可有效消减TTX的方法并解析其作用机制,这些基础研究对河豚鱼资源的综合利用和产业发展具有重要意义。

4 展望

目前国内市场只有养殖红鳍东方鲀和暗纹东方鲀可以有条件的合法化食用,河豚鱼加工产品有很高的经济价值和广阔的市场前景,其加工副产物内脏组织的丢弃也造成了大量的资源浪费和环境污染。因而TTX毒性的控制是河豚精深加工及加工副产物的无害化处理中需要解决的重点问题。

未来,在TTX消减技术的开发及TTX消减机理研究上的还应继续拓宽广度和深度。探索TTX的有效控制方法和TTX消减机理,有利于推进河豚鱼综合利用,促进河豚鱼在食品、医药等行业的产业化发展,优化我国水产品结构。对河豚鱼加工废弃物的无害化处理技术的研究,可减少环境污染,对河豚鱼加工副产物的二次利用具有重要的现实意义和应用价值,也为今后相关海洋类毒素的消减提供理论支撑和科学依据。