低压交变电场协同冰温对带鱼船上保鲜品质的影响

尚子寒，沈俊，张家玮，谢超，虞舟

（1.浙江海洋大学食品与药学学院，浙江 舟山 316000；2.舟山汇丰冷藏物流发展有限公司，浙江 舟山 316002）

带鱼（Trichiurus lepturus），鲈形目，带鱼科，又名鞭鱼、白边鱼[1]。浙江舟山地处东海，盛产带鱼，与其他品种带鱼相比，舟山带鱼骨小体肥[2]，氨基酸种类丰富，二十碳五烯酸含量高[3]。带鱼不饱和脂肪酸含量丰富[4]，相比其他鱼类，带鱼脂肪氧化后生成的醛、酮类物质和微生物对其品质影响很大。由于带鱼上岸即死，其在运输过程中保鲜手段有限，通常以碎冰覆盖方式运输销售，带鱼在渔船上需要存放3 d～5 d才能到达港口，为了保持带鱼较好的光泽和品质，在船上的保鲜方法就显得最为重要，因此研究一种新型船上保鲜装置对保证带鱼质量，提升经济效益具有重大意义[5-11]。

目前电场保鲜装置主要分为高压静电场、低压静电场、高压变频电场、低压交变电场等[12]。周英杰等[13]、张敏欢等[14]在水蜜桃与马铃薯中应用了电场技术成功延长了果蔬的保质期。Ko等[15]研究将罗非鱼通过100kV/m静电场处理后，可提高鱼片新鲜程度与保质期，相比无电场组可延长鱼片货架期2 d以上；岑剑伟等[16]将高压静电场与冰温贮藏相结合，可抑制罗非鱼片细菌的生长，使其货架期达30 d。目前研究表明，经过电场处理可以延长水产品贮藏时间。Bai等[17]研究表明，高压静电场能显著增快冷冻水产品的解冻速率，降低其挥发性盐基氮（total volatile base nitrogen，TVB-N）含量[18]。熊宇飞等[19]研究发现，高压静电场结合制冷能延长刀额新对虾货架期2 d以上。

低压交变电场（low-voltage alternating electric field）可以影响水产品内部水分子，使之产生振动[20]。研究发现，利用微波效应可对水产品冻结解冻速率产生影响，经过电场处理后水产品冻结速率增快，形成的冰晶较小，缩短通过最大冰晶生成带时间，能够有效延缓水产品贮藏过程中的腐败变质情况。在电场环境下，食品内部离子受到电场库仑力的作用发生定向转移，在水产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。因此，本文主要针对远洋货轮商业化运输或冷链运输等小规模冷库的海产品低温保鲜技术进行改进[21]，利用低压交变电场协同冰温技术对水产品进行保鲜。为了探究低压交变电场对带鱼保鲜过程中理化指标、鲜度指标的影响，本试验对2 500、3 500 V/m频率为50 Hz的交变电场环境下带鱼的pH值、挥发性盐基氮、硫代巴比妥酸、菌落总数、三甲胺、苏木精-伊红染色（hematoxylin-eosin staining，HE）进行研究，综合数据分析评价电场对带鱼微冻贮藏过程中品质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

市售新鲜带鱼，长约0.7 m，厚约2 cm，体表银白，眼球饱满，表面无破损，全程0℃冷链运输至实验室且无冻结情况产生。

氧化镁、三氯乙酸、乙酸铵、甲醇、乙二胺四乙酸二钠、硫代巴比妥酸、盐酸三甲胺标准品（≥97%）、平板计数琼脂培养基、无菌生理盐水、磷酸、高氯酸、氢氧化钠、磷酸缓冲液（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；苏木精-伊红（hematoxylin-eosin，HE）染色液：北京索莱宝科技有限公司。

1.2 仪器与设备

GL822-1SCN电子天平：赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；PHS-3G pH计：上海仪电科学仪器股份有限公司；SFY-60B水分仪：深圳冠亚水分仪科技有限公司；K9840凯氏定氮仪：山东海能科学仪器有限公司；TGL-16.5M高速冷冻离心机：上海卢湘仪离心机仪器有限公司；U-5200紫外可见分光光度计、TM-1000台式扫描电子显微镜：日本日立公司；QL-866涡旋混合器：广州颂联伯图电子有限公司；BT2000T鲜霸电场发生装置、BT2000T鲜霸低压放电板：浙江驰力科技股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

新鲜带鱼运至实验室后立即用去离子水清洗干净，进行称重、分装等工作，沥水晾干后套袋封口，放入装有碎冰的泡沫箱[22]，将泡沫箱放置于-2℃低压交变电场冷库与普通冰温冷库保鲜待用，经过预试验设定此次研究贮藏期为 21 d，在第 3、6、9、12、15、21 天后采样并测定其指标。

本试验所使用的低压交变电场装置由交变电场发生装置与电场接收装置组成，该电场装置安装在冷库内部，通电后即可形成稳定的低压交变电场环境，样品均贮藏在该电场环境中。电场强度分别为2 500 V/m和3 500 V/m，频率为 50 Hz。

1.3.2 指标测定

1.3.2.1 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》[23]结合实际进行略微修改，选取10.0 g搅碎均匀的带鱼肌肉，加入90mL去离子水，均质3min，室温静置30 min，取上层清液使用pH计测定pH值，测定3次取平均值。

1.3.2.2 挥发性盐基氮含量测定

参考GB 5009.228—2016《食品安全国家标准食品中挥发性盐基氮的测定》[24]中自动凯氏定氮法稍作修改。精确称取10.0 g均匀搅碎的样品，加入75 mL蒸馏水，振摇后浸渍30 min，为防止管路堵塞，上机前将氧化镁用量从1 g减少至0.25 g，添加氧化镁后立刻连接到仪器上，按照标准运行仪器。

1.3.2.3 硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）值测定

参考张家玮等[25]TBA含量测定的试验方法，称取鱼肉5 g，均匀研磨后加入25 mL 7.5%的三氯乙酸溶液，搅拌均匀，8 000 r/min离心15 min后双重过滤，取5 mL上清液加入5 mL 0.02 mol/L的TBA溶液，95℃水浴40 min后冷却至室温，采用紫外分光光度计测定532 nm处的吸光度。

1.3.2.4 菌落总数的测定

菌落总数依照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》[26]进行测定。

1.3.2.5 三甲胺含量测定

三甲胺含量参考火腿中三甲胺氮测定方法进行测定[27]。

1.3.2.6 HE染色分析

在室温下将带鱼背部肌肉切开，取6 mm×6 mm×3 mm长方体鱼肉组织，用多聚甲醛进行固定，24 h后用pH7.2磷酸缓冲液冲洗，酒精梯度脱水，浸蜡包埋，在显微镜下进行分析扫描。

1.4 数据统计分析

本试验采用origin2018软件处理数据并进行分析绘图，除特殊说明外，本试验数据均为3次平行测定的结果，本试验使用SPSS统计分析软件进行显著性分析，P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 pH值变化分析

带鱼肌肉pH值与其新鲜程度关联紧密，是评价水产品新鲜度的重要指标，低压交变电场对带鱼pH值的影响见图1。

图1 低压交变电场对带鱼pH值的影响Fig.1 Effect of low-voltage alternating electric field on pH value of hairtail

如图1所示，随着带鱼贮藏时间的延长，无电场组与2 500 V/m电场组、3 500 V/m电场组中带鱼pH值均呈现先下降后升高的趋势。3个处理组带鱼第0天时pH值均为7.21，之后不断下降，直至第6天2 500 V/m电场组pH值下降到最低点6.74，该过程是因为带鱼死亡后，细胞经过无氧氧化，肌肉内的糖原及ATP分解产生乳酸。到贮藏第6天鱼体内糖原基本消耗殆尽，带鱼保鲜过程中的乳酸产量达到峰值，pH值达到最低值。随后带鱼pH值开始回升，是因为带鱼鱼体内蛋白质在自源酶的作用下开始分解产生碱性化合物，从而使得鱼体pH值逐渐由酸性变为中性。电场组处理后带鱼的pH值会出现一定的波动，造成该现象的原因可能是电场通过改变细胞跨膜电位差来影响水解酶和微生物活性，微生物在不同电场强度下优势菌种类不同，进而影响碱性化合物的产生。无电场组在21 d时带鱼的pH值为7.45，2 500 V/m电场组和3 500 V/m电场组21 d时分别为7.35和7.38，均显著低于无电场组（P＜0.05）。说明在低压交变电场的作用下有利于降低微生物活性并延缓带鱼体内蛋白质的降解，阻止碱性物质过量产生[28-30]，能够在一定程度上抑制变质过程，降低pH值的回升。

2.2 TVB-N含量变化分析

挥发性盐基氮（TVB-N）的产生是由于带鱼体内的酶与微生物共同与不饱和脂肪酸进行复杂的化学反应，使氨基酸分解生成氨、胺类等碱性含氮化合物。根据 SC/T 3102—2010《鲜、冻带鱼》可知，TVB-N≤13 mg/100 g为一级品带鱼的标准，TVB-N≤30 mg/100 g是合格品带鱼的标准。低压交变电场对带鱼TVB-N的影响见图2。

图2 低压交变电场对带鱼TVB-N含量的影响Fig.2 Effect of low-voltage alternating electric field on TVB-N content of hairtail

由图2可知，第0天带鱼TVB-N含量为8.2 mg/100 g，属于一级品带鱼。随着贮藏时间的延长，各试验组TVB-N含量明显上升，电场组在0～9 d内TVB-N含量增长速度较慢，在第3天时2 500 V/m电场组和3 500 V/m电场组TVB-N含量为10.28 mg/100 g和9.94 mg/100 g，仍属于一级品，而无电场组第3天时TVB-N含量为13.58 mg/100 g，属于合格品，在第12天时TVB-N含量为27.45mg/100g，已接近合格品阈值，在第15天时无电场组的TVB-N含量高达32.18mg/100 g，已经成为不可食用带鱼，此时两组电场组的带鱼仍属于合格品，在第21天时2500V/m电场组和3500V/m电场组TVB-N含量分别为28.58mg/100g和27.8mg/100 g，仍未超出合格品临界值，这说明低压交变电场可在一定程度上抑制带鱼酶活和微生物活性，减少其对鱼体氨基酸的分解[31]。

2.3 TBA值变化分析

带鱼鱼体内含有丰富的二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸，该类不饱和脂肪酸极易在空气中发生氧化反应降解生成丙二醛，丙二醛能与硫代巴比妥酸生成淡粉色物质，通过测定丙二醛的产生量来判断带鱼贮藏时间内的腐败程度，低压交变电场对带鱼TBA值的影响见图3。

图3 低压交变电场对带鱼TBA值的影响Fig.3 Effect of low-voltage alternating electric field on TBA value of hairtail

由图3可以看出，3组样品TBA值基本呈现匀速增长。贮藏第9天时，无电场组与3 500 V/m电场组相差0.37 mg/100 g，随着带鱼贮藏时间的增长，其TBA值差值逐渐增大，第21天时，无电场组TBA值为2.29 mg/100 g，2 500 V/m电场组和3 500 V/m电场组TBA值仅为1.91 mg/100 g和1.85 mg/100 g，该数值与无电场组第15天时接近。外加电场处理会引起生物体内的水分子发生振动现象，从而引起水分子结构的变化，导致水和酶结合方式也产生改变，并在体内形成电荷粒子云，阻止外界氧气进入，进而抑制带鱼不饱和脂肪酸的氧化速率。而经过低压交变电场处理后可明显抑制带鱼体丙二醛的生成[32-33]，降低TBA值，且随着贮藏时间的延长、电场强度越强抑制效果越明显。

2.4 菌落总数变化分析

菌落总数是判断水产品新鲜程度的重要指标之一，低压交变电场对带鱼菌落总数的影响见图4。

图4 低压交变电场对带鱼菌落总数的影响Fig.4 Effect of low-voltage alternating electric field on the total bacterial count of hairtail

由图4可以看出，随着贮藏时间的增加，带鱼菌落总数呈明显增长的趋势，无电场组增长速率相对较快。第0天时带鱼初始菌落总数为2.78 lg（CFU/g），在0～6 d时，电场组菌落总数增长速率较慢，在第6天时2 500 V/m电场组和3 500 V/m电场组菌落总数分别为3.23 lg（CFU/g）和 3.18 lg（CFU/g），之后各试验组增长速率加快，在第21天无电场组菌落总数高达6.44 lg（CFU/g），根据 GB/T 4789.2—2016规定，带鱼菌落总数＞6 lg（CFU/g）为不可食用范围，此时电场组菌落总数均保持在正常水平。电场组的菌落总数在整个贮藏期始终低于无电场组，低压交变电场在空气中会电离产生部分臭氧和负离子，能够有效抑制微生物的生长繁殖，从而延长带鱼保鲜时间和贮藏货架期[34-35]。

2.5 三甲胺变化分析

三甲胺是海鱼鱼体在细菌微生物和自源酶的作用下，由氧化三甲胺分解生成的会产生腐败腥臭异味的物质。广泛认为水产品三甲胺含量超过10 mg/100 g是不能被接受的[36-37]。21 d内不同贮藏条件下无电场组和电场组三甲胺变化的情况，如图5所示。

图5 低压交变电场对带鱼三甲胺含量的影响Fig.5 Effect of low-voltage alternating electric field on trimethylamine content of hairtail

由图5可知，随贮藏时间的延长，三甲胺曲线呈现不断上升的趋势，新鲜样品三甲胺含量为2.23mg/100 g，在第21天时，2 500 V/m电场组和3 500 V/m电场三甲胺含量分别为10.58 mg/100 g和9.97 mg/100 g，均在10 mg/100 g左右；无电场组在第15天时三甲胺含量为12.58 mg/100 g，已超过10 mg/100 g。说明经过电场处理后，很好地抑制了氧化三甲胺的分解速率以及还原酶的活性，降低了带鱼的腐败程度。总体看来，三甲胺的变化趋势与TBA和TVB-N有一定关联，低压交变电场能有效减缓微生物生长，降低对鱼体蛋白质的氧化分解，从而达到降低三甲胺含量的作用。

2.6 HE染色分析

不同低压交变电场对带鱼鱼肉组织结构的影响如图6所示。

图6 带鱼肌肉组织切面HE染色图Fig.6 HE staining image of cut surface of hairtail muscle tissue

由图6a可知，新鲜带鱼鱼肉组织结构紧密，排列缝隙较少。水产品在较低温度贮藏时，细胞外液产生冰晶，在气压作用下细胞内液外流形成较大冰晶且分布不均匀，高密度冰晶会破坏细胞壁，导致营养物质流失，对食品品质造成不可逆的影响。如图6c电场组处理6 d后肌肉纤维出现细微裂痕，无明显冰晶破坏痕迹，对照组（图6b）处理6 d后，带鱼鱼肉组织结构出现细微裂痕，肌纤维排列较为分散。贮藏15 d后，带鱼肌肉肌纤维受到冰晶膨胀导致肌肉束紧致程度降低，密度下降，但电场组（图6e）仍能看到完整肌原纤维。贮藏21 d后，对照组（图6f）因细胞间冰晶颗粒分布不规律且颗粒较大，造成肌细胞内部失水严重，空隙增大，肌纤维断裂现象严重；电场组（图6g）组织结构遭到破坏，肌细胞完整性降低，肌肉束受到冰晶颗粒破坏，但仍优于对照组。带鱼经过电场处理，鱼肉组织相对完整，肌纤维断裂程度较小，在低压交变电场力的作用下，带鱼组织内部水分子发生定向振动，抑制冰晶颗粒增长，使冰晶颗粒减小。细小冰晶会降低鱼肉组织在解冻时对细胞的破损程度，使带鱼解冻后仍能保持较高品质并达到延长带鱼货架期的目的。该结论与上述TBA值、菌落总数等研究结果一致。

3 结论

本试验以新鲜带鱼为样品，模拟船上冰温保鲜，分析低压交变电场对带鱼品质的影响。结果表明，在贮藏期第15天时，无电场组pH值变化程度高于电场组，TVB-N含量为32.18 mg/100 g，已超过合格品临界值，菌落总数达到6.44 lg（CFU/g），带鱼品质严重下降。低压交变电场处理可显著提高带鱼的新鲜度，降低贮藏过程中的挥发性盐基氮产生，减缓贮藏后期pH值的变化，整个贮藏期菌落总数、三甲胺等指标均优于无电场组，HE染色分析说明低压交变电场处理带鱼纤维结构相对致密，结构完整，延长带鱼货架期6 d以上。本次试验为后续研究一种新型水产品船上保鲜装置提供了技术参数，减缓带鱼在捕捞运输过程中的品质变化，对提升经济效益具有一定意义。