电化水去除淡水鱼土腥味的研究

鲍 斌，王 超，邓棚文，梁勤朗，李 杰，陈 聪，蒋礼平,吴宗文

(通威股份有限公司，成都 610093)

为改善淡水鱼土腥味严重导致品质下降的现状，实验从淡水鱼终端暂养环节出发，以电化水暂养淡水鱼，探讨去除土腥味效果和实用性。结果显示，电化水通过比常规水体更小的水分子团簇结构以及更低的粘度、更强的渗透性和溶解力等理化性质实现鱼肉土腥味物质的快速脱除，暂养淡水鱼24 h可去除64.66%以上土臭素(Geosmin)和24.45%以上二甲基异莰醇(2-Methylisoborneol)，相比井水分别提高136.65%、196.13%以上。

电化水；淡水鱼；土腥味；土臭素；二甲基异莰醇

土腥味是水产动物肌肉中存在的难闻气味，会影响水产品的食用口感和价值，导致养殖效益下降。据美国农业部评估，仅因鲶(Silurusasotus)土腥异味问题，养殖户每年损失1 500万～2 300万美元[1]。在我国，多数水产品存在土腥味问题，极大影响了我国水产品的出口效益，研究控制并消除土腥味问题迫在眉睫。

Gerber等[2]和Howgate等[3]指出土臭素(Geosmin)和二甲基异莰醇(2-Methylisoborneol)是土腥味的两种主要物质，主要产自放线菌、浮游藻类以及饲料、排泄物[4-8]。脱除水产品土腥味的方法主要有池塘养殖管理脱除和鱼制品加工技术脱除[9]。这些方法都具备一定的脱除效果，但多存在操作麻烦、成本过高、对环境危害大等缺陷，无法适应大规模生产。通威设施渔业工程研究所从活鱼终端环节出发，利用电化水独特的微观结构和物理特性，取得优异的土腥味去除效果。

1 材料与方法

1.1 材料

草鱼(Ctenopharyngodonidellus)(≥0.75 kg/尾)、鲫(Carassiusaumtus)(≥0.25 kg/尾)、鲤(Cyprinuscarpio)(≥0.75 kg/尾)、乌鳢(Ophiocephalusargus)(≥0.75 kg/尾)、氮气、井水、氯化钠。

1.2 主要仪器

电化水设备(TW-DH-Y2000)、核磁共振谱仪(Bruker AV II-600MHz)、液相色谱仪(岛津LC-2010HT)、固相微萃取装置(Supelco)、黏度计(BROOKFIELD RVDV-II+Pro EXTRA)、表面张力仪(优特 JYW-200A)。

1.3 实验方法

1.3.1 实验设计

实验鱼鲫、草鱼、鲤、乌鳢体态正常、状态良好，品质符合GB 2733要求[10]，选自成都水产市场。选用24 个相同规格暂养池，每种鱼类设置3 个实验组和3 个对照组。每个实验组各注入100 L新鲜电化水(由电化水设备处理井水制得)，对照组注入等量井水，水温与运输用水相差不超过5 ℃[11]。每个暂养池各放入9 尾实验鱼，增氧状态暂养24 h，每6 h更换80%相同水体。

1.3.2 土腥味物质测定

分别在实验开始前(0 h)，开始后12、24、36 h从各暂养池取1尾实验鱼进行定量分析。采用微波蒸馏-固相微萃取-气相色谱-质谱方法[12]测定。从鱼体中皮下含脂丰富的组织采样(因该部分的土腥味最为明显[13])，准确取洗净、去鳞后鱼体背脊处的含脂皮肉20.0 g，置于250 mL蒸馏瓶底部，均匀地铺开；微波加热蒸馏提取，馏分经冷凝后于冰水浴下收集(约8～10 mL)。将收集液迅速转移至15 mL样品瓶中，加入搅拌子和2.0 g NaCl，拧紧样品瓶瓶塞后，在加热搅拌的条件下用萃取头萃取后，以GC-MS分析土腥味物质土臭素(GSM)和2-甲基异莰醇(2-MIB)的含量。

GC条件：色谱柱为ⅡP-5MS毛细管柱(30 mm×0.25 mm×0.25 μm)，程序升温：柱初温40 ℃，保持2 min，以8 ℃/min升温至250 ℃，保持10 min，进样口温度为250 ℃；热解吸5 min；载气：氮气，流量0.8 mL/min，不分流模式进样。

MS条件：电离源能量为70 eV，离子源温度230 ℃，传输线温度280 ℃。扫描范围为m/z35～350。

1.3.3 水质分析

取井水和新鲜电化水样品作水质分析。宏观上，按《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)[14]、《渔业水质标准》(GB 11607-89)[15]测定常规水质指标以及水体黏度、表面张力系数；微观上，以核磁共振谱仪测定17O-NMR半峰宽，用以表征水分子团簇结构大小，其值越大表明团簇结构越大[16]。

1.4 数据处理

采用SPSS 19.0进行单因素方差分析，用Duncan法进行多重差异显著性比较，以P<0.05作为差异显著性水平。

2 结果与分析

2.1 不同暂养条件下淡水鱼GSM、2-MIB含量变化

表1显示，淡水鱼鱼肉中GSM、2-MIB含量在暂养开始后逐渐降低；比较去除率可知，除实验组草鱼暂养24 h和36 h之间去除率差异不显著外，各种淡水鱼暂养不同时间后的GSM、2-MIB含量呈现显著差异。图1、2则显示随暂养时间延长GSM、2-MIB去除率呈抛物线上升趋势，至24 h后明显放缓。

表1 不同暂养条件下淡水鱼GSM、2-MIB含量变化Tab.1 Changes of GSM and 2-MIB contents in freshwater fish under different conditions

续表1

注：数据右上标用“a、b”字母标注相同暂养时间时组别间的差异性(P<0.05)，字母相同表示无差异；用“m、n、p”字母标注组别内不同暂养时间之间的差异性(P<0.05)，字母相同表示无差异。

比较表1中组别间数据，发现同品种淡水鱼GSM、2-MIB初始含量无显著性差异，而暂养相同时间后实验组GSM、2-MIB含量显著低于对照组。图1、2显示，相同暂养时间后实验组GSM、2-MIB去除率显著高于对照组，如暂养24 h后实验组GSM去除率为64.66%～84.13%，对照组为23.20%～35.55%；实验组2-MIB去除率为24.45%～39.06%，对照组为7.91%～13.19%。

结果表明：(1)暂养时，淡水鱼鱼肉中2-MIB比GSM去除难度大；(2)电化水暂养对GSM、2-MIB去除效率显著优于井水，最佳暂养时间为24 h，此时去除64.66% 以上GSM和24.45% 以上2-MIB，相比井水分别提高136.65%、196.13% 以上。

图1 GSM去除率变化Fig.1 Changes of GSM removal rate

图2 2-MIB去除率变化Fig.2 Changes of 2-MIB removal rate

2.2 淡水鱼品种间GSM、2-MIB含量及去除难度差异

由表2可知，四种淡水鱼初始GSM含量均值为4.857～6.286 μg/kg，呈现草鱼>鲤>鲫>乌鳢，差异显著；初始2-MIB含量均值为1.285 ～1.431 μg/kg，呈现鲤>草鱼>乌鳢>鲫，其中鲤、草鱼之间以及乌鳢、鲤之间均无显著差异。结果表明，不同淡水鱼含土腥味的量是存在差异的，其中草鱼、鲤较严重，鲫、乌鳢次之。

表2 实验鱼初始GSM、2-MIB定量分析结果
Tab.2 Quantitative analysis results of initial GSM and2-MIB concentration in experimental fish (μg/kg)

品种GSM含量2-MIB含量鲫5.243±0.115m1.285±0.018m乌鳢4.857±0.087n1.291±0.018m草鱼6.286±0.142p1.399±0.052n鲤5.876±0.087q1.431±0.037n

注：数据右上标用“m、n、p、q”字母标注不同淡水鱼间的差异性(P<0.05)，字母相同表示无差异。

由图1、2可知，电化水、井水暂养时，四种淡水鱼GSM去除难度呈鲤≈草鱼>鲫≈乌鳢，2-MIB去除难度呈草鱼>鲤>鲫>乌鳢。综上，不同淡水鱼土腥味物质去除难度存在差异。

2.3 水质分析结果

表3显示，电化水大部分常规水质指标含量显著低于井水，少数指标如砷、镉、铅、汞、硝酸盐、总α放射性、总β放射性、pH等与井水相近，所有指标均符合《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)[14]，说明电化水水质显著优于井水；其黏度比井水小，表面张力比井水大，核磁共振17O-NMR半峰宽比井水低52.7%，说明电化水具备更小的微观水分子团簇结构及较低的黏度、较高的表面张力。结果表明，电化水在常规水质、理化性质和微观结构上与井水差异较大。

表3 电化水、井水的水质分析结果Tab.3 Water quality analysis results of electrochemical water and well water

3 讨论

3.1 水分子团簇结构对土腥味去除效率的影响

土腥味的主要成分为土臭素(GSM)和二甲基异莰醇(2-MIB)，均属饱和环叔醇类物质，具有半挥发性，在水中的溶解度不高，是微极性脂溶性化合物。有研究表明，水体溶解力强弱取决于微观水分子团簇结构大小[17-18]。本研究中暂养淡水鱼的电化水，水分子团簇结构显著小于井水，可通过大分子团簇结构无法通过的细胞通道深入细胞内部，以其高溶解力富集更多的GSM、2-MIB等微极性脂溶性化合物；同时还增强活鱼新陈代谢和废物转化排泄能力，加快土腥味去除速率。因此水体的水分子团簇结构越小，对淡水鱼土腥味的去除效率越强。

3.2 淡水鱼土腥味轻重及去除难易性的影响因素

表2显示，不同淡水鱼土腥味物质的含量和去除难度存在较大差异，草鱼、鲤较严重，鲫、乌鳢次之。据有关研究，土腥味主要产自水体中放线菌、浮游藻类以及饲料、排泄物[4-8]，其侵入途径是鳃、皮肤吸收和摄食吸收[9]，通过血液循环而累积到皮下脂肪组织中，其吸收效率受浓度、时间、化合物的协同效应、鱼的种类以及温度等多种因素的影响[5]。此外，水体富营养化程度与土腥味产生存在相关性[4]。陈忠孝[19]总结罗列了环境中影响鱼肉鲜味口感的57种化合物，发现鱼通过鱼鳃吸收土腥味物质的速率很快，只需几分钟，反之若要清除则需要很长时间。因此，鱼类种类、食性和水质环境等因素影响土腥味物质含量，使不同鱼类去腥难度差异显著。

3.3 电化水去除土腥味方法的可行必要性

土腥味影响食用口感，降低商品价值，部分物质成分对人体有害，已成为人们看待水产品质量的重要指标。人体对土臭素(GSM)和二甲基异莰醇(2-MIB)的嗅觉阈值分别为0.9 μg/kg和0.6 μg/kg[12]。从表1可知，四种淡水鱼初始GSM含量均值为4.857～6.286 μg/kg，初始2-MIB含量均值为1.285～1.431 μg/kg，远超嗅觉阈值。

本研究发现，通过电化水设备处理普通水体制得小分子团簇结构的电化水，用以暂养淡水鱼，可实现GSM、2-MIB等土腥味物质的快速脱除。据计算，电化水设备生产能力2 t/h，功率0.5 kW，按农用电价0.56 元/(kW·h)计，电化水生产成本仅0.14 元/t。该方法克服了国际上常用的池塘养殖管理脱除和鱼制品加工技术脱除等方法普遍存在的操作麻烦、成本高昂、对环境危害大的缺点，具备在我国大规模推广应用的可行性。

4 结论

通过电化水设备(TW-DH-Y2000)处理普通水体制成的电化水对淡水鱼进行暂养，以其比常规水体更小的水分子团簇结构及更强的渗透性、溶解力等理化特性快速去除土腥味。本研究为我国淡水养殖业提供了一种有效、实用的去除土腥味的方法，有助于提高我国水产品质量水平，摆脱出口不利局面，具有较大推广价值。

同时，我们发现不同品种淡水鱼土腥味含量和去除难度存在差异，且2-MIB比GSM更难去除，因此关于土腥味的形成原因和机理、特殊成分及去除方法，还需深入研究。

[1] 徐立蒲，潘 勇，王静波，等. 淡水养殖鱼类土腥异味的来源及消除技术[J]. 中国水产，2010，(3): 63-64.

[2] Gerber N N,Lechevslier H A.Geosmin, an earthy smelling substance isolated from actinomycetes[J]. Appl Microbiol，1965，(13): 935.

[3] Howgate P. Tainting of farmed fish by geosmin and 2-methylisoborneol: a review of sensory aspects and uptake/depuration[J].Aquaculture，2004，234: 155-181.

[4] 徐立蒲，潘 勇，曹 欢，等. 渔业水体中土腥异味物质的研究进展[J]. 大连海洋大学学报，2010，25(6): 528-534.

[5] 李德亮，张 婷. 鱼体异味的产生原因与控制方法研究进展[J]. 现代农业科技，2011，(5): 318-319.

[6] 殷守仁，徐立蒲. 淡水浮游藻类与鱼体异味关系的初步研究[J]. 大连水产学院学报，2003，18(2): 156- 157.

[7] Bowmer K H，Padovan A，Oliver R L，et al. Physiology of geosmin production byAnabaenacircinalisisolated from the Murrumbidgee River，Australia[J]. Wat Sci Tech，1992，25:259-267.

[8] Cotsaris E，Bruchet A，Mallevialle J，et al. The identification of odorous metabolites produced from algal monocultures[J]. Wat Sci Tech，1995，31: 251-258.

[9] 杨玉平，熊光权，程 薇，等. 水产品异味物质形成机理、检测及去除技术研究进展[J]. 食品科学，2009，30(23): 533-538.

[10] GB 2733-2005 鲜、冻动物性水产品卫生标准[S]. 北京： 中国标准出版社，2005.

[11] GB/T 27638-2011 活鱼运输技术规范[S]. 北京： 中国标准出版社，2011.

[12] 王国超，李来好，郝淑贤，等. 罗非鱼肉中土臭素和2-甲基异莰醇的测定[J]. 食品科学，2011，32(22): 88-191.

[13] 徐立蒲. 鱼池中二甲基异莰醇和土臭味素的含量、来源及产生影响因素的研究[D]. 武汉： 华中农业大学，2009.

[14] GB 5749-2006生活饮用水卫生标准[S]. 北京： 中国标准出版社，2006.

[15] GB 11607-1989 渔业水质标准[S]. 北京： 中国标准出版社，1989.

[16] 赵大源，付 妍，谢绛利，等. 磁化水对高胆固醇血症大鼠血压及心率的影响[J]. 中国医学物理学杂志，1993，10(1): 30-33.

[17] 杨海军，李 勇，周 萌，等. 处理方法对水分子团簇结构影响的17O-NMR研究[A]. 中国化学会第七届全国仪器分析及样品预处理学术研讨会论文集[C]，烟台： 中国化学会，2013: 1.

[18] 张建平，赵 林，谭 欣. 水分子团簇结构的改变及其生物效应[J]. 化学通报，2004， (4): 278-283.

[19] 陈忠孝. 鱼对环境中异味物质的吸收和排放[J]. 农业环境与发展， 1986，(2): 47.