高壓對鯽魚無水保活的影響

李 盧,張長峰,吳佳靜,梁 奇,劉衍瑾,黃寶生,*

(1.山東省農產品貯運保鮮技術重點實驗室,山東濟南 250103;2.國家農產品現代物流工程技術研究中心,山東濟南 250103;3.山東農業工程學院食品科學與工程學院,山東濟南 250100)

鯽魚(Crucian carp)在生物學分類上屬于鯉形目、輻鰭魚亞綱[1],有鱗片,腹白背青,是一種常見的雜食性淡水魚,俗稱鯽瓜子、土鯽、河鯽、喜頭。肉厚子多,味道鮮美,盛產于黃河、長江流域[2],營養價值高,含有多種微量元素。

目前已經開發出的保活方法有凈水保活法[3]、低溫保活法[4]、充氧保活法[5]、麻醉保活法[6]和生態冰溫保活法[7],其大都以水體為介質,改變溫度、氣體濃度、化學藥劑等條件,沒有達到無水保活、降低運輸成本等效果。高壓保活技術[8]是利用外界的壓力差,強迫機體與外界進行氣體交換,提高鯽魚血液溶氧量,脫離水環境維持生命活性。此高壓技術已廣泛應用于農產品貯藏運輸[9]、食品防腐保鮮[10]等方面,并取得很好的效果,且高壓只對生物高分子立體結構中非共價鍵結合產生影響,對肌肉的色澤和風味等沒有影響[11]。目前,高壓技術在水產品方面主要應用于食品加工領域[12],在無水保活貯藏運輸中有待進一步探索。

本實驗以鯽魚為研究對象,測定質構、pH、呼吸頻率、血清總蛋白含量、乳酸含量、肌糖原含量等方面指標,為提高鯽魚品質,實現無水保活提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鯽魚 39尾,體長(25±5) cm,暫養于實驗室控溫循環水桶中,初始溫度(16.0±1.0) ℃,停食暫養48 h,購自濟南海鮮大市場;乳酸試劑盒、總蛋白試劑盒、糖元試劑盒(含說明書) 南京建成生物工程研究所。

鮮活水產品高壓保活艙 山東省農產品貯運保鮮技術重點實驗室自主研發(專利號ZL 201820905276.8);鮮活水產品智能冷馴化/喚醒箱 山東省農產品貯運保鮮技術重點實驗室自主研發(專利號ZL 201310447777.8);TMS-TOUCH質構儀 Food Technology Corporation;實驗室pH計 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;Hettich高速冷凍離心機 德國Hettich科學儀器有限公司;UPR-11-10T純凈水器 四川優普超純科技有限公司;T9S紫外分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司;Eppendorf research plus手動移液槍 德國艾本德股份公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理 購買的鯽魚(39尾)放入水溫為(16±1) ℃的暫養桶暫養48 h以上[8],以降溫速率(1±0.5) ℃/h進行梯度降溫至2 ℃。隨機捕撈3尾取樣測定肌肉、血液指標,將剩余鯽魚(36尾)分為4組,每組9尾,第1組為常壓低溫無水保活對照組,2 ℃低溫冷馴化后放入無水保活包裝袋轉移至冷庫(遠離通風口)溫度設置為2 ℃,濕度為60%～80%。第2、3、4組則為高壓低溫無水保活實驗組,冷馴化后轉移至高壓無水保活艙,設置艙內壓力為0.15、0.20、0.25 MPa,并在保活第4、8、12 h分別取出3尾測定。

1.2.2 鯽魚體表特征的測定 將12尾冷馴化處理過的鯽魚打撈分為4組裝入無水保活包裝袋,第1組置于常壓冷庫中,記為常壓對照組;第2、3、4組放入高壓無水保活艙分別對應設置穩壓曲線為0.15、0.20、0.25 MPa,記為高壓0.15 MPa樣品組、高壓0.20 MPa樣品組和高壓0.25 MPa樣品組;上述4組分別在第4、8、12 h通過高壓無水保活艙透視窗用秒表計時3 min觀察記錄鯽魚鰓部口部張合次數,得出呼吸頻率,并記錄鯽魚的體表狀態。

1.2.3 魚肉質構的測定 采用質構剖面法(TPA)測定:將去掉皮的魚肉切成1 cm×1 cm×1 cm的立方體,然后將待測樣品分別編號放在質構儀樣品托盤上進行測量,探頭類型為P45/R,測試后探頭回升高度為20 mm,起始力0.75 N,檢測速度為30 mm/min,間隔時間1 s[13],形變百分量為40%。

1.2.4 魚肉pH的測定 用分析天平取去皮、攪碎的魚肉5.00 g放于燒杯中,加入煮沸冷卻后的蒸餾水,攪拌均勻定容到50 mL容量瓶,常溫靜置30 min[14]。過濾到燒杯里,用實驗室pH計測定pH。

1.2.5 魚肉肌糖原的測定 用手術刀剔去表皮,取鯽魚相同部位肌肉適量,用蒸餾水沖洗,濾紙吸干或自然風干多余水分,分別裝入對應樣品袋,寫上標簽,并置于-20 ℃冰箱保存,依據糖原試劑盒說明書進行測定。

1.2.6 血液乳酸、血清總蛋白的測定 將保活艙取出的鯽魚清洗表面粘液并去除鱗片,用剪刀斷尾取血,血液存放于1.5 mL的離心管中,用一次性滴管配平,冷藏2 h,取出放入高速離心機,調節溫度2 ℃,轉速3000 r/min離心時間20 min[15],離心后用移液槍吸取上清液轉移到到潔凈的無水滴的1.5 mL離心管,做好標簽,依據乳酸、總蛋白試劑盒說明書進行總蛋白(TP)、乳酸的測定,將剩余的上清液留樣置于-80 ℃的冰箱保存,用于實驗二次處理(一般情況下血清置于-20 ℃冷凍,可保存1個月左右;置于-80 ℃可保存3個月左右)。

1.3 數據處理

數據使用Excel 2010軟件進行整理,OriginPro 2017軟件進行曲線圖繪制,SPSS 17.0軟件進行差異性分析,并對數據進行整體討論。

2 結果與分析

2.1 高壓對鯽魚體表特征的影響

由表1得出隨著壓力的增加,鯽魚的呼吸速率呈緩慢下降趨勢。常壓條件下鯽魚呼吸頻率最高,為55～60 次/min,因為無水條件下一部分鰓絲粘連無法全部張開,故與空氣接觸的表面積減小,通過加快呼吸頻率滿足機體需氧[16]。高壓0.15 MPa條件下,壓力升高促使組織血氧含量上升,呼吸頻率逐漸降低,機體出現一定的僵硬感。高壓0.20 MPa條件下,鯽魚呼吸頻率最低,為22～25 次/min,這是因為鯽魚是冷血動物,低溫會降低魚體溫度,低溫和臨界壓力會降低鯽魚的呼吸代謝,減少能量和氧氣消耗[17]。當壓力升高為0.25 MPa時,鯽魚鰓部口部緩慢開合,魚肚部分略有凹陷且有血漬溢出[18],呼吸頻率較0.15 MPa緩慢很多,較0.20 MPa略高,可能是壓力過大魚體通過鰓部排出多余氧氣,確保組織器官正常運行。

表1 高壓無水條件下鯽魚呼吸頻率和體表狀態

2.2 高壓對鯽魚肌肉質構的影響

TPA質構測試通過高靈敏探頭檢測得出各項數據,能客觀地反映肉質變化情況[19]。硬度、彈性和咀嚼性越高,肉質越好[20]。由表2可以得出,隨著保活時間的延長,鯽魚高壓無水保活的咀嚼性、彈性和硬度指標呈先升高后降低的趨勢,保活時間8 h達到最高峰值,說明此時間點鯽魚的肉質最好。高壓0.20和0.25 MPa樣品組硬度、咀嚼性、彈性等指標高于常壓組,這是因為高壓能夠影響肌肉組織,促進部分肌原纖維蛋白凝結[21],但是保活8 h內高壓0.25 MPa數值較0.20 MPa樣品組低,可能因為壓力過大,神經軸突極速傳導營養物質供能,導致鯽魚肌肉內部營養物質短暫匱乏[22],由此得出,高壓0.20 MPa實驗組鯽魚的肉質比較好。高壓0.15 MPa樣品組的硬度、彈性和咀嚼性指標均低于常壓對照組,說明此壓力沒有引起蛋白質變性,并且高壓促進鯽魚肌肉溶氧量[23],使其應激反應較常壓小。由表3得出:在一定壓力下,鯽魚的肌肉質構與壓力成正相關,壓力的變化與內聚性關系最大,相關系數為0.800;與彈性相關性最小,相關系數為0.007。

表2 高壓無水條件下鯽魚肌肉質構狀況

表3 高壓保活8 h對鯽魚質構的相關性分析

2.3 高壓對鯽魚pH的影響

肌肉pH的變化引起機體酸堿失衡,某些纖維蛋白失去活性,增加肝臟功能負擔甚至會造成損傷[24]。由圖1可以看出,隨著保活時間的延長,各實驗組pH呈現先下降后上升的趨勢。鯽魚離水8 h內pH持續下降,說明這段時間鯽魚代謝加快運動量增大,體內酶作用和體細胞無氧呼吸產生乳酸[3]。高壓組8 h達到pH最低點,分別為5.91、6.12、6.14,常壓組4 h達到最低點,為5.94,從達到最低點所需時間分析得出高壓環境能夠延遲pH的下降,緩解鯽魚肌肉某種成分的變動,減緩pH波動對肝臟的損傷[25],對鯽魚自身起到有效的保護作用。

2.4 高壓對鯽魚肌糖原含量的影響

肌糖原儲于鯽魚的肌肉中,缺氧情況下分解成乳酸并產生ATP[26]。如圖2所示,鯽魚的肌糖原含量呈先上升后下降的趨勢,第4 h各樣品組分別達到最高點,依次為14.92、16.03、17.68、19.21 mg/g,且高壓0.20、0.25 MPa環境下鯽魚體內的肌糖原含量明顯高于常壓和0.15 MPa樣品組,說明高壓可以提高鯽魚物理溶氧量,降低能量消耗[4]。4 h后高壓0.25 MPa樣品組肌糖原含量急劇降低,可能因為超高壓對鯽魚造成不適,骨骼肌中糖酵解纖維利用肌糖原作為能量來源,進行短暫而強烈的活動[27],或者受應激導致促兒茶酚胺和皮質醇的釋放,進而加快糖原分解,以滿足機體快速代謝需求[28]。其他組鯽魚體內肌糖原變化緩慢,說明其他壓力均低于鯽魚耐受壓力。第8～12 h持續高壓低溫使鯽魚進入休眠[29],為維持代謝活動,從而消耗肌糖原產生能量。

圖2 高壓對鯽魚肌糖原含量的影響

2.5 高壓對鯽魚血清總蛋白含量的影響

血清總蛋白能夠維持血漿滲透壓,調節魚體生理作用、提供能量及提高免疫力,總蛋白含量越高,營養狀況越好[30]。如圖3所示,隨著保活時間的延長,鯽魚的總蛋白含量呈現先上升后下降趨勢。保活4 h時,血清總蛋白含量達最高點,分別為40.20、56.23、65.88、56.50 gprot/L,說明此時生理代謝最旺盛,血液調節和激素調節均保持活躍狀態[31]。無水保活8 h內,高壓0.20和0.25 MPa樣品組血清總蛋白含量高于常壓組,說明一定高壓能夠誘導機體產生血清總蛋白[32]。8 h后,血清總蛋白變化逐漸平穩,鯽魚開始對環境做出適應性反應,各種代謝活動趨于穩定。高壓0.20 MPa條件下總蛋白含量最高,這可能是由于魚體的漿細胞產生大量的球蛋白來對抗高壓對魚體帶來的傷害[33],此時鯽魚的營養狀況最好。

圖3 高壓對鯽魚總蛋白含量的影響

2.6 高壓對鯽魚乳酸含量的影響

乳酸是糖原酵解的代謝產物,短時間內蓄積會阻礙ATP合成,降低運動能力,一般情況下乳酸與肌糖原呈負相關[34]。如圖4所示,高壓0.20 MPa組和常壓組第8 h乳酸含量達最低點,分別為15.37、14.51 mmol/L,高壓0.15和0.25 MPa組第12 h乳酸含量達到最低點,分別為13.21、8.56 mmol/L。8 h內高壓環境促進機體溶氧,乳酸產生量低于乳酸被氧化為丙酮酸供機體利用的量,因此乳酸含量逐漸減少。8 h后常壓組和高壓0.20 MPa組乳酸含量值緩慢上升,此時鯽魚逐漸進入休眠狀態,運動能力降低。第4 h后高壓0.25 MPa組變化趨勢與其他實驗組相異,可能因為鯽魚長時間處在高于耐受壓的環境中,高壓影響ATP酶的活性,從而阻礙信息傳遞、能量轉換和物質運輸等反應過程,引起機體調節遲緩[21]。第8 h后高壓0.25 MPa乳酸含量急劇下降,此時乳酸作為燃料供糖酵解和不同氧化速率的細胞或組織進行交換[35]。

圖4 高壓對鯽魚乳酸含量的影響

3 討論與結論

高壓保活技術使鯽魚無水狀態下保持活性,降低呼吸頻率,增強肌肉硬度、彈性和咀嚼性,減少營養成分損失。本實驗研究表明無水保活12 h內,高壓無水保活優于常壓保活,且高壓0.20 MPa是鯽魚無水保活最適壓力。用顯著性差異分析魚肉質構可得高壓組指標與常壓組指標差異顯著(P<0.05),保活時間為8 h時,鯽魚的各項質構指標達到最大值,即8 h為無水運輸的最佳運送時間;高壓0.20 MPa環境下的鯽魚血清總蛋白含量最高,說明此壓力下鯽魚的機體狀況最好,營養損失最少;高壓0.20 MPa環境下鯽魚的肌糖原含量最高最穩定,說明該壓力無水保活對鯽魚自身能量消耗最少,代謝活動最低。

高壓無水保活12 h實驗得出:總蛋白含量和肌糖原含量呈先上升后下降趨勢,乳酸含量則先下降后上升。但是對于12 h后鯽魚自身是否發生突發性躍變,各項生理生化指標是否發生劇烈變動有待進一步研究;本實驗僅以鯽魚為研究對象,不同鮮活水產品所適用的保活壓力可能有所不同,這還需要科研工作者進一步探索,為我國水產品無水保活及設備研發提供數據參考。