溫度、流速對中國蛤蜊吐沙凈化的影響及效果評價方法研究

陳文超, 杜以帥, 劉金虎, 孫建明, 邱天龍

溫度、流速對中國蛤蜊吐沙凈化的影響及效果評價方法研究

陳文超1, 4, 杜以帥1, 3, 劉金虎2, 孫建明1, 3, 邱天龍1, 3

(1. 中國科學院海洋研究所 實驗海洋生物學重點實驗室, 山東 青島 266071; 2. 中國科學院海洋研究所 海洋生態與環境科學重點實驗室, 山東 青島 266071; 3. 中國科學院海洋大科學研究中心, 山東 青島 266071; 4. 中國科學院大學, 北京 100049)

本研究在實驗室條件下, 以定量化口感測試和解剖法為評價方法, 探討不同溫度和水流流速對中國蛤蜊吐沙凈化的影響, 并比較分析了兩種評價方法可行性。實驗設定了4個溫度梯度分別為14、18、22、26 ℃和5個流速梯度分別為20、40、80、160、320 L/h, 結果表明不同溫度和流速對吐沙凈化的影響不同, 14 ℃和18 ℃時, 流速對吐沙凈化無顯著性影響(0.05), 22 ℃和26 ℃時, 流速對吐沙凈化有顯著性影響(0.05); 14 ℃時, 各流速的凈化效果均不理想, 18、22和26 ℃時, 流速 40 L/h下吐沙4～8 h可達到較好凈化效果。2種評價方法比較的結果表明, 定量化口感測試評價方法能夠較為準確地反映貝類泥沙凈化效果, 可以作為貝類泥沙凈化效果的評價方法; 通過解剖法獲得貝類體內殘余泥沙進行粒徑分析, 易受到非泥沙顆粒物的干擾, 不能準確地反映貝類體內泥沙粒徑與含量, 采用該方法作為吐沙凈化評價方法時應做進一步優化。

中國蛤蜊; 吐沙凈化; 定量化口感測試; 溫度; 流速

中國蛤蜊()俗稱黃蜆子, 隸屬軟體動物門、蛤蜊科, 是一種具有重要經濟價值的養殖貝類, 廣泛分布于我國黃渤海潮間帶中下區的細砂灘至水深60 ｍ的淺海區[1]。中國蛤蜊營埋棲生活, 運動或攝食過程中會將底質泥沙帶入體內, 在食用時會產生“牙磣”感。因此, 中國蛤蜊在收獲后有必要對其進行吐沙凈化。環境因子是影響貝類吐沙凈化效果的重要因素[2-5]。溫度、鹽度等環境因子對貝類吐沙的影響規律已有較多研究[2-5], 但關于中國蛤蜊吐沙凈化的適宜環境因子及其影響規律尚未闡明, 且不同貝類凈化的適宜環境參數存在差異, 因此有必要對中國蛤蜊開展相關研究。吐沙凈化效果大多以口感測試、解剖觀察、灰分測定、相對吐沙量和排遺速率等為評價方法[2-11]。姚興存等[2]以口感測試和灰分測定為評價方法, 發現文蛤()在溫度20～25 ℃條件下經海水、淡水凈化15 h便可達到口感無沙的要求。楊鳳等[3]以口感測試和排遺速率為評價方法, 發現毛蚶()在溫度20 ℃、鹽度25條件下凈化6 h便可達到口感無沙的要求。王李寶等[4]以酸不溶性灰分為評價方法, 發現四角蛤蜊()在流水條件下吐沙8 h便可達到很好的凈化效果。評價方法的選擇影響吐沙凈化效率的判斷。口感測試是最簡單直接的評價方法, 根據“牙磣”感有無判斷貝類體內泥沙有無。泥沙作為“牙磣”感產生的刺激物, 泥沙粒徑和泥沙量影響“牙磣”感的有無和強弱, 能否通過貝類體內顆粒物粒徑分析評價凈化效果尚未明確。

本研究以定量化口感測試和解剖法為評價方法, 建立和完善口感測試評價方法的量化依據, 比較分析兩種評價方法可行性, 同時探討不同溫度和流速對中國蛤蜊吐沙凈化的影響, 為建立中國蛤蜊吐沙凈化工藝技術提供基礎。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

實驗用中國蛤蜊于2020年7月12日采自山東煙臺海陽市丁字灣東側海灘, 6 h內帶回實驗室。清洗、去除表面雜質并剔除死亡和破損個體, 選用規格整齊的中國蛤蜊進行實驗。中國蛤蜊殼長34.06±2.23 mm, 殼高24.85±1.82 mm, 質量7.54±1.58 g(=50)。

1.2 實驗儀器

實驗用貝類凈化設施為上升流式循環水養殖系統, 具有控溫、調節流速、過濾、泡沫分離除污和紫外滅菌功能(圖1)。實驗用系統共8套, 每套系統有6個上升流式養殖容器, 養殖容器為錐底柱狀, 內徑80 mm, 養殖水體自流速計以上至出水口2.7 L。

粒徑分析使用BT-9300ST激光粒度分布儀(丹東百特儀器有限公司; 檢測限0.05～1 500mm)。

圖1 上升流式貝類凈化實驗裝置

1.3 實驗方法

實驗開始前隨機取160個中國蛤蜊, 其中100個依照表1進行口感測試, 10個使用解剖取樣方法進行初始粒徑分析, 50個使用靜置暫養吐沙方法進行初始粒徑分析。

將剩余中國蛤蜊隨機分成40組, 每組約80粒, 分別裝入網孔為11 mm×11 mm的網兜中, 再放入柱狀上升流養殖容器。實驗鹽度統一設30, 實驗溫度設14、18、22、26 ℃共4個梯度, 每個溫度梯度使用2套系統, 每個溫度下設20、40、80、160、320 L/h共5個流速梯度。實驗過程均未投喂、未曝氣, 采用室內自然光照。實驗開始后的第4、8、12、16和20 h分別從每個處理組中取出10個中國蛤蜊, 其中5個進行口感測試, 5個通過解剖取樣方法獲得顆粒物進行粒徑分析。

1.4 數據分析方法

1.4.1 定量化口感測試

口感測試是最簡單直接的評價方法, 也是最常用的評價方法, 但是缺乏統一的量化標準。多次口感測試預實驗發現, 咀嚼次數(咀嚼第幾次產生泥沙感)可以反映泥沙量, 即咀嚼次數越小表示泥沙量越大, 泥沙感的強烈程度可以反映泥沙粒徑, 即泥沙感越強烈表示泥沙粒徑越大。本研究口感測試評價小組由8人組成, 通過品嘗不同粒徑的泥沙、含不同粒徑泥沙的中國蛤蜊以及不同含沙量的中國蛤蜊(蒸熟), 建立泥沙感等級劃分和評分方法(見表1)。評價小組實驗發現, 如樣品咀嚼10次無泥沙感, 其后咀嚼將不再會產生泥沙感。因此, 以10次為判斷口感的臨界咀嚼次數, 即咀嚼10次便可完成口感測試。

表1 口感測試評分方法

注: B等級得分=咀嚼次數–1; 咀嚼次數為咀嚼第幾次時產生泥沙感。

1.4.2 粒徑分析

用于初始粒徑分析的中國蛤蜊體內泥沙采用解剖取樣方法和靜水暫養吐沙2種方法獲得。實驗過程中中國蛤蜊體內泥沙采用解剖取樣方法獲得。

解剖取樣時, 使用移液槍吸取1 mL蒸餾水, 利用水流的沖力將中國蛤蜊體內顆粒物沖刷進水樣瓶中。為確保中國蛤蜊體內顆粒物全部沖刷進水樣瓶, 重復此操作5次, 最終每個中國蛤蜊可獲得約5 mL含顆粒物的水樣, 每個重復組可獲得25 mL含顆粒物水樣, 然后把2個重復組水樣混合均勻。最后使用激光粒度分布儀對50 mL含顆粒物的水樣進行粒徑分析。

靜水暫養吐沙是將50個外殼清洗后的中國蛤蜊放置于20 L養殖槽中換水充氣培養, 每天換水前將養殖槽中排出的顆粒物收集1次, 直至養殖槽內再無顆粒物出現, 最后將收集的所有顆粒物均勻混合, 采用靜置方法濃縮, 使用激光粒度分布儀進行粒徑分析。

1.4.3 數據處理

使用Excel、SPSS17.0 統計軟件對所采集的數據進行作圖及Kruskal-Wailis單因素方差分析, 以0.05作為差異顯著。

2 結果與分析

2.1 不同溫度下流速的凈化效果

中國蛤蜊初始口感測試等級評價中, A等級0%、B等級5%、C等級95%, 即初始含沙率為100%, 初始評分為0.30±1.14分。

在溫度14 ℃時, 各流速實驗組的口感測試得分無顯著性差異(0.05), 各流速實驗組吐沙凈化的效果并不理想(見圖2、表2)。在溫度18 ℃時, 各流速實驗組的口感測試得分無顯著性差異(0.05), 流速20、40和320 L/h下凈化8 h可達到較好的凈化效果; 流速160 L/h下凈化20 h可達到較好凈化效果(見圖3、表2)。在溫度22 ℃時, 各流速實驗組的口感測試得分有顯著性差異(0.05), 凈化16 h后80 L/h的口感測試得分顯著高于160 L/h, 凈化20 h后20 L/h的口感測試得分顯著高于40 L/h, 其他組間無顯著性差異; 流速20 L/h和40 L/h凈化8 h可達到較好的凈化效果; 流速80 L/h下凈化12 h可達到較好凈化效果(見圖4、表2)。在溫度26 ℃時, 各流速實驗組的口感測試得分有顯著性差異(0.05), 凈化4 h后20 L/h和40 L/h的口感測試得分顯著高于80 L/h; 流速40 L/h下凈化4 h可達到較好凈化效果; 流速80 L/h 和160 L/h下凈化12 h可達到較好的凈化效果(見圖5、表2)。

圖2 14℃下各流速不同時間口感測試得分和口感等級比例圖

表2 不同溫度和流速下口感測試得分和口感等級所需最短凈化時間(單位: h)

注: 表中所示為口感測試得分≥9分、A等級占比≥80%和A等級占比≥90%所需最短凈化時間; —表示實驗周期內未達9分或A等級占比不達80%。

圖3 18℃下各流速不同時間口感測試得分和口感等級比例圖

圖4 22℃下各流速不同時間口感測試得分和口感等級比例圖

2.2 基于解剖法的粒徑分析評價方法

采用靜水暫養吐沙獲得的泥沙進行初始粒徑分析所得結果如圖6a所示, 顆粒物的粒徑范圍為1.99～ 343.90 μm, 根據GB/T 12763.8-2007海洋調查規范第8部分海洋地質地球物理調查簡分法[6]對顆粒物粒徑分級, 黏土(0～4 μm)約占1.25%, 細粉砂(4～16 μm)約占6.82%, 粗粉砂(16～63 μm)約占32.63%, 細砂(63～ 250 μm)57.60%, 中砂(250～500 μm)約占1.70%。顆粒物體積平均粒徑為89.37 μm, D50為76.67 μm, D90為180.1 μm。采用解剖取樣獲得的泥沙進行粒徑分析所得結果如圖6b所示, 顆粒物的粒徑范圍為2.25～ 210.5 μm, 黏土約占1.13%, 細粉砂約占4.86%, 粗粉砂約占26.02%, 細砂67.99%。顆粒物體積平均粒徑為87.47 μm, D50為85.66 μm, D90為150.5 μm。

由表3可知, 各實驗組的D90粒徑并非單調升高或單調降低的, 均出現了波動。由圖7可知, 基于解剖法獲得的D90粒徑與口感測試得分并無較好的相關性, 說明在口感測試評價時應綜合口感測試得分和等級劃分評判其含沙率和泥沙粒徑。在100組粒徑分析樣品中有16組低于儀器檢出限未獲得數據, 有12組的粒徑分析結果超出了初始粒徑分析的最大值, 可能是因為在樣品中混有蛤蜊組織碎屑或糞便等干擾物。在本實驗中, 受樣本量及儀器檢測工藝限制較難獲得全部可靠數據。可見, 基于解剖法獲得泥沙樣本進行粒徑分析以評價吐沙凈化效果的方法可信度不高。

圖5 26℃下各流速不同時間口感測試得分和口感等級比例圖

3 討論

3.1 吐沙凈化評價方法

吐沙凈化的現有評價方法主要有口感測試、解剖觀察、灰分測定、相對吐沙量、排遺速率、比重法和超聲檢測法等[4-11]。口感測試方法是利用測試者感官對有無泥沙進行定性判別, 無法反映泥沙含量及食用時泥沙感強烈程度。解剖觀察是通過肉眼或顯微鏡觀察貝類體內泥沙等顆粒物進行評價, 可評價出顆粒物有無、粒徑及其在貝類體內的分布情況。灰分測定是用吐沙前后的灰分差值代表貝類排出的顆粒物[4]。相對吐沙量和排遺速率是通過測定貝類排出的顆粒物來評價[7-11], 但其并不能準確表示貝類體內的顆粒物水平。比重法和超聲檢測法是利用勻漿靜置和振蕩將貝肉與泥沙分離, 可以實現貝類體內泥沙的準確定量[12-13]。

本研究對口感測試和解剖法進行優化, 比較了2種方法用于貝類吐沙凈化效果評價的可行性。口感測試是最簡單直接的評價方法, 針對其無法實現量化評價的缺點, 本文將咀嚼次數、口感等級和口感得分引入到口感測試中, 利用咀嚼次數量化口感測試得分(0～10)反映泥沙量的多少, 利用口感等級(A、B和C)反映泥沙感的強烈程度, 提高了口感測試的科學性和準確性, 建立了定量化的口感測試評價方法。本研究選用同時滿足口感測試得分≥9分和A等級占比≥80%作為取得較好貝類吐沙凈化效果的分界點, 該分界點的選擇是否恰當有待市場的檢驗和確定。結果分析顯示, 優化后的口感測試評價方法可用于吐沙凈化的效果評價, 并能較好地實現凈化效果的量化分析。

圖6 靜水暫養吐沙和解剖取樣分別獲得的中國蛤蜊體內泥沙初始粒徑分布圖

表3 不同溫度、流速和時間下中國蛤蜊體內顆粒物D90粒徑(單位: μm)

續表

注: —表示未獲得D90數據; *表示D90超出初始粒徑最大值343.90; D90指累積百分比為90%時的粒徑

圖7 D90粒徑與口感測試得分

借助激光粒度分析儀對解剖法獲得泥沙進行粒徑分析, 意圖建立精準的泥沙粒徑分布特征, 以定量化評價凈化效果。結果分析表明, D90粒徑與口感測試得分的相關性不顯著, 未能建立很好的定量化的評價方法。這主要是因為貝類體內顆粒物較難準確分離, 采用激光粒度分析儀進行粒徑分析時, 易受到蛤蜊體內有機碎屑等污染物的影響, 不能準確地反映貝類體內泥沙粒徑與含量。因此, 通過解剖法獲得貝類體內殘余泥沙進行粒徑分析, 易受到非泥沙顆粒物的干擾, 在未對該方法進行進一步優化的條件下, 不適宜作為吐沙凈化的評價方法。

3.2 溫度和流速對吐沙凈化的影響

溫度是影響貝類吐沙凈化的重要因素。本研究發現中國蛤蜊在溫度18、22和26 ℃下吐沙4～8 h可達到較好凈化效果, 吐沙凈化效果隨溫度的升高而先升后降, 在溫度22 ℃左右達到最好。已有研究表明, 在溫度13～28 ℃范圍內, 中國蛤蜊的代謝隨溫度的升高而先升后降, 在溫度23℃左右耗氧率最大[14], 據此推測中國蛤蜊在22 ℃時凈化效果最好可能是因為該溫度下中國蛤蜊代謝最為旺盛。花蛤()、毛蚶和大竹蟶()等也存在類似現象, 在溫度15～30 ℃范圍內, 其吐沙凈化效果隨溫度的升高而先升后降, 均在溫度20 ℃左右達到最好, 這一溫度同樣接近其代謝最為旺盛的溫度[3, 11, 15-18]。可見, 溫度主要通過影響貝類的代謝, 繼而影響吐沙凈化效果。

流速是影響貝類吐沙凈化的重要因素。本文發現在不同溫度下流速對吐沙凈化的影響各不相同。在溫度14 ℃和18 ℃下, 改變流速不足以顯著影響中國蛤蜊吐沙凈化。這可能是因為在此溫度范圍內貝類的代謝水平相對較低[14], 改變流速不足以抵消溫度的影響。在溫度22 ℃和26 ℃時, 流速對中國蛤蜊吐沙凈化有顯著性影響, 這可能是因為在適宜溫度下貝類的代謝能力受流速的影響較大。綜合考慮吐沙凈化的時效, 在溫度18、22和26 ℃時, 中國蛤蜊在流速40 L/h下經過4～8 h吐沙可達到較好的凈化效果。本實驗采用貝類上升流培育系統進行貝類凈化實驗研究, 在實驗過程中發現, 在貝類堆放20～25 cm條件下, 高流速上升流無法將貝類排出的泥沙等顆粒物帶走, 實現貝類和污染物分離, 導致貝類口感測試得分出現了先增后降的現象。因此, 在貝類凈化系統設計中還應考慮設計適宜的流場, 以實現貝類與污染物及時分離, 避免二次污染。

4 結論

本研究通過對口感測試評分方法進行量化, 能夠較為準確地反映貝類泥沙凈化效果, 可以作為貝類泥沙凈化效果的評價方法; 通過解剖法獲得貝類體內殘余泥沙進行粒徑分析, 易受到非泥沙顆粒物的干擾, 不能準確地反映貝類體內泥沙粒徑與含量, 采用該方法作為吐沙凈化評價方法時應做進一步優化。不同溫度下流速對吐沙凈化的影響不同; 14 ℃和18 ℃時, 流速對吐沙凈化無顯著性影響(0.05), 22 ℃和26 ℃時, 流速對吐沙凈化有顯著性影響(0.05); 14 ℃時, 各流速的凈化效果均不理想; 18、22和26 ℃時, 流速 40 L/h下經4～8 h可達到較好凈化效果。

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Study of the evaluation method and suitable flow velocity and temperature parameters of Chinese clam () for sand depuration

CHEN Wen-chao1, 4, DU Yi-shuai1, 3, LIU Jin-hu2, SUN Jian-ming1, 3, QIU Tian-long1, 3

(1. CAS Key Laboratory of Experimental Marine Biology, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. CAS Key Laboratory of Marine Ecology and Environmental Sciences, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 3. Center for Ocean Mega- Science, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 4. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

In this study, under laboratory conditions, quantitative taste tests and anatomical sampling were used as evaluation methods to explore the effects of different temperatures and flow velocities on the sand depuration of Chinese clam (). The feasibility of the two evaluation methods was compared and analyzed. Four temperature gradients (i.e., 14 ℃, 18 ℃, 22 ℃, and 26 ℃) and five flow velocity gradients (i.e., 20, 40, 80, 160, and 320 L/h) were utilized in this experiment. Results showed that flow velocity and temperature have different effects on sand depuration. At 14 ℃ and 18 ℃, the flow velocity had no significant effect on sand depuration (>0.05). At 22℃ and 26 ℃, the flow velocity had a significant effect on sand depuration (<0.05). At 14 ℃, the depuration effect of each flow velocity was not ideal. At 18 ℃, 22 ℃, and 26 ℃, the flow velocity of 40 L/h had a good depuration effect after 4–8 h. The comparison of the two evaluation methods showed that the quantitative taste tests described the sand depuration effect more accurately and can be used as an evaluation method for the sand depuration effect of shellfish. Size analysis of particles obtained through anatomical sampling is susceptible to interference from non-sand particles and cannot accurately reflect the size and content of sand in shellfish. Without further optimization of this method, it is unsuitable as an evaluation method for the sand depuration effect.

; sand depuration; quantitative taste test; temperature; flow velocity

May 6, 2021

[The National Key Research and Development Program of China, No. 2019YFD0900701; Science and Technology Major Project of Guangxi, Guike No. AA17204094-3; andthe National Natural Science Foundation of China, No. 31702392]

S984.3+1

A

1000-3096(2022)06-0032-10

10.11759/hykx20210506001

2021-05-06;

2021-06-25

國家重點研發計劃“藍色糧倉科技創新”項目課題(2019YFD0900701); 廣西科技重大專項(桂科AA17204094-3); 國家自然科學基金(31702392)

陳文超(1996—), 男(漢族), 碩士研究生, 貝類凈化, E-mail: 1173807822@qq.com; 邱天龍(1985—),通信作者, 男(漢族), 博士, 主要從事水產工業化養殖工藝技術研究與裝備研發, E-mail: oceanman@qdio.ac.cn.

(本文編輯: 趙衛紅)