超聲波協同微酸性電解水對小龍蝦凈化及品質的影響

孔金花，諸永志，葛慶豐，卞 歡，閆 征，劉 芳，徐為民

（1.江蘇省農業(yè)科學院農產品加工研究所，江蘇南京 210014；2.揚州大學食品科學與工程學院，江蘇揚州 225127）

小龍蝦學名克氏原螯蝦（Procambarus clarkii），也稱為紅螯蝦和淡水小龍蝦，是我國重要的淡水經濟蝦類[1]。因其風味獨特，肉質鮮美且營養(yǎng)價值高，備受廣大消費者青睞[2]。小龍蝦水分和蛋白質的含量豐富，同時內源酶活性高，且因其生活環(huán)境導致自身微生物雜且多[3]，因此在加工、貯藏、流通等各環(huán)節(jié)中易發(fā)生腐敗變質，極大地降低了小龍蝦產品的品質和商用價值。

水產品加工前的初始微生物數量直接影響了產品貨架期，目前小龍蝦加工過程中微生物問題是加工企業(yè)面臨的技術難題[4]。減菌預處理是提高產品貨架期的重要方法[5]，因此小龍蝦加工前的減菌凈化處理對延長產品貨架期和提高產品品質具有重要的意義。小龍蝦加工企業(yè)多采用氣泡清洗的方式進行凈化處理，但是這種方法無法高效清除小龍蝦體內攜帶的大量微生物，因此加工后產品仍需冷凍保存，嚴重制約了小龍蝦產業(yè)的發(fā)展。微酸性電解水是通過電解裝置電解稀鹽酸或氯化鈉溶液而制得的一種新型的非熱殺菌劑。因其廣譜高效、制作簡單、成本低，而且安全無毒，現已廣泛應用于水產品加工中[6?7]。微酸性電解水作為新型的減菌劑，對食品的消毒以及減菌保鮮都有很好的效果[8?9]。微酸性電解水的殺菌作用主要來自于有效氯，有效氯通過破壞細胞壁和細胞膜殺滅病原菌[10?11]。有效氯不僅可以殺滅細菌，而且對芽孢孢子具有殺滅能力[12?13]。超聲波是超出人耳聽覺范圍，頻率在20 kHz 以上的聲波。超聲波在清洗液中傳播時，形成空化氣泡，氣泡閉合時會對周圍物體產生強大的沖擊力，使得物體的污物分散到清洗液中，起到很好的清洗作用。超聲波清洗技術已廣泛應用于醫(yī)療行業(yè)、電子行業(yè)、輕紡行業(yè)等各個領域[14]。超聲輔助冷凍可以有效提高雞胸肉肌原纖維蛋白的乳化穩(wěn)定性[15]。超聲對蛋清進行改性后可以有效提高蛋清粉的速溶性能[16]。小龍蝦因其生長環(huán)境導致其表面帶有大量泥沙，不利于后期加工。超聲波的高效清洗作用可以有效去除小龍蝦所攜帶的泥沙。

微酸性電解水在水產品中的應用主要是對蝦仁、魚等進行貯藏前的減菌處理[17]，而超聲波協同微酸性電解水技術對小龍蝦進行活體凈化尚未有研究報道。本文以小龍蝦為研究對象，從加工生產實際出發(fā)，運用超聲協同微酸性電解水對其進行加工前的活體凈化處理，并探究了超聲協同微酸性電解水凈化工藝對小龍蝦品質的影響，旨在完善小龍蝦凈化處理技術和工藝流程，為制定標準化的小龍蝦凈化工藝提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小龍蝦 購于南京集慶門水產批發(fā)市場，剔除死蝦后取鮮活小龍蝦，重量為（25±3.00）g；氯化鈉分析純，廣東光華科技股份有限公司；硫酸 分析純，南京化學試劑股份有限公司；平板計數瓊脂 北京奧博星生物技術有限責任公司；其他所有試劑 均為分析純。

DGG-9023A 電熱鼓風干燥箱 上海森信實驗儀器有限公司；SZF-06A 粗脂肪測定儀 上海新嘉電子有限公司；HH-8 數顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司；H196771 余氯測試儀 意大利哈納；CR-400 色度儀 上海亞榮生化儀器廠；FE28 pH 計 梅特勒-托利多儀器有限公司；ZEALWAY 高壓滅菌鍋

致微儀器有限公司；XZ-0101 濁度計 上海鋯儀電子科技有限公司；HD-240L 水神次氯酸發(fā)生器旺旺集團有限公司；KQ-100DE 數控超聲波清洗器

昆山市超聲儀器有限公司；TMS-TOUCH 質構儀

美國 FTC；MR23 低場核磁共振儀 蘇州紐邁電子科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 微酸性電解水的制備 微酸性電解水由“水神”次氯酸水發(fā)生器制備生成。自來水為原水，電解液（出廠配置）的主要成分為6%的分析純鹽酸與1%氯化鈉混合化合物。設備接通電源后，打開自來水閥門，觸摸模板電源開關，出水即為微酸性電解水。水樣采集后立即使用，初始濃度為60 mg/L（出廠配置），低質量濃度的微酸性電解水使用自來水進行稀釋配置。有效氯質量濃度采用余氯測試儀進行檢測。

1.2.2 小龍蝦凈化方法

1.2.2.1 微酸性電解水減菌處理 在室溫（25±2）℃下，將鮮活小龍蝦放置在一定濃度的微酸性電解水中進行吐污減菌，蝦水比為1:8（w/v）。電解水處理小龍蝦的目的是殺滅小龍蝦所攜帶的微生物，因此以菌落總數和芽孢總數為指標評價減菌效果，分析微酸性電解水的有效氯質量濃度和減菌時間對小龍蝦減菌效果的影響，得出適宜的有效氯質量濃度和減菌時間。

1.2.2.2 超聲波清洗處理 將鮮活小龍蝦放置在一定濃度的微酸性電解水中進行超聲清洗處理，超聲過程中液體保持（25±2）℃，蝦水比為1:8（w/v）。超聲波清洗小龍蝦目的是去除小龍蝦表面及鰓部所攜帶污泥，同時小龍蝦凈化處理過程必須保持鮮活狀態(tài)（生產加工所需），因此以小龍蝦的存活率和清洗液濁度為指標評價清洗效果，得出適宜的超聲波功率。

1.2.2.3 氣泡清洗處理 在室溫（25±2）℃下，將鮮活小龍蝦放置在自來水中進行吐污清洗一定的時間，蝦水比為1:8（w/v）。自來水裝有氧氣泵，使自來水中有氣泡產生，保持小龍蝦處于氣泡清洗狀態(tài)。以清洗后小龍蝦的菌落總數和清洗液濁度為指標評價清洗效果。

1.2.3 超聲波協同微酸性電解水凈化工藝優(yōu)化實驗

1.2.3.1 不同有效氯質量濃度對小龍蝦減菌效果的影響 使用微酸性電解水對小龍蝦進行浸泡吐污減菌30 min，蝦水比為1:8（w/v），電解水有效氯質量濃度為20、30、40、50、60 mg/L，測定處理后小龍蝦的菌落總數和芽孢總數，確定微酸性電解水最佳減菌濃度。

1.2.3.2 處理時間對小龍蝦減菌效果的影響 根據1.2.3.1 的結果，使用有效氯質量濃度為60 mg/L 的微酸性電解水對小龍蝦進行吐污減菌，比較不同浸泡時間：10、20、30、40、50、60 min，測定處理后小龍蝦的菌落總數和芽孢總數，確定適宜的減菌時間。

1.2.3.3 超聲波對小龍蝦的清洗效果的影響 在預實驗基礎上，選擇超聲波功率40、50、60、70 W 對小龍蝦超聲清洗，處理時間依據1.2.3.2 的結果，根據處理后小龍蝦的存活率和清洗液的濁度，得出適宜的超聲功率。

1.2.4 超聲波協同微酸性電解水的凈化工藝與車間現用工藝對比 根據單因素實驗結果，將超聲波技術與微酸性電解水結合使用即為最佳凈化工藝。將最佳凈化工藝與小龍蝦車間現用的氣泡清洗方式進行對比，小龍蝦不進行凈化處理為對照，以凈化后小龍蝦的菌落總數和清洗液的濁度為指標，分析評價該最佳凈化工藝的凈化效果。超聲協同電解水工藝：超聲波功率為50 W，微酸性電解水濃度為60 mg/L，處理時間: 50 min；氣泡清洗方式：氣泡清洗50 min。

1.2.5 指標測定

1.2.5.1 菌落總數的測定 參照GB 4789.2-2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗菌落總數測定》[18]。

式中：A1為處理前的菌落數，CFU/g；A2為處理后菌落數，CFU/g。

減菌數（lg CFU/g）=處理前菌落數的對數值?處理后菌落數的對數值

1.2.5.2 芽孢總數的測定 參考張良[19]的方法，稍作修改。無菌條件下將小龍蝦剪碎，取25 g 至于無菌瓶中，加入225 mL 無菌生理鹽水，制成1:10 梯度的菌懸液。將菌懸液水浴80 ℃處理10 min，冷卻到室溫后取1 mL 于無菌平板中，及時倒入平板計數瓊脂培養(yǎng)基。平板置于于37 ℃環(huán)境培養(yǎng)48 h 后進行芽孢菌落計數。

1.2.5.3 濁度的測定 使用蒸餾水對濁度計進行校正之后對液體進行測定，重復測定3 次，取平均值。

1.2.5.4 存活率測定 將50 只小龍蝦進行微酸性電解水超聲清洗處理，根據處理后小龍蝦的存活數量計算存活率。

式中：A1為處理后鮮活小龍蝦的數量；A2為處理前鮮活小龍蝦的數量。

1.2.5.5 理化指標測定 水分測定：參照GB 5009.3-2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》[20]，采用第一法直接干燥法測定；

粗蛋白測定：參照GB 5009.5-2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》[21]，采用第一法凱式定氮法測定；

粗脂肪測定：參照GB 5009.6-2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》[22]，采用第一法索氏抽提法測定；

灰分測定：參照GB5009.4-2016《食品安全國家標準 食品中灰分的測定》[23]，采用第一法食品中總灰分的測定；

pH 測定：參照GB5009.237-2016《食品安全國家標準 食品中pH 值的測定》[24]。

1.2.5.6 色差測定 使用校正白板（亮度值（L*）=97.41，紅度值（a*）=0.05，黃度值（b*）=1.67）對色度儀進行校正，校正完成后測定小龍蝦尾肉的L*、a*、b*。每個樣品重復測定6 次，取平均值[25]。

1.2.5.7 質構測定 將小龍蝦第2 節(jié)尾肉切成1 cm×1 cm×0.7 cm，使用質構儀進行硬度、彈性、咀嚼性等指標的測定。測試參數為：測試速率為3 mm/s, 形變量50%，探頭回升樣品高度10 mm。每個樣品重復檢測6 次，取平均值[26]。

1.2.5.8 感官評定 為了評價微酸性電解水減菌對小龍蝦的感官影響，對電解水減菌后的小龍蝦做感官評定。感官評定的方法參照NY/T 840-2012《綠色食品蝦》[27]，將小龍蝦洗凈后放入100 ℃水中煮沸5 min，冷卻后進行品嘗，具體評價標準參照表1。感官評價人員由10 名食品專業(yè)的研究生組成，并對其進行了專業(yè)的感官評價培訓。評價人員根據評分標準對小龍蝦的色澤、滋味和氣味進行評價，品嘗每個樣品前均需漱口，評價員之間不得進行交流。最終得分是10 名評價員的平均分。

表1 小龍蝦感官評定表Table 1 Criteria for sensory evaluation of crayfish

1.2.5.9 低場核磁水分分布測定 取大小為1 cm×1 cm×2 cm 的小龍蝦蝦尾放入核磁小管中，設置儀器參數為：磁體溫度為32 ℃，采樣頻率為100 kHz，共振頻率為21 kHz，磁極間隙為3500 ms，線圈為25 mm，Tw 值為3000，NS 為16，反演迭代次數為1000000，橫向弛豫時間通過Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脈沖列序測定[28]。每個樣品重復檢測3 次。

1.3 數據處理

采用Excel 軟件和SPSS Statistics 16.0 軟件對試驗數據進行統計分析，采用單因素方差分析和t檢驗進行差異性比較，P<0.05 表示有顯著性差異；采用Origin 8.5 軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 微酸性電解水對小龍蝦的減菌效果

2.1.1 不同有效氯質量濃度微酸性電解水對小龍蝦減菌效果的影響 由圖1 可知，不同有效氯質量濃度的電解水對小龍蝦具有較好的殺菌效果，且減菌效果隨著電解水有效氯質量濃度的增加而增加。當有效氯質量濃度為60 mg/L 時，菌落總數和芽孢總數分別減少了1.78 lg CFU/g 和193 CFU/g，減菌率分別為98.70%、58.84%。Tantratian 等[29]使用微酸性電解水對新鮮的牡蠣進行清洗，發(fā)現殺菌效果隨著有效氯質量濃度的提高逐漸增強；于福田等[30]發(fā)現微酸性電解水質量濃度越高對羅非魚的減菌效果越好，結果與本文研究一致。因此，本文選擇有效氯質量濃度為60 mg/L 的微酸性電解水對小龍蝦進行活體減菌處理。

圖1 不同有效氯濃度微酸性電解水對小龍蝦減菌效果的影響Fig.1 Effect of slightly acidic electrolyzed water with different available chlorine concentrations on sterilization of crayfish

2.1.2 不同浸泡時間對小龍蝦減菌效果的影響 有機物是影響微酸性電解水抗菌活性的重要物質，其有很強的消耗有效氯的能力[31]。在減菌過程中，小龍蝦攜帶的污染物快速消耗微酸性電解水中的有效氯，因此減菌過程中有效氯質量濃度不斷下降。由圖2 可知，有效氯質量濃度隨著處理時間呈下降趨勢，在減菌5 min 之內有效氯質量濃度迅速下降，10 min之后有效氯質量濃度降到10 mg/L 以下。和勁松等[32]對微酸性電解水的殺菌過程進行動力學分析時，發(fā)現殺菌過程中有效氯質量濃度不斷減少。因此，為保持微酸性電解水的減菌效果，在減菌過程中需要注意維持有效氯質量濃度。本文研究了不同處理時間對小龍蝦減菌效果的影響，同時將有效氯質量濃度為40、60 mg/L 的電解水減菌效果進行了比較，結果見圖3。

圖2 減菌過程中微酸性電解水有效氯濃度的變化Fig.2 Changes in the concentration of available chlorine in slightly acidic electrolyzed water during sterilization

圖3 微酸性電解水對小龍蝦的減菌效果Fig.3 Effect of slightly acidic electrolyzed water on sterilization of crayfish

由圖3 可知，微酸性電解水的減菌效果顯著優(yōu)于對照組（P<0.05）。在減菌過程中，處理時間越長減菌效果越好，處理50 min 之后，菌落總數和芽孢總數趨于平穩(wěn)。處理60 min 的減菌效果與50 min 無顯著性差異（P>0.05），考慮到車間成本，因此選擇60 mg/L 的電解水浸泡50 min 對小龍蝦進行活體減菌處理。此時菌落總數和芽孢總數分別下降了4.26 lg CFU/g、500 CFU/g, 減菌率分別為99.99%、92.61%。圖3 中也可以看出微酸性電解水有效氯質量濃度越高減菌效果越好，有效氯質量濃度為60 mg/L 的電解水減菌效果顯著優(yōu)于40 mg/L（P<0.05），結論與2.1.1 一致。

2.2 超聲波對小龍蝦的清洗效果

由圖4 可知，隨著超聲功率的增加，清洗液濁度逐漸增大，表明隨著超聲功率的增大清洗效果越好。由于超聲波的空化作用不僅使得污漬從小龍蝦表面脫落，同時對小龍蝦也有很強的刺激作用，超聲功率過大會導致小龍蝦的死亡。實驗結果表明超聲功率不高于50 W 處理時，小龍蝦可以保持鮮活狀態(tài)，處理50 min 后存活率為100%。超聲功率為60 W 時，小龍蝦的存活率只有71%。雖然超聲對小龍蝦有很好的清洗效果，但必需保證小龍蝦在凈化過程中是活體狀態(tài)，因此選擇功率為50 W 對小龍蝦進行超聲波清洗處理。

圖4 超聲處理后清洗液濁度和小龍蝦存活率的變化Fig.4 Changes in turbidity of cleaning solution and survival rate of crayfish after ultrasonic treatment

將超聲波清洗技術與微酸性電解水減菌技術結合，得出小龍蝦活體凈化工藝為超聲波功率50 W 協同有效氯質量濃度為60 mg/L 微酸性電解水對小龍蝦進行50 min 凈化處理。

2.3 超聲波協同微酸性電解水凈化工藝與氣泡清洗工藝效果對比

由圖5A 可知，車間現用工藝對小龍蝦凈化處理后菌落總數仍然有5.76 lg CFU/g。小龍蝦由于蝦肉纖維組織極易斷裂而無法進行高溫高壓殺菌[33?34]，因此初始菌落的數量對小龍蝦產品的貨架期具有重大的影響，初始菌落越低對延長產品的貨架期越有益。而50 W 功率的超聲波協同質量濃度為60 mg/L 的微酸性電解水可以將小龍蝦的初始菌落總數7.17 lg CFU/g 降到3.52 lg CFU/g，減菌數3.65 lg CFU/g，顯著大于氣泡清洗方式（P<0.05），這對小龍蝦的加工生產具有重大的意義。由圖5B 可知，超聲波協同微酸性電解水工藝處理后芽孢總數顯著低于氣泡清洗組（P<0.05），這對延長小龍蝦產品的貨架期具有重要的意義。由圖5C 可知，使用超聲凈化工藝后清洗液濁度181 NTU 顯著大于氣泡清洗工藝條件下清洗液的濁度14.78 NTU（P<0.05），因此超聲處理技術對小龍蝦泥沙的清除效果明顯優(yōu)于車間現用工藝（P<0.05）。楊振泉等[35]使用超聲協同流水對小龍蝦凈化處理后可以使菌落總數降低1 lg CFU/g，而超聲波功率50 W協同有效氯質量濃度為60 mg/L 微酸性電解水對小龍蝦進行50 min 凈化處理的減菌效果優(yōu)于此方法。

圖5 不同凈化方式凈化效果差異對比Fig.5 Comparison of purification effects of different purification methods for crayfish

2.4 小龍蝦活體凈化前后蝦肉品質和營養(yǎng)成分變化

為了評價超聲波協同微酸性電解水凈化工藝是否會對小龍蝦產生不良影響，將小龍蝦凈化前后的營養(yǎng)成分和品質進行了比較。由表2 可知，凈化處理對小龍蝦的營養(yǎng)成分和品質均無顯著影響（P>0.05）。超聲協同電解水處理對小龍蝦的T2橫向弛豫時間的影響如圖6 所示。圖中所示的3 個峰分別是小龍蝦蝦尾的結合水（T20）、不易流動水（T21）、自由水（T22）。由圖6 可知，凈化處理后小龍蝦蝦肉的不易流動水峰面積和弛豫時間與處理前基本一致，由此可以看出凈化處理對蝦肉的保水性沒有產生不良影響。

表2 小龍蝦凈化后營養(yǎng)成分和品質變化Table 2 Changes in nutritional composition and quality of crayfish after purification

圖6 小龍蝦凈化后低場核磁曲線的變化Fig.6 Low field NMR curve changes of crayfish after purification

Shiroodi 等[36]使用有效氯質量濃度為60 mg/L的微酸性電解水對鮭魚進行處理后，發(fā)現鮭魚的品質沒有發(fā)生變化；Al-Qadiri 等[37]使用微酸性電解水對蛤和貽貝進行減菌處理后，品質無顯著變化（P>0.05），與本文研究結果一致。因此該工藝既能達到減菌率99.98%，又能較好地保持小龍蝦的品質，該工藝合理可行。

3 結論

微酸性電解水對小龍蝦具有較好的減菌作用，微酸性電解水的有效氯質量濃度越高、減菌處理時間越長，減菌效果越好。本文在綜合減菌、去污效果及不影響小龍蝦存活率與品質的基礎上，得出的最佳凈化工藝為：超聲波功率為50 W 協同60 mg/L 的微酸性電解水減菌50 min，可以將小龍蝦的初始菌由7.17 lg CFU/g 降到3.52 lg CFU/g，減菌率達到99.98%。同時，該工藝條件下，小龍蝦的品質能夠很好的保持，因此具有良好的應用前景。