鱼类保活运输技术研究进展

朱旻琪,管维良,茅林春*

(浙江大学生物系统工程与食品科学学院,浙江 杭州 310058)

摘 要:该文对化学方式(间氨基苯甲酸乙酯甲磺酸盐、丁香酚和二氧化碳等)和物理方式(降温、电击等)两类鱼类保活预处理技术进行分析和比较,介绍有水和无水两种运输形式,并从氧化应激、免疫反应和能量代谢3个方面简述鱼类在运输过程中发生的应激反应,总结目前在鱼类保活运输技术方面的研究进展,旨在为鱼类的保活运输研究提供参考。

关键词:鱼类;化学方式;物理方式;保活运输;应激反应

鱼类由于其高蛋白、低脂肪的特点越来越受到人们的欢迎,而鲜活鱼比冰鲜鱼口感更好、营养价值更高,因此对鲜活鱼的需求量也日益增长。然而由于我国地域范围大,经销商需要对鱼进行长时间运输送往各地销售。鱼类保活运输一般采用有水运输或无水运输。有水运输中鱼类会受到低氧、氨氮等胁迫,无水运输中会受到空气暴露胁迫。以上这些因素会让鱼类产生应激反应,严重时可导致死亡。因此,采取适当的技术使鱼镇静或麻醉,控制合适的运输条件,提高运输后的存活率,实现高质量、大体积的运输成为鱼类保活运输行业主要研究的方向。因此,本文综述了鱼类保活预处理技术、保活运输形式以及运输过程中的应激反应。

1 保活预处理技术

1.1 化学方式

化学方式预处理是利用某些化学物质(如间氨基苯甲酸乙酯甲磺酸盐、丁香酚、2-苯氧乙醇和二氧化碳等)的水溶液使鱼类在运输前进入镇静或麻醉状态的一种方式,主要是作用于鱼的中枢神经系统,抑制神经冲动传导,从而使鱼体失去知觉,进入休眠状态。

1.1.1 间氨基苯甲酸乙酯甲磺酸盐

间氨基苯甲酸乙酯甲磺酸盐(3-aminobenzoic acid ethyl ester methanesulfonate,MS-222)又称“三卡因”,化学式为C10H15NO5S,是鱼类麻醉中最常用的麻醉剂。MS-222通过鳃和皮肤进入鱼体,抑制钠离子进入神经细胞,从而导致痛觉、触觉等感官功能的丧失,造成鱼类晕厥。MS-222是美国食品药品管理局唯一批准的食用鱼类麻醉剂,但麻醉后的鱼类在食用前还需休药21 d[1],且目前美国规定其最高残留限量不得超过1 μg/mL,同时只能应用于叉尾鮰科、鲑科、狗鱼科和鲈总科。有研究显示,MS-222对长期接触的人体有神经毒性作用[2]。MS-222较易在肝脏内积累,不易在肌肉和血液里残留[3]。此外,当MS-222溶于水时,磺酸基发生水解,使水溶液显酸性,因此它并不适合喜生活在中性或碱性环境中的鱼类。丁亚涛[4]发现当MS-222麻醉液浓度为60 mg/L,鳊鱼有水保活运输24 h后的存活率达90%。范兴[5]用100 mg/L的MS-222麻醉液处理罗非鱼后进行无水保活6 h,复苏率为100%。

1.1.2 丁香酚等植物提取物

丁香酚(4-烯丙基-2-甲氧基苯酚)是丁香油的主要成分,是一种天然麻醉剂,很久以前就作为镇定剂、麻醉剂等应用于牙痛、头痛等的局部麻醉。由于其较强的亲脂性,丁香酚经皮肤和鳃进入体内后,会立即进入组织和细胞,作用于中枢神经系统,使鱼体昏迷。麻醉效果会由于鱼的种类、大小、水温等因素而变化[6]。程守坤[7]研究得到水温为15℃时,丁香酚对鳜鱼的最佳麻醉浓度为30 mg/L。丁亚涛[4]经过正交试验得出鳊鱼的最佳有水保活条件是水温7℃,丁香酚溶液浓度15mg/L。米红波[8]发现用40 mg/L丁香酚溶液麻醉鲫鱼后进行无水保活38 h的存活率为100%。丁香酚在鱼体内的残留量较少。李宁等[9]研究了MS-222和丁香酚对大口黑鲈生理生化和代谢残留的影响,发现丁香酚组的应激反应程度显著低于对照组,且所用丁香酚剂量小、代谢快。丁香酚的作用机理尚未研究清楚,但Lee等[10]发现丁香酚抑制了γ-氨基丁酸(gamma aminobutyric acid,GABA)与受体复合物的结合,阻断鼠神经元间对伤害性信息的传导,由此推测其在鱼类中也可能是类似的机制。

除比较常用的丁香酚外,从植物中提取出来的精油也能够起到麻醉剂的效果。Barbas等[11]用1 mg/L大花油桃和30 μL/L金纽扣花提取物麻醉大鳃盖巨脂鲤(Colossoma macropomum)。Becker等[12]用 400 μL/L 柠檬马鞭草的精油麻醉阿氏冠鲶(Lophiosilurus alexandri)后进行有水保活运输,能够减缓鱼的应激反应。

1.1.3 2-苯氧乙醇

2-苯氧乙醇(C8H10O2)是一种水溶性无色微黏稠液体,可作为麻醉剂和抗菌剂[2]。它在小鼠中通过抑制N-甲基-D-天门冬胺酸(N-methyl-D-aspartic acid,NMDA)受体介导离子电流从而阻断神经兴奋的传导[13],在鱼类中的机制尚不清楚。相比于MS-222和丁香酚,它作为鱼类麻醉剂的使用和研究比较少,且由于它结构上带有苯环,可能对操作者会有一定潜在伤害[14],但由于其价格低廉,也有一定的应用价值。Weber等[15]研究得出600 mg/L的2-苯氧乙醇能使加尔鳎在3 min内进入麻醉状态,在5 min内复苏,符合一般的理想状态中的麻醉标准[16]。Ghanawi等[13]研究发现50 μL/L~100 μL/L的2-苯氧乙醇溶液适合金带篮子鱼(Siganus rivulatus)的有水运输。

1.1.4 二氧化碳

血液中二氧化碳含量和pH值变化能影响血红蛋白与氧气的亲和力,改变血红蛋白的氧容量。当CO2含量增加和pH值降低,血红蛋白和氧气的亲和力就会减小,导致脑血管氧分压下降,影响血管里的离子交换,从而阻挡神经信号的传播。二氧化碳通过阻碍机体呼吸运动的气体交换和改变脑内环境抑制中枢神经系统活动,导致麻醉发生[17]

二氧化碳(CO2)是现在公认的绿色麻醉剂,相比于上述化学麻醉剂,它在鱼体内无残留,经其麻醉处理后的水产品可以直接供销售和食用。然而过高的二氧化碳含量会造成鱼类的高碳酸血症,偏离正常的生理pH值会改变质子化的程度,从而影响蛋白质、脂类、碳水化合物和核酸的结构和功能,使存活率降低[18]。此外二氧化碳麻醉与MS-222和丁香酚相比,进入麻醉状态所需时间较长,鱼体挣扎较厉害,导致鱼肉品质下降[19]

虽然二氧化碳的使用在国内外都有研究,但由于其浓度低效果不明显,浓度高易致死,剂量不易控制,应用于保活运输的研究还不是很多。范兴[5]采用饱和二氧化碳溶液对罗非鱼进行麻醉后无水保活,保活时间可达512 min,且与未经麻醉的鱼相比,复苏率显著提升。周翠平[20]研究得出当二氧化碳水溶液浓度为0.6 g/L、温度为20℃、浸浴时间7 min的条件下罗非鱼无水保活5 h的存活率可达100%。但也有研究表明,二氧化碳麻醉时可能会引起鱼体强烈的应激反应[31]

1.2 物理方式

物理方式预处理是采用物理手段(如降温和电击等)使鱼体在运输前进入镇静或麻醉状态,相比化学方式有绿色环保且无药物残留的优势,其中降温方法在目前的保活运输中应用最多。

1.2.1 降温

鱼类是变温动物,其新陈代谢会受到环境温度的影响。鱼类有一个区分生死状态的生态冰温零点(临界温度),从临界温度到结冰点的温度范围为生态冰温区。在这一范围内,鱼类会进入休眠状态。蔡晓芳等[21]研究得出大黄鱼的生态冰温区为-2℃~7℃,且在温度为5℃~7℃时大黄鱼的有水保活时间最长。此外,当温度降低时,鱼类活动量减少,新陈代谢降低,体内营养物质的损耗减少,能够维持较长时间的生命活动。降温过程未采用化学药物,无药物残留的危害,然而温度的波动对休眠效果有一定影响,因此对降温设备的要求比较高。朱乾峰[22]发现采用匀速降温和梯度降温方式都能使珍珠龙胆石斑鱼有水保活时间达到130 h以上。李宁等[23]发现温度为10℃时,大口黑鲈在休眠状态下排入水中的氨氮物质含量最低,新陈代谢速率较低,适合长途保活运输。秦旭[24]采用梯度降温使彭泽鲫进入休眠后进行无水保活,发现冰温无水保活142 h前后鱼肉的品质和营养无明显差异。

1.2.2 电击

电流会影响神经系统,特别是呼吸中枢。电流会最先麻痹神经系统里的呼吸中枢,使大脑短时间缺氧;麻痹鱼体肌肉,使之无法活动[32]。直流电麻醉时,鱼类会在不同阶段先后出现趋电性(被迫游动)、电紧张(肌肉收缩)与电麻醉(肌肉放松)等现象[25]。电击具有响应快且无药物残留等优点,然而目前对于电击保活方面的研究还比较少。Vandergoot等[26]用脉冲直流电、交流电以及二氧化碳麻醉处理碧古鱼(Sander vitreus),发现采用脉冲直流电麻醉,鱼的复苏率更高,对其脊柱的损伤也较小,短期存活率较高。刘伟东[27]用160 V直流电压放电30 s麻醉大菱鲆(Scophthalmus maximus),与对照组相比能提高鱼在无水保活过程中的存活率。但是过强的电流会对鱼体造成损害,如生成血斑[28],不利于活体运输,而过弱的电流会对鱼体的麻醉不彻底,因此控制适当的电流强度对保活运输至关重要。

1.2.3 其它

除了以上两种,最近人们也开发出了一些新技术。高压保活技术是利用外界的压力差,强迫机体与外界进行气体交换,提高鱼类血液溶氧量,脱离水环境维持生命活性[29]。李卢等[29]研究高压对鲫鱼无水保活的影响,发现在0.2 MPa下,无水保活12 h内,鱼体代谢能力最低,鱼肉营养损失最少。除此以外,还有研究者配制保护液以提高鱼类保活率。张玉晗[30]用VC、溶菌酶、山梨糖醇和生姜液配制成不同浓度的保护液涂抹在花鲈表面,发现能够减轻花鲈在无水运输过程中的应激反应。

2 保活运输方式

2.1 有水保活运输

有水保活即水产品运输时处于水体中,是比较传统的运输方法。应用较为广泛,相应的配套设施更加齐全,然而水的载重消耗了大量动力并使运输效率降低,此外运输过程中的水质情况(溶氧、氨氮和亚硝酸盐等)是影响鱼类存活的主要因素。在运输过程中一般采用曝气或直接充氧气的形式[33]提高水中的溶解氧含量。吴波等[34]发现在极低溶氧量的条件下鱼类的应激反应十分剧烈,可运输时间短,因此适当的溶氧量是保活运输的必要条件。同时鱼类在运输时由于新陈代谢作用会向水中排放出大量的氨氮物质和二氧化碳,其中氨氮物质主要以NH4+和NH3形式存在,其浓度过高会导致鱼类本身的离子渗透失调和代谢失调。氨氮经过亚硝化单胞菌氧化会生成有毒性的亚硝酸盐[35],对鱼体造成损害。叶俊[35]发现采用1.0 mg/L亚硝酸钠溶液浸泡96 h后的草鱼,红细胞大量皱缩,且随着亚硝酸钠浓度升高,红细胞逐渐变形并有少量红细胞破裂。

2.2 无水保活运输

无水保活运输是不以水作为运输载体,将活鱼直接暴露于空气或纯氧条件下进行运输。由于失去了水的载重,运输效率明显提升。然而鱼类主要通过鳃进行气体交换,离开水环境,鱼类不易直接利用空气中的氧气,容易导致死亡,因此需配合适当的预处理使鱼休眠。周翠平[20]发现经过二氧化碳麻醉无水保活后的罗非鱼在营养方面的损失低于有水保活组。Wang等[36]模拟21℃有水运输、4℃有水运输和4℃无水运输32 h,发现经过4℃无水运输后的黑龙江鲟(Acipenser schrenckii)的肉质与新鲜的鱼无明显区别,说明无水运输能在一定程度上保证鱼肉的品质。

3 保活过程中的鱼体的应激反应

有水运输和无水运输都会使鱼体受到不同程度的胁迫。鱼类在运输过程中由于环境条件的变化,为保持体内稳态,体内会发生一系列生理生化反应以适应环境的变化,称为应激反应。有水运输中主要有低氧胁迫、氨氮胁迫和密度胁迫等[37]。无水运输中主要是空气暴露[38]胁迫。在无水这一状态下,鳃丝黏连、鳃盖开合频率下降,气体交换减弱,导致鱼体缺氧,厌氧呼吸导致乳酸积累,血液pH值下降。缺氧激活下丘脑-垂体-肾间组织轴,引起一系列应激反应,包括乳酸、葡萄糖和皮质醇含量的增加[38]。应激反应的大小和持续时间取决于受到胁迫的强弱和持续时间。信号传递给鱼类大脑,激活了交感-嗜铬组织系统和下丘脑-垂体-肾间组织轴的应激反应系统。应激反应主要分为3个阶段:应激的第一阶段是引起皮质类固醇激素(皮质醇及其同系物)和儿茶酚胺(主要是肾上腺素和去甲肾上腺素)的产生;第二阶段是心血管系统和呼吸系统的响应,机体会发生一系列抗氧化反应、能量代谢反应,影响离子(如Na+和K+)的渗透调节平衡,还会抑制鱼体免疫系统;第三阶段就是表现为对鱼体的健康程度和抗病能力、生长和繁殖能力等造成影响[39]。鱼类的应激反应主要体现在抗氧化反应、免疫反应和能量代谢反应中。

3.1 氧化应激反应

当鱼类受到环境胁迫时,活性氧(reactive oxygen species,ROS)无法及时分解,就会导致细胞损伤。这时机体就会调节抗氧化酶的活性,以清除体内多余的自由基产物,引起氧化应激反应。氧化应激反应涉及氧化产物如活性氧(ROS)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)的生成以及抗氧化酶如超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)等的活性。GSH-Px是一种催化过氧化氢分解的酶,起到保护细胞膜结构和功能完整的作用。SOD活力高低反映机体清除氧自由基的能力,能将ROS转化为H2O2或O2,随后POD和CAT将H2O2还原为H2O和O2。MDA是氧自由基使生物膜中多不饱和脂肪酸过氧化后的产物,会对细胞结构造成损伤。Fan等[40]发现经过无水运输后的石斑鱼肝脏和大脑中的SOD、CAT和GSH-Px含量上升,而MDA含量下降,说明在15℃下,鱼体发生了适当的氧化应激以维持身体正常运作。Hong等[41]有水运输金鲳鱼(Trachinotus ovatus),发现POD活性随运输密度的增大而上升,而CAT活性下降,推测在该胁迫因素下起到主要抗氧化作用的是POD。

3.2 免疫反应

面对环境胁迫,鱼类的主要免疫方式是非特异性免疫,包括体液免疫和细胞免疫。可以通过检测血液中血细胞的数量以及相应的酶来评定免疫系统的运作情况。起到免疫作用的酶主要有碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,AKP)、酸性磷酸酶(acid phosphatase,ACP)、溶菌酶(lysozyme,LZM)、谷丙转氨酶(glutamate pyruvic transaminase/alanine aminotransferase,GPT/ALT)、谷草转氨酶(glutamic oxaloacetic transaminase/aspartate aminotransferase,GOT/AST)等。其中GPT/ALT和GOT/AST由肝脏产生,其活性能直接反映肝脏的健康状况[42]。溶菌酶由巨噬细胞分泌,能够溶解细菌的细胞壁。AKP是血细胞溶酶体的特征酶,在血细胞吞噬异物时起到水解作用[43]。叶俊[35]发现有水运输时亚硝酸盐急性胁迫使草鱼血清ACP和AKP活性显著降低,说明机体免疫能力下降。He等[44]发现花鲈(Lateolabrax maculatus)经过无水运输后其肝脏中的ALT和AST活性比有水运输低,说明无水运输引起的应激反应较弱。

3.3 能量代谢

鱼类受到胁迫后明显的变化之一是呼吸频率的改变,呼吸受到抑制导致能量代谢发生变化。糖类是主要的供能物质,血液中的葡萄糖含量、肝糖原含量以及无氧呼吸生成的乳酸含量变化也能准确说明机体的能量代谢情况。当氧气供应过少,无法满足机体需要时,其有氧代谢的氧化磷酸化过程会受到抑制,而无氧的糖酵解便会发挥供能作用,生成乳酸。糖代谢过程涉及多种酶的调控,如磷酸果糖激酶、己糖激酶、丙酮酸激酶是鱼类在糖酵解中的限速酶,乳酸脱氢酶是参与糖酵解和三羧酸循环的关键酶,能够催化乳糖变为丙酮酸,影响乳酸浓度。丁晨雨[17]发现经过15 h无水保活运输后再复苏的乳酸脱氢酶活力比运输期间的要高,表明试验过程对鲢的心肌细胞造成损害。纪利芹[45]发现连续降温后大菱鲆的血糖含量先上升后下降,可能是由于低温胁迫,鱼体分解糖原生成葡萄糖以供能,当温度降到比较低时,体内的葡萄糖被大量消耗,因而血糖浓度下降。

4 问题与展望

目前,对各种各样的鱼类保活技术的基础研究已有很多,但真正应用于工业化生产的很少,原因在于这些技术的应用都有较多的限制,效果与鱼的种类、大小、健康状况等有关,较难有一个统一的标准。各类胁迫对鱼体生理影响的研究大多还停留在血液生理生化层面,尚未有更深入的研究。鱼类在运输过程中受到的胁迫因素往往不止一个,而研究大多还停留在单因素层面。由于运输的胁迫作用导致鱼类在复水后可存活的时间缩短。

针对以上这些问题,应对鱼类应激反应的机制值得进一步的研究,从根本上缓解鱼体的应激反应,提高运输存活率。无水运输技术由于其低成本、高效率的特点,将成为今后保活运输的发展趋势。从保障人体健康的角度来看,二氧化碳麻醉、降温、电击技术有着很好的应用价值。在运输过程中可以同时运用有水和无水运输方式,扬长避短,起到协同作用。

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Research Progress on Fish Keep-alive Transportation Technology

ZHU Min-qi,GUAN Wei-liang,MAO Lin-chun*
(College of Biosystems Engineering and Food Science,Zhejiang University,Hangzhou 310058,Zhejiang,China)

Abstract:This study analyzed and compared the current situation of two pre-treatment technologies of chemical(3-aminobenzoic acid ethyl ester methanesulfonate,eugenol,CO2,etc.)and physical(cooling,electric shock,etc.)methods for fish.Two forms of keep-alive transportation:water and waterless transportation were used in this study,and stress responses(oxidative stress,immune responses,and energy metabolism)of fish during transportation were briefly described.Current research progresses on keep-alive transportation technology of fish were summarized,in order to provide reference for future research.

Key words:fish;chemical methods;physical methods;keep-alive transportation;stress responses

DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2021.22.028

基金项目:国家重点研发计划(2019YFD0901600)

作者简介:朱旻琪(1996—),女(汉),硕士研究生,研究方向:水产品加工与贮藏。

*通信作者:茅林春(1962—),男(汉),教授,博士,研究方向:水产品加工与贮藏。

引文格式:

朱旻琪,管维良,茅林春.鱼类保活运输技术研究进展[J].食品研究与开发,2021,42(22):186-191.

ZHU Minqi,GUAN Weiliang,MAO Linchun.Research Progress on Fish Keep-alive Transportation Technology[J].Food Research and Development,2021,42(22):186-191.

加工编辑:王艳

收稿日期:2021-01-21