Sterilization and quality effects of ozone water on cobia fillets
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摘要:
文章研究比较了不同质量浓度的臭氧水处理军曹鱼(Rachycentron canadum)鱼片对其减菌效果和品质的影响。在15 ℃条件下分别以质量浓度为4 mg·L-1、5 mg·L-1、6 mg·L-1和7 mg·L-1的流动臭氧水处理军曹鱼片，以减菌率、感官和色泽为评价指标。结果表明，质量浓度为7 mg·L-1的流动臭氧水处理军曹鱼片10 min可以达到一个较好的减菌效果，减菌率达到81.12%，且该臭氧水质量浓度对军曹鱼的品质影响较小。
Abstract:In order to study the sterilization and quality effects of ozone water on cobia fillets, flowing ozone water at various concentrations of 4 mg·L-1, 5 mg·L-1, 6 mg·L-1 and 7 mg·L-1 was experimented to screen the optimal condition at 15 ℃. Comparing the effects of sterilization ratio, sensory evaluation and color difference in different groups, we find that the treatment with 7 mg·L-1 flowing ozone water for 10 min on cobia fillets gets a better sterilization ratio of 81.12% without reducing the quality.
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Keywords:
- ozone water /
- cobia fillets /
- sterilization effect /
- sensory evaluation /
- color
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军曹鱼(Rachycentron canadum)又称海鲡、海龙鱼等，属鲈形目，是一种肉食性暖水鱼类。军曹鱼广泛分布于世界上除东太平洋以外的几乎整个热带、亚热带海域以及温带水域[1]，具有生长快、含肉率高、营养价值高等特性。近年来，中国的军曹鱼网箱养殖产业逐渐规模化，在目前海水网箱养殖体系中具有极高的养殖前景[2-3]。军曹鱼是制作生鱼片的上佳材料，但是其自身所携带的微生物以及捕捞、宰杀、加工过程中造成的污染会使其口感下降，甚至可能出现安全问题，随着人们对食品品质要求的提高，适宜的加工前处理显得非常重要。
臭氧(O3)俗称三原子氧，具有极强的氧化性，1840年被德国科学家SCHONBEIN发现并命名[4]，随后很快应用在食品、化工及养殖、储藏等领域[5]，其广谱杀菌性能主要体现在对病毒、真菌以及原虫、细菌繁殖体、芽孢等的高效灭活方面[6]。自臭氧被发现以来，研究者一直在不断进行臭氧灭菌方面的研究。1936年SALMON和LE[7]使用臭氧水对鱼和贝类进行杀菌，开创了人们对臭氧水在水产品保鲜上应用研究的先河；DONDO等[8]发现臭氧处理鱼体表面可大大减少其微生物携带量，并有改善其感官品质的效果；顾卫瑞[9]使用适当的臭氧条件(0.85 mg·L-1、10 min、10 ℃)处理草鱼(Ctenopharyngodon idellus)片可达到98.33%的微生物致死率，并保持草鱼片较好的品质；郭姗姗等[10]使用2 mg·L-1的臭氧水淋洗脆肉鲩鱼片可延长其货架期；李杉等[11]使用5 mg·L-1的臭氧水处理罗非鱼(Oreochromis)片10 min，减菌率达90%以上，并对其感官品质影响较小。文章使用4种不同质量浓度的臭氧水处理军曹鱼片，找出较为适合军曹鱼的臭氧水减菌条件，以更好地贮藏军曹鱼，提高其品质和市场价值，为寻找合适的保鲜方法提供参考。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
军曹鱼购于广东茂名军曹鱼养殖场，鲜活。试剂有碘化钾(KI)、硫酸(H2SO4)、硫代硫酸钠(Na2S2O3)和氯化钠(NaCl)(广州化学试剂厂出品)；可溶性淀粉(天津市福晨化学试剂厂出品)；无水乙醇(天津市富宇精细化工有限公司出品)；TTC营养琼脂(广东环凯微生物科技有限公司出品)。试剂均为分析纯。仪器有CFS-500臭氧水一体机(北京山美水美环保高科技有限公司出品)；SQ510C灭菌锅(重庆雅马拓科技有限公司出品)；SC-80C全自动色差计(北京康光光学仪器有限公司出品)；SPX型智能生化培养箱(宁波江南仪器厂出品)。
1.2 试验方法
1.2.1 原材料预处理
将军曹鱼洗净，去头、去尾、去内脏，取鱼肉备用。
1.2.2 臭氧水的制备及质量浓度的测定
臭氧分解速度快，所以臭氧水需要现用现配，试验中由CFS-500臭氧发生器产生的臭氧与水进入高效涡旋泵气混合装置，可混合制成臭氧水，通过调节水流量可制备得到不同质量浓度的臭氧水。臭氧水质量浓度的测定参照文献[12]的方法并略作修改，取20 mL 20% KI溶液加入至新制备好的臭氧水20 mL中混合均匀，立即加入20%的H2SO4溶液5 mL，之后摇匀暗反应5 min，用Na2S2O3标准液(0.100 0 mol·L-1)标定，计算得出臭氧水的质量浓度。
1.2.3 减菌处理
将军曹鱼肉分割为10~15 g的鱼片，试验组使用质量浓度为4 mg·L-1、5 mg·L-1、6 mg·L-1和7 mg·L-1的流动臭氧水浸泡军曹鱼片，时间设定为4 min、6 min、8 min、10 min和12 min，空白组以流动蒸馏水代替臭氧水做同样处理，处理完毕后迅速将鱼片沥干转移到无菌封口袋内，每种处理条件均随机取3片军曹鱼为3个平行，结果求取平均值。分析各个质量浓度及时间对样品的减菌效果，得出臭氧水的最佳质量浓度和处理时间。试验操作温度为15 ℃。
1.2.4 菌落总数的测定
无菌条件下每个样品取5 g鱼肉，剪碎于无菌锥形瓶中，加入45 mL无菌生理盐水，震荡均匀，然后用无菌吸管梯度稀释制备成10倍系列梯度的菌悬液。整个过程参照GB 4789.2-2010《食品微生物学检验菌落总数测定》[13]。
1.2.5 减菌率的计算
减菌率定义为使用减菌剂处理样品后所能杀死的细菌量占减菌剂处理前细菌总数的比例。计算公式为：
$$\;\;\;\; 减菌率(\% ) = (处理前细菌总数 - 处理后细菌总数)/处理前细菌总数 \times 100 $$ 1.2.6 感官评价
感官评价主要通过评判小组人员对臭氧水处理后的军曹鱼片的气味、色泽、肌肉纹理和弹性4个指标进行评分，评分标准参照刁石强等[14]的方法略作修改，以表 1为参照标准进行评分，评判小组由5人组成，结果求取平均值，每个指标满分10分。空白组为军曹鱼片使用蒸馏水浸泡处理，对照组为10分。
表 1 军曹鱼片感官评分标准表Table 1 Sensory evaluation standards on cobia fillets品质描述
quality description最好9~10分
best较好6~8分
better一般3~5分
general最差0~2分
worst气味odor 鱼肉固有腥味 腥味稍淡 腥味较淡 腥臭味重 色泽 color 鱼片色泽正常，有光泽 鱼片色泽稍暗淡 鱼片色泽暗淡 鱼片色泽变黄，变褐 肌肉纹理 muscle texture 切面纹理清晰，肌肉结构致密 切面纹理较清晰，肌肉结构较致密 切面纹理不清晰，肌肉结构较松散 切面纹理难辨，肌肉结构松散 弹性 flexibility 肉质坚实有弹性，指压立即平复 肉质弹性好，指压回复较快 肉质稍变软，指压回复速度一般 肉质弹性差，肉质软烂 1.2.7 色差的测定
使用全自动测色色差计测定臭氧水处理后军曹鱼片的L*(亮度)、a*(红绿色值)和b*(黄蓝色值)。并由此计算出色度H(hue angle)和饱和度C(chroma)，色度由b*/a*表示，饱和度由(a2+b2)1/2表示，颜色的稳定性由L*、H和C的变化来表达[15-16]。
1.2.8 试验数据分析
试验数据使用Excel 2010进行处理和SPSS 17.0软件进行方差分析。
2. 结果与分析
2.1 臭氧水处理军曹鱼片的减菌效果
试验中各批原料初始携菌量在同一个数量级，质量浓度为4 mg·L-1、5 mg·L-1、6 mg·L-1和7 mg·L-1的臭氧水处理军曹鱼片的空白含菌量分别为4.97 log cfu·g-1、4.39 log cfu·g-1、4.85 log cfu·g-1和4.40 log cfu·g-1，方差分析无显著差异(P＞0.05)。依据减菌处理方法使用几种质量浓度的流动臭氧水浸泡军曹鱼片，得到减菌效果见图 1。几种质量浓度的臭氧水对军曹鱼片均有较明显的减菌效果，处理4 min减菌率可分别达到51.83%、64.19%、66.39%和56.63%。4~12 min内4 mg·L-1和7 mg·L-1的臭氧水处理军曹鱼片随着时间的延长减菌效果有显著的增加(P < 0.05)，5 mg·L-1和6 mg·L-1的臭氧水处理军曹鱼片随着时间的延长减菌效果有一定程度的增加，但是不显著(P>0.05)；另外，减菌效果随着臭氧水质量浓度的增加也有一定的递增，处理时间同为10 min，减菌效果分别为69.14%、70.49%、75.77%和81.12%，有显著性差异(P < 0.05)，其余的处理时间下减菌率的变化随质量浓度的变化差异不显著(P>0.05)。质量浓度为7 mg·L-1的臭氧水处理10 min后可以得到最高的减菌率(81.12%)；另一较为明显的结果是在6~8 min内4种质量浓度的臭氧水处理军曹鱼片的减菌率有较明显的突增，主要原因可能是在处理前数分钟臭氧水主要杀灭了鱼片表面的大量微生物，随着臭氧水浸入到鱼片组织内部，减菌效果会在一段时间内有所突增，随后趋于平缓，而王萍等[17]所做的臭氧水处理军曹鱼片的研究中并未发现这一点，同样的在大多以臭氧水作为减菌剂的减菌化预处理研究中，处理时间都控制为5 min、10 min和15 min，也没有发现6~8 min这一突增点。
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图 1 不同质量浓度臭氧水对军曹鱼片的减菌效果(X±SD，n=3)同一浓度标注相同小写字母或无上标表示差异不显著(P＞0.05)，标注不同小写字母表示差异显著(P＜0.05)；同一时间标注相同大写字母或无上标表示差异不显著(P＞0.05)，标注不同大写字母表示差异显著(P＜0.05)，图 2同此Fig. 1 Sterilization effect on cobia fillets with various concentrations of ozone waterValues with the same lowercase letters at the same concentration have no significant difference(P > 0.05), and those with different lowercase letters are significantly different from one another (P > 0.05);Values with the same uppercase letters within the same time have no significant difference(P > 0.05), and those with different uppercase letters are significantly different from one another(P > 0.05). The same case in Fig. 2.2.2 臭氧水处理对军曹鱼片感官品质的影响
使用臭氧水处理军曹鱼片后得到的感官品质结果见图 2。感官品质同时受到臭氧水质量浓度和处理时间的影响，臭氧水质量浓度相同时，感官评分随着处理时间的延长而显著下降(P＜0.05)；除了处理时间为8 min的感官评分随着臭氧水质量浓度的加大有显著的下降(P＜0.05)，其余处理时间相同时各浓度的臭氧水处理对军曹鱼片的感官品质影响不显著(P＞0.05)。处理前10 min感官评分随着浓度的增加下降幅度较低，而时间延长到12 min后感官评分由4 mg·L-1时的8.57降为7 mg·L-1时的7.44。处理时间同为10 min，质量浓度为6 mg·L-1和7 mg·L-1时得到的感官评分分别为8.20和8.14，相差微小; 而质量浓度为7 mg·L-1的臭氧水的减菌效果最好，处理时间为10 min、12 min时减菌效果分别为81.1%、79.60%，相差微小，但是感官评分却由8.14降至7.44。因此，综合来看，臭氧水的最佳处理条件为质量浓度7 mg·L-1，处理时间10 min。这与王萍等[19]用臭氧水处理军曹鱼片后得出的最佳处理条件(质量浓度6 mg·L-1，处理时间10 min)有些差异，可能是由于外在条件所造成的，如水质、温度、pH[18]等会影响臭氧水的稳定性，从而会影响其减菌效果。
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图 2 不同质量浓度臭氧水处理军曹鱼片的感官品质(X±SD，n=3)Fig. 2 Sensory quality of cobia fillets with various concentrations of ozone water2.3 臭氧水处理对军曹鱼片色泽的影响
不同质量浓度的臭氧水处理军曹鱼片对其L*、H和C的影响见表 2，其中空白组为清水处理8 min。经过不同质量浓度的流动臭氧水处理后军曹鱼片的L*、H和C均有不同程度的变化，军曹鱼片的L*在不同浓度的臭氧水处理时间段为8~12 min内随着处理时间的延长变化不显著(P＞0.05)，并且此时间段内处理的军曹鱼片L*均有不同程度的升高(4 mg·L-1臭氧水处理时除外)，这可能与臭氧的强氧化性有关；H在处理时间段为4~8 min时变化不显著，并且此时间段内除5 mg·L-1的臭氧水外其他质量浓度臭氧水处理军曹鱼片后的H与空白均没有显著差异(P＞0.05)，这说明短时间内处理军曹鱼片对其色度的影响不大；而C在不同的处理条件下也有不同程度的变化。臭氧在常温下易分解放出氧气，高铁肌红蛋白的生成会导致肌肉褪色[19]，氧气的生成会造成鱼片表面的氧分压有所升高，进而促进肌红蛋白与氧气的结合，阻止高铁肌红蛋白的生成[20]，可以有效地保持肌肉的新鲜颜色，军曹鱼片在臭氧水短时间处理时的色度变化不大可能与此反应有关。根据减菌率和感官评分的结果所得到的最佳条件(7 mg·L-1，流动处理10 min)处理军曹鱼片后的H和C均与空白对照无显著性差异(P＞0.05)。考虑到臭氧易分解为氧气、半衰期短、持续作用时间短，对色泽的影响有限，在研究臭氧水减菌化预处理对鱼片品质的影响时，可以考虑把减菌率和对感官品质的影响作为主要参考因素。
表 2 不同质量浓度的臭氧水对军曹鱼片亮度、色度、饱和度的影响(X±SD，n=3)Table 2 Effect of different concentrations of ozone water on lightness (L*), hue(H), chroma(C) of cobia fillet项目
item处理时间/min
processing timeρ(O3)/mg·L-1 4 5 6 7 亮度L* 空白 69.41±1.15aA 66.95±0.72bcBC 65.26±1.03bC 67.36±0.76bB 4 66.20±0.31bB 65.32±1.09cdB 67.21±2.36abAB 69.84±1.83aA 6 68.45±2.02aA 64.29±2.42dB 69.01±2.34aA 69.80±0.74aA 8 68.89±1.73aAB 68.39±0.45abcAB 66.41±0.72abB 69.04±1.84abA 10 69.98±0.37aA 70.00±1.22aA 66.76±0.75abB 70.42±0.48aA 12 68.21±0.68ab 68.78±0.89ab 67.34±0.32ab 69.57±1.11a 色度H 空白 1.45±0.12aA -1.49±0.06bB 1.30±0.07A 1.29±0.11A 4 0.55±1.67a 1.43±0.04a 1.36±0.03 0.37±1.65 6 1.31±0.10a 1.39±0.04a 0.41±1.71 0.44±1.71 8 1.40±0.08a 1.48±0.76a 0.46±1.75 1.36±0.15 10 -1.25±0.06b -1.26±0.11b 0.49±1.75 0.36±1.67 12 -1.19±0.14bB 0.52±1.67aA 0.48±1.77A 1.53±0.01A 饱和度C 空白 7.58±0.84ab 7.70±0.65bc 8.74±0.74a 8.75±0.19ab 4 6.37±0.36bC 8.71±0.32aB 8.66±0.2aB 9.61±0.47aA 6 7.91±0.67aAB 9.12±0.85aA 6.51±0.83bB 7.00±2.20bAB 8 7.54±0.70abB 8.58±0.10abAB 6.01±0.57bcC 9.09±1.13abA 10 4.74±0.19cC 7.38±0.34cB 5.34±0.32bcC 8.85±0.69abA 12 4.84±0.58cC 6.99±0.38cB 5.14±0.18cC 8.83±1.27abA 注：表中同一指标同列上标相同小写字母或无上标表示差异不显著(P＞0.05)，同列上标不同小写字母表示差异显著(P＜0.05)；同行上标相同大写字母或无上标表示差异不显著(P＞0.05)，同行上标不同大写字母表示差异显著(P＜0.05)
Note：For the same indicator，values with the same lowercase letters or without superscript within the same column have no significant difference (P＞0.05)，while those with different lowercase letters are significantly different from one other(P＞0.05)；values with the same uppercase letters or without superscript within the same row have no significant difference (P＞0.05)，while those with different uppercase letters are significantly different from one other (P＞0.05).3. 结论
臭氧水具有较高的杀菌性能，但是臭氧稳定性差、易分解为氧气，所以使用臭氧水杀菌时应尽量使用流动臭氧水，能解决臭氧半衰期短、易挥发的问题，从而得以提高臭氧利用率。臭氧稳定性差的特性又使其在有效杀菌的同时，不会因产生残留而对样品造成后续污染，是一种高效安全的杀菌剂。
通过分析比较在试验温度15 ℃条件下4种不同质量浓度的流动臭氧水处理军曹鱼片后的减菌效果、感官评分以及对其色泽的影响，得出使用质量浓度为7 mg·L-1的流动臭氧水处理军曹鱼片10 min可以达到较好的减菌效果，同时对军曹鱼的品质影响较小。
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图 1 不同质量浓度臭氧水对军曹鱼片的减菌效果(X±SD，n=3)
同一浓度标注相同小写字母或无上标表示差异不显著(P＞0.05)，标注不同小写字母表示差异显著(P＜0.05)；同一时间标注相同大写字母或无上标表示差异不显著(P＞0.05)，标注不同大写字母表示差异显著(P＜0.05)，图 2同此
Figure 1. Sterilization effect on cobia fillets with various concentrations of ozone water
Values with the same lowercase letters at the same concentration have no significant difference(P > 0.05), and those with different lowercase letters are significantly different from one another (P > 0.05);Values with the same uppercase letters within the same time have no significant difference(P > 0.05), and those with different uppercase letters are significantly different from one another(P > 0.05). The same case in Fig. 2.
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图 2 不同质量浓度臭氧水处理军曹鱼片的感官品质(X±SD，n=3)
Figure 2. Sensory quality of cobia fillets with various concentrations of ozone water
表 1 军曹鱼片感官评分标准表
Table 1 Sensory evaluation standards on cobia fillets
品质描述
quality description最好9~10分
best较好6~8分
better一般3~5分
general最差0~2分
worst气味odor 鱼肉固有腥味 腥味稍淡 腥味较淡 腥臭味重 色泽 color 鱼片色泽正常，有光泽 鱼片色泽稍暗淡 鱼片色泽暗淡 鱼片色泽变黄，变褐 肌肉纹理 muscle texture 切面纹理清晰，肌肉结构致密 切面纹理较清晰，肌肉结构较致密 切面纹理不清晰，肌肉结构较松散 切面纹理难辨，肌肉结构松散 弹性 flexibility 肉质坚实有弹性，指压立即平复 肉质弹性好，指压回复较快 肉质稍变软，指压回复速度一般 肉质弹性差，肉质软烂 
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表 2 不同质量浓度的臭氧水对军曹鱼片亮度、色度、饱和度的影响(X±SD，n=3)
Table 2 Effect of different concentrations of ozone water on lightness (L*), hue(H), chroma(C) of cobia fillet
项目
item处理时间/min
processing timeρ(O3)/mg·L-1 4 5 6 7 亮度L* 空白 69.41±1.15aA 66.95±0.72bcBC 65.26±1.03bC 67.36±0.76bB 4 66.20±0.31bB 65.32±1.09cdB 67.21±2.36abAB 69.84±1.83aA 6 68.45±2.02aA 64.29±2.42dB 69.01±2.34aA 69.80±0.74aA 8 68.89±1.73aAB 68.39±0.45abcAB 66.41±0.72abB 69.04±1.84abA 10 69.98±0.37aA 70.00±1.22aA 66.76±0.75abB 70.42±0.48aA 12 68.21±0.68ab 68.78±0.89ab 67.34±0.32ab 69.57±1.11a 色度H 空白 1.45±0.12aA -1.49±0.06bB 1.30±0.07A 1.29±0.11A 4 0.55±1.67a 1.43±0.04a 1.36±0.03 0.37±1.65 6 1.31±0.10a 1.39±0.04a 0.41±1.71 0.44±1.71 8 1.40±0.08a 1.48±0.76a 0.46±1.75 1.36±0.15 10 -1.25±0.06b -1.26±0.11b 0.49±1.75 0.36±1.67 12 -1.19±0.14bB 0.52±1.67aA 0.48±1.77A 1.53±0.01A 饱和度C 空白 7.58±0.84ab 7.70±0.65bc 8.74±0.74a 8.75±0.19ab 4 6.37±0.36bC 8.71±0.32aB 8.66±0.2aB 9.61±0.47aA 6 7.91±0.67aAB 9.12±0.85aA 6.51±0.83bB 7.00±2.20bAB 8 7.54±0.70abB 8.58±0.10abAB 6.01±0.57bcC 9.09±1.13abA 10 4.74±0.19cC 7.38±0.34cB 5.34±0.32bcC 8.85±0.69abA 12 4.84±0.58cC 6.99±0.38cB 5.14±0.18cC 8.83±1.27abA 注：表中同一指标同列上标相同小写字母或无上标表示差异不显著(P＞0.05)，同列上标不同小写字母表示差异显著(P＜0.05)；同行上标相同大写字母或无上标表示差异不显著(P＞0.05)，同行上标不同大写字母表示差异显著(P＜0.05)
Note：For the same indicator，values with the same lowercase letters or without superscript within the same column have no significant difference (P＞0.05)，while those with different lowercase letters are significantly different from one other(P＞0.05)；values with the same uppercase letters or without superscript within the same row have no significant difference (P＞0.05)，while those with different uppercase letters are significantly different from one other (P＞0.05).
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