2022, Vol. 46
文章信息
- 陈文超, 杜以帅, 刘金虎, 孙建明, 邱天龙. 2022.
- CHEN Wen-chao, DU Yi-shuai, LIU Jin-hu, SUN Jian-ming, QIU Tian-long. 2022.
- 温度、流速对中国蛤蜊吐沙净化的影响及效果评价方法研究
- Study of the evaluation method and suitable flow velocity and temperature parameters of Chinese clam (Mactra chinensis) for sand depuration
- 海洋科学, 46(6): 32-41
- Marina Sciences, 46(6): 32-41.
- http://dx.doi.org/10.11759/hykx20210506001
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文章历史
- 收稿日期：2021-05-06
- 修回日期：2021-06-25
2. 中国科学院海洋研究所 海洋生态与环境科学重点实验室, 山东 青岛 266071;
3. 中国科学院海洋大科学研究中心, 山东 青岛 266071;
4. 中国科学院大学, 北京 100049
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
中国蛤蜊(Mactra Chinensis)俗称黄蚬子, 隶属软体动物门、蛤蜊科, 是一种具有重要经济价值的养殖贝类, 广泛分布于我国黄渤海潮间带中下区的细砂滩至水深60 m的浅海区[1]。中国蛤蜊营埋栖生活, 运动或摄食过程中会将底质泥沙带入体内, 在食用时会产生“牙碜”感。因此, 中国蛤蜊在收获后有必要对其进行吐沙净化。环境因子是影响贝类吐沙净化效果的重要因素[2-5]。温度、盐度等环境因子对贝类吐沙的影响规律已有较多研究[2-5], 但关于中国蛤蜊吐沙净化的适宜环境因子及其影响规律尚未阐明, 且不同贝类净化的适宜环境参数存在差异, 因此有必要对中国蛤蜊开展相关研究。吐沙净化效果大多以口感测试、解剖观察、灰分测定、相对吐沙量和排遗速率等为评价方法[2-11]。姚兴存等[2]以口感测试和灰分测定为评价方法, 发现文蛤(Meretrix meretrix)在温度20~25 ℃条件下经海水、淡水净化15 h便可达到口感无沙的要求。杨凤等[3]以口感测试和排遗速率为评价方法, 发现毛蚶(Scapharca subcrenata)在温度20 ℃、盐度25条件下净化6 h便可达到口感无沙的要求。王李宝等[4]以酸不溶性灰分为评价方法, 发现四角蛤蜊(Mactra quadrangularis)在流水条件下吐沙8 h便可达到很好的净化效果。评价方法的选择影响吐沙净化效率的判断。口感测试是最简单直接的评价方法, 根据“牙碜”感有无判断贝类体内泥沙有无。泥沙作为“牙碜”感产生的刺激物, 泥沙粒径和泥沙量影响“牙碜”感的有无和强弱, 能否通过贝类体内颗粒物粒径分析评价净化效果尚未明确。
本研究以定量化口感测试和解剖法为评价方法, 建立和完善口感测试评价方法的量化依据, 比较分析两种评价方法可行性, 同时探讨不同温度和流速对中国蛤蜊吐沙净化的影响, 为建立中国蛤蜊吐沙净化工艺技术提供基础。
1 材料和方法 1.1 实验材料实验用中国蛤蜊于2020年7月12日采自山东烟台海阳市丁字湾东侧海滩, 6 h内带回实验室。清洗、去除表面杂质并剔除死亡和破损个体, 选用规格整齐的中国蛤蜊进行实验。中国蛤蜊壳长34.06±2.23 mm, 壳高24.85±1.82 mm, 质量7.54±1.58 g(n=50)。
1.2 实验仪器实验用贝类净化设施为上升流式循环水养殖系统, 具有控温、调节流速、过滤、泡沫分离除污和紫外灭菌功能(图 1)。实验用系统共8套, 每套系统有6个上升流式养殖容器, 养殖容器为锥底柱状, 内径80 mm, 养殖水体自流速计以上至出水口2.7 L。
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| 图 1 上升流式贝类净化实验装置 Fig. 1 Experimental upwelling culture system for shellfish depuration |
粒径分析使用BT-9300ST激光粒度分布仪(丹东百特仪器有限公司; 检测限0.05~1 500 μm)。
1.3 实验方法实验开始前随机取160个中国蛤蜊, 其中100个依照表 1进行口感测试, 10个使用解剖取样方法进行初始粒径分析, 50个使用静置暂养吐沙方法进行初始粒径分析。
| 等级 | 评定方法 | 评分 |
| A | 无“牙碜”感觉, 无不适感, 不影响食用 | 10 |
| B | 有“牙碜”感觉, 有轻微不适感, 影响食用 | 0~9 |
| C | 有“牙碜”感觉, 有强烈不适感, 严重影响食用 | 0 |
| 注: B等级得分=咀嚼次数–1; 咀嚼次数为咀嚼第几次时产生泥沙感。 | ||
将剩余中国蛤蜊随机分成40组, 每组约80粒, 分别装入网孔为11 mm×11 mm的网兜中, 再放入柱状上升流养殖容器。实验盐度统一设30, 实验温度设14、18、22、26 ℃共4个梯度, 每个温度梯度使用2套系统, 每个温度下设20、40、80、160、320 L/h共5个流速梯度。实验过程均未投喂、未曝气, 采用室内自然光照。实验开始后的第4、8、12、16和20 h分别从每个处理组中取出10个中国蛤蜊, 其中5个进行口感测试, 5个通过解剖取样方法获得颗粒物进行粒径分析。
1.4 数据分析方法 1.4.1 定量化口感测试口感测试是最简单直接的评价方法, 也是最常用的评价方法, 但是缺乏统一的量化标准。多次口感测试预实验发现, 咀嚼次数(咀嚼第几次产生泥沙感)可以反映泥沙量, 即咀嚼次数越小表示泥沙量越大, 泥沙感的强烈程度可以反映泥沙粒径, 即泥沙感越强烈表示泥沙粒径越大。本研究口感测试评价小组由8人组成, 通过品尝不同粒径的泥沙、含不同粒径泥沙的中国蛤蜊以及不同含沙量的中国蛤蜊(蒸熟), 建立泥沙感等级划分和评分方法(见表 1)。评价小组实验发现, 如样品咀嚼10次无泥沙感, 其后咀嚼将不再会产生泥沙感。因此, 以10次为判断口感的临界咀嚼次数, 即咀嚼10次便可完成口感测试。
1.4.2 粒径分析用于初始粒径分析的中国蛤蜊体内泥沙采用解剖取样方法和静水暂养吐沙2种方法获得。实验过程中中国蛤蜊体内泥沙采用解剖取样方法获得。
解剖取样时, 使用移液枪吸取1 mL蒸馏水, 利用水流的冲力将中国蛤蜊体内颗粒物冲刷进水样瓶中。为确保中国蛤蜊体内颗粒物全部冲刷进水样瓶, 重复此操作5次, 最终每个中国蛤蜊可获得约5 mL含颗粒物的水样, 每个重复组可获得25 mL含颗粒物水样, 然后把2个重复组水样混合均匀。最后使用激光粒度分布仪对50 mL含颗粒物的水样进行粒径分析。
静水暂养吐沙是将50个外壳清洗后的中国蛤蜊放置于20 L养殖槽中换水充气培养, 每天换水前将养殖槽中排出的颗粒物收集1次, 直至养殖槽内再无颗粒物出现, 最后将收集的所有颗粒物均匀混合, 采用静置方法浓缩, 使用激光粒度分布仪进行粒径分析。
1.4.3 数据处理使用Excel、SPSS17.0统计软件对所采集的数据进行作图及Kruskal-Wailis单因素方差分析, 以P < 0.05作为差异显著。
2 结果与分析 2.1 不同温度下流速的净化效果中国蛤蜊初始口感测试等级评价中, A等级0%、B等级5%、C等级95%, 即初始含沙率为100%, 初始评分为0.30±1.14分。
在温度14 ℃时, 各流速实验组的口感测试得分无显著性差异(P > 0.05), 各流速实验组吐沙净化的效果并不理想(见图 2、表 2)。在温度18 ℃时, 各流速实验组的口感测试得分无显著性差异(P > 0.05), 流速20、40和320 L/h下净化8 h可达到较好的净化效果; 流速160 L/h下净化20 h可达到较好净化效果(见图 3、表 2)。在温度22 ℃时, 各流速实验组的口感测试得分有显著性差异(P < 0.05), 净化16 h后80 L/h的口感测试得分显著高于160 L/h, 净化20 h后20 L/h的口感测试得分显著高于40 L/h, 其他组间无显著性差异; 流速20 L/h和40 L/h净化8 h可达到较好的净化效果; 流速80 L/h下净化12 h可达到较好净化效果(见图 4、表 2)。在温度26 ℃时, 各流速实验组的口感测试得分有显著性差异(P < 0.05), 净化4 h后20 L/h和40 L/h的口感测试得分显著高于80 L/h; 流速40 L/h下净化4 h可达到较好净化效果; 流速80 L/h和160 L/h下净化12 h可达到较好的净化效果(见图 5、表 2)。
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| 图 2 14℃下各流速不同时间口感测试得分和口感等级比例图 Fig. 2 Taste test scores and grade scale at different depuration time and flow velocity at 14 ℃ |
| 温度/℃ | 口感等级 | 流速20 L/h | 流速40 L/h | 流速80 L/h | 流速160 L/h | 流速320 L/h |
| 14 | 口感测试得分≥9分 | — | — | — | — | — |
| A等级占比≥80% | — | 8 | 8 | 12 | — | |
| A等级占比≥90% | — | — | — | — | — | |
| 18 | 口感测试得分≥9分 | 8 | 8 | — | 20 | 8 |
| A等级占比≥80% | 8 | 8 | 8 | 20 | 8 | |
| A等级占比≥90% | 8 | — | — | — | 8 | |
| 22 | 口感测试得分≥9分 | 8 | 8 | 12 | — | — |
| A等级占比≥80% | 8 | 8 | 8 | 12 | 8 | |
| A等级占比≥90% | 8 | 12 | 12 | — | — | |
| 26 | 口感测试得分≥9分 | — | 4 | 12 | 12 | — |
| A等级占比≥80% | 12 | 4 | 8 | 8 | 16 | |
| A等级占比≥90% | — | — | 12 | 12 | — | |
| 注: 表中所示为口感测试得分≥9分、A等级占比≥80%和A等级占比≥90%所需最短净化时间; —表示实验周期内未达9分或A等级占比不达80%。 | ||||||
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| 图 3 18℃下各流速不同时间口感测试得分和口感等级比例图 Fig. 3 Taste test scores and grade scale at different depuration time and flow velocity at 18 ℃ |
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| 图 4 22℃下各流速不同时间口感测试得分和口感等级比例图 Fig. 4 Taste test scores and grade scale at different depuration time and flow velocity at 22 ℃ |
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| 图 5 26℃下各流速不同时间口感测试得分和口感等级比例图 Fig. 5 Taste test scores and grade scale at different depuration time and flow velocity at 26 ℃ |
采用静水暂养吐沙获得的泥沙进行初始粒径分析所得结果如图 6a所示, 颗粒物的粒径范围为1.99~ 343.90 μm, 根据GB/T 12763.8-2007海洋调查规范第8部分海洋地质地球物理调查简分法[6]对颗粒物粒径分级, 黏土(0~4 μm)约占1.25%, 细粉砂(4~16 μm)约占6.82%, 粗粉砂(16~63 μm)约占32.63%, 细砂(63~ 250 μm)57.60%, 中砂(250~500 μm)约占1.70%。颗粒物体积平均粒径为89.37 μm, D50为76.67 μm, D90为180.1 μm。采用解剖取样获得的泥沙进行粒径分析所得结果如图 6b所示, 颗粒物的粒径范围为2.25~ 210.5 μm, 黏土约占1.13%, 细粉砂约占4.86%, 粗粉砂约占26.02%, 细砂67.99%。颗粒物体积平均粒径为87.47 μm, D50为85.66 μm, D90为150.5 μm。
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| 图 6 静水暂养吐沙和解剖取样分别获得的中国蛤蜊体内泥沙初始粒径分布图 Fig. 6 Initial particle size distributions of clam (Mactra Chinensis) obtained from temporary depuration in still water and anatomical sampling, respectively |
由表 3可知, 各实验组的D90粒径并非单调升高或单调降低的, 均出现了波动。由图 7可知, 基于解剖法获得的D90粒径与口感测试得分并无较好的相关性, 说明在口感测试评价时应综合口感测试得分和等级划分评判其含沙率和泥沙粒径。在100组粒径分析样品中有16组低于仪器检出限未获得数据, 有12组的粒径分析结果超出了初始粒径分析的最大值, 可能是因为在样品中混有蛤蜊组织碎屑或粪便等干扰物。在本实验中, 受样本量及仪器检测工艺限制较难获得全部可靠数据。可见, 基于解剖法获得泥沙样本进行粒径分析以评价吐沙净化效果的方法可信度不高。
| 温度/℃ | 流速/(L·h‒1) | 4 h | 8 h | 12 h | 16 h | 20 h |
| 14 | 20 | 134.3 | 159.1 | 181 | 153.7 | 407.8* |
| 40 | 60.87 | 288.4 | 262 | 105.4 | 355.9* | |
| 80 | 101.4 | 95.27 | — | 140 | 989.70* | |
| 160 | 164.9 | 126.6 | 111.7 | 932.80* | 292.4 | |
| 320 | 91.13 | 99.59 | 216.9 | 140.7 | 951.80* | |
| 18 | 20 | 980.40* | 383.9* | 98.72 | 117.1 | — |
| 40 | 93.74 | — | 98.16 | 69.93 | 243.8 | |
| 80 | 144.5 | — | 212.3 | 143.5 | 331.7 | |
| 160 | — | 464.50* | 144.9 | 96.4 | 279.7 | |
| 320 | 169.5 | 243.9 | 93.62 | — | 283.4 | |
| 22 | 20 | — | 110.5 | 515.40* | 68.71 | — |
| 40 | 146 | 46.6 | 183.4 | 218.1 | — | |
| 80 | 929* | — | 114.5 | 188.4 | 585* | |
| 160 | 118.9 | — | 151.1 | 134.3 | 246.7 | |
| 320 | 283.6 | 149.8 | 160.2 | 97.66 | — | |
| 26 | 20 | 59.56 | 254.4 | 164.9 | 150.4 | 111.6 |
| 40 | 94.01 | — | 93.03 | 185 | 322.5 | |
| 80 | — | 157.8 | — | 10.88 | — | |
| 160 | 134.7 | 251.1 | 65.21 | 113.3 | 109.8 | |
| 320 | 129 | 357.7* | 66.32 | 39.56 | 72.86 | |
| 注: —表示未获得D90数据; *表示D90超出初始粒径最大值343.90; D90指累积百分比为90%时的粒径 | ||||||
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| 图 7 D90粒径与口感测试得分 Fig. 7 D90 particle size and taste test score |
吐沙净化的现有评价方法主要有口感测试、解剖观察、灰分测定、相对吐沙量、排遗速率、比重法和超声检测法等[4-11]。口感测试方法是利用测试者感官对有无泥沙进行定性判别, 无法反映泥沙含量及食用时泥沙感强烈程度。解剖观察是通过肉眼或显微镜观察贝类体内泥沙等颗粒物进行评价, 可评价出颗粒物有无、粒径及其在贝类体内的分布情况。灰分测定是用吐沙前后的灰分差值代表贝类排出的颗粒物[4]。相对吐沙量和排遗速率是通过测定贝类排出的颗粒物来评价[7-11], 但其并不能准确表示贝类体内的颗粒物水平。比重法和超声检测法是利用匀浆静置和振荡将贝肉与泥沙分离, 可以实现贝类体内泥沙的准确定量[12-13]。
本研究对口感测试和解剖法进行优化, 比较了2种方法用于贝类吐沙净化效果评价的可行性。口感测试是最简单直接的评价方法, 针对其无法实现量化评价的缺点, 本文将咀嚼次数、口感等级和口感得分引入到口感测试中, 利用咀嚼次数量化口感测试得分(0~10)反映泥沙量的多少, 利用口感等级(A、B和C)反映泥沙感的强烈程度, 提高了口感测试的科学性和准确性, 建立了定量化的口感测试评价方法。本研究选用同时满足口感测试得分≥9分和A等级占比≥80%作为取得较好贝类吐沙净化效果的分界点, 该分界点的选择是否恰当有待市场的检验和确定。结果分析显示, 优化后的口感测试评价方法可用于吐沙净化的效果评价, 并能较好地实现净化效果的量化分析。
借助激光粒度分析仪对解剖法获得泥沙进行粒径分析, 意图建立精准的泥沙粒径分布特征, 以定量化评价净化效果。结果分析表明, D90粒径与口感测试得分的相关性不显著, 未能建立很好的定量化的评价方法。这主要是因为贝类体内颗粒物较难准确分离, 采用激光粒度分析仪进行粒径分析时, 易受到蛤蜊体内有机碎屑等污染物的影响, 不能准确地反映贝类体内泥沙粒径与含量。因此, 通过解剖法获得贝类体内残余泥沙进行粒径分析, 易受到非泥沙颗粒物的干扰, 在未对该方法进行进一步优化的条件下, 不适宜作为吐沙净化的评价方法。
3.2 温度和流速对吐沙净化的影响温度是影响贝类吐沙净化的重要因素。本研究发现中国蛤蜊在温度18、22和26 ℃下吐沙4~8 h可达到较好净化效果, 吐沙净化效果随温度的升高而先升后降, 在温度22 ℃左右达到最好。已有研究表明, 在温度13~28 ℃范围内, 中国蛤蜊的代谢随温度的升高而先升后降, 在温度23℃左右耗氧率最大[14], 据此推测中国蛤蜊在22 ℃时净化效果最好可能是因为该温度下中国蛤蜊代谢最为旺盛。花蛤(Ruditapes philippinarum)、毛蚶和大竹蛏(Solen grandis)等也存在类似现象, 在温度15~30 ℃范围内, 其吐沙净化效果随温度的升高而先升后降, 均在温度20 ℃左右达到最好, 这一温度同样接近其代谢最为旺盛的温度[3, 11, 15-18]。可见, 温度主要通过影响贝类的代谢, 继而影响吐沙净化效果。
流速是影响贝类吐沙净化的重要因素。本文发现在不同温度下流速对吐沙净化的影响各不相同。在温度14 ℃和18 ℃下, 改变流速不足以显著影响中国蛤蜊吐沙净化。这可能是因为在此温度范围内贝类的代谢水平相对较低[14], 改变流速不足以抵消温度的影响。在温度22 ℃和26 ℃时, 流速对中国蛤蜊吐沙净化有显著性影响, 这可能是因为在适宜温度下贝类的代谢能力受流速的影响较大。综合考虑吐沙净化的时效, 在温度18、22和26 ℃时, 中国蛤蜊在流速40 L/h下经过4~8 h吐沙可达到较好的净化效果。本实验采用贝类上升流培育系统进行贝类净化实验研究, 在实验过程中发现, 在贝类堆放20~25 cm条件下, 高流速上升流无法将贝类排出的泥沙等颗粒物带走, 实现贝类和污染物分离, 导致贝类口感测试得分出现了先增后降的现象。因此, 在贝类净化系统设计中还应考虑设计适宜的流场, 以实现贝类与污染物及时分离, 避免二次污染。
4 结论本研究通过对口感测试评分方法进行量化, 能够较为准确地反映贝类泥沙净化效果, 可以作为贝类泥沙净化效果的评价方法; 通过解剖法获得贝类体内残余泥沙进行粒径分析, 易受到非泥沙颗粒物的干扰, 不能准确地反映贝类体内泥沙粒径与含量, 采用该方法作为吐沙净化评价方法时应做进一步优化。不同温度下流速对吐沙净化的影响不同; 14 ℃和18 ℃时, 流速对吐沙净化无显著性影响(P > 0.05), 22 ℃和26 ℃时, 流速对吐沙净化有显著性影响(P < 0.05); 14 ℃时, 各流速的净化效果均不理想; 18、22和26 ℃时, 流速40 L/h下经4~8 h可达到较好净化效果。
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