《食品科学》：浙江海洋大学袁鹏翔博士等：利用生物阻抗无损测定养殖活大黄鱼组分

大黄鱼（

Pseudosciaena crocea

浙江海洋大学食品与药学学院的李增蔚、陆晶红、袁鹏翔*等研究以养殖活大黄鱼背、腹部肌肉为研究对象，探究活鱼阻抗与蛋白质、脂肪、水分等关键组分的关系，并建立、验证鱼体阻抗无损评估活鱼组分的预测模型。此外，通过鱼体肌肉组织微观结构观察与分析，明确阻抗与活鱼组分之间的内在联系。该研究可为活鱼组分的无损、快速检测提供新思路和新方向。

1 养殖活大黄鱼阻抗与形态参数的关系

尾长和体质量均为鱼类的主要形态特征参数，也是其发育生长的重要标志。 由图1可知，养殖活大黄鱼的尾长与体质量呈极显著正相关关系（r＝0.960，P＜0.001）。而大黄鱼背、腹部肌肉2、5、20、50、100 kHz的生物阻抗值（Z）与形态参数（尾长（SL）、体质量（W））之间均无显著性线性关系（P＞0.05）（图2）。

2 养殖活大黄鱼阻抗与组分的关系

分别拟合养殖活大黄鱼背、腹部肌肉的2、5、20、50、100 kHz阻抗值与相应部位蛋白质、脂肪、水分含量，发现背、腹部2 kHz低频阻抗均与蛋白质、水分含量存在线性关系（P＜0.001，r为0.830～0.922），而背、腹部100 kHz高频阻抗均与脂肪含量存在最强的极显著线性关系（P＜0.001，r分别为0.873和0.845）（图3）。

3 阻抗模型测定养殖活大黄鱼组分准确性的验证

根据图3中大黄鱼活背、腹部成分（蛋白质、脂肪、水分）的函数方程模型，对另外一部分养殖活大黄鱼的肌肉组分进行预测，并用Y＝X方程评估模型预测值与化学法实测值之间的吻合度。由图4可知，大黄鱼背、腹部肌肉蛋白质、脂肪、水分的预测值与实测值之间均存在极显著相关性（r为0.948～0.982）。由此可见，基于生物阻抗的预测模型可用于精准评估养殖活大黄鱼的组分。

4 阻抗与活鱼组分之间的内在联系

利用石蜡切片HE染色结合成像显微镜方法观察和分析养殖大黄鱼肌原纤维、脂肪细胞、细胞外间隙等组织微观结构与组分、阻抗的变化关系，探究养殖活鱼组分-组织变化-阻抗的内在联系。

4.1 低频阻抗与蛋白质、水分的内在联系

活大黄鱼背、腹部蛋白质含量越高，其水分含量越低（表1），Rebolé等也表明鱼体肌肉的水分含量与蛋白质含量存在反比关系。由图5、6可知，养殖期间活大黄鱼背、腹部肌肉蛋白质含量随肌纤维平均面积的增加而增加，随细胞外间隙面积、肌纤维密度的增加而降低；而水分含量随肌纤维平均面积的增加而降低，随细胞外间隙面积、肌纤维密度的增加而增加。这表明大黄鱼背、腹部蛋白质的沉积及水分占比的减少促进了肌纤维横截面积的增大，同时也导致胞外间隙面积、单位面积内肌纤维密度的下降。因此，鱼体蛋白质含量、水分含量的变化可通过肌纤维结构的变化体现出来。此外，通过拟合发现，大黄鱼背、腹部肌纤维胞外间隙面积与2 kHz低频阻抗（Z 2 kHz ）均存在极显著的负线性关系，大黄鱼背、腹部肌纤维平均面积、肌纤维密度与Z2 kHz之间均存在极显著的正线性关系（表2）。由此可见，细胞外间隙面积、肌纤维面积、肌纤维密度与电流尤其低频电流通过的难易程度密切相关。

部分研究均发现蛋白质的沉积及水分的减少将直接导致肌纤维密度和胞外间隙面积的减少及肌纤维平均面积的增加，肌纤维密度和细胞外间隙面积的减少将导致低频电流更难通过胞外空间，进而引起电阻（R）的升高；肌纤维平均面积的增加意味着肌膜面积的增加，这将导致更多的低频电流更难通过具有电容特性的细胞膜，进而引起容抗（X）的升高，电阻和电容的升高共同导致低频阻抗升高（ Z ＝R+j X ）。 同时，鱼体水分、蛋白质的变化与组织中电解质流动性密切相关，水分含量的降低及蛋白质含量的升高将减弱电解质（如H + 、Na + 、K + 等离子）的流动性，进而导致阻抗尤其低频阻抗的升高。因此，2 kHz低频阻抗值可灵敏检测出活鱼背、腹部蛋白质、水分含量的变化。

4.2 高频阻抗与脂肪含量的内在联系

在石蜡切片-HE染色过程中，脂肪细胞的脂滴易被有机溶液（二甲苯、乙醇）溶解而呈现空泡状。由图7可知，养殖活大黄鱼的背、腹部肌肉中脂肪细胞主要沉积在肌纤维之间，其结构致密，呈椭圆形、圆形等形状，且腹部脂肪细胞数量明显多于背部。分析发现活大黄鱼背部、腹部脂肪细胞直径、体积均随脂肪含量的增加而显著增长（表1、图8），陈妍等研究表明肌肉中脂肪含量的增加主要归咎于脂肪细胞肥大。通过回归分析发现，活大黄鱼背部、腹部肌肉100 kHz高频阻抗（Z100 kHz）与脂肪细胞直径、体积均存在较强的函数关系（r为0.810～0.973，P＜0.05）（表3）。本研究结果表明，当鱼体脂肪含量升高时，其脂肪细胞直径、体积随之变大，对高频电流的阻碍作用随之升高。因此，相比低频阻抗，高频阻抗可排除细胞膜和离子浓度等变化的干扰，从而更加灵敏地反映脂肪含量的变化。由此可见，100 kHz高频阻抗为养殖活鱼脂肪含量的快速、无损检测提供了新方法。

结论

本实验研究了养殖期间的活大黄鱼背、腹部肌肉在不同电流频率下（2、5、20、50、100 kHz）的阻抗值与形状参数、关键组分之间的关系，并通过组织微观结构的观察与分析了阻抗与活鱼组分之间的内在联系。实验结果表明，活大黄鱼背、腹部肌肉各频率阻抗与尾长、体质量之间无显著线性关系（P＞0.05），但活鱼背、腹部肌肉的2 kHz阻抗与其蛋白质和水分含量之间、100 kHz阻抗与脂肪含量之间均存在极显著线性关系（r为0.830～0.922，P＜0.001），基于此，建立了利用阻抗快速、无损评估活鱼蛋白质、水分、脂肪的预测模型，并通过模型预测值与化学法实测值之间的吻合度（r≥0.900）验证了预测模型的准确性。活大黄鱼肌肉组织的微观结构分析表明，2 kHz低频阻抗与肌纤维的平均面积、肌纤维密度呈正相关，与细胞外间隙面积呈负相关，同时肌纤维的平均面积随蛋白质含量增多及水分含量减少而增加，肌纤维密度和细胞外间隙面积随蛋白质含量增多及水分含量减少而减少；100 kHz阻抗与脂肪细胞直径、体积有显著回归关系，同时脂肪细胞直径、体积随脂肪含量的增加而增加。由此可见，活大黄鱼肌肉阻抗、组分、微观结构三者之间存在密切的联系，生物阻抗可作为一种无损的方法快速评估养殖过程中鱼体的组分。

作者简介

通信作者：

袁鹏翔，日本长崎大学博士，浙江大学与兴业集团联合培养博后，浙江省“高校领军青年优秀人才”，浙江舟山群岛新区“5313”科技创新领军人才，兼任日本长崎大学特别研究员，任国家水产品加工技术研发分中心秘书，国家级、省级科技创新赛优秀指导老师。一直从事“水产品保鲜保活及智能技术检测研究”。近年来，先后主持或参与海洋科研课题8 项，其中主持国家自然科学基金1 项、浙江省自然科学基金1项、舟山市科技项目1 项、横向项目（20万）1 项，以骨干成员参加“蓝色粮仓”国家重点研究项目1 项、国家级自然科学基金项目2 项。一作或通讯作者发表论文14篇，其中SCI 8 篇、中文卓越期刊1篇、EI 1 篇、日文核心1 篇；主编《仪器分析》书籍1 部、编著《食品分析实验指导》书籍1 部；在中国、美国、日本、韩国国际会议上作报告6 次；授权国家专利10余项。此外，以骨干成员成功申报国家一流专业1 项、浙江省级一流课程虚拟仿真项目2 项。

本文《利用生物阻抗无损测定养殖活大黄鱼组分》来源于《食品科学》2024年45卷第10期281-289页，作者：李增蔚，陆晶红，余梦海，吴 杰，杨 敏，梁 艳，邓尚贵，袁鹏翔*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20231027-222。点击下方 阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：刘芯 ；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战，促进产学研用各界的交流合作，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、西南民族大学药学与食品学院、四川轻化工大学生物工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。

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