臭氧微纳米气泡与超声波清洗对小龙虾生理代谢影响的比较研究及其在水产食品预处理中的应用潜力

本研究针对小龙虾预处理过程中传统超声波清洗(UW)易造成肢体损伤、活力下降及能量代谢紊乱等问题，开展了臭氧微纳米气泡清洗(OMW)技术的创新性研究。结果表明，OMW通过微纳米气泡破裂产生的羟基自由基(·OH)有效清除表面微生物，同时维持较高的溶解氧(DO)水平，显著降低乳酸(LD)积累和乳酸脱氢酶(LDH)活性，缓解氧化应激。与UW相比，OMW在保持小龙虾肢体完整性、增强肠道排空率(ICER)和改善肝胰腺功能方面表现出显著优势，为水产食品工业提供了一种更温和高效的预处理技术。

　　

随着中国小龙虾养殖产量的持续增长（2023年达289万吨），其加工过程中的预处理技术成为影响食品安全与品质的关键环节。小龙虾生长于稻田和池塘环境中，体表易附着淤泥、寄生虫和微生物，其中副溶血性弧菌(Vibrio parahaemolyticus)等病原体可引发胃肠炎、败血症等食源性疾病。传统手工刷洗方式效率低下，而化学消毒剂存在残留风险，非热力加工技术如冷等离子体、辐照、高压处理等各有应用局限。超声波清洗(UW)虽能通过空化效应去除污染物，但高强度声波会导致小龙虾肢体损伤、水体溶解氧(DO)下降以及热效应引起的氧化应激，严重影响存活率和商品价值。

为探索更温和高效的预处理方案，浙江海洋大学食品与药学学院的研究团队在《Ultrasonics Sonochemistry》发表了对比研究，系统分析了臭氧微纳米气泡清洗(OMW)与UW对小龙虾生理代谢和抗氧化系统的差异化影响。研究通过多组学方法揭示OMW技术在维持甲壳类动物活体品质方面的独特优势，为水产预处理工艺创新提供了重要理论依据。

研究采用健康红螯螯虾(Procambarus clarkii)为实验对象，随机分为对照组(CON)、超声波清洗5分钟/10分钟组(UW5/UW10)和臭氧微纳米气泡清洗5分钟/10分钟组(OMW5/OMW10)。通过溶解氧监测仪实时记录水体DO变化，采用生化试剂盒检测血淋巴总蛋白(TP)、糖原、葡萄糖(GLU)、乳酸(LD)等能量代谢指标，测定超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽还原酶(GR)等抗氧化酶活性，并通过组织病理学观察肝胰腺结构变化。微生物检测采用平板计数法测定腹部总活菌数(TVC)，肠道内容物排空率(ICER)通过肠道重量变化计算。

3.1 清洗方式对小龙虾肢体完整性与活力的影响

UW处理造成显著肢体损伤率(LDR)，UW5和UW10组分别达3.33%和5.67%，且UW10组完全丧失弹尾能力。相反，OMW组肢体保持完整，弹尾时间与对照组无显著差异。机制在于UW的空化效应产生机械力和热效应，而OMW通过微纳米气泡(尺寸32-460nm)破裂产生的剪切力更温和，同时大幅提升水体DO浓度（OMW组达11.11mg/L，UW组仅7.04mg/L）。

3.2 微生物清除与肠道排空效果

OMW5组在5分钟内达到与UW10相当的灭菌效果，腹部TVC显著降低。ICER测定显示OMW5组排空率达22.54%，与UW5组(21.41%)相当但用时减半。臭氧微纳米气泡破裂产生的·OH能有效破坏微生物细胞膜，其高效氧化特性避免了UW引起的温度升高问题。

3.3 能量代谢调控机制

UW处理导致血淋巴蛋白消耗加剧（UW10组下降26.37%），肌肉糖原大量分解为葡萄糖供能。更严重的是，UW10组乳酸含量激增16倍(达9.93mmol/L)，LDH活性翻倍，表明机体陷入无氧代谢应激状态。OMW组则因充足DO供应维持有氧代谢，LD含量降低72.73%，葡萄糖保持较高水平(2.61mmol/L)。脂代谢方面，UW引起总胆固醇(T-CHO)和甘油三酯(TG)剧烈波动，而OMW组脂质稳态保持更好。

3.4 氧化应激与免疫应答

UW10组抗氧化酶SOD、CAT活性倍增，总抗氧化能力(T-AOC)先升后骤降，反映氧化防御系统崩溃。免疫指标酸性磷酸酶(ACP)和碱性磷酸酶(AKP)活性显著抑制。OMW组通过·OH的可控氧化作用，抗氧化酶活性变化平缓，ACP/AKP活性在10分钟处理后基本恢复，显示机体重适应能力。

3.5 肝胰腺组织病理学损伤

UW组出现肝小管腔扩张、细胞空泡化和间质减少等严重病变，ALT/AST酶活性分别升高93.92%和86.67%，指示肝细胞坏死。OMW组仅见轻微空泡化，酶活性变化显著小于UW组，证明其组织保护优势。

本研究证实OMW技术通过三重优势实现突破：1)微纳米气泡的高比表面积和内部压力提升气体溶解效率，维持高DO环境；2)气泡破裂产生的·OH提供高效灭菌同时避免热损伤；3)温和物理环境减少机体应激反应。相比UW技术，OMW在相同清洗效果下时间缩短50%，肢体损伤率降为零，能量代谢紊乱显著减轻，为水产活体预处理提供了兼具高效性与动物福利的新方案。尽管设备初始投入较高，但其低功耗(210W vs 480W)和品质提升效益具有显著商业化潜力。未来研究需重点解决复杂污染物清除机制、大型设备适配性等产业应用关键问题。