利用带电选择性纳滤膜的电渗析技术进行鱼露的海水淡化处理及风味提升

《Food and Bioproducts Processing》：Desalination and flavor improvement of fish sauce via electrodialysis with charge-selective nanofiltration membranes

　　

摘要

在不削弱鱼露特有的美味和发酵香气的情况下降低其钠含量，对于高盐度调味品来说仍然是一个重大挑战。本研究评估了采用带电荷选择性的纳滤膜（ED-csNF）进行电渗析的方法，作为一种既能去除离子又能保留风味并改善品质的选择性脱盐策略。ED-csNF显著地将盐含量降低了77.82%，同时氨基 nitrogen（AAN）从0.83毫克/100毫升增加到0.98毫克/100毫升，总脂肪酸从58.67毫克/100毫升增加到91.26毫克/100毫升，总有机酸从43.95毫克/100毫升增加到61.96毫克/100毫升。此外，主要的鲜味氨基酸谷氨酸和天冬氨酸的含量分别从6.32毫克/100毫升增加到11.05毫克/100毫升和从4.86毫克/100毫升增加到8.66毫克/100毫升。感官分析显示，鱼露的风味从咸鱼味和氨味转向了更强烈的鲜味、肉香味以及类似酱油的味道。风味分析表明，ED-csNF选择性地增强了有益的芳香化合物，如醇类、酯类、酮类和酚类，而典型的不良气味化合物如二甲基三硫化物和多种吡嗪类物质则减少了。这些结果表明，ED-csNF不仅是一种降低钠含量的技术，也是一个能够生产低钠鱼露并提升感官品质的风味选择性加工平台。

引言

鱼露是一种传统的发酵水产品调味品，因其浓郁的鲜味、复杂的发酵香气和高含量的氮化合物而受到重视。近年来，随着全球消费者越来越接受发酵调味品和海产品风味基料，鱼露的使用范围已经超出了亚洲地区（Li等人，2022年；Li等人，2023b年；Zhao等人，2017年）。然而，这种流行趋势受到高盐含量（>20毫克/100毫升）的限制，因为高盐含量在发酵过程中是为了抑制微生物并确保食品安全，但长期食用可能会增加心血管疾病的风险（Han等人，2024年；Kim等人，2023年；Lin等人，2021年）。因此，迫切需要开发有效的脱盐技术来显著降低鱼露的钠含量，同时保留其核心风味和营养价值。

基于膜的技术，包括电渗析（ED）、离子交换处理和纳滤技术，已被用于降低高盐度发酵调味品（如酱油、鱼露和豆酱）中的钠含量（Nie等人，2024年）。电渗析特别有吸引力，因为可以通过电场控制离子迁移，并且在温和条件下进行操作（Beaulieu等人，2020年；Fidaleo等人，2012年；Moscetti等人，2019年；Nie等人，2024年）。然而，传统的电渗析在复杂的食品基质中分子选择性有限。除了Na?和Cl?之外，具有风味活性的氨基酸、有机酸和与香气相关的分子也可能被运输或丢失，导致产品的风味强度降低，感官接受度下降（Bazinet和Moalic，2011年；Ge等人，2016年）。因此，电渗析在操作过程中仍然面临关键风味化合物和营养成分同时丢失的持续挑战（Chindapan等人，2011年；Ding等人，2023年；Ratanasanya等人，2018年）。因此，如何在降低鱼露钠含量的同时保持风味是一个未来研究的关键挑战。

采用带电荷选择性的纳滤膜（ED-csNF）为这一挑战提供了潜在的解决方案。在本研究中，“电荷选择性”指的是由于阳离子和阴离子选择性纳滤膜内的固定电荷相互作用而导致的离子物种的优先传输或排除。反离子通过相应的带电荷膜优先传输，而共离子则通过固定电荷的Donnan型相互作用被静电排斥。这种基于电荷的区分作用与纳滤类型的空间排阻作用共同作用，同时单个溶质的实际传输行为还受到其分子大小、离子迁移性和电离状态的影响。因此，像Na?和Cl?这样的小无机离子在施加的电场下能有效迁移，而较大、弱电离或两性有机化合物则在稀释液中的迁移较少，保留较多。Ge等人（2016年）证明了ED-csNF能够有效分离阳离子，Beaulieu等人（2020年）报告了在酸乳清脱矿过程中有机酸的回收和功能性成分的保留情况。这些发现表明ED-csNF在鱼露脱盐中的应用潜力，但关于这一过程如何影响鱼露复杂的风味基质（特别是风味活性化合物和挥发性香气成分的保留和重组）的信息仍然有限。

因此，在本研究中，应用ED-csNF处理鱼露，以评估是否可以在减少盐含量的同时保持风味和改善感官品质。在脱盐前后分析了关键的物理化学参数（pH值和盐含量）、风味活性化合物（氨基酸氮、游离氨基酸、有机酸）、感官特性和挥发性成分。通过阐明脱盐过程中风味和营养成分的迁移模式，本研究为开发高质量低钠鱼露提供了理论基础，并有助于传统发酵调味品的健康转型和产业升级。

章节摘录

材料

鳀鱼（Engraulis japonicus）、透明玻璃发酵罐、全光谱阳光灯、大豆、食盐和小麦粉均从中国大连的当地超市购买。商业混合接种剂Aspergillus来自山东的Yishui Tianjiu Biotechnology有限公司。DMU-SPME-GC-MS内标（环己酮）来自上海的Aladdin Reagent有限公司。其他所有化学品均从Sinopharm Chemical Reagent有限公司购买。

ED-csNF在降低鱼露盐含量的同时改善了其关键品质指标

如图1A所示，ED-csNF处理显著降低了鱼露中的NaCl含量77.82%（p < 0.001），证实了其在复杂发酵基质中的强大脱盐能力。这种效果主要归因于电场驱动的离子迁移，这一过程得到了多孔和电荷选择性纳滤膜的辅助，促进了无机盐离子的优先传输（Ge等人，2016年）。

值得注意的是，盐的去除伴随着

结论

本研究表明，ED-csNF可以在不损害风味品质的情况下生产低钠鱼露。ED-csNF将NaCl含量降低了77.82%，同时将pH值保持在鱼露可接受的范围内，表明脱盐效率高且不会影响基本的物理化学质量。更重要的是，该过程促进了关键风味活性化合物的优先保留和相对富集，这体现在AAN和总脂肪酸含量的增加上。

财务支持

该项目得到了中国国家重点研发计划（项目编号2024YFF1106605）的支持。

材料安全声明

食品级成分：本实验中使用的所有成分均严格按照食品级标准采购，确保不含对人类有害的物质。所有成分均来自经过认证的供应商，并在进入之前接受了严格的质量检测，符合国家安全和卫生标准。

无健康风险：所有实验成分都经过精心挑选，以避免在实验过程中对参与者造成任何直接或间接的健康风险。

CRediT作者贡献声明

Xianbing Xu：监督、资源获取、概念构思。Jale Su：方法学、研究。Xiaoru Feng：写作 - 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、方法学、研究、数据管理。Ling Zhang：写作 - 审稿与编辑、监督、资源获取、概念构思。Guowan Su：监督。Rina Wu：监督。

写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备这项工作时，作者使用ChatGPT对文本进行了语言润色和逻辑组织。作者根据需要审阅和编辑了输出内容，并对发表文章的内容负全责。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。

Xiaoru Feng|Jale Su|Xianbing Xu|Rina Wu|Guowan Su|Ling Zhang

中国大连理工大学食品科学与技术学院海洋食品加工与安全控制国家重点工程技术研究中心，大连116034