鲈鱼土腥素去除机理综述

随着全球水产养殖业的快速发展，循环水养殖系统（Recirculating Aquaculture Systems，RAS）因其高效、环保和资源节约的优势，逐渐成为现代水产养殖的重要模式。然而，伴随高密度养殖和水质管理难度的增加，水产品中异味物质的积累问题愈加突出，其中以土腥素（Geosmin，GSM）和2-甲基异冰片醇（2-MIB）为代表的异味物质，不仅影响鱼肉品质，还严重制约了水产养殖业的可持续发展。尤其在鲈鱼等高经济价值的水产品养殖中，土腥味问题成为消费者感官接受度的重要瓶颈。因此，研究土腥素的产生机理及其在鱼体内的积累路径，并探索高效、经济的去腥方法，具有重要的科学价值与现实意义。文章综述了土腥素的来源、进入鱼体的方式及其去除的主要方法，重点分析物理、化学及生物学手段在循环水养殖系统中的应用进展，为改善水产品风味和提升养殖效益提供理论依据与技术参考。

1 土腥素的介绍

1.1 土腥素的来源

土腥素（Geosmin）的来源与水体环境的质量密切相关。良好的水质是水产品养殖的重要基础，但随着养殖密度的提高和环境条件的变化，水质恶化问题日益突出。特别是在富营养化的水体中，大量蓝藻、绿藻等藻类迅速繁殖。藻类生长的高峰期通常伴随着其代谢活性增强，这种代谢活动虽然能够维持水体生态系统的稳定，但过度繁殖的藻类会在养殖环境中积累，最终因资源耗尽或环境压力而大规模死亡。

蓝藻的死亡会释放出细胞内的有机物质，其中土腥素（Geosmin）和2-甲基异冰片醇（MIB）是造成水产品土腥味的主要化学物质。这些物质主要是由蓝藻和放线菌等微生物在代谢过程中合成的。蓝藻死亡后，其胞内的土腥素和MIB通过细胞裂解释放到水体中，并进一步扩散到水域及底泥中，形成养殖环境中的“腥源”。研究表明，这种释放过程受水体的温度、溶解氧和pH值等因素的影响。例如，水温升高和低溶解氧条件下，土腥素的释放和扩散更加显著。此外，土腥素的生成还受到水体流动性和透明度等因素的制约，流动性较差的水体更容易积累这些物质，从而加剧土腥味问题。

值得注意的是，土腥素和MIB的感官阈值极低，土腥素仅需10ng/L，即可被人类感知。这使得即使在极低浓度下，这些物质也会通过水体直接进入鱼体内，或者通过食物链逐步积累，从而影响鱼肉品质。近年来，针对藻类死亡导致的土腥味问题，水质管理和优化养殖技术成为研究的重点方向。通过控制富营养化、提升水体循环效率以及抑制蓝藻等藻类的大规模死亡，可以有效减少土腥素的释放，从源头上改善水产品的风味品质。

1.2 土腥素的产生

土腥味的形成过程较为复杂，不同水产品或同一种水产品在不同部位的分布均有所不同。土腥素进入鱼体的主要途径有两种：

第一种途径是直接吸收，鲈鱼（Lateolabrax japonicus，日本真鲈）通过鳃或皮肤从水体中吸收土腥素。当藻类等微生物代谢释放出土腥素后，土腥素溶解在水体中并被鲈鱼直接吸收，随后进入脂肪含量较高的鱼肉组织中。

第二种途径是间接摄取，鲈鱼通过食物链捕食含有土腥素的植物性或动物性食物，如浮游藻类或底栖动物。这些含有土腥素的食物被鲈鱼摄入后，土腥素首先在消化道中经过分解与释放，然后进入鱼肉组织，尤其是脂肪含量较高的部位，如鱼皮和内脏。研究表明，鱼体内土腥味的分布与鱼类脂肪含量具有很强的相关性。在鲈鱼体内，脂肪丰富的部位如“腹部”土腥味最为明显，而“尾部”与“鳍部”土腥味较低。

此外，鱼类的肠道黏膜层和消化液中含有蓝藻和放线菌等能产生土腥素的微生物，这些微生物在消化过程中代谢生成土腥素，而肠道系统中的酸性环境和酶的活性可能促进其释放，从而加剧鱼肉中土腥素的积累。肠道内的细菌群落与代谢条件还可能显著影响土腥素的吸收效率。根据相关研究，鱼类肠道中菌群生成的土腥素会随着鲈鱼的代谢逐步排出体外，但仍有部分土腥素通过吸收作用进入脂肪组织，从而残留在鲈鱼肉中，造成土腥味的形成。

2 土腥素去除的方法

目前，国内外针对土腥味物质（如GSM和2-MIB）降解的研究取得了显著进展，以消除或减少循环水养殖系统（RAS）中GSM、2-MIB和其他异味化合物为目标的方法包括传统的吊水处理、臭氧化、高级氧化过程（AOP）、杀藻剂、活性炭吸附、沸石和超声技术等。

2.1 物理去腥方法

2.1.1 活性炭吸附

活性炭吸附是目前处理水体中土腥味物质最为常用的物理方法之一。研究表明，活性炭因其高比表面积和丰富的微孔结构，能够有效吸附水体中的异味化合物。例如，颗粒状活性炭已被成功用于去除净化水中的GSM和MIB。进一步的研究显示，腐殖物质可能会与活性炭结合，导致吸附效率降低。为此，MATSUIY等人采用纳米海绵环糊精聚氨酯作为改良吸附材料，成功实现了对水中GSM和MIB 99%的高效吸附。此外，BONGT等学者研究发现，粉末活性炭（C-PAC）因其高微孔体积和小孔孔径，对GSM的吸附能力显著优于MIB，通过结合多元线性回归和深度神经网络模型，可以更精确地预测吸附效率，从而提升活性炭吸附技术的实际应用效果。

2.1.2 沸石吸附

沸石是一种具有微孔结构的铝硅酸盐材料，被广泛研究并应用于水和废水的净化处理，尤其是在水产养殖行业中。沸石因其独特的离子交换和吸附特性，可有效去除循环水养殖系统中的GSM和MIB等异味化合物。沸石的四面体（T=Si，Al）框架因铝替代硅后产生的负电荷，需要通过碱金属或碱土金属阳离子进行中和。根据沸石分子筛的大小和电荷密度，这些阳离子能够与周围水环境中的其他阳离子轻松交换。例如，稳定的TiO2-USY沸石复合涂层能够同时实现吸附和光催化功能，用于有效去除水中的GSM 。工业应用研究表明，沸石涂层能够在内将鱼场循环水中初始4nL/L的GSM浓度降低至1.2nL.L，达到70%的去除率，此外，研究者们还探索了多种改性沸石的应用，例如利用钛氧化物涂层或结合光催化剂技术以提升异味化合物的去除效果。

2.1.3 超声技术

超声技术是一种利用高频声波引发空化效应，释放出强烈能量和机械冲击力，从而增强水中污染物去除效果的方法。它已广泛应用于水处理领域，尤其在去除水中异味化合物如GSM和MIB方面表现出色。通过超声波引发的空化效应，能促进水中有机物的降解、吸附材料的再生和有害物质的分解。例如，WANGJing等学者研究表明，超声波可以显著提高活性炭的吸附效率，并且增强其表面吸附性能，有助于去除水中的有机污染物。此外，DUKKANCIM表明，超声波能够有效降解水中的复杂有机污染物，特别是在短时间内去除臭味化合物。因此，超声技术作为一种高效、环保的水处理方法，具有广泛的应用潜力，特别是在水产养殖和饮用水处理领域。

2.2化学去腥方法

2.2.1 杀藻剂

杀藻剂是一种常用的控制藻类生长并去除水中异味物质的方法。研究表明，某些化学杀藻剂能够有效去除水中的GSM和2-MIB等土腥味物质。BAIMindong等学者比较了羟基自由基（OH）和次氯酸钠（NaCIO）的藻类团灭活和GSM降解效果，结果显示，羟基自由基在 20s内将GSM浓度降至低于10ng/L，而NaClO需2h才略微降解GSM。HAMMONDD等学者评估了酸稳定的铜基铝杀藻剂EarthTec对GSM的去除效果，发现其通过降低pH值促使GSM转化为无臭的脱水产物，大幅提升了去除效率。

2.2.2 高级氧化反应（AOP）

高级氧化反应（AOP）通过生成高度反应性自由基（如·OH）来降解水中的有机污染物。MENGTan等学者研究了UV光催化与AOP的结合，发现紫外线（UV）能有效激发化学反应，在光反应器内壁反射的条件下，快速降解水中的GSM和2-MIB。KROPPR等学者提出一种新型的Exciton高级氧化工艺（ eAOP），通过光催化、紫外光解及电解等多种机制协同作用，在2h内几乎完全去除了商业化循环水养殖系统中GSM和MIB，并将大西洋鲑鱼的净化时间缩短了40% 。近年来，AOP在去除土腥味物质方面的应用得到广泛关注，其能够有效地降解水中的有机异味化合物。

2.2.3 UV紫外线

UV紫外线是一种成熟的水处理技术，广泛应用于去除水中的有机污染物和异味物质。研究表明，UV技术能够有效降解水中的土腥味物质，如GSM和2-MIB。

1）低压UV紫外线

低压UV是一种常用的紫外线水处理技术，通常应用于小型或中型水处理系统，其波长固定在254nm ，可高效灭活水体中的微生物，同时对部分有机污染物具有显著的降解效果。SALEHIA等学者研究表明，农药的高效去除需依赖多技术耦合策略，其中低压UV技术作为物理化学处理单元，与生物降解或吸附工艺联用时，可通过光解产物的生物相容性转化或中间产物截留，效果尤为显著。SANCHESS等学者进一步探讨了低压UV光解和高级氧化工艺（AOPs）在优先控制农药中的作用，实验结果显示，这些技术在处理优先控制农药方面具有良好的效果，能够显著提高饮用水水质。WATTSMJ等学者则提出，低压UV结合氯气（C12）的高级氧化工艺能够有效去除水体中的土腥味化合物（如2-MIB和GSM），在短时间内显著改善水体的味道和气味品质。因此，低压UV技术不仅适用于水体消毒，还具有广泛的有机污染物去除潜力，为饮用水和废水处理提供了高效、经济的解决方案。

2）中压UV紫外线

中压UV技术的光谱范围覆盖200nm～300nm，具有较高的功率输出，比低压UV更适合大规模的水处理应用，如市政供水和工业废水处理。研究表明，中压UV不仅在水消毒方面具有显著效果，还能有效降解水中的复杂有机污染物。EDRIL等学者研究了中压UV与硝酸盐联合使用时对地下水有机污染物降解的预测结果，发现该技术能够显著提高污染物的降解效率。LOUFei等学者则探讨了UV与过硫酸盐联合使用对有机污染物的降解效果，研究指出中压UV光源能够在不同条件下促进过硫酸盐的活化，从而显著提高有机污染物的去除率，尤其是在磷酸盐缓冲液的作用下，降解效果更为显著。中压UV的广泛适应性、高效性以及对复杂水质的处理能力，使其在现代水处理领域中扮演着重要的角色，尤其在处理有机污染物和提高水体质量方面展现了巨大的潜力。

3）高压UV紫外线

高压UV技术具有广泛的光谱范围（ 160nm～400nm）和强大的紫外线辐射能力，因此能够有效降解复杂的有机污染物，尤其在去除水中的土腥味物质如geosmin方面表现出显著优势。HUANGXia-oling等学者提出，UV辅助光电化学（PEC）技术结合了紫外线照射和电化学反应的优势，能够在25min内将GSM和2-MIB的降解率分别提高至96% 和95% 。该技术在较短时间内显著提高了降解效率，具有较高的应用潜力。此外，UV技术在循环水养殖系统（RAS）中的应用也得到了广泛探讨。DAHLESW等学者研究发现，紫外线照射能够有效控制水中微生物群落，从而保障大西洋鲑鱼（Salmosalar）的健康生长，并显著降低水体中的异味化合物浓度。SUMMERFELTST等学者提出，紫外线照射与臭氧化联合使用，在循环水养殖系统中能够实现完整的水流消毒效果，显著提升水质并去除异味物质。

2.2.4臭氧 + 纳米气泡

臭氧是一种强效的水处理剂，常用于提高水质、消毒和改善水产养殖系统的运营效率。作为一种强氧化剂，臭氧能够迅速与非生物降解的溶解有机物（DOM）反应，将其转化为更易生物降解的分子，同时具有杀菌、杀寄生虫及杀病毒的特性。在水中，臭氧通过两种途径发挥作用：直接与目标分子反应，或通过分解产物（如羟基自由基）与目标分子非选择性反应。

在水产养殖领域，臭氧被广泛应用于进水处理、循环水处理及废水控制。研究表明，臭氧可显著改善水质指标，如清澈度、紫外透明度以及混凝和过滤效果，同时能促进硝化作用和蛋白质降解过程。此外，臭氧在进水中应用能够有效减少病原体，去除悬浮固体及溶解态有机物，同时增加水体中的溶解氧。

在特定应用中，例如蓝藻暴发和异味控制，XUHangzhou等学者研究了预臭氧化与后续过氧化工艺的结合，证明了其在处理蓝藻及去除异味化合物（如2-MIB和GSM）中的显著效果。SCHRADERKK等学者也指出，在RAS系统中，连续添加低剂量臭氧（小于1μg/L）能够减少异养细菌的数量，但对GSM和MIB的去除效果有限。相比之下，高剂量臭氧（大于7mg/L ）则能够去除超过95%的异味化合物，不过可能伴随高成本及风险，如对鱼类的鳃和组织造成损伤。

此外，臭氧与微纳米气泡技术的结合展示出更优的去除能力。ZHAOZiang等学者对臭氧与微纳米气泡联合去除2-MIB的方法进行了研究，结果表明，预臭氧化结合过氧化工艺能够显著提高混凝效率并完全降解溶解态2-MIB。SOYLUOGLUM等学者通过表面改性提升了微纳米气泡的去除效率，研究发现，壳聚糖（CTS）和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）能显著促进羟基自由基（·OH）的生成，从而增强土腥味物质的氧化作用。

然而，臭氧化过程可能形成一些副产物，如海水中的次溴酸（HOBr）、溴酸盐及致癌性的醛类和羧酸。这些副产物对水体的生态系统和养殖生物具有潜在的毒性。研究表明，这些副产物可以通过活性炭过滤或紫外线辐射等方式加以去除，但仍需综合评估臭氧应用的剂量和风险。

3 总结

循环水养殖系统中土腥素及其相关异味化合物的去除已成为制约现代水产养殖发展的关键挑战之一。文章围绕土腥素的来源、代谢途径及其在鱼体内的积累机制展开分析，总结了物理、化学和生物学方法在土腥味去除中的应用现状和研究进展。从活性炭吸附到高级氧化技术，从微生物降解到优化水质管理，各种技术均展现出不同的优势与局限性。未来的研究方向应聚焦于多技术集成方案的开发，例如结合物理吸附与生物降解的协同技术，或整合臭氧化与纳米气泡等新型氧化手段，进一步提升异味物质的去除效率。同时，加强对循环水养殖系统生态健康的长期监控和调控，为高品质水产品养殖提供全面保障。通过系统化和精准化的水质管理措施，能够从根本上降低土腥素的生成与积累，为实现水产养殖业的高质量发展奠定坚实基础。

参考文献：略

来源：黑龙江水产 2025年2期

作者：王帅，吴瑜，徐龙泉，叶海雄

备注：西南渔业网对文字略有调整

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