隨著全球水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)（Recirculating Aquaculture Systems，RAS）因其高效、環(huán)保和資源節(jié)約的優(yōu)勢，逐漸成為現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖的重要模式。然而，伴隨高密度養(yǎng)殖和水質(zhì)管理難度的增加，水產(chǎn)品中異味物質(zhì)的積累問題愈加突出，其中以土腥素（Geosmin，GSM）和2-甲基異冰片醇（2-MIB）為代表的異味物質(zhì)，不僅影響魚肉品質(zhì)，還嚴(yán)重制約了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。尤其在鱸魚等高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的水產(chǎn)品養(yǎng)殖中，土腥味問題成為消費(fèi)者感官接受度的重要瓶頸。因此，研究土腥素的產(chǎn)生機(jī)理及其在魚體內(nèi)的積累路徑，并探索高效、經(jīng)濟(jì)的去腥方法，具有重要的科學(xué)價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。文章綜述了土腥素的來源、進(jìn)入魚體的方式及其去除的主要方法，重點(diǎn)分析物理、化學(xué)及生物學(xué)手段在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)展，為改善水產(chǎn)品風(fēng)味和提升養(yǎng)殖效益提供理論依據(jù)與技術(shù)參考。

1 土腥素的介紹

1.1 土腥素的來源

土腥素（Geosmin）的來源與水體環(huán)境的質(zhì)量密切相關(guān)。良好的水質(zhì)是水產(chǎn)品養(yǎng)殖的重要基礎(chǔ)，但隨著養(yǎng)殖密度的提高和環(huán)境條件的變化，水質(zhì)惡化問題日益突出。特別是在富營養(yǎng)化的水體中，大量藍(lán)藻、綠藻等藻類迅速繁殖。藻類生長的高峰期通常伴隨著其代謝活性增強(qiáng)，這種代謝活動雖然能夠維持水體生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，但過度繁殖的藻類會在養(yǎng)殖環(huán)境中積累，最終因資源耗盡或環(huán)境壓力而大規(guī)模死亡。

藍(lán)藻的死亡會釋放出細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)物質(zhì)，其中土腥素（Geosmin）和2-甲基異冰片醇（MIB）是造成水產(chǎn)品土腥味的主要化學(xué)物質(zhì)。這些物質(zhì)主要是由藍(lán)藻和放線菌等微生物在代謝過程中合成的。藍(lán)藻死亡后，其胞內(nèi)的土腥素和MIB通過細(xì)胞裂解釋放到水體中，并進(jìn)一步擴(kuò)散到水域及底泥中，形成養(yǎng)殖環(huán)境中的“腥源”。研究表明，這種釋放過程受水體的溫度、溶解氧和pH值等因素的影響。例如，水溫升高和低溶解氧條件下，土腥素的釋放和擴(kuò)散更加顯著。此外，土腥素的生成還受到水體流動性和透明度等因素的制約，流動性較差的水體更容易積累這些物質(zhì)，從而加劇土腥味問題。

值得注意的是，土腥素和MIB的感官閾值極低，土腥素僅需10ng/L，即可被人類感知。這使得即使在極低濃度下，這些物質(zhì)也會通過水體直接進(jìn)入魚體內(nèi)，或者通過食物鏈逐步積累，從而影響魚肉品質(zhì)。近年來，針對藻類死亡導(dǎo)致的土腥味問題，水質(zhì)管理和優(yōu)化養(yǎng)殖技術(shù)成為研究的重點(diǎn)方向。通過控制富營養(yǎng)化、提升水體循環(huán)效率以及抑制藍(lán)藻等藻類的大規(guī)模死亡，可以有效減少土腥素的釋放，從源頭上改善水產(chǎn)品的風(fēng)味品質(zhì)。

1.2 土腥素的產(chǎn)生

土腥味的形成過程較為復(fù)雜，不同水產(chǎn)品或同一種水產(chǎn)品在不同部位的分布均有所不同。土腥素進(jìn)入魚體的主要途徑有兩種：

第一種途徑是直接吸收，鱸魚（Lateolabrax japonicus，日本真鱸）通過鰓或皮膚從水體中吸收土腥素。當(dāng)藻類等微生物代謝釋放出土腥素后，土腥素溶解在水體中并被鱸魚直接吸收，隨后進(jìn)入脂肪含量較高的魚肉組織中。

第二種途徑是間接攝取，鱸魚通過食物鏈捕食含有土腥素的植物性或動物性食物，如浮游藻類或底棲動物。這些含有土腥素的食物被鱸魚攝入后，土腥素首先在消化道中經(jīng)過分解與釋放，然后進(jìn)入魚肉組織，尤其是脂肪含量較高的部位，如魚皮和內(nèi)臟。研究表明，魚體內(nèi)土腥味的分布與魚類脂肪含量具有很強(qiáng)的相關(guān)性。在鱸魚體內(nèi)，脂肪豐富的部位如“腹部”土腥味最為明顯，而“尾部”與“鰭部”土腥味較低。

此外，魚類的腸道黏膜層和消化液中含有藍(lán)藻和放線菌等能產(chǎn)生土腥素的微生物，這些微生物在消化過程中代謝生成土腥素，而腸道系統(tǒng)中的酸性環(huán)境和酶的活性可能促進(jìn)其釋放，從而加劇魚肉中土腥素的積累。腸道內(nèi)的細(xì)菌群落與代謝條件還可能顯著影響土腥素的吸收效率。根據(jù)相關(guān)研究，魚類腸道中菌群生成的土腥素會隨著鱸魚的代謝逐步排出體外，但仍有部分土腥素通過吸收作用進(jìn)入脂肪組織，從而殘留在鱸魚肉中，造成土腥味的形成。

2 土腥素去除的方法

目前，國內(nèi)外針對土腥味物質(zhì)（如GSM和2-MIB）降解的研究取得了顯著進(jìn)展，以消除或減少循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)（RAS）中GSM、2-MIB和其他異味化合物為目標(biāo)的方法包括傳統(tǒng)的吊水處理、臭氧化、高級氧化過程（AOP）、殺藻劑、活性炭吸附、沸石和超聲技術(shù)等。

2.1 物理去腥方法

2.1.1 活性炭吸附

活性炭吸附是目前處理水體中土腥味物質(zhì)最為常用的物理方法之一。研究表明，活性炭因其高比表面積和豐富的微孔結(jié)構(gòu)，能夠有效吸附水體中的異味化合物。例如，顆粒狀活性炭已被成功用于去除凈化水中的GSM和MIB。進(jìn)一步的研究顯示，腐殖物質(zhì)可能會與活性炭結(jié)合，導(dǎo)致吸附效率降低。為此，MATSUIY等人采用納米海綿環(huán)糊精聚氨酯作為改良吸附材料，成功實(shí)現(xiàn)了對水中GSM和MIB 99%的高效吸附。此外，BONGT等學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，粉末活性炭（C-PAC）因其高微孔體積和小孔孔徑，對GSM的吸附能力顯著優(yōu)于MIB，通過結(jié)合多元線性回歸和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，可以更精確地預(yù)測吸附效率，從而提升活性炭吸附技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果。

2.1.2 沸石吸附

沸石是一種具有微孔結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽材料，被廣泛研究并應(yīng)用于水和廢水的凈化處理，尤其是在水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)中。沸石因其獨(dú)特的離子交換和吸附特性，可有效去除循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的GSM和MIB等異味化合物。沸石的四面體（T=Si，Al）框架因鋁替代硅后產(chǎn)生的負(fù)電荷，需要通過堿金屬或堿土金屬陽離子進(jìn)行中和。根據(jù)沸石分子篩的大小和電荷密度，這些陽離子能夠與周圍水環(huán)境中的其他陽離子輕松交換。例如，穩(wěn)定的TiO2-USY沸石復(fù)合涂層能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)吸附和光催化功能，用于有效去除水中的GSM 。工業(yè)應(yīng)用研究表明，沸石涂層能夠在內(nèi)將魚場循環(huán)水中初始4nL/L的GSM濃度降低至1.2nL.L，達(dá)到70%的去除率，此外，研究者們還探索了多種改性沸石的應(yīng)用，例如利用鈦氧化物涂層或結(jié)合光催化劑技術(shù)以提升異味化合物的去除效果。

2.1.3 超聲技術(shù)

超聲技術(shù)是一種利用高頻聲波引發(fā)空化效應(yīng)，釋放出強(qiáng)烈能量和機(jī)械沖擊力，從而增強(qiáng)水中污染物去除效果的方法。它已廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)域，尤其在去除水中異味化合物如GSM和MIB方面表現(xiàn)出色。通過超聲波引發(fā)的空化效應(yīng)，能促進(jìn)水中有機(jī)物的降解、吸附材料的再生和有害物質(zhì)的分解。例如，WANGJing等學(xué)者研究表明，超聲波可以顯著提高活性炭的吸附效率，并且增強(qiáng)其表面吸附性能，有助于去除水中的有機(jī)污染物。此外，DUKKANCIM表明，超聲波能夠有效降解水中的復(fù)雜有機(jī)污染物，特別是在短時(shí)間內(nèi)去除臭味化合物。因此，超聲技術(shù)作為一種高效、環(huán)保的水處理方法，具有廣泛的應(yīng)用潛力，特別是在水產(chǎn)養(yǎng)殖和飲用水處理領(lǐng)域。

2.2化學(xué)去腥方法

2.2.1 殺藻劑

殺藻劑是一種常用的控制藻類生長并去除水中異味物質(zhì)的方法。研究表明，某些化學(xué)殺藻劑能夠有效去除水中的GSM和2-MIB等土腥味物質(zhì)。BAIMindong等學(xué)者比較了羥基自由基（OH）和次氯酸鈉（NaCIO）的藻類團(tuán)滅活和GSM降解效果，結(jié)果顯示，羥基自由基在 20s內(nèi)將GSM濃度降至低于10ng/L，而NaClO需2h才略微降解GSM。HAMMONDD等學(xué)者評估了酸穩(wěn)定的銅基鋁殺藻劑EarthTec對GSM的去除效果，發(fā)現(xiàn)其通過降低pH值促使GSM轉(zhuǎn)化為無臭的脫水產(chǎn)物，大幅提升了去除效率。

2.2.2 高級氧化反應(yīng)（AOP）

高級氧化反應(yīng)（AOP）通過生成高度反應(yīng)性自由基（如·OH）來降解水中的有機(jī)污染物。MENGTan等學(xué)者研究了UV光催化與AOP的結(jié)合，發(fā)現(xiàn)紫外線（UV）能有效激發(fā)化學(xué)反應(yīng)，在光反應(yīng)器內(nèi)壁反射的條件下，快速降解水中的GSM和2-MIB。KROPPR等學(xué)者提出一種新型的Exciton高級氧化工藝（ eAOP），通過光催化、紫外光解及電解等多種機(jī)制協(xié)同作用，在2h內(nèi)幾乎完全去除了商業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中GSM和MIB，并將大西洋鮭魚的凈化時(shí)間縮短了40% 。近年來，AOP在去除土腥味物質(zhì)方面的應(yīng)用得到廣泛關(guān)注，其能夠有效地降解水中的有機(jī)異味化合物。

2.2.3 UV紫外線

UV紫外線是一種成熟的水處理技術(shù)，廣泛應(yīng)用于去除水中的有機(jī)污染物和異味物質(zhì)。研究表明，UV技術(shù)能夠有效降解水中的土腥味物質(zhì)，如GSM和2-MIB。

1）低壓UV紫外線

低壓UV是一種常用的紫外線水處理技術(shù)，通常應(yīng)用于小型或中型水處理系統(tǒng)，其波長固定在254nm ，可高效滅活水體中的微生物，同時(shí)對部分有機(jī)污染物具有顯著的降解效果。SALEHIA等學(xué)者研究表明，農(nóng)藥的高效去除需依賴多技術(shù)耦合策略，其中低壓UV技術(shù)作為物理化學(xué)處理單元，與生物降解或吸附工藝聯(lián)用時(shí)，可通過光解產(chǎn)物的生物相容性轉(zhuǎn)化或中間產(chǎn)物截留，效果尤為顯著。SANCHESS等學(xué)者進(jìn)一步探討了低壓UV光解和高級氧化工藝（AOPs）在優(yōu)先控制農(nóng)藥中的作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這些技術(shù)在處理優(yōu)先控制農(nóng)藥方面具有良好的效果，能夠顯著提高飲用水水質(zhì)。WATTSMJ等學(xué)者則提出，低壓UV結(jié)合氯氣（C12）的高級氧化工藝能夠有效去除水體中的土腥味化合物（如2-MIB和GSM），在短時(shí)間內(nèi)顯著改善水體的味道和氣味品質(zhì)。因此，低壓UV技術(shù)不僅適用于水體消毒，還具有廣泛的有機(jī)污染物去除潛力，為飲用水和廢水處理提供了高效、經(jīng)濟(jì)的解決方案。

2）中壓UV紫外線

中壓UV技術(shù)的光譜范圍覆蓋200nm～300nm，具有較高的功率輸出，比低壓UV更適合大規(guī)模的水處理應(yīng)用，如市政供水和工業(yè)廢水處理。研究表明，中壓UV不僅在水消毒方面具有顯著效果，還能有效降解水中的復(fù)雜有機(jī)污染物。EDRIL等學(xué)者研究了中壓UV與硝酸鹽聯(lián)合使用時(shí)對地下水有機(jī)污染物降解的預(yù)測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)能夠顯著提高污染物的降解效率。LOUFei等學(xué)者則探討了UV與過硫酸鹽聯(lián)合使用對有機(jī)污染物的降解效果，研究指出中壓UV光源能夠在不同條件下促進(jìn)過硫酸鹽的活化，從而顯著提高有機(jī)污染物的去除率，尤其是在磷酸鹽緩沖液的作用下，降解效果更為顯著。中壓UV的廣泛適應(yīng)性、高效性以及對復(fù)雜水質(zhì)的處理能力，使其在現(xiàn)代水處理領(lǐng)域中扮演著重要的角色，尤其在處理有機(jī)污染物和提高水體質(zhì)量方面展現(xiàn)了巨大的潛力。

3）高壓UV紫外線

高壓UV技術(shù)具有廣泛的光譜范圍（ 160nm～400nm）和強(qiáng)大的紫外線輻射能力，因此能夠有效降解復(fù)雜的有機(jī)污染物，尤其在去除水中的土腥味物質(zhì)如geosmin方面表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。HUANGXia-oling等學(xué)者提出，UV輔助光電化學(xué)（PEC）技術(shù)結(jié)合了紫外線照射和電化學(xué)反應(yīng)的優(yōu)勢，能夠在25min內(nèi)將GSM和2-MIB的降解率分別提高至96% 和95% 。該技術(shù)在較短時(shí)間內(nèi)顯著提高了降解效率，具有較高的應(yīng)用潛力。此外，UV技術(shù)在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)（RAS）中的應(yīng)用也得到了廣泛探討。DAHLESW等學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，紫外線照射能夠有效控制水中微生物群落，從而保障大西洋鮭魚（Salmosalar）的健康生長，并顯著降低水體中的異味化合物濃度。SUMMERFELTST等學(xué)者提出，紫外線照射與臭氧化聯(lián)合使用，在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)完整的水流消毒效果，顯著提升水質(zhì)并去除異味物質(zhì)。

2.2.4臭氧 + 納米氣泡

臭氧是一種強(qiáng)效的水處理劑，常用于提高水質(zhì)、消毒和改善水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的運(yùn)營效率。作為一種強(qiáng)氧化劑，臭氧能夠迅速與非生物降解的溶解有機(jī)物（DOM）反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化為更易生物降解的分子，同時(shí)具有殺菌、殺寄生蟲及殺病毒的特性。在水中，臭氧通過兩種途徑發(fā)揮作用：直接與目標(biāo)分子反應(yīng)，或通過分解產(chǎn)物（如羥基自由基）與目標(biāo)分子非選擇性反應(yīng)。

在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域，臭氧被廣泛應(yīng)用于進(jìn)水處理、循環(huán)水處理及廢水控制。研究表明，臭氧可顯著改善水質(zhì)指標(biāo)，如清澈度、紫外透明度以及混凝和過濾效果，同時(shí)能促進(jìn)硝化作用和蛋白質(zhì)降解過程。此外，臭氧在進(jìn)水中應(yīng)用能夠有效減少病原體，去除懸浮固體及溶解態(tài)有機(jī)物，同時(shí)增加水體中的溶解氧。

在特定應(yīng)用中，例如藍(lán)藻暴發(fā)和異味控制，XUHangzhou等學(xué)者研究了預(yù)臭氧化與后續(xù)過氧化工藝的結(jié)合，證明了其在處理藍(lán)藻及去除異味化合物（如2-MIB和GSM）中的顯著效果。SCHRADERKK等學(xué)者也指出，在RAS系統(tǒng)中，連續(xù)添加低劑量臭氧（小于1μg/L）能夠減少異養(yǎng)細(xì)菌的數(shù)量，但對GSM和MIB的去除效果有限。相比之下，高劑量臭氧（大于7mg/L ）則能夠去除超過95%的異味化合物，不過可能伴隨高成本及風(fēng)險(xiǎn)，如對魚類的鰓和組織造成損傷。

此外，臭氧與微納米氣泡技術(shù)的結(jié)合展示出更優(yōu)的去除能力。ZHAOZiang等學(xué)者對臭氧與微納米氣泡聯(lián)合去除2-MIB的方法進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，預(yù)臭氧化結(jié)合過氧化工藝能夠顯著提高混凝效率并完全降解溶解態(tài)2-MIB。SOYLUOGLUM等學(xué)者通過表面改性提升了微納米氣泡的去除效率，研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖（CTS）和十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）能顯著促進(jìn)羥基自由基（·OH）的生成，從而增強(qiáng)土腥味物質(zhì)的氧化作用。

然而，臭氧化過程可能形成一些副產(chǎn)物，如海水中的次溴酸（HOBr）、溴酸鹽及致癌性的醛類和羧酸。這些副產(chǎn)物對水體的生態(tài)系統(tǒng)和養(yǎng)殖生物具有潛在的毒性。研究表明，這些副產(chǎn)物可以通過活性炭過濾或紫外線輻射等方式加以去除，但仍需綜合評估臭氧應(yīng)用的劑量和風(fēng)險(xiǎn)。

3 總結(jié)

循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中土腥素及其相關(guān)異味化合物的去除已成為制約現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。文章圍繞土腥素的來源、代謝途徑及其在魚體內(nèi)的積累機(jī)制展開分析，總結(jié)了物理、化學(xué)和生物學(xué)方法在土腥味去除中的應(yīng)用現(xiàn)狀和研究進(jìn)展。從活性炭吸附到高級氧化技術(shù)，從微生物降解到優(yōu)化水質(zhì)管理，各種技術(shù)均展現(xiàn)出不同的優(yōu)勢與局限性。未來的研究方向應(yīng)聚焦于多技術(shù)集成方案的開發(fā)，例如結(jié)合物理吸附與生物降解的協(xié)同技術(shù)，或整合臭氧化與納米氣泡等新型氧化手段，進(jìn)一步提升異味物質(zhì)的去除效率。同時(shí)，加強(qiáng)對循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)生態(tài)健康的長期監(jiān)控和調(diào)控，為高品質(zhì)水產(chǎn)品養(yǎng)殖提供全面保障。通過系統(tǒng)化和精準(zhǔn)化的水質(zhì)管理措施，能夠從根本上降低土腥素的生成與積累，為實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：略

來源：黑龍江水產(chǎn) 2025年2期

作者：王帥，吳瑜，徐龍泉，葉海雄

備注：西南漁業(yè)網(wǎng)對文字略有調(diào)整

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