南极磷虾粉加工与贮藏技术研究进展

刘志东,陈雪忠,*,黄洪亮,汪一红，刘　勤,陈　勇,曲映红,屈泰春,宋学峰

(1.中国水产科学研究院东海水产研究所,上海 200090;2.上海开创远洋渔业有限公司,上海 200090;3.上海海洋大学食品学院,上海 201306)



南极磷虾粉加工与贮藏技术研究进展

刘志东1,陈雪忠1,*,黄洪亮1,汪一红1，刘勤1,陈勇2,曲映红3,屈泰春1,宋学峰1

(1.中国水产科学研究院东海水产研究所,上海 200090;2.上海开创远洋渔业有限公司,上海 200090;3.上海海洋大学食品学院,上海 201306)

南极磷虾因其巨大的生物资源量,较高的营养特性和良好的应用特性受到广泛关注。南极磷虾粉是目前南极磷虾船载加工的主要产品之一。本文综述了南极磷虾粉的加工与贮藏技术发展现状,介绍了南极磷虾粉加工技术的改进研究进展,分析了加工与贮藏技术对南极磷虾粉营养与品质特性的影响,评价了南极磷虾粉安全性评价和应用研究的进展,并对南极磷虾粉加工、贮藏技术及应用的未来发展趋势进行了展望。

南极磷虾粉,加工技术,贮藏技术,进展

南极磷虾(EuphausiasuperbaDana)是一种生活在南极海域的小型甲壳动物,生物资源量约为1.25～7.5亿吨,尚未充分开发利用[1-2]。南极磷虾粉的生产主要是在捕捞加工船上进行,南极磷虾粉是目前南极磷虾船载加工的两种主要产品之一。南极磷虾粉的应用主要取决于其营养价值,功能性组分和产品特性。国内外研究人员对南极磷虾粉的常规营养成分、氨基酸组成、脂肪酸组成和矿物质元素等进行了分析和评价[3]。针对南极磷虾粉及其衍生产品的相关研究已经开展并取得了积极进展[4-7]。研究发现,影响南极磷虾粉营养和品质特性的因素主要包括:捕获的时间、地点和条件,原料的质量及新鲜度、加工技术和装备,贮运技术和条件等。但目前关于南极磷虾粉加工与贮藏技术的报道尚较少。在基于南极磷虾船载加工和南极磷虾粉生产现状的基础上,本文综述了南极磷虾粉的加工与贮藏技术研究进展,期望能为南极磷虾粉加工与技术的改进,南极磷虾粉应用新领域的拓展和产业价值的提升提供借鉴。

1　南极磷虾粉的加工技术

南极磷虾粉是以南极磷虾为原料,经过蒸煮、压榨、干燥、粉碎等工序制成的具有独特营养、功能和品质特性的南极磷虾产品。由于南极磷虾含有活性高的降解酶,因此,南极磷虾须在捕获后尽快在船上加工处理。研究表明,高品质的南极磷虾粉应采用捕获后1～2 h内的完整南极磷虾在捕捞加工船上加工而成[3]。

1.1现有的南极磷虾粉加工技术

南极磷虾粉加工技术主要是参照或借鉴鱼粉的加工技术发展而来。关于鱼粉生产工艺的报道有很多,但一般是依据鱼粉、鱼油的产量等为主要目标来确定其最佳生产工艺参数,而从产品安全性与生产过程、工艺参数关系的角度进行的研究报道较少[8]。挪威等国在鱼粉蒸煮工艺,非洲南部国家在鱼粉烘干工艺中使用的温度均不高于80 ℃。彭侃等研究发现热处理温度可能是影响鱼粉品质的主要因素[9]。

南极磷虾粉的船载加工主要是以新鲜南极磷虾为原料,陆基加工主要是以冷冻南极磷虾为原料。原料通过传送系统进入蒸煮锅,热风/蒸汽经风机吹进蒸煮锅,蒸煮锅温度控制在90 ℃左右,经过蒸煮的南极磷虾由鱼浆泵输送到压榨机,经过压榨机的脱水后进入烘干装置,在进入烘干装置之前加入抗氧化剂,烘干温度控制在160 ℃左右,烘干约需1.5～2.0 h。烘干后的南极磷虾经粉碎机粉碎、冷却后,进入装袋机同时自动计量。南极磷虾粉的水分含量通常≤9%。目前全球从事南极磷虾产业的大公司如挪威的阿克公司和奥林匹克公司,都是采用专业的南极磷虾捕捞加工船生产南极磷虾粉,然后运回陆地进行深加工或者利用。南极磷虾粉船载加工工艺流程:

1.2南极磷虾粉加工技术的改进探索

目前,南极磷虾粉的船载加工主要是采用新鲜南极磷虾加工。由于南极磷虾海域远离大陆,考虑成本和能耗等因素，所以需要提出一种更加优化的南极磷虾粉加工技术,既能提高生产效率、降低能耗,又能尽量保持南极磷虾体内的生物活性物质以利于后续加工。因此,基于船载南极磷虾粉加工的现状,南极磷虾粉加工技术的选择显得尤为重要。工程技术人员已经尝试对现有的船载南极磷虾粉加工技术提出改进,即在较好的保存南极磷虾中大部分生物活性物质的同时,也能够降低南极磷虾产品水分含量以利于后续加工。因此,赵伟等[10]研究发现南极磷虾煮熟脱水后,质量变为原来的51.9%,运回陆地经溶剂处理后,出粉率为13.6%,与现有工艺差距不大。采用该方法生产的南极磷虾粉提取的虾油酸价在12以下,蛋白质含量为5.25%,灰分含量为3.83%,与目前生产的南极磷虾油指标相近。因此,采用该技术制备的南极磷虾粉能够满足用于提取南极磷虾油的原料要求。经过成本估算得知,采用船载煮熟脱水的工艺,可使南极磷虾油的成本降低8.2万元/吨,相当于现有工艺成本的13.5%。

目前,船载南极磷虾粉的生产主要是采用蒸煮-压榨方法,该法由于采用较高的处理温度(约100 ℃)会对营养组分的特性以及后续加工利用产生较大的影响。刘建君等[11]研究了虾粉生产方式对南极磷虾油品质的影响,探索一种能够兼顾生物活性物质和生产效率的南极磷虾粉生产方法。结果表明,南极磷虾含水量高于10%,在80 ℃下烘干不会降低南极磷虾粉的品质。采用阶段式干燥方式,不仅能耗比低温干燥少24%,干燥效率也提高将近1倍。研究认为阶段式干燥方式是一种低耗、高效,且能尽量保持南极磷虾体内的生物活性物质的虾粉生产方法。刘志东等将双螺杆挤压技术应用于南极磷虾的脱水及南极磷虾粉的加工,比较了不同加工方法对南极磷虾粉营养品质的影响及南极磷虾油的品质影响。结果表明,双螺杆挤压法既可以避免由于原料的过度加热而引起热敏性物质的损失,又可以实现南极磷虾船载加工的 “减容增效”,提高南极磷虾粉船载加工效率和终产物的品质[12]。

综上所述,现有的南极磷虾粉加工技术的改进主要集中在加工过程参数的完善,加工方式的调整及新的加工技术的引进,尚鲜见以特定用途为目的(如生物活性物质的保留及南极磷虾油品质的提高等)的南极磷虾粉加工技术改进探索。因此,未来,南极磷虾粉加工技术的改进及新技术的引进也应考虑以特定用途产品的生产为目标开展。

2　南极磷虾粉的贮藏技术

由于南极海域远离大陆,因此,船载加工生产的南极磷虾粉需要相对较长的贮运期。南极磷虾粉具有蛋白质、脂质、磷含量高,多不饱和脂肪酸含量高、易于氧化、易燃的特点。因此,选择合适的贮藏技术和条件对于南极磷虾粉而言具有非常重要的意义。研究已经表明,贮藏技术和条件对于南极磷虾粉的品质控制和后续应用影响非常显著[13]。

由于南极磷虾粉长期贮藏可能会导致其品质下降,营养价值降低,不能满足其应用的要求，加之由于南极磷虾粉的脂质含量较高,故容易发生氧化变质。南极磷虾粉应保存在低温、干燥,避免阳光直射,通风良好的环境和条件下,避免环境湿度的较大波动。袁玥等研究了脱氧剂和温度对南极磷虾粉感官品质、色泽、酸价和TBARS值等的影响。结果表明,南极磷虾粉中加入脱氧剂可以保持南极磷虾粉良好的感官品质,有效抑制脂质酸败,有效控制贮藏南极磷虾粉的品质,但对胃蛋白酶消化率影响并不明显[13]。为保持南极磷虾粉的品质,应添加抗氧化剂及采取尽可能低的温度贮藏南极磷虾粉。当南极磷虾粉贮藏环境的温度高于35 ℃或者南极磷虾粉自身的温度高于环境温度5 ℃时,就应采取降温或者转移措施。南极磷虾粉采用的主要抗氧化剂:乙氧基喹啉(6-ethoxy-1,2 dihydro-2,2,4 trimethyl quinoline(CAS Reg.Nbr 91-53-2)),单甘油酯、甘油二酯、天然生育酚的混合物、柠檬酸和迷迭香提取物的混合物,BHA、没食子酸丙酯和柠檬酸混合物,BHA和BHT混合物[13]。

由于南极磷虾粉中磷和脂质的含量较高,在贮藏过程中如果环境温度过高、通风不畅,南极磷虾粉容易发生自燃。因此,南极磷虾粉应该控制较低的脂质含量或者添加抗氧化剂或者控制较低的贮藏温度,如低于0 ℃或更低并保持良好的通风。当然,如果能够贮藏在尽可能低的温度条件下,可以不用添加抗氧化剂。此外,当南极磷虾粉与强氧化物质接触时,在特定的水分和脂质条件下,容易发生氧化和自燃现象。南极磷虾粉的自燃主要取决于其脂质和水分含量。同时,在南极磷虾粉加工和贮藏过程中,还应注意降低南极磷虾粉尘的累积浓度,尤其是在相对较封闭的空间。建议采用专用的粉尘控制装置和物料输送系统以避免粉尘爆炸的发生。

3　南极磷虾粉的营养价值分析与品质评价

关于南极磷虾粉的营养价值分析与评价已经开展了一些相关研究。结果表明南极磷虾粉蛋白质含量高,其氨基酸组成符合FAO/WHO推荐的蛋白质理想模式;含有丰富的脂质和脂肪酸,营养价值较高,具有较大的开发利用前景。但是南极磷虾粉的营养价值受南极磷虾原料、加工方式、贮运条件等影响较大[3]。因此,在南极磷虾粉加工、贮藏过程中,应根据其不同用途选择合适的加工和贮藏技术,特别是作为南极磷虾油提取的原料[12,14]。

目前,南极磷虾粉的品质评价指标主要是参考鱼粉的评价指标[15-16]。南极磷虾粉的评价指标主要包括感官要求(色泽、组织和气味),理化指标(蛋白质、脂肪、水分、灰分、盐分、砂分、赖氨酸、蛋氨酸、胃蛋白酶消化率、挥发性盐基氮、酸价、尿素、组胺、铬、粉碎粒度、杂质、过氧化值(POV)、硫代巴比妥酸值(TBA)等),安全指标(砷、铅、汞、镉、亚硝酸盐、六六六和滴滴涕)和微生物指标(霉菌、沙门氏菌、寄生虫)[16]。

Tharos公司提出了南极磷虾粉品质的最低建议标准:蛋白质:最低58%,脂肪:最高18%(8%～18%),色素(因等级而异):最低100 ppm，水分含量:最高10%,灰分:最高13%，盐(氯化钠)最高3%(1%～3%)，TVB-N (mgN/100 g):20(5～24)，组胺ppm:最高23(0～23)，南极磷虾粉中油脂-饱和脂肪(南极磷虾油最高%):30%，南极磷虾粉中ω 3-多不饱和脂肪酸:最低28%，南极磷虾粉中单不饱和脂肪酸,最低30%。Tharos公司建议船载南极磷虾粉的脂质含量应≤18%[7]。

4　南极磷虾粉的安全性评价

南极磷虾粉已经用作人类食物原料和动物饲料,但是关于其安全性的研究仍在进行中。Soevik & Breakkan(1979)首次指出南极磷虾(Euphausiasuperb)壳中氟的含量较高(1300～2400 ppm,完整南极磷虾以干基计)[17];Sands等研究发现其他种的南极磷虾也存在类似现象[18],即磷虾属的普遍特征是其壳中氟含量较高。因此,使用者评估其潜在应用价值时应充分考虑这一特点。赵晓君等采用逐级化学-超声波浸提技术有效地定量研究南极磷虾中氟的赋存形态,并对提取条件进行了优化[19]。

以新鲜南极磷虾为原料,采用传统加工技术生产的南极磷虾粉,其氟含量约为1000～2400 ppm。研究发现,采用甲壳动物粉作为水产饲料,尽管其氟含量较高,没有发现对水产动物健康造成影响[20]。但南极磷虾用作人类营养品的安全性问题仍受到广泛关注。南极磷虾中的氟具有较好的生物利用度,高含量的氟具有一定的毒性,需要开展深入的研究,获得明确的结论。此外,南极磷虾粉所含的重金属和矿物质元素含量也需要特别注意[21]。

赵守涣[22]等采用昆明种小鼠,开展了南极磷虾煮虾和虾粉的急性毒性研究。实验结果表明,昆明种小鼠对南极磷虾煮虾和虾粉的最大耐受量分别大于599.04 g/kg和62.71 g/kg,而南极磷虾煮虾可能对肝脏有损伤。但急性毒性实验仅能判断短时间内受试物的急性毒性;全面的安全性评价结论还需要结合其他指标,需要进一步的慢性实验进行评价。Kjetil Berge等以Wistar大鼠为实验动物,研究了含有9.67%南极磷虾粉的饲料对其安全性的影响。结果表明,经过13周的喂养实验,含有南极磷虾粉的饲料没有对实验动物的生活、血液学和临床化学产生毒性影响。负面的研究结果仅限于雄性实验动物的肝细胞出现空泡化,但没有伴随肝重量的增加。这表明含有9.67%南极磷虾粉的饲料在实验条件下对实验动物没有明显的毒害作用[23]。Åshild Krogdahl等以水貂为实验动物,评价了南极磷虾粉对雌水貂生殖能力和健康的影响。结果表明,南极磷虾粉与高品质的鱼粉具有相似的营养价值,最高含有17%南极磷虾粉的饲料对雌水貂的生殖能力没有副作用。研究认为南极磷虾粉用作宠物食品组分是安全的[24]。Bodil Bjørndal等以表达hTNFα基因的转基因青年、雄性鼠模型为实验动物,研究了南极磷虾粉对其肝脏代谢的影响。结果表明,南极磷虾粉能够增加肝脏的脂质代谢,抑制脂质的生成,伴随葡萄糖利用的减少,改善血浆和肝脏的脂质水平[25]。Bodil Bjørndal等以老年雄性CBA/J鼠为模型,研究了南极磷虾粉对实验动物肝脏基因表达的影响。实验动物肝脏的基因表达图谱表明,摄食南极磷虾粉改变了包括β-氧化,葡萄糖和氨基酸代谢及线粒体电子传递链的路径。结果表明实验动物摄食南极磷虾粉能够在基因水平对实验动物的能量代谢和氧化磷酸化产生特殊的影响，说明摄入南极磷虾粉可能是阻止线粒体呼吸链功能降低的一种方法[26]。

5　南极磷虾粉的应用进展

南极磷虾粉脂质含量与新鲜南极磷虾的脂质含量及其大小密切相关。采用传统加工技术制备的南极磷虾粉中约有70%的脂质与蛋白质相结合,南极磷虾粉中天然脂质的4%～5%为可提取脂质。这些脂质含有高含量的与磷脂相连的Omega-3浓缩物,其中EPA和DHA的含量约为19%～24%,或者更高。南极磷虾粉中总磷脂的含量约占其总脂质含量的30%～50%。超过一半为磷脂-卵磷脂(约占总脂的33%～36%),脑磷脂(15%～17%),溶血卵磷脂(3%～4%)和其他脂质(2%～3%)。目前,南极磷虾油通常是以捕捞加工船上生产的南极磷虾粉为原料,在岸基工厂提取。提取过程主要采用化学试剂提取(如丙酮、乙醇),但这种方法也影响了南极磷虾油中有价值生物活性组分的存留。高品质的南极磷虾粉脂质通常被用于提取特殊组分和医药级的南极磷虾油。

Fa-Wen Yin等比较了南极磷虾粉与淀粉混合物经过双螺杆挤压的产物与南极磷虾粉采用正己烷提取油脂的效果。结果表明,经过挤压的南极磷虾粉与淀粉油脂提取率高于南极磷虾粉。与南极磷虾粉提取的油脂相比,甘油三酯和饱和脂肪酸含量更高,磷脂和多不饱和脂肪酸含量更低[27]。孙来娣等以南极磷虾粉为原料开展了提取虾青素的研究[15]。阚翠翠以南极磷虾粉为原料,开展了微生物发酵南极磷虾粉转化高附加值产品的研究[28]。

目前,南极磷虾粉主要用作水产动物饲料和南极磷虾油提取的原料。龚洋洋等已经介绍了南极磷虾粉作为水产动物饲料的进展[29-30];研究人员还以南极磷虾粉为原料开展了提取南极磷虾油的相关研究并取得了积极进展[6]。总之,南极磷虾粉可以作为直接产品(视为南极磷虾原料替代品),作为尾肉加工(副产物+原料)的副产品,作为提取油脂的副产物(以虾粉为原料提取油脂的副产物);也可以将南极磷虾粉及其组分作为原料,联合或者单独应用于色素(虾青素),鱼和蔬菜蛋白质,脂质和诱食剂等产品。

6　结论与展望

随着南极磷虾粉应用领域的扩大和产品价值的深度挖掘,南极磷虾粉的加工与贮藏技术也将朝着高品质和高附加值的方向发展。因此,开展现有相关技术的总结与分析,不仅有助于南极磷虾粉的加工、贮藏与应用研究进入新的层面;现有技术的改进、新技术的出现或引入也将为南极磷虾粉加工、贮藏与应用注入新的活力。此外,探索南极磷虾粉不同的产品形式及其特性,还将为南极磷虾粉应用领域的拓展和产品价值的提升提供科学依据。应用者也可以根据特定的用途或目的,自主的选择适宜的加工和贮藏技术并加以优化。南极磷虾粉作为南极磷虾中间或最终产品的体现形式也将承载南极磷虾产业更多的希望。

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Progress in processing and storaging technologies of Antarctic krill(Euphausiasuperba)powder

LIU Zhi-dong1,CHEN Xue-zhong1,*,HUANG Hong-liang1,WANG Yi-hong1,LIU Qin1,CHEN Yong2,QU Ying-hong3,QU Tai-chun1,SONG Xue-feng1

(1.East China Sea Fisheries Research Institute,Chinese Academy of Fishery Sciences,Shanghai 200090,China;2.Shanghai Kaichuang Deep Sea Fisheries Co.,Ltd.,Shanghai 200090,China;3.College of Food Science and Technology,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China)

Antarctic krill(Euphausiasuperb)likely has the largest biomass of any multi-cellular animal species on earth and is paid more attention for its large biomass and potential value in recent years. Antarctic krill powder is one of the two main onboard processing products. The development of processing and storage technologies of Antarctic krill powder was reviewed in this paper. Firstly,the development of the modified processing technologies of Antarctic krill powder was introduced. Then an analysis of the processing and storage technologies effect on the nutritional and quality characteristics of Antarctic krill powder was made. The safety and application of Antarctic krill powder was also evaluated. In conclusion, the advance of processing and storage technologies of Antarctic krill powder in domestic and abroad were summarized in this paper. In the end,the direction of processing and utilization of Antarctic krill powder and its prospect was supposed.

Antarctic krill meal;processing technology;storage technology;progress

2016-02-22

刘志东(1976-)，男，博士，副研究员，研究方向：水产品加工与产物资源利用，E-mail：zd-liu@hotmail.com 。

陈雪忠(1957-)，男，本科，研究员，研究方向：远洋与极地生物资源开发利用，E-mail：xuezhong@ecsf.ac.cn。

上海市科技兴农项目(沪农科攻字(2015)第5-5号)；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金 (2016ZD0903)；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金 (2011M06)；农业部渔业装备与工程技术重点实验室开放课题(2012002) ；国家“863”计划(2012AA092304)。

TS254.4

A

1002-0306(2016)16-0357-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.16.063