南極磷蝦粉加工與貯藏技術研究進展

劉志東,陳雪忠,*,黃洪亮,汪一紅，劉　勤,陳　勇,曲映紅,屈泰春,宋學峰

(1.中國水產科學研究院東海水產研究所,上海 200090;2.上海開創遠洋漁業有限公司,上海 200090;3.上海海洋大學食品學院,上海 201306)

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南極磷蝦粉加工與貯藏技術研究進展

劉志東1,陳雪忠1,*,黃洪亮1,汪一紅1，劉勤1,陳勇2,曲映紅3,屈泰春1,宋學峰1

(1.中國水產科學研究院東海水產研究所,上海 200090;2.上海開創遠洋漁業有限公司,上海 200090;3.上海海洋大學食品學院,上海 201306)

南極磷蝦因其巨大的生物資源量,較高的營養特性和良好的應用特性受到廣泛關注。南極磷蝦粉是目前南極磷蝦船載加工的主要產品之一。本文綜述了南極磷蝦粉的加工與貯藏技術發展現狀,介紹了南極磷蝦粉加工技術的改進研究進展,分析了加工與貯藏技術對南極磷蝦粉營養與品質特性的影響,評價了南極磷蝦粉安全性評價和應用研究的進展,并對南極磷蝦粉加工、貯藏技術及應用的未來發展趨勢進行了展望。

南極磷蝦粉,加工技術,貯藏技術,進展

南極磷蝦(EuphausiasuperbaDana)是一種生活在南極海域的小型甲殼動物,生物資源量約為1.25～7.5億噸,尚未充分開發利用[1-2]。南極磷蝦粉的生產主要是在捕撈加工船上進行,南極磷蝦粉是目前南極磷蝦船載加工的兩種主要產品之一。南極磷蝦粉的應用主要取決于其營養價值,功能性組分和產品特性。國內外研究人員對南極磷蝦粉的常規營養成分、氨基酸組成、脂肪酸組成和礦物質元素等進行了分析和評價[3]。針對南極磷蝦粉及其衍生產品的相關研究已經開展并取得了積極進展[4-7]。研究發現,影響南極磷蝦粉營養和品質特性的因素主要包括:捕獲的時間、地點和條件,原料的質量及新鮮度、加工技術和裝備,貯運技術和條件等。但目前關于南極磷蝦粉加工與貯藏技術的報道尚較少。在基于南極磷蝦船載加工和南極磷蝦粉生產現狀的基礎上,本文綜述了南極磷蝦粉的加工與貯藏技術研究進展,期望能為南極磷蝦粉加工與技術的改進,南極磷蝦粉應用新領域的拓展和產業價值的提升提供借鑒。

1　南極磷蝦粉的加工技術

南極磷蝦粉是以南極磷蝦為原料,經過蒸煮、壓榨、干燥、粉碎等工序制成的具有獨特營養、功能和品質特性的南極磷蝦產品。由于南極磷蝦含有活性高的降解酶,因此,南極磷蝦須在捕獲后盡快在船上加工處理。研究表明,高品質的南極磷蝦粉應采用捕獲后1～2 h內的完整南極磷蝦在捕撈加工船上加工而成[3]。

1.1現有的南極磷蝦粉加工技術

南極磷蝦粉加工技術主要是參照或借鑒魚粉的加工技術發展而來。關于魚粉生產工藝的報道有很多,但一般是依據魚粉、魚油的產量等為主要目標來確定其最佳生產工藝參數,而從產品安全性與生產過程、工藝參數關系的角度進行的研究報道較少[8]。挪威等國在魚粉蒸煮工藝,非洲南部國家在魚粉烘干工藝中使用的溫度均不高于80 ℃。彭侃等研究發現熱處理溫度可能是影響魚粉品質的主要因素[9]。

南極磷蝦粉的船載加工主要是以新鮮南極磷蝦為原料,陸基加工主要是以冷凍南極磷蝦為原料。原料通過傳送系統進入蒸煮鍋,熱風/蒸汽經風機吹進蒸煮鍋,蒸煮鍋溫度控制在90 ℃左右,經過蒸煮的南極磷蝦由魚漿泵輸送到壓榨機,經過壓榨機的脫水后進入烘干裝置,在進入烘干裝置之前加入抗氧化劑,烘干溫度控制在160 ℃左右,烘干約需1.5～2.0 h。烘干后的南極磷蝦經粉碎機粉碎、冷卻后,進入裝袋機同時自動計量。南極磷蝦粉的水分含量通常≤9%。目前全球從事南極磷蝦產業的大公司如挪威的阿克公司和奧林匹克公司,都是采用專業的南極磷蝦捕撈加工船生產南極磷蝦粉,然后運回陸地進行深加工或者利用。南極磷蝦粉船載加工工藝流程:

1.2南極磷蝦粉加工技術的改進探索

目前,南極磷蝦粉的船載加工主要是采用新鮮南極磷蝦加工。由于南極磷蝦海域遠離大陸,考慮成本和能耗等因素，所以需要提出一種更加優化的南極磷蝦粉加工技術,既能提高生產效率、降低能耗,又能盡量保持南極磷蝦體內的生物活性物質以利于后續加工。因此,基于船載南極磷蝦粉加工的現狀,南極磷蝦粉加工技術的選擇顯得尤為重要。工程技術人員已經嘗試對現有的船載南極磷蝦粉加工技術提出改進,即在較好的保存南極磷蝦中大部分生物活性物質的同時,也能夠降低南極磷蝦產品水分含量以利于后續加工。因此,趙偉等[10]研究發現南極磷蝦煮熟脫水后,質量變為原來的51.9%,運回陸地經溶劑處理后,出粉率為13.6%,與現有工藝差距不大。采用該方法生產的南極磷蝦粉提取的蝦油酸價在12以下,蛋白質含量為5.25%,灰分含量為3.83%,與目前生產的南極磷蝦油指標相近。因此,采用該技術制備的南極磷蝦粉能夠滿足用于提取南極磷蝦油的原料要求。經過成本估算得知,采用船載煮熟脫水的工藝,可使南極磷蝦油的成本降低8.2萬元/噸,相當于現有工藝成本的13.5%。

目前,船載南極磷蝦粉的生產主要是采用蒸煮-壓榨方法,該法由于采用較高的處理溫度(約100 ℃)會對營養組分的特性以及后續加工利用產生較大的影響。劉建君等[11]研究了蝦粉生產方式對南極磷蝦油品質的影響,探索一種能夠兼顧生物活性物質和生產效率的南極磷蝦粉生產方法。結果表明,南極磷蝦含水量高于10%,在80 ℃下烘干不會降低南極磷蝦粉的品質。采用階段式干燥方式,不僅能耗比低溫干燥少24%,干燥效率也提高將近1倍。研究認為階段式干燥方式是一種低耗、高效,且能盡量保持南極磷蝦體內的生物活性物質的蝦粉生產方法。劉志東等將雙螺桿擠壓技術應用于南極磷蝦的脫水及南極磷蝦粉的加工,比較了不同加工方法對南極磷蝦粉營養品質的影響及南極磷蝦油的品質影響。結果表明,雙螺桿擠壓法既可以避免由于原料的過度加熱而引起熱敏性物質的損失,又可以實現南極磷蝦船載加工的 “減容增效”,提高南極磷蝦粉船載加工效率和終產物的品質[12]。

綜上所述,現有的南極磷蝦粉加工技術的改進主要集中在加工過程參數的完善,加工方式的調整及新的加工技術的引進,尚鮮見以特定用途為目的(如生物活性物質的保留及南極磷蝦油品質的提高等)的南極磷蝦粉加工技術改進探索。因此,未來,南極磷蝦粉加工技術的改進及新技術的引進也應考慮以特定用途產品的生產為目標開展。

2　南極磷蝦粉的貯藏技術

由于南極海域遠離大陸,因此,船載加工生產的南極磷蝦粉需要相對較長的貯運期。南極磷蝦粉具有蛋白質、脂質、磷含量高,多不飽和脂肪酸含量高、易于氧化、易燃的特點。因此,選擇合適的貯藏技術和條件對于南極磷蝦粉而言具有非常重要的意義。研究已經表明,貯藏技術和條件對于南極磷蝦粉的品質控制和后續應用影響非常顯著[13]。

由于南極磷蝦粉長期貯藏可能會導致其品質下降,營養價值降低,不能滿足其應用的要求，加之由于南極磷蝦粉的脂質含量較高,故容易發生氧化變質。南極磷蝦粉應保存在低溫、干燥,避免陽光直射,通風良好的環境和條件下,避免環境濕度的較大波動。袁玥等研究了脫氧劑和溫度對南極磷蝦粉感官品質、色澤、酸價和TBARS值等的影響。結果表明,南極磷蝦粉中加入脫氧劑可以保持南極磷蝦粉良好的感官品質,有效抑制脂質酸敗,有效控制貯藏南極磷蝦粉的品質,但對胃蛋白酶消化率影響并不明顯[13]。為保持南極磷蝦粉的品質,應添加抗氧化劑及采取盡可能低的溫度貯藏南極磷蝦粉。當南極磷蝦粉貯藏環境的溫度高于35 ℃或者南極磷蝦粉自身的溫度高于環境溫度5 ℃時,就應采取降溫或者轉移措施。南極磷蝦粉采用的主要抗氧化劑:乙氧基喹啉(6-ethoxy-1,2 dihydro-2,2,4 trimethyl quinoline(CAS Reg.Nbr 91-53-2)),單甘油酯、甘油二酯、天然生育酚的混合物、檸檬酸和迷迭香提取物的混合物,BHA、沒食子酸丙酯和檸檬酸混合物,BHA和BHT混合物[13]。

由于南極磷蝦粉中磷和脂質的含量較高,在貯藏過程中如果環境溫度過高、通風不暢,南極磷蝦粉容易發生自燃。因此,南極磷蝦粉應該控制較低的脂質含量或者添加抗氧化劑或者控制較低的貯藏溫度,如低于0 ℃或更低并保持良好的通風。當然,如果能夠貯藏在盡可能低的溫度條件下,可以不用添加抗氧化劑。此外,當南極磷蝦粉與強氧化物質接觸時,在特定的水分和脂質條件下,容易發生氧化和自燃現象。南極磷蝦粉的自燃主要取決于其脂質和水分含量。同時,在南極磷蝦粉加工和貯藏過程中,還應注意降低南極磷蝦粉塵的累積濃度,尤其是在相對較封閉的空間。建議采用專用的粉塵控制裝置和物料輸送系統以避免粉塵爆炸的發生。

3　南極磷蝦粉的營養價值分析與品質評價

關于南極磷蝦粉的營養價值分析與評價已經開展了一些相關研究。結果表明南極磷蝦粉蛋白質含量高,其氨基酸組成符合FAO/WHO推薦的蛋白質理想模式;含有豐富的脂質和脂肪酸,營養價值較高,具有較大的開發利用前景。但是南極磷蝦粉的營養價值受南極磷蝦原料、加工方式、貯運條件等影響較大[3]。因此,在南極磷蝦粉加工、貯藏過程中,應根據其不同用途選擇合適的加工和貯藏技術,特別是作為南極磷蝦油提取的原料[12,14]。

目前,南極磷蝦粉的品質評價指標主要是參考魚粉的評價指標[15-16]。南極磷蝦粉的評價指標主要包括感官要求(色澤、組織和氣味),理化指標(蛋白質、脂肪、水分、灰分、鹽分、砂分、賴氨酸、蛋氨酸、胃蛋白酶消化率、揮發性鹽基氮、酸價、尿素、組胺、鉻、粉碎粒度、雜質、過氧化值(POV)、硫代巴比妥酸值(TBA)等),安全指標(砷、鉛、汞、鎘、亞硝酸鹽、六六六和滴滴涕)和微生物指標(霉菌、沙門氏菌、寄生蟲)[16]。

Tharos公司提出了南極磷蝦粉品質的最低建議標準:蛋白質:最低58%,脂肪:最高18%(8%～18%),色素(因等級而異):最低100 ppm，水分含量:最高10%,灰分:最高13%，鹽(氯化鈉)最高3%(1%～3%)，TVB-N (mgN/100 g):20(5～24)，組胺ppm:最高23(0～23)，南極磷蝦粉中油脂-飽和脂肪(南極磷蝦油最高%):30%，南極磷蝦粉中ω 3-多不飽和脂肪酸:最低28%，南極磷蝦粉中單不飽和脂肪酸,最低30%。Tharos公司建議船載南極磷蝦粉的脂質含量應≤18%[7]。

4　南極磷蝦粉的安全性評價

南極磷蝦粉已經用作人類食物原料和動物飼料,但是關于其安全性的研究仍在進行中。Soevik & Breakkan(1979)首次指出南極磷蝦(Euphausiasuperb)殼中氟的含量較高(1300～2400 ppm,完整南極磷蝦以干基計)[17];Sands等研究發現其他種的南極磷蝦也存在類似現象[18],即磷蝦屬的普遍特征是其殼中氟含量較高。因此,使用者評估其潛在應用價值時應充分考慮這一特點。趙曉君等采用逐級化學-超聲波浸提技術有效地定量研究南極磷蝦中氟的賦存形態,并對提取條件進行了優化[19]。

以新鮮南極磷蝦為原料,采用傳統加工技術生產的南極磷蝦粉,其氟含量約為1000～2400 ppm。研究發現,采用甲殼動物粉作為水產飼料,盡管其氟含量較高,沒有發現對水產動物健康造成影響[20]。但南極磷蝦用作人類營養品的安全性問題仍受到廣泛關注。南極磷蝦中的氟具有較好的生物利用度,高含量的氟具有一定的毒性,需要開展深入的研究,獲得明確的結論。此外,南極磷蝦粉所含的重金屬和礦物質元素含量也需要特別注意[21]。

趙守渙[22]等采用昆明種小鼠,開展了南極磷蝦煮蝦和蝦粉的急性毒性研究。實驗結果表明,昆明種小鼠對南極磷蝦煮蝦和蝦粉的最大耐受量分別大于599.04 g/kg和62.71 g/kg,而南極磷蝦煮蝦可能對肝臟有損傷。但急性毒性實驗僅能判斷短時間內受試物的急性毒性;全面的安全性評價結論還需要結合其他指標,需要進一步的慢性實驗進行評價。Kjetil Berge等以Wistar大鼠為實驗動物,研究了含有9.67%南極磷蝦粉的飼料對其安全性的影響。結果表明,經過13周的喂養實驗,含有南極磷蝦粉的飼料沒有對實驗動物的生活、血液學和臨床化學產生毒性影響。負面的研究結果僅限于雄性實驗動物的肝細胞出現空泡化,但沒有伴隨肝重量的增加。這表明含有9.67%南極磷蝦粉的飼料在實驗條件下對實驗動物沒有明顯的毒害作用[23]。?shild Krogdahl等以水貂為實驗動物,評價了南極磷蝦粉對雌水貂生殖能力和健康的影響。結果表明,南極磷蝦粉與高品質的魚粉具有相似的營養價值,最高含有17%南極磷蝦粉的飼料對雌水貂的生殖能力沒有副作用。研究認為南極磷蝦粉用作寵物食品組分是安全的[24]。Bodil Bj?rndal等以表達hTNFα基因的轉基因青年、雄性鼠模型為實驗動物,研究了南極磷蝦粉對其肝臟代謝的影響。結果表明,南極磷蝦粉能夠增加肝臟的脂質代謝,抑制脂質的生成,伴隨葡萄糖利用的減少,改善血漿和肝臟的脂質水平[25]。Bodil Bj?rndal等以老年雄性CBA/J鼠為模型,研究了南極磷蝦粉對實驗動物肝臟基因表達的影響。實驗動物肝臟的基因表達圖譜表明,攝食南極磷蝦粉改變了包括β-氧化,葡萄糖和氨基酸代謝及線粒體電子傳遞鏈的路徑。結果表明實驗動物攝食南極磷蝦粉能夠在基因水平對實驗動物的能量代謝和氧化磷酸化產生特殊的影響，說明攝入南極磷蝦粉可能是阻止線粒體呼吸鏈功能降低的一種方法[26]。

5　南極磷蝦粉的應用進展

南極磷蝦粉脂質含量與新鮮南極磷蝦的脂質含量及其大小密切相關。采用傳統加工技術制備的南極磷蝦粉中約有70%的脂質與蛋白質相結合,南極磷蝦粉中天然脂質的4%～5%為可提取脂質。這些脂質含有高含量的與磷脂相連的Omega-3濃縮物,其中EPA和DHA的含量約為19%～24%,或者更高。南極磷蝦粉中總磷脂的含量約占其總脂質含量的30%～50%。超過一半為磷脂-卵磷脂(約占總脂的33%～36%),腦磷脂(15%～17%),溶血卵磷脂(3%～4%)和其他脂質(2%～3%)。目前,南極磷蝦油通常是以捕撈加工船上生產的南極磷蝦粉為原料,在岸基工廠提取。提取過程主要采用化學試劑提取(如丙酮、乙醇),但這種方法也影響了南極磷蝦油中有價值生物活性組分的存留。高品質的南極磷蝦粉脂質通常被用于提取特殊組分和醫藥級的南極磷蝦油。

Fa-Wen Yin等比較了南極磷蝦粉與淀粉混合物經過雙螺桿擠壓的產物與南極磷蝦粉采用正己烷提取油脂的效果。結果表明,經過擠壓的南極磷蝦粉與淀粉油脂提取率高于南極磷蝦粉。與南極磷蝦粉提取的油脂相比,甘油三酯和飽和脂肪酸含量更高,磷脂和多不飽和脂肪酸含量更低[27]。孫來娣等以南極磷蝦粉為原料開展了提取蝦青素的研究[15]。闞翠翠以南極磷蝦粉為原料,開展了微生物發酵南極磷蝦粉轉化高附加值產品的研究[28]。

目前,南極磷蝦粉主要用作水產動物飼料和南極磷蝦油提取的原料。龔洋洋等已經介紹了南極磷蝦粉作為水產動物飼料的進展[29-30];研究人員還以南極磷蝦粉為原料開展了提取南極磷蝦油的相關研究并取得了積極進展[6]。總之,南極磷蝦粉可以作為直接產品(視為南極磷蝦原料替代品),作為尾肉加工(副產物+原料)的副產品,作為提取油脂的副產物(以蝦粉為原料提取油脂的副產物);也可以將南極磷蝦粉及其組分作為原料,聯合或者單獨應用于色素(蝦青素),魚和蔬菜蛋白質,脂質和誘食劑等產品。

6　結論與展望

隨著南極磷蝦粉應用領域的擴大和產品價值的深度挖掘,南極磷蝦粉的加工與貯藏技術也將朝著高品質和高附加值的方向發展。因此,開展現有相關技術的總結與分析,不僅有助于南極磷蝦粉的加工、貯藏與應用研究進入新的層面;現有技術的改進、新技術的出現或引入也將為南極磷蝦粉加工、貯藏與應用注入新的活力。此外,探索南極磷蝦粉不同的產品形式及其特性,還將為南極磷蝦粉應用領域的拓展和產品價值的提升提供科學依據。應用者也可以根據特定的用途或目的,自主的選擇適宜的加工和貯藏技術并加以優化。南極磷蝦粉作為南極磷蝦中間或最終產品的體現形式也將承載南極磷蝦產業更多的希望。

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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

劉志東(1976-)，男，博士，副研究員，研究方向：水產品加工與產物資源利用，E-mail：zd-liu@hotmail.com 。

陳雪忠(1957-)，男，本科，研究員，研究方向：遠洋與極地生物資源開發利用，E-mail：xuezhong@ecsf.ac.cn。

上海市科技興農項目(滬農科攻字(2015)第5-5號)；中央級公益性科研院所基本科研業務費專項資金 (2016ZD0903)；中央級公益性科研院所基本科研業務費專項資金 (2011M06)；農業部漁業裝備與工程技術重點實驗室開放課題(2012002) ；國家“863”計劃(2012AA092304)。

TS254.4

A

1002-0306(2016)16-0357-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.16.063