南極磷蝦粉的加工工藝、品質特性與應用研究進展

楊 柳，王魯民，周國燕，郭全友，鄭漢豐，鄭 堯，楊 絮，王萬勇，覃干景

（1.上海理工大學健康科學與工程學院，上海 200093；2.中國水產科學研究院東海水產研究所，上海 200090；3.江蘇深藍遠洋漁業有限公司，江蘇連云港 222000）

南極磷蝦一般指南極大磷蝦（Euphausia superba Dana），是一種小型甲殼類動物，廣泛分布于南大洋水域，其生物資源量豐富，約為6.5～10.0億t，被譽為“人類未來的動物蛋白庫”，主要捕撈利用國家有挪威、中國、智利、日本等［1－2］。南極磷蝦含有高活性的內源性水解酶，易自溶導致鮮度快速下降，因此捕撈后需要及時進行船載加工（冷凍、蝦粉）。由于船載加工的南極磷蝦粉原料鮮度高，產品品質優良，且運輸成本低，近年來，其加工比例逐漸加大。南極磷蝦粉富含蛋白質、蝦青素、磷脂等成分，主要用于磷蝦油、磷蝦肽等功能性產品的生產［3－5］，以及動物飼料的生產加工，其全效利用和高值加工成為業內關注的重點。

本文圍繞南極磷蝦粉的生產工藝、營養品質和高值利用等全鏈條現狀進行系統性闡述。首先對全脂蝦粉與脫脂蝦粉的加工工藝和參數進行闡述；再從其基本營養成分、氨基酸及脂肪酸組成、安全性和貯藏性等方面，對南極磷蝦全蝦粉營養價值與品質特性進行評價；并對磷蝦粉在蝦油提取、飼料開發及高值利用等產業應用方面進行分析。旨在為建立南極磷蝦粉的船載加工、陸基加工、產業應用等全產業鏈技術體系及延長產業鏈和提高附加值等提供參考。

1 南極磷蝦粉加工

南極磷蝦粉主要分為全脂蝦粉與脫脂蝦粉兩種［6］。目前南極磷蝦粉全脂蝦粉主要采用船載加工方式生產，脫脂蝦粉主要為陸基蝦油生產線的副產品。南極磷蝦原料、各環節加工參數、貯運等差異均會對南極磷蝦粉的品質及出粉率產生影響。

1.1 南極磷蝦粉加工工藝

南極磷蝦粉加工工藝包括高溫蒸煮、臥螺分離、固相干燥、快速冷卻、粉碎、過篩和包裝等工序。目前，我國從事南極磷蝦粉船載生產作業的主要有中國水產有限公司、遼寧遠洋漁業有限公司等，其捕撈加工船主要為改建或引進的二手大型拖網漁船。江蘇深藍漁業有限公司建造的新型南極磷蝦捕撈加工船已正式下水，建有完善的冷凍、脫殼和蝦粉加工自動化生產線。其蝦粉的工藝流程如圖1所示，采用南極磷蝦封閉一體化自動系統［7］，可獲得品質優良的全脂蝦粉。

圖1 南極磷蝦粉船載加工工藝流程［7］Fig.1 On-board processing procedures of Antarctic krill powder［7］

脫脂蝦粉為蝦油生產線所得副產物，其生產方式主要包括干壓榨法、濕壓榨法、離心法和有機溶劑萃取法等［8－9］。如表1所示，干壓榨法工藝簡單，但會造成油脂氧化；濕壓榨法對干壓榨法的不足有所改善，但所得磷蝦粉的營養價值有所降低；離心法和有機溶劑萃取法所得磷蝦粉貯藏性更好但成本較高。目前我國脫脂蝦粉多以陸基加工為主，因此有機溶劑萃取法最為常用。

表1 脫脂磷蝦粉現有加工工藝對比［8－9］Tab.1 Current processing technology of Antarctic krill degreasing powder［8－9］

1.2 南極磷蝦粉加工參數優化

我國對船載南極磷蝦粉的加工研究起步較晚，多延用魚粉加工生產線，磷蝦船載加工技術與配套裝備相對落后，很大程度上限制了船載蝦粉的品質和生產效能，目前我國船載加工線鮮蝦的蝦粉轉化率基本在12∶1～14∶1。為提高磷蝦粉品質及轉化率，多采用陸基加工模擬試驗，針對蒸煮、分離及干燥等關鍵控制點進行工藝參數優化。首先，蒸煮會在一定程度上使南極磷蝦蛋白變性凝固，并且高溫會使內源酶失活，同時可殺死不耐熱微生物。魏榮男等［10］發現，常溫加熱時中心溫度控制在55～60℃間所得磷蝦粉品質最佳。馬田田等［11］對制備應用不同磷蝦粉的工藝進行了優化，探索了制備提蛋白用磷蝦粉及提油用磷蝦粉的最佳工藝。分離的目的是使蒸煮后的物料實現固液分離，提高后續干燥效率，此環節主要對蝦粉的轉化率造成影響。劉志東等［12］探究了雙螺桿擠壓技術對南極磷蝦粉品質的影響，發現與現有船載加工蝦粉相比，雙螺桿擠壓技術所得蝦粉中的蛋白質、脂肪以及礦物質的含量均有提高，表明該技術在蝦粉加工中具有可行性。干燥可除去多余的水分，但溫度過高會造成油脂氧化等不良影響。CONG等［13］以蝦青素含量為表征指標，發現冷凍干燥（－50℃）、低功率微波干燥（≤1 kW）和低溫熱風干燥（≤60℃）3種干燥方式有利于蝦青素含量高的南極磷蝦粉的生產。目前研究多針對某一環節進行工藝參數優化或加工方式的探索，各關鍵環節的優化相對獨立，磷蝦粉生產全程自動化和系統化基本處在空白狀態，基于磷蝦粉船載自動化生產技術和成套裝備等研究尚未見報道。2021年，江蘇深藍遠洋漁業有限公司投資建造的“深藍”號專業南極磷蝦捕撈加工船，采用國際先進的桁桿連續泵吸技術，并采用真空干燥、臥螺分離等高集成度的蝦粉生產工藝及自動化裝備，捕撈加工能力達每年7萬t，蝦粉加工線設計處理鮮蝦達到每天480 t，可保證蝦粉的優良品質，預估蝦粉轉化率可達到7∶1以上。

2 南極磷蝦粉品質特性

磷蝦粉的品質特性常包括感官品質和內在品質，受生產加工和貯運過程等環節的影響，蝦粉品質易產生劣變，其中感官品質（如外觀和氣味等）采用人工經驗進行判別，營養價值、安全性、貯藏性等內在品質成為南極磷蝦粉品質特性的主要研究內容。因此，需從營養價值、安全性與貯藏性3個方面入手，對其與加工工藝、貯藏條件等相關性進行闡述，以期為南極磷蝦粉的特性和潛在應用提供基礎。

2.1 南極磷蝦粉的營養價值

2.1.1 基本營養成分

南極磷蝦粉具有高蛋白、高脂肪的特點，有較好的營養價值，但受加工工藝的影響，各基本營養成分含量存在一定差異。南極磷蝦全蝦粉中粗蛋白含量最高，為55%～70%，其次為粗脂肪，含量基本在5%～15%范圍內，灰分含量為9%～18%，水分含量為2%～10%［14］。目前有關南極磷蝦粉營養價值的標準僅為企標，因此國內對蝦粉營養價值的判定多以魚粉標準為對照。南極磷蝦粉多數符合魚粉一級品要求，少量符合二級品要求［15］，是魚粉的良好替代品。黃艷青等［16］發現，捕撈后立即加工蝦粉比冷凍運輸至陸基加工能更大程度地保留粗蛋白與粗脂肪含量。YOSHITOMI等［17］發現，脫殼處理后制得的磷蝦粉灰分含量有明顯降低，粗蛋白含量有所提高。

2.1.2 氨基酸與脂肪酸組成

蛋白質優劣體現在氨基酸組成及其比例等方面。南極磷蝦粉蛋白含量高，氨基酸組成是評價其蛋白質品質的重要指標，生產工藝是影響其品質優劣的重要因素。南極磷蝦全蝦粉中可檢出18種氨基酸，其中包括8種人體必需氨基酸，比例均衡，符合FAO/WHO（1973）推薦的理想必需氨基酸組成模式，為優質蛋白源［18］。袁玥等［19］發現，不同南極磷蝦粉的氨基酸含量有差異，可能與磷蝦粉生產工藝有關。全沁果等［20］發現，預處理（過篩、脫脂和脫氟）可有效富集蛋白源成分且不改變其氨基酸組成，可達魚粉的特級標準。

脂肪優劣體現在脂肪酸組成及其比例等方面。南極磷蝦粉脂肪含量豐富，不同加工方式會對其脂肪酸組成及比例造成影響，因此需對其脂肪酸含量及組成進行測定分析。南極磷蝦全脂蝦粉脂肪酸組成豐富，與其肌肉相比，飽和脂肪酸（SFA）總量有所降低，單不飽和脂肪酸（MUFA）與多不飽和脂肪酸（PUFA）總量則有所提高，二十碳五烯酸（EPA）與二十二碳六烯酸（DHA）也出現顯著提高［19］。高翠竹等［21］發現，水煮溫度對磷蝦粉脂肪酸組成沒有顯著影響，但隨水煮時間的增加，SFA總量增多，MUFA和PUFA總量有所降低，綜合而言60℃加熱30 min所制得的蝦粉品質最佳。樓喬明等［22］對磷蝦粉中4種不同脂質（甘油三酯、膽固醇、磷脂和游離脂肪酸）的脂肪酸組成進行了測定，前兩種以SFA與MUFA為主，后兩者則主要由多PUFA組成，其中磷脂所含的EPA和DHA最多，由此可知，南極磷蝦全蝦粉所含的脂質中，磷脂的應用潛力更大。

2.1.3 礦物質及其他活性物質

南極磷蝦全蝦粉中含有豐富的礦物質、蝦青素等物質，具有很大的開發潛力。有研究發現南極磷蝦粉中蝦青素的含量在110～140 mg·kg－1的范圍內［23］，礦物質及甲殼素含量可達6%［20］，同時還含有殼聚糖、幾丁質等［6］。各物質含量的多少主要取決于原料品質與加工工藝。談佳玉［24］對蒸煮方式進行了優化，發現直接水煮比隔水蒸煮所得蝦粉蝦青素含量更高，且組合蒸煮比單一蒸煮效果更佳，組合蒸煮所得蝦粉中蝦青素含量可達253.16μg·g－1。朱元元等［25］發現，熱風干燥所得蝦粉的常量元素除鈣外均高于冷凍真空干燥所得蝦粉，其中鉀含量高達7倍以上，鈉含量為3倍，微量元素除鍶與錫外，其余元素含量同樣為熱風干燥所得蝦粉中更高，這可能與干燥器具的材料、樣品貯藏環境存在一定關系。

2.2 南極磷蝦粉的安全性

氟和砷的含量是南極磷蝦粉重要的安全性指標。南極磷蝦粉已應用于飼料或人類膳食中，高含量的氟和砷可能存在一定危害［26］。研究認為，南極磷蝦粉中雖含有一定量的砷，但均以無毒的有機砷形態存在［4］。因此影響其安全性的主要因素為氟的含量，相關研究主要聚焦于氟含量測定及其脫除方法。侯鐘令［27］通過南極磷蝦粉中氟的形態與毒性實驗證明磷蝦粉無急性毒性。趙曉君等［28］采用逐級化學-超聲波浸提技術以實現對磷蝦粉中不同形態氟進行定量研究的目的。此外研究還發現，酶解法［29］和氯化鈣法［30］可以起到脫氟的作用。YU等［31］以脫脂南極磷蝦粉為原料，開發一種新型鹽酸多級逆流萃取方法，在有效降低氟化物含量的同時保障磷蝦蛋白不受破壞，具有很高的脫氟率。

2.3 南極磷蝦粉的貯藏穩定性

磷蝦粉在貯藏的過程中主要會發生脂質的氧化與酶解、蝦青素及生育酚的氧化等。氧化程度直接影響終端產品品質的優劣，因此需對其貯藏穩定性進行研究。目前關于南極磷蝦全蝦粉的貯藏性主要從貯藏溫度、有氧/無氧條件、是否避光以及是否添加脫氧劑/抗氧化劑等方面著手研究。袁玥等［32］發現，船載加工磷蝦粉在25、30、35℃下可貯藏至少165 d，表明其具有良好的貯藏性。NIELSEN等［33］發現，真空貯藏有利于提高蝦粉的氧化穩定性。同時，添加抗氧化劑（VE）［34］或脫氧劑（還原鐵粉）［35］均可提高南極磷蝦粉的貯藏性。

3 南極磷蝦粉的應用

南極磷蝦粉經脫氟等安全處理后，其氨基酸組成合理，脂肪酸營養價值高，礦物質含量豐富，營養價值高、品質優良，主要用于水產飼料及高值利用等方面。

3.1 在水產飼料中的應用

南極磷蝦粉蛋白質含量高，是一種優質的蛋白源［36］，其所富含的呈味氨基酸能起到一定的誘食作用，可作為蛋白源添加于水產飼料中。研究顯示，南極磷蝦粉主要對水產動物的生長性能、肌肉品質、非特異性免疫力和抗氧化能力等造成影響［37－40］。

如表2所示，南極磷蝦粉對水產動物的生長性能呈現出促進作用，如添加磷蝦粉可提高水產動物的體質量增長率，但促進效果因飼養對象的不同存在差異［39，41－44］。南極磷蝦富集氟，但生物體對氟的吸收和生物利用度存在差異［45－46］。南極磷蝦粉可提高水產動物的肌肉品質，改善肉質風味，SHAN等［47］發現，添加南極磷蝦粉飼養凡納濱對蝦（Litopenaeus vannamei）可提高其肌肉中EPA與DHA的含量。在飼料中添加南極磷蝦粉對 大 西 洋 鮭（Salmo salar）［48］和 大 黃 魚（Pseudosciaena crocea）［38］具有改善肌肉色澤的作用。同時，南極磷蝦粉對水產動物的非特異性免疫力和抗氧化能力有促進作用，GAO等［49］采用不同比例蝦粉替代魚粉飼養克氏原螯蝦（Procambarus clarkii），發現南極磷蝦粉具有增強免疫、提高存活率的功效，添加量為50%時克氏原螯蝦的非特異性免疫力提高效果最佳。

表2 南極磷蝦全蝦粉代替魚粉對水產動物生長性能的影響Tab.2 Effects of Antarctic krill meal substituting fishmeal on growth performance of aquatic animals

3.2 高值利用

南極磷蝦粉的高值利用主要是以其為基料，采用化學試劑浸提、酶工程等現代方法，進行磷蝦油提取、蝦青素提取和活性肽制備。針對南極磷蝦營養成分和物性特征，從中直接分離或對天然成分進行加工而獲得生物活性物質，其研究逐漸成為關注熱點［50］。目前，多采取有機溶劑浸提等方法進行磷蝦油、蝦青素的提取，復合酶酶解法制備活性肽，為南極磷蝦粉的高值利用提供一定支撐。

3.2.1 南極磷蝦油提取

南極磷蝦粉中脂質含量較高，磷蝦油是其主要加工產品。磷蝦油是一種組成復雜的功能性脂質，富含DHA與EPA［51－52］，具有多種生理功能［53］。目前，多采用有機溶劑浸提、酶解和亞臨界流體提取等工藝，提取方法的差異會對蝦油提取效率、營養價值等造成影響。有研究采用兩級脂質提取法，優選出兩次浸提溶劑分別為丙酮、異丙醇/叔丁醇/乙酸乙酯等，并采用固液分離和噴霧干燥等工序，獲取可溶性總脂質級分，制備的磷蝦油富含蝦青素等成分，具有較好抗氧化性和藥用價值，在加拿大海王星公司得到應用［54］。徐曉斌［55］優化了復合蛋白酶酶解磷蝦粉提取磷蝦油的工藝，并通過低溫分提工藝對磷蝦油中的磷脂進行富集，在提高產率的基礎上增強其營養價值。孫德偉［9］發現，亞臨界丁烷萃取法提取率更高，油脂氧化程度低，磷脂含量高，具有高效、快速、清潔的優點。綜上表明，有機溶劑提取法操作簡易，但耗時較長；酶解法產率較高，但生物酶價格昂貴；亞臨界丁烷萃取法提取蝦油氧化程度低，但裝備較為復雜。因此，如何克服目前的單一提取法所存在的問題，研發提取效率高、方便易用和綠色環保等多維聯用提取法是十分必要的。

3.2.2 蝦青素提取

蝦青素為類胡蘿卜素的一種，其晶體呈現紅褐色，多含于甲殼類動物中，是一種天然色素，具有很好的抗氧化性。蝦青素提取方法多為有機溶劑提取法、堿提取法、超臨界CO2提取法、酶解法、微波輔助提取法及負壓空化法等［56］。目前，以磷蝦粉為原料，均采用有機溶劑法進行蝦青素的提取，并建立了其含量的快速測定方法。孫來娣等［57］對有機溶劑提取蝦青素的方法進行優化，發現最佳提取條件為提取溫度51.41℃、料液比63.13∶1（mL∶g）、提取時間61.15 min，此法具有大批量磷蝦粉提取蝦青素的應用潛力。孫偉紅等［58］對HPLC色譜柱、提取溶劑、前處理技術及皂化條件等實驗環節進行優化，建立了一種快速、準確測定磷蝦粉中蝦青素含量的方法，具有適用范圍廣、操作簡單、準確性高的優點。目前，南極磷蝦中蝦青素的提取多以其肌肉、蝦殼為原料，而以磷蝦粉為原料提取蝦青素的研究相對較少，其提取工藝和生產應用仍需深入研究。

3.2.3 活性肽制備

生物活性肽是由蛋白質經蛋白酶作用產生的肽類化合物。對生命機體的生命活動具有生理活性，南極磷蝦粉經脫脂提油后的脫脂粉，多采用酶解技術，制備具有抗氧化、降血壓功能的等生物活性肽［59－61］，其功能與蛋白酶種類、多肽分子量分布等密切有關。高穎等［30］發現，中性蛋白酶與堿性蛋白酶酶解所得多肽ACE抑制作用強，而經胰蛋白酶酶解所得多肽抗氧化活性更高，且3種多肽的體外活性與其分子量分布、氨基酸組成及二級結構存在相關性。PARK等［60］發現，分子量在1～3 kDa南極磷蝦蛋肽顯示出最高的抗氧化效果，具有保護肝臟的功能。酶解法制備活性肽雖具有生產效率高等優點，但易產生苦味，制約了其在食品中的推廣應用。采用目標微生物發酵協同生物酶解法，在保證其水解度的同時，利用微生物發酵特性對活性肽的風味進行改良，逐漸引起業內的關注，具有較好發展潛力和應用前景。

3.3 其他應用

將南極磷蝦粉添加于調味料的生產中能提高其風味，同時也可作為培養基質，為微生物的生長提供營養。梁云霄等［62］在傳統醬油發酵的原料中加入脫脂南極磷蝦粉，結果表明蝦味醬油中的有機酸含量與氨基酸含量均高于傳統醬油，說明在原料中加入適量的磷蝦粉具有改善醬油品質的功效。張競競等［63］在培養基中添加南極磷蝦粉對枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）進行培養，在蝦粉濃度為2.5%、接種量為10%、裝液量為100 mL∶250 mL、pH值為8.0、發酵時間為3 d的條件下所得活菌總數最高，可達3.6×109個·mL－1，說明磷蝦粉可作為其生長繁殖的唯一營養成分。

4 總結與展望

如上所述，南極磷蝦資源豐富，其磷蝦粉加工制品的蛋白質、脂肪以及礦物質含量豐富，氨基酸與脂肪酸組成比例均衡，含有天然蝦青素，具有很高的營養價值，同時磷蝦粉能極大程度地降低運輸成本，具有較大的應用潛力。

目前南極磷蝦粉船載加工技術與裝備相對落后，我國多沿用魚粉加工裝備，新建南極磷蝦粉船載加工設備和工藝仍以進口為主，船載加工和后續高值利用等標準體系較為欠缺。為提高蝦粉產率及品質，基于現有各關鍵環節技術優化和裝備研發，所開展的研究完整性與針對性不強。因此，可考慮進行從原料捕撈、船載加工到生產應用等各環節進行系統性工藝優化和裝備升級。同時，提升磷蝦粉加工生產的智能化水平，針對后端應用要求，匹配相應生產工藝，達到使南極磷蝦粉產品品質等級分明的目的。

南極磷蝦粉的貯藏多采用真空包裝、避光處置及添加脫氧劑或抗氧化劑等方式，其多種外源因素交互作用及相應的品質劣化機理研究較少；同時，磷蝦粉中氟的形態、脫除工藝等雖已有一定的研究，但蝦粉中所含有的氟是否會對人體健康產生不良影響及產生影響的機理尚不明確，因此南極磷蝦粉脫氟技術的優化仍是未來研究的重點。

南極磷蝦高值化產品市場尚處于起步階段，目前主要用于蝦油提取或活性肽制備等單一層面，未來應拓展在水產養殖、蝦油提取、活性物質制備、風味物質開發等多層級應用，實現產業鏈延伸和附加值提高，為南極磷蝦的全效利用和產業升級提供支撐。