南极磷虾粉的加工工艺、品质特性与应用研究进展

杨 柳，王鲁民，周国燕，郭全友，郑汉丰，郑 尧，杨 絮，王万勇，覃干景

（1.上海理工大学健康科学与工程学院，上海 200093；2.中国水产科学研究院东海水产研究所，上海 200090；3.江苏深蓝远洋渔业有限公司，江苏连云港 222000）

南极磷虾一般指南极大磷虾（Euphausia superba Dana），是一种小型甲壳类动物，广泛分布于南大洋水域，其生物资源量丰富，约为6.5～10.0亿t，被誉为“人类未来的动物蛋白库”，主要捕捞利用国家有挪威、中国、智利、日本等［1－2］。南极磷虾含有高活性的内源性水解酶，易自溶导致鲜度快速下降，因此捕捞后需要及时进行船载加工（冷冻、虾粉）。由于船载加工的南极磷虾粉原料鲜度高，产品品质优良，且运输成本低，近年来，其加工比例逐渐加大。南极磷虾粉富含蛋白质、虾青素、磷脂等成分，主要用于磷虾油、磷虾肽等功能性产品的生产［3－5］，以及动物饲料的生产加工，其全效利用和高值加工成为业内关注的重点。

本文围绕南极磷虾粉的生产工艺、营养品质和高值利用等全链条现状进行系统性阐述。首先对全脂虾粉与脱脂虾粉的加工工艺和参数进行阐述；再从其基本营养成分、氨基酸及脂肪酸组成、安全性和贮藏性等方面，对南极磷虾全虾粉营养价值与品质特性进行评价；并对磷虾粉在虾油提取、饲料开发及高值利用等产业应用方面进行分析。旨在为建立南极磷虾粉的船载加工、陆基加工、产业应用等全产业链技术体系及延长产业链和提高附加值等提供参考。

1 南极磷虾粉加工

南极磷虾粉主要分为全脂虾粉与脱脂虾粉两种［6］。目前南极磷虾粉全脂虾粉主要采用船载加工方式生产，脱脂虾粉主要为陆基虾油生产线的副产品。南极磷虾原料、各环节加工参数、贮运等差异均会对南极磷虾粉的品质及出粉率产生影响。

1.1 南极磷虾粉加工工艺

南极磷虾粉加工工艺包括高温蒸煮、卧螺分离、固相干燥、快速冷却、粉碎、过筛和包装等工序。目前，我国从事南极磷虾粉船载生产作业的主要有中国水产有限公司、辽宁远洋渔业有限公司等，其捕捞加工船主要为改建或引进的二手大型拖网渔船。江苏深蓝渔业有限公司建造的新型南极磷虾捕捞加工船已正式下水，建有完善的冷冻、脱壳和虾粉加工自动化生产线。其虾粉的工艺流程如图1所示，采用南极磷虾封闭一体化自动系统［7］，可获得品质优良的全脂虾粉。

图1 南极磷虾粉船载加工工艺流程［7］Fig.1 On-board processing procedures of Antarctic krill powder［7］

脱脂虾粉为虾油生产线所得副产物，其生产方式主要包括干压榨法、湿压榨法、离心法和有机溶剂萃取法等［8－9］。如表1所示，干压榨法工艺简单，但会造成油脂氧化；湿压榨法对干压榨法的不足有所改善，但所得磷虾粉的营养价值有所降低；离心法和有机溶剂萃取法所得磷虾粉贮藏性更好但成本较高。目前我国脱脂虾粉多以陆基加工为主，因此有机溶剂萃取法最为常用。

表1 脱脂磷虾粉现有加工工艺对比［8－9］Tab.1 Current processing technology of Antarctic krill degreasing powder［8－9］

1.2 南极磷虾粉加工参数优化

我国对船载南极磷虾粉的加工研究起步较晚，多延用鱼粉加工生产线，磷虾船载加工技术与配套装备相对落后，很大程度上限制了船载虾粉的品质和生产效能，目前我国船载加工线鲜虾的虾粉转化率基本在12∶1～14∶1。为提高磷虾粉品质及转化率，多采用陆基加工模拟试验，针对蒸煮、分离及干燥等关键控制点进行工艺参数优化。首先，蒸煮会在一定程度上使南极磷虾蛋白变性凝固，并且高温会使内源酶失活，同时可杀死不耐热微生物。魏荣男等［10］发现，常温加热时中心温度控制在55～60℃间所得磷虾粉品质最佳。马田田等［11］对制备应用不同磷虾粉的工艺进行了优化，探索了制备提蛋白用磷虾粉及提油用磷虾粉的最佳工艺。分离的目的是使蒸煮后的物料实现固液分离，提高后续干燥效率，此环节主要对虾粉的转化率造成影响。刘志东等［12］探究了双螺杆挤压技术对南极磷虾粉品质的影响，发现与现有船载加工虾粉相比，双螺杆挤压技术所得虾粉中的蛋白质、脂肪以及矿物质的含量均有提高，表明该技术在虾粉加工中具有可行性。干燥可除去多余的水分，但温度过高会造成油脂氧化等不良影响。CONG等［13］以虾青素含量为表征指标，发现冷冻干燥（－50℃）、低功率微波干燥（≤1 kW）和低温热风干燥（≤60℃）3种干燥方式有利于虾青素含量高的南极磷虾粉的生产。目前研究多针对某一环节进行工艺参数优化或加工方式的探索，各关键环节的优化相对独立，磷虾粉生产全程自动化和系统化基本处在空白状态，基于磷虾粉船载自动化生产技术和成套装备等研究尚未见报道。2021年，江苏深蓝远洋渔业有限公司投资建造的“深蓝”号专业南极磷虾捕捞加工船，采用国际先进的桁杆连续泵吸技术，并采用真空干燥、卧螺分离等高集成度的虾粉生产工艺及自动化装备，捕捞加工能力达每年7万t，虾粉加工线设计处理鲜虾达到每天480 t，可保证虾粉的优良品质，预估虾粉转化率可达到7∶1以上。

2 南极磷虾粉品质特性

磷虾粉的品质特性常包括感官品质和内在品质，受生产加工和贮运过程等环节的影响，虾粉品质易产生劣变，其中感官品质（如外观和气味等）采用人工经验进行判别，营养价值、安全性、贮藏性等内在品质成为南极磷虾粉品质特性的主要研究内容。因此，需从营养价值、安全性与贮藏性3个方面入手，对其与加工工艺、贮藏条件等相关性进行阐述，以期为南极磷虾粉的特性和潜在应用提供基础。

2.1 南极磷虾粉的营养价值

2.1.1 基本营养成分

南极磷虾粉具有高蛋白、高脂肪的特点，有较好的营养价值，但受加工工艺的影响，各基本营养成分含量存在一定差异。南极磷虾全虾粉中粗蛋白含量最高，为55%～70%，其次为粗脂肪，含量基本在5%～15%范围内，灰分含量为9%～18%，水分含量为2%～10%［14］。目前有关南极磷虾粉营养价值的标准仅为企标，因此国内对虾粉营养价值的判定多以鱼粉标准为对照。南极磷虾粉多数符合鱼粉一级品要求，少量符合二级品要求［15］，是鱼粉的良好替代品。黄艳青等［16］发现，捕捞后立即加工虾粉比冷冻运输至陆基加工能更大程度地保留粗蛋白与粗脂肪含量。YOSHITOMI等［17］发现，脱壳处理后制得的磷虾粉灰分含量有明显降低，粗蛋白含量有所提高。

2.1.2 氨基酸与脂肪酸组成

蛋白质优劣体现在氨基酸组成及其比例等方面。南极磷虾粉蛋白含量高，氨基酸组成是评价其蛋白质品质的重要指标，生产工艺是影响其品质优劣的重要因素。南极磷虾全虾粉中可检出18种氨基酸，其中包括8种人体必需氨基酸，比例均衡，符合FAO/WHO（1973）推荐的理想必需氨基酸组成模式，为优质蛋白源［18］。袁玥等［19］发现，不同南极磷虾粉的氨基酸含量有差异，可能与磷虾粉生产工艺有关。全沁果等［20］发现，预处理（过筛、脱脂和脱氟）可有效富集蛋白源成分且不改变其氨基酸组成，可达鱼粉的特级标准。

脂肪优劣体现在脂肪酸组成及其比例等方面。南极磷虾粉脂肪含量丰富，不同加工方式会对其脂肪酸组成及比例造成影响，因此需对其脂肪酸含量及组成进行测定分析。南极磷虾全脂虾粉脂肪酸组成丰富，与其肌肉相比，饱和脂肪酸（SFA）总量有所降低，单不饱和脂肪酸（MUFA）与多不饱和脂肪酸（PUFA）总量则有所提高，二十碳五烯酸（EPA）与二十二碳六烯酸（DHA）也出现显著提高［19］。高翠竹等［21］发现，水煮温度对磷虾粉脂肪酸组成没有显著影响，但随水煮时间的增加，SFA总量增多，MUFA和PUFA总量有所降低，综合而言60℃加热30 min所制得的虾粉品质最佳。楼乔明等［22］对磷虾粉中4种不同脂质（甘油三酯、胆固醇、磷脂和游离脂肪酸）的脂肪酸组成进行了测定，前两种以SFA与MUFA为主，后两者则主要由多PUFA组成，其中磷脂所含的EPA和DHA最多，由此可知，南极磷虾全虾粉所含的脂质中，磷脂的应用潜力更大。

2.1.3 矿物质及其他活性物质

南极磷虾全虾粉中含有丰富的矿物质、虾青素等物质，具有很大的开发潜力。有研究发现南极磷虾粉中虾青素的含量在110～140 mg·kg－1的范围内［23］，矿物质及甲壳素含量可达6%［20］，同时还含有壳聚糖、几丁质等［6］。各物质含量的多少主要取决于原料品质与加工工艺。谈佳玉［24］对蒸煮方式进行了优化，发现直接水煮比隔水蒸煮所得虾粉虾青素含量更高，且组合蒸煮比单一蒸煮效果更佳，组合蒸煮所得虾粉中虾青素含量可达253.16μg·g－1。朱元元等［25］发现，热风干燥所得虾粉的常量元素除钙外均高于冷冻真空干燥所得虾粉，其中钾含量高达7倍以上，钠含量为3倍，微量元素除锶与锡外，其余元素含量同样为热风干燥所得虾粉中更高，这可能与干燥器具的材料、样品贮藏环境存在一定关系。

2.2 南极磷虾粉的安全性

氟和砷的含量是南极磷虾粉重要的安全性指标。南极磷虾粉已应用于饲料或人类膳食中，高含量的氟和砷可能存在一定危害［26］。研究认为，南极磷虾粉中虽含有一定量的砷，但均以无毒的有机砷形态存在［4］。因此影响其安全性的主要因素为氟的含量，相关研究主要聚焦于氟含量测定及其脱除方法。侯钟令［27］通过南极磷虾粉中氟的形态与毒性实验证明磷虾粉无急性毒性。赵晓君等［28］采用逐级化学-超声波浸提技术以实现对磷虾粉中不同形态氟进行定量研究的目的。此外研究还发现，酶解法［29］和氯化钙法［30］可以起到脱氟的作用。YU等［31］以脱脂南极磷虾粉为原料，开发一种新型盐酸多级逆流萃取方法，在有效降低氟化物含量的同时保障磷虾蛋白不受破坏，具有很高的脱氟率。

2.3 南极磷虾粉的贮藏稳定性

磷虾粉在贮藏的过程中主要会发生脂质的氧化与酶解、虾青素及生育酚的氧化等。氧化程度直接影响终端产品品质的优劣，因此需对其贮藏稳定性进行研究。目前关于南极磷虾全虾粉的贮藏性主要从贮藏温度、有氧/无氧条件、是否避光以及是否添加脱氧剂/抗氧化剂等方面着手研究。袁玥等［32］发现，船载加工磷虾粉在25、30、35℃下可贮藏至少165 d，表明其具有良好的贮藏性。NIELSEN等［33］发现，真空贮藏有利于提高虾粉的氧化稳定性。同时，添加抗氧化剂（VE）［34］或脱氧剂（还原铁粉）［35］均可提高南极磷虾粉的贮藏性。

3 南极磷虾粉的应用

南极磷虾粉经脱氟等安全处理后，其氨基酸组成合理，脂肪酸营养价值高，矿物质含量丰富，营养价值高、品质优良，主要用于水产饲料及高值利用等方面。

3.1 在水产饲料中的应用

南极磷虾粉蛋白质含量高，是一种优质的蛋白源［36］，其所富含的呈味氨基酸能起到一定的诱食作用，可作为蛋白源添加于水产饲料中。研究显示，南极磷虾粉主要对水产动物的生长性能、肌肉品质、非特异性免疫力和抗氧化能力等造成影响［37－40］。

如表2所示，南极磷虾粉对水产动物的生长性能呈现出促进作用，如添加磷虾粉可提高水产动物的体质量增长率，但促进效果因饲养对象的不同存在差异［39，41－44］。南极磷虾富集氟，但生物体对氟的吸收和生物利用度存在差异［45－46］。南极磷虾粉可提高水产动物的肌肉品质，改善肉质风味，SHAN等［47］发现，添加南极磷虾粉饲养凡纳滨对虾（Litopenaeus vannamei）可提高其肌肉中EPA与DHA的含量。在饲料中添加南极磷虾粉对 大 西 洋 鲑（Salmo salar）［48］和 大 黄 鱼（Pseudosciaena crocea）［38］具有改善肌肉色泽的作用。同时，南极磷虾粉对水产动物的非特异性免疫力和抗氧化能力有促进作用，GAO等［49］采用不同比例虾粉替代鱼粉饲养克氏原螯虾（Procambarus clarkii），发现南极磷虾粉具有增强免疫、提高存活率的功效，添加量为50%时克氏原螯虾的非特异性免疫力提高效果最佳。

表2 南极磷虾全虾粉代替鱼粉对水产动物生长性能的影响Tab.2 Effects of Antarctic krill meal substituting fishmeal on growth performance of aquatic animals

3.2 高值利用

南极磷虾粉的高值利用主要是以其为基料，采用化学试剂浸提、酶工程等现代方法，进行磷虾油提取、虾青素提取和活性肽制备。针对南极磷虾营养成分和物性特征，从中直接分离或对天然成分进行加工而获得生物活性物质，其研究逐渐成为关注热点［50］。目前，多采取有机溶剂浸提等方法进行磷虾油、虾青素的提取，复合酶酶解法制备活性肽，为南极磷虾粉的高值利用提供一定支撑。

3.2.1 南极磷虾油提取

南极磷虾粉中脂质含量较高，磷虾油是其主要加工产品。磷虾油是一种组成复杂的功能性脂质，富含DHA与EPA［51－52］，具有多种生理功能［53］。目前，多采用有机溶剂浸提、酶解和亚临界流体提取等工艺，提取方法的差异会对虾油提取效率、营养价值等造成影响。有研究采用两级脂质提取法，优选出两次浸提溶剂分别为丙酮、异丙醇/叔丁醇/乙酸乙酯等，并采用固液分离和喷雾干燥等工序，获取可溶性总脂质级分，制备的磷虾油富含虾青素等成分，具有较好抗氧化性和药用价值，在加拿大海王星公司得到应用［54］。徐晓斌［55］优化了复合蛋白酶酶解磷虾粉提取磷虾油的工艺，并通过低温分提工艺对磷虾油中的磷脂进行富集，在提高产率的基础上增强其营养价值。孙德伟［9］发现，亚临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、清洁的优点。综上表明，有机溶剂提取法操作简易，但耗时较长；酶解法产率较高，但生物酶价格昂贵；亚临界丁烷萃取法提取虾油氧化程度低，但装备较为复杂。因此，如何克服目前的单一提取法所存在的问题，研发提取效率高、方便易用和绿色环保等多维联用提取法是十分必要的。

3.2.2 虾青素提取

虾青素为类胡萝卜素的一种，其晶体呈现红褐色，多含于甲壳类动物中，是一种天然色素，具有很好的抗氧化性。虾青素提取方法多为有机溶剂提取法、碱提取法、超临界CO2提取法、酶解法、微波辅助提取法及负压空化法等［56］。目前，以磷虾粉为原料，均采用有机溶剂法进行虾青素的提取，并建立了其含量的快速测定方法。孙来娣等［57］对有机溶剂提取虾青素的方法进行优化，发现最佳提取条件为提取温度51.41℃、料液比63.13∶1（mL∶g）、提取时间61.15 min，此法具有大批量磷虾粉提取虾青素的应用潜力。孙伟红等［58］对HPLC色谱柱、提取溶剂、前处理技术及皂化条件等实验环节进行优化，建立了一种快速、准确测定磷虾粉中虾青素含量的方法，具有适用范围广、操作简单、准确性高的优点。目前，南极磷虾中虾青素的提取多以其肌肉、虾壳为原料，而以磷虾粉为原料提取虾青素的研究相对较少，其提取工艺和生产应用仍需深入研究。

3.2.3 活性肽制备

生物活性肽是由蛋白质经蛋白酶作用产生的肽类化合物。对生命机体的生命活动具有生理活性，南极磷虾粉经脱脂提油后的脱脂粉，多采用酶解技术，制备具有抗氧化、降血压功能的等生物活性肽［59－61］，其功能与蛋白酶种类、多肽分子量分布等密切有关。高颖等［30］发现，中性蛋白酶与碱性蛋白酶酶解所得多肽ACE抑制作用强，而经胰蛋白酶酶解所得多肽抗氧化活性更高，且3种多肽的体外活性与其分子量分布、氨基酸组成及二级结构存在相关性。PARK等［60］发现，分子量在1～3 kDa南极磷虾蛋肽显示出最高的抗氧化效果，具有保护肝脏的功能。酶解法制备活性肽虽具有生产效率高等优点，但易产生苦味，制约了其在食品中的推广应用。采用目标微生物发酵协同生物酶解法，在保证其水解度的同时，利用微生物发酵特性对活性肽的风味进行改良，逐渐引起业内的关注，具有较好发展潜力和应用前景。

3.3 其他应用

将南极磷虾粉添加于调味料的生产中能提高其风味，同时也可作为培养基质，为微生物的生长提供营养。梁云霄等［62］在传统酱油发酵的原料中加入脱脂南极磷虾粉，结果表明虾味酱油中的有机酸含量与氨基酸含量均高于传统酱油，说明在原料中加入适量的磷虾粉具有改善酱油品质的功效。张竞竞等［63］在培养基中添加南极磷虾粉对枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）进行培养，在虾粉浓度为2.5%、接种量为10%、装液量为100 mL∶250 mL、pH值为8.0、发酵时间为3 d的条件下所得活菌总数最高，可达3.6×109个·mL－1，说明磷虾粉可作为其生长繁殖的唯一营养成分。

4 总结与展望

如上所述，南极磷虾资源丰富，其磷虾粉加工制品的蛋白质、脂肪以及矿物质含量丰富，氨基酸与脂肪酸组成比例均衡，含有天然虾青素，具有很高的营养价值，同时磷虾粉能极大程度地降低运输成本，具有较大的应用潜力。

目前南极磷虾粉船载加工技术与装备相对落后，我国多沿用鱼粉加工装备，新建南极磷虾粉船载加工设备和工艺仍以进口为主，船载加工和后续高值利用等标准体系较为欠缺。为提高虾粉产率及品质，基于现有各关键环节技术优化和装备研发，所开展的研究完整性与针对性不强。因此，可考虑进行从原料捕捞、船载加工到生产应用等各环节进行系统性工艺优化和装备升级。同时，提升磷虾粉加工生产的智能化水平，针对后端应用要求，匹配相应生产工艺，达到使南极磷虾粉产品品质等级分明的目的。

南极磷虾粉的贮藏多采用真空包装、避光处置及添加脱氧剂或抗氧化剂等方式，其多种外源因素交互作用及相应的品质劣化机理研究较少；同时，磷虾粉中氟的形态、脱除工艺等虽已有一定的研究，但虾粉中所含有的氟是否会对人体健康产生不良影响及产生影响的机理尚不明确，因此南极磷虾粉脱氟技术的优化仍是未来研究的重点。

南极磷虾高值化产品市场尚处于起步阶段，目前主要用于虾油提取或活性肽制备等单一层面，未来应拓展在水产养殖、虾油提取、活性物质制备、风味物质开发等多层级应用，实现产业链延伸和附加值提高，为南极磷虾的全效利用和产业升级提供支撑。