挤压加工对南极磷虾粉营养组分的影响

刘志东，陈 勇，曲映红，刘 勤，马庆保，屈泰春，黄洪亮

（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）

挤压加工对南极磷虾粉营养组分的影响

刘志东1，陈 勇2，曲映红3，刘 勤1，马庆保3，屈泰春1，黄洪亮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）

利用双螺杆挤压技术制备南极磷虾粉，采用国标方法分析其营养成分，并与船产南极磷虾粉的营养价值进行了比较，包括船产南极磷虾粉和双螺杆挤压方法制备南极磷虾粉的得率、常规营养组分、氨基酸、脂肪酸以及矿物质和微量元素。结果表明：在3种加工方法（其中双螺杆挤压法分别采用两种前处理法）中，两种双螺杆挤压方法制得的虾粉与船产南极磷虾粉的得率、氨基酸、脂肪酸组成及矿物质和微量元素含量差异较显著；但采用双螺杆挤压经两种不同前处理方法分别制得的南极磷虾粉的得率、氨基酸、脂肪酸组成及矿物质和微量元素含量差异不显著。这可能为所用原料基础特性差异不同所致。本文探索了双螺杆挤压技术应用于南极磷虾粉生产的可行性，也为“低温”南极磷虾粉的制备提供了新的思路。

加工方法；双螺杆挤压；南极磷虾粉；营养组分

南极磷虾是生活在南极水域的磷虾类的统称，生物资源量巨大，据估计每年可捕获量约为（0.6～1.0）×108t，目前处于尚未充分开发利用的状态［1－2］。南极水域寒冷、严酷的生境条件培育了南极磷虾具备特殊生物活性物质和营养价值。南极磷虾已经成为近年来食品、医学和药学等领域的研究热点之一［3］。随着中国水产养殖业的迅猛发展，我国对高品质水产养殖饲料的需求量和进口量也越来越大。南极磷虾粉是目前南极磷虾船载加工最主要、产量最大的产品之一。南极磷虾粉作为饲料的应用主要取决于其营养价值和功能特性，研究人员对南极磷虾粉的常规营养成分、氨基酸组成及品质、脂肪酸组成和微量元素等进行了分析和评价［4］。此外，针对南极磷虾粉及其衍生产品也开展了相关研究并取得了积极的进展［5－8］。目前，船产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（100℃左右），会对营养组分的特性以及后续加工利用产生较大的影响。但目前关于南极磷虾粉的加工过程方法与产品营养组分的相关关系，尤其是加单元加工（如挤压加工）对南极磷虾粉营养特性的影响鲜见报道。因此，基于南极磷虾船载加工和南极磷虾粉生产的现状，本文探索性地采用双螺杆挤压技术处理南极磷虾，分析加工处理方法对南极磷虾粉营养成分变化的影响，尝试了双螺杆挤压技术应用于南极磷虾粉生产的可行性，以期为南极磷虾粉加工技术的改进和市场价值的提升探索新的路径。

1 材料与方法

1.1 材料

船产南极磷虾粉为上海开创国际海洋资源股份有限公司“开裕”号远洋捕捞船2013年3月于南极设得兰群岛海域捕获的新鲜南极磷虾，采用蒸煮-压榨法生产获得，样品色泽红色，具有虾粉的香味，理化指标达到二级鱼粉标准以上，－20℃贮藏直至分析。双螺杆挤压和营养分析所用南极磷虾由上海开创远洋渔业有限公司“开裕”号远洋捕捞船2013年3月于南极设得兰群岛海域捕获的新鲜南极磷虾冷冻保存。

1.2 南极磷虾粉双螺杆挤压加工方法

1.2.1 加工处理流程

为了比较挤压加工方法与现有船载加工方法对南极磷虾粉得率的影响，本文模拟船载南极磷虾粉的工艺流程，采用挤压加工方法制备南极磷虾粉并与船载生产南极磷虾粉进行比较。

原料未经热处理：

南极磷虾解冻（室温）→分散→检测脂质含量及脂肪酸组成→双螺杆挤压→收集固体部分→烘干（95℃）［8］。

原料经过热处理：

南极磷虾解冻（室温）→分散→检测脂质含量及脂肪酸组成→热处理（95℃，5 min）→双螺杆挤压→收集固体部分→烘干（95℃）［9］。

1.2.2 南极磷虾粉得率计算

虾粉得率（%）＝（m2/m1）×100%

式中，m1是所用原料虾质量，m2是虾粉质量。

1.3 营养成分检测

水分测定采用105℃烘干恒重法（GB/T5009.3－2003）；蛋白质测定采用微量凯氏定氮法（GB/T5009.5－2003）；脂肪测定采用索氏抽提法（GB/T5009.6－2003）；灰分测定采用箱式电阻炉550℃灼烧法（GB/T5009.4－2003）；钙、铜、锌、铁、锰、镁、镉、铅和砷测定采用原子吸收法（GB/T5009－2003）；氨基酸采用日立L8500氨基酸自动分析仪测定（GB/T5009.124－2003），色氨酸采用碱水解处理方法；脂肪酸测定采用气相色谱法（GB/T 5009.168－2003）。氨基酸和脂肪酸标准品购自Sigma公司。

1.4 营养价值评定

根据FAO/WHO（1973年）建议的每克氮中氨基酸评分标准模式和全鸡蛋蛋白质氨基酸模式进行比较［7］，氨基酸评分（AAS）、化学评分（CS）和必需氨基酸指数（EAAI）按以下公式求得：

式（1）～式（3）中：n为比较的必需氨基酸个数，a，b，c，…，g为样品蛋白质中的必需氨基酸含量（%，干物质），ae，be，ce，…，ge为全鸡蛋蛋白质的必需氨基酸含量（%，干物质）。

1.5 数据统计与处理

实验数据来自3个独立的实验/样品；原始数据在统计分析前，进行正态性检验。原始数据经过检验并服从正态分布后，进行相应的数据分析。结果以平均值±标准差（Mean±SD）表示；P＜0.05表示差异显著，P＜0.01表示差异极显著。

2 结果与讨论

2.1 南极磷虾粉得率

如表1所示，船载南极磷虾粉的出粉率约为9.1%；挤压法加工南极磷虾粉（热处理）的出粉率为15.9%，挤压法加工南极磷虾粉（非热处理）的出粉率为14.8%。由于船产南极磷虾粉所用原料为新鲜南极磷虾，水分含量高，且船产南极磷虾粉的生产过程复杂，过程损耗较多。挤压法加工所用原料为冷冻南极磷虾，其在贮运期间水分损失较多，且本实验为实验室规模的制备。因此，双螺杆挤压制备的南极磷虾粉得率高于船产南极磷虾粉的得率。但南极磷虾经过挤压处理以后，可以减少南极磷虾的质量和体积，降低船载南极磷虾的贮运成本，实现南极磷虾船载加工的“节能降耗”和“减容增效”。同时，实验结果为双螺杆挤压技术用于南极磷虾粉的生产提供了基本数据，也为“低温”南极磷虾粉的制备提出了可能的路径。

2.2 常规营养成分

南极磷虾及南极磷虾粉常规营养成分见表2。船产南极磷虾粉、挤压法加工南极磷虾粉（热处理）、挤压法加工南极磷虾粉（非热处理）的蛋白质含量分别是南极磷虾的4.76、4.62、4.54倍。船产南极磷虾粉、挤压法加工南极磷虾粉（热处理）、挤压法加工南极磷虾粉（非热处理）的脂肪含量分别是南极磷虾的1.93、2.06、2.45倍；南极磷虾粉含有较高含量的脂类物质，因此，具有提取南极磷虾油的可能。船产南极磷虾粉、挤压法加工南极磷虾粉（热处理）、挤压法加工南极磷虾粉（非热处理）的灰分含量分别是南极磷虾的5.42、5.94、5.60倍。挤压法加工南极磷虾粉（非热处理）减轻了南极磷虾蛋白质、脂质等因加热而导致的变性，获得的南极磷虾压榨固体部分物质保持了南极磷虾原有的天然特性，为南极磷虾后续产品的研发提供了良好原料。

2.3 氨基酸组成分析与评价

南极磷虾及南极磷虾粉氨基酸组成见表3。由表3可知，南极磷虾和不同加工方式制得的南极磷虾粉均含有人体必需的7种氨基酸和2种半必需氨基酸。南极磷虾和南极磷虾粉含有的必需氨基酸含量均低于鸡蛋（296 mg·g－1），除船产南极磷虾粉外都高于WHO/FAO模式（219 mg ·g－1）。船产南极磷虾粉、挤压法加工南极磷虾粉（热处理）、挤压法加工南极磷虾粉（非热处理）的必需氨基酸与总氨基酸的比值分别为44.72%、41.62%和40.23%，均高于WHO/FAO模式推荐的比值（35.38%），但均低于鸡蛋中所占的比例（48.08%）［10］。不同加工方法制得的南极磷虾粉中谷氨酸的含量均最高，其次是天门冬氨酸。南极磷虾和船产南极磷虾粉、挤压法加工南极磷虾粉（热处理）、挤压法加工南极磷虾粉（非热处理）制得的支链氨基酸（缬氨酸＋亮氨酸＋异亮氨酸）/芳香族氨基酸（苯丙氨酸＋酪氨酸）的比值（BCAA/AAA）分别为2.14、2.03、2.05和2.06，接近正常人和哺乳动物支链氨基酸/芳香族氨基酸的比值。因此，南极磷虾粉的氨基酸含量丰富、种类齐全、比例均衡；必需氨基酸的模式相对合理。食物的鲜味主要取决于蛋白质中的呈味氨基酸（天门冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸和丙氨酸）的组成和含量，其中天门冬氨酸和谷氨酸是鲜味的特征氨基酸；甘氨酸和丙氨酸是甘味的特征氨基酸。南极磷虾中鲜味氨基酸与总氨基酸的比值为26.33%；船产南极磷虾粉、挤压法加工南极磷虾粉（热处理）、挤压法加工南极磷虾粉（非热处理）制得的南极磷虾粉中鲜味氨基酸与总氨基酸的比值分别为24.56%、23.84%和23.86%。因此，不同加工方法制得南极磷虾粉的鲜味氨基酸与总氨基酸比值均低于南极磷虾，其中船产南极磷虾粉的鲜味氨基酸与总氨基酸比值高于挤压法制得的两种南极磷虾粉，可能是由于挤压法所用南极磷虾原料在贮运期间氨基酸流失所致。

表1 3种加工方法对南极磷虾虾粉得率的影响比较Tab.1 Effect of processingmethods on the yield of Antarctic krill powder

表2 南极磷虾（鲜样）和南极磷虾粉的常规营养成分Tab.2 Nutritional components in Antarctic krill and Antarctic krill powder （g/100g）

表3 南极磷虾和南极磷虾粉的氨基酸组成Tab.3 Am ino acid com position in Antarctic krill and Antarctic krill pow der （mg·g－1）

2.4 营养价值评价

南极磷虾和南极磷虾粉的氨基酸评分（AAS）、化学评分（CS）和必需氨基酸指数（EAAI）见表4。根据AAS，南极磷虾与不同加工方法制得的南极磷虾粉中第一、第二限制氨基酸有所不同，缬氨酸均为其共同限制性氨基酸；根据CS，南极磷虾与不同加工方法制得的南极磷虾粉的第一、第二限制氨基酸差异较大，缬氨酸仍为其共同限制性氨基酸。南极磷虾的EAAI为34.00，船产南极磷虾粉的EAAI为28.76，挤压法加工南极磷虾粉（热处理）的EAAI为34.55，挤压法加工南极磷虾粉（非热处理）的EAAI为36.14［4］。此外，南极磷虾中均含有丰富的芳香族氨基酸，这对于主要摄入限制性氨基酸（苯丙氨酸＋酪氨酸）食物为主的生物而言，摄入南极磷虾或南极磷虾粉可以弥补苯丙氨酸的不足，维持机体的营养平衡［7］。

2.5 脂肪酸组成和含量

南极磷虾脂质因其生活于特殊的生境而表现出独特的营养和功能特性。南极磷虾的脂质含量主要取决于捕捞的季节、海域、性成熟、贮运方式和时间等；南极磷虾捕获后的单元处理或加工过程也会影响南极磷虾及其产品的脂质含量和组成［11］。从表5可以看出，此次实验所用南极磷虾样品中共检出28种脂肪酸；饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸分别占总脂肪酸的30.07%、23.60%、1.39%。船产南极磷虾粉、挤压法加工南极磷虾粉（热处理）、挤压法加工南极磷虾粉（非热处理）制得的南极磷虾虾粉中饱和脂肪酸占总脂肪酸分别为30.07%、36.61%、33.62%，单不饱和脂肪酸占总脂肪酸分别为22.90%、35.78%、36.58%，多不饱和脂肪酸占饱和脂肪酸分别为1.53%、0.81%、0.87%。本实验的结果与楼乔明等［12］报道的实验结果及刘志东等［4］先前的实验结果略有差别，这可能是由于样品的来源海域、时间、保存及加工方式不同所致。实验结果显示，挤压法加工南极磷虾粉（热处理）与挤压法加工南极磷虾粉（非热处理）的脂肪酸组成差异不显著。这表明非热处理南极磷虾虾粉可以用于陆基南极磷虾脂质的提取与精深加工，提出了不同于现有南极磷虾粉工艺的加工方法，这也为“低温”南极磷虾粉的制备提供了新的路径。

2.6 矿物质和微量元素含量

矿物质和微量元素在人体内的含量很少（约占体重的0.1%），但在人体正常生理活动中却发挥了重要作用。南极磷虾和南极磷虾粉的矿物质和微量元素含量见表6。船产南极磷虾粉的矿物质和微量元素含量高于挤压加工南极磷虾粉的含量。这可能是由于船产南极磷虾粉为现场加工，所用南极磷虾原料新鲜，矿物质和微量元素流失较少。而挤压加工南极磷虾粉所用南极磷虾原料贮运、存放时间较久，矿物质和微量元素流失较多。本文结果与已有报道的研究结果有所差别，可能与样品的来源、采集地点、贮运方式和条件以及样品的前处理方式不同有关［14－16］。

表4 南极磷虾和南极磷虾粉中必需氨基酸评分Tab.4 Essential am ino acid com positions and am ino acid scores in Antarctic krill and Antarctic krill powder

表5 南极磷虾和南极磷虾粉的脂肪酸组成及含量Tab.5 Fatty acid com position and contents in Antarctic krill and Antarctic krill powder （%）

表6 南极磷虾及南极磷虾粉中的矿物质和微量元素含量Tab.6 Contents ofm inerals and trace elements in Antarctic krill and Antarctic krill powder（mg·kg－1）

3 小结

南极磷虾粉是目前南极磷虾船载加工的主要产品之一，本文分析、比较了船载加工与挤压加工方法制备的南极磷虾粉营养组分。结果表明，两种挤压加工方法制备的南极磷虾粉蛋白质含量均较高，氨基酸组成比例均衡；脂质含量也较高，脂肪酸种类多；矿物质元素含量丰富，比例较合理。本文探讨了双螺杆挤压技术用于南极磷虾粉生产的技术可行性，结果表明，该法既可以避免由于原料的过度加热而引起功能性物质的损失，又可以实现南极磷虾船载加工的“减容增效”，从而提高南极磷虾船载加工效率和终产物的品质，使其具备进一步用于精深加工的可行性并拓展其应用领域。但如何实现双螺杆挤压加工技术成熟、高效率、低成本地在实际生产中应用，还需要开展更多的实验和探索。

［1］ STEPHEN N，JACQUELINE F，SO K.The fishery for Antarctic krill-recent developments［J］.Fish and Fisheries，2012（13）：30－40.

［2］ JAIME F L，RAYMOND G，MAYZAUD P.Elemental composition，biochemical composition and caloric value of Antarctic krill.Implications in energetics and carbon balances［J］.Journal of Marine Systems，2009（78）：518－524.

［3］ TOU J C，JACZYNSKI J，CHEN Y C.Krill for human consumption：Nutritional value and potential health benefits［J］.Nutrition Reviews，2007，65（2）：63－77.

［4］ 刘志东，陈雪忠，黄洪亮，等.南极磷虾粉的营养成分分析及评价［J］.中国海洋药物，2012，31（2）：43－48.

LIU ZD，CHEN X Z，HUANGH L，etal.Analysis and evaluation of the nutritional components of Antarctic krill powder［J］.Chinese Journal of Marine Drugs，2012，31（2）：43－48.

［5］ 周长平.南极磷虾油脂提取、精炼及多不饱和脂肪酸的富集研究［D］.无锡：江南大学，2013.

ZHOU C P.Study on extraction，refine and enrichment of PUFA of oil fromEuphausia superba［D］.Wuxi：Jiangnan University，2013.

［6］ JOSEPH C G，MATTHEW P D，SARAH K B，etal.Extraction and characterization of lipids from Antarctic krill（Euphausia superba）［J］.Food Chemistry，2011（125）：1028－1036.

［7］ 刘志东，陈雪忠，曲映红，等.南极冰鱼与南极磷虾营养成分分析及比较［J］.现代食品科技，2014，30（2）：228－233.

LIU Z D，CHEN X Z，QU Y H，et al.Comparison and evaluation of the nutritional components of Antarctic icefish and krill［J］.Modern Food Science and Technology，2014，30（2）：228－233.

［8］ 龚洋洋，黄艳青，陆建学，等.饲料中添加南极磷虾产品对施氏鲟鱼子酱品质的影响［J］.海洋渔业，2015，37（1）：52－59.

GONG Y Y，HUANG Y Q，LU J X，et al.Influence of Antarctic krill included feeds on Amur sturgeon caviar quality［J］.Marine Fisheries，2015，37（1）：52－59.

［9］ 董海胜，臧 鹏，孙京超，等.不同提取方式茶叶籽油脂肪酸及VE组成分析与比较［J］.中国油脂，2012，37（4）：11－14.

DONG H S，ZANG P，SUN JC，et al.Comparison of the fatty acid composition and vitamin E of tea seed oil prepared by different extraction methods［J］.China Oils and Fats，2012，37（4）：11－14.

［10］ 庄 平，宋 超，章龙珍.舌虾虎鱼肌肉营养成分与品质的评价［J］.水产学报，2010，34（4）：559.

ZHUANG P，SONG C，ZHANG L Z.Evaluation of nutritive quality and nutrient components in the muscle ofGlossogobius giuris［J］.Joural of Fisheries of China，2010，34（4）：559.

［11］ 刘志东，陈雪忠，陈 勇，等.南极磷虾脂质的研究进展［J］.现代食品科技，2015，31（8）：348－355.

LIU ZD，CHEN X Z，CHEN Y，et al.Advances in Research on the Lipids from Antarctic krill（Euphausia superba）［J］.Modern Food Science and Technology，2015，31（8）：348－355.

［12］ 楼乔明，王玉明，刘小芳，等.南极磷虾脂肪酸组成及多不饱和脂肪酸质谱特征分析［J］.中国水产科学，2011，18（4）：929－935.

LOU QM，WANG YM，LIU X F，etal.Analysis of fatty acid composition and mass spectrometry characterization of polyunsaturated fatty acids in Euphausuia superba［J］.Journal of Fishery Sciences of China，2011，18（4）：929－935.

［13］ HANSEN JØ，SHEARERK D，ØVERLANDM，etal.Replacement of LT fishmealwith amixture of partially deshelled krillmeal and pea protein concentrates in diets for Atlantic salmon（Salmo salar）［J］.Aquaculture，2011（315）：275－282.

［14］ 朱元元，尹雪斌，周守标.南极磷虾硒及矿质营养的初步研究［J］.极地研究，2010，22（2）：135－140.

ZHU Y Y，YIN X B，ZHOU S B.A Preliminary study of selenium and mineral elements in Antarctic krill［J］.Chinese Journal of Polar Research，2010，22（2）：135－140.

［15］ 赵 伟，刘建君，苏学锋，等.南极磷虾粉制备新工艺研究［J］.食品研究与开发，2014，35（13）：65－68.

ZHAO W，LIU J J，SU X F，et al.Study of Antarctic Krill-meal Preparation Technology［J］.Food Research and Development，2014，35（13）：65－68.

［16］ 赵 玲，殷邦忠，陈 岩，等.2种解冻方式的南极磷虾中20种元素含量分析［J］.农产品加工（学刊），2014，314（3）：37－44.

ZHAO L，YIN B Z，CHEN Y，et al.Contentanalysis of twenty elements in two thawing methods of Antarctic krill［J］.Academic Periodical of Farm Products Processing，2014，314（3）：37－44.

Effect of pressing processing on the nutritional components of Antarctic krill powder

LIU Zhi-dong1，CHEN Yong2，QU Ying-hong3，LIU Qin1，MA Qing-bao3，QU Tai-chun1，HUAMG Hong-liang1
（1.East China Sea Fisheries Research Institute，Chinese Academy of Fishery Sciences，Shanghai200090，China；2.Shanghai Kaichuang Deep Sea Fisheries Co.，Ltd.，Shanghai200090，China；3.College of Food Science and Technology，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China）

Antarctic krill（Euphausia superba）plays a central role in the Antarctic ocean ecosystem.Antarctic krill has the largest biomass of anymulti-cellular animal species on earth.It has attracted more and more attention for its large biomass and potential value in recent years.Antarctic krill powder is one of the main products produced onboard.To explore the new technology of Antarctic krill powder production，twinscrew extrude technique was introduced.Frozen Antarctic krill were chosen according to the processing technology，main parameters of Antarctic krill powder produced onboard，the nutritional components and value of Antarctic krill powder produced onboard and produced by twin-screw extrude were analyzed.The national standard methods were adopted.The yield，main nutritional components，amino acid，fatty acid，mineral and trace element of Antarctic krill powder produced onboard and produced by twin-screw extrude were compared.The yield of Antarctic krill powder produced onboard，Antarctic krill powder produced extrude（heat treatment）and Antarctic krill powder produced extrude（no heat treatment）were 9.1%，15.9%and 14.8%，respectively.The results showed that significant differences existed in the yield，main nutritional components，amino acid，fatty acid，mineral and trace element of Antarctic krill powder produced onboard and produced by twin-screw extrude.However，therewas no significant difference in the yield，main nutritional components，amino acid，fatty acid，mineral and trace element of Antarctic krill powder produced by twin-screw extrude.The resultmay be related to the fundamental properties of Antarctic krill used.These results demonstrated that Antarctic krill powder produced extrude（no heat treatment）may be regarded as the raw material for the extraction of Antarctic krill oil and further processing onland.Thismethod not only avoids the loss of the functional components from Antarctic krill due to toomuch heating treatment，but also realizes the reduced volumes of the processing of Antarctic krill onboard.In this paper，we explored the feasibility of twin-screw extrude used in the production of Antarctic krill powder.Antarctic krill twin-screw extrude treated reduces the volume and weight of raw material，aswell as the costs of storage and transportation.Meanwhile，we put forward a new idea on the production of“low temperature”Antarctic krill powder，which well deserved further exploitation and utilization.However，twin-screw extrude technology applied in the related fields still needs a long way and more further exploration.

processing method；twin-screw extrude；Antarctic krill powder；nutritional component；comparison

S 986

A

1004－2490（2016）03－0311－09

2015－9－10

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金（中国水产科学研究院东海水产研究所，2011M06）；农业部渔业装备与工程技术重点实验室开放课题基金（2012002）；南极海洋生物资源开发利用专项（2015）；国家“863”计划（2012AA092304）

刘志东（1976－），男，黑龙江五常人，博士，副研究员，主要从事水产品加工与产物资源利用研究

黄洪亮，研究员。E-mail：zd-liu＠hotmail.com