黑水虻幼虫的保鲜工艺及货架期预测研究

李海澜，屈小雨，王 晴，马俪珍，徐晓燕，任小青,*

（1.天津农学院食品科学与生物工程学院，天津 300384；2.天津农学院农学与资源环境学院，天津 300384）

近年来，由于气候变暖、人口增加导致的潜在粮食危机越来越被大家所关注，食用昆虫作为一种潜在的解决方法受到了特别关注[1-5]。然而，目前食用昆虫产业化存在的问题之一是可供选择的食用昆虫种类相对缺乏。虽然全世界有成千上万种昆虫被食用，但大多数为野生昆虫[6]。目前在西方国家有销售含蟋蟀和黄粉虫的昆虫食品，但是研究表明蟋蟀和黄粉虫转化有机废弃物的效率，尤其是动物性有机废弃物的效率低于黑水虻[7]。

黑水虻（Hermetia illucens L.），又称亮斑扁角水虻，是双翅目水虻科扁角水虻属的一种昆虫，在全球热带和亚热带的大部分地区均有分布[8]。饲养黑水虻不仅被认为是一种将有机废弃物转化为高附加值生物资源的有效途径，而且由于其成虫没有口器、毒刺和消化器官，除了水什么都不吃，也被认为不会像苍蝇一样传播疾病[9]。转化后的黑水虻幼虫（Black Soldier Fly Larvae,BSFL）富含蛋白质和脂肪，其中粗蛋白含量占干重的30%～53%，粗脂肪含量占干重的20%～41%，并含有丰富的必需氨基酸和微量元素，营养价值相当丰富，可作为蛋白和脂肪的替代物用于饲料和食品[10]。González等[11]用BSFL粉替代5%的小麦粉制作面包；Delicato等[12]用BSFL脂肪作为黄油或人造黄油替代品用于制作烘焙产品；Bessa等[13]将BSFL用于维也纳香肠的制作，发现BSFL替代配方中28%的猪肉是可行的。黑水虻所具有的特点正好符合新农业的循环经济和营养循环的发展模式，对其进行加工必将有利于推进农业的可持续发展。因此，对BSFL进行加工及货架期预测的研究显得尤为重要，研究成果对指导实际生产具有很大的意义。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料

BSFL：在天津农学院农学与资源环境学院以麸皮为原料养殖。

1.1.2 仪器与设备

HS07-314型恒温水浴锅，天津华北实验仪器有限公司；SX-500型高压蒸汽灭菌锅，日本Tomy有限公司；Friocell 22恒温恒湿培养箱，艾力特国际贸易有限公司；NU-425型Ⅱ级生物安全柜，天美（中国）科学仪器有限公司；HPP.L1-600/5超高压设备，天津市华泰森淼生物工程技术有限公司；P7021TP-6型微波炉，格兰仕微波炉电器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 BSFL保鲜加工工艺流程

BSFL虫粪分离→清洗→净化→致死及减菌化处理→成品

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 BSFL虫粪分离BSFL生长到4～5龄时，筛分出BSFL和虫粪。

1.2.2.2 清洗

用流水清洗BSFL，洗去虫体上的污垢和虫体间杂质。

1.2.2.3 净化

静养BSFL，以虫体洁白、透明、几乎不见肠内代谢物为终点，达到虫体内残留物净化的效果。

1.2.2.4 致死和减菌化处理将净化好的BSFL放入不同温度的水中，观察致死效果，随后采用不同杀菌方法进行减菌化处理。

1.2.2.5 储藏

4℃下低温储藏。

1.2.3 试验方案设计

1.2.3.1 空气中不同处理温度和处理时间对黑水虻幼虫净化效果的影响

将清洗得到的活体BSFL立即放入用两层纱布（保证一定的透气性）紧紧封口的容器内，然后分别置于温度为（4±1）℃、（8±1）℃、（12±1）℃的条件下，每组均在12、24、36 h时观察BSFL的运动和排泄情况。

1.2.3.2 水中不同处理方式对黑水虻幼虫的成活率和净化效果的影响

将清洗得到的活体BSFL立即放入含有自来水（虫与水质量比为1∶4）的容器内，在室温（20±1）℃下放置3 d。将这些幼虫分为2组：一组不换水，每天在固定时间观察虫体的成活率和净化效果（排泄情况）；另一组换水（固定水量），同样观察成活率和净化效果。

1.2.3.3 热处理条件对BSFL外观品质的影响

将净化处理好的活体BSFL在水温分别为70、80、90、100℃条件下，依次热处理2、5、10、20 min。热处理后，取出、冷却、沥水，立即观察虫体的皱缩和色泽变化情况。

1.2.3.4 BSFL减菌化处理研究

将热致死的BSFL鲜虫作为对照组，分别进行不同的减菌化处理。①微波杀菌组：热致死的BSFL鲜虫每组150 g，虫与水质量比1∶1，分别微波杀菌25、30、35 s。②热杀菌组：热致死后的BSFL鲜虫于50℃干燥至表面无水后真空包装，每袋50 g，然后以100℃分别杀菌2、5、10 min，杀菌结束后立即在流动自来水中快速冷却。③超高压杀菌组：热致死的BSFL鲜虫装入塑料包装袋中，每袋100 g，虫与水质量比1∶2，封口后放入超高压设备中，于400 MPa下分别保持5、10、15 min。测定每组处理后BSFL鲜虫的菌落总数，比较几种减菌化处理的效果。

1.2.3.5 减菌化处理后BSFL鲜虫的加速预测货架期法（ASLT）分析

将减菌化处理的BSFL鲜虫分别置于27℃和37℃下储藏进行ASLT试验[14-15]。

根据BSFL鲜虫在特定温度下的货架期计算Q10。

式中：Q10为温度取值为27℃、37℃时的2个货架寿命的比值；fT为在温度T下的货架寿命。

根据BSFL鲜虫在特定温度下的货架期时间推算产品在4℃温度下的保质期。

式中：ΔT为两个温度的差值；f1为指定温度T1下的货架寿命；f2为特定温度T2下的货架寿命；Q10为温度相差10℃时的2个货架寿命的比值。

1.2.4 数据处理

每组试验重复3次，采用SPSS19.0软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 净化处理对BSFL净化效果的影响

BSFL分为6个不同的龄期，初孵化幼虫通体白色，透明，其体内消化系统清晰可见，体型肥胖，体表有微毛，随着虫体的长大，虫体逐渐变黑直至预蛹[16]。为了得到白色幼虫，取4～5龄期幼虫进行加工。由于虫体内的粪便会影响到后期BSFL保鲜处理过程中的品质变化，所以必须经过净化处理。净化处理的方式主要是让BSFL离开采食环境，在饥饿状态下静养，使其排净体内代谢物[17]。

2.1.1 空气中不同处理温度和处理时间对黑水虻幼虫净化效果的影响

BSFL在空气中净化处理的结果如表1所示。

表1 BSFL在空气中净化处理的结果Table 1 Results of BSFLfasting in air

由表1可以看出：BSFL在空气中净化时，环境温度对其影响很大，如在4℃和8℃条件下，由于BSFL处于休眠状态，所以BSFL不蠕动，也不会排泄，因此无法达到净化目的；当温度升高至12℃时，BSFL处于蠕动状态，随着净化时间的延长，净化效果越来越好，至净化36 h，排泄效果达到最佳。

试验中还发现：BSFL分泌出的排泄物会附着在其身上，给后续清洗工作带来一定难度；另外，在净化处理期间，由于BSFL处于饥饿状态，本能的逃生欲望强烈，尽管用纱布密封容器口，但BSFL会咬破纱布逃出，给净化带来一定难度，这可能也是一直以来用BSFL加工饲料和食品较少的原因之一。目前，大部分选用黑水虻预蛹进行加工，因为到了预蛹期它们会本能地离开饲养基质，移动到干净的、高的地方自动禁食，这种行为被称为“自我收获”[18]。这种“自我收获”为预蛹的应用节省了很大的成本，但是预蛹中的壳聚糖含量高，不是饲料和食品的最佳选择。所以研究BSFL在水中的净化效果有一定的意义。

2.1.2 水中不同处理方式对黑水虻幼虫的成活率和净化效果的影响

由于BSFL不易在空气中净化，所以对其水中净化进行研究，结果见表2。

表2 BSFL在水中净化处理的结果Table2 Results of BSFLfasting in water

由表2可知，换水组BSFL的存活率和净化效果显著好于不换水组。在净化24 h时，两组的成活率均为100%，换水组的白度略好于不换水组；当净化48 h时，换水组和不换水组的成活率分别降至94%和84%，且换水组的虫体已经变白，好于不换水组，这主要是因为虫体排泄后，通过换水可以将排泄物清除掉，促进虫体白度的增加；净化72 h时，因为换水组和不换水组的成活率已经分别降至76%和60%，所以净化处理不能超过72 h。后续试验中，将BSFL在水中（虫与水质量比为1∶4）净化处理48 h，每24 h换1次水。

2.2 热处理致死条件对BSFL外观品质的影响

为了保证BSFL热致死后虫体不缩水变形，虫体颜色变化小，将BSFL在水中（虫与水质量比为1∶4）净化处理48 h（间隔24 h换水）后，研究不同热处理条件对BSFL外观品质的影响，结果见表3。

表3 热水处理条件对BSFL鲜虫外观品质的影响Table3 Theinfluence of hot water treatment conditionson appearance quality of BSFL

由表3可以看出：对活体BSFL分别以70℃处理10 min、80℃处理5 min、90℃处理2 min以内时，虫体未发生皱缩，色泽也未发生明显变化，仍能保持一定的白度，虫体外观较为美观；若继续延长加热时间，虫体就会出现皱缩或色泽发生劣变，在100℃即使加热2 min，也会使虫体外观品质显著下降。试验结果表明，采用热水处理的方式来致死BSFL，在保证BSFL虫体外观品质较佳的前提下，70℃处理10 min、80℃处理5 min、90℃处理2 min均可以，生产中可根据实际条件来决定。

2.3 热致死BSFL减菌化处理研究结果

BSFL被热致死的工艺环节，虽然也达到了对BSFL虫体进行部分杀菌的效果，但减菌并不彻底。所以，需要在不影响BSFL鲜虫外观品质的前提下，寻找比较适宜的减菌化处理方法，以达到延长其保质期的目的。减菌化处理对热致死（70℃处理10 min）的BSFL减菌效果见表4。

由表4可以看出：加热杀菌的处理效果最好，其中100℃处理10 min的杀菌率可达100.0%；其次是微波700 W处理35 s，杀菌率可达61.1%；400 MPa超高压处理15 min，杀菌率可达51.8%。因此，后续试验采用100℃处理10 min进行减菌化处理。

表4 减菌化处理对BSFL菌落总数的影响Table4 Theinfluence of sterilization treatment on total colony count of BSFL

2.4 减菌化处理后的BSFL的加速预测货架期法分析

以菌落总数为指标，对100℃处理10min减菌化处理的BSFL采用加速预测货架期法进行分析。根据GB2726—2016《食品安全国家标准 熟肉制品》[19]中的规定，产品菌落总数的限量为105CFU/g（即lg(CFU/g)=5）；根据GB 13078—2017《饲料卫生标准》[20]中的规定，作为饲料，产品菌落总数的限量为2×106CFU/g（即lg(CFU/g)=6.3）。分别以上述两个菌落总数的限量值求解BSFL作为食品和饲料的货架期终点。BSFL鲜虫在27℃和37℃下的菌落总数变化情况见表5。

表5 BSFL鲜虫在27℃和37℃下的菌落总数变化Table 5 Thechange of total plate count of BSFLat 27℃and 37℃ 单位：lg（CFU/g）

由表5可以得出：BSFL作为食品在27℃条件下36 h和48 h时测得的菌落总数分别为3.43 lg（CFU/g）和5.62 lg（CFU/g）；48 h时已超过国家标准，预估42 h为BSFL的货架期；37℃条件下16 h测得的菌落总数为5.00 lg（CFU/g），符合国家标准，即BSFL的货架期为16 h。

即f37℃=16 h，f27℃=42 h，则Q10=2.6，f2=f1×2.6ΔT/10。

即利用ASLT构建的Q10预测公式，预测得到BSFL鲜虫作为食品在4℃下货架期为374.6 h，约为15.6 d。

由表5可以得出：BSFL作为饲料在27℃条件下96 h时测得的菌落总数为6.16 lg(CFU/g)，符合国家标准，即BSFL的货架期为96 h；37℃条件下24 h测得的菌落总数为6.22 lg(CFU/g)，符合国家标准，即BSFL的货架期为24 h。

即f37℃=24 h，f27℃=96 h，则Q10=4，f2=f1×4ΔT/10。

即利用ASLT构建的Q10预测公式，预测得到BSFL鲜虫作为饲料在4℃下货架期为2 328.1 h，约为97 d。

3 结论

本文分别从活虫净化、致死和减菌化处理等方面对BSFL幼虫进行了保鲜工艺研究，并对其4℃储藏的货架期进行了预测，初步得到了净化、致死和减菌化处理BSFL幼虫保鲜工艺条件为：虫水质量比1∶4净化48 h，每24 h换1次水；净化后70℃热水处理10 min可使虫体致死；致死后，100℃杀菌10 min，杀菌率可达100%。预测得到保鲜黑水虻幼虫在4℃下作为食品和饲料的货架期分别为15.6 d和97 d。