南极磷虾粉成分分析及营养学评价

全沁果 段伟文 曾雪鸽 陈 铭 张泽伟 郝记明,2,3,4 刘书成,2,3,4 吉宏武,2,3,4

(1. 广东海洋大学食品科技学院，广东 湛江 524088；2. 广东省水产品加工与安全重点实验室， 广东 湛江 524088；3. 广东省海洋食品工程技术研究中心，广东 湛江 524088； 4. 广东普通高等学校水产品深加工重点实验室，广东 湛江 524088)

南极磷虾是国内外远洋渔业的重点开发对象，其生物储量巨大，约为1.0×109～3.0×109t，环绕分布于南极海域[1-2]。蛋白源成分、油脂、矿质元素、内源酶类、甲壳素集成了南极磷虾高值化利用的主要方向[3]。由于南极磷虾生活在极寒带水域，在该环境的胁迫与自身忍耐下进化出了丰度很高的抗冻性内源酶系统[4]，为此南极磷虾经远洋捕捞上船后或制成冷冻虾砖于-40 ℃以下船载冷冻保存，或经船载热蒸汽加工、粉碎成全粉密封保存。相对于冷冻虾砖，南极磷虾粉具有流通成本低、储存方便的优点，受到了水产品加工企业的更多重视。

目前，国内外围绕南极磷虾粉的开发与利用开展了一些研究工作。大部分的报道[5-7]是将南极磷虾粉简单加工成水产饲料，应用前景虽好，但附加值较低。而对南极磷虾粉的进一步利用仍停留在分析该粉基成分以及研究储藏方式对其品质的影响[8]，缺乏对南极磷虾粉系统的可食性营养学评价。南极磷虾粉的船载加工包含了蒸煮、脱水和蒸汽烘干3个热处理步骤，其内源酶已变性失活，因此其主要成分分析只需考虑蛋白源成分、油脂、甲壳素和矿质元素四类。但南极磷虾在船载制粉过程中虾壳中氟可能会发生迁移[9]，从而使虾肉中氟残留量升高，是制约南极磷虾粉高值化利用的主要因素。南极磷虾被证实为高品质蛋白质源，受到了国内外学者的重视，相关提取工艺已比较成熟[10-11]。相比新鲜南极磷虾，南极磷虾粉蛋白质在船载加工过程中发生了热变性，其特性发生了改变，故以往报道的技术路线参考价值有限，有待进一步研究。综上所述，制备高品质用于食品加工的蛋白质基料是实现南极磷虾粉蛋白源成分进一步利用的前提。

本试验拟在分析南极磷虾粉蛋白质、油脂、甲壳素和矿质元素四类主要成分含量和基于营养学评价其氨基酸组成、脂肪酸组成和矿质元素组成的基础上，考察过筛、脱脂处理制备蛋白质加工基料过程中基本成分与氟含量的变化，为南极磷虾粉蛋白质制品的开发及副产物的利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

南极磷虾粉：南极磷虾经远洋捕捞后迅速以船载蒸煮、脱水、蒸汽烘干制得的全虾粉，经冷链运输至实验室在4 ℃冰箱储存，测得水分含量为7.79%、蛋白质含量为61.38%、粗脂肪含量为14.49%、灰分含量为14.92%、氯化物含量为2.21%，中国水产有限公司；

木瓜蛋白水解酶(24 876 U/g)、动物蛋白水解酶(22 360 U/g)：广西南宁庞博生物工程有限公司；

其他试剂：分析纯，广州化学试剂厂。

1.1.2 主要仪器设备

气质联用仪：Agilent Ge6sgo N/MSs973型，美国Agilent公司；

全自动氨基酸分析仪：L-8900 型，株式会社日立制作所；

pH计：PHS-3C型，配备甘汞参比电极与氟离子选择电子，上海仪电科学仪器股份有限公司；

增力电动搅拌机：JB50-D型，上海精科仪器有限公司；

电热恒温水浴锅：HHS型，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；

微波消解仪：MDS-6型，上海心仪微波化学科技有限公司；

电感耦合等离子体质谱仪：Agilent 7800 型，美国Agilent公司；

送风干燥箱：EYELA WFO-700型，东京理化器械株式会社；

全自动凯氏定氮仪：VADODEST 450型，德国格哈特分析仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 南极磷虾油及脱脂虾粉的制备 分别对南极磷虾粉进行20，30，40目过筛处理，收集过筛粉与截留部分。得到过筛粉后加入料液比1∶10 (g/mL)的正己烷-乙醇(体积比9∶1)混合溶剂进行脱脂处理，收集3次脱脂液进行减压旋蒸处理，得到南极磷虾油[12]。将所得的脱脂粉在45 ℃电热鼓风干燥箱中干燥至恒重，得到脱脂南极磷虾粉。

1.2.2 测定项目及方法

(1) 总蛋白：按GB 5009.5—2016执行。

(2) 脂肪含量：按GB 5009.6—2016执行。

(3) 甲壳素：参考侯佰立等[13]的方法。

(4) 矿质元素：按GB 5009.268—2016的电感耦合等离子体质谱法执行，矿质元素含量以测定的常量元素(钾、钠、镁、钙、磷)和微量元素(铬、铁、铜、锌、砷、硒、镉)的总质量计。

(5) 氨基酸组成：按GB 5009.124—2016执行。

(6) 脂肪酸组成：按GB 5009.168—2016执行。

(7) 水分：按GB 5009.3—2016执行。

(8) 灰分：按GB 5009.4—2016执行。

(9) 氯化物：按GB 5009.44—2016执行。

(10) 氟含量：按GB/T 5009.18—2003的氟离子选择电极法执行。

(11) 基料的质量损失率：按式(1)计算。

(1)

式中：

G′——质量损失率，%；

a——过筛后虾粉质量，g；

b——过筛前虾粉质量，g。

1.2.3 数据处理与分析 数据经正态性检验服从正态分布后，采用Duncan法进行差异显著性检验(P<0.05)，结果以平均值±标准误(Mean±SD)表示，采用Origin 8.5绘图。

2 结果与分析

2.1 主要成分含量的测定

如表1所示，南极磷虾粉4种成分的总量占比达到了88.22%。其含量水平与同类报道有一定差异[14]，可能受南极磷虾生长环境与年限、捕捞季节与方式、船载加工设备与参数等诸多因素影响。其中，蛋白质含量在3种有效成分中的占比达到了69.58%，是发展南极磷虾粉可食化加工的首要资源利用点。此外，南极磷虾粉中矿质元素的含量水平较高，可能与其蛋白源成分及矿质元素有较强的结合活性有关[15]，提示该蛋白源有望开发成高品质金属螯合肽。

表1南极磷虾粉蛋白质、粗脂肪、甲壳素和矿质元素含量†

Table 1 Protein, lipids, chitin and minerals content in antarctic Krill meal (n=3) %

† 含量以湿基计。

2.2 氨基酸、脂肪酸和矿质元素组成及营养学评价

2.2.1 氨基酸组成分析 由表2可知，南极磷虾粉共检出18种氨基酸，包括了人体必需的8种氨基酸和2种半必需氨基酸。其中，谷氨酸含量最高，为7.18%，色氨酸含量最低，为0.82%。南极磷虾粉中EAA/AA达到38.74%，高于FAO/WHO的推荐值(35.38%)，但低于鸡蛋蛋白的标准值(48.08%)。此外，EAA/NEAA值为70.24%。可见，南极磷虾粉符合FAO/WHO认可的优质蛋白质源。目前，中国尚无有关虾粉氨基酸评级的行业标准，但对于鱼粉可根据赖氨酸和蛋氨酸的含量(特级鱼粉：赖氨酸含量≥1.5%；蛋氨酸含量≥3.6%)进行评价。对比来看，南极磷虾粉未经处理就已接近特级鱼粉的氨基酸评级标准，表明其具有良好的开发前景。

表2 南极磷虾粉氨基酸组成†Table 2 Amino acids composition of antarctic krill meal (n=3) %

† “AA”为氨基酸总量；“EAA”为必需氨基酸总量；“HEAA”为半必需氨基酸总量；“NEAA”为非必须氨基酸总量；“DAA”为呈味氨基酸总量。

南极磷虾粉中含有丰富的支链氨基酸，主要包括缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸，所占比例为17.64%。此外，芳香族氨基酸(苯丙氨酸+酪氨酸)的占比为7.86%。支链氨基酸/芳香族氨基酸的比值达2.29，接近正常人和哺乳动物的比例，表明南极磷虾粉必需氨基酸的比例均衡。因此，摄入南极磷虾粉有助于维持机体的营养与代谢平衡。同时，南极磷虾粉中精氨酸和赖氨酸含量较高，对于以谷物食品为主的中国居民而言，可有效弥补赖氨酸的摄入不足。同时，赖氨酸是人乳中的第一限制性氨基酸[16]。精氨酸并非人体必需氨基酸，但有研究[17]表明其有助于儿童的生长发育和伤口的愈合。总体而言，南极磷虾粉的氨基酸组成合理，是开发高价值保健品的潜在原料。

2.2.2 脂肪酸组成分析 食用油脂一般重点关注的是多不饱和脂肪酸的含量与组成[18]。主要归因于多不饱和脂肪酸对食品加热产生的风味成分贡献值最大，并且是生物体新陈代谢所必需，具有降三高、免疫调剂、抗衰老等广谱的生物活性。由图1和表3可知，南极磷虾粉中共检出21种脂肪酸，占峰面积的99.59%。其中SFA的比例为37.61%，MUFA 的比例为36.88%，PUFA的比例为25.10%，EPA+DPA+DHA的比例为18.19%。可见，南极磷虾粉脂肪酸组成以不饱和脂肪酸为主，占比达到61.98%，具有一定的开发价值。

图1 南极磷虾粉油脂GC-MS总离子流Figure 1 Total ion flow of GC-MS in antarctic krill meal lipid

相比新鲜南极磷虾脂肪酸组成，南极磷虾粉饱和脂肪酸比例明显增加，不饱和脂肪酸比例明显下降，尤其是EPA+DPA+DHA下降幅度超过了50%[12,19-20]。一方面可能是南极磷虾粉在高温下脂肪酸的不饱和键通过加氢和氧化反应实现饱和并解链[21]；另一方面也可能跟南极磷虾原料、制粉中蒸煮过程中的自然损失以及油脂的提取方法等因素有关。

2.2.3 矿质元素组成分析 矿质元素不能由机体自身合成，必须从日常膳食中摄入，因此是食品营养学评价的重要指标之一。由表4、5可知，南极磷虾粉中矿质元素含量约为6.27%，与新鲜南极磷虾和已报道[22-23]的南极磷虾粉各指标有一定差异，可能与捕捞季节、采集地点和加工方式有关。

表3 南极磷虾粉油脂GC-MS成分分析†Table 3 Analysis results of GC-MS composition of lipid in antarctic krill meal (n=3) %

† “FA”为脂肪酸总量；“SFA”为饱和脂肪总量；“MUFA”为单不饱和脂肪酸总量；“PUFA”为多不饱和脂肪酸总量。

表4 南极磷虾粉中常量元素含量Table 4 The content of major elements in antarctic krill (n=3) %

南极磷虾粉中常量元素组成全面，其中钙和磷的含量最为突出，分别达到了2.64%和1.43%。钙和磷是构成人体骨骼、牙齿和软组织的物质基础，并参与了机体的能量代谢。此外，磷还是核酸的基本成分之一，并参与调节体内的酸碱平衡。可见，南极磷虾粉具有助儿童发育和预防中老年骨质疏松的潜在功效。铁、铜、锌、硒构成了促进人类健康最为主要的微量元素，其在南极磷虾粉中含量分别为113.49，49.72，45.60，3.83 mg/kg。铁参与组成了细胞色素酶、过氧化氢酶和肌红蛋白，并参加了机体正常的生理过程。锌和铜则参与构成了人体关键内源酶的活性中心，并直接或间接作用于核酸、蛋白质等生物大分子的合成和机体免疫过程。而硒则具有独特的抗氧化、促进癌细胞凋亡和延缓衰老的功效。铁、铜、锌理化性质较为相似，当Zn/Cu含量比>10和Zn/Fe含量比>1时，在机体内会发生拮抗效应，生物学活性的效价降低[20]。而南极磷虾粉中Zn/Cu含量比为0.92、Zn/Fe含量比为0.40，表明其分布均衡，符合营养学标准。此外，南极磷虾粉中Cr、As和Cd 3种有毒重金属的检出均远低于中国食品安全的最低限量标准，表明南极磷虾的生长环境水质良好。

2.2.4 蛋白质加工基料制备过程中基本成分与氟含量的变化 食品的营养价值主要取决于蛋白质和脂肪的含量和组成。由表6可以看出，南极磷虾粉未经处理已达到其推荐标准，粗蛋白和粗脂肪的占比达到了75.87%。随着过筛目数的增大，南极磷虾粉中总蛋白含量随之增加，灰分含量随之减少。其他指标变化均具有统计学意义，但规律不明显，表明适宜的过筛处理有助于蛋白质基料品质的提升。最终确定最适方案为过30目筛。将得到的30目筛粉进行脱脂处理，结果发现脱脂效果良好，脱脂率达到了94.02%，得到的脱脂粉各指标均符合南极磷虾粉推荐标准，并超过了特级鱼粉标准。

制约南极磷虾粉可食化生产的主要因素是其成分复杂且氟含量高。结果显示，30目过筛处理后，粉基中氟含量水平同比降低约10%。而脱脂处理后得到的蛋白质基料氟含量水平有一定提升，表明氟在虾油和脱脂溶剂中溶解水平较低。本研究以过筛和脱脂得到的南极磷虾粉氟含量超过了1 000 mg/kg，远高于FAO规定允许食用的最低限量标准100 mg/kg，需要在可食化加工过程中重点考虑脱氟工艺。

表6 过筛、脱脂对南极磷虾粉基本成分与氟含量的影响†Table 6 Effect of screening and degreasing on the basic components of antarctic krill meal

† 同列不同字母表示差异显著(P<0.05)。

3 结论

南极磷虾粉蛋白质中必需氨基酸组成齐全、含量均衡，尤其是支链氨基酸和呈味氨基酸含量丰富，具有开发高价值即食食品和保健品的潜力。相比新鲜南极磷虾，南极磷虾粉油脂的品质有所下降，不饱和脂肪酸含量降低，中短链脂肪酸和饱和脂肪酸含量增加，但其脂肪酸组成仍以不饱和脂肪酸为主，经适当精炼后仍具有利用价值。此外，南极磷虾粉中矿质元素含量丰富、组成均衡，重金属污染水平低。总体而言，南极磷虾粉是一类高品质食品原料。

对比发现，蛋白质占南极磷虾粉有效成分的74.90%，且氨基酸效价突出，是发展南极磷虾粉加工业的首要资源利用点。对南极磷虾粉采用30目过筛、正己烷-乙醇(体积比9∶1)脱脂后，综合指标符合南极磷虾粉推荐标准，超过了特级鱼粉的评价标准，并使体系中的氟含量减少约10%，制得了品质优良的蛋白质加工基料。而该基料中蛋白源成分的高效提取与深加工、加工过程中副产物的回收利用有待进一步研究。