小龙虾清洗设备与清洗剂的研究现状及发展趋势

施颖尘，陈宇绮，罗永康，洪惠,2*

(1.中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083; 2.中国农业大学兴化健康食品产业研究院，江苏 兴化 225700)

小龙虾，学名克氏原螯虾(Procambarusclarkii)，是中国重要的淡水经济虾类。小龙虾常栖息在沟渠、养殖池塘及稻田等环境，对栖息环境的要求不高，适应能力很强。小龙虾食性较杂，动、植物性食物皆食，主要以浮游生物、水底的藻类落叶以及昆虫躯体、蚯蚓、螺和蚌等为食[1-2]。近年来，小龙虾产业迅速发展，2019年小龙虾总产量达到208.96万t，较2018年的163.87万t，增幅达27.5%，总产值达4 110亿元[3]。2019年全国有小龙虾养殖产量报告的省份21个，产量排名前5位的省份为湖北92.50万t、安徽34.98万t、湖南30.68万t、江苏20.44万t以及江西13.35万t，其中湖北产量约占全国总产量的44.27%(表1[3])。上述5省小龙虾养殖产量总计191.94万t，同比增长24.3%，占全国小龙虾总产量的91.9%[3]。

伴随国内火热的小龙虾消费态势，小龙虾背后的食品安全隐患日益受到消费者和食品监管部门的关注。目前小龙虾的养殖环境存在较多问题，其中，养殖水体是影响养殖对象质量的主要因素之一，如水体富营养化引起有毒藻类的生长和水体溶氧的剧烈波动、重金属的富集及其他有毒物质(如氯化物、砷化物和亚硝酸盐等)的污染、水化因子改变等，都可导致水体恶化，大量病原菌滋生。加之，养殖户为了获得较高产量，不断增加养殖密度，提高投饵量，使水域自净能力变差，水质严重恶化[4-5]。这些自然原因和

表1 2019年全国主产省份小龙虾养殖产量情况[3]Tab.1 Crayfish production in major provinces of China in 2019

人为原因综合作用下易引起寄生虫、细菌等致病微生物在水中滋生，进而附着在小龙虾体表，另水体中的重金属、兽药残留等化学危害因子对小龙虾质量安全也存在潜在影响。岁珂等[6]通过电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)对福建漳浦小龙虾的腹部肌肉、螯足、外壳和虾头(去壳)中的6种重金属元素进行含量测定和分布研究，结果表明小龙虾不同部位的重金属元素含量存在显著差异，其中头部富集重金属最多，其次是腹部及背部的外壳和螯足，其含量明显高于腹部肌肉(图1)，趋势为:虾头>外壳>螯足>腹部肌肉。对小龙虾进行全面清洗，清除其壳体表面附着的微生物等，是保障小龙虾食用安全的前期基础性环节，具有不可忽视的重要现实意义。为更好地满足广大消费者对小龙虾的消费需求，推动小龙虾这一朝阳产业的健康发展，文章聚焦于小龙虾的前期加工处理，重点讨论小龙虾清洗设备、清洗剂及清洗方法的发展历程及研究现状，以期从中探究其今后发展的趋势，为进一步研制开发简便、高效的小龙虾及虾体清洗处理设备提供参考。

1 小龙虾清洗设备

由于小龙虾火热的消费态势和其背后的食品安全隐患，小龙虾清洗问题日益受到消费者和食品监管部门的关注。食品安全关乎人类生命健康，是世界各国关注的热点问题，中国每年出现的食品安全问题对大众健康和国民经济造成不可忽视的损害，其重要性不言而喻。因此，日渐受到欢迎的小龙虾的食用安全更应受到高度重视。有效清洗小龙虾体表各部位的污染物，应从每个步骤和细节处着眼解决食品安全隐患，清洗设备、清洗剂等均是不可或缺的一部分，清洗设备的创新和研制是重中之重。

1.1 气泡清洗器

气泡清洗器是目前市面上最常见的清洗器之一。颜学升等[7]研发出一种全自动龙虾清洗与加工设备，包含气泡清洗、高压喷淋冲洗和传送风带等装置。在设备前部分箱体中注入适量的水，利用鼓风机把空气输送到清洗槽中，使清洗原料的水产生剧烈的翻动，从而使附着在小龙虾表面的赃物、砂石及杂质剥离，同时对难以清洗的缝隙部位进行清洗，省水省电高效，便于操作，已广泛应用于市场(图2)。

1.2 超声波清洗器

黄阿根等[8]发明出一种超声波清洗器清洗龙虾并且申请了专利。在该设备中，将小龙虾置于篮框中，使清洗器的上水位将小龙虾淹没，在超声频率为40 ～80 Hz、功率强度为2.5 ～5.0 kW/m2的条件下超声处理3～5次，每次处理30～60 s，取出后置于流水池中漂洗即可。该发明可以方便高效地去除小龙虾表面的污垢，清洗效率明显提高。

1.3 滚筒式清洗器

该装置采用超声波和滚刷相结合的工作模式，滚筒上方设有喷水口，喷水口通过管道连接水泵，小龙虾投放入罐体中，通过罐体的旋转使水流对小龙虾表面进行冲刷，带走污物。圆形罐体利于超声反射，加强超声波清洗能力。该装置节省成本，清洗效果显著，在市场上广受好评(图3)。

1.4 振荡清洗器

雷蕾等[9]发明了一种微波振荡自清洗过滤器装置。小龙虾进入过滤器后，其表面小于网孔的杂质颗粒穿过滤网由过滤器出口流出，大于过滤网孔的杂质颗粒在重力与水力作用下直接沉积在过滤器底部，当滤网上形成滤饼时，压差传感器发出信号，启动微波振荡发生器及旋流喷水器，滤网在微波作用下产生高频振荡，再在旋流喷水器的冲击下将滤网上的杂质清除。该发明清洗效果佳且使用寿命长。

2 小龙虾清洗剂

2.1 合成清洗剂

目前市面上最常见的小龙虾清洗剂是洗虾粉，但近年来，由洗虾粉引起的食品安全事件频发，引发了诸多社会恐慌，新闻媒体也多有报道。因此，部分研究机构抽取市面上流通的洗虾粉的样本，进行实验室鉴定和危害分析[10-11]。研究发现，洗虾粉的主要成分有4种，分别为工业领域普遍使用的除锈剂草酸、焦亚硫酸钠、工业柠檬酸和亚硫酸盐。

2.1.1 草酸

草酸是有机酸中的强酸，其酸性为醋酸的10 000倍。其广泛存在于植物、动物和真菌体中，具有独特的理化及生化特性，有很好酸性及溶解性。董晓庆等[12]的研究表明草酸复合清洗剂对苹果表面的农药、重金属及菌落都有较好的去除率，分别达到了76.39%～83.24%、62.48%～91.29%和80.64%。

草酸对人体健康有危害，长期微量摄入，会在体内生成草酸钙和草酸锌沉淀，不易钙和锌的吸收，严重时会导致肾结石；摄入量较大时，会影响人体内的酸碱平衡，严重者可导致死亡[11,13]。

草酸用于清洗小龙虾时，会残留在小龙虾体表或者渗入体内。戴猛[14]采用离子色谱法对小龙虾中的草酸含量进行测定，在小龙虾体表上检测出草酸0.48～0.91mg/kg，与日常生活中西红柿及芹菜茎中的草酸含量相似。但在实际生活中，商贩在洗虾粉用量、浸泡时间以及清洗的水量和次数不同，都会造成小龙虾中草酸残留量的不同。

2.1.2 焦亚硫酸钠

焦亚硫酸钠是一种常见的食品防腐剂、漂白剂，在食品加工上的应用比较广泛。焦亚硫酸钠常呈白色或黄色的结晶粉末，可溶于水，水溶液呈酸性，具有强还原性，对皮肤、黏膜有明显的刺激作用，在高温或强酸性的环境下会分解释放出二氧化硫。焦亚硫酸钠通过氧化还原反应、加成作用及对酶的抑制作用达到漂白及护色的目的，同时具有一定的防腐保鲜作用。中国《食品添加剂使用标准》(GB2760—2014)规定，焦亚硫酸钠在规定的食品种类中限量使用，其在海水虾蟹(鲜水产、冷冻水产及其制品)中的最大限量为0.1 g/kg。可见，焦亚硫酸钠限量严格且禁止在淡水小龙虾中使用。

朱小华等[15]的调查显示市面上焦亚硫酸钠使用比例仅次于苯甲酸钠和山梨酸钾,主要和山梨酸钾、苯甲酸钠复配联用于饼干和蜜饯类食品。亚硫酸盐类常被应用于防止虾的黑变，蔡燕萍等[16]的研究显示，亚硫酸盐能通过与黑变中间产物——醌及黑变原动力——多酚氧化酶发生反应，从而抑制黑变。但其因过量使用会引起哮喘等疾病，被美国、欧盟等国家和地区禁止使用[17]。彭少杰等[10]通过傅立叶变换红外光谱法、X射线多晶体衍射法、电感耦合高频等离子体原子发射光谱法及液相色谱法等方法在洗虾粉中检测出焦亚硫酸钠。

2.1.3 柠檬酸

柠檬酸是目前市面上可见的各类清洗剂中最常见的成分。其是一种可溶于水的、无臭但具有强酸味的无色晶体，极易潮解，且在水中电离后溶液具有强酸性。柠檬酸是植物和矿物中存在的天然成分和常见代谢物，常常使用发酵提取的方法得到柠檬酸。洗虾粉中柠檬酸主要为工业柠檬酸，属于食品中的非法添加物。

目前，柠檬酸作为清洗剂成分在使用时的杀菌抑菌功能已经在多项研究中被证实。细菌性痢疾是食源性疾病中常见的一种，其又被称为志贺菌病，通过污染食品、水源或通过生活接触、苍蝇传递等方式都能传播。细菌性痢疾对人体的危害很大，其经消化道感染人体后会引起结肠黏膜的炎症和溃疡，甚至还会释放毒素到血液中。2013年，醋酸、柠檬酸和乳酸对4种不同类型的志贺氏菌(ShigellaCastellani)的抗菌活性影响的实验表明，柠檬酸对弗氏志贺氏菌(Sh.flexneri)的生长有微弱的抑制作用，但对痢疾志贺氏菌(Sh.dysenteriae)的生长有强烈的抑制作用[18]。菌落总数是用来判定食品被细菌污染程度及其是否符合卫生条件的重要指标，其在一定程度上标志着食品卫生安全质量的优劣。2015年，刘元靖等[19]测定了几种不同清洗方法对接种草莓样品上的菌落总数影响的差异，其中以0.1%柠檬酸酸化亚氯酸钠清洗2 min对菌落总数的抑菌效果最佳。在有机酸对酵母菌的抑制效果试验中，发现柠檬酸和苹果酸对酵母菌具有较显著的抑菌能力。在食品安全方面的应用上，有研究在对果蔬类清洗剂的成分组成中建议到，柠檬酸酸化亚氯酸钠或可成为草莓或同类水果抑菌清洗的最佳候选清洁剂[19]。乳酸链球菌素(nisin)和柠檬酸被认为是安全的食品抗菌剂，现阶段用nisin和柠檬酸来控制鲜切果蔬中单增李斯特菌(Listeriamonocytogenes)的研究较多[20]。

目前，土壤中的重金属残留是小龙虾体表和体内残留物的常见成分之一。重金属闭蓄于土壤矿物之内，与土壤中其他化合物作用生成沉积物，土壤受到重金属污染之后会影响到植物的吸收与积累，再通过生物链的放大作用对环境和人类造成严重的经济甚至是健康的危害。柠檬酸对重金属复合污染土壤中Cd、Pb和Cr的化学形态及生物有效性有一定影响[21]。2014年，李琼等[22]对几种重金属螯合萃取剂进行的研究表明，在半胱氨酸、谷氨酸、硫脲、甘氨酸、EDTA和柠檬酸中，柠檬酸对重金属Pb、Zn、Cu、Cd、Mn以及Cr的螯合萃取效果非常显著。

2.1.4 亚硫酸盐

亚硫酸盐既有还原性又有氧化性，在食品加工领域有很多用处。其在食品中的来源可分为外源和内源两类，外源是作为食品添加剂使用，内源是食物自身代谢产生的亚硫酸盐类物质，例如某些发酵类食品[23]。亚硫酸盐在食品工业中发挥着重要作用：对果蔬起到护色作用；可抑制酶促褐变和非酶褐变，特别是针对乳制品和酿造制品的褐变；还可起到防腐保鲜的作用。亚硫酸盐已经是食品行业广泛使用的添加剂，它常被作为防腐剂、保鲜剂、护色剂和还原剂使用，被广泛用于果蔬保鲜、干果、干菜、粉丝、蜜饯、糖果和罐头类食品的生产及葡萄酒、啤酒酿造等食品加工的多个环节[24-25]。目前，亚硫酸盐在水产贮藏方面的保鲜处理应用十分广泛，用亚硫酸盐处理虾时，主要存在喷洒不均、浸泡浓度过高等现象，造成虾产品中二氧化硫残留量较高[26]。

亚硫酸盐也存在许多危害。根据中国《食品添加剂使用标准》(GB 2760—2014)，亚硫酸盐在水产品中的最大限量为0.1g/kg，且仅适用于海水虾蟹类及其制品，此外，它在蔬菜水果类的制品中限量均在0.05g/kg～0.1g/kg之间。超量且频繁使用亚硫酸盐对人体健康有巨大损害，可导致神经元平均放电频率降低、记忆力减弱、学习能力下降等。对循环系统也有很大的影响，会使心肌细胞超微结构产生一定程度的恶化，如造成心肌线粒体肿胀、心脏收缩力下降和血管环舒张等。亚硫酸盐如今已扩大至对生殖系统的影响，如导致睾丸细胞损伤，降低精子产生的速率和质量，阻碍胚胎的生长发育。亚硫酸盐类中的二氧化硫也会对人们的呼吸系统黏膜产生刺激作用，触发呼吸道类的疾病，造成肺部器官的功能性障碍和损害，如引发支气管炎、哮喘和肺气肿等疾病[27-28]。

目前市场上对亚硫酸盐的使用尚不够规范，对其残留物的控制和检测手段还在不断开发和完善中，因为过量食用亚硫酸盐将对人体造成许多不可逆转的伤害，所以其虽作用强大，但并不是安全、健康和绿色的理想食品添加剂。

2.2 天然清洗剂

目前清洗剂正朝着更天然、更绿色、更健康和更安全的方向发展。天然清洗剂在果蔬领域的发展成果十分可观。陈安均等[29]发明了一种复合天然抑菌清洗剂，是由柠檬酸、乳酸链球菌素和双乙酸钠组成的混合水溶液，其中各成分质量浓度为1～2 g/L柠檬酸、0.2～0.3 g/L乳酸链球菌素、0.4～0.6 g/L双乙酸钠。该清洗剂解决了化学杀菌剂的残留问题，安全无污染，抗菌抑菌性强。钱文娟[30]从天然植物如桔子皮、柠檬皮和橙子皮中精馏提取，得到柠檬烯、茶皂素、卵磷脂等具有较强溶解力、可增加表面活性的物质，环保无毒无污染。

目前，针对虾类的天然清洗剂研究比较缺乏。其天然清洗剂采用的天然成分主要有植酸、柠檬酸和壳聚糖等。吕艳芳等[31]研究了天然安全的复合保鲜剂(植酸0.1%、柠檬酸0.8%和壳聚糖0.1%)对南美白对虾防黑变的保鲜效果，结果显示与添加焦亚硫酸钠效果基本一致。在相同效果下，更加天然安全的复合添加剂是更好的选择。

2.3 小龙虾清洗剂的研究现状

如今，小龙虾市场广阔、发展良好，带动着与小龙虾相关的产品产业也迅速崛起，但龙虾产业是近几年才发展的新兴产业，所以相关产业规范尚不完整，其背后仍存在许多安全隐患。因此，小龙虾清洗工艺和清洗剂的研制改进与规范化迫在眉睫。经调查，2011年至2019年，中国有关小龙虾的发明专利超1 000项，其中专注小龙虾清洗的仅有不到30项，占比约2%。由此可见，目前小龙虾清洗研究成果较少，发展空间巨大。近年来，专家学者们在食品清洗剂领域取得了许多成果，酸性强抗菌清洗剂、天然清洗剂、自动化工艺设备等优化方案的出现也为小龙虾产业的健康食用提供了技术支持。但清洗剂研发的进度相较于小龙虾市场的扩张速度显得十分缓慢，未来应当注重出台清洗剂相关标准，对非法加工助剂进行严厉打击，完善可能成为清洗剂的物质的毒理学资料，更加注重开发天然高效的产品，为小龙虾的食用安全保驾护航。

3 结语

综上所述，国家在水产品，尤其是小龙虾食用安全的相关措施和规定尚在建立和完善过程中，对清洗剂等加工辅助品的管理尚未见相关规范及规定发布，当前餐饮业违法使用非食用物质和滥用添加剂的问题不容忽视，在小龙虾的养殖、流通、清洗和加工过程中，国家标准和法律规范必不可少，食品添加剂的使用必须符合《食品添加剂使用标准》(GB 2760—2014)规定的品种及使用范围、使用量。同时，应尽快研制出安全有效的清洗剂，为小龙虾的健康食用保驾护航。

目前，小龙虾体表的污垢一般通过洗虾粉结合超声或气泡设备进行去除。市面上的洗虾粉主要是以柠檬酸、亚硫酸盐和草酸为主要成分的配方产品。低浓度的亚硫酸盐在人体机体代谢成硫酸盐后从尿液中排出，没有明显的病理效果，而4～6 g以上亚硫酸盐用量会导致胃肠障碍、剧烈腹泻及慢性中毒，其使用限量常在0～0.7mg/kg之间(以SO2计)[32]。草酸对人体健康有危害，长期微量摄入，会在体内生成草酸钙沉淀，导致肾结石。柠檬酸虽然对人体无直接危害，但其可以促进体内钙的排泄和沉积，如长期食用含柠檬酸的食品，有可能导致低钙血症。此外，市场上的柠檬酸、亚硫酸盐和草酸多来源于化工合成，被非法过量使用会造成严重的食品安全隐患。因此，开发能够代替化学合成洗虾粉的生物环保小龙虾清洗剂已成为非常迫切的课题。