黑水虻幼蟲的保鮮工藝及貨架期預測研究

李海瀾，屈小雨，王 晴，馬儷珍，徐曉燕，任小青,*

（1.天津農學院食品科學與生物工程學院，天津 300384；2.天津農學院農學與資源環境學院，天津 300384）

近年來，由于氣候變暖、人口增加導致的潛在糧食危機越來越被大家所關注，食用昆蟲作為一種潛在的解決方法受到了特別關注[1-5]。然而，目前食用昆蟲產業化存在的問題之一是可供選擇的食用昆蟲種類相對缺乏。雖然全世界有成千上萬種昆蟲被食用，但大多數為野生昆蟲[6]。目前在西方國家有銷售含蟋蟀和黃粉蟲的昆蟲食品，但是研究表明蟋蟀和黃粉蟲轉化有機廢棄物的效率，尤其是動物性有機廢棄物的效率低于黑水虻[7]。

黑水虻（Hermetia illucens L.），又稱亮斑扁角水虻，是雙翅目水虻科扁角水虻屬的一種昆蟲，在全球熱帶和亞熱帶的大部分地區均有分布[8]。飼養黑水虻不僅被認為是一種將有機廢棄物轉化為高附加值生物資源的有效途徑，而且由于其成蟲沒有口器、毒刺和消化器官，除了水什么都不吃，也被認為不會像蒼蠅一樣傳播疾病[9]。轉化后的黑水虻幼蟲（Black Soldier Fly Larvae,BSFL）富含蛋白質和脂肪，其中粗蛋白含量占干重的30%～53%，粗脂肪含量占干重的20%～41%，并含有豐富的必需氨基酸和微量元素，營養價值相當豐富，可作為蛋白和脂肪的替代物用于飼料和食品[10]。González等[11]用BSFL粉替代5%的小麥粉制作面包；Delicato等[12]用BSFL脂肪作為黃油或人造黃油替代品用于制作烘焙產品；Bessa等[13]將BSFL用于維也納香腸的制作，發現BSFL替代配方中28%的豬肉是可行的。黑水虻所具有的特點正好符合新農業的循環經濟和營養循環的發展模式，對其進行加工必將有利于推進農業的可持續發展。因此，對BSFL進行加工及貨架期預測的研究顯得尤為重要，研究成果對指導實際生產具有很大的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料

BSFL：在天津農學院農學與資源環境學院以麩皮為原料養殖。

1.1.2 儀器與設備

HS07-314型恒溫水浴鍋，天津華北實驗儀器有限公司；SX-500型高壓蒸汽滅菌鍋，日本Tomy有限公司；Friocell 22恒溫恒濕培養箱，艾力特國際貿易有限公司；NU-425型Ⅱ級生物安全柜，天美（中國）科學儀器有限公司；HPP.L1-600/5超高壓設備，天津市華泰森淼生物工程技術有限公司；P7021TP-6型微波爐，格蘭仕微波爐電器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 BSFL保鮮加工工藝流程

BSFL蟲糞分離→清洗→凈化→致死及減菌化處理→成品

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 BSFL蟲糞分離BSFL生長到4～5齡時，篩分出BSFL和蟲糞。

1.2.2.2 清洗

用流水清洗BSFL，洗去蟲體上的污垢和蟲體間雜質。

1.2.2.3 凈化

靜養BSFL，以蟲體潔白、透明、幾乎不見腸內代謝物為終點，達到蟲體內殘留物凈化的效果。

1.2.2.4 致死和減菌化處理將凈化好的BSFL放入不同溫度的水中，觀察致死效果，隨后采用不同殺菌方法進行減菌化處理。

1.2.2.5 儲藏

4℃下低溫儲藏。

1.2.3 試驗方案設計

1.2.3.1 空氣中不同處理溫度和處理時間對黑水虻幼蟲凈化效果的影響

將清洗得到的活體BSFL立即放入用兩層紗布（保證一定的透氣性）緊緊封口的容器內，然后分別置于溫度為（4±1）℃、（8±1）℃、（12±1）℃的條件下，每組均在12、24、36 h時觀察BSFL的運動和排泄情況。

1.2.3.2 水中不同處理方式對黑水虻幼蟲的成活率和凈化效果的影響

將清洗得到的活體BSFL立即放入含有自來水（蟲與水質量比為1∶4）的容器內，在室溫（20±1）℃下放置3 d。將這些幼蟲分為2組：一組不換水，每天在固定時間觀察蟲體的成活率和凈化效果（排泄情況）；另一組換水（固定水量），同樣觀察成活率和凈化效果。

1.2.3.3 熱處理條件對BSFL外觀品質的影響

將凈化處理好的活體BSFL在水溫分別為70、80、90、100℃條件下，依次熱處理2、5、10、20 min。熱處理后，取出、冷卻、瀝水，立即觀察蟲體的皺縮和色澤變化情況。

1.2.3.4 BSFL減菌化處理研究

將熱致死的BSFL鮮蟲作為對照組，分別進行不同的減菌化處理。①微波殺菌組：熱致死的BSFL鮮蟲每組150 g，蟲與水質量比1∶1，分別微波殺菌25、30、35 s。②熱殺菌組：熱致死后的BSFL鮮蟲于50℃干燥至表面無水后真空包裝，每袋50 g，然后以100℃分別殺菌2、5、10 min，殺菌結束后立即在流動自來水中快速冷卻。③超高壓殺菌組：熱致死的BSFL鮮蟲裝入塑料包裝袋中，每袋100 g，蟲與水質量比1∶2，封口后放入超高壓設備中，于400 MPa下分別保持5、10、15 min。測定每組處理后BSFL鮮蟲的菌落總數，比較幾種減菌化處理的效果。

1.2.3.5 減菌化處理后BSFL鮮蟲的加速預測貨架期法（ASLT）分析

將減菌化處理的BSFL鮮蟲分別置于27℃和37℃下儲藏進行ASLT試驗[14-15]。

根據BSFL鮮蟲在特定溫度下的貨架期計算Q10。

式中：Q10為溫度取值為27℃、37℃時的2個貨架壽命的比值；fT為在溫度T下的貨架壽命。

根據BSFL鮮蟲在特定溫度下的貨架期時間推算產品在4℃溫度下的保質期。

式中：ΔT為兩個溫度的差值；f1為指定溫度T1下的貨架壽命；f2為特定溫度T2下的貨架壽命；Q10為溫度相差10℃時的2個貨架壽命的比值。

1.2.4 數據處理

每組試驗重復3次，采用SPSS19.0軟件對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 凈化處理對BSFL凈化效果的影響

BSFL分為6個不同的齡期，初孵化幼蟲通體白色，透明，其體內消化系統清晰可見，體型肥胖，體表有微毛，隨著蟲體的長大，蟲體逐漸變黑直至預蛹[16]。為了得到白色幼蟲，取4～5齡期幼蟲進行加工。由于蟲體內的糞便會影響到后期BSFL保鮮處理過程中的品質變化，所以必須經過凈化處理。凈化處理的方式主要是讓BSFL離開采食環境，在饑餓狀態下靜養，使其排凈體內代謝物[17]。

2.1.1 空氣中不同處理溫度和處理時間對黑水虻幼蟲凈化效果的影響

BSFL在空氣中凈化處理的結果如表1所示。

表1 BSFL在空氣中凈化處理的結果Table 1 Results of BSFLfasting in air

由表1可以看出：BSFL在空氣中凈化時，環境溫度對其影響很大，如在4℃和8℃條件下，由于BSFL處于休眠狀態，所以BSFL不蠕動，也不會排泄，因此無法達到凈化目的；當溫度升高至12℃時，BSFL處于蠕動狀態，隨著凈化時間的延長，凈化效果越來越好，至凈化36 h，排泄效果達到最佳。

試驗中還發現：BSFL分泌出的排泄物會附著在其身上，給后續清洗工作帶來一定難度；另外，在凈化處理期間，由于BSFL處于饑餓狀態，本能的逃生欲望強烈，盡管用紗布密封容器口，但BSFL會咬破紗布逃出，給凈化帶來一定難度，這可能也是一直以來用BSFL加工飼料和食品較少的原因之一。目前，大部分選用黑水虻預蛹進行加工，因為到了預蛹期它們會本能地離開飼養基質，移動到干凈的、高的地方自動禁食，這種行為被稱為“自我收獲”[18]。這種“自我收獲”為預蛹的應用節省了很大的成本，但是預蛹中的殼聚糖含量高，不是飼料和食品的最佳選擇。所以研究BSFL在水中的凈化效果有一定的意義。

2.1.2 水中不同處理方式對黑水虻幼蟲的成活率和凈化效果的影響

由于BSFL不易在空氣中凈化，所以對其水中凈化進行研究，結果見表2。

表2 BSFL在水中凈化處理的結果Table2 Results of BSFLfasting in water

由表2可知，換水組BSFL的存活率和凈化效果顯著好于不換水組。在凈化24 h時，兩組的成活率均為100%，換水組的白度略好于不換水組；當凈化48 h時，換水組和不換水組的成活率分別降至94%和84%，且換水組的蟲體已經變白，好于不換水組，這主要是因為蟲體排泄后，通過換水可以將排泄物清除掉，促進蟲體白度的增加；凈化72 h時，因為換水組和不換水組的成活率已經分別降至76%和60%，所以凈化處理不能超過72 h。后續試驗中，將BSFL在水中（蟲與水質量比為1∶4）凈化處理48 h，每24 h換1次水。

2.2 熱處理致死條件對BSFL外觀品質的影響

為了保證BSFL熱致死后蟲體不縮水變形，蟲體顏色變化小，將BSFL在水中（蟲與水質量比為1∶4）凈化處理48 h（間隔24 h換水）后，研究不同熱處理條件對BSFL外觀品質的影響，結果見表3。

表3 熱水處理條件對BSFL鮮蟲外觀品質的影響Table3 Theinfluence of hot water treatment conditionson appearance quality of BSFL

由表3可以看出：對活體BSFL分別以70℃處理10 min、80℃處理5 min、90℃處理2 min以內時，蟲體未發生皺縮，色澤也未發生明顯變化，仍能保持一定的白度，蟲體外觀較為美觀；若繼續延長加熱時間，蟲體就會出現皺縮或色澤發生劣變，在100℃即使加熱2 min，也會使蟲體外觀品質顯著下降。試驗結果表明，采用熱水處理的方式來致死BSFL，在保證BSFL蟲體外觀品質較佳的前提下，70℃處理10 min、80℃處理5 min、90℃處理2 min均可以，生產中可根據實際條件來決定。

2.3 熱致死BSFL減菌化處理研究結果

BSFL被熱致死的工藝環節，雖然也達到了對BSFL蟲體進行部分殺菌的效果，但減菌并不徹底。所以，需要在不影響BSFL鮮蟲外觀品質的前提下，尋找比較適宜的減菌化處理方法，以達到延長其保質期的目的。減菌化處理對熱致死（70℃處理10 min）的BSFL減菌效果見表4。

由表4可以看出：加熱殺菌的處理效果最好，其中100℃處理10 min的殺菌率可達100.0%；其次是微波700 W處理35 s，殺菌率可達61.1%；400 MPa超高壓處理15 min，殺菌率可達51.8%。因此，后續試驗采用100℃處理10 min進行減菌化處理。

表4 減菌化處理對BSFL菌落總數的影響Table4 Theinfluence of sterilization treatment on total colony count of BSFL

2.4 減菌化處理后的BSFL的加速預測貨架期法分析

以菌落總數為指標，對100℃處理10min減菌化處理的BSFL采用加速預測貨架期法進行分析。根據GB2726—2016《食品安全國家標準 熟肉制品》[19]中的規定，產品菌落總數的限量為105CFU/g（即lg(CFU/g)=5）；根據GB 13078—2017《飼料衛生標準》[20]中的規定，作為飼料，產品菌落總數的限量為2×106CFU/g（即lg(CFU/g)=6.3）。分別以上述兩個菌落總數的限量值求解BSFL作為食品和飼料的貨架期終點。BSFL鮮蟲在27℃和37℃下的菌落總數變化情況見表5。

表5 BSFL鮮蟲在27℃和37℃下的菌落總數變化Table 5 Thechange of total plate count of BSFLat 27℃and 37℃ 單位：lg（CFU/g）

由表5可以得出：BSFL作為食品在27℃條件下36 h和48 h時測得的菌落總數分別為3.43 lg（CFU/g）和5.62 lg（CFU/g）；48 h時已超過國家標準，預估42 h為BSFL的貨架期；37℃條件下16 h測得的菌落總數為5.00 lg（CFU/g），符合國家標準，即BSFL的貨架期為16 h。

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

即利用ASLT構建的Q10預測公式，預測得到BSFL鮮蟲作為食品在4℃下貨架期為374.6 h，約為15.6 d。

由表5可以得出：BSFL作為飼料在27℃條件下96 h時測得的菌落總數為6.16 lg(CFU/g)，符合國家標準，即BSFL的貨架期為96 h；37℃條件下24 h測得的菌落總數為6.22 lg(CFU/g)，符合國家標準，即BSFL的貨架期為24 h。

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

即利用ASLT構建的Q10預測公式，預測得到BSFL鮮蟲作為飼料在4℃下貨架期為2 328.1 h，約為97 d。

3 結論

本文分別從活蟲凈化、致死和減菌化處理等方面對BSFL幼蟲進行了保鮮工藝研究，并對其4℃儲藏的貨架期進行了預測，初步得到了凈化、致死和減菌化處理BSFL幼蟲保鮮工藝條件為：蟲水質量比1∶4凈化48 h，每24 h換1次水；凈化后70℃熱水處理10 min可使蟲體致死；致死后，100℃殺菌10 min，殺菌率可達100%。預測得到保鮮黑水虻幼蟲在4℃下作為食品和飼料的貨架期分別為15.6 d和97 d。