李海瀾，屈小雨，王 晴，馬儷珍，徐曉燕，任小青,*

（1.天津農(nóng)學院食品科學與生物工程學院，天津 300384；2.天津農(nóng)學院農(nóng)學與資源環(huán)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(guān)注，食用昆蟲作為一種潛在的解決方法受到了特別關(guān)注[1-5]。然而，目前食用昆蟲產(chǎn)業(yè)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(shù)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(zhuǎn)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(qū)均有分布[8]。飼養(yǎng)黑水虻不僅被認為是一種將有機廢棄物轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化后的黑水虻幼蟲（Black Soldier Fly Larvae,BSFL）富含蛋白質(zhì)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(yǎng)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(chǎn)品；Bessa等[13]將BSFL用于維也納香腸的制作，發(fā)現(xiàn)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(nóng)業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟和營養(yǎng)循環(huán)的發(fā)展模式，對其進行加工必將有利于推進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，對BSFL進行加工及貨架期預(yù)測的研究顯得尤為重要，研究成果對指導實際生產(chǎn)具有很大的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料

BSFL：在天津農(nóng)學院農(nóng)學與資源環(huán)境學院以麩皮為原料養(yǎng)殖。

1.1.2 儀器與設(shè)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(yǎng)箱，艾力特國際貿(mào)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(shè)備，天津市華泰森淼生物工程技術(shù)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(zhì)。

1.2.2.3 凈化

靜養(yǎng)BSFL，以蟲體潔白、透明、幾乎不見腸內(nèi)代謝物為終點，達到蟲體內(nèi)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(shè)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(nèi)，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(zhì)量比為1∶4）的容器內(nèi)，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(zhì)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(zhì)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(jié)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(zhì)量比1∶2，封口后放入超高壓設(shè)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(shù)，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(yù)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(jù)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(jù)BSFL鮮蟲在特定溫度下的貨架期時間推算產(chǎn)品在4℃溫度下的保質(zhì)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(shù)據(jù)處理

每組試驗重復(fù)3次，采用SPSS19.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)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(nèi)消化系統(tǒng)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(yù)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(nèi)的糞便會影響到后期BSFL保鮮處理過程中的品質(zhì)變化，所以必須經(jīng)過凈化處理。凈化處理的方式主要是讓BSFL離開采食環(huán)境，在饑餓狀態(tài)下靜養(yǎng)，使其排凈體內(nèi)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(jié)果如表1所示。

表1 BSFL在空氣中凈化處理的結(jié)果Table 1 Results of BSFLfasting in air

由表1可以看出：BSFL在空氣中凈化時，環(huán)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(tài)，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(tài)，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(fā)現(xiàn)：BSFL分泌出的排泄物會附著在其身上，給后續(xù)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(tài)，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(yù)蛹進行加工，因為到了預(yù)蛹期它們會本能地離開飼養(yǎng)基質(zhì)，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(yù)蛹的應(yīng)用節(jié)省了很大的成本，但是預(yù)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(jié)果見表2。

表2 BSFL在水中凈化處理的結(jié)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(jīng)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(jīng)分別降至76%和60%，所以凈化處理不能超過72 h。后續(xù)試驗中，將BSFL在水中（蟲與水質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)的影響，結(jié)果見表3。

表3 熱水處理條件對BSFL鮮蟲外觀品質(zhì)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(nèi)時，蟲體未發(fā)生皺縮，色澤也未發(fā)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(xù)延長加熱時間，蟲體就會出現(xiàn)皺縮或色澤發(fā)生劣變，在100℃即使加熱2 min，也會使蟲體外觀品質(zhì)顯著下降。試驗結(jié)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(zhì)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(chǎn)中可根據(jù)實際條件來決定。

2.3 熱致死BSFL減菌化處理研究結(jié)果

BSFL被熱致死的工藝環(huán)節(jié)，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B(tài)SFL鮮蟲外觀品質(zhì)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(zhì)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(xù)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(shù)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(yù)測貨架期法分析

以菌落總數(shù)為指標，對100℃處理10min減菌化處理的BSFL采用加速預(yù)測貨架期法進行分析。根據(jù)GB2726—2016《食品安全國家標準 熟肉制品》[19]中的規(guī)定，產(chǎn)品菌落總數(shù)的限量為105CFU/g（即lg(CFU/g)=5）；根據(jù)GB 13078—2017《飼料衛(wèi)生標準》[20]中的規(guī)定，作為飼料，產(chǎn)品菌落總數(shù)的限量為2×106CFU/g（即lg(CFU/g)=6.3）。分別以上述兩個菌落總數(shù)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(shù)變化情況見表5。

表5 BSFL鮮蟲在27℃和37℃下的菌落總數(shù)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(shù)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(yù)估42 h為BSFL的貨架期；37℃條件下16 h測得的菌落總數(shù)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(gòu)建的Q10預(yù)測公式，預(yù)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(shù)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(shù)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(gòu)建的Q10預(yù)測公式，預(yù)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(jié)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(yù)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(zhì)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(yù)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。