昆虫蛋白资源的利用研究概况.pdf

昆虫蛋白资源的利用研究概况 陈惠娟1 2 廖森泰1 刘吉平3 1 广东省农科院蚕业与农产品加工研究所 广东 广州510610 2 华南农业大学食品学院 广东 广州510642 3 华南农业大学动物科学学院 广东 广州510642 摘要 从昆虫蛋白的营养保健价值 食用安全性 昆虫蛋白的提取及其在食品 饲料等方面的开发应用综述了昆虫蛋白资源 的利用研究概况 指出昆虫蛋白资源具有较高的开发潜力 提出蛋白资源利用存在的问题 并提出相应的对策 旨在为开发新的昆 虫蛋白产品提供参考 关键词 昆虫 蛋白质 提取测定 开发利用 中图分类号 Q969 97文献标识码 A文章编号 1004 874X 2011 19 0105 04 随着世界经济的高速发展以及社会人口的激增 人 类已面临各种资源危机 其中蛋白质资源短缺已是当今 世界特别是发展中国家普遍存在的问题 随着人口的增 长和人民生活水平的不断提高 人们对优质蛋白质的需 求量也愈来愈大 因此寻求新的蛋白质资源已是摆在我 们面前的一项迫切任务 昆虫是地球上最大的生物类群 具有食物转化率高 繁殖生长速度快 蛋白质含量高 用 途广和便于工业化生产的特点 被认为是目前最大且最 具开发潜力的动物蛋白源 有巨大的开发和应用潜力 1昆虫蛋白质 蛋白质是生物体主要组成成分之一 是一切生命活 动的物质基础 昆虫体内干蛋白质含量很高 各种资料表 明 一般昆虫蛋白质含量为20 80 许多含量高达50 以上 1 3 表1 常见食品及饲料中如猪肉 大豆 鱼粉等中 粗蛋白含量 占干物质 分别为35 2 40 4 60 4 4 昆 虫粗蛋白含量相对比较高 有人预测 昆虫 微生物菌体 及单细胞生物将成为21世纪人类的3大蛋白质来源 5 1 1昆虫蛋白质的营养价值 昆虫蛋白质不仅含量丰富 而且氨基酸组成比较合 理 蛋白质质量比较高 在已分析的近百种食用昆虫中 人体必需氨基酸的含量在10 30 之间 必需氨基酸含 量占氨基酸总量的35 50 必需氨基酸含量普遍较高 多数种类的氨基酸含量比例接近WHO FAO提出的氨基 酸模式 氨基酸含量分析和价值评价中 一些食用昆虫的 氨基酸评分和氨基酸指数都较高 接近或高于WHO FAO 氨基酸模式的评分 部分样品的蛋白质功效比值试验也接 近优质植物蛋白 7 此外昆虫氨基酸的消化利用率非常高 最高可达98 93 最低可达70 以上 接近或超过肉 鱼 的消化率 5 高于植物性蛋白的消化利用率 3 另外 昆虫 蛋白粉内含有的赖氨酸 蛋氨酸 苏氨酸很高 色氨酸较 低 而常规动植物食品中普遍缺乏赖氨酸 蛋氨酸 但色氨 酸含量却很高 将昆虫蛋白粉加入到常规食品中混合食用 可以相互补充 为人体提供丰富的蛋白质而满足人体需 要 1 2昆虫活性蛋白的保健价值 昆虫种类之多 数量之大 与其独特的防御机制密切 相关 科学家从家蚕免疫开始 从蛹血淋巴中及某些蝇 蛾 蝎等昆虫体内成功的提取了抗菌肽 抗菌蛋白 昆虫凝 集素等用于生产抗病毒 抗菌的生物制剂 郭玉梅等 8 的研究结果表明家蚕抗菌肽具有抗肿瘤活 性 张鹭等 9 提出 家蚕雄蛾活性肽可以增强小鼠抗疲劳能 力 郭倩等 10 研究了大麦虫的抗氧化活性 指出水溶蛋白具 有最强的还原力和清除超氧阴离子能力 酸溶蛋白清除羟 基自由基能力最强 毒蝎纤溶活性肽对缺氧损伤内皮细胞 具有保护作用 毒蝎阵痛活性肽具有很好的镇痛作用 11 12 蜂毒活性肽对大鼠佐剂关节炎具有一定的抗炎作用 在临 床上可能具有应用潜力 13 蜂王幼虫肽具有调节免疫和延 缓衰老的生物活性 14 蓝江林 15 也研究了美洲大蠊抗菌肽 的生物活性 1 3昆虫蛋白资源食用安全性 有的昆虫可以食用 有的昆虫含有毒素 从食用角度 应具体分析 剧毒昆虫如斑蝥 豆芜脊 青胺虫等不能直接 食用 微毒昆虫则需适当处理后方可食用 柞蚕雄蛾营养 提取液 经毒理学和人体老化细胞培养等试验 证明无毒 且对提高人体免疫力功效显著 16 白蜡虫对人体无急性毒 性 致突变 致畸毒性 人类食用白蜡虫是安全可靠 无毒 副作用的 7 由此可见 选择食用昆虫时要慎重 准确 针对不同种 类的昆虫 其使用安全性还有待于进一步研究 一方面可 收稿日期 2011 08 09 作者简介 陈惠娟 1986 女 在读硕士生 E mail chenhui56 56 通讯作者 廖森泰 1962 男 硕士 研究员 E mail liaost 163 com 表1昆虫中粗蛋白含量 4 6 蛋白来源 食粪天虻 美洲粘虫幼虫 烟草天蛾幼虫 甘薯天蛾幼虫 甘薯天蛾蛹 家蟋蟀成虫 蝈蝈 蝇蛆粉 家蝇幼虫 粗蛋白含量 51 20 55 50 60 70 53 70 50 20 65 00 71 30 63 00 59 40 蛋白来源 蚕蛹 柞蚕 蟋蟀 中华稻蝗 棉蝗 油蚂蚱 黄粉虫成虫 黄粉虫幼虫 黄粉虫蛹 粗蛋白含量 68 80 54 60 66 70 64 08 65 80 64 29 54 25 58 70 广东农业科学2011年第19期 105 以参考民间的传统文化 另一方可以通过大量的试验进 一步验证研究 为后续昆虫的深加工提供一定的参考依 据 2昆虫蛋白质的提取和含量测定 2 1提取方法 从20世纪50年代到70年代 动物蛋白主要是以有 机溶剂提纯 虽然产量较高 但对含硫氨基酸破坏性大 灰分含量高 品质差 此后 昆虫蛋白质的提取方法主要 有胰蛋白酶提取法 碱提取法 Tris HCl提取法和盐提取 法4种 17 所谓酶溶法就是用生物酶将细胞膜消化溶解的方 法 利用此方法处理细胞必须根据细胞的结构和化学组 成选择适当的酶 胰蛋白酶可在低浓度下溶解蛋白质 但 胰蛋白酶浓度过高会使提取的蛋白质失活变性 酶溶法 对工艺要求较高 而且成本也较高 碱提蛋白法是根据蛋 白质分子处于等电点时溶解度最小 易沉淀析出 而溶于 偏离其等电点的稀碱中 可以用碱液提取蛋白质 采用碱 法提取的蛋白质产品品质不佳 但是蛋白质得率高 Tris HCl提蛋白法可以防止蛋白质变性 盐提蛋白法是根据蛋 白质可溶于盐溶液来提取蛋白质 离子强度较低的中性盐 溶液可促进蛋白质溶解 具有保护蛋白质活性的作用 而 离子强度高则会引起蛋白质发生盐析作用 盐法提取成 本低 操作简单 对产品的破坏较少 但蛋白得率不是很 高 2 2昆虫蛋白质各种提取方法的比较 李广宏等 18 以家蝇幼虫为材料 采取单一选择试验和 正交区组旋转组合设计相结合的方法 筛选出盐提 酸沉 淀法是提取昆虫蛋白质的一种较理想的方法 仲义等 17 对 4种不同提取方法提取昆虫蛋白质效果进行比较 结果显 示胰蛋白酶提蛋白法得率最高 其次为碱提蛋白法和 Tris HCl提蛋白法 盐提蛋白法得率最低 以鲜虫为基质提 取蛋白质 胰蛋白酶提蛋白法与碱提蛋白法提取蛋白质得 率差异性不显著 而与Tris HCl提蛋白法和盐提蛋白法 蛋白质得率差异性显著 以干虫为基质提取蛋白质中 胰 蛋白酶提蛋白法与其他3种提取方法差异极显著 17 19 20 这一结果与李广宏等 18 对家蝇幼虫蛋白质提取研究以及 冀宪领等 21 对黄粉虫蛋白质的提取工艺研究得出的盐提 法优于碱提法的结果完全不同 原因有待进一步探讨 另 外提取昆虫蛋白质时用鲜虫作为提取基质效果明显优于 使用去脂干虫提取昆虫蛋白质的效果 18 19 在以后的研究中 要根据试验的具体情况 综合各种 因素 选择昆虫蛋白质的提取方法 针对不同种类的昆 虫 可能最佳提取方法有所差异 2 3蛋白质含量的测定 蛋白质含量的测定方法很多 莫姣娇等 22 研究表明昆 虫蛋白质含量的测定方法以自动凯氏定氮仪器法和纳氏 比色法为最佳 双缩脲法和考马斯亮蓝染色法简单 迅 速 但其准确度不高 在对蛋白质含量的准确性要求不高 的条件下可选择后两种方法 3昆虫蛋白质的开发利用 3 1昆虫蛋白质食品 昆虫食品具有巨大的开发潜力 据最新食品科研成 果显示 在现有的食品自然资源中 规模大 分布广 营养 丰富 最易开发而尚未开发的资源 首推昆虫食品资源 昆虫食品加工效益很高 生产全过程不用化学药物 添加 剂等 属于绿色食品 23 昆虫食品具有以下优点 一是昆虫的蛋白质含量比 牛肉 猪肉 鸡肉 鱼肉都要高 二是人体必需氨基酸含量 高 三是具有保健功能 3 1 1传统食品自人类出现以来 把昆虫作为美味食 品 在世界的许多国家和地区就早已开始了 并且各自具 有独特的食用种类 方法和习俗 24 传统的吃法是把昆虫 制成菜肴 如蚂蚁菜肴 油炸蚕蛹 油炸蝎子 我国东北吃 柞蚕蛹 山东人吃豆天蛾幼虫 粤人视龙虱为珍品 川 湘 人习惯吃天牛 云南人则对蚂蚁感兴趣 在国外 墨西哥 人用蝇卵烹制鱼子酱 已成为一道名菜 西方人把蚯蚓肉 与牛肉混合制成汉堡 味道鲜美可口 价格也比普通汉堡 贵 法国人把蚂蚁 蜂蛹制成巧克力 在巴黎的 昆虫餐厅 可以吃到炸蝇蛆 蚂蚁狮子头 清炖蛐蛐汤 烤蟑螂 蒸蛆 甲虫馅饼以及蝴蝶 蝉 蚕等昆虫幼虫或蛹制成的昆虫菜 100多种 德国人把昆虫加工成罐头出口 泰国明文规定可 大量捕食蝗虫等 另外 虫茶 蜂蜜等昆虫产品也被广泛 地食用 5 25 3 1 2昆虫食疗我国昆虫食疗的历史悠久 昆虫因其 不同的变态和不同的药用部位可有多种药材 如虫可分 为成虫 九香虫 幼虫 五谷虫 蛹 蚕蛹 卵 桑缥峭 还 有生理产物 蝉蜕 病理产物 冬虫夏草 排泄物 蚕沙 分 泌物 虫白蜡 等 昆虫食疗独树一帜 如表2所示 26 27 3 1 3功能食品昆虫作为食品的一个新的发展趋势是 制成功能食品 其主要是利用昆虫丰富的营养成分及某 些特殊功效 目前由昆虫制成的功能食品主要有以下几 类 1 蚂蚁食品 在蚂蚁系列食品中 初级加工品有蚁粉 蚂蚁面包类 饼干 蚂蚁酱 蚂蚁罐头 蚁粉胶囊 蚁茶 蚁 酒 菜肴等 精加工食品有口服液 饮料 冲剂等 28 29 2 蚕蛹和蚕丝食品 人们把蚕蛹制成复合氨基酸粉 蛋白粉 蛋白肽及其运动饮料 30 制成的补酒具有独特的 保健功效 蚕蛹还可以加工成菜肴 罐头食品 酱油 汽水 等 不但营养价值高 而且别具风味 另外 日本人把榨蚕 蛹制成食品添加剂添加到饼干 蛋糕等常规食品中去增 加其营养 市场行情十分看好 蚕丝可制成糖果 面条等 其蛋白质较高 能增强肝功能 降血脂 补充纤维质 非常 适合老年人食用 3 黄粉虫食品 以黄粉虫为主要原料 将其磨粉 打 浆 浸提等制成 汉虾粉 黄粉虫虫酱 黄粉虫罐头 黄粉 虫酒 黄粉虫蛋白功能饮料 氨基酸口服液等产品 31 3 2昆虫蛋白质饲料 昆虫体内蛋白质含量很高 且含纤维少 微量元素含 量极其丰富 富含铜 铁 锌 硒等 氨基酸组成较合理 消 106 表2我国昆虫食疗简表 药名 蝗虫 蚱蜢 蝼蛄 蟋蟀 将军干 原蚕 雄蚕蛾 蚕蛹 冬虫夏草 虫草 九香虫 蚱蝉 五谷虫 蛆 蜻蜓 蛴螬 乳虫 桂蠹虫 桃蠹虫 蚂蚁 山蚁子 蜂子 棕虫 二疣独角仙 性味及功效 辛 甘 温 治小儿惊风 百日咳 斑疹不出等 咸 寒 治水肿 小便不利 辛 咸 温 治小便不利 水肿 慢性肾炎等 咸 温 益肾 壮阳 止泻精 尿血 甘 平 富含脂肪 蛋白质 甘 温 平 滋肺 补肾 治咳血 温汗 阳痿 腰虚酸痛等 咸 温 理气止痛 治胸膈气滞 腰膝酸痛 甘 咸 凉 散风热 宣肺 定井 治外感风热咳嗽 咸 寒 化食 消疳 治疳积 腹胀 微寒 益肾 壮阳 止精泻 甘 咸 温 活血 行瘀 解毒 辛 温 主去冷气 寒痰 悦颜色 辛 温 主邪恶不祥 肥人 悦颜色 壮骨 补肾 益气力 泽颜色 催乳汁 甘 平 微寒 补虚赢伤中 养颜 益寿 甘 平 治妇科疾病 有滋补作用 食疗方法 盐水煮熟晒干 与米混合制成糕或饼 油煎食 去内脏 附肢烹制 烘食 加酱油 糖红烧 烘食 去翅 足烹制 做饺馅 与韭菜炒食 煮食 与老鸭炖食 与禽类烹制 配制糖浆 配酒 虫体干燥后捣碎 混同米饭 做香料 炒食 炸食 烘干碾粉 掺入米粉蒸糕 可制酱生蛆 蜜渍 去头 足 油煎 与猪蹄炖 混与米粉蒸糕 烘食 蜜渍 烘食 蜜渍 炒食 制酱 掺入米粉蒸糕 生食 掺入米粉蒸糕 制羹 化吸收性能良好 是优质的蛋白质饲料资源 32 3 2 1家畜生产张建红等 33 研究表明 利用蚕蛹粉喂猪 后 猪平均日增重比不加蚕蛹粉的要高23 6 且可缩短 育肥期 提高出栏率 黄自占等 34 报道 在基础日粮相同的 条件下喂蝇蛆粉的仔猪比喂鱼粉的仔猪增重提高了 7 18 成本下降了13 2 用蝇蛆粉喂养的猪瘦肉中蛋白 质含量比喂鱼粉的高3 5 3 2 2家禽生产邓青云等 35 研究表明 黄粉虫蛋白饲料 饲喂蛋鸡比用普通蛋鸡饲料喂养产蛋率提高5 06 蛋重 提高了12 4 料蛋比下降低了6 9 净增效益提高了 32 12 经济效益显著 贾生福等 36 研究证明 蝇蛆蛋白质 饲料饲喂肉用仔鸡增重效果明显 经济效益高 饲料利用 率高 周琼 37 报道美洲大蜂虫粉作为一种功能性蛋白质添 加到肉鸡日粮中 能提高肉鸡的抗病力 改善其生产性 能 3 2 3水 产 养 殖蛆 粉 用 于 喂 鱼 比 用 鱼 粉 多 增 重 20 8 而蛋白质利用率可提高16 4 刘伯生 38 研究表 明 配合饲料中添加活黄粉虫喂养甲鱼 鳗鱼等特种水产 动物 适口性 长势快 抗病力强 美洲大蛛是一种紧俏饵 料 是人工养殖银带鱼 红龙及甲鱼等名贵水产品的天然 理想饵料 37 祁芳等 39 用16 的柞蚕免疫活性蛋白替代鱼 粉饲喂鲍鱼 增长率可提高31 2 32 9 并有望缩短鲍 鱼的育成时间 3 2 4野生经济动物生产用蚕蛹饲养水貂 100 g蚕蛹 可代替200 500 g肉类蛋白质 100 g蚕蛹粉的可消化蛋 白质可代替312 g淡水鱼的可消化蛋白质 同时还可以增 强貂皮毛绒的光泽 提高毛绒的品质 40 昆虫蛋白资源不仅丰富 而且富含天然抗菌肽等有 益物质 在养殖应用中效果显著 可促进动物生长 提高 各种动物的抗病能力 降低死亡率 免用氨基酸 减少抗 生素的使用 降低饲料和兽药成本 昆虫饲料的发展前景 非常广阔 4存在问题与发展对策 4 1存在问题 目前昆虫蛋白资源研究方面存在的主要问题 一是昆 虫蛋白研究缺乏系统性 虽然昆虫种类繁多 但利用昆虫 蛋白资源的技术还处于初级阶段 没有针对昆虫的各个 种类进行全方位 系统性研究 二是昆虫蛋白产品的开发 仅停留在很低水平层次 工业化程度不高 4 2发展对策 4 2 1进行系统化研究提高并突破高效综合利用昆虫 蛋白质资源的技术 针对不同种类昆虫的加工特性进行 系统化研究 对昆虫组分进行深入研究 为昆虫进一步深 加工提供一定的指导 对于不同种类的昆虫 通过系统化 研究 建立该昆虫种类的成分数据库 对以后的研究具有 重要的指导意义 4 2 2昆虫蛋白产品走高值化道路利用高新技术生产 高价值昆虫蛋白质将是21世纪昆虫蛋白质开发的一个重 要领域 使昆虫蛋白产品走高值化道路 可以从以下方面 着手 1 加大对昆虫活性多肽的利用 活性多肽具有降血 压 降胆固醇 抗血栓 免疫调节 抗氧化 清除自由基 改 善元素吸收 矿物质运输 调节食品风味 口感等作用 昆 虫种类繁多 繁殖生长速度快 便于工业化生产 加大对昆 虫活性多肽的研究具有广阔的发展空间 昆虫活性多肽 是筛选药物 制备疫苗 食品添加剂等的天然资源宝库 2 昆虫抗菌肽蛋白的研究 利用生物技术手段 诱导 昆虫产生抗菌蛋白和抗菌肽是开发抗菌素的理想途径 目前仅昆虫来源的多肽抗生素就已达170多种 抗菌肽在 抑制细菌生长方面具有抗生素无法比拟的优点 众所周 知 抗生素会产生过敏反应 长期使用容易使细菌产生抗 药性 而抗菌肽不但对活细胞无毒性 而且不会使细菌产 生抗药性 多肽抗菌素具有抗菌活性高 抗菌普广 种类 多 可供选择大等优点 此外 昆虫多肽还具有抗寄生虫 107 病毒 癌细胞等功能 昆虫多肽不仅具有良好的营养保健 价值 且容易吸收 并具有极佳的生理功能和加工特性 在食品 保健品中具有十分广泛的用途和广阔的开发应 用前景 3 高价值昆虫蛋白食品的开发 食用昆虫种类繁多 不同种类的昆虫含有特殊营养成分 可以生产功能性调 味品基料 改性蛋白运动饮料 复合氨基酸口服液等 4 化妆品原料 以昆虫蛋白资源作为化妆品原料 来源还不是很普及 但是用昆虫抗菌蛋白作防腐剂 可以 免除化学防腐剂的副作用 昆虫富含具有弹性的蛋白质 如表皮弹性蛋白 丝蛋白等 化妆品中添加这类物质 可 以起到高弹性的目的 开发以昆虫原料为主的新型化妆 品 将具有许多独特的优点 而且 昆虫作为化妆品原料 其来源具有巨大的开发潜力 参考文献 1 叶兴乾 胡萃 食用昆虫的研究进展 J 食品与发酵工业 1996 4 70 75 2 魏美才 刘高强 昆虫蛋白质资源的开发与研究进展 J 中南林学 院学报 2001 21 2 86 90 3 Mark D Finke Nutrient Content of Insects M Encyclopedia of Entomology Capinera J L Springer Netherlands 2008 2623 4 罗科 昆虫蛋白质资源开发利用 J 农牧情报研究 1990 5 52 54 5 许慧卿 夏启泉 食用昆虫的营养价值及其开发利用 J 扬州大学 烹饪学报 2004 3 20 23 6 李文宾 吴敏丽 廉振民 等 中国昆虫资源研究开发现状 J 氨基 酸和生物资源 2008 30 4 21 25 7 冯颖 白蜡虫营养保健价值的研究及功能因子分析评价 D 北 京 中国林业科学研究院 2005 8 郭玉梅 戴祝英 胡云龙 家蚕抗菌肽的一些性质及抗肿瘤活性 J 南京师大学报 自然科学版 1995 18 1 62 66 9 张鹭 唐道邦 肖更生 等 家蚕雄蛾活性肽增强小鼠抗疲劳能力 的试验 J 蚕业科学 2008 34 3 552 555 10 郭倩 张建新 何桂梅 等 大麦虫蛋白质的提取分离及抗氧化性 研究 J 西北农业学报 2011 20 2 188 192 11 王巧云 吴峰阶 蝎毒纤溶活性肽减轻缺氧致人血管内皮细胞损 伤 J 基础医学与临床 2010 30 1 89 90 12 Qiuhong Lin XinxinLi Effectofscorpionvenomanalgesic activepeptideextractedfromButhusmartensiiKarschon evoked potential in the thalamic posterior nucleus group in rats J Neural Regeneration Research 2008 3 4 453 455 13 Yu Xiao dong Li Bo Bioactive peptide from bee venom for adjuvant induced arthritis in rats J Chinese Journal of Clinical Rehabilitation 2005 9 15 242 243 14 陈明胜 蜂王幼虫活性肽保健功能的研究 A 2008年全国蜂产 品市场信息交流会论文集 C 郑州 2008 81 84 15 蓝江林 美洲大蠊 Periplaneta 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