蠶蛹資源開發(fā)的研究進(jìn)展

劉 國(guó)王 麗金 莉王賢玉陳貴才

(1.浙江匯能動(dòng)物藥品有限公司，浙江海寧 314422；2.內(nèi)蒙古阿拉善盟畜牧研究所，內(nèi)蒙古阿拉善盟 750306；3.杭州匯能生物技術(shù)有限公司,浙江杭州 310013)

我國(guó)是養(yǎng)蠶大國(guó)，蠶繭產(chǎn)量占世界總繭量的70%，居于世界首位。蠶蛹是家蠶生命周期中的一個(gè)發(fā)育階段，包括桑蠶蛹和柞蠶蛹。蠶蛹作為蠶繭繅絲后的副產(chǎn)品，通?？壷? t生絲可得到1.5 t蠶蛹。目前，國(guó)內(nèi)平均每年可以提供近10萬(wàn)噸干蠶蛹。蠶蛹主要由蛋白質(zhì)、脂肪、甲殼素等營(yíng)養(yǎng)成分組成，在畜牧養(yǎng)殖、食品營(yíng)養(yǎng)、醫(yī)藥保健和化工等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，是一種寶貴的資源，有著非常可觀的利用價(jià)值。

1 蠶蛹的營(yíng)養(yǎng)成分

蠶蛹主要是由蛋白質(zhì)、脂肪、甲殼素等構(gòu)成。據(jù)報(bào)道，干蠶蛹中約含粗蛋白60%、粗脂肪30%、甲殼素3%～4%、糖類5%以及其它多種活性物質(zhì)，如抗菌肽、激素、微量元素、維生素、溶菌酶等[1]。其蛋白主要為優(yōu)質(zhì)球蛋白，分子量為75 000～375 000 Da之間，等電點(diǎn)為4.2～4.5。100 kg新鮮蠶蛹所含的蛋白質(zhì)量相當(dāng)于瘦豬肉85 kg、雞蛋96 kg或鯽魚109 kg。王彥平等[2]對(duì)蠶蛹的營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行了分析并與常見(jiàn)營(yíng)養(yǎng)食物進(jìn)行了比較，證實(shí)其蛋白質(zhì)含量與豬里脊肉蛋白質(zhì)含量接近，明顯比牛乳和雞蛋等常見(jiàn)食物要高。雖然蠶蛹中的脂肪比例較這些常見(jiàn)食物略低，但其不飽和脂肪酸占脂肪酸總量的70%。這些數(shù)據(jù)說(shuō)明，蠶蛹是一種蛋白含量高而且不飽和脂肪酸比例較大的理想食物。

2 蠶蛹油及其利用

2.1 蠶蛹油的營(yíng)養(yǎng)功能

蠶蛹的脂肪中含有多種人體必需的不飽和脂肪酸，如油酸、亞油酸和亞麻酸等，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。其中，油酸能使人體內(nèi)的低密度膽固醇(LDL)水平明顯降低，對(duì)預(yù)防動(dòng)脈硬化有很好的效果；亞油酸則能在體內(nèi)轉(zhuǎn)化成γ-亞麻酸、DH-γ亞麻酸以及花生四烯酸，是維持生命的重要物質(zhì)，人體將之合成前列腺素，可以有效地治療血管疾病，并防止動(dòng)脈血栓和動(dòng)脈粥樣硬化的形成；α-亞麻酸可以在體內(nèi)經(jīng)脫氫和碳鏈延長(zhǎng)，合成維系人類腦進(jìn)化的生命核心物質(zhì)——二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)等，其功效在于保護(hù)視力、增長(zhǎng)智力、延緩衰老，能夠抑制血栓性疾病，預(yù)防心臟血管疾病，對(duì)于降低血脂和血壓也有較好的效果，并且可以抑制癌癥的發(fā)生和轉(zhuǎn)移以及降低老年癡呆癥的發(fā)病概率[3-4]。

2.2 蠶蛹油的提取

傳統(tǒng)的提取蠶蛹中油脂的方法是機(jī)械壓榨法和有機(jī)溶劑浸出法以及日前較為先進(jìn)的超臨界萃取法。

①機(jī)械壓榨法。本方法類似于從大豆、魚中榨取大豆油和魚油的工藝。但是對(duì)于高脂、高蛋白的蠶蛹來(lái)說(shuō)，因其含有較少的纖維，質(zhì)地松軟而不夠堅(jiān)硬，所以出油率較低，蛹油回收率不及一半，而且蠶蛹蛋白經(jīng)過(guò)壓榨工藝后已經(jīng)變性，所以壓榨法不夠理想。

②有機(jī)溶劑法。本法是利用相似相溶原理，采用有機(jī)溶劑對(duì)蠶蛹中的油脂進(jìn)行浸提。本法不會(huì)使蛋白質(zhì)產(chǎn)生變性，并且出油率高，因而應(yīng)用較為廣泛。其具體方法是，適宜的條件下以有機(jī)溶劑為媒介，對(duì)蠶蛹粉進(jìn)行連續(xù)萃取操作，之后過(guò)濾或離心除渣收上清液，對(duì)上清液進(jìn)行減壓蒸餾分離，即得到粗蛹油，并實(shí)現(xiàn)了溶劑的回收。粗蛹油再經(jīng)水洗、除臭和脫色等精制環(huán)節(jié)，即可獲得精制蠶蛹油[5]。一般的非極性有機(jī)溶劑皆可作為溶媒，如石油醚、正己烷、丙酮等以及他們的混合溶劑，其中最為常用的是正己烷和石油醚。歐陽(yáng)漣等[6]優(yōu)化了以正己烷為提取劑的提取條件：固液比為1：4，在30℃溫度條件下浸出7 h。李志東[7]等以石油醚為萃取溶劑，在固液比為1：10、65℃浸提5 h的條件下，得到了柞蠶蛹中浸出的蛹油最大提取率。

③超臨界萃取法。雖然有機(jī)溶劑萃取法已經(jīng)較為成熟，但也存在著一些不足。蠶蛹油中的有機(jī)溶劑很難徹底去除，其質(zhì)量也因操作流程太長(zhǎng)而有所降低。隨著新理論和新技術(shù)的發(fā)展，超臨界流體萃取技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并被迅速應(yīng)用于中藥、化工等多個(gè)行業(yè)的提取分離工藝。廖愛(ài)美[5]通過(guò)響應(yīng)面設(shè)計(jì)法優(yōu)化了超臨界CO2萃取蠶蛹油的工藝，使出油率達(dá)到了30%左右，其最佳條件為：壓力 3.245×107Pa、溫度39.6℃、時(shí)間131.2 min、CO2流量 19.3 L/h。

3 甲殼素及其利用

3.1 甲殼素的功能和應(yīng)用

甲殼素是一種廣泛存在于蝦殼、蟹殼等生物殼體中的多糖，被認(rèn)為是人體的第六生命要素，在臨床上有促進(jìn)免疫、降低膽固醇、抗腫瘤等作用。經(jīng)提取蛹油和蛋白質(zhì)的蠶蛹皮渣中，甲殼素的含量高達(dá)36%。蠶蛹甲殼素和衍生產(chǎn)物在食品、保健、醫(yī)藥等研究中被廣泛使用，甲殼素鹽酸水解產(chǎn)物D-氨基葡萄糖鹽酸鹽是氯脈霉素（一種抗癌藥）的合成前體，也可以作為食品甜味劑，并有一定的抗氧化作用。

3.2 蠶蛹甲殼素的生產(chǎn)

從蠶蛹中提取脂類和蛋白質(zhì)后的不溶性蛹?xì)さ葰堅(jiān)?，可用酸堿進(jìn)行處理，后經(jīng)漂洗、過(guò)氧化氫脫色、干燥等步驟即可得到甲殼素。甲殼素可進(jìn)一步制備成其衍生物：經(jīng)濃熱堿處理并精制后可獲得殼聚糖，經(jīng)濃鹽酸處理精制后可得到D-氨基葡萄糖鹽酸鹽[1]。

4 蛋白資源的利用

4.1 蠶蛹蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)

蠶蛹的蛋白質(zhì)含有18種氨基酸，是一種完全蛋白。必需氨基酸是人體中不能通過(guò)自身合成，必需從食物中獲取的氨基酸。WHO/FAO所給出的理想蛋白的參考模式是，必需氨基酸占總氨基酸的40%，必需氨基酸與非必需氨基酸的比例為6：10。而蠶蛹蛋白中的必需氨基酸含量較高，占總氨基酸的42%左右，與非必需氨基酸的比例約為7：10，這和上述推薦蛋白數(shù)據(jù)基本吻合[8]。

4.2 蠶蛹蛋白質(zhì)的制備

4.2.1 蠶蛹蛋白質(zhì)的提取

蠶蛹中的蛋白質(zhì)主要是球蛋白，等電點(diǎn)為4.2～4.5，因此，其溶解性質(zhì)為在堿性環(huán)境中溶解，在酸性條件下沉淀析出。充分利用蠶蛹蛋白質(zhì)的這一特性，可實(shí)現(xiàn)其蛋白提取。蠶蛹蛋白提取方法總結(jié)起來(lái)可分為直接酸析法和堿溶酸析法兩種。

①直接酸析法。將新鮮的濕蠶蛹清洗干凈，用勻漿機(jī)勻漿，過(guò)濾除去蠶蛹的皮殼等不溶解的物質(zhì)，得到蛋白漿。將蛋白漿加熱至90℃，用鹽酸溶液酸化，使其pH值下降到4.5，靜置使蛋白質(zhì)充分析出，過(guò)濾或離心去上清液，60℃烘干即得蠶蛹粗蛋白，再經(jīng)過(guò)脫脂精制可得精蛋白。

②堿溶酸析法。本方法的處理對(duì)象是干燥的蠶蛹，經(jīng)粉碎、脫脂得到脫脂蛹粉。將脫脂蛹粉浸于堿溶液中（一般為1%NaOH溶液），使蛋白溶解，除去不溶物后得蛋白液，用鹽酸將pH值調(diào)至4.5左右，充分靜置后離心，收集沉淀進(jìn)行干燥后得蠶蛹蛋白。本方法在制備蛋白質(zhì)的同時(shí)，可回收蛹?xì)てぶ械募讱に亍?/p>

4.2.2 蠶蛹蛋白質(zhì)的精制

4.2.2.1 脫色

蠶蛹呈色的原因有很多，一般認(rèn)為是其食物中色素的殘留富集、組織中的色素縮聚反應(yīng)等因素引起的。目前應(yīng)用較多的蠶蛹蛋白脫色方法有吸附劑吸附法、氧化劑氧化法、蛋白質(zhì)修飾法等。李建科等[9]以活性炭為吸附劑，得到的脫色工藝為：吸附劑比例5%，溫度控制在50℃，pH值8～9，脫色0.5 h。

4.2.2.2 除臭

蠶蛹有特殊的蛹臭味，制得的蛋白質(zhì)也有較大氣味的殘存，這在很大程度上制約了它的應(yīng)用。一般認(rèn)為，蠶蛹腺體的分泌物和蠶蛹貯藏、加工過(guò)程中產(chǎn)生的低級(jí)脂肪酸以及胺類物質(zhì)是其主要的臭味源。常用的除臭法有氧化法、微生物法、蒸餾法等。宋燕青等[10]對(duì)蒸餾除臭法進(jìn)行了優(yōu)化，得到的最佳工藝條件為：乙酸1 mol/100 g，80℃溫度下加熱20 min，用水蒸汽蒸餾20 min，在該條件下制得的脫脂、脫臭蠶蛹粉獲得了良好的感官效果。

4.3 蠶蛹蛋白深度產(chǎn)品的開發(fā)

基于蠶蛹蛋白的優(yōu)良特性，對(duì)其進(jìn)一步的開發(fā)利用有著廣闊的發(fā)展前景。蠶蛹蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，蛋白質(zhì)分子量很大，從而使得蠶蛹蛋白質(zhì)消化率和生物效價(jià)受到影響。而采用生物技術(shù)和食品加工技術(shù)將蠶蛹酶解產(chǎn)生蠶蛹多肽或者氨基酸，可以克服蠶蛹蛋白質(zhì)在營(yíng)養(yǎng)學(xué)上的弱點(diǎn)，使蠶蛹蛋白獲得最佳的營(yíng)養(yǎng)方式。

生物活性肽是由蛋白質(zhì)水解產(chǎn)生含有數(shù)個(gè)到數(shù)十個(gè)氨基酸組成具有特殊生理功能多肽類物質(zhì)，為人體生長(zhǎng)、發(fā)育、代謝提供所需營(yíng)養(yǎng)。通過(guò)一定的手段，可以將蠶蛹蛋白質(zhì)分解成大小不同片段，則可得到有著良好生理活性的多肽。蠶蛹肽有著抗氧化、降血壓、抗腫瘤和增強(qiáng)免疫等功效。最近，羅富英等[11]報(bào)道稱蠶蛹肽可用于豬肉的防腐，以0.05%濃度的蠶蛹肽防腐液處理鮮豬肉，對(duì)乳酸菌、微球菌、葡萄球菌抑菌效果分別高達(dá)89.0%、94.3%、98.8%。

酸水解法、堿水解法和蛋白酶水解法是較為常用的水解蛋白質(zhì)的方法。但強(qiáng)酸堿的水解過(guò)程對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的耐腐蝕性能要求較高，使生產(chǎn)投資成本增加，并且會(huì)不可避免地破壞部分氨基酸的構(gòu)型，降低了其生理活性。酶水解時(shí)反應(yīng)條件溫和，容易控制水解程度，可以獲得有活性的水解產(chǎn)物。我國(guó)的蛋白酶工業(yè)已相當(dāng)成熟，這也為酶解制備蠶蛹肽產(chǎn)品提供了工業(yè)基礎(chǔ)。

林高堂[12]用堿性蛋白酶與中性蛋白酶混合酶解蠶蛹蛋白，得到工藝條件為：兩種酶按2：1比例同時(shí)加入，水解時(shí)間6 h、酶解溫度60℃、底物濃度4%、加酶量1.6 g/100 g干基，pH值7.5。

趙鵬[13]研究得到的最佳酶解條件為：溫度50℃，pH值7.0，底物濃度1.0%，中性蛋白酶添加量6 000 U/g，動(dòng)物蛋白酶添加量1 500 U/g，酶解3 h。該條件下酸溶蛋白得率為55%，水解度為27%，小肽分子量分布于336 Da～638 Da之間。可見(jiàn)，該法的水解產(chǎn)物主要為2～5個(gè)氨基酸構(gòu)成的寡肽，根據(jù)最近的報(bào)道，該區(qū)段的小肽可被小腸直接吸收，并有多種生理活性。

5 問(wèn)題與展望

蠶蛹富含蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸以及其他多種生物活性物質(zhì)，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用功效。對(duì)于蠶蛹資源的綜合利用，國(guó)內(nèi)學(xué)者已從多方面展開研究，對(duì)蠶蛹蛋白的脫脂、脫色及除臭等已取得較多成果，但是，這些成果大都停留在實(shí)驗(yàn)階段，尚未能進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。蠶蛹肽產(chǎn)品開發(fā)的研究在分離純化技術(shù)、功能理論深度和生產(chǎn)成本控制上還不夠理想。

以繅絲工業(yè)的副產(chǎn)物蠶蛹為原料，開發(fā)生產(chǎn)活性肽功能產(chǎn)品，是蠶蛹資源綜合利用的主要方向。隨著現(xiàn)代新技術(shù)、新方法的發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)蠶蛹綜合利用的研究必將進(jìn)一步深入，若能有效整合現(xiàn)有的科研成果并進(jìn)行工業(yè)轉(zhuǎn)化，蠶蛹資源必將在畜牧養(yǎng)殖、食品營(yíng)養(yǎng)、醫(yī)藥保健和化工材料等領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用。

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