蠶蛹資源化利用現(xiàn)狀及其進展

馬林林，強西懷，*，席星航

（1.陜西科技大學資源與環(huán)境學院，陜西西安 710021；

2.重慶航凡蠶絲技術開發(fā)有限公司，重慶 400038)

蠶蛹資源化利用現(xiàn)狀及其進展

馬林林1，強西懷1，*，席星航2

（1.陜西科技大學資源與環(huán)境學院，陜西西安 710021；

2.重慶航凡蠶絲技術開發(fā)有限公司，重慶 400038)

在簡述蠶蛹化學成分的基礎上，詳細論述了蛹蛋白、蛹油和蛹甲殼素等有效成分的提取和精制技術，并深入探討了蠶蛹有效成分的生理功能及相關產品在食品、醫(yī)藥、化工和生物等領域的開發(fā)利用現(xiàn)狀與前景，最后指出了蠶蛹資源化利用目前所面臨的問題及其解決方法，為實現(xiàn)蠶蛹資源化利用的產業(yè)化提供理論依據。

蠶蛹，蛹油，蛹蛋白，蛹甲殼素，資源化利用

蠶蛹是蠶繭抽絲后的主要副產物，富含蛋白質、脂肪、甲殼素及維生素等成分，具有很高的營養(yǎng)價值和保健功能，這就決定了蠶蛹具有很高的開發(fā)利用價值和廣泛的應用途徑。由于缺乏對蠶蛹深度資源化利用與開發(fā)技術，在蠶蛹油、蛋白質、甲殼素等有效成分的深加工方面，我國目前尚未實現(xiàn)產業(yè)化的系統(tǒng)技術。目前大量的蠶蛹經初級處理后，主要作為肥料和家禽飼料，附加值低，資源化利用程度不高[1]。對新資源的開發(fā)和廢棄資源的綜合利用已成為近年來人們研究的熱點之一，我國蠶蛹資源豐富，年產蠶蛹30萬t以上，約占全世界總產量的80%[2]，因此，對蠶蛹的深度資源化利用，不僅具有原料優(yōu)勢，而且深加工產品的開發(fā)更具市場潛力。對蠶蛹有效成分進行科學的開發(fā)利用，實現(xiàn)蠶蛹資源的高質轉化，可以激發(fā)蠶農從事蠶業(yè)的積極性，保護蠶農收益，同時還能促進蠶業(yè)資源向可持續(xù)性和節(jié)約型方向發(fā)展。

1 蠶蛹的化學成分

現(xiàn)代科學研究表明，蠶蛹富含蛋白質、脂肪、甲殼素和糖類以及多種蛋白激素、維生素、微量元素等生物活性成分，具有很高的營養(yǎng)、藥用價值和廣闊的市場前景。

蠶蛹有十分豐富的蛋白質，在所有成分中含量最高，達55%～60%（以干基蠶蛹計），屬于酪蛋白一類[2]。蠶蛹蛋白經水解后所得復合氨基酸中富含人體生長必需的18種氨基酸，其中8種必需氨基酸總含量超過40%，符合FAO/WHO提出的氨基酸模式[3]。

干蠶蛹中油脂含量為25%～30%，蠶蛹油中含有8%～10%游離脂肪酸，其中人體所必需的油酸、亞油酸和亞麻酸等不飽和脂肪酸占游離脂肪酸含量的75%，此外還含有1%以上的β－甾醇、膽固醇與菜油甾醇等不皂化物[4]。干蠶蛹中含有2%～8%的甲殼素，少量的抗菌肽、溶菌酶和激素等生物活性物質，此外干蠶蛹中還含有微量的維生素A、維生素B2、維生素D、葉酸和Mg、Ca、Zn、Fe、Cu、Se等微量元素[5－6]。

2 蠶蛹有效成分提取工藝技術

2.1 蠶蛹蛋白

蠶蛹蛋白水解制備多肽或氨基酸的技術主要有：有酸水解、堿水解和酶水解等。

酸水解技術成熟且成本低廉，常用的水解劑是鹽酸和硫酸[7]。采用鹽酸水解蠶蛹蛋白粉，所得水解液中氨基酸總量達到80%～85%，必需氨基酸總量達60%以上；采用硫酸水解法，得到的復合氨基酸粉，其氨基酸態(tài)氮含量達9.05%，其中必需氨基酸達39.2%。水解液經離子交換樹脂純化，可制得精煉復合氨基酸粉，氨基酸態(tài)氮含量為13.45%，是食品添加劑和生產高營養(yǎng)食品的理想原料[8]。但酸水解對設備腐蝕嚴重，對大氣或水體污染大，且會使色氨酸全部破壞，絲氨酸、酪氨酸和蘇氨酸部分破壞[9]。

堿水解法利用蠶蛹蛋白主要為球蛋白能溶于稀堿的性質將蛋白質溶出，再調節(jié)蛋白質溶液的pH達到蛋白質的等電點，將蛋白質沉淀析出，同時可回收甲殼素，工藝簡單，提取率高，但褐變和腥味無法克服，且會引起消旋作用而降低營養(yǎng)價值[10]。孫雁等[11]研究了堿法制備蠶蛹蛋白浸提條件的優(yōu)化，利用優(yōu)化工藝條件制備的桑蠶蛹蛋白，其蛋白含量為96.70%，必需氨基酸占總氨基酸含量的47.1%，必需氨基酸與非必需氨基酸的比值為0.9，具有較好的應用價值。

有關研究表明[12]腸道對多肽中氨基酸的攝取大于來自等量氨基酸的混合物中氨基酸的攝取。多肽不僅吸收速度更快，還有多種生理功能。因此采用酶法水解蠶蛹蛋白制備多肽成為開發(fā)蠶蛹蛋白的重點研究方向。李高揚等[13]以DPPH自由基的清除能力作為酶解過程的分析指標，采用蛋白酶、中性蛋白酶、胃蛋白酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶酶解脫脂蠶蛹蛋白粉，發(fā)現(xiàn)胃蛋白酶對蠶蛹蛋白有較好的酶解效果，并對胃蛋白酶的酶解條件正交優(yōu)化，得到最優(yōu)水解條件為：50℃，pH1.5，加酶量8000U/g，時間6h，底物蠶蛹蛋白質量分數4%，水解度達25%。研究表明該酶解液有較高的抗氧化活性。趙鵬等[14]探究了中性蛋白酶與動物蛋白酶結合水解蠶蛹蛋白工藝并對產物進行分析，結果表明，最佳酶解條件為：溫度50℃，pH7.0，底物濃度（質量分數）1.0%，動物蛋白加酶量150U/g，中性蛋白酶/動物蛋白酶酶活比為4∶1，水解時間3h，水解度27.36%，酸溶性活性肽得率55.17%。綜上可知，酶水解蠶蛹蛋白反應條件溫和，效率高，且產物抗氧化性能高，但水解率較低。雙酶水解對酶水解蠶蛹蛋白的水解度有一定程度的提高。由此，筆者認為多酶水解將會成為酶法水解蠶蛹蛋白的一種有效途徑。

2.2 蠶蛹油

傳統(tǒng)常用提取蠶蛹油的方法為有機溶劑浸出法，該方法具有出油率高、蛋白質不變性的優(yōu)點。影響有機溶劑浸出法的主要因素有：溶劑、溶劑用量、浸提時間、浸提溫度、浸提次數和振蕩速度等。常用的有機溶劑有正己烷、環(huán)己烷、丙酮、石油醚、無水乙醇及兩者以上的混合溶劑等。

楊梅琳等[15]采用了溶劑浸提法研究了從新鮮蠶蛹中提取蛹油的工藝。實驗首先選取了丙酮等5種溶劑浸提蠶蛹油，發(fā)現(xiàn)正己烷的提取效果為最佳，后采用單因素實驗并通過正交實驗法優(yōu)化了蠶蛹油的提取工藝，得到最優(yōu)工藝條件為：溶劑用量為4mL/g，浸出時間為30min，浸出溫度38℃，振蕩速度80r/min，得蠶蛹的出油率為94.78%。鄂旭等[16]采用環(huán)己烷－石油醚混合溶劑提取蠶蛹毛油，通過單因素及正交實驗確定了皂化法精制蠶蛹油的最佳工藝，并對精制的蠶蛹油進行了成分分析。結果表明：在80℃、固液比為1∶3條件下蒸餾3h，毛油提取率為36.4%；在堿濃度14%、超堿量74.4%條件下精制毛油，其精制率為68%。

由于傳統(tǒng)的有機溶劑浸出法得到的蠶蛹油存在溶劑殘留量較高、時間長等缺點，新型的提取工藝應運而生，目前有超聲波輔助萃取法和超臨界CO2萃取法及微波輔助萃取法。

吳曉霞等[17]研究了蠶蛹油超聲波輔助萃取的最佳工藝，通過二次回歸模型響應曲面分析得出超聲波輔助萃取蠶蛹油的最佳工藝條件為：超聲功率102W，超聲時間20min，超聲溫度40℃，在此條件下，蠶蛹油提取率為96.3%，不飽和脂肪酸相對含量為74.2%，其中油酸相對含量為38.3%，α－亞麻酸相對含量為30.2%，亞油酸相對含量為4.3%，棕櫚油酸相對含量為1.0%，花生酸相對含量為0.4%。

廖愛美[18]同時利用正己烷浸提工藝和超臨界CO2流體萃取方法優(yōu)化了蠶蛹油提取工藝并對所得蛹油各項化學常數進行對比，研究發(fā)現(xiàn)，正己烷浸提在最優(yōu)工藝條件下蠶蛹油的出油率達28.76%；超臨界CO2流體萃取時最優(yōu)條件下，蠶蛹出油率為29.73%。且超臨界CO2萃取得到的蠶蛹油的不飽和脂肪酸的含量更高，蛹油的過氧化值較低，品質更好。

2.3 蠶蛹甲殼素

蠶蛹經脫脂和提取蛋白的殘渣富含甲殼素，是制備甲殼素的良好原料。甲殼素溶解性較差，經脫乙?；磻D化為殼聚糖后溶解性增強，甲殼素及其衍生物殼聚糖具有無毒、可被生物體分解和生物活性高等優(yōu)點，在食品、醫(yī)藥、化工、環(huán)境等行業(yè)有廣泛的應用前景。王濟強[19]以蠶蛹皮為原料，用4%～8%鹽酸初脫鹽后，以5%～10%的氫氧化鈉溶液脫除殘留的蛋白質，再用鹽酸進一步脫除無機鹽，得到甲殼素。對甲殼素脫色處理后，加入40%～50%氫氧化鈉、60～95℃脫乙?；玫綒ぞ厶?。從原料（蠶蛹皮）制備到甲殼質的得率為42%，制備到可溶性殼聚糖產品的得率為18%。吳力克[20]發(fā)明一種從蠶蛹、蠅蛆皮殼制取甲殼素/殼聚糖方法，并申請專利。該專利將蠶蛹、蠅蛆皮殼通過干法或濕法破碎細粉化處理：將得到細粉體經來自微生物脂肪酶粗酶液和蛋白酶粗酶液進行共酶解反應，充分脫除蛹皮/蛆皮原料中脂肪和蛋白質；采用兩步法脫色；收集脫色后物料，洗滌、干燥后制成甲殼素產品；通過米根霉全細胞固定化生物反應器進行循環(huán)脫乙酰反應，得到殼聚糖。這為蠶蛹殼聚糖生產提供了一種高效、清潔、經濟新方法。

3 蠶蛹精制技術

3.1 蠶蛹脫臭

蠶蛹由于其異臭味在各行業(yè)的應用受到限制，其臭味主要來源有：加工儲存過程中產生的多胺類化合物以及低級脂肪酸；蠶蛹自身分泌的異味物質。蠶蛹除臭的主要方法有：汽提法、吸附法、包合法、氧化法、離子交換樹脂法、微生物法、綜合除臭法和有機溶劑提取法等。

a.汽提法：錢俊青[21]采用乙醇及醋酸與蛹粉共混加熱，結合水蒸氣蒸餾的方法，取樣200g，醋酸用量2mL，溫度80℃，加熱20min，蒸餾20min，感官品評已無腥味，除臭效果良好，經脫腥后的蠶蛹粉可廣泛用于食品體系中。

b.吸附法[22]：金明曉等[23]用次氯酸鈉，β－環(huán)糊精、活性炭、硅膠、α－環(huán)糊精、活性白土等5種吸附劑和復合纖維法對蠶蛹蛋白粉脫臭，在5種吸附劑中β環(huán)糊精較其他四種脫臭效果較好。在以上所有脫臭法中，復合纖維的脫臭效果最好，具有工業(yè)化生產層次的的適用性和廣泛性。

c.氧化法：吳建一等[24]發(fā)明了一項利用氯氣/臭氧脫臭制備無臭蠶蛹蛋白粉的方法，實驗先將蠶蛹加水磨漿，經機械脫脂后加氧化劑除臭，脫水干燥得到無臭蠶蛹粉。此方法工藝簡單且除臭效果好。

d.離子交換樹脂法：周小華等[25]用NAK－12樹脂脫除蠶蛹復合氨基酸異味及褐變物質的研究，發(fā)現(xiàn)了蠶蛹復合氨基酸異味產生的原因。經實驗發(fā)現(xiàn)：當流速為3BV/h時，1mL NAK－12吸附樹脂能吸附1.75g蠶蛹復合氨基酸中的異味物質；能吸附1.45g蠶蛹復合氨基酸中的褐變物質，是有效控制蠶蛹氨基酸品質的新方法。

e.微生物法：喬明珩[26]采用少孢根霉SPT菌株添加生長促進劑Rn，用固體發(fā)酵工藝制成脫臭蠶蛹粉。由此分離制備脫臭蠶蛹蛋白和脫臭蠶蛹油。微生物脫臭法較好的保存了蠶蛹原有的營養(yǎng)價值，為蠶蛹的高值綜合開發(fā)利用提供了一條切實可行的新途徑。

3.2 蠶蛹脫色

蠶蛹自身的顏色也是限制其在各行業(yè)應用的因素之一，常用蠶蛹脫色的方法有：氧化脫色法、吸附脫色法和蛋白質修飾法。氧化脫色法用H2O2對蠶蛹漂白達到脫色的效果[27]。吸附脫色法，活性炭用量以5%為宜，在50℃左右，調節(jié)pH為8～9，脫色時間30min，脫色效果較好，用量過多會對產物造成損失。周小華等[28]發(fā)現(xiàn)蠶蛹褐變可能是由于賴氨酸的氨基與氨基葡萄糖發(fā)生了美拉德反應，故在實驗中采用乙酸酐和硫酸鋯對賴氨酸的氨基進行修飾已達到脫色的效果。

4 有效成分的功能性及資源化利用技術

4.1 蠶蛹蛋白的功能性及資源化利用

蠶蛹蛋白水解多肽具有很高的抗氧化活性，對自由基有較強的清除能力，能夠降低血清膽固醇，增加機體抗疲勞能力[29－30]。同時具有降血壓的作用，能夠抑制阻礙ACE酶化水解血管緊張素I成為血管緊張素Ⅱ。此外，在增強非特異性免疫、抗腫瘤、促進脂肪代謝等方面也有一定功效[31]。

蠶蛹蛋白應用于食品領域中，可以制做各類蠶蛹蛋白營養(yǎng)品、運動飲料[32]，用作食品添加劑等；將蠶蛹蛋白水解液制成多肽、氨基酸類膠囊、口服液[33]等用于醫(yī)藥領域有很大的研究價值；在工業(yè)領域蠶蛹蛋白應用十分廣泛，主要有開發(fā)蠶蛹蛋白纖維制作內衣和運動服，制備蠶蛹蛋白類表面活性劑[34]用作化妝品、皮革、紡織、染整等，也可加工蛋白類粘膠劑；同時，蠶蛹蛋白還可以用作生物反應器[35]和生物培養(yǎng)基[36]。

4.2 蠶蛹油的功能性及資源化利用

蠶蛹油富含脂肪酸，特別是油酸、亞油酸和亞麻酸等多種人體必需的不飽和脂肪酸，具有很高的營養(yǎng)價值，可以精制為食用油、微膠囊蛹油顆粒[37]以及加工為具有藥用價值的營養(yǎng)品。油酸能有效地降低體內的LDL（低密度膽固醇），具有預防動脈硬化的效果；亞油酸可以在體內轉化后合成前列腺素，可用于治療心血管疾病和預防心肌梗死。而α－亞麻酸具有降血脂、降血壓和抗癌等多種生物活性[38－40]。

目前，人們已經利用蠶蛹油生產出了營養(yǎng)醬油[41]，拓寬了僅以傳統(tǒng)的發(fā)酵法獲得醬油等的局面；并用蠶蛹油中亞油酸制成的“肝脈樂”，治療肝炎、動脈硬化、高血脂癥，也能夠生產抗血脂藥物—亞麻酸助劑；此外蠶蛹油還可分離高級脂肪酸，并可加工高級潤滑油、肥皂、甘油、磺化蛹油、環(huán)氧蛹油、聚酰胺、蛹油磷脂等。

4.3 蠶蛹甲殼素的功能性及資源化利用

甲殼素被確認為人體除蛋白質、脂肪、糖類、纖維素、礦物質之外的第六生命要素。甲殼素及其衍生物殼聚糖都具有免疫活性[42]，抗自由基的能力[43]且其具有清除力隨甲殼素脫乙酰度的增加而增強、抗腫瘤和無毒、耐高溫等優(yōu)點。其中，衍生物—殼聚糖具有更好的生物相容性，可用于制作人造皮膚和人造血管等；同時，還可制成外科手術縫合線，這種手術線是生物可降解的材料，可免除病人拆線的痛苦[44]。用甲殼素經鹽酸水解制成的D－氨基葡萄糖鹽酸鹽，是合成抗癌新藥氯脲霉素的主要原料，也是治療關節(jié)病的藥物和抗生素增效劑[45－46]。此外，殼聚糖還可以用作食品防腐劑、果蔬保鮮劑、液體澄清劑、金屬螯合劑等[47]。

5 展望

蠶蛹具有很高的開發(fā)利用價值和廣泛的應用途徑。隨著科學技術的發(fā)展，蠶蛹資源的綜合利用已經日益受到社會的重視，其研究開發(fā)內容涉及醫(yī)療、化工、食品、環(huán)保、生物等有關學科和專業(yè)。但目前，我國對蠶蛹資源的開發(fā)尚未實現(xiàn)產業(yè)化生產。究其原因主要有兩個方面：首先是蠶蛹在貯存過程中容易發(fā)生褐變及產生異味物質，導致蠶蛹的營養(yǎng)成分流失，品質下降；其次是目前蠶蛹相關加工產品的生產工藝單一，生產效率低，無法提高蠶蛹的附加值，經濟效益低下。其中，蠶蛹的在貯存過程中的質量變化是阻礙其工業(yè)化加工的關鍵因素，因此，對蠶蛹的開發(fā)利用不僅要著重于對深加工技術的研發(fā)，更要重視蠶蛹產品存儲新技術研究和監(jiān)控儲存期品質變化的技術創(chuàng)新，也要加強對蠶蛹從絲綢加工企業(yè)到蠶蛹資源開發(fā)企業(yè)的物流過程監(jiān)控，重視企業(yè)之間的合作，依靠生物技術和新型分離技術，更好地開發(fā)利用蠶蛹的營養(yǎng)成分，形成完整的產業(yè)化生產結構鏈。

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Research status of resource utilization and development for silkworm pupa

MA Lin-lin1，QIANG Xi-huai1，*，XI Xing-hang2
（1.College of Resource and Environment，Shaanxi University of Science＆Technology，Xi’an 710021，China；
2.Chongqing Hangfan Silk Development Co.，Ltd.，Chongqing 400038，China）

The chemical composition of silkworm pupa was outlined.The extraction and refining technology of effective ingredients such as pupa protein，pupa oil and pupa chitin were introduced in detail.Meanwhile，it was deeply discussed about the physiological function of silkworm pupa effective ingredients and the development prospects and utilization status of related products which were widely used in food，medicine，chemical，biological or other areas.Finally，the problems and solutions that existed in the resource utilization of silkworm pupa were put forward as a theoretical basis to realize the industrialization of silkworm utilization.

silkworm pupa；pupa oil；pupa protein；pupa chitin；resource utilization

TS201.2+1

A

1002－0306（2012）20－0394－04

2012－05－28 *通訊聯(lián)系人

馬林林（1987－），女，在讀研究生，研究方向：蛋白質陽離子化改性。

陜西科技大學科研創(chuàng)新團隊（TD09－04）；陜西科技大學博士科研啟動基金（BJ09－15）。