黃粉蟲蛋白資源的利用研究概況

李漸鵬，徐同成，鞏東營(yíng)，鄧 鵬，杜方嶺，邱 斌

(1山東創(chuàng)新源農(nóng)業(yè)技術(shù)開發(fā)有限公司，濟(jì)南 250100;2山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品研究所，濟(jì)南 250100)

隨著世界人口的日益增長(zhǎng)，蛋白質(zhì)需求也相應(yīng)增加。昆蟲是地球上最大的生物物種，具有蛋白質(zhì)含量高的特點(diǎn)，用途廣泛，易于工業(yè)化生產(chǎn)，被認(rèn)為是發(fā)展最具潛力的動(dòng)物性蛋白源。

1 黃粉蟲蛋白的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及食用安全性

黃粉蟲，又稱黃粉甲，屬昆蟲綱［1］，分布廣泛，一年能產(chǎn)一代或兩代［2］。黃粉蟲有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，其主要營(yíng)養(yǎng)成分是蛋白質(zhì)［3］，能夠補(bǔ)充人體蛋白質(zhì)攝取不足，還具有滋補(bǔ)強(qiáng)身和營(yíng)養(yǎng)保健功能［4］。

1.1 黃粉蟲蛋白肽

生物活性肽是一種特殊的蛋白質(zhì)片段，對(duì)機(jī)體狀態(tài)有積極的作用［5］。黃粉蟲蛋白肽按保健功能一般可分為抗氧化活性肽、抗腫瘤肽、降血壓肽、抗菌肽、神經(jīng)活性肽等。抗氧化活性肽可以抑制體內(nèi)脂肪酸敗。研究表明，黃粉蟲蛋白肽具有抗氧化性。何桂梅［6］研究發(fā)現(xiàn)，黃粉蟲多肽組分S2-1 和S2-2 對(duì)·OH 有較高的清除率。抗菌肽是一種蛋白，對(duì)病毒有明顯的殺滅作用，對(duì)正常人體淋巴細(xì)胞沒(méi)有任何不利影響，抗菌肽無(wú)致畸變，不易產(chǎn)生抗藥性，其效果優(yōu)于目前使用的腫瘤化療藥物［7］。對(duì)黃粉蟲幼蟲抗菌肽的研究越來(lái)越多。韓潤(rùn)林［8］、吳福中［9］誘導(dǎo)黃粉蟲獲得了抗菌肽。降血壓肽能夠抑制血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE)活性，是血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑。黃粉蟲蛋白水解得到Peak 2 組分更適合用來(lái)制備ACE 抑制肽［10］?；钚噪倪€具有抗腫瘤活性，抗腫瘤肽抑制腫瘤生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移主要是通過(guò)提高機(jī)體的免疫反應(yīng)［11］。目前在國(guó)外已有抗腫瘤的蛋白多肽類藥物［12］，劉顏崗［13］從黃粉蟲幼蟲體內(nèi)也分離純化得到了抗腫瘤肽。

1.2 黃粉蟲蛋白的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

蛋白質(zhì)和脂肪是黃粉蟲主要成分，并且蛋白質(zhì)含量很高。黃粉蟲蛋白質(zhì)是優(yōu)質(zhì)的全價(jià)蛋白［14］，不同生長(zhǎng)階段的黃粉蟲蛋白質(zhì)占干重的比值都不相同。黃粉蟲的代謝產(chǎn)物具有較高的營(yíng)養(yǎng)［6］，可作為雞或魚的再生飼料加以利用。

1.3 黃粉蟲蛋白的食用安全性

黃粉蟲的食用安全性問(wèn)題是當(dāng)前學(xué)科研究的重點(diǎn)。飼料對(duì)黃粉蟲幼蟲有一定的毒性作用［15］。但陳彤等［16］研究表明，黃粉蟲蛋白粉無(wú)毒性，黃粉蟲毒素主要來(lái)源消化道和部分腺體的分泌物。因此，只要加工食品前刺激蟲體分泌雜物，進(jìn)行徹底排毒或經(jīng)嚴(yán)格清雜技術(shù)處理后即可安全食用。

2 黃粉蟲蛋白提取和含量測(cè)定

2.1 提取方法

20 世紀(jì)60年代，有機(jī)溶劑提純是主要的方法，雖然產(chǎn)量較高，但對(duì)氨基酸破壞大，因此很多學(xué)者不斷改進(jìn)了蛋白的提取工藝。目前提取方法主要有堿提取法、鹽提取法、蛋白酶提取法。冀憲領(lǐng)等［17］研究了堿提法提取蟲蛋白的適宜條件。胡容學(xué)［18］以脫脂黃粉蟲為原料，采用鹽析法沉淀蛋白，提取得率為77.8%。生物活性酶對(duì)黃粉蟲蛋白有較好的水解效果［19］。李維勝［20］研究了用木瓜蛋白酶水解黃粉蟲蛋白。盧文靜［21］用胰蛋白酶制備黃粉蟲多肽。代春華［22］從6 種蛋白酶中篩選出Alcalase 水解脫脂黃粉蟲幼蟲蛋白，蛋白水解率都比較高。僅憑一種酶很難達(dá)到預(yù)期效果，采用復(fù)合酶法水解黃粉蟲蛋白是當(dāng)前研究較多的內(nèi)容，并制得了具有各種生理活性的多肽。胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶復(fù)合［23］、堿性蛋白酶和胰蛋白酶復(fù)合［6］、胰蛋白酶與堿性蛋白酶復(fù)合［24］水解黃粉蟲蛋白效果都更好。

2.2 黃粉蟲各種提取方法的比較

有機(jī)溶劑提純時(shí)產(chǎn)量較高，但對(duì)氨基酸破壞大。堿提法因熱堿提取易引起蛋白質(zhì)變性。非溶劑法提純，難以解決脫色、除臭等問(wèn)題［25］。鹽析法制得的蛋白活性較高，但離子強(qiáng)度過(guò)大會(huì)降低蛋白提取率。酶法制備生物活性肽具有很高的安全性，另外復(fù)合蛋白酶水解黃粉蟲蛋白效果比單酶水解效果好［26］。劉懷如［27］研究發(fā)現(xiàn)，酶法提取出的蛋白粉中氨基酸的含量比堿法提取含量高。冀憲領(lǐng)等［17］研究表明，鹽提法優(yōu)于堿提法。仲義等［28］研究表明，胰蛋白酶提蛋白法比堿提蛋白法蛋白得率高。當(dāng)以鮮蟲為基質(zhì)提取蛋白質(zhì)時(shí)，胰蛋白酶提法與堿提法提取蛋白得率差異不大;而以干蟲為基質(zhì)提取蛋白質(zhì)時(shí)，胰蛋白酶提蛋白法與堿提法差異極顯著［27］。由此可見(jiàn)，不同蟲態(tài)不同基質(zhì)，最佳的蛋白提取方法也有所差異。

2.3 蛋白肽分離提純

近年來(lái)，黃粉蟲多肽分離純化方法主要有超濾、高效液相色譜、凝膠過(guò)濾層析、離子交換層析等。將幾種方法結(jié)合，能達(dá)到更好的分離效果。張莉莎［24］對(duì)蛋白酶解產(chǎn)物進(jìn)行葡聚糖SephadexG-25 凝膠柱層析和陽(yáng)陰離子交換柱層析分離純化。何桂梅［6］通過(guò)Sephadex G-25葡聚糖凝膠色譜和DEAE Sepharose F.F.離子交換層析，制得多肽組分S2-1 和S2-2。

3 黃粉蟲蛋白的開發(fā)利用

3.1 黃粉蟲蛋白飼用價(jià)值

黃粉蟲蛋白質(zhì)含量高，氨基酸比例合理，具有較高的飼用價(jià)值。鄧青云［29］在蛋雞飼料中添加黃粉蟲蛋白飼料，蛋雞的產(chǎn)蛋率提高5.06%、蛋的重量增加12.4%、凈增效益提高32.12%，顯著提高經(jīng)濟(jì)效益。在飼料中添加黃粉蟲蛋白粉飼喂特種水產(chǎn)動(dòng)物不僅可以促進(jìn)魚的生長(zhǎng)，還能增加其免疫力，提高抗病性［30］。

3.2 黃粉蟲蛋白食用價(jià)值

黃粉蟲蛋白質(zhì)是優(yōu)質(zhì)的全價(jià)蛋白［14］。黃粉蟲的幼蟲經(jīng)初加工可直接食用，經(jīng)調(diào)味加工也可制成罐頭［19］。黃粉蟲蛋白經(jīng)過(guò)酶解制得黃粉蟲氨基酸營(yíng)養(yǎng)液［31］，黃粉蟲蟲漿經(jīng)過(guò)發(fā)酵制得黃粉蟲酸奶，這類蛋白產(chǎn)品越來(lái)越受到歡迎。

3.3 黃粉蟲蛋白醫(yī)用保健價(jià)值

黃粉蟲蛋白藥用價(jià)值已陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，飼喂黃粉蟲蛋白可增加小鼠免疫器官重量、刺激B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生抗體、激活單核—巨噬細(xì)胞功能增強(qiáng)、提高機(jī)體免疫力［32］，并且能夠促進(jìn)生長(zhǎng)。黃粉蟲幼蟲蛋白粉濾液具有較好的降低血脂及促進(jìn)膽固醇代謝的功能。黃粉蟲蛋白提取物含有豐富的抗凝和纖溶成分，使其成為開發(fā)溶栓藥物的良好藥源［33］。

4 存在問(wèn)題與發(fā)展對(duì)策

4.1 存在問(wèn)題

雖然黃粉蟲蛋白資源的利用歷史較長(zhǎng)，但是它仍面臨著許多問(wèn)題，如基礎(chǔ)研究薄弱、產(chǎn)業(yè)化程度低、營(yíng)養(yǎng)配比不合理且缺乏相應(yīng)的科技協(xié)調(diào)。因此，進(jìn)一步開發(fā)利用蛋白還需要許多措施來(lái)完善。

4.2 發(fā)展對(duì)策

通過(guò)不同階段蟲態(tài)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、毒理實(shí)驗(yàn)和安全性評(píng)價(jià)等綜合性分析，為黃粉蟲蛋白的精深加工提供理論依據(jù)。雖然研究了一些抗腫瘤、抗血壓、抗膽固醇、抗氧化等蛋白肽，但具體的作用機(jī)理仍然不是很清楚，有待研究。進(jìn)一步改善飲食觀念，消除人們對(duì)食用昆蟲的偏見(jiàn)，積極利用黃粉蟲資源作為食物和蛋白質(zhì)的來(lái)源。

5 結(jié)論

黃粉蟲蛋白是一個(gè)新興的、具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ牡鞍踪Y源。黃粉蟲的蛋白含量高、氨基酸配比合理，營(yíng)養(yǎng)豐富。通過(guò)綜合研究開發(fā)，有望使黃粉蟲蛋白在食品、醫(yī)藥、飼料等方面發(fā)揮出更大的作用。

［1］王文亮，孫愛(ài)東.提高黃粉蟲蛋白質(zhì)水解率的研究［J］.食品發(fā)酵與工業(yè)，2006，32(3):145-146.

［2］Metcalf C L，F(xiàn)lint W P.Destructive and Useful Insects［M］.4th Edn.Toronto:McGraw Hill，1962:1099-1100.

［3］Guevara O L，et al.Amino acid determination in some edible Mexican insects ［J］.Amino Acids，1995，9(2):161-173.

［4］Tang Q F，Dai Y，Liu X L.Immunomodulatory effect of the larvae of yellow mealworm ［M］.2010.

［5］Kitts D D，et al.Bioactive proteins and peptides from food sources.Applications of bioprocesses used in isolation and recovery ［J］.Current Pharmaceutical Design，2003，9(16):1309-1323.

［6］何桂梅.黃粉蟲蛋白分類提取水解純化及其抗氧化活性研究［D］.楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué)，2010.

［7］王雷，嚴(yán)善春.蠅類開發(fā)與利用［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，32(6):97-98.

［8］韓潤(rùn)林，等.黃粉蟲幼蟲抗菌肽的誘導(dǎo)及其抗菌活性的初步研究［J］.內(nèi)蒙古農(nóng)牧學(xué)院學(xué)報(bào)，1998，19(3):114-117.

［9］吳福中，林華峰.中國(guó)黃粉蟲產(chǎn)品開發(fā)利用的現(xiàn)狀及其對(duì)策［J］.有機(jī)農(nóng)業(yè)與食品科學(xué)，2005，21(8):72-73.

［10］代春華，等.黃粉蟲幼蟲粉水解及體外抗氧化性研究［J］.中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2009，24 (12):118-123.

［11］李海，等.抗腫瘤肽的研究進(jìn)展［J］.實(shí)用腫瘤雜志，2008，23(6):578-581.

［12］Folkman J.Antiang iogenesis in cancer therapy endostatin and its mechanisms of action ［J］.Experimental Cell Research，2006，312(5):594-607.

［13］劉顏崗，程璟俠，趙瑞君，樊宏英.黃粉蟲幼蟲抗腫瘤細(xì)胞K562 抗菌肽的分離純化［J］.中國(guó)媒介生物學(xué)及控制雜志，2009，20(6):565-568.

［14］趙大軍，馬勇.黃粉蟲系列食品的開發(fā)應(yīng)用研究［J］.食品工業(yè)科技，2006，27(9):167-168.

［15］Audas A，Hogan G R，Razniak H J.Incubation temperature as a modifying factor on survival of Tenebrio molitor reared in Se-containing media ［J］.Journal of Toxicology and Environmental Health，1995，44(1):115-122.

［16］陳彤，王克.黃粉蟲等昆蟲的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與食用性研究［J］.西北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，25(4):78-82.

［17］冀憲領(lǐng)，蓋英萍.黃粉蟲蛋白質(zhì)的提取工藝研究［J］.食品科技，2000，5:24-25.

［18］胡榮學(xué)，王成忠，于功明.酶法制備黃粉蟲蛋白粉工藝研究［J］.中國(guó)釀造，2008，24(201):94-96.

［19］王文亮，孫守義，王守經(jīng).中國(guó)黃粉蟲食品研究開發(fā)現(xiàn)狀及發(fā)展前景［J］.世界農(nóng)業(yè)，2007，341:51-52.

［20］李維勝，等.于桂香木瓜蛋白酶水解黃粉蟲蛋白提取氨基酸工藝條件優(yōu)化的研究［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2007，4:107-108.

［21］盧文靜，韓濤.黃粉蟲胰蛋白酶酶解工藝的研究［J］.北京農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，27(4):77-79.

［22］代春華.黃粉蟲幼蟲蛋白酶解制備降血壓肽的研究［D］.無(wú)錫:江南大學(xué)，2012.

［23］王文亮，孫愛(ài)東.胰蛋白酶水解黃粉蟲蛋白工藝條件的優(yōu)化［J］.食品發(fā)酵與工業(yè)，2005，31(10):160-162.

［24］張莉莎，等.雙酶水解黃粉蟲蛋白制備生物活性肽的工藝優(yōu)化［J］.西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，37(2):166-167.

［25］Kigawa T，et al.Preparation of Escherichia coli cell extract for highly productive cell-free protein expression ［J］.Journal of Structural and Functional Genomics，2004，5(2):63-68.

［26］羅贊，等.黃粉蟲蛋白質(zhì)酶法提取的研究［J］.農(nóng)產(chǎn)品加工，2009，4:68-71.

［27］劉懷如，等.黃粉蟲有效物質(zhì)的綜合提取及提取方法的比較［J］.昆蟲知識(shí)，2003，40(4):362-365.

［28］仲義，等.不同方法提取昆蟲蛋白質(zhì)效果比較［J］.吉林農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，34(3):58-64.

［29］鄧青云，姜益泉，李國(guó)元.昆蟲蛋白飼料對(duì)蛋雞產(chǎn)蛋效果研究［J］.畜禽業(yè)，2008，10(234):19-20.

［30］陳惠娟，廖森泰，劉吉平.昆蟲蛋白資源的利用研究概況［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，19:105-108.

［31］杜方嶺.黃粉蟲氨基酸口服液的工藝研究及口感調(diào)配［J］.山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，9:94-95.

［32］李奕冉，等.黃粉蟲蛋白對(duì)小鼠免疫影響的試驗(yàn)研究［J］.中國(guó)實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志，2010，16(15):87-89.

［33］陳雅雄，等.黃粉蟲蛋白提取物纖溶活性及性質(zhì)研究［J］.時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥，2011，22(1):169-171.