蠶蛹氨基酸制備工藝與應(yīng)用研究進(jìn)展

張婧婕，韓迪，何曉葉，劉芯鑰，王靖

摘要：目的：通過對(duì)蠶蛹氨基酸的制備提取工藝、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、功能及應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述，為蠶蛹氨基酸資源的進(jìn)一步開發(fā)利用提供參考。方法：總結(jié)文獻(xiàn)、書籍中有關(guān)蠶蛹氨基酸制備工藝、營(yíng)養(yǎng)功能及應(yīng)用研究的相關(guān)信息。結(jié)果：我國(guó)蠶蛹資源豐富，蠶蛹氨基酸種類齊全，數(shù)量充足，比例適當(dāng)，具有增強(qiáng)免疫力等功效;酸水解法和酶水解法制備蠶蛹氨基酸優(yōu)缺點(diǎn)各異。結(jié)論：蠶蛹氨基酸原料來源豐富，易于制備，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，市場(chǎng)前景良好。

關(guān)鍵詞：蠶蛹氨基酸;提取工藝;營(yíng)養(yǎng)價(jià)值;應(yīng)用進(jìn)展

我國(guó)是世界上最大的蠶繭生產(chǎn)國(guó)，蠶蛹資源豐富，2010—2017年我國(guó)蠶繭產(chǎn)量連續(xù)8年保持在60萬t以上，折合干蠶蛹產(chǎn)量10萬t[1-3]。20世紀(jì)50年代，我國(guó)科學(xué)家蔣猷龍發(fā)表論文[4]，首次提到蠶蛹蛋白含量豐富，氨基酸均衡。隨后，科學(xué)家展開了進(jìn)一步研究，采用鹽酸水解法和酶解法制備蠶蛹水解氨基酸，并分離蠶蛹中不同氨基酸，進(jìn)行功效評(píng)價(jià)。20世紀(jì)80年代至今，蠶蛹被列為普通食品管理，蠶蛹水解氨基酸被廣泛應(yīng)用于普通食品、保健食品、藥品和日用品中。

1蠶蛹氨基酸的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

蠶蛹中含有豐富的蛋白質(zhì)，占干蛹質(zhì)量的45%～50%，蠶蛹蛋白的分子量75k～375kDa，主要為優(yōu)質(zhì)球蛋白。蠶蛹蛋白質(zhì)經(jīng)酸水解后其必需氨基酸數(shù)量充足，組成比例較為合理，其必需氨基酸含量達(dá)40%以上，符合FAO/WHO建議的人體必需氨基酸模式，必需氨基酸/非必需氨基酸約為0.82，大于FAO/WHO推薦的0.6[5-6]。采用28 h生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)和5 h代謝實(shí)驗(yàn)，對(duì)蠶蛹蛋白質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，并與酪蛋白進(jìn)行比較研究，結(jié)果表明：蠶蛹蛋白質(zhì)在大鼠體內(nèi)消化吸收好，并可明顯促進(jìn)動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育和維持氮代謝平衡。蠶蛹蛋白質(zhì)的食物利用率、生物價(jià)、蛋白質(zhì)凈利用率、蛋白質(zhì)功效比值等評(píng)價(jià)指標(biāo)，均與酪蛋白相接近。因此，蠶蛹蛋白質(zhì)是一種天然的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)[7-8]。蛋白質(zhì)被機(jī)體吸收利用的越多，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也越高，因此，將蠶蛹氨基酸直接作為食品原料，制作成膠囊、口服液、粉劑等供特殊人群服用，可增加機(jī)體的蛋白利用率，同時(shí)消除氨基酸輸液的不便，滿足特殊人群的營(yíng)養(yǎng)健康需求。此外，蠶蛹及蠶蛹蛋白具有致敏性，蠶蛹蛋白的過敏原主要包括卵黃原蛋白、熱休克蛋白、胰凝乳蛋白酶抑制劑、丙糖磷酸鹽異構(gòu)酶、30K家族蛋白、硫醇過氧化還原酶、化學(xué)感受蛋白、幾丁質(zhì)酶、表皮蛋白、LOC蛋白、副肌球蛋白和27 kDa血淋巴糖蛋白等。部分人食用蠶蛹蛋白后會(huì)出現(xiàn)頭暈、惡心、嘔吐等不良反應(yīng)，甚至?xí)霈F(xiàn)直接休克的嚴(yán)重致敏反應(yīng)，嚴(yán)重限制了蠶蛹及蠶蛹蛋白的應(yīng)用[9]。將蠶蛹蛋白完全水解成氨基酸后進(jìn)行服用，可在有效補(bǔ)充氨基酸的同時(shí)，明顯減少過敏反應(yīng)的發(fā)生率。

2蠶蛹氨基酸提取制備方法

蠶蛹在干、鮮的情況下都可提取氨基酸。提取之前一般先進(jìn)行脫脂提油，不僅脫脂后制備得到的蠶蛹氨基酸產(chǎn)物純度更高，蠶蛹油也可進(jìn)一步作為工業(yè)原料加以利用[10-12]（圖1）。

2.1早期蠶蛹氨基酸提取方法

1978年，李政[13-14]首次在文獻(xiàn)中采用鹽酸水解法檢測(cè)蠶蛹中各種氨基酸含量，明確蠶蛹中含有人體營(yíng)養(yǎng)所必需的8種氨基酸，可用于臨床營(yíng)養(yǎng)干預(yù)。隨后，我國(guó)學(xué)者對(duì)蠶蛹氨基酸提取工藝展開了研究，提出了堿水解法、酸水解法和酶解法等蠶蛹氨基酸制備方法。1979年，黃自然等[15]發(fā)現(xiàn)，采用蠶蛹脫脂→堿解→蠶蛹蛋白→硫酸水解→濃縮→陽離子樹脂交換→氨水洗脫→濃縮→活性炭脫色等步驟，可制備蠶蛹氨基酸。1983年，肖崇厚等[16]首次提出利用鹽酸水解法從脫脂蠶蛹中直接制備蠶蛹氨基酸，并對(duì)脫色工藝進(jìn)行了研究，提取步驟包括蠶蛹→脫脂→6N HCl水解→減壓濃縮→活性炭脫色→陽離子交換樹脂分離提純→氨水洗脫→減壓濃縮結(jié)晶→蠶蛹氨基酸等。1985年，熊國(guó)華等[17]在此基礎(chǔ)上提出采用酶解法制備蠶蛹水解氨基酸，具體步驟包括蠶蛹→脫脂→干燥→粉碎→酶解→滅酶→離心去殘?jiān)x子交換樹脂除臭→洗脫→濃縮→干燥→蠶蛹氨基酸等，可最大程度保留色氨酸。氨基酸對(duì)蛋白質(zhì)的收率可達(dá)44%以上。

2.2當(dāng)前蠶蛹氨基酸實(shí)際提取工藝

科研人員對(duì)蠶蛹氨基酸制備方法進(jìn)行研究和優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)堿水解法對(duì)容器有較大的損害，現(xiàn)已較少使用;鹽酸水解法易產(chǎn)生3-氯-1，2-丙二醇等有害產(chǎn)物，因此通過控制鹽酸用量、降低水解溫度等方式降低有害產(chǎn)物的產(chǎn)量;湖州新天絲生物有限公司發(fā)明了硫酸水解法，進(jìn)而避免產(chǎn)生3-氯-1，2-丙二醇[18-19];為增加氨基酸收率，進(jìn)一步優(yōu)化酶解方法，采用復(fù)合蛋白酶或酶-酸兩步水解法進(jìn)行水解[20-26]。目前實(shí)際生產(chǎn)中常用的蠶蛹氨基酸的制備工藝包括酸水解法和酶解法，其中酸水解法包括硫酸水解法和鹽酸水解法。

2.2.1鹽酸水解法工藝流程簡(jiǎn)圖及工藝關(guān)鍵點(diǎn)鹽酸水解法制備蠶蛹氨基酸包括脫脂、洗料、干燥、粉碎、過濾、水解、除酸、脫色脫臭等步驟[27]（圖2），其中脫脂和水解為關(guān)鍵步驟。原料脫脂后含脂量、鹽酸濃度、鹽酸加入量、水解溫度、壓力、水解時(shí)間對(duì)最終的水解程度和3-氯-1，2-丙二醇生成量有明顯影響。趙鐘興等[28]采用響應(yīng)面法優(yōu)化蠶蛹粕酸水解制備復(fù)合氨基酸工藝，發(fā)現(xiàn)在水解溫度105℃、鹽酸濃度5.1 mol/L、固液比1∶7.6、反應(yīng)時(shí)間14 h的條件下，可產(chǎn)物水解度較高，同時(shí)節(jié)省鹽酸消耗。呂秋楠等[27]采用正交試驗(yàn)優(yōu)選鹽酸水解法工藝條件，結(jié)果顯示，固液比1∶6、鹽酸濃度6 mol/L、水解溫度103℃、水解時(shí)間18 h為最佳工藝條件，復(fù)合氨基酸收率為31.62%。

2.2.2硫酸水解法工藝流程簡(jiǎn)圖及工藝關(guān)鍵點(diǎn)硫酸水解法制備蠶蛹氨基酸包括脫脂、水解、過濾、脫色等步驟（圖3），其中水解為關(guān)鍵步驟，硫酸濃度、加入量、水解條件對(duì)最終的水解程度和蠶蛹水解氨基酸純度有明顯影響。徐彭等[18]指出，硫酸水解法制備蠶蛹氨基酸，因硫酸無揮發(fā)性，不會(huì)污染環(huán)境和周圍設(shè)備;且硫酸有助于除去鉛等重金屬離子，除酸的同時(shí)也可同時(shí)除去大量硫酸根，有效地簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝。

2.2.3酶解法工藝流程簡(jiǎn)圖及工藝關(guān)鍵點(diǎn)酶解法制備蠶蛹氨基酸包括脫脂、酶解、滅酶、膜過濾/精制、脫色、干燥等步驟（圖4），其中酶解和膜過濾/精制為關(guān)鍵步驟，蛋白酶種類、加入量、酶解條件對(duì)最終的水解程度和蠶蛹水解氨基酸純度有影響。膜過濾/精制步驟則會(huì)顯著影響蠶蛹氨基酸粉中的分子量分布和氨基酸收率。于小磊等[29]發(fā)現(xiàn)，采用胰蛋白酶和木瓜蛋白酶的雙酶水解方法，可有效提高酶解液中氨基酸態(tài)氮含量，提高蠶蛹氨基酸產(chǎn)量。王金華等[20-21]發(fā)現(xiàn)，將纖維素酶與木瓜蛋白酶聯(lián)合應(yīng)用，相比于木瓜蛋白酶單獨(dú)使用，可顯著提高蠶蛹酶解液中氨基酸態(tài)氮含量，且其作用效果與酶的加入順序相關(guān)。蔣先明等[24]將木瓜蛋白酶與酸水解聯(lián)合應(yīng)用制備蠶蛹氨基酸，與單純酶解（水解時(shí)間48 h）或酸水解（水解時(shí)間24 h）相比，水解時(shí)間分別縮短了2/3和1/3，且后續(xù)處理相對(duì)簡(jiǎn)化，能耗降低，產(chǎn)物中游離氨基酸含量為47.9%。

3蠶蛹氨基酸生物學(xué)功能

蠶蛹氨基酸干預(yù)可明顯改善大鼠營(yíng)養(yǎng)狀況。施覺民等[30]研究發(fā)現(xiàn)，蠶蛹氨基酸顯著提高大鼠血清總蛋白和血紅蛋白含量。浦錦寶等[31-33]采用營(yíng)養(yǎng)不良大鼠模型和外傷大鼠模型進(jìn)行研究，結(jié)果顯示，蠶蛹復(fù)合氨基酸能顯著加快營(yíng)養(yǎng)不良大鼠體重恢復(fù)，糾正大鼠負(fù)氮平衡，增進(jìn)造血功能;此外，還可顯著提高抗氧化能力，明顯促進(jìn)外傷大鼠創(chuàng)口愈合。此外，蠶蛹氨基酸可顯著增強(qiáng)免疫力。浦錦寶等[32]發(fā)現(xiàn)，蠶蛹氨基酸125、250、500 mg/kg灌胃劑量能明顯提高營(yíng)養(yǎng)不良大鼠脾臟及胸腺系數(shù)。尹武英等[34]證實(shí)，給免疫力低下小鼠灌胃不同劑量蠶蛹氨基酸，干預(yù)13 d后，小鼠脾臟和胸腺重量均極顯著高于免疫功能低下的模型組。蠶蛹氨基酸2 000 mg /kg干預(yù)組小鼠與對(duì)照組比較，DTH和血清抗體滴度均有明顯提高;蠶蛹氨基酸5 000 mg /kg干預(yù)組小鼠外周血單核吞噬細(xì)胞碳粒廓清的能力顯著增強(qiáng)。湛孝東等[35-36]采用MTT法、Hochest 33258染色和流式細(xì)胞術(shù)等方法研究發(fā)現(xiàn)，蠶蛹氨基酸在體外呈劑量依賴性顯著抑制人肝癌細(xì)胞SMMC-7721和Hep G2.2.15的生長(zhǎng)，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。劉彧宏等[37]將蠶蛹氨基酸應(yīng)用于微小殘留白血病模型小鼠，發(fā)現(xiàn)蠶蛹氨基酸24 mg/d能夠顯著提高微小殘留白血病模型小鼠的免疫功能，改善T細(xì)胞亞群紊亂，提高NK細(xì)胞活性，有效地延長(zhǎng)微小殘留白血病模型小鼠的生存期。

進(jìn)一步將蠶蛹氨基酸應(yīng)用于臨床試驗(yàn)，研究結(jié)果顯示，蠶蛹氨基酸可明顯改善患者營(yíng)養(yǎng)健康狀況。黃自然等[15]將采用蠶蛹制備并純化、調(diào)配后的氨基酸注射液用于78例內(nèi)科嚴(yán)重感染、長(zhǎng)期脫水、大面積燒傷、手術(shù)前后搶救及晚期癌癥等患者，除極個(gè)別患者外，效果良好。魏克民等[38-40]將蠶蛹氨基酸制成膠囊應(yīng)用于120位患者，明顯改善患者因各種慢性消耗性疾病、腫瘤化療、放療后和大手術(shù)后所致的營(yíng)養(yǎng)不良、貧血、低蛋白血癥，總有效率達(dá)97.5%，且無任何毒副不良反應(yīng)，服用安全。

4蠶蛹氨基酸的應(yīng)用及展望

如今，蠶蛹氨基酸被應(yīng)用于氨基酸營(yíng)養(yǎng)素飲料、固體飲料、營(yíng)養(yǎng)粉等多種普通食品;國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局官網(wǎng)資料顯示，目前已獲批的以蠶蛹氨基酸為原料的保健食品共13種，其中單方保健食品6種，包含膠囊、片劑和口服液多種劑型。

蠶蛹氨基酸原料來源豐富，易于制備，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，市場(chǎng)前景良好，但蠶蛹氨基酸廣泛應(yīng)用仍面臨一系列挑戰(zhàn)，包括缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生環(huán)境污染、蠶蛹特殊氣味不易去除等。未來，還需要在蠶蛹氨基酸的制備、加工工藝等方面進(jìn)行優(yōu)化，以便進(jìn)一步拓展蠶蛹氨基酸應(yīng)用范圍。

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Research Progress on Preparation Technology and Application of Silkworm Pupa Amino Acids

ZHANG Jing-jie，HAN Di，HE Xiao-ye，LIU Xin-yue，WANG Jing

（Institute of Food and Nutrition Development，Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Beijing 100081，China）

ObjectiveTo review the preparation and extraction process， nutritional value， function and application progress of amino acids in silkworm chrysalis to provide reference for the further development and utilization of amino acid resources in silkworm chrysalis. MethodThe information from literatures and books on the preparation technology， nutritional function and application of amino acids in silkworm chrysalis were summarized. ResultChina is rich in silkworm chrysalis resources. Silkworm chrysalis has a complete variety of amino acids with sufficient quantity and appropriate proportion. The amino acids of silkworm pupa have shown the functions of enhancing immunity. Both the acid hydrolysis and enzymatic hydrolysis have been used to extract amino acids from silkworm chrysalis.ConclusionThere are rich silkworm chrysalis resources in China. The amino acids of silkworm pupa are easy to prepare with high nutritional value， and therefore have a good market prospect.

Keywords：silkworm pupa amino acids;extraction process;nutritional value;application progress