黃粉蟲在食品領(lǐng)域的應(yīng)用及研究進(jìn)展

解昕媛，羅仕園，劉松奇，原芝荷，安建輝，商龍臣，鄧伶俐*

1(生物資源保護(hù)與利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(湖北民族大學(xué))，湖北 恩施，445000)2(湖北民族大學(xué) 生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 恩施，445000)

昆蟲是地球上種類十分豐富的一類生物，在中國乃至全世界有著悠久的食用昆蟲的歷史[1]。但是受制于習(xí)俗文化和安全性等因素，昆蟲作為食品原料的進(jìn)程發(fā)展較為緩慢。隨著全球人口增長，食品行業(yè)在通過各種途徑尋找動(dòng)物蛋白的替代形式。昆蟲是營養(yǎng)豐富，美味且可行的動(dòng)物替代食物選擇。由于當(dāng)前人們對(duì)文化多樣性的高度重視趨勢(shì)以及全球?qū)鉀Q當(dāng)代農(nóng)業(yè)系統(tǒng)環(huán)境影響的迫切需要的認(rèn)識(shí)，其潛力正在增長。2021年歐盟委員會(huì)發(fā)布法規(guī)(EU)2021/8820號(hào)條例，批準(zhǔn)干黃粉蟲幼蟲作為新資源食品投放市場(chǎng)，這是歐盟首個(gè)批準(zhǔn)的昆蟲類食物新資源食品[2]。黃粉蟲營養(yǎng)豐富，飼養(yǎng)成本低，蛋白質(zhì)含量在49%～55%，氨基酸種類與比例與WHO推薦的標(biāo)準(zhǔn)接近，并且不飽和脂肪酸含量較高，富含殼聚糖，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ睦ハx資源[3-4]。相比于其他常見食用昆蟲(如蟋蟀)的營養(yǎng)成分，黃粉蟲不僅含有高蛋白，也含有較高含量的脂肪(～30%)，能夠提供人體所需的必需脂肪酸。并且不同蟲態(tài)階段其蛋白質(zhì)和脂肪含量有所差異，可根據(jù)深加工需求選擇不同蟲態(tài)的黃粉蟲。黃粉蟲的飼養(yǎng)難度低，繁殖快，養(yǎng)殖成本低，國內(nèi)進(jìn)行黃粉蟲大規(guī)?，F(xiàn)代化養(yǎng)殖的企業(yè)也逐漸興起。相比于國外對(duì)于昆蟲食品的研究開發(fā)，受制于法規(guī)我國對(duì)于昆蟲食品的開發(fā)還相對(duì)滯后。但是隨著動(dòng)物蛋白替代品的興起，黃粉蟲作為一種高蛋白的替代選擇必定會(huì)在食品行業(yè)獲得更多的關(guān)注。本文將綜合闡述黃粉蟲的加工方式及其對(duì)營養(yǎng)價(jià)值的影響，總結(jié)黃粉蟲在烘焙制品、模擬肉制品的應(yīng)用場(chǎng)景，以及黃粉蟲油脂和蛋白的相關(guān)應(yīng)用和研究。最后從安全性、消費(fèi)者接受度方面分析黃粉蟲在食品領(lǐng)域應(yīng)用的挑戰(zhàn)。

1 黃粉蟲的營養(yǎng)價(jià)值

黃粉蟲加工過程中經(jīng)過除雜后通過冷凍、熱燙等方式將其處死，通常需進(jìn)一步烘干后進(jìn)行保存(圖1)。黃粉蟲體營養(yǎng)價(jià)值較高，如果不進(jìn)行烘干處理容易導(dǎo)致微生物生長。烘干的方法有熱風(fēng)烘干、冷凍干燥、微波干燥和真空干燥[5-6]。研究表明烘干的方式對(duì)黃粉蟲的顏色和營養(yǎng)價(jià)值會(huì)產(chǎn)生影響。SELALEDI等[7]將黃粉蟲于-20 ℃處死后熱燙，然后進(jìn)行日曬干燥、熱風(fēng)烘干和冷凍干燥。熱風(fēng)烘干和冷凍干燥的黃粉蟲蛋白含量接近，但高于日曬干燥。然而日曬干燥的黃粉蟲氨基酸含量更高。烘干后的黃粉蟲粉富含蛋白質(zhì)(>40%)和脂肪(>20%)，能夠作為良好的油脂提取原料和蛋白質(zhì)供體。表1為近年研究中黃粉蟲粉主成分測(cè)定結(jié)果。黃粉蟲除了能夠提供較高的蛋白質(zhì)補(bǔ)充外，還能夠提供較為豐富的必需氨基酸。表2為近年黃粉蟲粉中氨基酸的測(cè)定結(jié)果。黃粉蟲全粉經(jīng)過脫脂后得到黃粉蟲油和脫脂的蛋白粉，黃粉蟲油必需脂肪酸含量較高，其脂肪酸含量最豐富的是油酸、亞油酸和棕櫚酸(表3)，脫脂后的蛋白粉經(jīng)過進(jìn)一步提純得到純度較高的黃粉蟲蛋白，進(jìn)一步水解研究其功能特性[16]或者用于設(shè)計(jì)功能性載運(yùn)體系[17]。黃粉蟲粉中碳水化合物含量較低(～10%)，其中只有一部分是可溶性碳水化合物。SON等[4]測(cè)得的黃粉蟲干總碳水化合物為11.45%，可溶性碳水化合物僅3.22%，不可溶性碳水化合物中富含殼聚糖及其衍生物(4.84%)。

圖1 黃粉蟲粉加工示意圖

表1 近年研究中黃粉蟲粉宏量營養(yǎng)素測(cè)定結(jié)果

表2 近年研究中黃粉蟲粉氨基酸含量 單位：g/100g黃粉蟲粉

表3 近年研究中黃粉蟲脂肪酸含量百分比 單位：%

2 黃粉蟲在食品領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 烘焙制品

黃粉蟲粉作為一種高蛋白的食品原料被應(yīng)用于新型烘焙食品的開發(fā)，例如餅干、薯片、面包、小蛋糕[12,18-19]。黃粉蟲的加入可以提升烘焙制品的蛋白質(zhì)含量，膳食纖維含量以及必需氨基酸和必需脂肪酸的含量。低濃度的黃粉蟲粉添加對(duì)于面粉的加工性能和烘焙制品的感官和質(zhì)構(gòu)性質(zhì)影響不大。SRIPRABLOM等[8]將黃粉蟲粉(0，10%，20%，30%面粉替代量)用于餅干制作(圖2-A)，研究發(fā)現(xiàn)隨著黃粉蟲粉替代量的增加，面團(tuán)的硬度和黏著性降低，感官評(píng)分也有所降低，替代量超過20%后感官評(píng)分顯著降低不可接受。SEVERINI等[14]將黃粉蟲粉添加到面團(tuán)中進(jìn)行3D打印(圖2-B)，黃粉蟲粉添加量為20 g/100g時(shí)面團(tuán)的柔軟度增加，使得打印模型的直徑、高度和重量有所增加。RONCOLINI等[11]將黃粉蟲粉(0，5%，10%替代量)用于制作普通面包和酸面團(tuán)面包(圖2-C)，發(fā)現(xiàn)黃粉蟲粉對(duì)于面團(tuán)的發(fā)酵比沒有影響，5%黃粉蟲替代的面包的比容顯著增加，面包硬度顯著下降，而10%替代的面包與空白沒有顯著差異。KOWALSKI等[11]發(fā)現(xiàn)10%和20%黃粉蟲粉替代后面包的比容顯著增加，分別為3.21 mL/g和3.17 mL/g，而30%黃粉蟲替代的面包與空白沒有顯著差異。GONZLEZ等[10]對(duì)比了添加4種不同種類昆蟲粉(5%替代量)對(duì)面包品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)5%黃粉蟲替代的面包比容為3.07 mL/g，顯著低于對(duì)照組(3.54 mL/g)，二者面包的硬度沒有顯著差異。KHUENPET等[20]也發(fā)現(xiàn)類似的比容降低趨勢(shì)，5%黃粉蟲替代的面包比容為3.38 mL/g，顯著低于空白的4.13 mL/g。并且黃粉蟲替代濃度增加到15%后，面包的比容降低至2.03 mL/g，添加黃粉蟲的面包的硬度顯著增加。不同的研究者報(bào)道的趨勢(shì)有較大差異甚至相反，可能是由于制作面包的配方和方法不同。例如KOWALSKI等[11]的結(jié)果與其他人的相差較大，可能是由于制作過程中的加水量是根據(jù)混合粉粉質(zhì)儀測(cè)定的吸水量進(jìn)行調(diào)整的，而RONCOLINI等[9]制作的面包經(jīng)過黃粉蟲替代后的加水量是保持一致的。圖2-D為?ABUK[21]將黃粉蟲粉添加到小蛋糕前(左)后(右)的照片，添加黃粉蟲粉后小蛋糕的烘焙產(chǎn)率增加，比容有所降低。

A-添加不同含量黃粉蟲粉的面團(tuán)和餅干照片；B-添加不同含量黃粉蟲粉的3D打印零食；C-添加不同含量黃粉蟲粉的普通面包和酸面團(tuán)面包;D-添加不同含量黃粉蟲粉的小蛋糕

低濃度的黃粉蟲粉或者脫脂黃粉蟲蛋白粉添加到烘焙制品中能夠有效提升其營養(yǎng)品質(zhì)，同時(shí)對(duì)其感官評(píng)分和產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)影響不大，但是高濃度的添加會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品顏色加深以及黃粉蟲的風(fēng)味會(huì)使消費(fèi)者產(chǎn)生較差的印象。同時(shí)較高的濃度添加時(shí)，黃粉蟲對(duì)面團(tuán)中的面筋網(wǎng)絡(luò)起到了稀釋作用，會(huì)影響面筋網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度從而影響烘焙制品的比容、質(zhì)構(gòu)等。

2.2 模擬肉制品

相比于動(dòng)物蛋白，生產(chǎn)昆蟲蛋白所產(chǎn)生的環(huán)境負(fù)擔(dān)、飼料成本和溫室氣體生成更少，因此開發(fā)昆蟲蛋白作為未來的肉品替代是應(yīng)對(duì)未來人口增長和環(huán)境惡化的解決方案之一。將黃粉蟲粉、脫脂黃粉蟲粉或者黃粉蟲蛋白用于替代肉制品中的部分動(dòng)物肉能夠避免消費(fèi)者對(duì)于昆蟲形態(tài)厭惡引起的消費(fèi)決策[22-23]。ORKUSZ[24]綜述對(duì)比了多種肉制品和昆蟲的營養(yǎng)價(jià)值發(fā)現(xiàn)，昆蟲和肉制品在蛋白含量、必需氨基酸含量和必需脂肪酸含量上相當(dāng)，都能夠提供人體所需營養(yǎng)，除此之外昆蟲還能夠提供維生素C和膳食纖維。CHO等[25]將黃粉蟲粉添加到植物蛋白模擬肉制品中，其基礎(chǔ)配料含有65%脫脂大豆粉、25%大豆分離蛋白和10%玉米淀粉，黃粉蟲以相比于基礎(chǔ)配料的15%和30%添加，經(jīng)過雙螺桿擠出后得到模擬肉。黃粉蟲粉增加了蛋白溶解度和消化率以及抗氧化活性，但是降低了模擬肉的質(zhì)構(gòu)特性，這可能是由于黃粉蟲粉削弱了大豆蛋白網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的分子相互作用，這與黃粉蟲粉添加到面筋網(wǎng)絡(luò)中的作用相似。ZHANG等[26]研究了用凍干黃粉蟲粉(freeze drying yellow mealworm larvae flour, FD-YMLF)和微波干燥黃粉蟲粉(microwave drying yellow mealworm larvae flour, MD-YMLF)不同比例替代法蘭克福香腸中瘦肉后肉品品質(zhì)的差異(圖3)。研究發(fā)現(xiàn)，隨著凍干黃粉蟲粉比例的提高，香腸的烹飪損失增加，而微波干燥黃粉蟲粉替代后的香腸烹飪損失低于空白組，并且同等替代濃度下添加微波干燥黃粉蟲的香腸質(zhì)構(gòu)特性和感官特性優(yōu)于凍干黃粉蟲替代，說明微波干燥的黃粉蟲粉更適合作為肉品替代原料。相比于凍干的黃粉蟲原料，烘干和微波干燥的黃粉蟲原料具有更好的香氣，這可能是由于干燥過程中由于溫度升高發(fā)生了美拉德反應(yīng)所導(dǎo)致[27]。

圖3 凍干黃粉蟲粉和微波干燥黃粉蟲粉不同比例替代瘦肉后的香腸截面

2.3 黃粉蟲油應(yīng)用

黃粉蟲作為一種油脂含量豐富的昆蟲，其不僅可以提供豐富的蛋白質(zhì)還能夠用于提取黃粉蟲油，通常采用有機(jī)溶劑浸提法。其油脂的脂肪酸組成如表3所示，含有較高含量的不飽和脂肪酸，其中以油酸和亞油酸最為豐富[15]。SON等[13]測(cè)得的黃粉蟲油中的維生素E含量為14.43 mg/100g油，高于大部分動(dòng)物來源油脂，略低于植物油脂維生素E含量。JEON等[28]研究了200 ℃煎炸5～15 min對(duì)黃粉蟲油的影響，發(fā)現(xiàn)煎炸會(huì)加深油脂的顏色和增加油酸和δ-生育酚的含量，并且煎炸后的黃粉蟲油表現(xiàn)出更好的油脂氧化穩(wěn)定性，這可能是由于煎炸的過程中產(chǎn)生的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物具有一定抗氧化性。TZOMPA-SOSA等[29]采用黃粉蟲油替代植物油用于炸薯片并研究消費(fèi)者的喜愛程度，發(fā)現(xiàn)黃粉蟲油50%替代后炸的薯片最受消費(fèi)者青睞，說明黃粉蟲油可作為食品行業(yè)的煎炸用油。

2.4 黃粉蟲蛋白應(yīng)用

脫脂黃粉蟲粉經(jīng)過進(jìn)一步提純得到純度較高的黃粉蟲蛋白，已有研究對(duì)黃粉蟲蛋白的溶解度、乳化性、起泡性及其水解產(chǎn)物的功能特性進(jìn)行了測(cè)定。YOON等[30]用風(fēng)味酶、堿性蛋白酶或者二者混合水解制備了黃粉蟲蛋白等昆蟲蛋白的水解物，發(fā)現(xiàn)幾種酶解方式水解后溶解度顯著提高，而起泡性降低。風(fēng)味酶處理對(duì)黃粉蟲蛋白的乳化活性和穩(wěn)定性均有顯著提升。堿性蛋白酶水解后使得血管緊張素轉(zhuǎn)化酶受到顯著抑制，用酶混合物處理后顯示出對(duì)α-葡萄糖苷酶活性的有效抑制。YU等[16]對(duì)比了黃粉蟲分離蛋白(mealworm protein isolate, MPI)和大豆分離蛋白(soy protein isolate, SPI)水解(堿性蛋白酶，pH 8.0，60 ℃，3 h)前后的功能特性。黃粉蟲分離蛋白具有更高的乳化活性、乳化穩(wěn)定性，但是其在pH 3～9溶液中的溶解度低于大豆分離蛋白。堿性蛋白酶水解提升了黃粉蟲分離蛋白的溶解性，并且其溶解度高于大豆分離蛋白水解產(chǎn)物。MPI的起泡性和起泡穩(wěn)定性低于SPI，水解增加了MPI的起泡特性。15%的MPI在pH 5、pH 7、pH 9條件下可形成凝膠，而水解MPI不可形成凝膠。MPI具有更高的總酚含量以及更優(yōu)的DPPH自由基清除能力。黃粉蟲分離蛋白的功能特性與現(xiàn)有商用的植物蛋白具有可比性，具有應(yīng)用到食品體系的前景。已有研究利用黃粉蟲蛋白制備乳液[31]以及如姜黃素等的生物活性物質(zhì)載運(yùn)體系設(shè)計(jì)[17]。GROSSMANN等[32]將黃粉蟲蛋白水解后與木糖在98 ℃下美拉德反應(yīng)30 min，美拉德反應(yīng)后增強(qiáng)了其苦味和鮮味強(qiáng)度，說明黃粉蟲蛋白水解產(chǎn)物可作為新型風(fēng)味物質(zhì)開發(fā)的原料。

3 挑戰(zhàn)與展望

昆蟲食品開發(fā)和推廣的另一挑戰(zhàn)是消費(fèi)者的接受度，由于文化背景、成長環(huán)境和心理因素的差異，消費(fèi)者對(duì)于昆蟲食品的普遍接受還需要一個(gè)漫長的過程[38]。在針對(duì)烘焙脆片的制備和消費(fèi)者評(píng)價(jià)中，環(huán)保和感官品質(zhì)是影響消費(fèi)者購買昆蟲食品的主要原因[39]。個(gè)人的食品喜好是從小開始建立，因此昆蟲食品的普及在保證安全合規(guī)的前提下可以從兒童零食等方向出發(fā)，提高消費(fèi)者的接受度和喜愛度。

已有大量研究證實(shí)黃粉蟲添加能夠增加各類食品的蛋白質(zhì)、必需氨基酸和必需脂肪酸含量。但是提升營養(yǎng)的同時(shí)黃粉蟲原料對(duì)食品的加工性能可能會(huì)產(chǎn)生不良影響，例如破壞面筋和模擬肉的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。黃粉蟲應(yīng)用到未來食品的開發(fā)需要關(guān)注以下幾方面:(1)安全性的評(píng)估；(2)致敏機(jī)理的研究及降低致敏性；(3)降低微生物污染；(4)探究黃粉蟲原料和食品其他組分之間的相互作用，從而為昆蟲食品的開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。