昆蟲(chóng)的營(yíng)養(yǎng)功能特性及其在食品領(lǐng)域的應(yīng)用

宋培菊 趙 霜 何 情 唐舜堯 呂小勇 茍夢(mèng)星*

1.鄭州市農(nóng)業(yè)綜合行政執(zhí)法支隊(duì) 河南鄭州 450006 2.鄭州工程技術(shù)學(xué)院化工食品學(xué)院 河南鄭州 450044

“民以食為天，食以安為先”，糧食安全問(wèn)題一直以來(lái)都是全世界亟待解決的重大問(wèn)題之一。此外，人口的快速增長(zhǎng)和近年來(lái)新冠疫情的發(fā)生，世界各個(gè)國(guó)家也更注重糧食安全問(wèn)題。據(jù)聯(lián)合國(guó)統(tǒng)計(jì)，到2100年，世界人口將增長(zhǎng)到112億[1]，人口的增長(zhǎng)意味著對(duì)動(dòng)物來(lái)源的蛋白質(zhì)的需求也將隨之增長(zhǎng)，為世界糧食安全帶來(lái)了糧食資源短缺的新問(wèn)題。昆蟲(chóng)作為一種新的食物來(lái)源，其中含有豐富的蛋白質(zhì)和滿足人體生長(zhǎng)發(fā)育的必需氨基酸[2]。與傳統(tǒng)牲畜相比，可食用昆蟲(chóng)具有更小的養(yǎng)殖空間，更少的環(huán)境污染，更高的生產(chǎn)效率，更低的成本等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)因?yàn)槔ハx(chóng)的豐富種類和數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，昆蟲(chóng)作為傳統(tǒng)牲畜肉制品的替代來(lái)源，未來(lái)可以大大減少牲畜短缺對(duì)糧食安全的影響。因此，食用昆蟲(chóng)有作為促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的新蛋白質(zhì)來(lái)源的潛力，幫助緩解全球糧食資源的短缺。

1 食用昆蟲(chóng)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

昆蟲(chóng)是世界上已知種類最豐富、數(shù)量最多的一類動(dòng)物群之一，很多是人類可以利用的生物資源[3]。昆蟲(chóng)主要由蛋白質(zhì)組成，蛋白質(zhì)含量多在50%到70%之間，且含有人體的必需氨基酸，包括賴氨酸、色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸等[2]，大多數(shù)種類的昆蟲(chóng)符合世衛(wèi)組織推薦的氨基酸含量要求[4]。脂肪是昆蟲(chóng)第二豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，其變化范圍很廣，取決于昆蟲(chóng)類型，平均而言，在所有可食用昆蟲(chóng)類型中，直翅目(如蟋蟀和蚱蜢)和鞘翅目(如甲蟲(chóng)和蛆蟲(chóng))的脂肪含量約為13%至33%[5]。此外，昆蟲(chóng)還含有較高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的脂肪酸，包括飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸、多不飽和脂肪酸，這些物質(zhì)包括亞油酸、α-亞麻酸、月桂酸和棕櫚酸，它們對(duì)人類健康有積極的影響[6]。同時(shí)昆蟲(chóng)含有豐富的礦物質(zhì)，除了家蠅幼蟲(chóng)外，大多數(shù)昆蟲(chóng)的鈉和鉀含量都很低，相反它們含有大量的磷、鎂、鈣、鋅、鐵、錳和銅。例如每100g蟋蟀中的礦物含量為：鈣(139～218mg)、鉀(826～1 224mg)、鎂(86～113mg)、鈉(263～312mg)、銅(2.33～4.51mg)、鐵(4.06～5.99mg)、錳(4.1～12.5mg)和鋅(12.8～21.8mg)[7]。此外，昆蟲(chóng)還是B族維生素的良好來(lái)源，包括核黃素，泛酸和生物素等維生素，但缺乏維生素A、C和E。

2 昆蟲(chóng)蛋白的功能特性

2.1 降血壓

很多研究表明，將昆蟲(chóng)蛋白酶解后，所得多肽產(chǎn)物具有降血壓的生物活性。Wang[8](2014)等使用酸蛋白酶水解蠶蛹蛋白制備了分子量小于5 000Da的多肽水解產(chǎn)物，將多肽水解產(chǎn)物飼喂高血壓小鼠，結(jié)果顯示飼喂多肽水解產(chǎn)物的高血壓小鼠血壓顯著降低，表明蠶蛹蛋白多肽水解產(chǎn)物具有降血壓的功能活性作用；同樣的Jia[9](2015)等用堿性蛋白酶水解蠶蛹蛋白，結(jié)果表明當(dāng)蠶蛹蛋白酶解物(SPP)以410W/100mL的功率處理32min，水解50min得到的水解產(chǎn)物具有最高的ACE抑制活性。同樣的，Hall[10](2018)等利用堿性蛋白酶生成的蟋蟀蛋白水解物可以成功地提取出抑制體外ACE活性的肽。

2.2 降血糖

食源性生物活性肽因其在預(yù)防慢性疾病中的作用而備受關(guān)注，糖尿病是生活中常見(jiàn)的慢性病，隨著人們生活水平的提高，我國(guó)糖尿病的患病率逐年增長(zhǎng)，食用昆蟲(chóng)因高蛋白含量和可持續(xù)生產(chǎn)而成為生物活性肽的可行來(lái)源。Matos[11](2022)等用風(fēng)味蛋白酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶進(jìn)行兩種或三種復(fù)合酶水解蟋蟀蛋白，通過(guò)抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性來(lái)評(píng)估蛋白質(zhì)水解物的體外抗糖尿病特性，結(jié)果表明，與未水解樣品相比，大多數(shù)樣品經(jīng)酶水解后的抑制活性都有所提高，表明蟋蟀蛋白酶解產(chǎn)物具有降血糖的功效。Yoon[12](2019)等用風(fēng)味酶、堿性蛋白酶、復(fù)合酶(風(fēng)味酶+堿性蛋白酶)分別處理三種昆蟲(chóng)蛋白質(zhì)(蟋蟀、黃粉蟲(chóng)、蠶蛹),通過(guò)測(cè)定其水解物的體外α-葡萄糖苷酶抑制活性，以評(píng)估這些酶解物的抗糖尿病活性，結(jié)果表明未經(jīng)處理的昆蟲(chóng)蛋白對(duì)α-葡萄糖苷酶活性沒(méi)有任何明顯的抑制活性，復(fù)合酶(風(fēng)味酶+堿性蛋白酶)處理的黃粉蟲(chóng)對(duì)α-葡萄糖苷酶表現(xiàn)出顯著抑制活性。

2.3 抗氧化

食用昆蟲(chóng)的抗氧化活性主要表現(xiàn)為清除自由基活性。Dong[13](2021)等用堿性蛋白酶、胰蛋白酶、中性蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶酶解黃粉蟲(chóng)蛋白，結(jié)果表明，富硒幼蟲(chóng)經(jīng)堿性蛋白酶水解后，其硒回收率為75%的蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物比正常幼蟲(chóng)具有更強(qiáng)的抗氧化和免疫調(diào)節(jié)活性。劉竹青[14](2019)等用分解酶對(duì)黃粉蟲(chóng)蛋白進(jìn)行酶解，得到含有多肽的酶解物，通過(guò)對(duì)黃粉蟲(chóng)酶解物的還原能力和清除DPPH、超氧陰離子自由基的能力進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)黃粉蟲(chóng)酶解物對(duì)DPPH和超氧陰離子自由基的清除率分別為88.4%和61.0%。類似地，Zhang[15](2021)等用酸性蛋白酶和中性蛋白酶組成的雙酶體系水解蠶蛹蛋白，結(jié)果表明蠶蛹蛋白水解物可以作為功能性食品的天然抗氧化劑。

2.4 增強(qiáng)免疫力

肖紅[16](2006)用胃蛋白酶、木瓜蛋白酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶對(duì)蝗蟲(chóng)蛋白進(jìn)行酶解，用水解產(chǎn)物飼喂小鼠，并設(shè)置對(duì)照組，做蝗蟲(chóng)蛋白酶解物抗氧化、抗衰老、抗疲勞試驗(yàn)，研究結(jié)果表明用堿性蛋白酶酶解蝗蟲(chóng)蛋白所得的水解產(chǎn)物具有良好的抗氧化性，其抑制率可達(dá)到29.3%；小鼠體內(nèi)過(guò)氧化氫酶和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性顯著增高，丙二醛含量顯著降低，即蝗蟲(chóng)蛋白酶解物具有抗衰老的作用；與對(duì)照組小鼠相比，飼喂蝗蟲(chóng)蛋白酶解物的小鼠顯著提高了游泳時(shí)間，并降低了運(yùn)動(dòng)后血尿素氮含量和肝糖原消耗量，提高了血清乳酸脫氫酶活性，說(shuō)明蝗蟲(chóng)蛋白酶解物具有很好的抗疲勞的作用。Wu[17](2013)等用過(guò)氧化氫水解蟬蛻制備低聚糖，確定了最佳水解條件，研究結(jié)果表明：所制備的低聚糖對(duì)枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑制區(qū)直徑分別為9.52mm、12.64mm和10.79mm，即用蟬蛻所制備的低聚糖具有良好的抑菌活性。同時(shí)，我國(guó)大部分地區(qū)都有吃蟬的習(xí)慣，研究表明適量的食用蠶蛹，不僅可以為機(jī)體補(bǔ)充一定量的氨基酸，還能夠?yàn)榧∪獾暮铣商峁┰?，機(jī)體可增強(qiáng)磷酸肌酸和糖原無(wú)氧發(fā)酵供能，提高無(wú)氧運(yùn)動(dòng)耐力[18]。

3 昆蟲(chóng)蛋白在食品中的應(yīng)用

3.1 肉類

肉類營(yíng)養(yǎng)豐富，味道鮮美，針對(duì)未來(lái)動(dòng)物肉類資源的緊缺，目前更多的研究集中在利用食用昆蟲(chóng)替代部分肉制品，使其成為一種新型動(dòng)物蛋白來(lái)源。Park[19](2017)等報(bào)道，用蠶蛹制備的肉糊的硬度、膠粘性和咀嚼性隨著蠶蛹濃度的增加而增加，這些結(jié)果表明，在肉糊中添加蠶蛹能夠改善其質(zhì)地性能。Choi[20](2017)等用10%黃粉蟲(chóng)和40%豬肉制作香腸，結(jié)果表明添加了黃粉蟲(chóng)的香腸在蒸煮損失、乳液穩(wěn)定性、蛋白質(zhì)溶解度等方面均與對(duì)照組香腸相似，成功地用黃粉蟲(chóng)替代了部分豬肉。

3.2 休閑食品

休閑食品越來(lái)越受消費(fèi)者歡迎。但高糖、高脂、高熱量的休閑食品不利于身體健康。利用昆蟲(chóng)蛋白制作新型休閑食品，不僅能改善食品的口感，還可以增加食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。Akande[21](2020)等將蠶蛹蛋白和蝗蟲(chóng)蛋白作為高能量餅干的替代蛋白，結(jié)果表明，15%的食用昆蟲(chóng)粉，能夠?qū)⒏吣芰匡灨傻臓I(yíng)養(yǎng)特性提高到美國(guó)國(guó)際開(kāi)發(fā)署要求的標(biāo)準(zhǔn)，且在餅干中加入昆蟲(chóng)蛋白，不會(huì)對(duì)其品質(zhì)造成負(fù)面影響。朱彩平[22](2011)等將蠶蛹蛋白加入面包中，并通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)確定蠶蛹蛋白營(yíng)養(yǎng)面包的最佳工藝配方為，蠶蛹蛋白2%、酵母1.2%、面包改良劑0.1%、水55%。在此工藝條件下的蠶蛹蛋白面包，其風(fēng)味和品質(zhì)最佳。

3.3 飲品

研究者也試圖將昆蟲(chóng)蛋白加入飲品中，Tello[23](2021)等研究了一種以黃粉蟲(chóng)幼蟲(chóng)為基礎(chǔ)的牛奶替代品。該替代品的特點(diǎn)是對(duì)環(huán)境影響較低，占生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化牛奶環(huán)境負(fù)擔(dān)的59.1%，營(yíng)養(yǎng)成分狀況與普通牛奶相似，由1.19%的粗蛋白質(zhì)，5.76%的脂肪和小于1%的碳水化合物組成，經(jīng)實(shí)驗(yàn)評(píng)估結(jié)果表明，昆蟲(chóng)奶的總環(huán)境影響足夠低，并有進(jìn)一步減少對(duì)環(huán)境影響的前景。孫慧霞[24](2016)研究了由三種昆蟲(chóng)蛋白：蟬蛋白、蠶蛹蛋白、螞蟻蛋白制成的蛋白飲品，供健美運(yùn)動(dòng)員在三個(gè)月的訓(xùn)練期間飲用，通過(guò)測(cè)定健美運(yùn)動(dòng)員的肌肉狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)水平和免疫水平，評(píng)估三種昆蟲(chóng)蛋白飲品的功能特性。免疫力測(cè)定結(jié)果顯示，服用昆蟲(chóng)蛋白飲品的實(shí)驗(yàn)組運(yùn)動(dòng)員的免疫力顯著提高，肌肉狀態(tài)也有了明顯的改善，有氧及無(wú)氧數(shù)據(jù)高于對(duì)照組，從而可知三種昆蟲(chóng)蛋白質(zhì)飲品，均可以提高機(jī)體免疫力、改善肌肉狀態(tài)并能提高運(yùn)動(dòng)水平。

3.4 保健食品

保健食品因其增強(qiáng)免疫力、抗氧化、改善睡眠等功能而受大眾青睞，近年來(lái)許多國(guó)家都推出了昆蟲(chóng)保健食品，李國(guó)榮[25](2012)等研制了茶香蠶蛹多肽氨基酸口服液，且研究結(jié)果顯示氨基酸口服液含多肽18.20g/L，分子量小于5ku的多肽占42.82%；游離氨基酸23.44g/L，其中必需氨基酸占41.29%。冉文波[26](2014)研究了大麥蟲(chóng)復(fù)合氨基酸口服液的工藝，實(shí)驗(yàn)篩選出中性蛋白酶水解大麥蟲(chóng)幼蟲(chóng)脫脂蟲(chóng)粉，以加酶量3.0%，料液比1∶5，pH值7.0，水解溫度55℃，水解時(shí)間4h為最佳水解條件，最終得到的大麥蟲(chóng)復(fù)合氨基酸口服液酸甜可口，具有大麥蟲(chóng)獨(dú)特氣味，口感細(xì)膩，含有豐富的游離氨基酸，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高。

4 昆蟲(chóng)蛋白的安全性與衛(wèi)生性

昆蟲(chóng)蛋白的安全性取決于種類、飲食、生活環(huán)境、加工方式、貯存等。與野生昆蟲(chóng)相比，飼養(yǎng)昆蟲(chóng)有更高的安全性，飼養(yǎng)昆蟲(chóng)可以人為減少微生物污染、重金屬污染和農(nóng)藥殘留。同時(shí)，茅青[27](2011)等研究發(fā)現(xiàn)只要把昆蟲(chóng)制作熟，就不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害。因此，飼養(yǎng)昆蟲(chóng)時(shí)，需要保證生產(chǎn)條件，在整個(gè)生產(chǎn)鏈中嚴(yán)格遵循衛(wèi)生和消毒的規(guī)程，包括收獲、加工、分發(fā)、儲(chǔ)存和保存，以確保最終產(chǎn)品安全和健康。同時(shí)，任何含有蛋白質(zhì)的食品都會(huì)使易過(guò)敏人群過(guò)敏，昆蟲(chóng)含有豐富的蛋白質(zhì)，因此昆蟲(chóng)及其衍生物都是潛在的過(guò)敏原，昆蟲(chóng)內(nèi)存在的蛋白質(zhì)如精氨酸激酶和原肌球蛋白等都是主要的過(guò)敏原，生產(chǎn)昆蟲(chóng)食品時(shí)，需要對(duì)昆蟲(chóng)進(jìn)行脫敏處理[28]。未來(lái)需要深入研究昆蟲(chóng)中存在的過(guò)敏原和脫敏技術(shù)，健全可食用昆蟲(chóng)相關(guān)的法律法規(guī)，以確保加工機(jī)制日益成熟使昆蟲(chóng)食品的安全得到保障。

5 展望

5.1 消費(fèi)者對(duì)昆蟲(chóng)食品的態(tài)度

雖然將食用昆蟲(chóng)作為食物的現(xiàn)象在許多文化中很常見(jiàn)，但是食用昆蟲(chóng)的推廣并不是沒(méi)有挑戰(zhàn)的。西方國(guó)家對(duì)食蟲(chóng)行為是有抵觸心理的，在他們的思想觀念上，一直認(rèn)為食用昆蟲(chóng)是偏遠(yuǎn)貧困地區(qū)的人們?yōu)榱颂铒柖亲?，免受饑餓而不得不做出的舉動(dòng)。Shelomi[29](2016)對(duì)2015年世博會(huì)上各個(gè)國(guó)家對(duì)食用昆蟲(chóng)的態(tài)度做了描述，共有145個(gè)國(guó)家參加世博會(huì)，53個(gè)國(guó)家有著獨(dú)立的展覽館，其中只有比利時(shí)和荷蘭對(duì)食用昆蟲(chóng)有著濃烈的興趣。對(duì)新事物的恐懼，以及對(duì)食用昆蟲(chóng)外觀的厭惡，通常被認(rèn)為是排斥昆蟲(chóng)作為食物的主要原因。隨著越來(lái)越多的食用昆蟲(chóng)以部分昆蟲(chóng)粉、昆蟲(chóng)勻漿替代肉類制成新型肉類制品，消費(fèi)者接受體驗(yàn)品嘗的意愿會(huì)更加強(qiáng)烈。

5.2 可食用昆蟲(chóng)發(fā)酵

由于昆蟲(chóng)與過(guò)敏、微生物和寄生蟲(chóng)危害有關(guān)，昆蟲(chóng)的可接受性仍然相對(duì)較低，科學(xué)家和技術(shù)人員使用了新的處理方法，以提高他們的感官、營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量以及它們的保質(zhì)期。在不同的加工技術(shù)中，由于發(fā)酵有可能改善發(fā)酵食品的風(fēng)味、流變學(xué)和質(zhì)地，以及改變消費(fèi)者對(duì)加工昆蟲(chóng)產(chǎn)品的看法，發(fā)酵技術(shù)已經(jīng)獲得了特別的關(guān)注。Mouritsen[30](2017)等研究表明,用蠟蛾幼蟲(chóng)和蚱蜢制備的發(fā)酵醬料與商業(yè)魚(yú)醬相比在“甜味”、“鮮味”、“苦味”和“酸味”顯示出主要的可接受性,這種行為歸因于乳酸、游離氨基酸和脂肪酸含量的增加，這些都是來(lái)自發(fā)酵的化合物。此外，這個(gè)過(guò)程可以將原料轉(zhuǎn)化為生物物質(zhì)、燃料和化學(xué)品，作為市場(chǎng)產(chǎn)品有許多應(yīng)用。

5.3 食用昆蟲(chóng)的商業(yè)潛力

牲畜生產(chǎn)導(dǎo)致土地退化、全球變暖、水資源污染以及生物多樣性損失等，與傳統(tǒng)畜牧業(yè)相比，昆蟲(chóng)農(nóng)業(yè)伴隨著更少的溫室氣體排放、更少的水和空間、更少的經(jīng)濟(jì)投資和更高的飼料轉(zhuǎn)化率。昆蟲(chóng)被認(rèn)為是動(dòng)物蛋白的潛在替代品，昆蟲(chóng)養(yǎng)殖可以支持農(nóng)村生計(jì)，Agea[31](2008)等的研究表明，昆蟲(chóng)養(yǎng)殖為農(nóng)村地區(qū)參與昆蟲(chóng)采集、養(yǎng)殖、加工和銷售的當(dāng)?shù)鼐用裉峁┝烁纳粕钏胶瞳@取收入的機(jī)會(huì)。特別是在世界范圍內(nèi)養(yǎng)殖昆蟲(chóng)，這將有助于改善糧食安全和環(huán)境安全。同時(shí)，發(fā)揮昆蟲(chóng)的商業(yè)潛力不能一度地開(kāi)發(fā)昆蟲(chóng)資源，也要減少殺蟲(chóng)劑的使用和注重生態(tài)平衡，努力實(shí)現(xiàn)昆蟲(chóng)資源的可持續(xù)發(fā)展。

6 結(jié)論

昆蟲(chóng)種類多、數(shù)量大、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，是解決當(dāng)今世界糧食缺乏的重要物質(zhì)。但是，昆蟲(chóng)的開(kāi)發(fā)利用仍有很多問(wèn)題，例如消費(fèi)者對(duì)昆蟲(chóng)食品的接受程度、昆蟲(chóng)食品的安全監(jiān)督、養(yǎng)殖昆蟲(chóng)的衛(wèi)生狀況等。因此，在未來(lái)還要對(duì)昆蟲(chóng)進(jìn)行更多的研究，為昆蟲(chóng)在各方面的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。