昆蟲蛋白質(zhì)提取工藝現(xiàn)狀

閻 峰，王文舒，付運(yùn)星，王秀君，劉永華

（1.鄭州市農(nóng)業(yè)行政綜合執(zhí)法支隊(duì)，河南 鄭州 450000；2.河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院；3.漯河立蓓生物科技有限公司）

昆蟲是地球上生物量最大的群體，具有繁殖速度快、生產(chǎn)成本低、蛋白質(zhì)含量高和纖維素含量少等特點(diǎn)，是極具開發(fā)潛力的一種蛋白源。世界上約有100多萬種的昆蟲，占整個(gè)已知?jiǎng)游锓N類的60%左右，可食用的大約有3 650種。

昆蟲蛋白中包含了20 多種人體所需的氨基酸，其中包括賴氨酸、蘇氨酸等人體不能合成的氨基酸。此外，昆蟲體內(nèi)還含有多糖、脂類、多種維生素和少量礦物質(zhì)等。昆蟲的蛋白質(zhì)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)合理，容易被人體吸收，并且優(yōu)于其他動(dòng)物蛋白質(zhì)和植物蛋白質(zhì)，所以被世界很多國家所關(guān)注。

20 世紀(jì)80 年代我國市場上就開始出現(xiàn)昆蟲制品，到如今，用黃粉蟲、蠶蛹等制作的昆蟲醬、蛋白粉和氨基酸飲料等，不僅含有豐富的蛋白質(zhì)，而且其中含有的抗菌肽還可以有效地提高人體自身免疫力。還有用蠶絲制作各種面食，增加面食中的蛋白質(zhì)含量，可以起到降血脂、保護(hù)肝臟等功能。

21世紀(jì)昆蟲食品的開發(fā)前景非常廣闊，美國、墨西哥、日本等許多國家都投入到昆蟲食品的開發(fā)研究中。其中美國航天局利用可食用昆蟲即將研發(fā)出太空食品；墨西哥也利用可食用昆蟲開發(fā)出許多食品；日本在昆蟲的研究上投入了大量的資金，并且成立了委員會(huì)，推動(dòng)昆蟲開發(fā)和利用，并且預(yù)測10年后將會(huì)得到大約3倍于投入的回報(bào)。

21 世紀(jì)昆蟲的研究與利用不應(yīng)只體現(xiàn)在食品上，在醫(yī)療、保健、農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)上都應(yīng)有所體現(xiàn)。由于昆蟲的種類多、繁殖速度快，所以昆蟲資源將是未來人類生活中必不可少的、發(fā)展?jié)摿薮蟮馁Y源寶庫。

1 昆蟲蛋白質(zhì)提取方法

蛋白質(zhì)抽提通常是指用適當(dāng)?shù)娜軇┖头椒?，從原料中把有效成分分離出來的過程。經(jīng)過處理和破壞細(xì)胞原材料中的有效成分，可用緩沖液、稀酸、稀堿，或有機(jī)溶劑（如丙酮、乙醇）等抽提，有時(shí)還可以用蒸餾水抽提。一般理想的抽提溶液應(yīng)具備下述條件：對(duì)有效成分溶解度大，破壞作用??；對(duì)雜質(zhì)不溶解或溶解度很??；來源廣泛、價(jià)格低廉、操作安全等。目前昆蟲蛋白質(zhì)的提取方法有四種，分別為堿提法、鹽提法、胰蛋白酶法和Tris-HCl 法。

1.1 堿提法

原理：在堿性條件下，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，蛋白質(zhì)分子次級(jí)鍵（氫鍵）發(fā)生破壞，某些極性基團(tuán)發(fā)生解離，促進(jìn)結(jié)合物與蛋白質(zhì)分離，調(diào)整離心后的上清液的pH 值，使pH值達(dá)到蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)，增加了蛋白質(zhì)的溶解性，從而讓蛋白質(zhì)析出。

1.2 鹽溶提取法

原理：蛋白質(zhì)可溶于鹽溶液中，稱為鹽溶作用。離子強(qiáng)度較低的中性鹽溶液有促進(jìn)蛋白質(zhì)溶解、保護(hù)蛋白質(zhì)活性的作用，離子強(qiáng)度高則會(huì)引起蛋白質(zhì)發(fā)生鹽析作用。常用的鹽溶液是NaCl溶液。

1.3 蛋白酶溶解法

原理：酶溶法就是用生物酶將細(xì)胞膜消化溶解的方法，利用此方法處理細(xì)胞必須根據(jù)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成選擇適當(dāng)?shù)拿?。胰蛋白酶可在低濃度下溶解蛋白質(zhì)，但胰蛋白酶濃度過高會(huì)使提取出的蛋白質(zhì)失活變性。

1.4 Tris-HCl提蛋白法

原理：蛋白質(zhì)可溶于Tris-HCl 緩沖溶液中，緩沖液可以抗衡蛋白質(zhì)溶液中pH 值的改變。對(duì)蛋白質(zhì)溶解度大，破壞作用小，對(duì)雜質(zhì)溶解度很小。

2 蛋白質(zhì)含量測定

2.1 Bradford檢測法

原理：這一方法基于考馬斯亮藍(lán)G250有紅、藍(lán)兩種不同顏色的形式。在一定濃度的乙醇及酸性條件下，可配成淡紅色的溶液，當(dāng)與蛋白質(zhì)結(jié)合后，產(chǎn)生藍(lán)色化合物，反應(yīng)迅速而穩(wěn)定。化合物顏色的深淺與蛋白質(zhì)濃度的高低成正比關(guān)系，可檢測595 nm 的光吸收值的大小計(jì)算蛋白質(zhì)的含量。

2.2 凱氏定氮法

原理：各種天然有機(jī)物的總含氮量通常用微量凱氏定氮法來測定。當(dāng)被測的天然含氮有機(jī)物與濃硫酸共熱時(shí)，被氧化為二氧化碳和水，氨與硫酸結(jié)合生成硫酸銨。消化完成后，在凱氏定氮儀中，加入強(qiáng)堿消化液，使硫酸銨分解，放出氨。借水蒸氣蒸餾法，將氨蒸入過量標(biāo)準(zhǔn)無機(jī)酸溶液中，然后用標(biāo)準(zhǔn)堿溶液進(jìn)行滴定。根據(jù)所測得的氨量，計(jì)算樣品的含氨量。由凱氏定氨法測定出樣品中的含氮量，再乘以系數(shù)6.25，便得到樣品所含蛋白質(zhì)量。

3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

研究昆蟲蛋白質(zhì)的提取與純化技術(shù)，是進(jìn)一步開發(fā)與利用昆蟲蛋白源的前提。從20世紀(jì)50年代到70年代，動(dòng)物蛋白主要是以有機(jī)溶劑提純，雖然產(chǎn)量較高，但對(duì)含硫氨基酸破壞性大，灰分含量高，品質(zhì)差，此后，堿提法為人們廣泛采用，可是，據(jù)報(bào)道，熱堿提取使蛋白質(zhì)變性，嚴(yán)重影響其品質(zhì)，而低溫提取則產(chǎn)量偏低。昆蟲蛋白質(zhì)提取是20世紀(jì)80年代迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)新工藝。提純的昆蟲蛋白質(zhì)是食品和醫(yī)藥工業(yè)中的重要原料。在國外，昆蟲蛋白主要是以非溶解性提法提煉，由于難于解決褪色、除臭等問題，加上純化過程繁瑣，而沒有廣泛應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。目前許多學(xué)者仍致力于對(duì)昆蟲蛋白質(zhì)提取工藝的研究。

劉懷如等對(duì)黃粉蟲采用堿法和酶法提取去脂蟲渣中的蛋白質(zhì)，得出以下結(jié)論：酶法提取出的蛋白粉中氨基酸的含量均很高，堿法提取得到的蛋白質(zhì)得率低。

冀憲領(lǐng)、蓋英萍以黃粉蟲幼蟲脫脂蟲粉為原料，使用了堿提法和鹽提法兩種提取方法，通過對(duì)蛋白質(zhì)提取率的比較，得出鹽提法優(yōu)于堿提法。在保持蛋白質(zhì)良好的特性下，通過單一性實(shí)驗(yàn)分析得出鹽提法較為理想的條件為：離子強(qiáng)度為0.9、抽提溫度為40 ℃、抽提時(shí)間為2 h、固液比為1：9。

王濤采用堿提法、鹽提法和胰蛋白酶水解法三種方法對(duì)美洲大蠊中的蛋白質(zhì)進(jìn)行提取。對(duì)比各個(gè)提取方法對(duì)提取率的影響得出，酶法提取的蛋白質(zhì)提取率最高。鹽提法的最佳提取條件為在鹽濃度為1%、提取溫度為40 ℃、提取時(shí)間為2 h時(shí)，美洲大蠊蛋白質(zhì)提取率最高。

潘怡歐分別用鹽法、堿法和酶法三種方法測定了黃粉蟲的鮮蟲與干蟲的蛋白質(zhì)提取率。得出：鮮蟲蛋白質(zhì)提取率明顯高于干蟲蛋白質(zhì)提取率，干蟲與鮮蟲蛋白質(zhì)提取率一致，為酶法最高，堿提法其次，鹽提法最低，并提出鹽提法最優(yōu)工藝條件組合：以鮮蟲為基物，鹽液濃度為1.0%，鹽提溫度為20 ℃，抽提時(shí)間為1h，固液比為1 ∶20時(shí)有最大得率；以干蟲為基物，鹽液濃度為1.0%，鹽提溫度為20 ℃，抽提時(shí)間為2 h，固液比為1 ∶15 時(shí)有最大得率。

肖瀟等以雄蠶蛾干粉為原料，采用鹽提法、堿提法這2 種方法提取粗蛋白，結(jié)果為堿法要好于鹽法，并提出鹽法提取雄蠶蛾蛋白質(zhì)最優(yōu)提取條件為：鹽濃度1.5%，料液比（g/mL）1∶10，提取溫度40 ℃，提取時(shí)間為4.5 h。鹽法提取率為44.36%，蛋白質(zhì)含量為34.5%。

王濤等采用堿提法、鹽提法和酶提法對(duì)美洲大蠊蛋白質(zhì)進(jìn)行分離和提取，得出3種方法提取美洲大蠊蛋白質(zhì)的效果從優(yōu)到差依次為酶提法、堿提法、鹽提法。

王敏、徐麗萍對(duì)鹽提法、堿提法、酶法分析了優(yōu)缺點(diǎn)，提出堿提酸沉法操作簡單、污染小、成本低，但是高濃度堿會(huì)使蛋白質(zhì)產(chǎn)生美拉德反應(yīng)；鹽提取法不會(huì)改變蛋白質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但是提取效率低；酶法時(shí)間短、效率高、不會(huì)產(chǎn)生有害成分。

4 小結(jié)

在昆蟲蛋白質(zhì)提取中，要根據(jù)昆蟲材料和其所含蛋白質(zhì)類型等的不同，以及溫度、pH值、時(shí)間、溶劑等因素的影響，來選擇不同的提取方法。在提取蛋白質(zhì)的過程中，干擾因素也多，比如可能含有核酸、多糖等雜質(zhì)，此外，影響蛋白質(zhì)提取的因素還有沉淀溫度、沉淀時(shí)間、原料的破碎程度、原料中殘余脂肪的含量等，這些因素對(duì)昆蟲蛋白質(zhì)提取率的具體影響還有待進(jìn)一步深入研究。因此，并沒有提取蛋白質(zhì)的通用方法。

堿提法操作簡單、污染小、成本低，但高濃度堿會(huì)使蛋白質(zhì)產(chǎn)生美拉德反應(yīng)，當(dāng)堿濃度超過一定值時(shí)，蛋白質(zhì)發(fā)生“胱賴反應(yīng)”，部分蛋白質(zhì)變性，還會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)；鹽溶法不會(huì)改變蛋白質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但提取效率低；酶法時(shí)間短，效率高，不會(huì)產(chǎn)生有害成分，但生產(chǎn)成本高，無法應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

昆蟲蛋白質(zhì)提取方法各有其特點(diǎn)，單一方法提取往往會(huì)有一些限制，選擇合理的方法，結(jié)合不同方法的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)化提取條件，使蛋白質(zhì)提取的效率和純度更高，這也是另一個(gè)研究熱點(diǎn)?！?/p>