黃粉蟲蛋白粉成分分析及體外模擬消化功效評(píng)價(jià)

遲曉君,王璇,張大鵬,翟夢(mèng)堯,張瑞杰,韋新彤,孫文君*

黃粉蟲蛋白粉成分分析及體外模擬消化功效評(píng)價(jià)

遲曉君1,王璇2,張大鵬1,翟夢(mèng)堯1,張瑞杰1,韋新彤1,孫文君1*

1. 山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院, 山東 濟(jì)南 250100 2. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院, 山東 泰安 271018

為探究黃粉蟲蛋白粉的應(yīng)用前景，本試驗(yàn)以蛋白質(zhì)含量、蛋白質(zhì)消化率、氨基酸組分分析結(jié)果、脂肪含量、灰分含量、流動(dòng)性、白度、分散時(shí)間、溶解性作為試驗(yàn)指標(biāo)，對(duì)項(xiàng)目組開發(fā)的黃粉蟲蛋白粉與市面上主售的乳清蛋白粉、大豆蛋白粉進(jìn)行成分分析，并對(duì)3種蛋白粉的體外模擬消化特征進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，黃粉蟲蛋白粉的蛋白質(zhì)含量為73.18%，顯著低于乳清蛋白粉（83.03%）和大豆蛋白粉（83.98%）（＜0.05）；但黃粉蟲蛋白粉的消化率高達(dá)86.98%，顯著高于乳清蛋白粉（69.52%）和大豆蛋白粉（73.56%）（＜0.05）；黃粉蟲蛋白粉中的必需氨基酸百分含量為34.51%，其亮氨酸、蘇氨酸、甲硫氨酸＋半胱氨酸、苯丙氨酸＋酪氨酸的氨基酸評(píng)分分別為61.15、34.09、8.58、29.13，顯著優(yōu)于大豆蛋白粉（＜0.05），與乳清蛋白粉沒有顯著性差異（＞0.05）；黃粉蟲蛋白粉的脂肪含量較高，為3.47%，顯著高于乳清蛋白粉（0.8%）及大豆蛋白粉（0.79%）（＜0.05）；但黃粉蟲蛋白粉的灰分含量較低，為5.48%，與乳清蛋白粉（5.5%）無顯著性差異（＞0.05）；黃粉蟲蛋白粉的休止角、白度、堆積密度、分散時(shí)間、溶解性分別為16.20°、81.49、9.32 g/100mL、1.60 min、23.56%，其中流動(dòng)性、溶解性、分散時(shí)間顯著優(yōu)于市售的2種蛋白粉（＜0.05），可作為優(yōu)質(zhì)的蛋白補(bǔ)充劑，為黃粉蟲高值化利用提供理論依據(jù)。

黃粉蟲; 成分分析; 消化功效評(píng)價(jià)

黃粉蟲（L.）又名黃粉甲，俗稱面包蟲，富含多種營(yíng)養(yǎng)成分，是一種珍貴的昆蟲蛋白資源，已在食品、飼料等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1]。黃粉蟲蛋白質(zhì)含量很高，其粗蛋白含量可達(dá)60%以上，居各類活體動(dòng)物蛋白飼料之首，被譽(yù)為“蛋白之王”[2]。

黃粉蟲蛋白具有18種必需氨基酸[2,3]，其中必需氨基酸含量占氨基酸總量的39.14%左右[4]，基本符合FAO/WHO建議的優(yōu)良蛋白質(zhì)必需氨基酸的標(biāo)準(zhǔn)[5]，且不飽和脂肪酸、礦物質(zhì)含量較豐富，另外黃粉蟲中含有許多生物活性成分，體內(nèi)富含幾丁質(zhì)、抑菌肽和不飽和脂肪酸等[5]，具有較大的開發(fā)潛力。

黃粉蟲的資源化利用工作已在世界上許多國(guó)家開展，全球黃粉蟲市場(chǎng)規(guī)模自2016年的8908.5萬美元上升至2021年的22982.7萬美元，期間年均復(fù)合增長(zhǎng)率為20.87%。2016年3月9日，MFDS（韓國(guó)食藥部）發(fā)布[6]將以往作為暫定食品原料使用的黃粉蟲幼蟲及雙斑蟋追加到食品原料目錄，擴(kuò)大了安全使用范圍，以便所有營(yíng)業(yè)者均可將其作為食品原料使用。2021年6月1日，歐盟委員會(huì)發(fā)布批準(zhǔn)干黃粉蟲幼蟲作為新型食品投放市場(chǎng)。目前，韓國(guó)和歐洲歐盟已宣布黃粉蟲可以作為新食品原料供人類食用[7]。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)黃粉蟲資源化利用的探索過程初步轉(zhuǎn)型向精深加工、開發(fā)高新技術(shù)產(chǎn)品方向以及廣泛應(yīng)用階段發(fā)展。2021年中國(guó)黃粉蟲干蟲產(chǎn)量達(dá)到4萬噸，同比增長(zhǎng)17.55%，2016年以來年均復(fù)合增速為22.84%。2016年我國(guó)黃粉蟲市場(chǎng)規(guī)模為1.75億元，2021年國(guó)內(nèi)黃粉蟲市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)至5.28億元，2016年以來市場(chǎng)規(guī)模復(fù)合增速為24.72%，2021年全球黃粉蟲市場(chǎng)規(guī)模為2.30億美元，中國(guó)約占全球規(guī)?？偭康?5.61%，特別是隨著全球蛋白資源危機(jī)日趨嚴(yán)峻，黃粉蟲精深加工和高新技術(shù)系列產(chǎn)品開發(fā)將是未來研究的熱點(diǎn)[2]。目前國(guó)內(nèi)黃粉蟲總產(chǎn)量中大約95％加工成干蟲，直接以干蟲的形式銷售與應(yīng)用，附加值較低，嚴(yán)重阻礙了黃粉蟲行業(yè)的發(fā)展。因此，對(duì)黃粉蟲精深加工提取黃粉蟲蛋白，并對(duì)黃粉蟲蛋白粉進(jìn)行推廣應(yīng)用，對(duì)黃粉蟲的高價(jià)值化利用具有重要意義?；诖?，本試驗(yàn)選擇項(xiàng)目組前期采用黃粉蟲蛋白粉進(jìn)行成分分析及體外模擬消化，并與市面上主售的乳清蛋白粉、大豆蛋白粉進(jìn)行比較，對(duì)比三者在蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)消化率、灰分、脂肪、氨基酸組分分析結(jié)果、流動(dòng)性、白度、分散時(shí)間、溶解性方面的差異。旨在為黃粉蟲的高值化利用提供理論依據(jù)，為黃粉蟲蛋白粉系列產(chǎn)品開發(fā)奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

表 1 試驗(yàn)原料

注：超聲波微波耦合提取黃粉蟲蛋白粉在下文中簡(jiǎn)稱：黃粉蟲蛋白粉。

Note: Ultrasonic microwave coupled extraction of yellow mealworm protein powder in the following referred to as: yellow mealworm protein powder.

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1蛋白質(zhì)的測(cè)定根據(jù)GB 5009.5-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》中的第一法，凱氏定氮法對(duì)3種蛋白粉蛋白質(zhì)含量測(cè)定[8]。

1.2.2 脂肪的測(cè)定根據(jù)GB 5009.6-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測(cè)定》中的第一法，索氏抽提法對(duì)3種蛋白粉中的脂肪含量進(jìn)行測(cè)定[9]。

1.2.3 氨基酸分析根據(jù)JY/T 019-1996和JJG 1064-2011兩部標(biāo)準(zhǔn)采用自動(dòng)氨基酸分析儀進(jìn)行測(cè)定。

1.2.4 灰分的測(cè)定根據(jù)GB 5009.4-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中灰分的測(cè)定》中第一法對(duì)3種蛋白粉進(jìn)行總灰分的測(cè)定[10]。

式中：1——第一次稱取3種蛋白粉的質(zhì)量；2——上清液中溶解物的質(zhì)量。

1.2.6 流動(dòng)性的測(cè)定根據(jù)王亮[12]等的試驗(yàn)方法加以改進(jìn)，在使用儀器時(shí)，稱取10 g黃粉蟲超細(xì)粉，在圓形平臺(tái)的上方放置一個(gè)漏斗，然后通過漏斗讓粉末自由落體，然后點(diǎn)擊“開始測(cè)量”鍵進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，測(cè)量結(jié)束后記錄下數(shù)值。每個(gè)樣品連續(xù)測(cè)定3次，然后選擇正常的數(shù)值取其平均值。

1.2.8 分散時(shí)間時(shí)間的測(cè)定參照陳清香[14]等的方法加以改進(jìn)，在200 mL燒杯中加入50 mL去離子水，加入5 g樣品后分別放入25 ℃恒溫水浴中，記錄乳清、黃粉蟲以及大豆蛋白粉樣品全部溶解所需的時(shí)間。

1.2.10 模擬消化試驗(yàn)?zāi)壳?，蛋白質(zhì)價(jià)值評(píng)定的常用方法有多種，常用的有化學(xué)法分析法，人體及動(dòng)物試驗(yàn)法，體外模擬消化法[16]。3種方法相較而言，體外模擬法具有簡(jiǎn)潔、快速、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，本試驗(yàn)所用的靜態(tài)體外模擬消化模型是建立在Minekus[17]等的研究基礎(chǔ)修改而成，此方法主要包括3種模擬消化液體：模擬唾液、胃液以及腸液[18,19]，并根據(jù)表2配制出6種緩沖溶，液后混勻，用蒸餾水補(bǔ)至400 mL，制成1.25倍的濃縮消化液[18,19]。

表 2 體外模擬消化液配方

（1）模擬胃消化階段參照馬寅龍[18,19]等的方法，具體操作步驟如下，將3種原料粉用蒸餾水配制成蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的乳液，于37 ℃的水浴鍋中預(yù)熱10 min，與8 mL模擬胃液、4 mg胃蛋白酶（10000 U/mg）、5 μL 0.3 mol/L CaCl2混勻，然后用1 mol/L鹽酸降至pH=3，后在37 ℃、135 r/min振蕩消化2 h。后將樣品消化液分成2份，一份作為胃消化液進(jìn)行后續(xù)功能性分析，離心取上清液并將樣品放入超低溫冰箱中封存，另一份作后續(xù)腸消化階段樣品。

（2）模擬腸消化階段參照馬寅龍[18,19]等的方法，具體操作步驟如下，將10 mL胃消化階段樣品與8 mL模擬腸液、8 mg胰蛋白酶（250 U/mg）、牛膽鹽0.0814 g、20 μL 0.3 mol/L CaCl2混勻，后用1 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)至pH=7，再用蒸餾水補(bǔ)至20 mL后將混合后的樣品腸消化液放入振蕩培養(yǎng)箱中，在37 ℃、135 r/min振蕩培養(yǎng)2 h，腸消化階段完成后，立即以6000 r/min離心5 min，上清液即為樣品液，最終將樣品放入超低溫冰箱中封存。

（3）蛋白質(zhì)體外消化率的測(cè)定參照尋崇榮[19]等的方法，取上清液后用凱氏定氮法測(cè)定可溶性蛋白的含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 25.0和Origin 2019分析處理數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同蛋白粉蛋白質(zhì)含量

蛋白質(zhì)含量是評(píng)價(jià)蛋白粉營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的一個(gè)非常重要的指標(biāo)[20]，黃粉蟲蛋白粉與其他2種蛋白粉的對(duì)比，如圖1所示，結(jié)果表明：黃粉蟲蛋白粉的蛋白含量為73.18%，低于市售的2種蛋白粉（分別為83.03%、83.98%）且具有顯著性差異（＜0.05）。分析該現(xiàn)象可能的原因，一是由于黃粉蟲蛋白粉的提取工藝不夠成熟，產(chǎn)品含有較多雜質(zhì)，導(dǎo)致單位質(zhì)量的蛋白質(zhì)含量偏低；二是因脂肪脫除的不夠完全，黃粉蟲內(nèi)部的蛋白質(zhì)受脂肪包裹，影響蛋白質(zhì)的溶出[21]。綜上，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化黃粉蟲蛋白質(zhì)的提取工藝，改進(jìn)黃粉蟲加工過程中的脫脂技術(shù)等，提高黃粉蟲蛋白的純度。

圖 1 不同蛋白粉蛋白質(zhì)含量

2.2 不同蛋白粉脂肪含量

如圖2所示，黃粉蟲蛋白粉的脂肪含量高于乳清蛋白粉和大豆蛋白粉且具有顯著性差異（＜0.05），推測(cè)原因[22]是由于黃粉蟲的粗纖維含量少，質(zhì)地較軟，項(xiàng)目組用傳統(tǒng)的機(jī)械壓榨法進(jìn)行壓榨，出油量較低，因此黃粉蟲蛋白粉中的油脂含量相對(duì)較高，這也與蛋白質(zhì)含量較低的結(jié)果相對(duì)應(yīng)，后期黃粉蟲脫脂可以采用亞臨界萃取法或者超臨界萃取法[20]。

圖 2 不同蛋白粉脂肪含量

2.3 不同蛋白粉氨基酸分析

氨基酸的種類、數(shù)量和組成往往決定蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[23]。由表3可知，黃粉蟲蛋白粉中氨基酸種類豐富，含有多種必需氨基酸且含量較高。氨基酸總量為78.70 mg/100 g，必需氨基酸占總量的34.51%，顯著優(yōu)于大豆蛋白（＜0.05），與乳清蛋白粉沒有顯著性差異（＞0.05）。如表4所示，其亮氨酸、蘇氨酸、甲硫氨酸＋半胱氨酸、苯丙氨酸＋酪氨酸的氨基酸評(píng)分分別為61.15、34.09、8.58、29.13，顯著優(yōu)于大豆蛋白粉（＜0.05），且苯丙氨酸＋酪氨酸的氨基酸評(píng)分高于其他2種蛋白粉，適于人體攝入，同時(shí)表明黃粉蟲蛋白可以作為一種優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)來源，為黃粉蟲蛋白粉的研發(fā)推廣奠定理論基礎(chǔ)。

表3 不同蛋白粉氨基酸分析

注：有一個(gè)相同標(biāo)記字母的即為差異不顯著,凡具不同標(biāo)記字母的即為差異顯著。

Note:The difference is not significant if the letters marked are the same, and those with different marked letters are considered to have significant differences.

表4 不同蛋白粉氨基酸評(píng)分

2.4 不同蛋白粉灰分分析

黃粉蟲蛋白粉與其他2種蛋白粉對(duì)比得到的灰分含量，如圖3所示，大豆蛋白粉＞乳清蛋白粉＞黃粉蟲蛋白粉，黃粉蟲蛋白粉與乳清蛋白粉不具顯著性差異(＞0.05)，與大豆蛋白粉具顯著差異（＜0.05）?；曳质侵傅鞍追廴紵笫Ｓ嗟臒o法燃燒的無機(jī)鹽部分，灰分含量越低，說明蛋白粉中的無機(jī)鹽越低，蛋白粉的品質(zhì)越好，因此黃粉蟲蛋白粉的品質(zhì)較高。

圖 3 不同蛋白粉灰分含量

2.5 不同蛋白粉物理指標(biāo)

表 5 不同蛋白粉物理指標(biāo)

注：有一個(gè)相同標(biāo)記字母的即為差異不顯著,凡具不同標(biāo)記字母的即為差異顯著。

Note:The difference is not significant if the letters marked are the same, and those with different marked letters are considered to have significant differences.

由表5可知，不同蛋白粉之間的休止角差異為乳清蛋白粉＞大豆蛋白粉＞黃粉蟲蛋白粉，乳清蛋白粉的休止角最大為21.09°，流動(dòng)性最差，顯著差于黃粉蟲蛋白粉與大豆蛋白粉（＜0.05），黃粉蟲蛋白粉的休止角最小，為16.20°，流動(dòng)性最好。

白度表示的是物質(zhì)表面白色的程度，白度越高，消費(fèi)者的接受程度越高，如表5所示，乳清蛋白粉最高，大豆蛋白粉次之，兩者均顯著高于黃粉蟲蛋白粉（＜0.05），建議項(xiàng)目組后期優(yōu)化黃粉蟲蛋白粉的提取工藝提高純度，其白度也會(huì)提高。

堆積密度與粉體粒徑大小、微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)[24]。由表可知，堆積密度大小順序?yàn)榇蠖沟鞍追郏军S粉蟲蛋白粉＞乳清蛋白粉，乳清蛋白粉的堆積密度最小為9.81 g/100mL，黃粉蟲蛋白粉的堆積密度9.32 g/100mL，兩者不具顯著性差異（＞0.05），均與大豆蛋白粉具有顯著性差異（＜0.05）。咀嚼片、泡騰片等產(chǎn)品的開發(fā)與堆積密度關(guān)聯(lián)緊密，說明黃粉蟲蛋白粉適合后期開發(fā)成片劑等產(chǎn)品。

分散時(shí)間是指蛋白粉全部溶解所需要的時(shí)間，時(shí)間越短，說明該蛋白粉更易在液體中溶解。溶解性是蛋白粉最基本的功能性質(zhì)[24]。如表5所示，黃粉蟲蛋白粉的分散時(shí)間最短，為1.60 min，而且顯著低于乳清蛋白粉和大豆蛋白粉（＜0.05），溶解度最佳。

綜上，黃粉蟲蛋白粉的休止角最小，為16.20°，流動(dòng)性最好；堆積密度值較好，為9.32 g/100 mL；分散時(shí)間較短，為1.60 min且溶解性最佳，說明黃粉蟲蛋白粉具有更好的加工適應(yīng)性。

2.6 不同蛋白粉體外模擬消化試驗(yàn)

如圖4所示，本試驗(yàn)通過體外模擬消化試驗(yàn)對(duì)3種蛋白粉進(jìn)行測(cè)定，蛋白質(zhì)消化率從高到底排列為黃粉蟲蛋白粉＞乳清蛋白粉＞大豆蛋白粉，而且黃粉蟲蛋白粉的消化率達(dá)86.98%，顯著高于2種市售蛋白粉（分別為69.52%、73.56%）（＜0.05）。李樂源[25]等人通過試驗(yàn)評(píng)估了在BLSS（生物再生生命維持系統(tǒng)）中用黃粉蟲蛋白為航天員提供動(dòng)物性食物的可行性。雖然黃粉蟲蛋白粉的蛋白質(zhì)含量略低，但與其他2種蛋白粉相比，蛋白質(zhì)的消化率優(yōu)勢(shì)明顯，而且后期脫脂可以采用亞臨界萃取法或者超臨界萃取法，其蛋白質(zhì)含量還會(huì)上升。因此，由本試驗(yàn)可證實(shí)，黃粉蟲蛋白作為一種蛋白質(zhì)含量較高、易于消化吸收、氨基酸種類豐富的蛋白資源，極具開發(fā)潛力。

圖 4 不同蛋白粉體外模擬消化試驗(yàn)

3 討論

本文以蛋白質(zhì)、脂肪、灰分、分散性、白度、氨基酸分析等成分分析及體外模擬消化功效評(píng)價(jià)、體外模擬消化結(jié)果為指標(biāo)，對(duì)黃粉蟲蛋白粉與市售的濃縮乳清蛋白粉和大豆分離蛋白粉進(jìn)行對(duì)比，旨在為黃粉蟲蛋白粉的研發(fā)推廣提供理論數(shù)據(jù)支持。試驗(yàn)結(jié)果顯示：黃粉蟲蛋白質(zhì)中有豐富的氨基酸，包括多種必需氨基酸，且含量滿足日常需求，其中必需氨基酸的含量和比例符合FAO/WHO的要求，是一種優(yōu)良的蛋白質(zhì)資源；3種蛋白粉的氨基酸評(píng)分表明，黃粉蟲蛋白優(yōu)于大豆蛋白，黃粉蟲蛋白粉中缺乏含硫氨基酸，若與其他蛋白質(zhì)合理配比，將成為優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)補(bǔ)充劑；黃粉蟲蛋白粉的流動(dòng)性、溶解性、分散時(shí)間顯著優(yōu)于市售的2種蛋白粉（＜0.05），適合后期開發(fā)片劑等產(chǎn)品，白度較市售的2種蛋白粉較低，有顯著性差異（＜0.05），建議繼續(xù)優(yōu)化黃粉蟲蛋白粉的提取工藝提高純度，其白度也會(huì)提高；使用胃蛋白酶和胰蛋白酶在體外模擬消化過程，結(jié)果表明黃粉蟲蛋白粉的消化率最高，與其他2種蛋白粉有顯著性差異（＜0.05）。綜上所述，黃粉蟲蛋白粉易于消化吸收而且氨基酸種類豐富，結(jié)構(gòu)合理等優(yōu)良特性，加工適應(yīng)性更好，具有較大的開發(fā)潛力。

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Protein Powder Components inL. and Evaluation on Simulated Digestion in Vitro

CHI Xiao-jun1, WANG Xuan2, ZHANG Da-peng1, ZHAI Meng-yao1, ZHANG Rui-jie1, WEI Xin-tong1, SUN Wen-jun1*

1.250100,2.271018,

We analyzed the components ofL. protein powder, whey protein powder and soybean protein powder, and evaluated the simulated digestion characteristics of three kinds of protein powders by analyzing protein content, protein digestibility, amino acid component analysis results, fat content, ash content, fluidity, whiteness, dispersion time, solubility ofL.. The results showed total content of protein in TMP powders was 73.18%, which was significantly lower than whey protein (83.03%) and soy protein (83.98%) (<0.05). While the coefficient of digestibility of TMP powders was 86.98%, which was significantly higher than whey protein (69.52%) and soy protein (73.56%) (<0.05). Essential amino acids composition in TMP was 34.51%, which was closer to whey protein (>0.05) but higher than soy protein (P<0.05), and the score values containing Leucine, Threonine, Methionine + Cysteine and Phenylalanine + Tyrosine were 61.15, 34.09, 8.58 and 29.13, respectively. Content of fat in TMP powders (3.47%) was higher than whey protein (0.80%) and soy protein (0.79%), while the content of ash in TMP powders was 5.48%, which was closer to whey protein (5.5%). In addition, TMP powders exhibited 16.20° of slope of repose, 81.49 of whiteness, 9.32 g/100 mL of bulk density, 1.60 min of dispersibility and 23.56% of solubility. Among these, flowability, dispersibility and solubility of TMP were superior to those of control groups. Accordingly, the aforementioned results can be beneficial to the application of TMP as a protein supplement. Our study provided a theoretical basis for the application ofprotein in food industry.

r L; component analysis; digestion evaluation

S641.3

A

1000-2324(2023)05-0683-08

10.3969/j.issn.1000-2324.2023.05.007

2023-02-10

2023-03-28

果蔬廢棄物資源全物質(zhì)循環(huán)利用校企協(xié)同創(chuàng)新項(xiàng)目(YBZR202206);果蔬廢棄物資源全物質(zhì)循環(huán)利用關(guān)鍵技術(shù)集成與示范項(xiàng)目(sgyhx2022-07);基于農(nóng)業(yè)垃圾分類的生產(chǎn)性廢棄物生物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)技術(shù)的建立與運(yùn)行示范項(xiàng)目(23-2-8-xdny-1-nsh)

遲曉君(1984-),女,碩士,副教授,專業(yè)方向:農(nóng)產(chǎn)品加工. E-mail:chixiaojun2007@126.com

Author for correspondence. E-mail:841478344@qq.com