昆虫蛋白质的功能制备方法及相关食品的开发现状

2019-05-07张佳兰任广旭高梦祥

农产品加工 2019年8期

张佳兰，王靖，任广旭，高梦祥

（1.长江大学动物科学学院，湖北荆州 434025；2.农业部食物与营养发展研究所，北京 100081；3.长江大学生命科学学院，湖北荆州 434025）

随着人口的增加和生活水平的提高，肉、蛋、奶、鱼等常规蛋白质食品难以满足人们对蛋白营养的需要[1]。因此，挖掘新的蛋白质资源、开发新型蛋白质食品越来越受到人们的重视。相对于常规动物源性食品，昆虫的蛋白质含量较高[1-2]，且必需氨基酸能满足人体需要，富含不饱和脂肪酸、维生素、矿物质。同时昆虫的世代间隔短、繁殖指数高等有利于集约化生产[3]。因此，昆虫被认为是目前资源最广且最具开发潜力的动物蛋白。全面叙述昆虫蛋白质的功能、制备方法和相关食品的开发现状。

1 昆虫蛋白质资源

蛋白质是生命活动的物质基础，是虫体主要成分之一。昆虫体内蛋白质含量很高，为20%～80%，部分虫体蛋白质含量高达50%以上。另外，昆虫机体的主要结构组成是几丁质，几丁质是一种特殊的糖蛋白，在医学上有巨大的发展潜力[4]，因此，昆虫就是天然的几丁质资源库。

部分昆虫中蛋白含量（干基，%）[3-10]见表1。

表1 部分昆虫中蛋白含量（干基，%）

2 昆虫蛋白的价值

2.1 昆虫蛋白的营养价值

昆虫不仅蛋白含量丰富，而且氨基酸组成符合人体需要，在已分析的近100种食用昆虫中，多数昆虫含有人体所必需的氨基酸，如赖氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸等，其含量在10%～30%，占氨基酸总量的35%～50%，且氨基酸比例接近WHO/FAO提出的人的氨基酸模式。

部分昆虫氨基酸种类及含量（干物质，%）[3-10]见表2。

同时，昆虫氨基酸的表观消化率非常高，为70%～99%，接近甚至超过肉、鱼的消化率。所以，开发利用昆虫蛋白资源，可为人类提供优质蛋白质，丰富蛋白食物源。

表2 部分昆虫氨基酸种类及含量（干物质，%）

2.2 昆虫活性蛋白的保健价值

昆虫蛋白质中一些抗菌肽和酶等活性成分具有保健作用[10]。目前已成功地从蚕蛹中及某些蝇、蛾等昆虫体内提取了抗菌肽、抗菌蛋白、昆虫凝集素等，并用于抗病毒、抗菌药物的生产[11]。从蚕蛹中分离出了溶菌酶、蛋白酶抑制剂和一些具有生物活性的红细胞生长素、表皮生长因子、人细胞刺激生长因子等。家蚕的抗菌肽具有抗肿瘤活性[12]，可提高小鼠抗疲劳能力[4]；应用于临床，可增强人体免疫力、抑制某些肿瘤和肝炎病毒等。许多蚁科昆虫中含有抑制肿瘤的干扰素和抗氧化酶[13]，其中蚂蚁体内含有FAD，SOD等19种酶和辅酶，这些物质对机体的能量代谢、脑细胞的更新及脑细胞缺氧状况的改善有重要作用[14]。而大麦虫水溶蛋白具有很强的抗氧化能力和清除超氧阴离子能力，酸溶蛋白有很强的羟基自由基清除能力[15]。从毒蝎中提取的毒蝎纤溶活性肽能保护缺氧损伤的内皮细胞；毒蝎阵痛活性肽具有镇痛、缓解衰老的生物活性[16]。

尽管如此，关于昆虫活性蛋白保健功能的研究工作相对较少。相信随着研究和认识的不断深入，更多的昆虫活性蛋白保健功能和药用价值将被发现，从而有利于昆虫保健食品的研制和开发。

3 昆虫蛋白质的制备方法

与动、植物蛋白质提取及加工相比，昆虫蛋白的相关研究报道较少。目前，昆虫蛋白的制备方法主要有蛋白酶提取法、碱提取法、Tris-HCl提取法和盐提取法[17]等，与动物蛋白质的提取方法一致。而且，不同的昆虫蛋白其最有效的提取方式也有差异[17-21]。比较5种酶对脱脂蚕蛹蛋白的酶解效果，包括胃蛋白酶、胰蛋白酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶和木瓜蛋白酶，发现胃蛋白酶酶解蚕蛹蛋白效果较优[18]。另外，研究发现用多种混合酶酶解脱脂蝇蛆粉的蛋白提取率高于盐析法的提取率[19-21]。超声辅助碱法蚕制备蛹蛋白的得率显著高于醇提法和普通碱提法。在筛选碱法、盐法、胰蛋白酶法和Tris-HCl法对黄粉虫幼虫蛋白提取时，发现胰蛋白酶法提取率最高，碱法和Tris-HCl法次之，盐法效果最差[18]；研究结果与大麦虫蛋白提取的结果一致[22]。但对蚱蝉若虫蛋白而言，碱法的蛋白质得率最高，其次为盐法，Tris-HCl法得率最低[23]。这一结果与铺道蚁蛋白提取结果一致[24]。而对于家蝇幼虫蛋白质提取发现，盐提法优于碱提法[25]。虽然对蚂蚁蛋白质而言，碱提取蛋白质得率明显优于盐提蛋白法和Tris-HCl法，但碱提法容易使蛋白质变性，不利于产品的风味和口感[25]。同时发现，以鲜虫为原料的提取效果明显优于去脂干虫[25-26]。

由此可见，不同种类的昆虫，其最佳的蛋白提取方法有所差异，并需要进一步研究。另外，由于某些昆虫本身的颜色、特殊气味等因素，以及消费者的口味和喜好等限制了昆虫蛋白质的开发与利用。同时，昆虫体内含有一定比例的油脂，不利于蛋白的分离制备，因此在制备过程中需要进一步的脱脂、脱色和除味，从而使昆虫蚕白更适合消费者口味。

4 昆虫蛋白食品的开发

昆虫因其丰富的营养成分及某些活性物质而使功能性的昆虫源食品近年来备受关注。美国、法国、德国、澳大利亚等国的昆虫食品加工企业已经得到了长足发展，其加工的原料昆虫也已经规模化养殖[27]。中国昆虫食品的开发始于20世纪80年代，到目前为止，已经生产出了昆虫油、酒、酱油、罐头、蜜饯、糕点、羹类食品和虫粉蛋白冲剂等多类食品[28]。用蚂蚁和蜂体为原料已开发出多种保健饮料和食品。其中用蚂蚁为原料制备的保健饮料具有维持生命能量、提升免疫力等多重功效；用蚕蛹制成的复合饮料[29]具有独特的保健功效，不但营养价值高，而且别具风味；而蚕丝制成的保健食品，具有强肝、降血脂、补充膳食纤维等功效，对老年人尤其适用。以黄粉虫为主要原料制备的系列产品已经引起人们的不断关注，以昆虫为主要原料研发的优质蛋白及氨基酸系列产品已申请多项专利[28-30]。另外，昆虫体内的一些特殊性质的蛋白质都可能通过生物技术实现工厂化生产，从而得到开发和利用。