昆虫作为食品和饲料蛋白的潜力和挑战

韩 郸

（贵州省湿地和公益林保护中心，贵州贵阳 550001）

食用昆虫，即可供人和动物吃的昆虫，迄今为止，超过2000种昆虫被认为可以食用（Jongema，2012）。工业化国家的食用昆虫很少，相应的研究数据有限。据报道，30年前意大利东北部的南阿尔卑斯山脉一直食用5种昆虫或其产品，这类昆虫和甲壳类动物（如虾、蟹、龙虾、磷虾）一样，也属于节肢动物，有一百多万种（Dreon和Paoletti，2009）。昆虫又分为鞘翅目（真甲虫）、双翅目（苍蝇）、半翅目（虫子）、膜翅目（黄蜂、蜜蜂、蚂蚁）、等翅目（白蚁）、鳞翅目（蝴蝶、飞蛾）、直翅目（蚱蜢、蝗虫、蟋蟀）。从昆虫的生命周期来看，可将其分为完全变态昆虫（由卵或胚胎到幼虫、蛹、成虫）和半代谢性昆虫（由卵到若虫、成虫、未完全变态）。相比传统的家畜，昆虫饲料转化效率更高，因为大多昆虫是杂食物种，可以利用有机废物，且饲养过程中占用的空间较少。为了大规模工业化生产昆虫，必须发展自动化技术和安全程序，以确保以昆虫为原料的食品安全和饲料产品的经济生产。此外，消费者的接受程度还有待提高。

1 规模化生产食用昆虫的加工技术

虽然大多数食用昆虫可以在野外收集，但昆虫饲养至少有几千年的历史，如养蚕、养蜂等。由于昆虫养殖需要高强度的体力劳动，大量生产食用昆虫蛋白的成本较高，其价格与肉类相当。如荷兰50 g冻干粉虱的售价为4.85欧元，外加运费、广告费，其售价可达到32.33欧元，而在尼日利亚，毛毛虫是该国最广泛销售的食用昆虫，价格大约是牛肉的两倍（DeFoliart，1999）。到目前为止，在野外不受控制和不可持续的采伐导致过度采集、森林破坏和物种灭绝。因此，为了在工业规模上饲养食用昆虫，同时保护森林，要建立具有成本效益且又安全的食用昆虫养殖系统。此外，为了大规模生产更具竞争力的蛋白，有必要开发养殖及收获后的加工技术，包括相应的安全和质量监控来确保食品和饲料安全。

在获得最大的效益，必须选择合适的可食用昆虫品种，同时还要考虑消费者的接受程度。根据其大小、社会行为、安全性、流行趋势、繁殖和生存潜力、营养效益、储藏潜力和可销售性来选择（Schabel，2010）。根据饲养物种和昆虫生命周期的发展阶段制定养殖程序，此外还需要考虑其他饲养因素，包括温度、光照、湿度、通风、饲养容器属性、幼虫密度、产卵地点、食物和水的可用性、食物成分和质量及微生物污染（Tchuinkam等，2011）。直翅目昆虫如蝗虫和蟋蟀作为食物和饲料具有很大的潜力，Haldar等（1999）通过蝗虫养殖研究发现，84只雌性蝗虫在29～35 d内产生了1 kg的生物量。为了降低食用昆虫生产过程中的成本，有必要开发饲养、收获、加工和配送的自动化技术，这可能包括饲养容器表面去污技术及监控设备开发（如疾病监测）。进一步降低成本的手段包括开发廉价的饲养基质（如有机废物）、改善自动化卫生程序、控制疾病从而减少损失。除降低饲养过程中的损失外，卫生程序还可减少微生物污染，从而提高食品和饲料安全性。

2 食用昆虫的安全性

并不是所有的昆虫都可以安全食用，正如它适用于动植物食品一样，有些昆虫不能食用或引起过敏反应。如非洲蚕蛹含有一种硫胺素酶，可导致硫胺素缺乏症，而有些昆虫甚至含有驱虫剂或有毒化学物质作为防御机制。野生昆虫通常可以安全食用，但当它们在杀虫剂处理的地区进食时，体内会沉积杀虫剂（Yen，2010）。对于所有在野外或农场收获的昆虫都需要适当处理和储存，以防止污染和腐败，确保食品和饲料安全。Schabel（2010）报道了食用昆虫引起的肉毒中毒、寄生虫病和黄曲霉毒素中毒的病例，其认为需要注意昆虫的人畜共患病风险。与牛结核病、甲型流感或沙门氏菌病类似的由昆虫直接传染给人类的人畜共患病尚不清楚，但昆虫是人畜共患病媒介，如细菌、病毒、寄生虫和真菌（Kruse等，2004）。因此，为了预防人畜共患病，必须抑制食用昆虫与受感染的人或动物的接触。

在食用昆虫微生物污染调查中，Opara等（2012）在尼日利亚采集的新鲜收获的棕榈幼虫和热处理的棕榈幼虫中发现了大肠杆菌和克雷伯氏菌，热处理棕榈幼虫的污染主要是由于葡萄球菌处理不当造成的。用鱼塘废物培养的家蝇幼虫肠道和体表分离的微生物中包含致病性金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、曲霉、蜡样芽孢杆菌和非致病性枯草杆菌（Banjo等，2006）。用于食品和饲料的昆虫中病原微生物的存在构成了一种潜在的健康威胁，必须通过收获后的加工、处理和储存措施加以克服。Klunder等（2012）调查了3种新鲜、加工和储存的食用昆虫的微生物学特性，发现新鲜昆虫中微生物和孢子形成的细菌和肠杆菌科含量很高，这些昆虫是典型的从土壤中收获的。随后煮沸（5～10 min）阻止了蟋蟀的黑色变色酶过程，导致所有昆虫种类的微生物负荷下降和肠道细菌的消除，而烘烤（10 min）没有完全消除肠道细菌。一般来说，热处理（焙烧10 min或煮沸5～10 min）不能完全灭活细菌孢子，因此，孢子形成的细菌在食用昆虫中构成潜在的风险，需要研发新的去污技术，如高压热灭菌或110～150℃常规灭菌及适当的储存条件。值得注意的是，在烘烤或煮沸前的粉碎并没有提高热处理步骤的效率，相反，与整个粉虫幼虫相比，会导致更高的微生物负荷。在贮藏试验中，新鲜和热处理的蟋蟀分别在5～7℃和28～30℃温度下贮藏，由于新鲜蟋蟀的初始微生物量相当高，即使储存在5～7℃也会出现感官质量损失，如变色。28～30℃贮藏的水煮蟋蟀腐败迅速，5～7℃贮藏的蟋蟀保质期可超过2周，同时煮沸后的干燥和酸化可能会增加室温下贮藏蟋蟀的货架寿命（Klunder等，2012）。

然而，食用昆虫的微生物污染调查说明昆虫学家需要研究关注其微生物威胁及开发相应的去污和储存方法来确保食品和饲料安全。此外，还需要针对性的制定食用昆虫相关标准，包括产品规格、微生物特性、化学残留物和污染物的标准、采样、分析方法、包装、保存和储存方法及标签要求。

3 食用昆虫的营养价值及其在食品和饲料中的应用

食用昆虫通常是蛋白质、脂肪、能量、维生素和矿物质的良好来源。如100 g毛毛虫可以为人提供76%的每日所需的蛋白质和近100%的维生素（Agbidye等，2009）。干蚕蛹由大约50%的蛋白质和30%的脂质组成，比较100 g食用昆虫和100 g鲜肉，猪肉除含有较高的脂肪外，其能量含量是相似的（Sirimungkararat等，2010）。但与牛肉、猪肉、鸡肉和羊肉相比，白蚁、蚱蜢、毛虫、象鼻虫和家蝇是更好的蛋白质来源。在人体对氨基酸需求方面，昆虫表现出高品质的氨基酸图谱，含有高含量的苯丙氨酸和酪氨酸，除蛋氨酸外，总体满足需求（Schabel，2010）。基于鲜重，昆虫的脂肪含量一般在10%～30%之间，幼虫期和蛹期的脂肪含量高于成虫期，而活的白蚁提供约350 kcal/100 g能量，由约23%的蛋白质和28%的脂肪组成，它们是世界上第二大食用昆虫，仅次于蚱蜢。此外，食用昆虫脂肪酸谱中饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸的比值为0.4～0.65（Chen等，2009）。一般可认为大多数昆虫都含有大量的钾、钙、铁、镁和硒，特别是白蚁铁含量高，而且部分食用昆虫比牛肉、猪肉和鸡肉含有更多的铁和钙（Banjo等，2006）。值得注意的是，尤其是毛毛虫，通常会提供大量所需的矿物质，如100 g毛毛虫平均能提供335%的最低每日所需铁（Schabel，2010）。此外，昆虫还提供多种维生素，如蜜蜂幼虫富含维生素A和维生素D，毛虫富含维生素B1、B2和 B6（Schabel，2010）。关于昆虫的高营养价值，必须考虑到昆虫的营养状况高度依赖于饲料成分。如用含有有机废物的不同饲料喂养粉蚧幼虫，可导致幼虫的营养成分不同（Ramos-Elorduy等，2002）。早前所述的昆虫营养成分大部分来源于野外采集的昆虫，但如果有机废物被用于昆虫工厂化养殖，则应考虑昆虫的营养状况。除了营养成分外，还应调查潜在的有害成分（如过敏原），以确保食品和饲料产品的安全。

昆虫是一种极具潜力的饲料，尤其考虑到其营养价值，其对空间的要求很低，特别是对家禽、鱼类及爬行动物，因为昆虫是它们在自然栖息地的食物。此外，用作饲料的昆虫可以在粪肥和鱼等有机废物上饲养，而不会引起消费者的反感和伦理问题。蝗类由于其蛋白质含量高于豆粕、鱼粉等其他蛋白质来源，且富含钙、镁、锌、铁和铜等微量营养素，被认为是家禽饲料中潜在的饲料成分之一。在家禽日粮中，用干蚕蛹代替鱼粉用于生长和产蛋也是可行的，如在鸡饲料中添加10%～15%的家蝇幼虫可以改善肉鸡生长性能和胴体质量，胸肌蛋白质含量保持不变，赖氨酸和色氨酸含量增加。Ramos-Elorduy等（2002）饲养试验表明，在肉鸡日粮中添加0、5%和10%的粉虫幼虫对采食量、增重和饲料效率无显著影响，这使得以有机废物饲养的黄粉虫成为鸡饲料的潜在补充料。St-Hilaire等（2007）认为，非有害蝇类可用于生产高质量鱼饲料，其富含n-3多不饱和脂肪酸，作为鱼粉和鱼油的替代品，同时也减少动物废物。

利用昆虫及其产品作为食品配料不仅具有营养价值，而且具有实用价值。Omotoso（2006）研究了天蚕幼虫粉的功能特性，获得了较高的吸油和吸水能力，因此，天蚕幼虫粉可以应用在烘焙产品中，由于其高吸水能力，作为气味护剂可以提高食品口感。尽管昆虫蛋白有营养价值，但只有当其不仅在生产成本方面，而且在水、能源消耗和排放等环境方面都能得到有效利用时，最终它才可能成为肉类替代品。

4 食用昆虫的环境问题

考虑到昆虫高蛋白含量和良好的营养状况，必须考虑是否可以生产食用昆虫来代替肉制品，也可以作为饲料成分，从而成为家畜的一个相当可观的替代选择。因此，必须评估大规模昆虫生产对环境的影响。但迄今为止关于昆虫饲养对环境影响的资料很少。从1980年到2004年，全球肉类产量几乎翻了一番，而且这一趋势还在继续，发展中国家年增长率超过5%，导致饲料、土地及淡水需求迅速增长，温室气体产量增加。研究表明，在世界上许多地方昆虫的食用量在下降，这可能是由于城市化的加剧和消费习惯发生转变（Gracer，2010）。生产1 kg肉，牛需要7.7 kg饲料，羊需要6.3 kg饲料，猪需要3.6 kg饲料，鸡需要2.2 kg饲料，蟋蟀只需要 1.7 kg饲料（Huis，2010）。由于昆虫饲料利用效率高，因为他们是冷血动物，可以从食物中获取水分，因此不需要饮用水，而且能生长在有机废物中。除了粮食和饲料生产的水消耗外，还必须考虑其对温室气体生产的环境影响。总的来说，畜牧业对温室气体排放的全球贡献中，有9%的二氧化碳、35%～40%的甲烷、65%的一氧化二氮和64%的氨气。关于食用昆虫习惯对环境影响的结论，必须考虑到杀虫剂的危害。由于考虑农作物的生长，因此需要使用杀虫剂。考虑植物的蛋白质含量一般是低于食用动物，使用杀虫剂来保护植物具有一定的争议。

5 结论与展望

昆虫是一个潜在的食物和饲料来源，因为它们有一个很平衡的营养配置，可以满足人类和家畜的氨基酸需求，富含多不饱和脂肪酸、微量营养素和维生素。但还必须根据大规模食用昆虫生产的适宜性和蛋白质供应等特点以及预期用途来选择适当的物种。此外，还需要确定适当的低成本饲料，如有机废物和副产品，最好能能提供某些必需营养素。与家畜相比，饲养昆虫似乎在温室气体生产、水消耗和土地需求方面更环保。