昆虫蛋白的功能特性及其应用研究现状

苟梦星 王 岚 翟江洋 姚欣雨 卢安琪

郑州工程技术学院化工食品学院 河南郑州 450000

当前，世界人口的持续增长导致人类对动物蛋白需求量增加，并促进了肉类消费的大幅增长，预计到2050年全球肉类消费将增长75%[1]。虽然目前畜牧业在农业用地中占据很大比例，但现有的动物蛋白资源仍不能满足人类的需求，并且饲养传统畜牧动物产生的气体和药物残留对环境污染较大。因此，寻求新的蛋白资源迫在眉睫。

昆虫是数量最大、种类最多的动物类群之一，目前全球可食用昆虫共计1 000多种，我国常见的主要有8种(见图1)。昆虫蛋白不仅营养丰富，氨基酸配比均衡，且其丰富的赖氨酸和含硫氨基酸可弥补主食供给的不足，与谷薯类食物形成良好的蛋白互补作用[2]。同时，昆虫在饲养过程中温室气体和氮排放量较低，对环境污染较小[3]。因此，昆虫蛋白成为国内外新蛋白资源的研究热点。

1 昆虫蛋白的功能特性

1.1 降血压

血管紧张素转换酶(ACE)是机体调节血压的关键酶，ACE活性抑制有利于达到降血压作用。目前有多项研究表明，昆虫蛋白水解物具有较强的降血压活性，并且部分研究已对降压活性肽进行了提取纯化和序列鉴定。

Hall F[4](2018)等用碱性蛋白酶水解蟋蟀粉，结果表明蟋蟀蛋白的水解度与ACE抑制活性具有显著相关性，水解度增加则ACE抑制作用增强。Dai C[5](2013)等用碱性蛋白酶水解脱脂黄粉虫，当水解度为20%时，ACE抑制活性最高。Vercruysse L[6](2010)等从棉叶虫蛋白中提取到2种具有较高降压活性的天然ACE抑制肽(Ala-Val-Phe和Val-Phe)。黄粉虫水解产物中提取的最强ACE抑制活性的Tyl-Ala-Asn肽，可以显著降低自发性高血压大鼠的收缩压[5]。此外，相较于合成类降血压药物，从可食用昆虫蛋白质中提取出的天然ACE抑制肽对人体具有较低的副作用[7]。

1.2 降血糖

据世界卫生组织报道，当前糖尿病患者人数约占全球总人口的3%，预计到2025年糖尿病的发病率将增加一倍[8]。食源性生物肽因其在预防慢性疾病方面的作用而备受关注，可食用昆虫因其较高的蛋白质含量和持续的生产潜力，成为新生物活性肽的良好来源。Hall F[4](2018)等和Nongonierma AB[9](2018)等分别对蟋蟀蛋白进行酶水解，结果表明蟋蟀蛋白水解物具有较强的降血糖作用，其作用机制是通过抑制二肽基肽酶IV(DPP-IV)活力，且水解物中含有的较低分子量的多肽表现出最高的抑制活性。Fernando RP[10](2018)等对黄粉虫蛋白水解产物进行生物活性鉴定，并探究了这些活性肽的作用机制，主要是通过抑制DPP-Ⅳ和α-葡萄糖苷酶的活性从而调节糖基化指数。

1.3 抗氧化

氧化应激是导致人类疾病和炎症发生的重要原因之一，抗氧化物质可有效清除自由基，保持机体健康。近年多项研究表明，昆虫蛋白具有较强的抗氧化功能。Dutta P[11](2017)等用无水乙醇提取蟋蟀蛋白，在10mg/mL的剂量下提取物的抗氧化能力最强，并且可能在对氧化损伤方面发挥重要作用。Hierro J[12](2020)等采用不同的方法获得黄粉虫和家蝇的蛋白提取物，结果所有提取物均表现出良好的抗氧化活性，其中乙醇和水(1∶1，v/v)提取物的效果最好，且抗氧化活性与总酚类化合物呈显著的正相关。Hall F[4](2018)等发现用碱性蛋白酶水解蟋蟀粉，水解物具有较高的清除自由基活性。

1.4 增强免疫力

昆虫体内因不同刺激而产生的免疫物质称为抗菌肽，昆虫抗菌肽作用广泛，尤其在免疫调控方面。杨静[13](2018)等对抗菌肽进行改良设计，发现抗菌肽能促进重组金属蛋白酶和上皮细胞代谢的产生以及促进伤口愈合，此外抗菌肽还可以促进巨噬细胞和树突状细胞分化，导致免疫应答极化。许晓燕[14](2020)等研究不同种类的昆虫发现，其抗菌肽在体内发挥的机制不同，主要通过Toll样受体信号通路、NF-κB信号通路和MAPK信号通路。Eleftherianos I[15](2021)等表明抗菌肽参与体液免疫和细胞免疫，并且发现抗菌肽不仅能参与宿主防御，还扩展到肠道微生物群稳态、肿瘤控制、寿命调节和神经过程。

2 昆虫蛋白的应用现状

2.1 在食品领域的应用

昆虫蛋白的食用在全球很多国家已取得一定进展，并研制开发出多种类型的昆虫食品。Orsi L[16](2019)等报道了采用小粉虫(Alphitobius diaperinus)制备的整只昆虫零食(如见图2a)，Azzollini D[17](2018)等采用10%的黄粉虫与谷物复配，不仅味道与无虫零食无异，而且增加了其营养价值。采用17%的蟋蟀粉制作的昆虫蛋白棒(如见图2b)，而适量添加黄粉虫可在提高能量棒蛋白含量的同时增加其营养价值，同时还具有独特的风味[18]。采用4%的小粉虫制备的昆虫麦片(如见图2c)，采用10%的小粉虫制备的意大利面食(如见图2d)，采用45%的脱水小粉虫开发的昆虫汉堡蛋白饼(如见图2e)。Smetana S[19](2018)等采用双螺杆挤压技术，将15%～50%浓度的黑菌虫蛋白浓缩物与水混合挤压制备肉类似物，且与对照组(大豆蛋白)最相似的品质和结构特征。

昆虫蛋白粉在新型面包、果冻、饮料、牛奶等生产方面也有广泛应用。添加20%的黄粉虫蛋白浆[20]和添加15%的蟋蟀蛋白浆[21]制作的昆虫面包不仅色香味俱佳且具有较高的营养价值。添加8%黄粉虫制作的昆虫蛋白果冻以及添加蚕蛹蛋白肽制备的可缓解疲劳的运动饮料[22]，不仅口感与市售相同，而且增加了营养价值[20]。此外，利用黄粉虫蛋白制作的昆虫奶，相较于牛奶，不仅营养价值符合标准，而且对环境影响比牛乳小40.9%[23]。

昆虫抗冻蛋白还可作为食品改良剂，将昆虫抗冻蛋白加入到冰冻食品中，可以消除产品的冰渣，有效改善冰冻产品的质量和口味。此外，昆虫抗菌肽良好有的热稳定性，可被用来做安全可靠的食品保藏剂和防腐剂，而将其应用在热加工食品中，可以有效的预防食品发酵过程中的杂菌污染和巴氏杀菌后的再污染[2]。

2.2 在医药领域的应用

昆虫类药物是临床上应用广泛的一类药物。使用昆虫类药物治疗伤口愈合、癌症及胃功能损伤、炎症疾病等均具有良好的效果,且患者不良反应的发生率较低[24]，其中应用最广泛的昆虫是美洲大蠊。Liao Q[25](2021)等通过提取美国大蠊的蛋白多糖复合物，其可作为糖尿病小鼠伤口愈合生物活性物质，加速糖尿病小鼠的急性伤口。Hongyan M[26](2020)等提取的美洲大蠊的生物活性物质可以抑制肝癌，其作用机制是通过降低PI3K和P-Akt蛋白的相对表达来调节PI3K/Akt途径。当前，昆虫蛋白类药物的研发正迈向更深层次。庞艳波[27](2019)等将从美洲大蠊中提取到的一类特殊多元醇化合物联合奥美拉唑治疗慢性糜烂性胃炎，疗效显著，能有效减轻患者的炎症反应，促使患者胃功能恢复。赵燕[28](2021)等将美洲大蠊康复新液用于辅助治疗患儿疱疹性口腔炎，结果发现其可缓解症状并改善炎症反应，促进患儿康复。另外，膜翅目昆虫提取物Ento-II涂膜剂可以改变大鼠脑缺血后的神经功能缺损，具有促进神经功能恢复的作用，能明显改善血瘀性脑缺血模型大鼠的血液流变学作用，表明其具有活血化瘀作用[29]。

2.3 在农业领域的应用

昆虫蛋白中富含多种对动物有益的物质且成本较低，作为饲料来源能够促进动物生长、降低成本、提高养殖效率，在畜禽饲料中加入黄粉虫粉、蚯蚓粉、蝇蛆粉等昆虫蛋白干粉，能够改善肉质和提高产蛋率[30]。昆虫蛋白粉中含有丰富的几丁质，是昆虫蛋白粉中的抗营养因子。杨炳辉[31](2018)等的研究发现几丁质酶Chi92能有效降解几丁质，在昆虫蛋白粉的基础上配合几丁质酶Chi92能更有效的促进罗非鱼的生长与健康。

王艳[32](2009)等将昆虫的抗冻蛋白基因插入大豆叶绿体载体中，转化后烟草的耐寒性明显优于野生烟草，证明用基因工程将昆虫抗冻蛋白基因转入抗冻性差的植物体内，可提高其抗冻耐寒能力，为农业种植提供新思路。

3 食用昆虫营养性及安全性

3.1 食用昆虫的营养性

食用昆虫富含人体必需氨基酸，并且氨基酸组成合理，与肉类和粮食具有较强互补性，易被人体消化吸收，消化利用率为70%～98.93%[2]。食用昆虫的成虫脂肪含量一般较低，不饱和脂肪酸含量一般为饱和脂肪酸含量的2.5倍以上，类似于鱼油的脂肪酸组成，符合人体食用最佳脂肪比例。昆虫体内所含脂肪酸具有多种生理活性，如促进生物体的生长发育以及抗癌、降低胆固醇含量、降低患血栓和冠心病的风险及预防动脉粥样硬化等，对人体健康十分有益[33]。

3.2 食用昆虫的安全性

昆虫蛋白能否作为未来食物蛋白质的新型来源，在很大程度上取决于其安全性和营养质量的保证。

(1)在食用昆虫相关的诸多问题中，昆虫蛋白导致的过敏风险是必须首要考虑的。经常会有因食用昆虫而导致过敏反应发生的案例，但目前对这类过敏反应还未发现更好的针对性治疗方法。Okezie O[34](2010)等调查发现在食用昆虫后会出现皮疹发痒、面部肿胀、轻度低血压和不同的过敏性休克反应。

(2)昆虫的饲养方式、生活条件和加工过程导致昆虫的外部和消化道内具有多种微生物群[35]。食品的总微生物负荷量决定了食品安全和食品货架期，而昆虫是病原微生物的传播媒介，因此确定可食用昆虫的微生物安全至关重要。

(3)昆虫在食用中可能含有寄生虫，存在一定的食用安全风险。昆虫含有的天然有害物质，如天然毒素、抗营养因子等，都会对昆虫的食用安全产生影响。

(4)通过对儿童和孕妇体内铅含量的研究发现，铅含量升高与食用干蝗虫铅含量的增高有直接关系。食用昆虫可能带来生物和化学风险，应在受控条件的农场饲养，并且整个生产链都要遵循严格的卫生和消毒规范[35]。

4 展望

虽然当前有关昆虫蛋白的研究十分活跃，但对于昆虫蛋白作为人类营养的消费认知是有限的，昆虫蛋白仍存在产业化程度低、研究不够全面、管理体系不完善等问题。今后有必要在以下几个方面进行重点研究。

(1)针对现代健康需求，应进一步挖掘昆虫蛋白的保健功能，如缓解压力、有助睡眠、调节免疫力等，从而开发出适合现代不同需求人群的功能食品。

(2)优化可食用昆虫蛋白类功能食品的制作工艺和技术，开发出具有功能特性的多样化食品，如功能饮料、面包、饼干、糖果、薯片等。

(3)昆虫肽作为抗高血压、抗菌、抗氧化和抗糖尿病药物的最新进展再次表明昆虫蛋白具有广泛的功能活性，昆虫生物活性肽的大规模生产可为未来食品及生物技术领域发展提供更加广阔的前景。

(4)在昆虫食品的安全、质量以及微生物的风险方面应加大研究，促进食用昆虫的开发利用和产业健康发展，保障人们食用昆虫的安全。