黄粉虫蛋白粉成分分析及体外模拟消化功效评价

迟晓君,王璇,张大鹏,翟梦尧,张瑞杰,韦新彤,孙文君*

黄粉虫蛋白粉成分分析及体外模拟消化功效评价

迟晓君1,王璇2,张大鹏1,翟梦尧1,张瑞杰1,韦新彤1,孙文君1*

1. 山东农业工程学院, 山东 济南 250100 2. 山东农业大学食品科学与工程学院, 山东 泰安 271018

为探究黄粉虫蛋白粉的应用前景，本试验以蛋白质含量、蛋白质消化率、氨基酸组分分析结果、脂肪含量、灰分含量、流动性、白度、分散时间、溶解性作为试验指标，对项目组开发的黄粉虫蛋白粉与市面上主售的乳清蛋白粉、大豆蛋白粉进行成分分析，并对3种蛋白粉的体外模拟消化特征进行评价。结果表明，黄粉虫蛋白粉的蛋白质含量为73.18%，显著低于乳清蛋白粉（83.03%）和大豆蛋白粉（83.98%）（＜0.05）；但黄粉虫蛋白粉的消化率高达86.98%，显著高于乳清蛋白粉（69.52%）和大豆蛋白粉（73.56%）（＜0.05）；黄粉虫蛋白粉中的必需氨基酸百分含量为34.51%，其亮氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸＋半胱氨酸、苯丙氨酸＋酪氨酸的氨基酸评分分别为61.15、34.09、8.58、29.13，显著优于大豆蛋白粉（＜0.05），与乳清蛋白粉没有显著性差异（＞0.05）；黄粉虫蛋白粉的脂肪含量较高，为3.47%，显著高于乳清蛋白粉（0.8%）及大豆蛋白粉（0.79%）（＜0.05）；但黄粉虫蛋白粉的灰分含量较低，为5.48%，与乳清蛋白粉（5.5%）无显著性差异（＞0.05）；黄粉虫蛋白粉的休止角、白度、堆积密度、分散时间、溶解性分别为16.20°、81.49、9.32 g/100mL、1.60 min、23.56%，其中流动性、溶解性、分散时间显著优于市售的2种蛋白粉（＜0.05），可作为优质的蛋白补充剂，为黄粉虫高值化利用提供理论依据。

黄粉虫; 成分分析; 消化功效评价

黄粉虫（L.）又名黄粉甲，俗称面包虫，富含多种营养成分，是一种珍贵的昆虫蛋白资源，已在食品、饲料等领域得到广泛应用[1]。黄粉虫蛋白质含量很高，其粗蛋白含量可达60%以上，居各类活体动物蛋白饲料之首，被誉为“蛋白之王”[2]。

黄粉虫蛋白具有18种必需氨基酸[2,3]，其中必需氨基酸含量占氨基酸总量的39.14%左右[4]，基本符合FAO/WHO建议的优良蛋白质必需氨基酸的标准[5]，且不饱和脂肪酸、矿物质含量较丰富，另外黄粉虫中含有许多生物活性成分，体内富含几丁质、抑菌肽和不饱和脂肪酸等[5]，具有较大的开发潜力。

黄粉虫的资源化利用工作已在世界上许多国家开展，全球黄粉虫市场规模自2016年的8908.5万美元上升至2021年的22982.7万美元，期间年均复合增长率为20.87%。2016年3月9日，MFDS（韩国食药部）发布[6]将以往作为暂定食品原料使用的黄粉虫幼虫及双斑蟋追加到食品原料目录，扩大了安全使用范围，以便所有营业者均可将其作为食品原料使用。2021年6月1日，欧盟委员会发布批准干黄粉虫幼虫作为新型食品投放市场。目前，韩国和欧洲欧盟已宣布黄粉虫可以作为新食品原料供人类食用[7]。

目前，国内对黄粉虫资源化利用的探索过程初步转型向精深加工、开发高新技术产品方向以及广泛应用阶段发展。2021年中国黄粉虫干虫产量达到4万吨，同比增长17.55%，2016年以来年均复合增速为22.84%。2016年我国黄粉虫市场规模为1.75亿元，2021年国内黄粉虫市场规模增长至5.28亿元，2016年以来市场规模复合增速为24.72%，2021年全球黄粉虫市场规模为2.30亿美元，中国约占全球规模总量的35.61%，特别是随着全球蛋白资源危机日趋严峻，黄粉虫精深加工和高新技术系列产品开发将是未来研究的热点[2]。目前国内黄粉虫总产量中大约95％加工成干虫，直接以干虫的形式销售与应用，附加值较低，严重阻碍了黄粉虫行业的发展。因此，对黄粉虫精深加工提取黄粉虫蛋白，并对黄粉虫蛋白粉进行推广应用，对黄粉虫的高价值化利用具有重要意义。基于此，本试验选择项目组前期采用黄粉虫蛋白粉进行成分分析及体外模拟消化，并与市面上主售的乳清蛋白粉、大豆蛋白粉进行比较，对比三者在蛋白质、蛋白质消化率、灰分、脂肪、氨基酸组分分析结果、流动性、白度、分散时间、溶解性方面的差异。旨在为黄粉虫的高值化利用提供理论依据，为黄粉虫蛋白粉系列产品开发奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

表 1 试验原料

注：超声波微波耦合提取黄粉虫蛋白粉在下文中简称：黄粉虫蛋白粉。

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

1.2 试验方法

1.2.1蛋白质的测定根据GB 5009.5-2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》中的第一法，凯氏定氮法对3种蛋白粉蛋白质含量测定[8]。

1.2.2 脂肪的测定根据GB 5009.6-2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》中的第一法，索氏抽提法对3种蛋白粉中的脂肪含量进行测定[9]。

1.2.3 氨基酸分析根据JY/T 019-1996和JJG 1064-2011两部标准采用自动氨基酸分析仪进行测定。

1.2.4 灰分的测定根据GB 5009.4-2016《食品安全国家标准食品中灰分的测定》中第一法对3种蛋白粉进行总灰分的测定[10]。

式中：1——第一次称取3种蛋白粉的质量；2——上清液中溶解物的质量。

1.2.6 流动性的测定根据王亮[12]等的试验方法加以改进，在使用仪器时，称取10 g黄粉虫超细粉，在圆形平台的上方放置一个漏斗，然后通过漏斗让粉末自由落体，然后点击“开始测量”键进行自动测量，测量结束后记录下数值。每个样品连续测定3次，然后选择正常的数值取其平均值。

1.2.8 分散时间时间的测定参照陈清香[14]等的方法加以改进，在200 mL烧杯中加入50 mL去离子水，加入5 g样品后分别放入25 ℃恒温水浴中，记录乳清、黄粉虫以及大豆蛋白粉样品全部溶解所需的时间。

1.2.10 模拟消化试验目前，蛋白质价值评定的常用方法有多种，常用的有化学法分析法，人体及动物试验法，体外模拟消化法[16]。3种方法相较而言，体外模拟法具有简洁、快速、准确的优点，本试验所用的静态体外模拟消化模型是建立在Minekus[17]等的研究基础修改而成，此方法主要包括3种模拟消化液体：模拟唾液、胃液以及肠液[18,19]，并根据表2配制出6种缓冲溶，液后混匀，用蒸馏水补至400 mL，制成1.25倍的浓缩消化液[18,19]。

表 2 体外模拟消化液配方

（1）模拟胃消化阶段参照马寅龙[18,19]等的方法，具体操作步骤如下，将3种原料粉用蒸馏水配制成蛋白质质量分数为1%的乳液，于37 ℃的水浴锅中预热10 min，与8 mL模拟胃液、4 mg胃蛋白酶（10000 U/mg）、5 μL 0.3 mol/L CaCl2混匀，然后用1 mol/L盐酸降至pH=3，后在37 ℃、135 r/min振荡消化2 h。后将样品消化液分成2份，一份作为胃消化液进行后续功能性分析，离心取上清液并将样品放入超低温冰箱中封存，另一份作后续肠消化阶段样品。

（2）模拟肠消化阶段参照马寅龙[18,19]等的方法，具体操作步骤如下，将10 mL胃消化阶段样品与8 mL模拟肠液、8 mg胰蛋白酶（250 U/mg）、牛胆盐0.0814 g、20 μL 0.3 mol/L CaCl2混匀，后用1 mol/L NaOH溶液调节至pH=7，再用蒸馏水补至20 mL后将混合后的样品肠消化液放入振荡培养箱中，在37 ℃、135 r/min振荡培养2 h，肠消化阶段完成后，立即以6000 r/min离心5 min，上清液即为样品液，最终将样品放入超低温冰箱中封存。

（3）蛋白质体外消化率的测定参照寻崇荣[19]等的方法，取上清液后用凯氏定氮法测定可溶性蛋白的含量。

1.3 数据处理

用SPSS 25.0和Origin 2019分析处理数据。

2 结果与分析

2.1 不同蛋白粉蛋白质含量

蛋白质含量是评价蛋白粉营养价值的一个非常重要的指标[20]，黄粉虫蛋白粉与其他2种蛋白粉的对比，如图1所示，结果表明：黄粉虫蛋白粉的蛋白含量为73.18%，低于市售的2种蛋白粉（分别为83.03%、83.98%）且具有显著性差异（＜0.05）。分析该现象可能的原因，一是由于黄粉虫蛋白粉的提取工艺不够成熟，产品含有较多杂质，导致单位质量的蛋白质含量偏低；二是因脂肪脱除的不够完全，黄粉虫内部的蛋白质受脂肪包裹，影响蛋白质的溶出[21]。综上，应进一步优化黄粉虫蛋白质的提取工艺，改进黄粉虫加工过程中的脱脂技术等，提高黄粉虫蛋白的纯度。

图 1 不同蛋白粉蛋白质含量

2.2 不同蛋白粉脂肪含量

如图2所示，黄粉虫蛋白粉的脂肪含量高于乳清蛋白粉和大豆蛋白粉且具有显著性差异（＜0.05），推测原因[22]是由于黄粉虫的粗纤维含量少，质地较软，项目组用传统的机械压榨法进行压榨，出油量较低，因此黄粉虫蛋白粉中的油脂含量相对较高，这也与蛋白质含量较低的结果相对应，后期黄粉虫脱脂可以采用亚临界萃取法或者超临界萃取法[20]。

图 2 不同蛋白粉脂肪含量

2.3 不同蛋白粉氨基酸分析

氨基酸的种类、数量和组成往往决定蛋白质的营养价值[23]。由表3可知，黄粉虫蛋白粉中氨基酸种类丰富，含有多种必需氨基酸且含量较高。氨基酸总量为78.70 mg/100 g，必需氨基酸占总量的34.51%，显著优于大豆蛋白（＜0.05），与乳清蛋白粉没有显著性差异（＞0.05）。如表4所示，其亮氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸＋半胱氨酸、苯丙氨酸＋酪氨酸的氨基酸评分分别为61.15、34.09、8.58、29.13，显著优于大豆蛋白粉（＜0.05），且苯丙氨酸＋酪氨酸的氨基酸评分高于其他2种蛋白粉，适于人体摄入，同时表明黄粉虫蛋白可以作为一种优质的蛋白质来源，为黄粉虫蛋白粉的研发推广奠定理论基础。

表3 不同蛋白粉氨基酸分析

注：有一个相同标记字母的即为差异不显著,凡具不同标记字母的即为差异显著。

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 不同蛋白粉氨基酸评分

2.4 不同蛋白粉灰分分析

黄粉虫蛋白粉与其他2种蛋白粉对比得到的灰分含量，如图3所示，大豆蛋白粉＞乳清蛋白粉＞黄粉虫蛋白粉，黄粉虫蛋白粉与乳清蛋白粉不具显著性差异(＞0.05)，与大豆蛋白粉具显著差异（＜0.05）。灰分是指蛋白粉燃烧后剩余的无法燃烧的无机盐部分，灰分含量越低，说明蛋白粉中的无机盐越低，蛋白粉的品质越好，因此黄粉虫蛋白粉的品质较高。

图 3 不同蛋白粉灰分含量

2.5 不同蛋白粉物理指标

表 5 不同蛋白粉物理指标

注：有一个相同标记字母的即为差异不显著,凡具不同标记字母的即为差异显著。

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，不同蛋白粉之间的休止角差异为乳清蛋白粉＞大豆蛋白粉＞黄粉虫蛋白粉，乳清蛋白粉的休止角最大为21.09°，流动性最差，显著差于黄粉虫蛋白粉与大豆蛋白粉（＜0.05），黄粉虫蛋白粉的休止角最小，为16.20°，流动性最好。

白度表示的是物质表面白色的程度，白度越高，消费者的接受程度越高，如表5所示，乳清蛋白粉最高，大豆蛋白粉次之，两者均显著高于黄粉虫蛋白粉（＜0.05），建议项目组后期优化黄粉虫蛋白粉的提取工艺提高纯度，其白度也会提高。

堆积密度与粉体粒径大小、微观结构有关[24]。由表可知，堆积密度大小顺序为大豆蛋白粉＞黄粉虫蛋白粉＞乳清蛋白粉，乳清蛋白粉的堆积密度最小为9.81 g/100mL，黄粉虫蛋白粉的堆积密度9.32 g/100mL，两者不具显著性差异（＞0.05），均与大豆蛋白粉具有显著性差异（＜0.05）。咀嚼片、泡腾片等产品的开发与堆积密度关联紧密，说明黄粉虫蛋白粉适合后期开发成片剂等产品。

分散时间是指蛋白粉全部溶解所需要的时间，时间越短，说明该蛋白粉更易在液体中溶解。溶解性是蛋白粉最基本的功能性质[24]。如表5所示，黄粉虫蛋白粉的分散时间最短，为1.60 min，而且显著低于乳清蛋白粉和大豆蛋白粉（＜0.05），溶解度最佳。

综上，黄粉虫蛋白粉的休止角最小，为16.20°，流动性最好；堆积密度值较好，为9.32 g/100 mL；分散时间较短，为1.60 min且溶解性最佳，说明黄粉虫蛋白粉具有更好的加工适应性。

2.6 不同蛋白粉体外模拟消化试验

如图4所示，本试验通过体外模拟消化试验对3种蛋白粉进行测定，蛋白质消化率从高到底排列为黄粉虫蛋白粉＞乳清蛋白粉＞大豆蛋白粉，而且黄粉虫蛋白粉的消化率达86.98%，显著高于2种市售蛋白粉（分别为69.52%、73.56%）（＜0.05）。李乐源[25]等人通过试验评估了在BLSS（生物再生生命维持系统）中用黄粉虫蛋白为航天员提供动物性食物的可行性。虽然黄粉虫蛋白粉的蛋白质含量略低，但与其他2种蛋白粉相比，蛋白质的消化率优势明显，而且后期脱脂可以采用亚临界萃取法或者超临界萃取法，其蛋白质含量还会上升。因此，由本试验可证实，黄粉虫蛋白作为一种蛋白质含量较高、易于消化吸收、氨基酸种类丰富的蛋白资源，极具开发潜力。

图 4 不同蛋白粉体外模拟消化试验

3 讨论

本文以蛋白质、脂肪、灰分、分散性、白度、氨基酸分析等成分分析及体外模拟消化功效评价、体外模拟消化结果为指标，对黄粉虫蛋白粉与市售的浓缩乳清蛋白粉和大豆分离蛋白粉进行对比，旨在为黄粉虫蛋白粉的研发推广提供理论数据支持。试验结果显示：黄粉虫蛋白质中有丰富的氨基酸，包括多种必需氨基酸，且含量满足日常需求，其中必需氨基酸的含量和比例符合FAO/WHO的要求，是一种优良的蛋白质资源；3种蛋白粉的氨基酸评分表明，黄粉虫蛋白优于大豆蛋白，黄粉虫蛋白粉中缺乏含硫氨基酸，若与其他蛋白质合理配比，将成为优质的蛋白质补充剂；黄粉虫蛋白粉的流动性、溶解性、分散时间显著优于市售的2种蛋白粉（＜0.05），适合后期开发片剂等产品，白度较市售的2种蛋白粉较低，有显著性差异（＜0.05），建议继续优化黄粉虫蛋白粉的提取工艺提高纯度，其白度也会提高；使用胃蛋白酶和胰蛋白酶在体外模拟消化过程，结果表明黄粉虫蛋白粉的消化率最高，与其他2种蛋白粉有显著性差异（＜0.05）。综上所述，黄粉虫蛋白粉易于消化吸收而且氨基酸种类丰富，结构合理等优良特性，加工适应性更好，具有较大的开发潜力。

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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

果蔬废弃物资源全物质循环利用校企协同创新项目(YBZR202206);果蔬废弃物资源全物质循环利用关键技术集成与示范项目(sgyhx2022-07);基于农业垃圾分类的生产性废弃物生物转化系统技术的建立与运行示范项目(23-2-8-xdny-1-nsh)

迟晓君(1984-),女,硕士,副教授,专业方向:农产品加工. E-mail:chixiaojun2007@126.com

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