章玉萍 張麗麗 陳 明 代君君 吳傳華 劉 健 范 濤

(安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶桑研究所，安徽合肥 230061)

蠶蛹蛋白的價(jià)值、提取及應(yīng)用研究進(jìn)展

章玉萍 張麗麗 陳 明 代君君 吳傳華 劉 健 范 濤

(安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶桑研究所，安徽合肥 230061)

蠶蛹蛋白是一種優(yōu)質(zhì)純天然全價(jià)動(dòng)物蛋白質(zhì)，具有非常高的利用價(jià)值，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)中。綜述了蠶蛹蛋白的營(yíng)養(yǎng)、保健和藥用價(jià)值，脫脂、脫臭和脫色提取工藝，及其在食品、醫(yī)藥、飼料等方面的應(yīng)用，希望為蠶蛹蛋白的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)應(yīng)用及工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。

蠶蛹蛋白；生物活性物質(zhì)；提取工藝；綜合利用；研究進(jìn)展

蛋白質(zhì)資源不足是當(dāng)今世界存在的四大危機(jī)之一，缺乏動(dòng)物性蛋白質(zhì)、尋求新的蛋白質(zhì)資源已是擺在我們面前的一項(xiàng)迫切任務(wù)[1]。蠶桑產(chǎn)業(yè)是一項(xiàng)資源可以再生，具有經(jīng)濟(jì)和生態(tài)雙重效益，符合可持續(xù)發(fā)展道路的產(chǎn)業(yè)。蠶蛹作為蠶桑產(chǎn)業(yè)中的大宗副產(chǎn)物，資源十分豐富，我國(guó)年產(chǎn)家蠶蛹約30萬(wàn)t，約占全世界總產(chǎn)量的80%[2]；年產(chǎn)柞蠶蛹4萬(wàn)t以上，占世界總產(chǎn)量的90%以上[3]。研究發(fā)現(xiàn)，蠶蛹不僅蛋白質(zhì)含量豐富、氨基酸配比合理，還含有豐富的微量元素，是一種比植物蛋白更具營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)資源[2-4]。但是長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的蠶蛹蛋白利用率不高。本文就蠶蛹蛋白的營(yíng)養(yǎng)、保健和藥用價(jià)值，現(xiàn)階段的提取工藝及其開(kāi)發(fā)應(yīng)用等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為蠶蛹蛋白的綜合利用提供一些參考。

1 蠶蛹蛋白的價(jià)值

1.1 蠶蛹蛋白的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

蠶蛹蛋白是一種優(yōu)質(zhì)的動(dòng)物蛋白資源，鮮家蠶蛹中蛋白質(zhì)含量為12.9%～15.0%，脂肪含量為2.8%～5.3%，不飽和脂肪酸含量相對(duì)較高，占總脂肪的64.65%～67.23%，氨基酸含量為7.31%～9.14%[5-6]。鮮柞蠶蛹中蛋白質(zhì)含量為12.42%～12.83%，粗脂肪含量為5.34%～5.91%，占總脂肪的80.72%～80.16%，氨基酸含量為8.61%～9.64%[7]。2種蠶蛹中氨基酸種類齊全，均含有8種人體必需氨基酸，必需氨基酸和總氨基酸比例符合聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)和世界衛(wèi)生組織(WHO)提出的氨基酸模式。除氨基酸之外，蠶蛹中還含有大量人體所需的鉀、鈣、鎂、鐵、硒等礦物質(zhì)元素，其中鉀的含量最高，家蠶蛹中達(dá)到了3.650～4.250 mg/g，柞蠶蛹中達(dá)到了0.280～0.319 mg/g[5,7]。蠶蛹中還含有豐富的維生素A、維生素E、維生素D、維生素B1和維生素B2等[5,7]。

另外，有研究報(bào)道，雞、豬等家禽(畜)對(duì)昆蟲(chóng)氨基酸的消化利用率接近或超過(guò)對(duì)傳統(tǒng)植物蛋白飼料的消化利用率，高達(dá)70.00%～98.93%[8]；在體外模擬消化試驗(yàn)中，蠶蛹蛋白表現(xiàn)出了很高的消化利用率，總氮釋放量達(dá)到92.72%[9]，高于植物性蛋白的消化利用率[10]。因此，將蠶蛹蛋白粉加入到主食品中混合食用，可以相互補(bǔ)充，為機(jī)體提供全面、合理、豐富的蛋白質(zhì)。

1.2 蠶蛹蛋白的保健價(jià)值

蠶蛹蛋白可提高機(jī)體對(duì)外界的抵御能力。盧楠等[11]研究發(fā)現(xiàn)，柞蠶蛹蛋白多肽能提高小鼠胸腺指數(shù)、脾指數(shù)與外周血白細(xì)胞數(shù)，可以緩解小鼠衰老導(dǎo)致的免疫低下癥狀，且2組蠶蛹蛋白多肽在調(diào)節(jié)衰老小鼠的免疫器官指數(shù)和血液免疫細(xì)胞數(shù)上效果顯著。劉雋彥等[12]對(duì)柞蠶蛹多肽溶液進(jìn)行了功能性試驗(yàn)，結(jié)果表明柞蠶蛹多肽溶液能提高免疫低下小鼠的免疫器官質(zhì)量和外周血細(xì)胞數(shù)量，明顯促進(jìn)T、B淋巴細(xì)胞增殖，說(shuō)明柞蠶蛹多肽溶液具有免疫活性，有增強(qiáng)免疫力之功效。

周思敏等[13]研究發(fā)現(xiàn)，家蠶蛹蛋白能顯著延長(zhǎng)小鼠力竭游泳時(shí)間、增加肝糖原含量并降低血乳酸曲線下面積，證明蠶蛹蛋白具有明顯的抗疲勞作用。張麗萍等[14]進(jìn)行柞蠶蛹蛋白對(duì)人體抗疲勞作用研究發(fā)現(xiàn)，食用蠶蛹蛋白可降低受試者運(yùn)動(dòng)后血乳酸的升高，增加機(jī)體抗疲勞能力，升高受試者最大耗氧量值，增加機(jī)體運(yùn)動(dòng)耐力，顯示蠶蛹蛋白對(duì)人體具有良好的抗疲勞作用。

1.3 蠶蛹蛋白的藥用價(jià)值

1.3.1 抗腫瘤作用 湛孝東等[15]運(yùn)用噻唑藍(lán)(MTT)比色法測(cè)定了柞蠶蛹水解氨基酸對(duì)人肝癌細(xì)胞株(Hep G2.2.15)的體外抑制作用，結(jié)果表明蠶蛹水解氨基酸對(duì)Hep G2.2.15具有顯著的抑制作用，且對(duì)正常肝臟細(xì)胞毒性較低。謝書(shū)越[16]研究表明，以家蠶蛹蛋白為原料，在水解度(DH)為25.00%，堿性蛋白酶(alcalase)酶解產(chǎn)物(AH)濃度為0.3 mg/mL時(shí)，對(duì)人胃腺癌細(xì)胞(MGC-803)抑制率可達(dá)到96.46%。閆琦濤等[17]試驗(yàn)結(jié)果顯示，在柞蠶蛹蛋白多肽液濃度為150～600 mg/g時(shí)，對(duì)小鼠肉瘤細(xì)胞(S180)和肝癌細(xì)胞(H22)的抑瘤率分別達(dá)到28.72%～58.18%和27.64%～63.88%。

1.3.2 降血壓作用 吳瓊英等[18]體外血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE)抑制活性試驗(yàn)結(jié)果表明，家蠶蛹蛋白酶解產(chǎn)物均具有較強(qiáng)的ACE抑制活性，蠶蛹蛋白有可能成為降血壓肽的生產(chǎn)原料。趙靜等[19]以家蠶蛹蛋白為原料，采用6種不同蛋白酶進(jìn)行酶解產(chǎn)生降血壓肽，結(jié)果顯示在酶解條件為溫度60 ℃、pH值6.50、底物濃度15.00%、加alcalase量1 250 U/g時(shí)的酶解液的ACE 抑制率體外檢測(cè)為87.75%。趙鐘興等[20]以ACE的抑制率作為降血壓活性的檢測(cè)指標(biāo)，研究了家蠶蛹蛋白酶解產(chǎn)物的降血壓作用，結(jié)果表明以家蠶蛹蛋白為原料，使用alcalase對(duì)其進(jìn)行酶解，當(dāng)酶解條件為溫度51 ℃、pH值9.05、加alcalase量0.38%時(shí)，酶解產(chǎn)物對(duì)ACE的抑制率可達(dá)到50.30%。

1.3.3 抗氧化作用 王偉等[21]分析了酶解產(chǎn)物家蠶蛹蛋白肽的抗氧化活性，結(jié)果表明復(fù)合蛋白酶聯(lián)合分步酶解家蠶蛹蛋白的酶解產(chǎn)物在濃度為5.5 mg/mL時(shí)，苦基苯肼(DPPH)自由基清除率達(dá)95.88%，當(dāng)蠶蛹蛋白的酶解產(chǎn)物濃度為5.0 mg/mL時(shí)，總抗氧化力達(dá)45 U/mL。肖燕平等[22]以DPPH自由基清除率為指標(biāo)，進(jìn)行家蠶蛹蛋白制備抗氧化肽的工藝研究,結(jié)果表明，在溫度30 ℃、pH值7.50、底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.00%、加alcalase量3.50%時(shí)，利用alcalase酶解20 min后的家蠶蛹蛋白酶解產(chǎn)物中，分子量Mr≤5 ku 組分的抗氧化活性最強(qiáng)，其對(duì)DPPH 自由基清除率為79.90%(質(zhì)量濃度45 μg/mL)。農(nóng)珍妮[23]研究發(fā)現(xiàn)，以繅絲后的柞蠶蛹為原料，選用木瓜蛋白酶(papain)作為水解酶，當(dāng)溫度49 ℃、pH值7.00、底物濃度2.10%、加papain量2.0%時(shí)，其酶解產(chǎn)物的DPPH自由基清除率為84%。

1.3.4 抑菌作用 SEIICHI等[24]從家蠶蛹體內(nèi)提取一種新的抗菌肽，人為合成moricin基因，構(gòu)建重組表達(dá)載體并在大腸桿菌中大量表達(dá)，結(jié)果表明，通過(guò)基因工程方法獲得的表達(dá)肽與從體內(nèi)提取的抗菌肽具有相同的抑菌活性。羅富英等[25]以天然家蠶蛹抗菌肽為防腐液處理鮮豬肉，檢測(cè)結(jié)果表明，家蠶蛹抗菌肽濃度在0.05%時(shí)對(duì)乳酸菌、微球菌、葡萄球菌的抑菌率分別為89.00%、94.30%、98.80%；鮮豬肉經(jīng)該防腐液處理后在室溫下能貯藏7 d。岳陽(yáng)等[26]的研究結(jié)果表明，純化后的柞蠶蛹抗菌肽在100 ℃條件下處理20 min對(duì)大腸桿菌的抑菌圈直徑為1.80 cm，室溫放置3 h抑菌圈直徑達(dá)2.05 cm。

2 蠶蛹蛋白的提取工藝

由于蠶蛹的顏色、特殊氣味等因素不易被人接受，限制了蠶蛹蛋白的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)與利用[27]。此外，較高的油脂含量也不利于蛋白的分離制備，因此在蠶蛹蛋白的制備過(guò)程中必須要進(jìn)行脫脂、脫色和除臭處理。

2.1 脫脂

現(xiàn)有的脫脂方法主要有傳統(tǒng)工藝和新型工藝2種。傳統(tǒng)的脫脂方法主要有機(jī)械壓榨脫脂法、機(jī)械離心脫脂法和溶劑浸出法，新型工藝有超臨界萃取和酶解2種提取方法。

胡濱等[28]以石油醚(沸程60～90 ℃)為提取溶劑，提取溫度40 ℃，液料質(zhì)量比11∶1，在超聲波功率225 W輔助條件下，提取37 min，家蠶蛹油脂提取率可達(dá)30.85%。肖建清等[29]用超臨界CO2流體萃取技術(shù)從家蠶蛹中提取蠶蛹油，在萃取溫度40 ℃，萃取壓力33 MPa時(shí)，萃取65 min，蠶蛹油脂提取率可達(dá)28.60%。此外，張道平等[30]用酶解的方法提取家蠶蛹中的油脂，通過(guò)正交試驗(yàn)得到優(yōu)化的提取工藝參數(shù)為提取溫度50 ℃、酶解體系pH值8.50、2 500 U/mg胰蛋白酶用量為2%(相對(duì)于蛹粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù))、酶解時(shí)間4 h，蠶蛹油脂提取率可達(dá)23.55%。

2.2 脫色

脫色工藝對(duì)蠶蛹蛋白的品質(zhì)至關(guān)重要，目前蠶蛹蛋白常用的脫色方法有蛋白質(zhì)修飾法、氧化漂白法和活性炭吸附法等。

農(nóng)珍妮[23]以木瓜蛋白酶水解的家蠶蛹蛋白酶解液作為試驗(yàn)原料，研究了在脫色劑用量為1.90%、酶解液質(zhì)量濃度為9.61 mg/mL、pH值為7.20、水浴溫度為60 ℃、脫色時(shí)間為1.0 h的條件下，脫色率達(dá)94.50%，其中脫色劑為質(zhì)量比1∶1∶1的活性白土、堿性鈣基膨潤(rùn)土和膨潤(rùn)土混合物。朱新鵬等[31]選用堿性H2O2對(duì)柞蠶蛹蛋白的脫色工藝進(jìn)行了研究，在H2O2濃度為14.00%、固液質(zhì)量比為1∶25、溫度為75 ℃、pH值為8.50的條件下脫色70 min，亨特白度可達(dá)63.96%。粟暉等[32]選擇粉末活性炭作為家蠶蛹蛋白水解液的脫色吸附劑，得到最優(yōu)脫色條件是吸附劑用量為0.20 g(在濃度為1%、體積為50 mL的蛋白水解液中加入0.2 g的吸附劑)、脫色溫度為30 ℃、pH值為5.00、脫色時(shí)間為15 min，平均脫色率達(dá)91.27%。

2.3 除臭

目前蠶蛹蛋白的除臭方法主要有有機(jī)溶劑浸提法、氧化法、微生物法、汽提法、吸附法和離子交換樹(shù)脂法等[32-37]。周貞兵等[35]研究認(rèn)為，在Na2CO3濃度為2.00%、浸泡時(shí)間為12 h、料液質(zhì)量比為1∶2時(shí)，柞蠶蛹脫脂除臭的效果最好。吳建一等[36]選用臭氧除臭，用臭氧脫臭2 h左右，可除去家蠶蛹的特殊臭味，得到無(wú)異味的蛋白質(zhì)。任仙娥等[37]利用微生物發(fā)酵法脫除家蠶蛹蛋白的臭味，結(jié)果表明，在活性干酵母用量為0.30%、葡萄糖用量為2.00%、溫度為37 ℃的條件下發(fā)酵28～35 min可完全除臭；在瑞士乳桿菌液(活菌數(shù)108CFU/mL)用量為2.00%、溫度為37 ℃的條件下發(fā)酵7 h也可完全除臭。

3 蠶蛹蛋白的開(kāi)發(fā)利用

3.1 在食品上的應(yīng)用

世界上許多國(guó)家和地區(qū)很早就將昆蟲(chóng)作為美味食品，蠶蛹是目前為人們所接受的已商業(yè)化的可食用昆蟲(chóng)之一。蠶蛹蛋白不僅富含各種限制性氨基酸，還含有微量的抗菌肽和溶菌酶等生物活性物質(zhì)，具有補(bǔ)充機(jī)體營(yíng)養(yǎng)、促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育、抗疲勞和提高人體免疫力等多種功能[38-39]。蠶蛹除可直接烹制食用外，也可被加工成各種休閑零食或以原料的形式添加入各種食品中。目前比較成熟且商業(yè)化應(yīng)用的蠶蛹蛋白食品有面包、餅干、面條、蠶蛹酒、蠶蛹片、高級(jí)營(yíng)養(yǎng)醬油、高級(jí)全營(yíng)養(yǎng)素口服液和老年滋補(bǔ)膏等[40]。此外，柞蠶蛹蛋白對(duì)人體還具有較好的抗疲勞作用，可以制成抗疲勞的運(yùn)動(dòng)飲料[41]。

3.2 在醫(yī)藥上的應(yīng)用

蠶蛹蛋白及其相關(guān)產(chǎn)品具有抗腫瘤、抗氧化、抗疲勞、降血壓和增強(qiáng)免疫力等諸多功效。如周菊香等[42]研究結(jié)果表明，家蠶蛹多肽具有降低血清膽固醇和抗氧化的作用。KWON等[43]發(fā)現(xiàn)，與口服商業(yè)Dawn 808+酒精組相比，口服0.5 mg/mL的家蠶蛹提取物+酒精組的乙醇脫氫酶活性明顯要高，該結(jié)果表明蠶蛹提取物具有對(duì)酒精的解毒活性，可用于開(kāi)發(fā)解酒類藥物。RYU[44]發(fā)現(xiàn)，家蠶蛹的攝入可以導(dǎo)致小鼠體內(nèi)脂肪儲(chǔ)存的減少和脂肪合成的抑制，這給利用蠶蛹開(kāi)發(fā)減肥類藥物提供了試驗(yàn)依據(jù)。浦錦寶等[45]研究發(fā)現(xiàn)，柞蠶蛹復(fù)合氨基酸給藥14 d后能明顯促進(jìn)外傷大鼠的創(chuàng)口愈合。此外，蠶蛹蛋白質(zhì)利用微生物轉(zhuǎn)谷氨酰氨酶可交聯(lián)成具有吸附、可降解的功能性載體，用于醫(yī)藥行業(yè)[46]。

3.3 在飼料業(yè)中的應(yīng)用

在飼料上，由于干蠶蛹蛋白質(zhì)含量高達(dá)68.30%，完全可以作為蛋白質(zhì)添加劑使用。張建紅等[47]研究發(fā)現(xiàn)，與不喂家蠶蛹蛋白粉的豬相比，喂食家蠶蛹蛋白粉的豬平均日增加體質(zhì)量高23.6%，并且育肥期縮短，出欄率提高。余平[48]、張建祿等[49]研究表明，在建鯉飼料中添加50.00%以下的脫脂家蠶蛹，同時(shí)添加晶體賴氨酸可提高魚(yú)體的蛋白質(zhì)沉積水平，但蠶蛹蛋白添加超過(guò)50.00%，魚(yú)體質(zhì)量增加率、特定生長(zhǎng)率、蛋白質(zhì)效率和粗灰分含量顯著低于不添加蠶蛹蛋白對(duì)照，而攝食量、脂肪含量顯著高于對(duì)照。余平[48研究發(fā)現(xiàn)，微生態(tài)制劑發(fā)酵的家蠶蛹全價(jià)飼料可以顯著提高飼料中的酸溶性蛋白和益生菌數(shù)量，同時(shí)降低飼料pH值、提高飼料適口性。

3.4 在紡織等其他方面的應(yīng)用

此外，蠶蛹蛋白在其他領(lǐng)域也有相應(yīng)的應(yīng)用，在紡織業(yè)中，聚酯纖維紡織品和蠶蛹蛋白相結(jié)合得到的新型聚酯織物，開(kāi)發(fā)出了HRV功能服裝[50-52]。在日化行業(yè)中，以蠶蛹蛋白為原料合成氨基酸類表面活性劑，具有去污、起泡和殺菌的功能，對(duì)頭發(fā)和皮膚作用溫和，擴(kuò)大了蠶蛹蛋白的應(yīng)用領(lǐng)域[53-54]。伍敏暉[54]以蠶蛹油和脫脂蛹蛋白粉為原料合成了N-脂肪酰基氨基酸鈉鹽(NFAAA)表面活性劑，因NFAAA具有更好的表面張力降低能力和很強(qiáng)的發(fā)泡性能與乳化性能，在日用化學(xué)品特別是在沐浴露、洗頭膏、嬰幼兒洗滌用品等方面都有廣泛的應(yīng)用。在生物領(lǐng)域，蠶蛹中蛋白含量高這一特點(diǎn)非常適合用作生物反應(yīng)器來(lái)表達(dá)外源蛋白，“蠶生物反應(yīng)器”具有成本低、方便、安全和穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，可用來(lái)生產(chǎn)口服疫苗，是一個(gè)非常完美的表達(dá)系統(tǒng)。目前，已經(jīng)有數(shù)種重組蛋白和病毒在家蠶幼蟲(chóng)體或家蠶細(xì)胞內(nèi)成功表達(dá)的報(bào)道[55-56]。

4 存在的問(wèn)題及展望

作為一種優(yōu)質(zhì)純天然的全價(jià)蛋白質(zhì)，蠶蛹蛋白因其極高的營(yíng)養(yǎng)和藥用價(jià)值，得到了研究者的廣泛關(guān)注。但受制于現(xiàn)有的技術(shù)條件，目前國(guó)內(nèi)蠶蛹蛋白的實(shí)際工業(yè)化產(chǎn)品還比較少。為合理有效地利用蠶蛹蛋白資源，加強(qiáng)功能性蛋白產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，今后的蠶蛹蛋白研究，應(yīng)著力于蠶蛹蛋白水溶性改性、蠶蛹蛋白多肽提取等方面的研究，切實(shí)可行地解決蠶蛹蛋白加工、生產(chǎn)、儲(chǔ)存中存在的問(wèn)題，給現(xiàn)有的蠶業(yè)發(fā)展帶來(lái)新的道路。

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10．16839 /j．cnki．zgcy．2017．01．015

2016-07-14;接受日期：2016-10-14

安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目(編號(hào) 15C0606)；安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長(zhǎng)青年創(chuàng)新基金項(xiàng)目(編號(hào) 15B0626)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(編號(hào) CARS-22)；安徽省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系蠶桑專項(xiàng) (編號(hào) ahnycytx-16)。

信息：章玉萍(1981—)，女，安徽涇縣，博士，副研究員。 Tel：0551-65154995，E-mail:ypzhang6330@163.com

信息：范濤(1962—)，男，碩士，研究員。 Tel：0551-62826686，E-mail:fantao116@sohu.com

S886.9

B

1007-0982(2017)01-0065-05

ISSN 1007-0982; CN 32-1421 /S