不同世代胭脂蟲蟲體主要化學組成1)

郭元亨 馬李一 鄭華 張弘 張忠和 李坤 涂行浩

(國家林業局資源昆蟲培育與利用重點實驗室(中國林業科學研究院資源昆蟲研究所)，昆明，650224)

胭脂蟲(Dactylopius coccus Costa)是一類寄生在仙人掌上的資源昆蟲，屬同翅目(Homoptera)，粉蚧總科(Pseudococcoidea)，洋紅蚧科(Dactylopiidae)，洋紅蚧屬(Dactylopius)。因雌性成蟲富含胭脂紅酸，常被用于制取胭脂蟲紅色素——一種優質的天然染色劑。胭脂紅酸具有極佳的染色力、穩定性［1－2］和清除自由基能力［3］，常用于食品和化妝品添加劑［4］，還可用作鈾、釷、硼及鋨等元素測定顯色劑［5－7］，以及與二氧化鈦相互作用制成新型納米感光材料［8］。胭脂蟲原產于拉丁美洲，我國本無自然分布，21世紀初，中國林業科學研究院資源昆蟲研究所成功引進了胭脂蟲及其優良寄主印榕仙人掌并在我國西南地區繁育成功［9－10］，同時對胭脂紅酸提取、精制加工及穩定性等方面進行了較為系統的研究［11－14］。國內引進的胭脂蟲，按繁養季節可分為春夏代、夏秋代和秋冬代等3個世代［15］。胭脂蟲干蟲體內含有胭脂紅酸、蛋白質、蠟、脂質等多類化學物質，不同世代的胭脂蟲蟲體內主要化學組成物質的質量分數有所不同。胭脂紅酸質量分數的多少會直接影響繁養胭脂蟲的經濟效益，而其他組分對胭脂紅酸的分離純化也具有一定的影響，從而影響胭脂紅酸的加工方法。目前，國內尚無有關不同世代胭脂蟲干蟲體內各主要化學組分質量百分數的測試、比較的報道，本研究根據昆蟲化學成分的組成及分離特點，測定春夏代、夏秋代和秋冬代胭脂蟲的主要化學組成物質的質量分數，為進一步開發利用胭脂蟲資源提供理論依據。

1 材料與方法

胭脂蟲雌成蟲干體，由中國林業科學研究院資源昆蟲研究所滇中高原試驗站提供，2004年引自南美洲，滇中地區中等規模放養。

含水率測定:稱取0.200 0 g胭脂蟲干蟲體，使用快速水分測定儀測定不同世代胭脂蟲干蟲體(風干)的含水率，設定干燥溫度為105℃，啟用標準干燥模式升溫，連續6 min內樣品質量不再變化為終止點。每個樣品設置3個平行試驗。

四氯化碳提取物測定:稱取25.000 0 g胭脂蟲干蟲體，置于索氏提取器中，四氯化碳抽提8 h，蒸干溶劑，測定四氯化碳提取物質量分數。設置3組平行試驗，結果取平均值。

乙醇提取物測定:將四氯化碳處理過的胭脂蟲真空干燥，再置于索氏提取器中，無水乙醇抽提8 h，蒸干溶劑，測定無水乙醇提取物質量分數［16］。設置3組平行試驗，乙醇提取物質量分數取平均值。

石油醚提取物測定:將四氯化碳與乙醇處理過的胭脂蟲剩余物真空干燥，然后置于索氏提取器中，石油醚抽提8 h，蒸干石油醚，測定胭脂蟲干蟲體中石油醚提取物質量分數［17］，設置3組平行試驗，結果取3個值的平均值。

總蛋白測定:將3個世代的胭脂蟲干蟲體研磨成粉末(過40目篩)，取0.100 0 g，加15 mL濃H2SO4消化90 min，然后用凱氏定氮儀測定樣品中的蛋白質質量分數［18－19］。設3組平行試驗，總蛋白質質量分數取平均值。

色素測定:按張弘等人［11］的方法純水提取胭脂紅酸，按郭元亨等人［20］的方法利用高效液相色譜測定胭脂紅酸質量分數，核算胭脂蟲干蟲體中胭脂紅酸的質量分數。

不溶性聚糖測定:將經過四氯化碳、乙醇、石油醚處理并提取過色素的胭脂蟲殘渣風干，測定其質量;參考含水率測定方法測定胭脂蟲殘渣(風干)的含水率，參考總蛋白測定方法測定胭脂蟲殘渣中蛋白質的質量分數;測定胭脂蟲殘渣中的灰分質量分數。根據下式計算胭脂蟲中雜質質量分數，設置3組平行試驗，結果取平均值。

不溶性聚糖質量分數=((胭脂蟲殘渣質量(1－含水率)×(1－殘渣中蛋白質質量分數－殘渣中灰分質量分數)/胭脂蟲質量)×100%。

總灰分測定:取一定量的胭脂蟲雌成蟲干體，研磨成粉末(過40目篩)，取5.0000 g此粉末在馬弗爐中560℃灰化4 h，冷卻，測定灰分質量，并計算胭脂蟲干蟲體中總灰分質量分數。設置3組平行試驗，總灰分質量分數取平均值。

2 結果與分析

2.1 自然風干胭脂蟲含水率

由于自然風干的胭脂蟲干蟲體中，還含有一定量的水分，并且含水率會隨著環境因子的變化而波動，為了便于對胭脂蟲干蟲體各組成物質的質量分數進行較準確的比較，有必要測定自然風干胭脂蟲干蟲體及胭脂蟲殘渣的含水率，并以絕干質量為基準分析蟲體內各主要化學成分，結果見表1。由表1可見，3個世代的胭脂蟲干蟲體及殘渣的含水率有一定差異，這與胭脂蟲采收季節及采收后存放環境有關，其中秋冬代干蟲體含水率最低、春夏代和夏秋代干蟲體含水率較高，而蟲渣含水率則是春夏代最低、其余兩代較高。

表1 不同世代胭脂蟲的含水率%

2.2 不同世代胭脂蟲干體的主要化學組分

不同世代胭脂蟲干蟲體主要化學組分如表2所示。

表2 不同世代胭脂蟲干體各主要化學組分的質量分數%

從表2可以看出:春夏代胭脂蟲干蟲體中四氯化碳提取物質量分數最高，占干蟲體質量的8.34%，夏秋代和秋冬代分別占干蟲體質量的7.69%和6.57%。春夏代和夏秋代、夏秋代和秋冬代胭脂蟲干蟲體中四氯化碳提取物質量分數之間沒有顯著差異(p＞0.05)。而春夏代和秋冬代胭脂蟲之間存在顯著差異(p＜0.05)。秋冬代胭脂蟲乙醇提取物質量分數最高，占干蟲體質量的8.21%，春夏代和夏秋代乙醇提取物分別占干蟲體質量的5.20%和3.50%。3個世代的胭脂蟲干蟲體中乙醇提取物質量分數存在顯著性差異。春夏代胭脂蟲的脂質質量分數最高，占干蟲體質量的1.21%，夏秋代和秋冬代胭脂蟲脂質質量分數較低，分別為1.07%和0.85%。就胭脂蟲干蟲體中石油醚提取物而言，春夏代和秋冬代之間存在顯著性差異，春夏代與夏秋代、夏秋代與秋冬代胭脂蟲之間差異不顯著。總體而言，胭脂蟲干蟲體中蛋白質質量分數較高，夏秋代胭脂蟲干蟲體內蛋白質質量分數在55%左右，春夏代和秋冬代胭脂蟲干蟲體的蛋白質質量分數在50%左右，且兩者差異性不顯著，夏秋代胭脂蟲蛋白質質量分數高于其余2代，春夏代與夏秋代之間存在顯著差異，夏秋代和秋冬代之間存在顯著差異。

春夏、夏秋、秋冬3代胭脂蟲干蟲體中胭脂紅酸質量分數依次為18.00%、17.66%和19.42%，與相關文獻報道胭脂蟲中胭脂紅酸質量分數為17%～19%相吻合［4］。秋冬代胭脂蟲干蟲體色素質量分數略高于其余2代胭脂蟲，但總體來說，3個世代的胭脂蟲干蟲體中，胭脂紅酸質量分數差異不顯著。不同世代胭脂蟲干蟲體中不溶性聚糖質量分數較高，春夏代胭脂蟲干體中不溶性聚糖質量分數(13.19%)高于其余2個世代(8.79%和8.36%)，差異未達到顯著水平;夏秋代和秋冬代之間無顯著差異。秋冬代胭脂蟲干蟲體中灰分質量分數最高，為4.96%，夏秋代和秋冬代依次為4.34%和3.62%。春夏代和夏秋代之間存在顯著差異;夏秋代和秋冬代及春夏代和秋冬代之間存在顯著差異。

3 結論與討論

春夏代、夏秋代及秋冬代胭脂蟲干蟲體中四氯化碳提取物、乙醇提取物及石油醚提取物質量分數依次為8.34%、7.69%和6.57%，5.20%、3.50%和8.21%，1.21%、1.07%和0.85%。不同世代的胭脂蟲干蟲體中四氯化碳提取物質量分數間存在一定差異，但此類物質多為非極性物質，使用非極性溶劑較易除去;乙醇雖然為極性溶劑，但從試驗過程中可以觀察到，在用無水乙醇處理胭脂蟲干蟲體的過程中，色素幾乎不溶于無水乙醇。因此，雖然不同世代胭脂蟲干蟲體中乙醇提取物質量分數之間存在顯著差異，但使用無水乙醇較易去除，且不會對蟲體中的胭脂紅酸質量分數造成較大損失;3代胭脂蟲干蟲體中石油醚提取物質量分數整體較低，且為非極性物質，在前處理過程中可以用石油醚等非極性溶劑除去。綜上所述，只要在生產加工胭脂紅酸的過程中，采用適當的技術對其進行前處理，就可將此類物質對胭脂蟲紅色素品質的影響最大限度地降低。

春夏、夏秋及秋冬代胭脂蟲干蟲體中蛋白質質量分數分別為49.35%、55.02%和50.22%。夏秋代胭脂蟲干體中蛋白質質量分數高于另外2代，原因可能是因為胭脂蟲生長的滇中地區，夏末秋初，高溫多雨，胭脂蟲生長速度快，生命力相對旺盛，從而體內蛋白質質量分數較高。蛋白質不僅是胭脂蟲干蟲體內質量分數最多的物質，而且種類繁多，性質各異。其中水溶性蛋白質在胭脂紅酸的分離純化過程中，很難除去;胭脂紅酸中如果含有較多的蛋白質，會影響色素品質(如使色素產品產生沉淀、出現異味)。從分離純化胭脂紅酸的角度考慮，夏秋代胭脂蟲蛋白質質量分數較高，對胭脂紅酸提取分離有一定的影響。此外，尚需要尋找這些蛋白質的利用途徑，提高胭脂蟲的利用率。

3 個世代胭脂蟲干蟲體內的胭脂紅酸質量分數依次為18.00%、17.66%和19.42%。胭脂蟲干蟲體中胭脂紅酸質量分數較高，是一種優質的資源昆蟲。且不同世代之間胭脂蟲干蟲色素質量分數差異較小，春夏季、夏秋季和秋冬季均適宜于繁養胭脂蟲，且繁養的胭脂蟲作為加工生產胭脂蟲紅色素的原料，均具有較大的開發利用價值。

春夏、夏秋及秋冬代胭脂蟲干蟲體內的不溶性聚糖的質量分數依次為13.19%、8.79%和8.36%。因為胭脂蟲寄生在仙人掌上，采集后即時滅活，推測胭脂蟲體內不溶性聚糖物質主要包括2個部分:一部分是胭脂蟲寄生在仙人掌上時從寄主植物中攝入體內卻未及時消化吸收的多聚糖物質;另一部分是胭脂蟲自身組成物質。因此，胭脂蟲采集到滅活之間的時間間隔，可能對胭脂蟲干蟲體中不溶性聚糖的質量分數有一定的影響。

3 個世代胭脂蟲干蟲體灰分質量分數為3.62%、4.34%和4.96%。胭脂蟲干蟲體中的灰分主要由2部分組成:一部分是胭脂蟲體內的礦質元素;另一部分是胭脂蟲生長過程中蟲體表面粘附的灰塵。推測秋冬代胭脂蟲干蟲體中灰分質量分數較高的原因可能是因為胭脂蟲生長的滇中地區，秋冬季節氣溫較低，空氣干燥，胭脂蟲生長期較長;且胭脂蟲為了保持自身水分，秋冬季節分泌的蠟絲相對較多，因此粘附在胭脂蟲體表的灰塵較多。

［1］張弘，鄭華，陳軍，等.胭脂蟲紅色素穩定性研究［J］.食品科學，2008，29(11):59－64.

［2］張建云，李志國，趙杰軍，等.胭脂紅酸測定方法及穩定性研究［J］.食品科學，2007，28(8):321－326.

［3］González E A，García E M，Nazareno M A，et al.Free radical scavenging capacity and antioxidant activity of cochineal(Dactylopius coccus C.)extracts［J］.Food Chemistry，2010，119(1):358－262.

［4］Méndez A，González J，Lobo M，et al.Color quality of pigments in cochineals(Dactylopius coccus Costa).Geographical origin characterization using multivariate statistical analysis［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2004，52(5):1331－1337.

［5］López-martínez L，Guzmán-mar J L，López-de-alba P L.Simultaneous determination of uranium(Ⅵ)and thorium(Ⅳ)ions with carminic acid by bivariate calibration［J］.Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry，2001，247(2):413－417.

［6］Gupta H K L，Boltz D F.Spectrophotometric study of the determination of boron by the carminic acid method［J］.Microchimica Acta，1974，62(3):415－428.

［7］Manzoori J L，Sorouraddin M H，Amjadi M.Spectrophotometric determination of osmium based on its catalytic effect on the oxidation of carminic acid by hydrogen peroxide［J］.Talanta，2000，53(1):61－68.

［8］Gaweda S，Stochel G，Szaciliwski K.Photosensitization and photocurrent switching in carminic acid/titanium dioxide hybrid Material［J］.Journal of Physical Chemistry C，2008，112(48):19131－19141.

［9］張忠和，石雷，徐濤，等.胭脂蟲與寄主仙人掌的關系［J］.林業科學研究，2004，17(3):321－326.

［10］張建云，李志國，趙杰軍，等.胭脂蟲繁養條件對胭脂紅酸含量的影響［J］.南京林業大學學報:自然科學版，2009，33(2):77－80.

［11］張弘，盧艷民，鄭華，等.水溶法提取胭脂蟲紅色素的工藝條件及其優化［J］.食品科學，2009，30(16):115－118.

［12］盧艷民，鄭華，周梅村，等.硅膠柱層析純化胭脂蟲紅色素［J］.天然產物研究與開發，2009，21(增刊):383－385.

［13］盧艷民，周梅村，鄭華，等，超濾膜精制胭脂蟲紅色素的研究［J］.食品科學，2008，29(9):196－198.

［14］張建云，李志國，包松蓮，等.正交設計優化胭脂蟲蠟的提取工藝［J］.東北林業大學學報，2009，37(3):95－96.

［15］張忠和，秦志虹，盧振龍，等.胭脂蟲高產培育試驗［J］.西南農業學報，2008，21(4):1160－1164.

［16］鄭華，張弘，甘瑾，等.胭脂蟲蠟的提取分離及初步精制［J］.食品科學，2009，30(16):162－165.

［17］鄭華，唐莉英，盧艷民，等.胭脂蟲蟲體主要化學組成分析［J］.食品科學，2008，29(11):510－513.

［18］乙小娟，俞曄，何松濤.全自動凱氏定氮儀測定已內酰胺中揮發堿［J］.理化檢驗:化學分冊，2004，40(7):418－419.

［19］吳曉榮，葉祥盛，趙竹青.流動注射法與凱氏定氮法測定土壤全氮的比較［J］.華中農業大學學報，2009，28(5):560－563.

［20］郭元亨，馬李一，鄭華，等.高效液相色譜和分光光度法定量分析胭脂紅酸的比較［J］.食品科學，2009，30(18):303－306.