黃粉蟲的主要功能成分及其應用研究進展

朱 琳，王向譽，聶 磊，王安皆，張鳳林，施新琴，婁齊年

(山東省蠶業研究所，山東省農業科學院特種經濟動物與昆蟲資源研究中心，山東煙臺 264002)

黃粉蟲(TenebriomolitorL)別名黃粉甲，俗稱面包蟲,隸屬昆蟲綱(Insect)鞘翅目( Coleopter)擬步甲科(Tenebrionide)粉甲屬(Tenebrionini)，原產于南美洲，20世紀50年代由原蘇聯傳入我國，本屬于倉庫和貯藏害蟲，但因其營養成分高，營養含量居各類活體動物蛋白飼料之首，所以被譽為蛋白質飼料寶庫[1]。

黃粉蟲富含多種營養成分，是一種珍貴的昆蟲資源，己在食品、保健品、醫藥和飼料等領域得到廣泛應用。黃粉蟲適應能力極強，具有生存能力強、生長發育快、成本低等優點，己成為當今世界上發展速度僅次于養蠶、養蜂業的養蟲業之一。目前，對黃粉蟲的應用研究主要集中在對蟲體和蟲糞方面[2]。黃粉蟲蟲體本身是極其豐富且寶貴的自然蛋白資源，已著手開發食品系列(如黃粉蟲餅干、面包和酸奶等)以及藥用保健系列(如幾丁質、蟲油和氨基酸等)。黃粉蟲在養殖過程中產生的蟲糞也可用作有機肥料、食用菌栽培基質、化工原料和養殖材料等。筆者對黃粉蟲主要功能成分及其應用的研究進展進行了綜述，并對黃粉蟲的應用前景進行了展望。

1 黃粉蟲的主要功能成分

1.1蛋白質及氨基酸黃粉蟲蛋白質含量很高，幼蟲中蛋白質占干重的54.25%，在蛹中占干重的58.7%，在成蟲中占干重的64.8%。黃粉蟲蛋白質中含有17種氨基酸，其中必需氨基酸含量占氨基酸總量的40%左右，基本達到了聯合國糧農組織/世界衛生組織的標準。黃粉蟲氨基酸中胱氨酸和賴氨酸的含量較高，其蛋白的必需氨基酸含量與其他含有優質蛋白質的大豆、瘦精肉、瘦雞肉、瘦牛肉等相近。因此，黃粉蟲蛋白是一種優良的全價蛋白[3]。不同的季節和齡期會直接影響黃粉蟲蛋白質含量，蛹和越冬期幼蟲中蛋白質含量較低，蟲和生長期幼蟲中蛋白質含量較高[4]。

1.2脂肪與脂肪酸昆蟲脂肪是一類寶貴的生物資源，可以作為生產食用油、工業用油和生物柴油的原料。油脂中的多不飽和脂肪酸主要為必需脂肪酸，包括亞油酸和亞麻酸，是組成磷脂的重要成分，對于膽固醇代謝極為重要，也是合成前列腺素、血栓烷的原料，還具有維持視覺、減少皮膚疾病的功能。必需脂肪酸是人體不可缺少且自身不能合成的，必須通過外界補充。黃粉蟲蟲油含有豐富的不飽和脂肪酸，占脂肪酸總量的80.7%，必需脂肪酸含量占脂肪酸總量的34.0%，其脂肪酸組成接近米糠油和芝麻油。黃粉蟲蟲油含有豐富的抗氧化劑(如維生素E)，穩定性好，可作為優質油脂的新資源[5]。不同季節和蟲齡期的黃粉蟲脂肪含量不同。蛹和越冬幼蟲脂肪含量較高，分別為30.4%和33.6%。成蟲和生長期幼蟲脂肪含量較低，分別為19.25%和27.30%[6]。

1.3殼聚糖殼聚糖是由幾丁質脫乙酰得到的多糖，廣泛存在于甲殼類動物的外殼、昆蟲的甲殼和真菌的胞壁中，常被用于抑制腫瘤的生長、制作手術縫合線和人造皮膚等。殼聚糖具有良好的生物相容性、血液相容性、生物運轉性及生物降解性，這些優良性能受到了各行各業的廣泛關注，在食品、醫藥、生化和生物醫學工程、化妝品、化工、金屬提取及回收、水處理等領域的應用研究已取得了重大進展[7]。杜開書[8]研究了黃粉蟲殼聚糖的提取及應用，發現殼聚糖不僅對板栗的貯藏保鮮有顯著效果，而且對果汁有澄清作用且不會影響風味。此外，黃粉蟲甲殼素還可作為食品添加劑、防腐劑、水果保鮮劑等應用在食品行業。在黃粉蟲養殖業中，幼蟲的蛻皮、蛹殼及老死成蟲殼等均可提取殼聚糖，既節省資源，又能為黃粉蟲的產業化提供一條降低成本的可靠之路[9]。

1.4維生素及礦物質黃粉蟲蟲體中維生素A、B1、B2、C、D、E和核黃素的含量均較高；維生素B2、C、D含量高于牛羊肉和牛奶；維生素B2、C含量超過菠菜和韭菜；維生素 D、E含量分別為豬肉和牛肉的的44倍、32倍。幼蟲干粉中維生素A和E含量分別為33.7和89.8 μg/kg。黃粉蟲的粗灰分含量高于蠶蛹，接近豆餅。黃粉蟲蟲體各種無機鹽的含量都很高，如鈣、鎂、鐵、錳、鋅和銅均為有機礦物元素，動物吸收消化好，是一種有益元素的“生物轉化器”，將無機物轉為人體必需的生物態物質，并可定向、定量生產。

1.5黃酮類化合物除了以上幾種主要成分外，有研究者發現黃粉蟲中也能分離提取到黃酮類成分。汪璇等[10]采用超聲波水提法提取黃粉蟲蟲粉中的黃酮，結果發現當液料比18.34∶1、超聲時間30.06 min、浸提溫度58.43 ℃、超聲功率380.62 W時，黃酮提取率最高。將得到的黃酮粗提液通過XDA-1型大孔吸附樹脂的分離吸附作用進行純化，得到具有較高抗氧化性的成分，說明黃粉蟲黃酮是一種天然有效的抗氧化劑，并且分離純化的操作簡單、安全、成本低，有較高應用價值[11-12]。

2 黃粉蟲的應用現狀

2.1黃粉蟲原形食品黃粉蟲加工工藝中最簡單的一種形式就是保持或基本保持蟲體的原形加工，制作而成的食品即為黃粉蟲原形食品。此外，還可以利用煎、炸、烤、蒸等方式將黃粉蟲蟲體制備成日常菜肴，如利用幼蟲制成的“漢蝦”、蟲蛹制成的“蛹寶”等[13]；也可將其磨粉、打漿、浸提等制成“漢蝦粉”、黃粉蟲蟲漿、黃粉蟲酒等產品[14]。

2.2食品添加劑黃粉蟲蟲粉作為輔助配料添加到食品中可以提高其營養價值和口感。在餅干中加入黃粉蟲蟲粉，不僅能使食物更加味美可口，而且能使蛋白質含量增加1倍；將其加入酥糖或月餅中，可以制成特殊風味的“漢蝦酥糖”和“漢蝦月餅”等[6]。在面食的加工中添加適量的黃粉蟲蛋白乳，可制成營養豐富的面條[15]、面包[16]、無水清蛋糕[17]等。此外，還可加工成蛋白飲料或者蛋白酸奶[18]。黃粉蟲蛋白酶解后有異亮氨酸、甘氨酸、脯氨酸和丙氨酸，它們的存在可使水解蛋白擁有特殊的甜味和鮮味，因此黃粉蟲還可以加工成醬油、蟲醬、補酒等[19]。

2.3寵物飼料寵物養殖業是世界上發展較快的新興產業。黃粉蟲可以直接或烘制冷凍加工成動物飼料，用于飼養烏龜、魚、蝎子等特種經濟動物，通過食物鏈的傳送，動物蛋白的經濟價值會得到進一步提升。黃粉蟲蟲沙中含有10%的蛋白質，接近麥麩的粗蛋白含量，因此以其作為畜禽的粗飼料，不僅可以大大降低成本，而且還能提高養殖效益。劉利林等[20]用黃粉蟲蟲沙飼喂綿羊，結果發現蟲沙的適口性一般，在生產中使用時飼喂應循序漸進，由少到多，一段時間后黃粉蟲蟲沙就可以完全替代米糠、玉米麩皮等飼料，在綿羊生產中應用較為合適。王金花等[21]在文昌雞日糧中添加蟲沙，結果發現雞的日增重顯著提高。

2.4保健品陳榮等[22]認為從黃粉蟲中提取的蛋白質、油脂和幾丁聚糖的營養價值與同類產品相比具有一定的優勢，可廣泛應用于藥品、保健品及化妝品等領域。胡濱等[23]利用超聲波提取黃粉蟲油，萃取率高，并且48%的小鼠灌胃蟲油的LD50大于15 g/kg，證實黃粉蟲油無毒性，可以作為保健品添加油。黃粉蟲油脂肪酸組成以不飽和脂肪酸為主，具有調節血脂和增強抗氧化功能的作用，可用于開發保健油類產品[24]。

2.5黃粉蟲蟲沙黃粉蟲養殖過程中產生的蟲沙也是黃粉蟲養殖效益中的重要部分。蟲沙本身含有豐富的營養成分，許齊愛等[25]研究表明蟲沙中含有粗蛋白24%、氮3.37%、磷1.04%、鉀1.4%，且含有鋅、硼、錳、鐵等多種微量元素。在儲藏、運輸及其使用的過程中，黃粉蟲蟲沙不會有任何異味和酸化及腐敗產生，并且其表面還均勻地附著一層黃粉蟲消化道分泌液形成的微膜，這種特殊的結構若作為土壤添加劑，能極大地提高土壤的肥力[26]。熊曉莉等[27]研究表明，黃粉蟲蟲沙具有微小的團粒結構，自然氣孔率很高，以蟲糞為原料，加入磷酸為活化劑，制備黃粉蟲糞吸附劑，并用于亞甲基藍模擬廢水的處理。目前，黃粉蟲蟲沙主要的應用領域包括畜禽粗飼料、有機肥料、菌類生產的主要培養基原料、提取葉綠素、養殖材料等。

2.6黃粉蟲活性蛋白

2.6.1黃粉蟲纖溶蛋白。陳雅雄[28]從黃粉蟲體內通過勻漿浸提、鹽析、陰離子交換和葡聚糖凝膠過濾等方法提取、分離并純化出一種纖溶活性蛋白，其組分單一，相對分子量約56.1 kD，并且有很好的纖溶效果。吳艷玲[2]在此基礎上進一步研究纖溶活性蛋白的酶學性質，并對其抗癌作用做了初步研究，結果表明黃粉蟲纖溶活性蛋白對腫瘤細胞A549有較顯著的抑制作用，對H22細胞的抑制作用不明顯，說明其對于癌細胞具有選擇性。與順鉑相比，其對抗癌效果很迅速，短時間就能達到較好的抑制腫瘤生長的效果，這是其他抗癌藥物難以比擬的優勢。張冰[29]以小鼠為試驗對象，采用皮下多點注射法進行免疫試驗，結果發現黃粉蟲纖溶活性蛋白具有與尿激酶相似的免疫原性，末次免疫后產生的抗體效價為1∶640，說明其具有一定的免疫原性，并且能夠抑制角叉菜膠所致的小鼠尾部血栓的形成，能明顯延長正常小鼠凝血酶時間，增強其組織型纖溶酶原激活劑(t-PA)的活性、抑制其組織型纖溶酶原激活劑抑制劑(PAI)的活性。這表明黃粉蟲纖溶活性蛋白具有良好的體內抗血栓作用。

2.6.2黃粉蟲抗菌肽。昆蟲體內抗菌肽是指其在受到某些物理剌激或被微生物感染后，引起免疫反應而產生一系列抗菌物質，其合成速度非常快，是機體理想的第一道防線。大多數的昆蟲抗菌肽是一些有生物活性的小分子肽，生物學特性多樣，相對分子質量均小于1 000；功能具有多樣性，如熱穩定性、水溶性、強堿性和廣譜抗菌等。抗菌肽的生物學功能主要有直接抗病原微生物活性和抗內毒素、免疫趨化活性、適應性免疫等免疫功能[30]。黃粉蟲抗菌肽可通過生物水解黃粉蟲粉制備抗菌肽[31]，也可通過其他各種刺激使黃粉蟲體內直接產生抗菌肽[32]。劉影等[33]用大腸桿菌和滅活大腸桿菌誘導黃粉蟲產生抗菌肽，結果發現經大腸桿菌誘導的黃粉蟲體內細菌含量低于國家規定標準，可用作養殖業的飼料添加劑。劉影等成功克隆了黃粉蟲抗菌肽基因Tmecin，并發現其對某些細菌和真菌均有抑制作用，尤其是對金黃色葡萄球菌的抑菌效果最強，有望成為新一代的抗生素替代品。研究表明，黃粉蟲抗菌肽對不同的植物病原真菌均有一定的抑制活性，對于培育植物抗病育種提供了新的抗原基因資源[34]。周鋼等[35]利用滅活的沙門菌處理黃粉蟲，將黃粉蟲抗菌肽添加到肉蛋雞飼料中，經對比發現不僅能維持雞腸道內益生菌平衡，提高肉蛋雞的免疫力，增強對外源侵染病原的抵抗力，而且還可以提高雞肉品質，在雞肉中無殘留，保障了人們的身體健康。

2.7黃粉蟲的生物降解功能餐廚垃圾含水量高、易腐爛變質、有機質含量豐富且散發臭味，除對周圍環境衛生造成嚴重影響外，還存在各種安全隱患。隨著社會經濟的快速發展和人們生活水平的不斷提高，餐廚垃圾的產量與日俱增。因此，對其進行減量化、無害化、資源化處理的問題迫在眉睫。目前，利用環境昆蟲的腐食性取食行為處理餐廚垃圾，是一條安全和經濟可行的技術途徑。黃粉蟲幼蟲食性雜、生命力強、轉化率高，對生長環境質量要求低，在農業有機廢棄物的轉化過程中發揮著重要的作用，且目前黃粉蟲已經實現了大規模工廠化生產方式，形成了完善的產業鏈結構。因此，利用黃粉蟲處理餐廚垃圾是切實可行的[36]。最近研究表明，黃粉蟲可以利用PS塑料泡沫作為唯一食物，一部分在腸道內礦化，另一部分轉化為自身需要的營養物質[37-39]。張可等[60]研究黃粉蟲取食和消化降解聚乙烯(PE)塑料薄膜，結果表明黃粉蟲降解塑料薄膜后的排泄物為黑褐色，燃燒時無刺激性氣味，表明黃粉蟲對其進行了徹底的消化降解。

3 展望

昆蟲物種豐富、資源數量大，分布廣泛，昆蟲資源的產業化正以前所未有的速度向深度和廣度不斷拓展。以“資源經濟學”的理論和觀點為指導，推進昆蟲資源的產業化，是21世紀昆蟲學研究的熱點和關鍵領域，逐漸形成的“經濟昆蟲資源學”是與“理論昆蟲學與昆蟲技術學”“植保昆蟲學”并列的重要組成部分。黃粉蟲是繼家蠶、蜜蜂后又一個極可能被產業化開發的昆蟲種類，目前國內關于黃粉蟲的研究熱點還是在其食用方面的應用，對其處理餐廚垃圾方面的研究在國內也慢慢起步，如山東臨沂新莒農生物技術股份有限公司(莒南縣磐龍湖農業生態園)在利用黃粉蟲等環境昆蟲處理餐廚垃圾方面已經取得突破性進展，并逐漸在進行產業化推廣。然而，黃粉蟲在醫療、化妝、處理餐廚垃圾及聚乙烯等方面仍然需要繼續深化基礎和應用研究。

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