黃粉蟲蛋白粉成分分析及體外模擬消化功效評價

遲曉君,王璇,張大鵬,翟夢堯,張瑞杰,韋新彤,孫文君*

黃粉蟲蛋白粉成分分析及體外模擬消化功效評價

遲曉君1,王璇2,張大鵬1,翟夢堯1,張瑞杰1,韋新彤1,孫文君1*

1. 山東農業工程學院, 山東 濟南 250100 2. 山東農業大學食品科學與工程學院, 山東 泰安 271018

為探究黃粉蟲蛋白粉的應用前景，本試驗以蛋白質含量、蛋白質消化率、氨基酸組分分析結果、脂肪含量、灰分含量、流動性、白度、分散時間、溶解性作為試驗指標，對項目組開發的黃粉蟲蛋白粉與市面上主售的乳清蛋白粉、大豆蛋白粉進行成分分析，并對3種蛋白粉的體外模擬消化特征進行評價。結果表明，黃粉蟲蛋白粉的蛋白質含量為73.18%，顯著低于乳清蛋白粉（83.03%）和大豆蛋白粉（83.98%）（＜0.05）；但黃粉蟲蛋白粉的消化率高達86.98%，顯著高于乳清蛋白粉（69.52%）和大豆蛋白粉（73.56%）（＜0.05）；黃粉蟲蛋白粉中的必需氨基酸百分含量為34.51%，其亮氨酸、蘇氨酸、甲硫氨酸＋半胱氨酸、苯丙氨酸＋酪氨酸的氨基酸評分分別為61.15、34.09、8.58、29.13，顯著優于大豆蛋白粉（＜0.05），與乳清蛋白粉沒有顯著性差異（＞0.05）；黃粉蟲蛋白粉的脂肪含量較高，為3.47%，顯著高于乳清蛋白粉（0.8%）及大豆蛋白粉（0.79%）（＜0.05）；但黃粉蟲蛋白粉的灰分含量較低，為5.48%，與乳清蛋白粉（5.5%）無顯著性差異（＞0.05）；黃粉蟲蛋白粉的休止角、白度、堆積密度、分散時間、溶解性分別為16.20°、81.49、9.32 g/100mL、1.60 min、23.56%，其中流動性、溶解性、分散時間顯著優于市售的2種蛋白粉（＜0.05），可作為優質的蛋白補充劑，為黃粉蟲高值化利用提供理論依據。

黃粉蟲; 成分分析; 消化功效評價

黃粉蟲（L.）又名黃粉甲，俗稱面包蟲，富含多種營養成分，是一種珍貴的昆蟲蛋白資源，已在食品、飼料等領域得到廣泛應用[1]。黃粉蟲蛋白質含量很高，其粗蛋白含量可達60%以上，居各類活體動物蛋白飼料之首，被譽為“蛋白之王”[2]。

黃粉蟲蛋白具有18種必需氨基酸[2,3]，其中必需氨基酸含量占氨基酸總量的39.14%左右[4]，基本符合FAO/WHO建議的優良蛋白質必需氨基酸的標準[5]，且不飽和脂肪酸、礦物質含量較豐富，另外黃粉蟲中含有許多生物活性成分，體內富含幾丁質、抑菌肽和不飽和脂肪酸等[5]，具有較大的開發潛力。

黃粉蟲的資源化利用工作已在世界上許多國家開展，全球黃粉蟲市場規模自2016年的8908.5萬美元上升至2021年的22982.7萬美元，期間年均復合增長率為20.87%。2016年3月9日，MFDS（韓國食藥部）發布[6]將以往作為暫定食品原料使用的黃粉蟲幼蟲及雙斑蟋追加到食品原料目錄，擴大了安全使用范圍，以便所有營業者均可將其作為食品原料使用。2021年6月1日，歐盟委員會發布批準干黃粉蟲幼蟲作為新型食品投放市場。目前，韓國和歐洲歐盟已宣布黃粉蟲可以作為新食品原料供人類食用[7]。

目前，國內對黃粉蟲資源化利用的探索過程初步轉型向精深加工、開發高新技術產品方向以及廣泛應用階段發展。2021年中國黃粉蟲干蟲產量達到4萬噸，同比增長17.55%，2016年以來年均復合增速為22.84%。2016年我國黃粉蟲市場規模為1.75億元，2021年國內黃粉蟲市場規模增長至5.28億元，2016年以來市場規模復合增速為24.72%，2021年全球黃粉蟲市場規模為2.30億美元，中國約占全球規模總量的35.61%，特別是隨著全球蛋白資源危機日趨嚴峻，黃粉蟲精深加工和高新技術系列產品開發將是未來研究的熱點[2]。目前國內黃粉蟲總產量中大約95％加工成干蟲，直接以干蟲的形式銷售與應用，附加值較低，嚴重阻礙了黃粉蟲行業的發展。因此，對黃粉蟲精深加工提取黃粉蟲蛋白，并對黃粉蟲蛋白粉進行推廣應用，對黃粉蟲的高價值化利用具有重要意義。基于此，本試驗選擇項目組前期采用黃粉蟲蛋白粉進行成分分析及體外模擬消化，并與市面上主售的乳清蛋白粉、大豆蛋白粉進行比較，對比三者在蛋白質、蛋白質消化率、灰分、脂肪、氨基酸組分分析結果、流動性、白度、分散時間、溶解性方面的差異。旨在為黃粉蟲的高值化利用提供理論依據，為黃粉蟲蛋白粉系列產品開發奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

表 1 試驗原料

注：超聲波微波耦合提取黃粉蟲蛋白粉在下文中簡稱：黃粉蟲蛋白粉。

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

1.2 試驗方法

1.2.1蛋白質的測定根據GB 5009.5-2016《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》中的第一法，凱氏定氮法對3種蛋白粉蛋白質含量測定[8]。

1.2.2 脂肪的測定根據GB 5009.6-2016《食品安全國家標準食品中脂肪的測定》中的第一法，索氏抽提法對3種蛋白粉中的脂肪含量進行測定[9]。

1.2.3 氨基酸分析根據JY/T 019-1996和JJG 1064-2011兩部標準采用自動氨基酸分析儀進行測定。

1.2.4 灰分的測定根據GB 5009.4-2016《食品安全國家標準食品中灰分的測定》中第一法對3種蛋白粉進行總灰分的測定[10]。

式中：1——第一次稱取3種蛋白粉的質量；2——上清液中溶解物的質量。

1.2.6 流動性的測定根據王亮[12]等的試驗方法加以改進，在使用儀器時，稱取10 g黃粉蟲超細粉，在圓形平臺的上方放置一個漏斗，然后通過漏斗讓粉末自由落體，然后點擊“開始測量”鍵進行自動測量，測量結束后記錄下數值。每個樣品連續測定3次，然后選擇正常的數值取其平均值。

1.2.8 分散時間時間的測定參照陳清香[14]等的方法加以改進，在200 mL燒杯中加入50 mL去離子水，加入5 g樣品后分別放入25 ℃恒溫水浴中，記錄乳清、黃粉蟲以及大豆蛋白粉樣品全部溶解所需的時間。

1.2.10 模擬消化試驗目前，蛋白質價值評定的常用方法有多種，常用的有化學法分析法，人體及動物試驗法，體外模擬消化法[16]。3種方法相較而言，體外模擬法具有簡潔、快速、準確的優點，本試驗所用的靜態體外模擬消化模型是建立在Minekus[17]等的研究基礎修改而成，此方法主要包括3種模擬消化液體：模擬唾液、胃液以及腸液[18,19]，并根據表2配制出6種緩沖溶，液后混勻，用蒸餾水補至400 mL，制成1.25倍的濃縮消化液[18,19]。

表 2 體外模擬消化液配方

（1）模擬胃消化階段參照馬寅龍[18,19]等的方法，具體操作步驟如下，將3種原料粉用蒸餾水配制成蛋白質質量分數為1%的乳液，于37 ℃的水浴鍋中預熱10 min，與8 mL模擬胃液、4 mg胃蛋白酶（10000 U/mg）、5 μL 0.3 mol/L CaCl2混勻，然后用1 mol/L鹽酸降至pH=3，后在37 ℃、135 r/min振蕩消化2 h。后將樣品消化液分成2份，一份作為胃消化液進行后續功能性分析，離心取上清液并將樣品放入超低溫冰箱中封存，另一份作后續腸消化階段樣品。

（2）模擬腸消化階段參照馬寅龍[18,19]等的方法，具體操作步驟如下，將10 mL胃消化階段樣品與8 mL模擬腸液、8 mg胰蛋白酶（250 U/mg）、牛膽鹽0.0814 g、20 μL 0.3 mol/L CaCl2混勻，后用1 mol/L NaOH溶液調節至pH=7，再用蒸餾水補至20 mL后將混合后的樣品腸消化液放入振蕩培養箱中，在37 ℃、135 r/min振蕩培養2 h，腸消化階段完成后，立即以6000 r/min離心5 min，上清液即為樣品液，最終將樣品放入超低溫冰箱中封存。

（3）蛋白質體外消化率的測定參照尋崇榮[19]等的方法，取上清液后用凱氏定氮法測定可溶性蛋白的含量。

1.3 數據處理

用SPSS 25.0和Origin 2019分析處理數據。

2 結果與分析

2.1 不同蛋白粉蛋白質含量

蛋白質含量是評價蛋白粉營養價值的一個非常重要的指標[20]，黃粉蟲蛋白粉與其他2種蛋白粉的對比，如圖1所示，結果表明：黃粉蟲蛋白粉的蛋白含量為73.18%，低于市售的2種蛋白粉（分別為83.03%、83.98%）且具有顯著性差異（＜0.05）。分析該現象可能的原因，一是由于黃粉蟲蛋白粉的提取工藝不夠成熟，產品含有較多雜質，導致單位質量的蛋白質含量偏低；二是因脂肪脫除的不夠完全，黃粉蟲內部的蛋白質受脂肪包裹，影響蛋白質的溶出[21]。綜上，應進一步優化黃粉蟲蛋白質的提取工藝，改進黃粉蟲加工過程中的脫脂技術等，提高黃粉蟲蛋白的純度。

圖 1 不同蛋白粉蛋白質含量

2.2 不同蛋白粉脂肪含量

如圖2所示，黃粉蟲蛋白粉的脂肪含量高于乳清蛋白粉和大豆蛋白粉且具有顯著性差異（＜0.05），推測原因[22]是由于黃粉蟲的粗纖維含量少，質地較軟，項目組用傳統的機械壓榨法進行壓榨，出油量較低，因此黃粉蟲蛋白粉中的油脂含量相對較高，這也與蛋白質含量較低的結果相對應，后期黃粉蟲脫脂可以采用亞臨界萃取法或者超臨界萃取法[20]。

圖 2 不同蛋白粉脂肪含量

2.3 不同蛋白粉氨基酸分析

氨基酸的種類、數量和組成往往決定蛋白質的營養價值[23]。由表3可知，黃粉蟲蛋白粉中氨基酸種類豐富，含有多種必需氨基酸且含量較高。氨基酸總量為78.70 mg/100 g，必需氨基酸占總量的34.51%，顯著優于大豆蛋白（＜0.05），與乳清蛋白粉沒有顯著性差異（＞0.05）。如表4所示，其亮氨酸、蘇氨酸、甲硫氨酸＋半胱氨酸、苯丙氨酸＋酪氨酸的氨基酸評分分別為61.15、34.09、8.58、29.13，顯著優于大豆蛋白粉（＜0.05），且苯丙氨酸＋酪氨酸的氨基酸評分高于其他2種蛋白粉，適于人體攝入，同時表明黃粉蟲蛋白可以作為一種優質的蛋白質來源，為黃粉蟲蛋白粉的研發推廣奠定理論基礎。

表3 不同蛋白粉氨基酸分析

注：有一個相同標記字母的即為差異不顯著,凡具不同標記字母的即為差異顯著。

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 不同蛋白粉氨基酸評分

2.4 不同蛋白粉灰分分析

黃粉蟲蛋白粉與其他2種蛋白粉對比得到的灰分含量，如圖3所示，大豆蛋白粉＞乳清蛋白粉＞黃粉蟲蛋白粉，黃粉蟲蛋白粉與乳清蛋白粉不具顯著性差異(＞0.05)，與大豆蛋白粉具顯著差異（＜0.05）。灰分是指蛋白粉燃燒后剩余的無法燃燒的無機鹽部分，灰分含量越低，說明蛋白粉中的無機鹽越低，蛋白粉的品質越好，因此黃粉蟲蛋白粉的品質較高。

圖 3 不同蛋白粉灰分含量

2.5 不同蛋白粉物理指標

表 5 不同蛋白粉物理指標

注：有一個相同標記字母的即為差異不顯著,凡具不同標記字母的即為差異顯著。

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，不同蛋白粉之間的休止角差異為乳清蛋白粉＞大豆蛋白粉＞黃粉蟲蛋白粉，乳清蛋白粉的休止角最大為21.09°，流動性最差，顯著差于黃粉蟲蛋白粉與大豆蛋白粉（＜0.05），黃粉蟲蛋白粉的休止角最小，為16.20°，流動性最好。

白度表示的是物質表面白色的程度，白度越高，消費者的接受程度越高，如表5所示，乳清蛋白粉最高，大豆蛋白粉次之，兩者均顯著高于黃粉蟲蛋白粉（＜0.05），建議項目組后期優化黃粉蟲蛋白粉的提取工藝提高純度，其白度也會提高。

堆積密度與粉體粒徑大小、微觀結構有關[24]。由表可知，堆積密度大小順序為大豆蛋白粉＞黃粉蟲蛋白粉＞乳清蛋白粉，乳清蛋白粉的堆積密度最小為9.81 g/100mL，黃粉蟲蛋白粉的堆積密度9.32 g/100mL，兩者不具顯著性差異（＞0.05），均與大豆蛋白粉具有顯著性差異（＜0.05）。咀嚼片、泡騰片等產品的開發與堆積密度關聯緊密，說明黃粉蟲蛋白粉適合后期開發成片劑等產品。

分散時間是指蛋白粉全部溶解所需要的時間，時間越短，說明該蛋白粉更易在液體中溶解。溶解性是蛋白粉最基本的功能性質[24]。如表5所示，黃粉蟲蛋白粉的分散時間最短，為1.60 min，而且顯著低于乳清蛋白粉和大豆蛋白粉（＜0.05），溶解度最佳。

綜上，黃粉蟲蛋白粉的休止角最小，為16.20°，流動性最好；堆積密度值較好，為9.32 g/100 mL；分散時間較短，為1.60 min且溶解性最佳，說明黃粉蟲蛋白粉具有更好的加工適應性。

2.6 不同蛋白粉體外模擬消化試驗

如圖4所示，本試驗通過體外模擬消化試驗對3種蛋白粉進行測定，蛋白質消化率從高到底排列為黃粉蟲蛋白粉＞乳清蛋白粉＞大豆蛋白粉，而且黃粉蟲蛋白粉的消化率達86.98%，顯著高于2種市售蛋白粉（分別為69.52%、73.56%）（＜0.05）。李樂源[25]等人通過試驗評估了在BLSS（生物再生生命維持系統）中用黃粉蟲蛋白為航天員提供動物性食物的可行性。雖然黃粉蟲蛋白粉的蛋白質含量略低，但與其他2種蛋白粉相比，蛋白質的消化率優勢明顯，而且后期脫脂可以采用亞臨界萃取法或者超臨界萃取法，其蛋白質含量還會上升。因此，由本試驗可證實，黃粉蟲蛋白作為一種蛋白質含量較高、易于消化吸收、氨基酸種類豐富的蛋白資源，極具開發潛力。

圖 4 不同蛋白粉體外模擬消化試驗

3 討論

本文以蛋白質、脂肪、灰分、分散性、白度、氨基酸分析等成分分析及體外模擬消化功效評價、體外模擬消化結果為指標，對黃粉蟲蛋白粉與市售的濃縮乳清蛋白粉和大豆分離蛋白粉進行對比，旨在為黃粉蟲蛋白粉的研發推廣提供理論數據支持。試驗結果顯示：黃粉蟲蛋白質中有豐富的氨基酸，包括多種必需氨基酸，且含量滿足日常需求，其中必需氨基酸的含量和比例符合FAO/WHO的要求，是一種優良的蛋白質資源；3種蛋白粉的氨基酸評分表明，黃粉蟲蛋白優于大豆蛋白，黃粉蟲蛋白粉中缺乏含硫氨基酸，若與其他蛋白質合理配比，將成為優質的蛋白質補充劑；黃粉蟲蛋白粉的流動性、溶解性、分散時間顯著優于市售的2種蛋白粉（＜0.05），適合后期開發片劑等產品，白度較市售的2種蛋白粉較低，有顯著性差異（＜0.05），建議繼續優化黃粉蟲蛋白粉的提取工藝提高純度，其白度也會提高；使用胃蛋白酶和胰蛋白酶在體外模擬消化過程，結果表明黃粉蟲蛋白粉的消化率最高，與其他2種蛋白粉有顯著性差異（＜0.05）。綜上所述，黃粉蟲蛋白粉易于消化吸收而且氨基酸種類豐富，結構合理等優良特性，加工適應性更好，具有較大的開發潛力。

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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

果蔬廢棄物資源全物質循環利用校企協同創新項目(YBZR202206);果蔬廢棄物資源全物質循環利用關鍵技術集成與示范項目(sgyhx2022-07);基于農業垃圾分類的生產性廢棄物生物轉化系統技術的建立與運行示范項目(23-2-8-xdny-1-nsh)

遲曉君(1984-),女,碩士,副教授,專業方向:農產品加工. E-mail:chixiaojun2007@126.com

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