蠶蛹資源開發的研究進展

劉 國王 麗金 莉王賢玉陳貴才

(1.浙江匯能動物藥品有限公司，浙江海寧 314422；2.內蒙古阿拉善盟畜牧研究所，內蒙古阿拉善盟 750306；3.杭州匯能生物技術有限公司,浙江杭州 310013)

我國是養蠶大國，蠶繭產量占世界總繭量的70%，居于世界首位。蠶蛹是家蠶生命周期中的一個發育階段，包括桑蠶蛹和柞蠶蛹。蠶蛹作為蠶繭繅絲后的副產品，通常繅制1 t生絲可得到1.5 t蠶蛹。目前，國內平均每年可以提供近10萬噸干蠶蛹。蠶蛹主要由蛋白質、脂肪、甲殼素等營養成分組成，在畜牧養殖、食品營養、醫藥保健和化工等領域都有著廣泛的應用，是一種寶貴的資源，有著非常可觀的利用價值。

1 蠶蛹的營養成分

蠶蛹主要是由蛋白質、脂肪、甲殼素等構成。據報道，干蠶蛹中約含粗蛋白60%、粗脂肪30%、甲殼素3%～4%、糖類5%以及其它多種活性物質，如抗菌肽、激素、微量元素、維生素、溶菌酶等[1]。其蛋白主要為優質球蛋白，分子量為75 000～375 000 Da之間，等電點為4.2～4.5。100 kg新鮮蠶蛹所含的蛋白質量相當于瘦豬肉85 kg、雞蛋96 kg或鯽魚109 kg。王彥平等[2]對蠶蛹的營養成分進行了分析并與常見營養食物進行了比較，證實其蛋白質含量與豬里脊肉蛋白質含量接近，明顯比牛乳和雞蛋等常見食物要高。雖然蠶蛹中的脂肪比例較這些常見食物略低，但其不飽和脂肪酸占脂肪酸總量的70%。這些數據說明，蠶蛹是一種蛋白含量高而且不飽和脂肪酸比例較大的理想食物。

2 蠶蛹油及其利用

2.1 蠶蛹油的營養功能

蠶蛹的脂肪中含有多種人體必需的不飽和脂肪酸，如油酸、亞油酸和亞麻酸等，具有很高的營養價值。其中，油酸能使人體內的低密度膽固醇(LDL)水平明顯降低，對預防動脈硬化有很好的效果；亞油酸則能在體內轉化成γ-亞麻酸、DH-γ亞麻酸以及花生四烯酸，是維持生命的重要物質，人體將之合成前列腺素，可以有效地治療血管疾病，并防止動脈血栓和動脈粥樣硬化的形成；α-亞麻酸可以在體內經脫氫和碳鏈延長，合成維系人類腦進化的生命核心物質——二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)等，其功效在于保護視力、增長智力、延緩衰老，能夠抑制血栓性疾病，預防心臟血管疾病，對于降低血脂和血壓也有較好的效果，并且可以抑制癌癥的發生和轉移以及降低老年癡呆癥的發病概率[3-4]。

2.2 蠶蛹油的提取

傳統的提取蠶蛹中油脂的方法是機械壓榨法和有機溶劑浸出法以及日前較為先進的超臨界萃取法。

①機械壓榨法。本方法類似于從大豆、魚中榨取大豆油和魚油的工藝。但是對于高脂、高蛋白的蠶蛹來說，因其含有較少的纖維，質地松軟而不夠堅硬，所以出油率較低，蛹油回收率不及一半，而且蠶蛹蛋白經過壓榨工藝后已經變性，所以壓榨法不夠理想。

②有機溶劑法。本法是利用相似相溶原理，采用有機溶劑對蠶蛹中的油脂進行浸提。本法不會使蛋白質產生變性，并且出油率高，因而應用較為廣泛。其具體方法是，適宜的條件下以有機溶劑為媒介，對蠶蛹粉進行連續萃取操作，之后過濾或離心除渣收上清液，對上清液進行減壓蒸餾分離，即得到粗蛹油，并實現了溶劑的回收。粗蛹油再經水洗、除臭和脫色等精制環節，即可獲得精制蠶蛹油[5]。一般的非極性有機溶劑皆可作為溶媒，如石油醚、正己烷、丙酮等以及他們的混合溶劑，其中最為常用的是正己烷和石油醚。歐陽漣等[6]優化了以正己烷為提取劑的提取條件：固液比為1：4，在30℃溫度條件下浸出7 h。李志東[7]等以石油醚為萃取溶劑，在固液比為1：10、65℃浸提5 h的條件下，得到了柞蠶蛹中浸出的蛹油最大提取率。

③超臨界萃取法。雖然有機溶劑萃取法已經較為成熟，但也存在著一些不足。蠶蛹油中的有機溶劑很難徹底去除，其質量也因操作流程太長而有所降低。隨著新理論和新技術的發展，超臨界流體萃取技術應運而生，并被迅速應用于中藥、化工等多個行業的提取分離工藝。廖愛美[5]通過響應面設計法優化了超臨界CO2萃取蠶蛹油的工藝，使出油率達到了30%左右，其最佳條件為：壓力 3.245×107Pa、溫度39.6℃、時間131.2 min、CO2流量 19.3 L/h。

3 甲殼素及其利用

3.1 甲殼素的功能和應用

甲殼素是一種廣泛存在于蝦殼、蟹殼等生物殼體中的多糖，被認為是人體的第六生命要素，在臨床上有促進免疫、降低膽固醇、抗腫瘤等作用。經提取蛹油和蛋白質的蠶蛹皮渣中，甲殼素的含量高達36%。蠶蛹甲殼素和衍生產物在食品、保健、醫藥等研究中被廣泛使用，甲殼素鹽酸水解產物D-氨基葡萄糖鹽酸鹽是氯脈霉素（一種抗癌藥）的合成前體，也可以作為食品甜味劑，并有一定的抗氧化作用。

3.2 蠶蛹甲殼素的生產

從蠶蛹中提取脂類和蛋白質后的不溶性蛹殼等殘渣，可用酸堿進行處理，后經漂洗、過氧化氫脫色、干燥等步驟即可得到甲殼素。甲殼素可進一步制備成其衍生物：經濃熱堿處理并精制后可獲得殼聚糖，經濃鹽酸處理精制后可得到D-氨基葡萄糖鹽酸鹽[1]。

4 蛋白資源的利用

4.1 蠶蛹蛋白質的營養

蠶蛹的蛋白質含有18種氨基酸，是一種完全蛋白。必需氨基酸是人體中不能通過自身合成，必需從食物中獲取的氨基酸。WHO/FAO所給出的理想蛋白的參考模式是，必需氨基酸占總氨基酸的40%，必需氨基酸與非必需氨基酸的比例為6：10。而蠶蛹蛋白中的必需氨基酸含量較高，占總氨基酸的42%左右，與非必需氨基酸的比例約為7：10，這和上述推薦蛋白數據基本吻合[8]。

4.2 蠶蛹蛋白質的制備

4.2.1 蠶蛹蛋白質的提取

蠶蛹中的蛋白質主要是球蛋白，等電點為4.2～4.5，因此，其溶解性質為在堿性環境中溶解，在酸性條件下沉淀析出。充分利用蠶蛹蛋白質的這一特性，可實現其蛋白提取。蠶蛹蛋白提取方法總結起來可分為直接酸析法和堿溶酸析法兩種。

①直接酸析法。將新鮮的濕蠶蛹清洗干凈，用勻漿機勻漿，過濾除去蠶蛹的皮殼等不溶解的物質，得到蛋白漿。將蛋白漿加熱至90℃，用鹽酸溶液酸化，使其pH值下降到4.5，靜置使蛋白質充分析出，過濾或離心去上清液，60℃烘干即得蠶蛹粗蛋白，再經過脫脂精制可得精蛋白。

②堿溶酸析法。本方法的處理對象是干燥的蠶蛹，經粉碎、脫脂得到脫脂蛹粉。將脫脂蛹粉浸于堿溶液中（一般為1%NaOH溶液），使蛋白溶解，除去不溶物后得蛋白液，用鹽酸將pH值調至4.5左右，充分靜置后離心，收集沉淀進行干燥后得蠶蛹蛋白。本方法在制備蛋白質的同時，可回收蛹殼皮中的甲殼素。

4.2.2 蠶蛹蛋白質的精制

4.2.2.1 脫色

蠶蛹呈色的原因有很多，一般認為是其食物中色素的殘留富集、組織中的色素縮聚反應等因素引起的。目前應用較多的蠶蛹蛋白脫色方法有吸附劑吸附法、氧化劑氧化法、蛋白質修飾法等。李建科等[9]以活性炭為吸附劑，得到的脫色工藝為：吸附劑比例5%，溫度控制在50℃，pH值8～9，脫色0.5 h。

4.2.2.2 除臭

蠶蛹有特殊的蛹臭味，制得的蛋白質也有較大氣味的殘存，這在很大程度上制約了它的應用。一般認為，蠶蛹腺體的分泌物和蠶蛹貯藏、加工過程中產生的低級脂肪酸以及胺類物質是其主要的臭味源。常用的除臭法有氧化法、微生物法、蒸餾法等。宋燕青等[10]對蒸餾除臭法進行了優化，得到的最佳工藝條件為：乙酸1 mol/100 g，80℃溫度下加熱20 min，用水蒸汽蒸餾20 min，在該條件下制得的脫脂、脫臭蠶蛹粉獲得了良好的感官效果。

4.3 蠶蛹蛋白深度產品的開發

基于蠶蛹蛋白的優良特性，對其進一步的開發利用有著廣闊的發展前景。蠶蛹蛋白質分子結構復雜，蛋白質分子量很大，從而使得蠶蛹蛋白質消化率和生物效價受到影響。而采用生物技術和食品加工技術將蠶蛹酶解產生蠶蛹多肽或者氨基酸，可以克服蠶蛹蛋白質在營養學上的弱點，使蠶蛹蛋白獲得最佳的營養方式。

生物活性肽是由蛋白質水解產生含有數個到數十個氨基酸組成具有特殊生理功能多肽類物質，為人體生長、發育、代謝提供所需營養。通過一定的手段，可以將蠶蛹蛋白質分解成大小不同片段，則可得到有著良好生理活性的多肽。蠶蛹肽有著抗氧化、降血壓、抗腫瘤和增強免疫等功效。最近，羅富英等[11]報道稱蠶蛹肽可用于豬肉的防腐，以0.05%濃度的蠶蛹肽防腐液處理鮮豬肉，對乳酸菌、微球菌、葡萄球菌抑菌效果分別高達89.0%、94.3%、98.8%。

酸水解法、堿水解法和蛋白酶水解法是較為常用的水解蛋白質的方法。但強酸堿的水解過程對生產設備的耐腐蝕性能要求較高，使生產投資成本增加，并且會不可避免地破壞部分氨基酸的構型，降低了其生理活性。酶水解時反應條件溫和，容易控制水解程度，可以獲得有活性的水解產物。我國的蛋白酶工業已相當成熟，這也為酶解制備蠶蛹肽產品提供了工業基礎。

林高堂[12]用堿性蛋白酶與中性蛋白酶混合酶解蠶蛹蛋白，得到工藝條件為：兩種酶按2：1比例同時加入，水解時間6 h、酶解溫度60℃、底物濃度4%、加酶量1.6 g/100 g干基，pH值7.5。

趙鵬[13]研究得到的最佳酶解條件為：溫度50℃，pH值7.0，底物濃度1.0%，中性蛋白酶添加量6 000 U/g，動物蛋白酶添加量1 500 U/g，酶解3 h。該條件下酸溶蛋白得率為55%，水解度為27%，小肽分子量分布于336 Da～638 Da之間?？梢?，該法的水解產物主要為2～5個氨基酸構成的寡肽，根據最近的報道，該區段的小肽可被小腸直接吸收，并有多種生理活性。

5 問題與展望

蠶蛹富含蛋白質、不飽和脂肪酸以及其他多種生物活性物質，具有很高的營養價值和藥用功效。對于蠶蛹資源的綜合利用，國內學者已從多方面展開研究，對蠶蛹蛋白的脫脂、脫色及除臭等已取得較多成果，但是，這些成果大都停留在實驗階段，尚未能進行工業化生產。蠶蛹肽產品開發的研究在分離純化技術、功能理論深度和生產成本控制上還不夠理想。

以繅絲工業的副產物蠶蛹為原料，開發生產活性肽功能產品，是蠶蛹資源綜合利用的主要方向。隨著現代新技術、新方法的發展和應用，對蠶蛹綜合利用的研究必將進一步深入，若能有效整合現有的科研成果并進行工業轉化，蠶蛹資源必將在畜牧養殖、食品營養、醫藥保健和化工材料等領域發揮巨大的作用。

[1]熊燕飛,陳懷新.蠶蛹的綜合利用[J].天然產物研究與開發,1999,11(1):82-85.

[2]王彥平,劉潔,吳予明,等.蠶蛹的營養成分分析[J].鄭州大學學報(醫學版),2009,44(3):638-641.

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[5]廖愛美.蠶蛹油的提取工藝優化、組分分析及其功能評價[D].合肥工業大學,2009.

[6]歐陽漣,賴曉玲,劉娟娟,等.有機溶劑提取蠶蛹油的方法研究[J].南昌大學學報(工科版),2002,24(3):94-96.

[7]李志東,張洪林,王戰勇,等.柞蠶蛹油的提取研究[J].氨基酸和生物資源,2006,28(1):80-82.

[8]張燕,陳業高.蠶蛹氨基酸成分及營養價值[J].云南化工,2002,12(6):22-25.

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[11]羅富英,寧學林,吳桂枝,等.天然蠶蛹抗菌肽對鮮豬肉的防腐抑菌效果研究[J].食品工業科技,2010,31(3):117-118.

[12]林高堂.蛋白酶水解蠶蛹蛋白的技術研究[D].湖南農業大學,2006.

[13]趙鵬.蠶蛹肽的制備及其性質的研究[D].大連輕工業學院,2005.