蠶蛹蛋白過敏與綜合利用的研究進展

袁水林，鄒　　麗，穆利霞，陳紅兵，徐玉娟，鄒宇曉，李　　欣，*（1.南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室，江西南昌0047；2.南昌大學生命科學與食品工程學院，江西南昌0047；.廣東省農業科學院蠶業與農產品加工研究所，廣東廣州510610；4.南昌大學中德聯合研究院，江西南昌0047）

蠶蛹蛋白過敏與綜合利用的研究進展

袁水林1，2，鄒麗1，2，穆利霞3，陳紅兵1，4，徐玉娟3，鄒宇曉3，李欣1，2，*
（1.南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室，江西南昌330047；2.南昌大學生命科學與食品工程學院，江西南昌330047；3.廣東省農業科學院蠶業與農產品加工研究所，廣東廣州510610；4.南昌大學中德聯合研究院，江西南昌330047）

蠶蛹蛋白是一種營養價值很高的天然動物蛋白，富含有18種氨基酸，其中八種人體必需氨基酸含量超過總氨基酸的40%，且比例均衡，具有非常高的利用價值，近年來被廣泛利用于多個行業中。本文介紹了蠶蛹蛋白的種類和含量，進一步匯總了過敏原的相關信息，在此基礎上總結了蠶蛹蛋白在食品、飼料、醫藥、紡織、生物等行業中的開發利用。

蠶蛹，蠶蛹蛋白，蠶蛹過敏，綜合利用

蠶是以桑葉為食料的一種完全變態的昆蟲，一生要經過蠶籽、蠶、蠶繭和蠶蛾這四個在形態上和生理上完全不同的階段。我國是世界桑蠶業的發源地，養蠶這個行業在我國已達五千年之久［1］。如今已超過70多個國家和地區擁有養蠶業，其中70%的蠶繭產量是來自于中國［2］。蠶蛹是一種化學成分含量復雜的蠶蛾科昆蟲家蠶蛾的蛹，含有大量人體所必需氨基酸以及油脂，其中28.8%的油脂含量為飽和脂肪酸、27.7%為單不飽和脂肪酸和43.6%為多不飽和脂肪酸［3］。除此之外，還含有維生素、甲殼素、多糖類物質、微量的抗菌膚、溶菌酶、激素等生物活性類物質，蠶蛹中還含有大量硒元素，這也正是蠶蛹可以用于傳統抗癌藥物的原因［4］。因此蠶蛹具有較高的營養價值和經濟價值，可作為開發食品、醫藥、飼料等領域產品的優質原料。

食物過敏問題是一個公眾關注的熱點，它不僅妨礙了人們對營養豐富的食物攝取，同時也會造成一定健康隱患，嚴重時甚至威脅生命［5］。蠶蛹是亞洲地區較受歡迎的一種食物，其蛋白富含多種營養素且含量高，比例均衡，是優質動物蛋白來源之一，然而近年來蠶蛹蛋白引起的食物過敏受到廣泛關注。本文首先對蠶蛹蛋白以及蠶蛹的致敏性進行介紹，然后對近年來蠶蛹蛋白在各行業的應用進行匯總，在食品行業其可用于開發食品添加劑以及抗高血壓等保健食品，在飼料業中可摻入禽畜飼料中提高它的蛋白含量，在醫藥業中可開發減肥、解酒、抗腫瘤藥物，在紡織業中可用于合成新型紡織材料，在生物業中可表達多種蛋白和病毒用于合成育苗。作為一種高蛋白食物，如何降低蠶蛹蛋白的致敏性從而應用到更多的領域，使蠶蛹蛋白得到充分合理的利用和實現它最大的經濟價值，而不僅僅是當作肥料或是雞、魚飼料甚至被當成工業廢物處理［6-8］，這正是需要探討的一個重要科研命題。

1　蠶蛹蛋白

干蠶蛹含蛋白質為59.9%～66.2%，含油脂28.9%～33.1%，其余2%～8%的成分主要是維生素以及鐵、鋅、硒、銅、鈣、鎂微量元素和甲殼素、多糖等［9-11］。蠶蛹蛋白中所富含有18種氨基酸及其含量如表1所示，其中八種人體必需氨基酸含量超過總氨基酸的40%，且比例均衡，符合世界衛生組織（World Health Organization，WHO）提出的食品中氨基酸最佳組合模式［3］。蠶蛹中蠶蛹蛋白的消化率為87%，氨基酸得分為0.99，蠶蛹的蛋白質消化率校正后的氨基酸分數為86，遠高于大豆（57）、鷹嘴豆（66）、花生（52）和全麥粉（40）［12］。蠶蛹蛋白除主要的球蛋白外，還有清蛋白和結合在殼上的蛋白，按FAO標準計算表明它是一種比植物蛋白更具營養價值的優質蛋白質資源［13-15］。據估算100 kg鮮蛹蛋白質含量相當于85 kg瘦豬肉、96 kg雞蛋或109 kg鯽魚［10］。

表1　蠶蛹蛋白中氨基酸含量（mg/g）［16］Table 1　Amino acid content of silkworm pupa protein（mg/g）［16］

蠶蛹蛋白的提取主要包括酸水解、堿水解和酶水解這三種方法。酸水解對蛋白水解徹底，且不會引起氨基酸的消旋，所得到的氨基酸均為L型氨基酸，但會對色氨酸造成全部破壞，蘇氨酸、絲氨酸和酪氨酸部分破壞；堿水解對底物水解度較高、工藝簡單、所用時間較短、對設備腐蝕性相對酸水解較小，但會對蘇氨酸、絲氨酸及精氨酸等含羥基、巰基的氨基酸造成破壞，且大部分的氨基酸都會發生消旋作用；酶水解效率高、反應條件溫和、設備不易被酸堿腐蝕、節能環保且酶解過程中不會對氨基酸造成破壞，保證蠶蛹蛋白的營養價值，但同時也存在蛋白提取較低的缺陷［17］。胡濱等使用高活性復合酶對蠶蛹蛋白進行水解，獲得18種氨基酸，必需氨基酸不受破壞，水解率達95%以上［18］；金青哲等采用AS1398中性蛋白酶提取蠶蛹蛋白質并改善蛋白的功能性質，所得提取物無苦味和異味，蛋白質功能性質得到改善，氨基酸保持平衡，蛋白質回收率在75%以上［19］。

2　蠶蛹蛋白的致敏性

我國每年因直接或者間接食用蠶蛹而導致過敏的患者不在少數，嚴重影響了人體的健康。近年來，有研究發現蠶蛹可以引起過敏，蠶蛹過敏可引起頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、震顫、意識障礙、哮喘等臨床癥狀［20］，嚴重時甚至會導致過敏性休克，嚴重影響了人體的健康。

目前蠶蛹作為食品原料和傳統醫學藥品主要是集中在中國、日本、韓國、印度和泰國等亞洲國家［21-22］，而歐美國家大部分是對蠶絲變應原的相關報道及研究。目前我國在這方面已有對食用蠶蛹引起過敏性疾病的病例的報道［23-26］。廣州醫學院第二附屬醫院過敏反應科趙綺華等［27］發現蠶蛹粗提液可在SDS-PAGE上顯示有12條條帶，其分子量在14～94 ku之間，其中主帶有8條，分子量依次為80、68、62、50、29、23、18、16 ku。免疫印跡結果表明，22例蠶蛹過敏患者血清全部呈陽性反應，浸出液中共有6條致敏條帶，其中分子量68 ku和29 ku被認為是主要過敏原，陽性反應率均為100%。深圳大學生命科學學院變態反應疾病研究實驗室張杰等［28］采用類似方法，確定了在家蠶蠶蛹粗浸液中含有表觀分子量分別為80 ku和30 ku的蛋白組分為蠶蛹過敏原。劉碩［29］用11份家蠶蠶蛹過敏病人的血清與蠶蛹蛋白粗提液進行IgE結合測試，共檢測到分子量約為28、35、37、65、90 ku的陽性蛋白條帶。除90 ku，其他蛋白條帶與血清的陽性反應率達到了100%。對家蠶蠶蛹過敏原蛋白免疫印跡結果表明13個蛋白點呈陽性反應，用胰酶對其進行消化，然后進行肽指紋圖譜加Maldi-TOF MS/MS質譜鑒定，獲得的肽指紋圖譜（PMF）和片段信息在數據庫搜索比對，說明這13個蛋白點分屬于6類不同的蛋白，包括卵黃原蛋白、30 K家族蛋白、幾丁質酶、丙糖磷酸鹽異構酶、熱休克蛋白以及家蠶血液胰凝乳蛋白酶抑制劑。

3　蠶蛹蛋白的綜合利用

蠶蛹蛋白營養素含量高，比例恰當，可應用于食品、飼料、醫藥、紡織、生物等行業。由于蠶蛹蛋白的提取、脫脂、除臭、脫色、除苦味、水解和酶解生物多肽等加工工藝已日趨成熟和穩定，加快了蠶蛹蛋白資源的經濟價值的提升，從而為蠶蛹蛋白新產品的開發提供了廣闊市場。

3.1在食品業中的應用

在我國的很多地區，蠶蛹受到廣大消費者的青睞，具有補充機體營養、促進生長發育、抗疲勞、抗衰老、改善腎功能和提高人體免疫功能等多種功能［30-31］，是一種比較受歡迎的食物原料。蠶蛹是衛生部批準的“作為普通食品管理的食品新資源名單”中唯一的一種昆蟲類食品。優質蛋白質資源的缺乏一直是困擾著食品工業發展的難題，蠶蛹可作為食品的營養強化劑和食品添加劑加入到面包、面條、餅干、調味品、飲料等食品當中［13］。

研究表明，蠶蛹與大米一起發酵，可生產出一種新型發酵飲料。目前市場上用蠶蛹制成的食品主要有蠶蛹威化餅干、蠶蛹罐頭、蠶蛹奶、蠶蛹酒、蠶蛹片等［32］。陳佳捷等［33］通過蠶蛹蛋白和其短肽在體外模擬胃腸道消化實驗，發現蠶蛹蛋白和蠶蛹短肽具有良好高效的消化率和較高的氮釋放量（約90%）。最近，Wei Wang等［34］將蠶蛹蛋白的水解產物喂養自發性高血壓大鼠，結果顯示小鼠收縮壓與肽水解劑量相關的方式降低，急性毒性實驗表明肽水解物是安全的，并且無副作用。表明蠶蛹蛋白的水解蛋白肽作為新型的安全功能食品對高血壓治療具有一定幫助。

此外，還可以直接利用全蠶蛹或者蠶蛹粉制作成美味菜肴，如蠶蛹養生食譜介紹的韭菜炒蠶蛹、清鹵蠶蛹、干煸蠶蛹、五香蠶蛹、蝦仁蛹漿炒雞蛋羹等做法［35］。將蠶蛹蛋白添加到麥乳精中制成米糊，可以改善植物性食品的營養結構［36］。將蠶蛹粉直接以營養強化劑和食品添加劑的形式加入到食品當中，改善食品的營養成分和口感。

3.2在飼料業中的應用

由于蠶蛹本身所含的色素和腥味等缺點，大部分消費者難以接受，目前我國將大量的蠶蛹經加工后添加到畜禽飼料當中。我國飼料資源分布不均勻，東北有豐富的玉米和豆粕，而南方比較缺乏，南方和沿海地區雖含有較豐富的魚粉和肉骨粉，但價格相對昂貴［37］。有研究發現將繅絲副產物蠶蛹添加到飼料，可有效改善提高飼料中的蛋白質含量［38］。

洪奇等［39］將蠶蛹蛋白酶解肽添加到21日齡斷奶杜大長仔豬日糧中，發現酶解肽能夠明顯提高斷奶仔豬日增重和降低腹瀉率，給蠶蛹蛋白多肽添加到豬仔飼料中提供了相應的參考依據；同時將脫脂蠶蛹替代飼料來研究建鯉幼魚生長及健康狀況，發現用脫脂蠶蛹可替代建鯉幼魚日糧中50%以下魚粉蛋白，不建議添加超過50%的蠶蛹蛋白［40］。劉丹丹［41］研究發現黃鱔對蠶蛹粗蛋白的消化率顯著高于魚粉，這使在開發黃鱔人工飼料時用蠶蛹部分或全部替代魚粉成為可能。

除蠶蛹蛋白以外，蠶蛹中的其他成分，如油脂、幾丁質、維生素及其他營養成分帶到飼料中，對畜禽也能起到良好的效果，有研究實驗表明飼喂添加蠶蛹油的飼料能有效改善小鼠的高血脂和高血糖癥［42］。幾丁質及其衍生物能降低機體的血脂和膽固醇水平，調節畜禽的脂肪代謝，調節動物自身的免疫功能及激發免疫細胞清除病原菌［37］。近年來對蠶蛹添加到畜禽飼料中的研究取得了一定的成就，改善畜禽飼料營養結構與價值的同時，也為副產物蠶蛹找到一條有效的利用途徑。

3.3在醫藥業中的應用

自古以來，蠶蛹在我國眾多古代醫藥著作中就普遍當作強身、和脾胃、長肌肉的中藥藥材。《日華子本草》稱其能“治風及勞瘦，又研敷蠶瘑惡瘡等”；《醫林篡要》稱其能“和脾胃，去風濕，長陽氣”。《本草綱目》稱其能“為未飲服，治小兒疳瘦，長肌，退熱，除蛔蟲；煎汁飲，止消渴”。《隨息居飲食譜》稱其“甘溫。補氣，止渴，殺蟲。治疳積，童勞，助痘漿，乳汁”［43］。蠶蛹作為藥材，具有提高免疫功能、保護肝臟、抗腫瘤和降血糖等作用。蠶蛹多肽可以殺滅耐藥致病菌，有選擇性地抑制某些腫瘤細胞的生長，這些特點有望將蠶蛹成為抗菌素和抗癌藥物的新來源［10］。

Mu-Gil Kwon等［44］在小鼠的肝臟中發現口服0.5 mg/mL的蠶提取物和酒精組的乙醇脫氫酶活性明顯高于口服商業的Dawn 808和酒精組，這個研究表明蠶蛹提取物具有酒精的解毒活性，可用于開發解酒類藥物。Sung Pil Ryu等［45］發現蠶蛹攝入有效地激活小鼠體內的脂肪代謝，降低血脂濃度，導致了小鼠體內脂肪儲存的減少和抑制脂肪的合成，這給由蠶蛹開發減肥類藥物提供理論基礎。閆琦濤等［46］發現蠶蛹蛋白多肽質量濃度增加可使腫瘤細胞的存活率降低；當蠶蛹蛋白多肽液在150～600 mg/g內時，對小鼠H22和S180的抑瘤率分別達到27.64%～63.88%和28.72%～58.18%，明顯延長EAC小鼠的生存時間，表明蠶蛹蛋白多肽液有顯著的抗腫瘤作用。

以蠶蛹為原料還可以開發多種營養保健品，蠶蛹中的鈣、鐵等微量元素，可促進生長發育和防治缺鐵性貧血，蠶蛹的消除疲勞作用可以開發抗疲勞的功能飲料。蠶蛹制成的兒童用全氨基酸鐵鋅螯合物營養口服液，不但能補充兒童正常氨基酸量的不足，也可在一定程度上治療兒童缺鐵、鋅等癥狀［47］。蠶蛹生物多肽具有較高的營養價值和生物保健功能，開發蠶蛹生物多肽保健品也將成為研究的熱點。

3.4在紡織業中的應用

蠶蛹蛋白在紡織工業中的應用也比較廣泛，因蠶蛹蛋白纖維具有較好的吸濕性、懸垂性、光澤度和可降解性等優點［10］，將其應用到紡織當中制作成優質的服裝、布料以及床上用品。蠶蛹蛋白纖維是一種新型的多組分再生纖維，是由蠶蛹蛋白質和粘膠通過濕法紡絲制成［48］。蠶蛹蛋白與高分子材料混合紡絲所得到的新型纖維手感舒適、韌性強，可用于制作運動服和內衣等纖維織物［9］。因為它完全不用石油產品作原料，所以被稱為“綠色”紡織品［49］。

劉慧娟等［48］研究發現蠶蛹蛋白纖維明顯的皮芯結構，縱向不光滑，橫截面近似圓形，有明顯的裂縫和凹槽；纖維干態、斷裂伸長率、濕態斷裂強度和初始模量均低于普通粘膠纖維；彈性和質量比電阻小于普通粘膠纖維等。進而說明蠶蛹蛋白纖維的可紡性。另外，還探討了蠶蛹蛋白改性粘膠織物的服用性能，發現蠶蛹蛋白改性粘膠織物質地堅牢，表面光潔，折皺回復性好，適合開發高檔襯衣、女裝裙裝和床上用品［50］。Gang X Z等［51］將具有較好耐磨性的聚酯纖維紡織品和具有較好生物相容性的蠶蛹蛋白相結合得到的新型聚酯織物，彌補了聚酯織物生物相容性差的缺點。

3.5在生物中的應用

蠶蛹中蛋白含量高這一特點非常適合用作生物反應器來表達外源蛋白，“蠶生物反應器”除了成本低、方便等外，還有其他一些優勢，對于脊椎動物比較安全，并且由于是真核表達系統，蠶分泌的蛋白經過了翻譯后修飾，比如磷酸化、糖基化以及形成二硫鍵［52-54］。此外，在蠶體內的酶抑制劑和類似生物膠囊的脂肪作用下，一些可口服食用的蛋白在胃和腸道中更穩定，可用來生產口服疫苗［55］，“蠶生物反應器”無疑是一個非常完美的表達系統。

目前，已經有數種重組蛋白和病毒在家蠶幼蟲體或家蠶細胞內成功表達的報道［56-60］。Hao Feng等［61］通過桿狀病毒表達系統成功地將犬細小病毒的衣殼蛋白VP 2表達在蠶蛹中，在進一步研究中發現將CPVVLPs用于預防與CPV相關的疾病可能是一種安全、方便和有效的疫苗。Si Li等［62］將霍亂毒素B亞基A β 42融合蛋白表達在蠶蛹中，開發了一種可食的、安全、低成本的疫苗用于阿爾茨海默氏病。通過小鼠實驗發現口服蠶蛹疫苗提高了小鼠的記憶能力和認知能力，得出新的可食用霍亂毒素B亞基A β 42蠶蛹源性疫苗在預防阿爾茨海默氏病具有潛在的臨床應用。

此外，蠶蛹蛋白在其他領域也有相應的應用。應用蠶蛹蛋白為原料合成的氨基酸類表面活性劑，具有起泡、去污和殺菌等功能，對頭發和皮膚作用溫和［44］。添加蠶蛹蛋白制作成防皺面霜、潤膚、洗面奶、沐浴乳、香水等化妝品［63］。因蠶蛹含蛋白豐富以及氨基酸比例合理，將蠶蛹蛋白應用到新型的領域開發新的產品將是研究人員的任務。

4　結論與展望

綜上，蠶蛹蛋白是一種極富開發價值和經濟價值的自然資源，可用于開發人們較為關注的減肥、解酒、抗腫瘤、抗高血壓食物或藥物，也可摻入到禽畜飼料或用來合成新型紡織材料等。但是到目前為止，很多研究結果還只是停留在實驗室階段或是未形成有規模的產業化，蠶蛹蛋白并沒有得到充分合理的應用，除蠶蛹食品和保健產品的質量可靠性不高，保健功能顯著程度不夠等生產技術上的問題之外，其本身的缺陷也是主要因素：蠶蛹蛋白的致敏性使很多對蠶蛹的過敏患者無法接受蠶蛹產品以及以蠶蛹為原料制作的產品，同時蠶蛹含有很難除盡的色素和腥味，尤其在水溶脹以后，異味和變色更加嚴重，這使得很多消費者比較難接受；蠶蛹蛋白水溶性較差，這給生產增加了難度和成本。以上因素使目前蠶蛹蛋白在食品、醫藥和紡織等方面的應用受到一定限制。

隨著自然資源越來越匱乏，新型的資源必然得到科研工作者的重視。蠶蛹蛋白作為一種優質的蛋白資源，已顯露出誘人的開發前景，除了食品、飼料、醫藥、紡織、生物等行業以外，更多的領域也將需要它來填補蛋白資源的空缺。當新的生物化學和其他技術將徹底解決蛹蛋白在加工過程中存在的問題時，蠶蛹蛋白的經濟價值將得到更進一步的提升，能夠真正實現對蠶蛹營養成分科學合理地開發，同時也給現有的蠶業發展帶來了新的道路。

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Research progress on the comprehensive utilization and allergy of silkworm protein

YUAN Shui-lin1，2，ZOU Li1，2，MU Li-xia3，CHEN Hong-bing1，4，XU Yu-juan3，ZOU Yu-xiao3，LI Xin1，2，*
（1.State Key Laboratory of Food Science and Technology，Nanchang University，Nanchang 330047，China；2.School of Life Sciences and Food Engineering，Nanchang University，Nanchang 330047，China；3.Sericultural and Agri-Food Research Institute GAAS，Guangzhou 510610，China；4.Sino-German Joint Research Institute，Nanchang University，Nanchang 330047，China）

The silkworm pupa protein is rich in 18 kinds of amino acids.It is a kind of high nutritional value of natural animal protein.The eight kinds of essential amino acid content were more than 40%of total amino acids in silkworm pupa protein.It had been used multiple industries in recent years because of its amino acids balance proportion and very high use value.In this study，the species and content of the silkworm pupa protein were described and further the allergen information was summarized.On this basis，the comprehensive utilization of silkworm pupa protein in food，feed，pharmaceutical，textile，biological and other industries was summarized.

silkworm pupa；protein of silkworm pupa；silkworm pupa allergies；comprehensive utilization

TS201.1

A

1002-0306（2015）18-0375-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.18.068

2014－12－16

袁水林（1989－），男，碩士研究生，研究方向：食品科學與工程，E-mail：yslin1989@163.com。

李欣（1980－），女，博士，副教授，研究方向：食品生物技術，E-mail：zhizilixin@hotmail.com。

2013年廣東省教育部產學研專項資金（2013B090600060）；國家高技術研究發展計劃（863計劃）（2013AA102205）；國家自然科學基金地區科學基金項目（31260204）；國家自然基金青年科學基金項目（31301522）。