昆虫的营养功能特性及其在食品领域的应用

宋培菊 赵 霜 何 情 唐舜尧 吕小勇 苟梦星*

1.郑州市农业综合行政执法支队 河南郑州 450006 2.郑州工程技术学院化工食品学院 河南郑州 450044

“民以食为天，食以安为先”，粮食安全问题一直以来都是全世界亟待解决的重大问题之一。此外，人口的快速增长和近年来新冠疫情的发生，世界各个国家也更注重粮食安全问题。据联合国统计，到2100年，世界人口将增长到112亿[1]，人口的增长意味着对动物来源的蛋白质的需求也将随之增长，为世界粮食安全带来了粮食资源短缺的新问题。昆虫作为一种新的食物来源，其中含有丰富的蛋白质和满足人体生长发育的必需氨基酸[2]。与传统牲畜相比，可食用昆虫具有更小的养殖空间，更少的环境污染，更高的生产效率，更低的成本等优势。同时因为昆虫的丰富种类和数量优势，昆虫作为传统牲畜肉制品的替代来源，未来可以大大减少牲畜短缺对粮食安全的影响。因此，食用昆虫有作为促进可持续发展的新蛋白质来源的潜力，帮助缓解全球粮食资源的短缺。

1 食用昆虫的营养价值

昆虫是世界上已知种类最丰富、数量最多的一类动物群之一，很多是人类可以利用的生物资源[3]。昆虫主要由蛋白质组成，蛋白质含量多在50%到70%之间，且含有人体的必需氨基酸，包括赖氨酸、色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸等[2]，大多数种类的昆虫符合世卫组织推荐的氨基酸含量要求[4]。脂肪是昆虫第二丰富的营养成分，其变化范围很广，取决于昆虫类型，平均而言，在所有可食用昆虫类型中，直翅目(如蟋蟀和蚱蜢)和鞘翅目(如甲虫和蛆虫)的脂肪含量约为13%至33%[5]。此外，昆虫还含有较高营养价值的脂肪酸，包括饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸，这些物质包括亚油酸、α-亚麻酸、月桂酸和棕榈酸，它们对人类健康有积极的影响[6]。同时昆虫含有丰富的矿物质，除了家蝇幼虫外，大多数昆虫的钠和钾含量都很低，相反它们含有大量的磷、镁、钙、锌、铁、锰和铜。例如每100g蟋蟀中的矿物含量为：钙(139～218mg)、钾(826～1 224mg)、镁(86～113mg)、钠(263～312mg)、铜(2.33～4.51mg)、铁(4.06～5.99mg)、锰(4.1～12.5mg)和锌(12.8～21.8mg)[7]。此外，昆虫还是B族维生素的良好来源，包括核黄素，泛酸和生物素等维生素，但缺乏维生素A、C和E。

2 昆虫蛋白的功能特性

2.1 降血压

很多研究表明，将昆虫蛋白酶解后，所得多肽产物具有降血压的生物活性。Wang[8](2014)等使用酸蛋白酶水解蚕蛹蛋白制备了分子量小于5 000Da的多肽水解产物，将多肽水解产物饲喂高血压小鼠，结果显示饲喂多肽水解产物的高血压小鼠血压显著降低，表明蚕蛹蛋白多肽水解产物具有降血压的功能活性作用；同样的Jia[9](2015)等用碱性蛋白酶水解蚕蛹蛋白，结果表明当蚕蛹蛋白酶解物(SPP)以410W/100mL的功率处理32min，水解50min得到的水解产物具有最高的ACE抑制活性。同样的，Hall[10](2018)等利用碱性蛋白酶生成的蟋蟀蛋白水解物可以成功地提取出抑制体外ACE活性的肽。

2.2 降血糖

食源性生物活性肽因其在预防慢性疾病中的作用而备受关注，糖尿病是生活中常见的慢性病，随着人们生活水平的提高，我国糖尿病的患病率逐年增长，食用昆虫因高蛋白含量和可持续生产而成为生物活性肽的可行来源。Matos[11](2022)等用风味蛋白酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶进行两种或三种复合酶水解蟋蟀蛋白，通过抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性来评估蛋白质水解物的体外抗糖尿病特性，结果表明，与未水解样品相比，大多数样品经酶水解后的抑制活性都有所提高，表明蟋蟀蛋白酶解产物具有降血糖的功效。Yoon[12](2019)等用风味酶、碱性蛋白酶、复合酶(风味酶+碱性蛋白酶)分别处理三种昆虫蛋白质(蟋蟀、黄粉虫、蚕蛹),通过测定其水解物的体外α-葡萄糖苷酶抑制活性，以评估这些酶解物的抗糖尿病活性，结果表明未经处理的昆虫蛋白对α-葡萄糖苷酶活性没有任何明显的抑制活性，复合酶(风味酶+碱性蛋白酶)处理的黄粉虫对α-葡萄糖苷酶表现出显著抑制活性。

2.3 抗氧化

食用昆虫的抗氧化活性主要表现为清除自由基活性。Dong[13](2021)等用碱性蛋白酶、胰蛋白酶、中性蛋白酶、风味蛋白酶酶解黄粉虫蛋白，结果表明，富硒幼虫经碱性蛋白酶水解后，其硒回收率为75%的蛋白质水解产物比正常幼虫具有更强的抗氧化和免疫调节活性。刘竹青[14](2019)等用分解酶对黄粉虫蛋白进行酶解，得到含有多肽的酶解物，通过对黄粉虫酶解物的还原能力和清除DPPH、超氧阴离子自由基的能力进行了研究，发现黄粉虫酶解物对DPPH和超氧阴离子自由基的清除率分别为88.4%和61.0%。类似地，Zhang[15](2021)等用酸性蛋白酶和中性蛋白酶组成的双酶体系水解蚕蛹蛋白，结果表明蚕蛹蛋白水解物可以作为功能性食品的天然抗氧化剂。

2.4 增强免疫力

肖红[16](2006)用胃蛋白酶、木瓜蛋白酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶对蝗虫蛋白进行酶解，用水解产物饲喂小鼠，并设置对照组，做蝗虫蛋白酶解物抗氧化、抗衰老、抗疲劳试验，研究结果表明用碱性蛋白酶酶解蝗虫蛋白所得的水解产物具有良好的抗氧化性，其抑制率可达到29.3%；小鼠体内过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性显著增高，丙二醛含量显著降低，即蝗虫蛋白酶解物具有抗衰老的作用；与对照组小鼠相比，饲喂蝗虫蛋白酶解物的小鼠显著提高了游泳时间，并降低了运动后血尿素氮含量和肝糖原消耗量，提高了血清乳酸脱氢酶活性，说明蝗虫蛋白酶解物具有很好的抗疲劳的作用。Wu[17](2013)等用过氧化氢水解蝉蜕制备低聚糖，确定了最佳水解条件，研究结果表明：所制备的低聚糖对枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制区直径分别为9.52mm、12.64mm和10.79mm，即用蝉蜕所制备的低聚糖具有良好的抑菌活性。同时，我国大部分地区都有吃蝉的习惯，研究表明适量的食用蚕蛹，不仅可以为机体补充一定量的氨基酸，还能够为肌肉的合成提供原料，机体可增强磷酸肌酸和糖原无氧发酵供能，提高无氧运动耐力[18]。

3 昆虫蛋白在食品中的应用

3.1 肉类

肉类营养丰富，味道鲜美，针对未来动物肉类资源的紧缺，目前更多的研究集中在利用食用昆虫替代部分肉制品，使其成为一种新型动物蛋白来源。Park[19](2017)等报道，用蚕蛹制备的肉糊的硬度、胶粘性和咀嚼性随着蚕蛹浓度的增加而增加，这些结果表明，在肉糊中添加蚕蛹能够改善其质地性能。Choi[20](2017)等用10%黄粉虫和40%猪肉制作香肠，结果表明添加了黄粉虫的香肠在蒸煮损失、乳液稳定性、蛋白质溶解度等方面均与对照组香肠相似，成功地用黄粉虫替代了部分猪肉。

3.2 休闲食品

休闲食品越来越受消费者欢迎。但高糖、高脂、高热量的休闲食品不利于身体健康。利用昆虫蛋白制作新型休闲食品，不仅能改善食品的口感，还可以增加食品的营养价值。Akande[21](2020)等将蚕蛹蛋白和蝗虫蛋白作为高能量饼干的替代蛋白，结果表明，15%的食用昆虫粉，能够将高能量饼干的营养特性提高到美国国际开发署要求的标准，且在饼干中加入昆虫蛋白，不会对其品质造成负面影响。朱彩平[22](2011)等将蚕蛹蛋白加入面包中，并通过单因素和正交试验确定蚕蛹蛋白营养面包的最佳工艺配方为，蚕蛹蛋白2%、酵母1.2%、面包改良剂0.1%、水55%。在此工艺条件下的蚕蛹蛋白面包，其风味和品质最佳。

3.3 饮品

研究者也试图将昆虫蛋白加入饮品中，Tello[23](2021)等研究了一种以黄粉虫幼虫为基础的牛奶替代品。该替代品的特点是对环境影响较低，占生产标准化牛奶环境负担的59.1%，营养成分状况与普通牛奶相似，由1.19%的粗蛋白质，5.76%的脂肪和小于1%的碳水化合物组成，经实验评估结果表明，昆虫奶的总环境影响足够低，并有进一步减少对环境影响的前景。孙慧霞[24](2016)研究了由三种昆虫蛋白：蝉蛋白、蚕蛹蛋白、蚂蚁蛋白制成的蛋白饮品，供健美运动员在三个月的训练期间饮用，通过测定健美运动员的肌肉状态、运动水平和免疫水平，评估三种昆虫蛋白饮品的功能特性。免疫力测定结果显示，服用昆虫蛋白饮品的实验组运动员的免疫力显著提高，肌肉状态也有了明显的改善，有氧及无氧数据高于对照组，从而可知三种昆虫蛋白质饮品，均可以提高机体免疫力、改善肌肉状态并能提高运动水平。

3.4 保健食品

保健食品因其增强免疫力、抗氧化、改善睡眠等功能而受大众青睐，近年来许多国家都推出了昆虫保健食品，李国荣[25](2012)等研制了茶香蚕蛹多肽氨基酸口服液，且研究结果显示氨基酸口服液含多肽18.20g/L，分子量小于5ku的多肽占42.82%；游离氨基酸23.44g/L，其中必需氨基酸占41.29%。冉文波[26](2014)研究了大麦虫复合氨基酸口服液的工艺，实验筛选出中性蛋白酶水解大麦虫幼虫脱脂虫粉，以加酶量3.0%，料液比1∶5，pH值7.0，水解温度55℃，水解时间4h为最佳水解条件，最终得到的大麦虫复合氨基酸口服液酸甜可口，具有大麦虫独特气味，口感细腻，含有丰富的游离氨基酸，营养价值极高。

4 昆虫蛋白的安全性与卫生性

昆虫蛋白的安全性取决于种类、饮食、生活环境、加工方式、贮存等。与野生昆虫相比，饲养昆虫有更高的安全性，饲养昆虫可以人为减少微生物污染、重金属污染和农药残留。同时，茅青[27](2011)等研究发现只要把昆虫制作熟，就不会对人体产生危害。因此，饲养昆虫时，需要保证生产条件，在整个生产链中严格遵循卫生和消毒的规程，包括收获、加工、分发、储存和保存，以确保最终产品安全和健康。同时，任何含有蛋白质的食品都会使易过敏人群过敏，昆虫含有丰富的蛋白质，因此昆虫及其衍生物都是潜在的过敏原，昆虫内存在的蛋白质如精氨酸激酶和原肌球蛋白等都是主要的过敏原，生产昆虫食品时，需要对昆虫进行脱敏处理[28]。未来需要深入研究昆虫中存在的过敏原和脱敏技术，健全可食用昆虫相关的法律法规，以确保加工机制日益成熟使昆虫食品的安全得到保障。

5 展望

5.1 消费者对昆虫食品的态度

虽然将食用昆虫作为食物的现象在许多文化中很常见，但是食用昆虫的推广并不是没有挑战的。西方国家对食虫行为是有抵触心理的，在他们的思想观念上，一直认为食用昆虫是偏远贫困地区的人们为了填饱肚子，免受饥饿而不得不做出的举动。Shelomi[29](2016)对2015年世博会上各个国家对食用昆虫的态度做了描述，共有145个国家参加世博会，53个国家有着独立的展览馆，其中只有比利时和荷兰对食用昆虫有着浓烈的兴趣。对新事物的恐惧，以及对食用昆虫外观的厌恶，通常被认为是排斥昆虫作为食物的主要原因。随着越来越多的食用昆虫以部分昆虫粉、昆虫匀浆替代肉类制成新型肉类制品，消费者接受体验品尝的意愿会更加强烈。

5.2 可食用昆虫发酵

由于昆虫与过敏、微生物和寄生虫危害有关，昆虫的可接受性仍然相对较低，科学家和技术人员使用了新的处理方法，以提高他们的感官、营养质量以及它们的保质期。在不同的加工技术中，由于发酵有可能改善发酵食品的风味、流变学和质地，以及改变消费者对加工昆虫产品的看法，发酵技术已经获得了特别的关注。Mouritsen[30](2017)等研究表明,用蜡蛾幼虫和蚱蜢制备的发酵酱料与商业鱼酱相比在“甜味”、“鲜味”、“苦味”和“酸味”显示出主要的可接受性,这种行为归因于乳酸、游离氨基酸和脂肪酸含量的增加，这些都是来自发酵的化合物。此外，这个过程可以将原料转化为生物物质、燃料和化学品，作为市场产品有许多应用。

5.3 食用昆虫的商业潜力

牲畜生产导致土地退化、全球变暖、水资源污染以及生物多样性损失等，与传统畜牧业相比，昆虫农业伴随着更少的温室气体排放、更少的水和空间、更少的经济投资和更高的饲料转化率。昆虫被认为是动物蛋白的潜在替代品，昆虫养殖可以支持农村生计，Agea[31](2008)等的研究表明，昆虫养殖为农村地区参与昆虫采集、养殖、加工和销售的当地居民提供了改善生活水平和获取收入的机会。特别是在世界范围内养殖昆虫，这将有助于改善粮食安全和环境安全。同时，发挥昆虫的商业潜力不能一度地开发昆虫资源，也要减少杀虫剂的使用和注重生态平衡，努力实现昆虫资源的可持续发展。

6 结论

昆虫种类多、数量大、营养物质丰富，是解决当今世界粮食缺乏的重要物质。但是，昆虫的开发利用仍有很多问题，例如消费者对昆虫食品的接受程度、昆虫食品的安全监督、养殖昆虫的卫生状况等。因此，在未来还要对昆虫进行更多的研究，为昆虫在各方面的应用提供理论基础。