食用昆蟲蛋白的資源特性及開發(fā)前景

朱 芬，石志輝

（1 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院 武漢 430070 2 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所 嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心 廣東深圳 518120）

隨著人口的增長，人類對食物的需求量增加。預(yù)計(jì)到2050年，全球人口將達(dá)到90 億，全球糧食產(chǎn)量要比現(xiàn)在擴(kuò)增70%才能夠養(yǎng)活世界人口，而對高蛋白食品的需求預(yù)計(jì)將增加1 倍[1-2]。傳統(tǒng)畜牧業(yè)在為人類提供蛋白的同時(shí)，占農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地的78%，占人類用水量的8%，占人為溫室氣體排放量的18%[3]。昆蟲種類豐富，可食用昆蟲種類達(dá)1 900 多種。相對畜牧業(yè)來說，昆蟲飼養(yǎng)繁殖排放的溫室氣體，以及生存和繁衍所需土地、水和飼料資源均更少，顯著降低了對環(huán)境的影響[4]。昆蟲將攝入的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)蛋白和其它營養(yǎng)物質(zhì)的效率更高[5]。有學(xué)者估計(jì)若將非洲野生蝗蟲全部用于食品生產(chǎn)，每年可增加1 萬t 的蛋白產(chǎn)量，滿足60 萬人對蛋白的需求。另外，昆蟲還含有脂肪酸、碳水化合物、礦物質(zhì)和維生素等多種營養(yǎng)物質(zhì)，能夠滿足人們的營養(yǎng)需求[6]。本文從人類食用昆蟲的歷史，食用昆蟲蛋白的特點(diǎn)、營養(yǎng)價(jià)值和加工等方面綜述其資源特性、開發(fā)現(xiàn)狀和限制因素等，展望未來發(fā)展方向，為開發(fā)與利用食用昆蟲蛋白資源提供理論參考。

1 食用昆蟲概述

1.1 食用昆蟲的歷史與文化

食用昆蟲是昆蟲本體或者產(chǎn)物可以作為食品供人類食用的昆蟲[6]。昆蟲與人類關(guān)系的密切性和自身物種的豐富性，使其在古代就是人們的食物來源之一。我國早在西周時(shí)代就有以蟻卵、蟬和蜂等昆蟲作為貴族階級專屬佳肴的記載。食蟲文化廣泛存在于世界各地，食用昆蟲也越來越普遍。直翅目蝗蟲（俗稱“螞蚱”）、蟋蟀、南美棕櫚象鼻蟲（俗稱“棕櫚蟲”）、西方蜜蜂（俗稱“西蜂”）等作為食物的歷史非常悠久[7-8]。公元前1世紀(jì)，埃塞俄比亞人民就嘗試將蝗蟲保存在鹽里面，用于長時(shí)間儲存，以備食用[9]。

由于不同地區(qū)的自然條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和文化傳承等因素不同，因此發(fā)展出不同的食蟲文化。我國云南傣族和白族喜食螞蟻和蜣螂，也用螞蟻卵、九香蟲（俗稱“屁巴蟲”）和爬沙蟲（俗稱“蟲參”）作為招待客人的佳肴[10]。江浙一帶是我國桑蠶養(yǎng)殖最發(fā)達(dá)的地區(qū)，大量蠶蛹經(jīng)蒸、煮、炒和腌制等加工后食用。海南島上的人們喜歡吃沙蟲，湖南地區(qū)喜愛食用蜂巢，山東地區(qū)偏愛米象，天津和北京地區(qū)則喜愛食用蝗蟲。江西一些地區(qū)有吃烤蟬、油炸山茶象幼蟲以及生食馬蜂（俗稱“油籮蜂”）的風(fēng)俗習(xí)慣。廣東、廣西等地淡水水域較多，水生昆蟲數(shù)量豐富并易于捕捉，如龍虱（俗稱“田鱉”）和大田負(fù)蝽（俗稱“桂花蟬”）成為廣東著名小吃[11]。廣西壯族人習(xí)慣將螞蟻?zhàn)龀墒称穂12]。世界上其他國家也存在這種現(xiàn)象。在非洲，毛蟲和白蟻是廣泛食用的昆蟲。帝王蛾幼蟲和土星毛蟲是南非主要的食用昆蟲物種之一。印度東北部地區(qū)主要食用蓖麻蠶[13]。日本最受歡迎的食用昆蟲為稻田蚱蜢[14]。泰國擁有世界上最先進(jìn)的蟋蟀養(yǎng)殖體系，用于制作蟋蟀食品[15]。墨西哥人喜歡食用蠅卵、蟻卵制作的美食[16]。哥倫比亞首都的昆蟲食品市場中油炸螞蟻的小攤點(diǎn)數(shù)不勝數(shù)。

1.2 食用昆蟲的種類與分布

據(jù)估計(jì)，全世界食用昆蟲種類有3 000 多種。荷蘭瓦赫寧根大學(xué)統(tǒng)計(jì)分析全世界已經(jīng)發(fā)表的與食用昆蟲相關(guān)的文獻(xiàn)表明：全世界可供人類食用的昆蟲超過1 900 種，分布區(qū)域可以劃分為熱帶非洲地區(qū)、大洋洲地區(qū)、新熱帶地區(qū)、東方地區(qū)和近北地區(qū)五大地理區(qū)域。中國、墨西哥和印度3 個(gè)國家可食用昆蟲分布種類數(shù)量均超過300 種。可食用昆蟲中對甲蟲類記錄最多，達(dá)659 種。聯(lián)合國糧農(nóng)組織認(rèn)為昆蟲富含優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，可作為人類食物的主要來源，從而緩解當(dāng)前全球糧食和飼料短缺問題[1]。

2 食用昆蟲蛋白的營養(yǎng)

很多食用昆蟲的蛋白含量都高于雞肉、魚肉、豬肉和牛肉等。文獻(xiàn)記載的236 種食用昆蟲蛋白平均含量在35.34%～61.32%（同翅目含量最低，直翅目含量最高）[17]。其氨基酸種類眾多，含量豐富，必需氨基酸含量接近或超過世界衛(wèi)生組織和世界糧農(nóng)組織制定的氨基酸模式[18]。紫絡(luò)蛾蠟的粗蛋白含量為51.59%；人體必需氨基酸7 種，含量為14.72%。云管尾角蟬的粗蛋白含量為57.14%；人體必需氨基酸8 種，含量為21.92%[19]。負(fù)子蝽的粗蛋白含量為73.52%；人體必需氨基酸8 種，含量為20.75%。暗綠巨蝽的粗蛋白含量為49.62%，人體必需氨基酸8 種，含量為16.93%[20]。

食用昆蟲蛋白中存在限制性氨基酸，其中，黃褐油葫蘆的限制性氨基酸為賴氨酸，中華寰螽、暗褐蟈螽的限制性氨基酸為蛋氨酸，蝗蟲的限制性氨基酸為賴氨酸和蘇氨酸。蝶類的限制性氨基酸多為含硫氨基酸，也有少數(shù)為蘇氨酸[21]。例如：菜粉蝶第一、二限制性氨基酸為蛋氨酸和亮氨酸。蠶蛹的限制性氨基酸為苯丙氨酸[22]。

食用昆蟲蛋白除了能夠滿足人體所需氨基酸外，還有其它的功能，例如：降血壓、降血糖、抗氧化和增強(qiáng)免疫力等[23]。從黃粉蟲（俗稱“面包蟲”）的蛋白水解產(chǎn)物中提取到活性肽物質(zhì)Tyl-Ala-Asn，可顯著降低高血壓大鼠的收縮壓[24]。從食用昆蟲蛋白中提取的天然肽物質(zhì)降血壓的副作用更小[25]。有研究表明食用昆蟲體內(nèi)的抗菌肽蛋白，不僅參與體液免疫和細(xì)胞免疫，而且控制腸道微生物群穩(wěn)態(tài)等生理、生化過程[26]。蟋蟀蛋白的水解物存在較強(qiáng)清除自由基活性和降血糖的能力[27]。中華稻蝗體內(nèi)富含賴氨酸和蛋氨酸，食用后可促進(jìn)人體內(nèi)肉堿的合成，抵抗疲勞。

除蛋白外，食用昆蟲體內(nèi)還含有脂肪酸、碳水化合物、礦物質(zhì)和維生素等多種營養(yǎng)物質(zhì)。平均脂肪含量從直翅目蚱蜢、蟋蟀和蝗蟲的13.4%到鞘翅目昆蟲的33.4%，飽和脂肪酸平均含量從膜翅目蜜蜂、黃蜂和螞蟻的31.8%到等翅目白蟻的42.0%[28]。單不飽和脂肪酸平均含量從等翅目白蟻的22.0%到膜翅目蜜蜂、黃蜂和螞蟻的48.6%，而多不飽和脂肪酸從雙翅目蒼蠅的16.0%到鱗翅目的蝶蛾類39.8%[29]。食用昆蟲可提供大量礦物質(zhì)，如銅、鐵、鎂、錳、磷、硒和鋅，其中鐵和鋅的含量比牛肉、豬肉和雞肉多[30]。食用昆蟲還含有多種維生素，如直翅目蚱蜢、蟋蟀、蝗蟲和鞘翅目甲蟲富含葉酸[28]。

3 食用昆蟲蛋白的加工與提取方法

原型昆蟲食品加工方式主要以炸制、炒制、醬制為主。我國有蟬醬、螞蟻醬、蜂蛹醬、炒竹蟲、油炸馬蜂幼蟲、蟋蟀等昆蟲食品。哥倫比亞人將油炸螞蟻當(dāng)作休閑食品在戲院出售，柬埔寨的油炸蟋蟀是遠(yuǎn)近聞名的美味佳肴。隨著人們對昆蟲食品營養(yǎng)和功能性認(rèn)知的提高，昆蟲食品逐漸被人們所認(rèn)識，對其的開發(fā)走上多元化道路，產(chǎn)生了整形昆蟲食品，目前有餅干、面包、昆蟲酒和昆蟲醬油等各類昆蟲食品[31]。

昆蟲蛋白在提取前需去脂處理以便提高蛋白提取率。脫脂昆蟲蛋白的水解率比未脫脂昆蟲蛋白的水解率提高27.43%，原因之一是蛋白不再受到脂肪包裹[32]。目前昆蟲蛋白傳統(tǒng)的提取方法主要包括堿提取法、Tris-HCl 提取法、鹽提取法和蛋白酶提取法四大類[33]。不同種類的昆蟲蛋白提取方法也不同。蠶蛹蛋白的提取多采用堿法和酶法，黃粉蟲蛋白的最佳提取方法為Tris-HCl 緩沖液提取法，蠅蛆蛋白提取則主要通過多種酶混合提取法。比較而言，堿提取法的提取效率和產(chǎn)量最優(yōu)，然而，蛋白易變性，質(zhì)量較低，產(chǎn)品的口感風(fēng)味也降低；Tris-HCl 提取法，能夠較好地保持蛋白活性，然而產(chǎn)率較低；鹽提取法能夠維持蛋白活性；蛋白酶提取法可在低濃度下溶解蛋白[34-35]。

為了獲得高質(zhì)量昆蟲蛋白，干式分餾和堿法提取與超聲、超高壓連用等新型提取方法被用于提取不同的高質(zhì)量昆蟲蛋白[36]。干式分餾法使從昆蟲中提取的蛋白化學(xué)成分多樣化，增加蛋白的富集能力。通過堿性和超聲輔助萃取可將蚱蜢和蜜蜂蛋白的發(fā)泡和乳化能力提高10%～40%[37]。

4 食用昆蟲蛋白的開發(fā)與研究

部分昆蟲食品加工后口感、風(fēng)味、質(zhì)地等品質(zhì)好，消費(fèi)者易于接受。如：白蟻經(jīng)油炸或烘烤后產(chǎn)生堅(jiān)果味；蜜蜂經(jīng)干加熱后表現(xiàn)出“肉味”和“培根味”[38]。在小麥粉中加入白蟻粉制成的面包比普通面包更受消費(fèi)者歡迎[39]。Smetana 等[40]采用雙螺桿擠壓技術(shù)將黑菌蟲蛋白濃縮物與水混合擠壓制備肉類類似物。近代我國昆蟲食品蛋白的開發(fā)利用在不斷發(fā)展。如：利用蠶蛹和蠶蛾蛋白研制出多肽營養(yǎng)飲料、醬油等，將純化的食用昆蟲蛋白作為營養(yǎng)劑和食品添加劑[41]。廣東研制出“蠶蛹公補(bǔ)酒”，湖南研制出保健品“三葉蟲茶”，山東煙臺建有“油炸金蟬罐頭”生產(chǎn)線[42]。二戰(zhàn)結(jié)束后法國出現(xiàn)以螞蟻、蚱蜢為原料生產(chǎn)的高蛋白食品。德國國內(nèi)建立了昆蟲聯(lián)合加工企業(yè)，將昆蟲深加工的蛋白提純技術(shù)投入市場[43]。美國德克薩斯州內(nèi)存在數(shù)家昆蟲加工公司，產(chǎn)值達(dá)數(shù)千萬美元[44]。墨西哥在國內(nèi)多個(gè)區(qū)域建立了昆蟲養(yǎng)殖基地，制作多種可食昆蟲食品，遠(yuǎn)銷其他國家[45]。日本的食用昆蟲產(chǎn)業(yè)也相當(dāng)發(fā)達(dá)，用蠶蛹來制取優(yōu)質(zhì)蛋白，生產(chǎn)氨基酸，提取有益的微量元素系列產(chǎn)品且獲得了多項(xiàng)專利[46]。

在食用昆蟲蛋白研究方面，從Web of Science（WOS）數(shù)據(jù)庫搜索有關(guān)食用昆蟲營養(yǎng)的文獻(xiàn)并構(gòu)建關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖1，可以看出，食用昆蟲體內(nèi)的蛋白質(zhì)、氨基酸、抗菌肽、脂肪酸和殼聚糖等營養(yǎng)物質(zhì)是研究熱點(diǎn)。在中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫搜索食用昆蟲蛋白的文獻(xiàn)并構(gòu)建關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖2，可以看出，開發(fā)利用、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展是研究熱點(diǎn)，相比于WOS 研究熱點(diǎn)更偏向于生產(chǎn)實(shí)踐、實(shí)際應(yīng)用方面并且與食用昆蟲種類、昆蟲蛋白和昆蟲食品等聯(lián)系緊密。消費(fèi)者對新型蛋白食品的接受程度和新型食品的開發(fā)利用，促進(jìn)食用昆蟲蛋白的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

圖1 WOS 關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖Fig.1 Keyword co-occurrence network map on WOS

圖2 CNKI 關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖Fig.2 Keyword co-occurrence network map on CNKI

5 食用昆蟲蛋白開發(fā)的限制因素

5.1 消費(fèi)者認(rèn)知與接受度低

食用昆蟲蛋白能被消費(fèi)者接受，是食用昆蟲產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)[47]。我國自古以來就存在食用昆蟲的風(fēng)俗習(xí)慣，然而，部分人群習(xí)慣性地對食用昆蟲接受程度低，對食用昆蟲蛋白存在畏懼心理。部分西方國家的消費(fèi)者不接受食用昆蟲主要是對食用昆蟲歷史了解不多，加上早期的家庭教育和社會影響所致[48]。有調(diào)研報(bào)告指出：食用昆蟲在歐洲國家接受程度較低，消費(fèi)者對昆蟲的陌生性以及昆蟲對消費(fèi)者的低吸引性，成為其替代肉類的一個(gè)障礙[49]。Wade 等[50]研究表明：新事物恐懼癥是澳大利亞人民拒絕食用昆蟲的主要原因。昆蟲蛋白對于消費(fèi)者的吸引力不高，就會使昆蟲蛋白產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展受限，部分消費(fèi)者提出需要在昆蟲蛋白口感、外型和價(jià)格方面滿足心理需求的基礎(chǔ)上才能接受[51]。

5.2 養(yǎng)殖和加工技術(shù)有待提高

食用昆蟲產(chǎn)業(yè)化必須采用正確的養(yǎng)殖方式，從而得到高品質(zhì)的食用昆蟲[52]。目前食用昆蟲產(chǎn)業(yè)正處于起步階段，主要采取小型農(nóng)場養(yǎng)殖方式，養(yǎng)殖規(guī)模、疾病防控、食用昆蟲質(zhì)量還有待提高[53]。

昆蟲蛋白的加工技術(shù)影響其成本、貨架期以及消費(fèi)者的接受度。目前國內(nèi)食用昆蟲加工技術(shù)尚處于摸索階段，昆蟲食品多以原型出現(xiàn)。日本和美國等發(fā)達(dá)國家昆蟲食品加工技術(shù)位居世界前列，產(chǎn)品種類繁多。

5.3 食用安全性有待改善

5.3.1 過敏原 蝦、蟹過敏人群較易對昆蟲蛋白過敏，癥狀常表現(xiàn)為皮膚發(fā)紅、發(fā)癢、惡心嘔吐、發(fā)燒等。有研究表明食用蚱蜢、蝗蟲和蟋蟀可引起急性過敏反應(yīng)[54]。目前已發(fā)現(xiàn)數(shù)種昆蟲的過敏原，如：從家蠶蛹中能夠檢測到8 種分子質(zhì)量的主要過敏原陽性蛋白條帶，從東亞飛蝗體內(nèi)檢出5 種分子質(zhì)量的主要過敏原蛋白質(zhì)[55-56]。黃粉蟲和蟋蟀的精氨酸激酶蛋白過敏原的交叉反應(yīng)有限，在歐洲被允許全部或部分商品化[57]。極少數(shù)人攝食柞蠶、家蠶、黃粉蟲等常見食用昆蟲后出現(xiàn)過敏癥狀，可能是其對異源蛋白產(chǎn)生過敏反應(yīng)。

5.3.2 有毒物質(zhì) 有些昆蟲可能帶有對人類有毒的物質(zhì)，需特別關(guān)注。例如，松毛蟲幼蟲體內(nèi)含有毒物質(zhì)，需經(jīng)特殊的處理松毛蟲蛹才能作為蛋白食品食用[58]。芫菁雖可作為藥物食用，但其含有劇毒，誤食容易中毒[59]。在南非，可食用的盾形臭蟲會產(chǎn)生有毒物質(zhì)，破壞人體皮膚并影響視力[60]。李玲等[61]研究發(fā)現(xiàn)木薯蠶蛹具有遺傳毒性，可致雄性小鼠精子畸變率極顯著增加。

5.3.3 環(huán)境有害物質(zhì)殘留 昆蟲可能受到環(huán)境中重金屬和農(nóng)藥等物質(zhì)的影響。重金屬在食物鏈中傳遞，不僅危害昆蟲的生存，還威脅人類健康。對黃粉蟲喂食含有鎘和鉛的有機(jī)土壤，在其體內(nèi)就會積累鎘和鉛[62]。蔣筠雅等[63]從我國西南地區(qū)分布的6 種蜻蜓中檢出含量超標(biāo)的重金屬鎘、鉛、砷等。化學(xué)農(nóng)藥會殘留在昆蟲體內(nèi)或表面，在食物鏈中傳遞，最終導(dǎo)致人類神經(jīng)系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)受損。食用昆蟲的種類不同對農(nóng)藥的敏感性也不同，需對食用昆蟲逐一檢測[64]。食用昆蟲可能自身攜帶環(huán)境中的病原體，如病毒、細(xì)菌、真菌等，對人體會造成危害。此外，加工過程中也可能傳染病菌等微生物。有研究發(fā)現(xiàn)從筍蠹螟（俗稱“竹蛾”）中檢出沙門菌等腸道致病菌，大腸菌群和菌落總數(shù)均超過《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無公害畜禽肉安全要求》的規(guī)定[65]。陳濤等[66]曾從蟑螂體內(nèi)檢出引起人類腸道食物中毒、痢疾等疾病有關(guān)的微生物。

6 展望

昆蟲蛋白是一種新興的蛋白資源，符合當(dāng)代社會發(fā)展需求。結(jié)合食用昆蟲蛋白的營養(yǎng)、安全性、加工方法和產(chǎn)業(yè)發(fā)展等因素，提出需要關(guān)注的方面：

1）食用昆蟲蛋白發(fā)展?jié)摿Υ?社會的發(fā)展和人口的增長導(dǎo)致人們對蛋白的需求增加，研究與開發(fā)食用昆蟲蛋白具有很大的市場空間。全球食用昆蟲市場價(jià)值預(yù)計(jì)2023年將達(dá)到11.8 億美元以上。

2）食用昆蟲的資源保護(hù)需加強(qiáng) 昆蟲對維持生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定起著重要作用。在發(fā)展食用昆蟲產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對食用昆蟲資源的保護(hù)，如通過人工飼養(yǎng)，建立保護(hù)基地等方式做到可持續(xù)發(fā)展。

3）食用昆蟲蛋白的消費(fèi)認(rèn)知有待提高。

4）養(yǎng)殖和深加工技術(shù)有待突破 目前世界各國家食用昆蟲產(chǎn)業(yè)的規(guī)模都較小，無法滿足市場需求。