蚕蛹蛋白的综合利用现状分析和开发前景展望_王伟

蚕蛹蛋白的综合利用现状分析和开发前景展望王 伟1 何国庆1 金英哲2 陈启和1 刘彩琴11(浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州,310029) 2(金亨稷师范大学生物系,平壤,朝鲜)摘 要 根据蚕蛹蛋白的营养价值和开发潜力,全面地分析了中国和国际上对蚕蛹蛋白综合利用的研究现状,发现了当前对蚕蛹蛋白深入开发研究的空白点,为其深入开发提供参考信息。

关键词 蚕蛹,营养价值,综合利用蚕蛹(Silkw orm pupa )为蚕蛾科昆虫家蚕蛾(Bombyx moil L.)的蛹,既是一种高营养的美食,也是一种中药,具有和脾胃、祛风湿、长阳气之功效[1],自古以来就得到广泛应用。

现代医学证明,蚕蛹具有降低血胆固醇、治疗冠状动脉供血不足等效果[2,3]。

建国以来我国蚕丝产品出口创汇累计达300亿美元,对我国经济建设做出了重要贡献。

2000年全国产茧4515万t,生丝约6万t 。

2001年中国国家经贸委发布的5茧丝绸行业/十五0规划6中预计到2005年,蚕茧产量达到55万t,生丝产量达612万t;到2015年,蚕茧产量将超过60万t,生丝年产量将达到8万t 以上。

通常缫制l t 生丝可得115t 干蚕蛹,蚕蛹产量非常可观。

同时随着蚕丝业的进一步发展.蚕蛹的产量将会更大,因此开发利用蚕蛹资源具有重要的意义与广阔的前景[4]。

蚕蛹蛋白在干蚕蛹中约占60%左右,含量相当丰富,同时由于我国的蚕蛹产量巨大,如何综合利用蚕蛹蛋白成为推动我国桑蚕产业的重要方面。

本文拟对我国的蚕蛹蛋白的利用现状进行综合分析,并对我国的蚕蛹蛋白综合利用的方向进行探讨,希望为开发蚕蛹蛋白提供有意义的信息。

1 蚕蛹蛋白的营养指数蚕蛹蛋白质是一种完全蛋白,含有18种氨基酸,蚕蛹中常见的17种氨基酸占总氨基酸质量分数的34157%。

人体不能合成,必须由外界供给的必需氨基酸如蛋氨酸、赖氨酸、亮氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸等在蚕蛹中含量均较高,总量达14159%,占总氨基酸的42120%,必需氨基酸与非必需氨基酸之质量比为0173,与WH O/FAO 提出的必需氨基酸占总氨基酸的40%左右,与必需氨基酸与非必需氨基酸之比为016左右的参考蛋白模式非常接近[5]。

表1 蚕蛹干品中氨基酸含量 %氨基酸质量分数氨基酸质量分数天门冬氨酸3181异亮氨酸2123苏氨酸1165亮氨酸3100丝氨酸1154酪氨酸2110谷氨酸3171苯丙氨酸1196甘氨酸1175赖氨酸2153丙氨酸2102组氨酸0196胱氨酸0143精氨酸2105缬氨酸2122脯氨酸1162蛋氨酸1100总氨基酸34157表2 蚕蛹干品中必需氨基酸含量与WHO/FA O 评分模式比较1) mg/g(蛋白质)氨基酸异亮氨酸亮氨酸赖氨酸蛋氨酸+胱氨酸苯丙氨酸+酪氨酸苏氨酸缬氨酸蚕 蛹4111551446172614741930144110评分模式4010701055103510601040105010AAS1103017901850175112501760182注:1)蚕蛹干品中粗蛋白质量分数5412%[6],氨基酸得分为每克蛋白质中必需氨基酸(H )与氨基酸参考值的比值。

第一作者:博士研究生(何国庆教授为本文通讯作者)。

收稿日期:2006-05-11从表2可以看出,蚕蛹中苏氨酸和含硫氨基酸含量稍低于评分模式,而苯丙氨酸和酪氨酸高于评分模式。

苯丙氨酸是体内合成甲状腺素的来源,可转变为酪氨酸。

除此之外,其余的氨基酸接近评分模式。

2 蚕蛹蛋白的研究和应用现状211 已经建立的研究项目和开发出的产品针对蚕蛹的研究和蚕副产品综合利用已初步形成一个新的学科,魏克民等已先后申报科研立项22项,其中国家级科研项目4项,包括5蚕蛹提取复合氨基酸研制大输液6、5蚕砂提取物研制国家中药二类新112药生血宁6、5蚕砂提取物研制治疗再生障碍性贫血新药血障平6、5蚕蛹提取物研制复合氨基酸胶囊6。

省部级科研项目I4项,厅局科研项目4项,发表有关学术论文60余篇。

以蚕蛹复合氨基酸为原料已研制成准字号新药/复合氨基酸0(药政批号为:浙卫药淮字[91]1753一l 号)/复方营养要素0;健字号新药/舒乐康胶囊0、/天龙宝口服液0、/生宝养生液0、/补骨神口服液0、/益尔康胶囊0等,氨基酸系列营养食品(面条、饼干、果酱、可乐等)。

丝菊美系列化妆品(防皱面霜,二合一洗发香波,洗面奶、沐浴乳,润肤,香水等6种)[7]。

这些产品的问世为拓展蚕蛹蛋白的市场提供了空间。

复合氨基酸目前售价每吨20万元人民币,3万t 干蚕蛹可提取1万t 复合氨基酸。

总产值可达20亿元人民币。

以此为原料制成高附加值的药品、营养食品、化妆品,经济效益更为可观。

众所周知,氨基酸的营养作用是显而易见的,所以上述氨基酸产品的开发获得了大众的接受,但是随着科技的进步和人们对蛋白质认识的不断深入,蚕蛹蛋白的更深层次的开发研究应该还有巨大的空间。

212 蚕蛹蛋白应用研究进展21211 国内研究进展蚕蛹蛋白在加工成复合氨基酸后会产生不易于接受的不愉快气味,一定程度上限制了其在食品上的应用,孙雷民[8]等认为这些异味物质是由烃、烯、醇、醛、酮、胺及杂环类化合物组成。

目前脱除蚕蛹复合氨基酸异味的主要方法有氧化除臭法[9],离子交换树脂法[10]和有机溶剂萃取法[11]。

氧化除臭法的缺点是部分氨基酸在除臭时会发生氧化,且残留氧化剂。

离子交换树脂交换非离子型化合物效果差。

有机溶剂萃取则溶剂消耗大,且脱色效果不好。

大孔径吸附树脂是一类以吸附为主,对有机物具有浓缩、分离作用的高分子聚合物,广泛应用于物质分离和提纯、脱色、环境保护、生物医学等领域。

周小华[12]用NAK -12吸附树脂研究脱除蚕蛹复合氨基酸异味及褐变物质的条件,结果表明:当流速为3BV/h 时,l mL NAK -l2吸附树脂能吸附1.75g 蚕蛹复合氨基酸中的异味物质;能吸附1145g 蚕蛹复合氨基酸中的褐变物质。

甲醇是异味物质和褐变物质的良好洗脱剂,用pH 值为110的甲醇以lBV/h 流速洗脱,仅用315BV 的洗脱剩即可完全洗脱异味物质和褐变物质。

国内目前关于蚕蛹蛋白的其他相关研究主要集中于蛋白的提取工艺和复合氨基酸的制备,蚕蛹蛋白的生产工艺与生产技术有很多报道,而主要有/筛分-过氧乙酸法0和稀碱抽提法。

筛分-过氧乙酸法是直接将脱脂蚕蛹用微粉碎机粉碎后,过80目筛得精蚕蛹蛋白粉,按1B 5的比例加入饱和石灰水搅拌均匀,保温,再按蚕蛹粉量的115倍加入30%的H 2O 2处理24h,然后调节pH 、抽滤、干燥即得白色无臭的食用蛋白粉。

稀碱抽提法是将脱脂蚕蛹粉碎后,加一定水量调和均匀后,再按比例加入稀碱溶液(1%~115%的NaOH )在40~45e 下保温抽提,然后用盐酸调节pH 至蚕蛹蛋白的等电点4~415,使蚕蛹蛋白析出沉淀,再离心分离,水洗脱盐、脱色、脱臭、喷雾干燥即得无臭蚕蛹蛋白粉[4]。

近两年,利用酶解法生产复合氨基酸的报道很多,所用的酶主要有胰蛋白酶和木瓜蛋白酶,水解时加入酶液后于48%~50%条件下保温水解20h 左右,然后过滤分离、脱色、脱臭后即得氨基酸水解液。

发酵法是用精制蚕蛹蛋白粉与米糠按7B 3的质量比混合后,灭菌、接种米曲霉于35e 下发酵水解。

周菊香[13]曾报道了用蚕蛹肽喂养小鼠,研究其对小鼠生长的影响,结果认为蚕蛹多肽具有降低血清胆固醇的作用,可使高胆固醇达到正常范围,并具有抗氧化作用,但是没有报道肽的具体情况。

张明春[17]以蚕蛹为原料,经防褐变,除脂肪处理后,酶解与膜法联用,经胰蛋白酶解的蚕蛹蛋白水解液,通过截留分子质量1万u 的超滤膜,得到蚕蛹生物活性肽。

培养酵母菌,测定蚕蛹生物活性肽对糖分解代谢的影响。

结果证明,酶解与膜法联用分离制备的蚕蛹生物活性肽,对糖分解代谢丙酮酸生成有促进作用。

对于蚕蛹蛋白的综合利用总体上我国是做了广泛的研究的,但是普遍存在研究的深度和广度不够,主要是停留在应用的表面层次上,这为蚕蛹蛋白的继续深入开发提出了新的要求和方向。

目前,蚕蛹蛋白的综合利用情况如图1所示。

有报道说蚕蛹具有抗癌作用,蚕蛹经蛋白水解提取得到的复合氨基酸是蚕蛹中的主要成分,实验表明其对肝癌、肉瘤S 180荷瘤小鼠的瘤体有明显的抑制作用,抑制率为20%~25%,与对照组有显著差异,同时可延长艾氏腹水瘤小鼠的生存期,延长率达40%以上,P <0101;并能促进T 、B 淋巴细胞转化和增强NK 细胞活性[14]。

蚕蛹复合氨基酸对肝癌也有一定抑制作用[15]。

目前用于临床的蚕蛹制剂主要是蚕蛹复合氨基酸和蚕蛹蛋白。

浙江省中医药研究院曾以蚕蛹复合氨基酸为主要原料制成制剂/复方营养瘤进行临床观察,结果显效88例,有效24例,无效8例,总有效率93133%[14]。

以蚕蛹复合氨基酸为原料的/舒乐康胶囊0、以蚕蛹蛋白为原料的/蚕蛹蛋白丸0以及由蚕蛹、人参和冬虫夏草组成的/龙瑞口服液0均已在临床应用,并在肿瘤病人的放化疗辅助治疗中取得良好效果[16]。

另有张玉清[18]报道,蚕蛹的丝胶蛋白具有很大的废物利用潜力,日前,我国的丝胶在很大程度上是随废水排掉了,但研究证明其具有改善棉制和纤维类衣物的柔韧性作用,用丝胶蛋白改进过的生物材料具有易降解特性,丝胶还可用来做生物药品,纤维、功能性膜材料等。

日前,我国对丝胶蛋白的开发很少,国际上的现有文献主要是集中于日本对丝胶的研究专利。

21212 国外研究进展国外针对蚕蛹进行的研究很多,但是从文献资料证明,中国和国外的研究存在着明显的方向差异,国内以应用型为主,国外以日本和印度为主的研究主要是利用生物技术进行的基础性研究。

Nobuyasu 和Okitsugu 等从蚕蛹卵中纯化了一种能降解30KD 蚕蛹卵黄的蛋白酶,并进行特性研究,证明该酶具有选择性降解特性,是一种很特别的弹性蛋白酶[19]。

Hajime [20]通过对利用基因工程技术改造蚕蛹蛋白来生产新型蛋白进行了全面的综述,阐明以此研究思路来生产生物材料的可行性,但目前存在的问题就是如何提高表达蛋白的目标量。

Kunihiro 等从蚕蛹提内提取了一种特别的脂溶性肽(VAP -peptide),对其研究表明该肽是作为休眠期蛹卵激素活性(DH)的协同增效肽对DH 的活性起促进增强作用[21]。

Seiichi 和M inoru 从蚕蛹体内提取了一种新的抗菌肽,为了进一步研究其分子结构和生物学特性,他们人为合成了的moricin 基因,将其插入pXa1和pM AL-c2两个表达体系中,重组子在大肠杆菌中大量的表达,结果获得的表达肽与从体内提取的肽具有相同活性[22]。

Rangacharyulu 报道利用蚕蛹发酵后作为鱼饲料能够显著提高鱼的成活率和产量,可以完全替代现在常规鱼饲料[23]。