蚕蛹氨基酸制备工艺与应用研究进展

摘要：目的：通过对蚕蛹氨基酸的制备提取工艺、营养价值、功能及应用进展进行综述，为蚕蛹氨基酸资源的进一步开发利用提供参考。方法：总结文献、书籍中有关蚕蛹氨基酸制备工艺、营养功能及应用研究的相关信息。结果：我国蚕蛹资源丰富，蚕蛹氨基酸种类齐全，数量充足，比例适当，具有增强免疫力等功效;酸水解法和酶水解法制备蚕蛹氨基酸优缺点各异。结论：蚕蛹氨基酸原料来源丰富，易于制备，营养价值高，市场前景良好。

关键词：蚕蛹氨基酸;提取工艺;营养价值;应用进展

我国是世界上最大的蚕茧生产国，蚕蛹资源丰富，2010—2017年我国蚕茧产量连续8年保持在60万t以上，折合干蚕蛹产量10万t[1-3]。20世纪50年代，我国科学家蒋猷龙发表论文[4]，首次提到蚕蛹蛋白含量丰富，氨基酸均衡。随后，科学家展开了进一步研究，采用盐酸水解法和酶解法制备蚕蛹水解氨基酸，并分离蚕蛹中不同氨基酸，进行功效评价。20世纪80年代至今，蚕蛹被列为普通食品管理，蚕蛹水解氨基酸被广泛应用于普通食品、保健食品、药品和日用品中。

1蚕蛹氨基酸的营养价值

蚕蛹中含有丰富的蛋白质，占干蛹质量的45%～50%，蚕蛹蛋白的分子量75k～375kDa，主要为优质球蛋白。蚕蛹蛋白质经酸水解后其必需氨基酸数量充足，组成比例较为合理，其必需氨基酸含量达40%以上，符合FAO/WHO建议的人体必需氨基酸模式，必需氨基酸/非必需氨基酸约为0.82，大于FAO/WHO推荐的0.6[5-6]。采用28 h生长实验和5 h代谢实验，对蚕蛹蛋白质进行评价营养价值，并与酪蛋白进行比较研究，结果表明：蚕蛹蛋白质在大鼠体内消化吸收好，并可明显促进动物的生长发育和维持氮代谢平衡。蚕蛹蛋白质的食物利用率、生物价、蛋白质净利用率、蛋白质功效比值等评价指标，均与酪蛋白相接近。因此，蚕蛹蛋白质是一种天然的优质蛋白质[7-8]。蛋白质被机体吸收利用的越多，其营养价值也越高，因此，将蚕蛹氨基酸直接作为食品原料，制作成胶囊、口服液、粉剂等供特殊人群服用，可增加机体的蛋白利用率，同时消除氨基酸输液的不便，满足特殊人群的营养健康需求。此外，蚕蛹及蚕蛹蛋白具有致敏性，蚕蛹蛋白的过敏原主要包括卵黄原蛋白、热休克蛋白、胰凝乳蛋白酶抑制剂、丙糖磷酸盐异构酶、30K家族蛋白、硫醇过氧化还原酶、化学感受蛋白、几丁质酶、表皮蛋白、LOC蛋白、副肌球蛋白和27 kDa血淋巴糖蛋白等。部分人食用蚕蛹蛋白后会出现头晕、恶心、呕吐等不良反应，甚至会出现直接休克的严重致敏反应，严重限制了蚕蛹及蚕蛹蛋白的应用[9]。将蚕蛹蛋白完全水解成氨基酸后进行服用，可在有效补充氨基酸的同时，明显减少过敏反应的发生率。

2蚕蛹氨基酸提取制备方法

蚕蛹在干、鲜的情况下都可提取氨基酸。提取之前一般先进行脱脂提油，不仅脱脂后制备得到的蚕蛹氨基酸产物纯度更高，蚕蛹油也可进一步作为工业原料加以利用[10-12]（图1）。

2.1早期蚕蛹氨基酸提取方法

1978年，李政[13-14]首次在文献中采用盐酸水解法检测蚕蛹中各种氨基酸含量，明确蚕蛹中含有人体营养所必需的8种氨基酸，可用于临床营养干预。随后，我国学者对蚕蛹氨基酸提取工艺展开了研究，提出了碱水解法、酸水解法和酶解法等蚕蛹氨基酸制备方法。1979年，黄自然等[15]发现，采用蚕蛹脱脂→碱解→蚕蛹蛋白→硫酸水解→浓缩→阳离子树脂交换→氨水洗脱→浓缩→活性炭脱色等步骤，可制备蚕蛹氨基酸。1983年，肖崇厚等[16]首次提出利用盐酸水解法从脱脂蚕蛹中直接制备蚕蛹氨基酸，并对脱色工艺进行了研究，提取步骤包括蚕蛹→脱脂→6N HCl水解→减压浓缩→活性炭脱色→阳离子交换树脂分离提纯→氨水洗脱→减压浓缩结晶→蚕蛹氨基酸等。1985年，熊国华等[17]在此基础上提出采用酶解法制备蚕蛹水解氨基酸，具体步骤包括蚕蛹→脱脂→干燥→粉碎→酶解→灭酶→离心去残渣→离子交换树脂除臭→洗脱→浓缩→干燥→蚕蛹氨基酸等，可最大程度保留色氨酸。氨基酸对蛋白质的收率可达44%以上。

2.2当前蚕蛹氨基酸实际提取工艺

科研人员对蚕蛹氨基酸制备方法进行研究和优化，发现碱水解法对容器有较大的损害，现已较少使用;盐酸水解法易产生3-氯-1，2-丙二醇等有害产物，因此通过控制盐酸用量、降低水解温度等方式降低有害产物的产量;湖州新天丝生物有限公司发明了硫酸水解法，进而避免产生3-氯-1，2-丙二醇[18-19];为增加氨基酸收率，进一步优化酶解方法，采用复合蛋白酶或酶-酸两步水解法进行水解[20-26]。目前实际生产中常用的蚕蛹氨基酸的制备工艺包括酸水解法和酶解法，其中酸水解法包括硫酸水解法和盐酸水解法。

2.2.1盐酸水解法工艺流程简图及工艺关键点盐酸水解法制备蚕蛹氨基酸包括脱脂、洗料、干燥、粉碎、过滤、水解、除酸、脱色脱臭等步骤[27]（图2），其中脱脂和水解为关键步骤。原料脱脂后含脂量、盐酸浓度、盐酸加入量、水解温度、压力、水解时间对最终的水解程度和3-氯-1，2-丙二醇生成量有明显影响。赵钟兴等[28]采用响应面法优化蚕蛹粕酸水解制备复合氨基酸工艺，发现在水解温度105℃、盐酸浓度5.1 mol/L、固液比1∶7.6、反应时间14 h的条件下，可产物水解度较高，同时节省盐酸消耗。吕秋楠等[27]采用正交试验优选盐酸水解法工艺条件，结果显示，固液比1∶6、盐酸浓度6 mol/L、水解温度103℃、水解时间18 h为最佳工艺条件，复合氨基酸收率为31.62%。

2.2.2硫酸水解法工艺流程简图及工艺关键点硫酸水解法制备蚕蛹氨基酸包括脱脂、水解、过滤、脱色等步骤（图3），其中水解为关键步骤，硫酸浓度、加入量、水解条件对最终的水解程度和蚕蛹水解氨基酸纯度有明显影响。徐彭等[18]指出，硫酸水解法制备蚕蛹氨基酸，因硫酸无挥发性，不会污染环境和周围设备;且硫酸有助于除去铅等重金属离子，除酸的同时也可同时除去大量硫酸根，有效地简化了生产工艺。

2.2.3酶解法工艺流程简图及工艺关键点酶解法制备蚕蛹氨基酸包括脱脂、酶解、灭酶、膜过滤/精制、脱色、干燥等步骤（图4），其中酶解和膜过滤/精制为关键步骤，蛋白酶种类、加入量、酶解条件对最终的水解程度和蚕蛹水解氨基酸纯度有影响。膜过滤/精制步骤则会显著影响蚕蛹氨基酸粉中的分子量分布和氨基酸收率。于小磊等[29]发现，采用胰蛋白酶和木瓜蛋白酶的双酶水解方法，可有效提高酶解液中氨基酸态氮含量，提高蚕蛹氨基酸产量。王金华等[20-21]发现，将纤维素酶与木瓜蛋白酶联合应用，相比于木瓜蛋白酶单独使用，可显著提高蚕蛹酶解液中氨基酸态氮含量，且其作用效果与酶的加入顺序相关。蒋先明等[24]将木瓜蛋白酶与酸水解联合应用制备蚕蛹氨基酸，与单纯酶解（水解时间48 h）或酸水解（水解时间24 h）相比，水解时间分别缩短了2/3和1/3，且后续处理相对简化，能耗降低，产物中游离氨基酸含量为47.9%。

3蚕蛹氨基酸生物学功能

蚕蛹氨基酸干预可明显改善大鼠营养状况。施觉民等[30]研究发现，蚕蛹氨基酸显著提高大鼠血清总蛋白和血红蛋白含量。浦锦宝等[31-33]采用营养不良大鼠模型和外伤大鼠模型进行研究，结果显示，蚕蛹复合氨基酸能显著加快营养不良大鼠体重恢复，纠正大鼠负氮平衡，增进造血功能;此外，还可显著提高抗氧化能力，明显促进外伤大鼠创口愈合。此外，蚕蛹氨基酸可显著增强免疫力。浦锦宝等[32]发现，蚕蛹氨基酸125、250、500 mg/kg灌胃剂量能明显提高营养不良大鼠脾脏及胸腺系数。尹武英等[34]证实，给免疫力低下小鼠灌胃不同剂量蚕蛹氨基酸，干预13 d后，小鼠脾脏和胸腺重量均极显著高于免疫功能低下的模型组。蚕蛹氨基酸2 000 mg /kg干预组小鼠与对照组比较，DTH和血清抗体滴度均有明显提高;蚕蛹氨基酸5 000 mg /kg干预组小鼠外周血单核吞噬细胞碳粒廓清的能力显著增强。湛孝东等[35-36]采用MTT法、Hochest 33258染色和流式细胞术等方法研究发现，蚕蛹氨基酸在体外呈剂量依赖性显著抑制人肝癌细胞SMMC-7721和Hep G2.2.15的生长，促进细胞凋亡。刘彧宏等[37]将蚕蛹氨基酸应用于微小残留白血病模型小鼠，发现蚕蛹氨基酸24 mg/d能够显著提高微小残留白血病模型小鼠的免疫功能，改善T细胞亚群紊乱，提高NK细胞活性，有效地延长微小残留白血病模型小鼠的生存期。

进一步将蚕蛹氨基酸应用于临床试验，研究结果显示，蚕蛹氨基酸可明显改善患者营养健康状况。黄自然等[15]将采用蚕蛹制备并纯化、调配后的氨基酸注射液用于78例内科严重感染、长期脱水、大面积烧伤、手术前后抢救及晚期癌症等患者，除极个别患者外，效果良好。魏克民等[38-40]将蚕蛹氨基酸制成胶囊应用于120位患者，明显改善患者因各种慢性消耗性疾病、肿瘤化疗、放疗后和大手术后所致的营养不良、贫血、低蛋白血症，总有效率达97.5%，且无任何毒副不良反应，服用安全。

4蚕蛹氨基酸的应用及展望

如今，蚕蛹氨基酸被应用于氨基酸营养素饮料、固体饮料、营养粉等多种普通食品;国家市场监督管理总局官网资料显示，目前已获批的以蚕蛹氨基酸为原料的保健食品共13种，其中单方保健食品6种，包含胶囊、片剂和口服液多种剂型。

蚕蛹氨基酸原料来源丰富，易于制备，营养价值高，市场前景良好，但蚕蛹氨基酸广泛应用仍面临一系列挑战，包括缺乏统一标准、生产过程中易产生环境污染、蚕蛹特殊气味不易去除等。未来，还需要在蚕蛹氨基酸的制备、加工工艺等方面进行优化，以便进一步拓展蚕蛹氨基酸应用范围。

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