黄粉虫如何运用于食品加工中,食品加工技术论文

1文献综述  
 
1.1昆虫资源研究进展
目前，已经被发现并命名的昆虫超过100万种，据估计实际昆虫种类是已知种类的5~10倍[6]，是世界上种类最多、数量最大、分布最广的生物种群，生物总量超过其他所有动物的生物总量。昆虫具有食物转化率搞、繁殖速度快、蛋白质含量高(一般占干重的30%~72%)等特点[7]。随着现代食品营养与保健学、医药学、饲料学等知识对应用昆虫学研究的不断渗入，人们逐渐认识到昆虫的营养及药用价值之大，昆虫可以作为人类食品、动物营养饲料及医药的理想资源。  
据研究报道，地球上有3650余种昆虫可作为食用昆虫，主要包括鳞翅目1560种（以幼虫为主），直翅目730种（若虫、成虫），鞘翅目495种（幼虫、成虫），半翅目370种，双翅目230种，其它目昆虫304种[8]。我国已报道的食用昆虫有280余种及亚种，包括13目，71科[9]。随着科技的发展，食用昆虫的种类和数目将不断增加，昆虫资源应用于食品中的新产品也将不断被开发。表1-1中列出了数种常见食用昆虫的营养成分[7,10~40]。  
许多可食昆虫经过民间反复提炼，并由独特的烹调方法进行有益的组合，逐步形成了具有药膳功能的名菜。这种食用昆虫的传统一直延续至今，是我国传统食虫文化的第一特征。  
目前世界上最大的昆虫产业是蚕及蜜蜂产业。我国江浙一带有食用蚕蛹的习俗。可食用的蚕蛹有家蚕蛹、柞蚕蛹、蓖麻蚕蛹等。据研究，蚕幼虫和蛹均具有很高的营养价值，叶兴乾等[10]研究发现桑蚕幼虫的蛋白质含量极高，达75.2%，而且蛋白质的氨基酸组成全面，含有丰富的矿物质及微量元素。张燕等[11]测定了蚕蛹中的17种氨基酸，其中必需氨基酸与非必需氨基酸质量之比为0.73，接近于WHO/FAO提出的参考蛋白模式，而且蚕蛹中含有人体自身不能合成的、必须由外界摄取的蛋氨酸(Met)、赖氨酸(Lys)、亮氨酸(Leu)、异亮氨酸(Ile)、苏氨酸(Thr)及苯丙氨酸(Phe)。另外，蚕蛹内积累的大量养分对高血压、高血糖、冠心病、糖尿病有一定的辅助疗效[12]。人们把蚕蛹制成复合氨基酸、蚕蛹蛋白粉、蚕蛹虫草等，还可加工成菜肴、罐头食品、饮品、酱油等，不仅营养价值高还别具风味[13]。蚕丝可制成糖果、面条、果冻等功能食品增强肝功能、降低血脂、补充纤维素，非常适合老年人食用[14]。  
蜂的产物蜂蜜、蜂王浆、蜂胶均是集营养、保健与美容于一体的保健食品。蜂蜜和蜂王浆中不仅含有大量的类黄酮和维生素，还有丰富的铁、镁、锌等微量元素；蜂胶中含有70余种黄酮类化合物，多种氨基酸、脂类、醇类、酸类、酚类等多种化合物，还含有少量维生素及微量元素[15]，蜂胶既可以作为健康滋补食品，也可以作为一种抗氧化剂（多酚类化合物具有抑制和杀灭细菌的作用，经过降解其最终产物是天然防腐剂苯甲酸），用于食品的贮存与保鲜；蜂蛹是吸收蜂王浆、蜂蜜、花粉等发育而成，具有很高的营养保健价值[13,16]。  
蜂王幼虫蛋白质含量高达55.8%，高于牛乳和鸡蛋，是一种高蛋白低脂肪的高营养价值食品资源；氨基酸组成全面，其中8种必须氨基酸均衡性好，易于人体消化吸收；富含维生素，尤其是维生素B含量较高；含有丰富的矿物质及微量元素，钾、镁、钙、锌、铁等的含量较高，其中钙、锌有促进生长发育、安神健脑、抗癌及抗衰老作用[17~19]。凹纹胡蜂(VespaveutinaaurarisSmith)是西南地区民间较为喜食的一种常见食用蜂，其三种虫态即幼虫、蛹、成虫均可食用，人们尤其喜食其幼虫，但成虫营养价值最高。陈玉惠等[20]对凹纹胡蜂的三种虫态的营养成分进行了测定和比较，三种虫态的蛋白质含量均在48%以上，其中成虫达65%；粗脂肪及总糖含量相对较低；蛋白质的氨基酸组成较全面，幼虫含有16种氨基酸，成虫和蛹均含17种氨基酸，成虫的必须氨基酸占总氨基酸的42.5%。
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1.2黄粉虫的研究概况
1.2.1黄粉虫的基础研究
1.2.1.1黄粉虫的形态特征黄粉虫(TenebriomolitorLinneeus)，别名黄粉甲、大黄粉虫，俗称面包虫、高蛋白虫，世界性分布，原产于美洲，20世纪50年代由前苏联传入我国[41]，其近缘的常见种类是黑粉虫。昆虫分类学中属于节肢动物门(Arthropoda)、昆虫纲(Insecta)、鞘翅目(Coleoptera)、拟步甲科(Tenebrionidae)、粉虫属(Tenebrio)[42]。一年一般可发生1~2代，在适宜的条件下可发生2~4代，世代重叠，无越冬现象，属于完全变态昆虫，整个生长发育过程包括卵、幼虫、蛹、成虫4个阶段[7]。
黄粉虫卵长1~1.5mm，长圆形，乳白色，卵壳较脆软，容易破裂。幼虫呈长圆筒形，体色及体长随着龄期的增加而变化。各龄幼虫初蜕皮时为乳白色，之后渐变为黄白色、浅黄褐色。幼虫初孵化时仅2~3mm，老熟幼虫一般体长28~32mm，体径约为5~7mm，身体前后粗细基本一致，腹部末节长度小于宽度，体壁较硬、光滑有光泽，无大毛；头壳较硬，为深褐色，虫体为黄褐色，节间和腹面为黄白色；背面臀叉尖端向上翘，与虫体背面几乎成直角，各足转节腹面近端部有2根粗刺。黄粉虫蛹属于裸蛹，初蛹为乳白色，长约15~20mm，头大尾尖，呈扁锥形，体壁柔软、光滑无毛，渐变为淡黄色之后，体壁也变得较硬且具光泽。鞘翅芽伸达第三腹节，腹部向腹面弯曲明显。腹部背面各节背面两侧各有一较硬的侧刺突，腹部末端有一对较尖的弯刺，呈“八”字形。黄粉虫成虫体长约12~20mm，宽约6mm，体长而扁呈圆柱状，体色初羽化时为乳白色，后渐变为黄白色、黄褐色、黑褐色，黑赤褐色。前胸背板表面多密集黑斑点，无毛，有光泽，长度小于宽度，靠后缘中央的背面具“一”字形的横沟。咀嚼式口器，复眼红褐色，触角念珠状。鞘翅末端圆滑，上具明显的纵横刻点。足3对，前足基节窝后方为封闭式，附节为5-5-4式。成虫和幼虫均有自相伤残习性[41]。  
1.2.1.2黄粉虫的生态学特性
黄粉虫的生态学特性主要表现在各种生命活动的环境因素及其相互之间交互作用对黄粉虫的影响，环境因素主要包括光照、温度、湿度、饲料及自身的密度效应。黄粉虫幼虫喜暗，，对强光有负趋性，若长期连续处于强光或黑暗的环境时，其取食和代谢均受到抑制。相较于长期连续强光或黑暗的环境，黄粉虫在明暗交替的环境中的生长速度较快且发育历期较短[43]。黄粉虫成虫遇强光照射时会逃向黑暗处，而且在连续光照条件下，成虫的繁殖力会锐减[44]。  
Manojlovic[45]研究发现黄粉虫幼虫的适宜生长温度为23℃~27℃，吴书侠[38]认为黄粉虫的最佳生长温度为25℃。黄粉虫喜湿，其生长的最适空气相对湿度为60%～75%[45]。  
黄粉虫嗜食湿料，在饲喂过程中，适量添加水分或湿料可以促进虫的生长发育。添加菜叶、切碎的马铃薯、南瓜等湿料或直接喷水均可，且一般选择前者，因为饲喂湿料不仅能满足黄粉虫必需的水分和湿度，还可为黄粉虫生长提供丰富的维生素及微量元素，而直接喷水则会导致环境过湿而容易发生饲料霉烂及黄粉虫软腐病等病害，不利于黄粉虫的生长。吴书侠[38]研究发现饲料含水量为18%时最适宜黄粉虫的生长发育，但肖银波[46]认为饲料含水量以33.27%～39.71%为宜，因为在实际生产中需主要考虑幼虫的增重率。  
黄粉虫的生长发育、化蛹、产卵还受到饲养密度的影响。黄粉虫在3龄后，生长密度为5400头/m2时的发育历期短且增长速度最快[43]。研究表明饲养密度还影响成虫产卵量，随着虫数的增加，产卵量也相应增加，但单体产卵量呈下降趋势，最佳饲养密度为2万头/m2[38]。  
1.2.2黄粉虫开发利用价值
被誉为“蛋白质饲料宝库”的黄粉虫原是一种世界性的仓储害虫，近年来作为一种特殊的生物资源，是近年来国内外广大科研工作者的研究热点。人们主要对黄粉虫在饲料生产、食品、保健品研发等领域进行了深入的研究并取得了一系列重要的突破。随着科技的不断发展、特种养殖业的逐步兴起，黄粉虫作为一种具有饲用、食用及药用等多种利用价值的昆虫资源，具有广阔的开发与利用前景。
1.2.2.1饲用价值
近年来，随着特种经济动物养殖业的迅猛发展，蛋白质饲料的短缺已成为饲料工业发展的第一限制性因素。国内外学者研究都表明昆虫体内营养丰富、繁殖快、数量大，是最具开发潜力的动物性蛋白饲料资源。如黄粉虫、蝇蛆、蝽象、蝗虫、大麦虫、蚁、蛾等多种昆虫都可作为畜禽、鱼类等特种经济动物的饲料，因此有计划地开发昆虫蛋白资源是补充动物性蛋白饲料的有效途径之一[47~48]。  
黄粉虫作为珍禽及药用动物的饲料已有100多年的历史，现已广泛用于多种饲养业。黄粉虫作为饲料，其蛋白质含量高，氨基酸比例合理，其脂肪酸质量和微量元素含量均优于鱼粉。而且黄粉虫幼虫适宜活体直接饲喂，对动物生长的促进作用是其它饲料所不能比的。近年来，除将黄粉虫用作禽类饲料外，还替代鱼粉用作药用动物的高级饲料以及饲喂一些珍禽和观赏动物的优质饲料。
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2引言  

昆虫的食用历史久远，自人类出现以来，世界许多国家和地区就有食用昆虫的历史，并各具独特的食用种类、方法及习俗。早在3000多年前，我国就有食用昆虫的记载，《尔雅》、《礼记·内则》、《周礼·天官》中记载，秦以前帝王已食用蜩（蝉）、范（蜂）、蝝（蝗虫）等昆虫，将仙蝉和蚁子酱等昆虫制品一直是皇族及达官贵人专门享用的御用膳品。大洋洲土著人以昆虫作为日常生活中最主要的食物，非洲土著人将白蚁、蝗虫当作餐桌的美味佳肴，中美洲人常以“蛾子饼”作为主食，欧洲居民喜食蝗虫、金龟子、蚂蚁等昆虫。美国卡立顿自然博物馆曾举办的“百虫宴”上，美味佳肴品种繁多，包括甲虫色拉、油炸臭虫、蚜虫鱼子酱、蜻蜓浓汤和螳螂三明治等。墨西哥素有“食虫之乡”的美誉，食用的昆虫多达370余种，“红烩龙舌兰蚜虫”、“墨西哥鱼子酱”和“蚂蚁菜”是当地最为脍炙人口的3种佳肴。在巴黎的“昆虫餐厅”你可以吃到甲虫馅饼、清炖蛐蛐汤、蚂蚁狮子头、炸苍蝇、烤蟑螂、蒸蛆以及蝴蝶、蝉、蚕等100多种昆虫幼虫或蛹制成的菜肴。《中国昆虫学史》中报道了我国古代20多种食用昆虫，北方人喜食豆天蛾幼虫、蛹及蝉、蝗虫，京津人喜欢吃油炸蝗虫，江浙一带人爱吃蝉、蚕蛹，南方民间早有食白蚁、龙虱、蚂蚁、荔枝椿的习俗，台湾人爱吃“香酥蟋蟀”。  
近年来，令人闻之色变的禽流感、甲流等病毒一直在侵扰着人们的日常生活，而家禽家畜等动物是这些病毒的主要寄主，因此，人们对于这些动物物性蛋白质源的安全性都心存疑虑，对安全绿色天然的高蛋白食品的需求就越发迫切。黄粉虫作为一种常见的昆虫资源，尤其是黄粉虫蛹的营养价值很高，是一种优质的动物性蛋白质资源。但市场上的黄粉虫主要是被用做鱼类及其他经济动物的饲料，尚未应用于食品深加工。  
为了能更科学、更全面的开发利用黄粉虫，本研究在前人的研究基础之上，提取黄粉虫蛹蛋白匀浆，添加到原辅料中制作面包、果冻，测定黄粉虫添加前后两种食品的营养成分和感官品质的差异。并在面包中添加黄粉虫幼虫脂类提取物，研究其对面包的防腐作用。  
在大规模饲养黄粉虫的过程中，由于自然、人为等种种原因会致使黄粉虫大量死亡，以往的文献资料中大多以改善饲养环境来减少黄粉虫的死亡，较少深入研究其病害原因。本研究利用不同的专性培养基（主要是细菌培养基和真菌培养基）对死亡黄粉虫进行培养分离其致病菌，对其菌落形态、培养状况等进行分析，探寻黄粉虫病害的主要原因，以便综合防治黄粉虫病害。  
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3材料与方法..........................................13
3.1黄粉虫蛹蛋白的应用............................................13
3.1.1实验材料...................................13
3.1.2黄粉虫蛹蛋白浆的制作...................................13
3.1.3黄粉虫蛹蛋白面包的工艺配方研究............................................13
3.1.4黄粉虫蛹蛋白果冻的工艺配方研究...........................................14
3.2黄粉虫幼虫脂类物质的抗真菌活性测定及应用..........................15
3.2.1供试虫、真菌及培养....................................15
3.2.2脂类物质的提取.........................................15
3.2.3抑真菌活性测定..........................................15
3.2.4脂类物质对面包的防腐作用.....................................15
3.3黄粉虫病原物的初步探究.....................................16
3.3.1试虫........................................16
3.3.2致病菌粗品的分离...........................................16
3.3.3待测致病菌的培养.....................................16
3.3.4致病菌的侵染实验.......................................16
3.3.5验证试验......................................17
3.4数据处理...................................................17
4结果与分析.........................................18
4.1黄粉虫蛹蛋白的应用.........................................18
4.1.1黄粉虫蛹蛋白面包的工艺配方..................................18
4.1.2黄粉虫蛋白果冻的工艺配方........................................22
4.2黄粉虫幼虫脂类物质的抗真菌活性测定及应用..........................25
4.2.1脂类物质抗真菌活性测定.....................................25
4.2.2脂类物质对面包的防腐作用.................................25
4.3黄粉虫病原物的初步探究..................................26
4.3.1致病菌的形态特征.........................................26
4.3.2病原物的致病效果........................................26
4.3.3病原物感染验证.............................................27  

5讨论  

5.1黄粉虫蛋白的应用  
由于黄粉虫生长在幼虫期需要进食，体内含有粪便的内含异物，在制备蛋白浆是会产生异味让人感到不适，为了排除这种异味，很多学者进行了研究。陈彤等[98]在黄粉虫幼虫的饲料中添加新鲜的瓜果青菜，使虫体的水分会增高，易于部分内含物排出。再将幼虫浸泡于清水中，虫体组织膨胀后挤压消化道排出内含物，这样可去除异味，制备出的蛋白浆也不会产生异味。胡学荣等[72]将洗净的黄粉虫幼虫用90℃开水浸泡后磨浆，过滤后真空脱气、浓缩，也可以除去异味，得到具有虫香味的蛋白浆。  
近年来黄粉虫的养殖企业越来越多，但市场上的黄粉虫主要是被用做鱼类及其他经济动物的饲料，尚未应用于食品深加工。在现代快节奏生活中，面包已成为人们的早餐主食，然而市场上的面包品种单一且蛋白质含量不高，而黄粉虫蛹的天然优势可以弥补传统快餐食品中的不足。首先，黄粉虫蛹的高蛋白含量、全面的氨基酸组成及合理脂肪酸配比，可以有效地提高面包的营养价值，具有保健功能；其次，黄粉虫生活在蛹期无需进食，体内无粪便等异物，无明显异味；最后，黄粉虫蛹体内的脂类物质有抗菌防腐作用，能延长食品的保质期，减少防腐剂的使用，保证食品质量安全。杨琳[99]将鲜活的黄粉虫蛹用清水洗净，磨浆后过滤分离，冷冻干燥后粉碎成粉，最后灭菌得到黄粉虫营养蛋白成品。与现有动植物蛋白相比，该产品成本低、效果好，且蛋白质营养成分及生物活性物质稳定，其中还富含甲壳素成、多种氨基酸、维生素和多种矿物质元素，可直接食用或作为营养食品蛋白质原料。  

5.2果冻成型的影响因素  
凝胶强度是评价果冻感官品质的重要指标之一，优质的果冻要求入口即化，因此，凝胶强度不能过大，以免果冻嚼劲太大而不易吸食。虽然琼脂和明胶是果冻制作中必不可少的凝胶剂，但需注意添加量。因为琼脂添加量过大时，果冻的凝胶强度会太大而不能起到防噎作用且有琼脂臭味，而明胶过量则果冻团块粗糙且产生明显的明胶臭味。甘油对琼脂和明胶都有增速的作用，能改善琼脂配方的硬度及增强明胶配方的细腻感[91]。  
柠檬酸是酸度调节剂，用以维持或改变食品的酸碱度。它主要有用以控制食品所需的酸化剂、碱剂以及具有缓冲作用的盐类。酸化剂具有改善食品质量的许多功能特性，例如改变和维持食品的酸度并改善其风味；增进抗氧化作用，防止食品酸败；与重金属离子络合，可以阻止氧化或褐变反应、稳定颜色、降低浊度、增强胶凝特性等作用[100]。但是需要控制柠檬酸的添加量和添加温度，由于它会使糖胶pH值降低，易发生水解，果冻由稠变稀，影响果冻胶体的成型，若温度偏高，则果冻酸度会变大。  
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6结论  

本研究根据国内外现有研究，以黄粉虫幼虫和蛹作为研究对象，对其蛋白质在食品加工中的应用及脂类抗菌物质在食品防腐中的应用进行研究，以期为黄粉虫的综合开发与利用开辟一条新的途径。现将结论总结如下：  

6.1黄粉虫蛋白食品的配方研究  
本研究通过单因素多水平实验研究了黄粉虫蛹蛋白的添加对面包品质的影响，采用多因素多水平实验和响应面法研究了黄粉虫蛹蛋白浆与白砂糖、干酵母、鸡蛋和奶粉的含量对面包感官的影响，最终筛选出黄粉虫蛹蛋白面包的最佳配方，并对其进行了验证。实验结果表明：添加黄粉虫蛹蛋白浆可以提高面包蛋白质含量，改善传统面包的感官品质和营养价值，且最佳添加量为20%，黄粉虫蛹蛋白面包的最佳烘焙温度为180℃/210℃（面火/底火），烘焙时间25min。20%黄粉虫蛹蛋白浆、18%白砂糖、1%干酵母、10%鸡蛋、6%奶粉（以高筋粉重量为基准）为最佳配方，并得到了验证。而20%黄粉虫蛹蛋白浆、18%白砂糖、1%干酵母、8%鸡蛋和6%奶粉的配方既保证了面包质量，也可节约成本，在实际生产也具有较强的实用价值。另外，实验利用SAS9.1中ANOVA、BackwardElimilinationmodel和二次响应面分析程序处理数据，比常规机值分析更加可靠，不仅可以很方便的得到面包的最佳配方，还可反映各成分及其交互作用对面包感官品质的影响，可以据此合理选择面包制作原材料。  
应用正交试验优化黄粉虫蛋白果冻配方，得到的最佳工艺配方为：以水的重量为基准，8%黄粉虫蛹蛋白浆、5%明胶、8%白砂糖、1%琼脂及0.2%柠檬酸，制作出的果冻不仅具备市售果冻的外观及口感，还能增加其营养价值。  
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参考文献（略）