《Food Research International》：Thermally induced protein modifications in mealworm: Gastrointestinal digestibility and derived bioactive peptides with antioxidants and ACE/DPP-IV inhibitory activities
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可持续昆虫蛋白作为传统蛋白替代品的潜力日益受到关注，但热加工对蛋白质结构-功能关系的影响仍缺乏系统性研究。本研究以黄粉虫蛹阶段蛋白质为对象，通过FTIR光谱、SDS-PAGE和尺寸排阻色谱技术，系统考察了50-170℃热处理对其二级结构及生物活性的影响。结果表明：90℃处理使β-折叠含量达59.22%，促进小分子活性肽（<500Da）生成，DPP-IV抑制活性最佳；170℃处理形成500-3000Da大分子聚集体，显著提升抗氧化和ACE抑制能力。这为温度精准调控昆虫蛋白功能特性提供了理论依据。
Phanthipha Laosam|Suchanya Sinsranoi|Yong Yue|Pichitpon Luasiri|Phornpilat Senanok|Sutisa Khempaka|Chatsirin Nakharuthai|Jariya Roddee|Sasikan Katemala|Saranya Suwanangul|Saruttiwong Boonkong|Rayudika Aprilia Patindra Purba|Chompoonuch Khongla|Papungkorn Sangsawad
泰国那空拉差西玛苏拉纳里科技大学（Suranaree University of Technology）研发机构，邮编30000
摘要
来自可食用昆虫的可持续蛋白质来源作为传统蛋白质的替代品正受到越来越多的关注，然而，人们对热处理对昆虫蛋白质结构-功能关系影响的全面理解仍然有限。本研究系统地分析了黄粉虫（Tenebrio molitor）在三个发育阶段（幼虫、蛹和成虫）的蛋白质特性，并利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、SDS-PAGE和尺寸排阻色谱技术，结合胃肠道消化模型，研究了在受控加热条件下（50°C、90°C、130°C、170°C，持续60分钟）蛹期蛋白质的热诱导构象变化。结果表明，蛹期蛋白质具有最高的蛋白质含量（54.38%）和独特的分子量分布（10–200 kDa）。FTIR分析显示，蛋白质结构发生了显著的热诱导转变：天然α-螺旋结构在90°C时转变为β-折叠聚集体（59.22%），而在170°C时转变为β-转角结构（12.25%）。这些构象变化直接影响了蛋白质的胃肠道消化率，中等温度（90°C）下蛋白质水解效果最佳（49.36%），同时促进了小分子活性肽的生成。温度对蛋白质的生物活性也有显著影响：90°C下保留了具有抗糖尿病作用的DPP-IV酶的抑制活性，并提高了消化率；而极端高温（170°C）则通过蛋白质聚集增强了抗氧化能力和ACE酶的抑制作用（具有降压效果）。分子量分析表明，90°C下主要产生小分子活性肽（<500 Da），而170°C下则产生较大分子量的聚合复合物。本研究证明，通过控制热处理可以实现精确的生物活性调控——中等温度（90°C）有利于优化抗糖尿病酶的抑制作用，而极端高温（170°C）则能最大化抗氧化效果，这标志着从传统加工方式向基于温度控制的蛋白质结构修饰以开发功能性成分的转变。
引言
全球对可持续蛋白质来源的需求加剧了人们对替代营养资源的探索，其中可食用昆虫被视为解决粮食安全问题的有希望的方案。特别是黄粉虫（Tenebrio molitor）因其高效的饲料转化率、最小的环境影响和高营养价值而受到广泛关注（Riaz等人，2023年）。这种昆虫在循环经济模式的食品生产中尤为重要，能够将农业副产品有效转化为高质量蛋白质，且所需资源极少（Oonincx和De Boer，2012年）。黄粉虫的营养成分非常丰富，含有高质量蛋白质（干重占比47–65%）、必需脂肪酸、维生素和矿物质，使其成为人类食品和动物饲料的潜在原料（Kou?imská和Adámková，2016年）。然而，关于黄粉虫在不同发育阶段蛋白质结构动态的全面研究仍然有限，这导致我们对其变态过程中蛋白质功能变化的理解存在较大空白。黄粉虫在幼虫、蛹和成虫阶段的营养和功能特性存在显著差异，反映了变态过程中的复杂生化变化（Jonas-Levi和Martinez，2017年）。热处理对于昆虫基成分的制备至关重要，它可以杀死微生物、减少过敏原并提高消化率（Broekman等人，2015年；Lee等人，2019年）。以往的研究使用多种条件研究了热处理对昆虫蛋白质的影响：煮沸（100°C）降低了黄粉虫的致敏性，但导致蛋白质大量聚集（Broekman等人，2015年）；而中等温度（60–80°C）提高了蟋蟀蛋白质的消化率，但未对其结构变化进行详细分析（Hall等人，2018年）。挤压处理（130–150°C）改变了昆虫蛋白质的功能，但未能与二级结构变化建立关联（Azzollini等人，2018年）。然而，关于温度依赖性的蛋白质构象变化及其对活性肽生成的直接影响的研究尚缺乏系统研究。温度显著影响蛋白质结构和活性肽的形成，但这种关系较为复杂，过高的温度可能导致蛋白质变性并产生抗营养化合物（David-Birman等人，2019年）。尽管蛋白质组学和结构分析技术取得了进展，但很少有研究利用光谱方法将昆虫蛋白质的二级结构与其生物活性联系起来（Kharbach等人，2023年）。特别是具有抗氧化、抑制血管紧张素转换酶（ACE）和二肽基肽酶IV（DPP-IV）活性的活性肽具有重要意义，这些肽能预防心血管疾病和癌症（Teixeira等人，2023年；Zhang等人，2025年；Zielińska等人，2018年）。虽然胃肠道消化模型有助于评估蛋白质的可利用性和活性肽的释放（Hall等人，2018年；Minekus等人，2014年），但关于在胃肠道消化过程中从热改性昆虫蛋白质中生成这些治疗性重要肽的全面研究仍不充分。鉴于市场对昆虫来源的功能性成分兴趣日益增加，本研究旨在填补三个关键知识空白：（1）利用FTIR光谱技术量化黄粉虫蛋白质的热诱导二级结构变化；（2）将这些结构变化与胃肠道消化率和活性肽的分子量分布联系起来；（3）建立温度依赖性的结构-功能关系，以生成抗氧化剂和ACE/DPP-IV抑制剂肽。本研究全面分析了黄粉虫在不同发育阶段的蛋白质结构、消化率和生物活性特性，重点研究了热处理对蛹期蛋白质的影响，揭示了蛋白质结构-功能关系背后的分子机制，为优化黄粉虫蛋白质加工以增强抗氧化和降压/抗糖尿病效果提供了依据。
样本制备与成分分析
本研究使用的黄粉虫来自泰国苏拉纳里科技大学的皇家蝴蝶中心（Royal Butterfly Center），涵盖了三个发育阶段：幼虫（成熟期80–85天）、蛹（刚化蛹）和成虫（羽化后10–15天）。收到样本后，立即将其储存在-80°C环境中直至分析。化学成分和营养含量分析遵循AOAC方法进行。
近似组成与营养特性
图1A展示了不同发育阶段的黄粉虫的形态特征（包括幼虫、蛹和成虫），所有阶段（除卵外）均进行了成分分析。化学成分分析显示，不同发育阶段的生物大分子含量存在显著差异，尤其是蛋白质、脂肪和几丁质含量变化明显（图1B）。蛹期的粗蛋白含量最高。结论
本研究通过系统识别温度依赖性的结构转变（从天然α-螺旋到聚集的β-折叠再到变性的β-转角），建立了黄粉虫蛋白质的全面结构-功能关系，并将其与不同的生物活性特征直接关联起来。研究证实了三种明显的热诱导分子转变：（1）热解作用，表现为蛋白质条带的逐渐降解和结构组分的分解；（2）……
作者贡献声明
Phanthipha Laosam：负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、验证、方法学设计、实验设计及数据管理。Suchanya Sinsranoi：负责初稿撰写、验证、实验设计、数据分析及结果验证。Yong Yue：负责结果验证及数据分析。Pichitpon Luasiri：负责结果验证及数据分析。Phornpilat Senanok：负责结果验证及数据分析。Sutisa Khempaka：负责监督工作、方法学设计及数据分析。Chatsirin Nakharuthai：负责方法学设计及数据分析。伦理批准
动物实验获得了苏拉纳里科技大学动物护理与使用委员会（IACUC-68-08/COA.SUT-IACUC-013/2025）的批准。资助
本研究得到了苏拉纳里科技大学（Suranaree University of Technology）的支持（Research Brotherhood奖学金，资助编号：BRO3–303–65-12-07）。利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。致谢
我们衷心感谢所有为该项目顺利完成做出贡献的人士。
