从黑兵蝇（Hermetia illucens）和黄粉虫（Tenebrio molitor）幼虫中提取并加工面粉和油脂以供人类食用

《Applied Food Research》：Obtaining and Characterization of Flour and Oil from Black Soldier Fly ( Hermetia illucens) and Yellow Mealworm ( Tenebrio molitor) Larvae for Human Consumption.

本研究利用加压n-丙烷提取技术制备并分析了黑水虻和金龟子幼虫的面粉及油脂特性。结果表明，金龟子面粉粗蛋白达41.3%，而黑水虻面粉矿物质含量较高。油脂方面，黑水虻油含49.62%月桂酸，氧化稳定性更好；金龟子油富含油酸（47.41%）和亚油酸（18.8%），具有更佳的心血管健康特性。挥发性成分分析显示金龟子油含1220μg/kg 1-辛醇等复杂气味物质，黑水虻油则含有450μg/kg十二烷酸等特征成分，两者均低含吡嗪类物质（3-4μg/kg），表明提取条件温和。这些发现为昆虫蛋白和油脂在功能性食品、化妆品等领域的应用提供了理论依据。

　　本研究旨在探讨从黑水虻（*Hermetia illucens*）和面包虫（*Tenebrio molitor*）幼虫中提取的面粉和油脂在食品应用中的特性和潜力。研究通过分析两种面粉的糖含量、近似成分以及氨基酸组成，同时对油脂进行氧化稳定性、脂肪酸和挥发性化合物的分析，揭示了这些昆虫来源产品在营养和功能方面的显著差异。研究结果表明，这些昆虫不仅是高蛋白来源，还具备良好的油脂特性，能够满足不同食品配方的需求，同时为可持续发展提供新的可能性。

### 1. 引言

近年来，随着全球人口的增长，对动物蛋白的需求预计将在2050年增加68%，这将对传统农业资源带来巨大压力。食品工业开始寻求替代方案，以应对可持续性、健康和食品安全方面的挑战。昆虫作为替代蛋白来源展现出巨大潜力，它们能够高效地将低价值原料转化为人类和动物的营养食品。联合国粮农组织（FAO）已认可昆虫作为可持续蛋白生产的营养来源，相较于传统畜牧业，昆虫养殖具有更低的温室气体排放和更少的水资源消耗。黑水虻和面包虫因其强大的适应能力和高效的饲料转化率，被认为是昆虫养殖中最具前景的物种之一。

昆虫来源的面粉在工业应用中表现出高度的灵活性，具有良好的技术特性、微生物稳定性以及丰富的营养价值。对这些面粉的近似成分、氨基酸和糖含量的分析，是其在食品、营养补充剂和动物饲料配方中应用的基础。同时，昆虫油脂的脂质组成，包括饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸，也决定了其在食品和化妆品等领域的应用价值。此外，这些油脂还具有抗菌、抗氧化和降胆固醇等生物活性特性，使其不仅适用于动物饲料，也适用于加工食品、化妆品和营养产品。

然而，昆虫油脂的质量和适用性不仅取决于其脂质组成，还受到挥发性化合物组成的影响。挥发性化合物主要来源于氧化或热处理过程，它们直接影响油脂的感官特性、稳定性及产品的可接受性。特定的挥发性化合物，如醛类、酮类、醇类和吡嗪类，可以指示原料来源、加工方式以及油脂的氧化程度。因此，优化提取工艺对于提升昆虫油脂的品质和应用潜力至关重要。

传统提取昆虫油脂的方法通常包括机械压榨和有机溶剂提取，其中正己烷因其高脂溶性而被广泛使用。然而，这种方法存在食品安全和环境可持续性方面的局限，因为正己烷具有毒性、易燃性，且需要严格的步骤去除残留。此外，高温处理可能会导致热敏性生物活性化合物的降解，如生育酚、甾醇和酚类化合物。因此，研究者开始探索更高效、更环保的提取技术，如加压正丙烷提取。该方法不仅具有良好的脂质选择性，还能够回收溶剂，减少环境影响，同时保留敏感化合物，提高提取效率。

### 2. 材料与方法

#### 2.1 面粉制备

面包虫幼虫在实验室条件下饲养，以市售玉米麸为主要饲料，直到达到幼虫阶段。为了获得新孵化的幼虫并开始培养，将250克性成熟的甲虫放入60×40厘米的产卵盒中，并加入小麦麸。为了获取足够的卵和后续的新孵化幼虫，使用了六个产卵盒，保持在黑暗、27°C和60%相对湿度的环境中。新孵化的幼虫在产卵结束后继续生长两周，以便观察其发育过程。

黑水虻幼虫则从巴西的Biofabrica Brasileira de Proteinas Ltda公司购得，这些幼虫在20周内以25%的小麦麸和75%的玉米麸喂养，随后通过冻干处理（-96°C，真空66.7 mbar）进行脱水。脱水后的幼虫使用刀片磨机研磨成幼虫面粉，其平均粒径约为0.2毫米，通过70目泰勒筛进行标准化。

#### 2.2 面粉特性分析

##### 2.2.1 近似成分分析

水分、蛋白质和灰分含量按照AOAC方法（2019）进行测定，脂肪含量则采用Bligh和Dyer（1959）的方法。结果表明，黑水虻面粉具有较高的水分含量（12.2%），而面包虫面粉水分较低（8.1%）。灰分含量在黑水虻面粉中较高（4.0%），这可能与其外骨骼中的几丁质及其他结构多糖有关。面包虫面粉则表现出较高的脂质含量（50.1%），这使其在能量和功能性方面更具优势。

##### 2.2.2 糖类分析

糖类分析首先通过酒精提取法进行，该方法来源于Bainy等人（2008）的改良版本。样品与70%乙醇按10:1的比例混合，并在90°C下搅拌2小时。随后通过离心（9000转/分钟，20分钟，20°C）收集上清液，用旋转蒸发仪进行干燥。通过Miller（1959）的方法，利用硝基苯二酚试剂和葡萄糖标准曲线进行还原糖分析。总糖含量则通过2M HCl在100°C下水解10分钟，随后用2M NaOH中和，并测定还原糖含量。非还原糖含量则通过总糖含量减去还原糖含量进行计算。

##### 2.2.3 糖类色谱分析

糖类的色谱分析使用高效液相色谱（HPLC）系统，配备折射率检测器。样品在35°C下通过Bio-Rad Aminex HPX-87H色谱柱进行分离，使用H?SO?溶液（pH 2.6）作为流动相，流速为0.6 mL/min。结果显示，面包虫面粉含有较高比例的还原糖和总糖，这可能与其代谢方式有关。黑水虻面粉则含有较多的结构糖，如纤维二糖和木糖，这可能与其外骨骼中的结构多糖有关。

##### 2.2.4 面粉氨基酸分析

氨基酸分析采用Aristoy和Toldrá（1991）的方法，将5克样品与25毫升0.1mol/L盐酸溶液混合，并在4分钟内均质化。随后通过离心（10000转/分钟，50分钟，25°C）收集上清液，并通过滤纸过滤。使用Agilent气相色谱仪进行定量分析，通过标准曲线进行比对，计算出样品中各氨基酸的含量。结果显示，黑水虻面粉含有较高比例的必需氨基酸，如亮氨酸、缬氨酸和赖氨酸，而面包虫面粉则富含组氨酸和脯氨酸。

#### 2.3 使用加压正丙烷提取昆虫油

油的提取在实验规模下进行，使用纯度为99.5%的正丙烷作为溶剂。通过注射泵将正丙烷加压至所需压力，并通过微米阀控制溶剂的流速为30 mL/min。提取容器保持在40°C的恒温浴中，压力分别为40或60 bar。提取时间为60分钟，所得油脂通过琥珀色玻璃瓶在常温下收集。提取过程中，采用加压技术有助于减少油脂氧化，同时提高提取效率。

#### 2.4 油脂特性分析

##### 2.4.1 脂质氧化分析

通过TBARS测试法评估油脂的氧化程度，使用丁基羟基甲苯（BHT）作为抗氧化剂，三氯乙酸（TCA）作为反应试剂，硫代巴比妥酸（TBA）用于测定丙二醛（MDA）含量。结果显示，黑水虻油的MDA含量为0.10 mg/kg，而面包虫油为0.20 mg/kg，表明面包虫油具有更高的氧化倾向。这一现象可能与其较高的不饱和脂肪酸含量有关。

##### 2.4.2 脂肪酸组成分析

脂肪酸组成分析采用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS），使用聚乙二醇毛细管柱进行分离，氦气作为载气。通过比较质谱图与NIST数据库，确定脂肪酸种类，并使用甲基三十三烷作为内标物进行定量。结果显示，黑水虻油富含月桂酸（49.62%），而面包虫油则以油酸（47.41%）和亚油酸（18.8%）为主。脂肪酸的组成不仅反映了物种间的差异，还受到饲料类型和发育阶段的影响。

##### 2.4.3 挥发性化合物分析

挥发性化合物分析采用固相微萃取（SPME）技术，使用DVB/Car/PDMS纤维进行提取。样品在35°C下热平衡15分钟，随后在60°C下暴露于头空间45分钟。通过GC-MS分析挥发性化合物，结果表明面包虫油含有更多的感官正面挥发性化合物，如内酯和醇类，而黑水虻油则表现出更高的氧化稳定性。这些挥发性化合物的组成可以反映油脂的原料来源、加工方式以及氧化程度。

#### 2.5 统计分析

所有分析均在三重复中进行，结果以均值和标准差表示。通过方差分析（ANOVA）比较不同样品之间的均值差异，并采用Tukey检验进行显著性分析。分析使用Statistica软件，版本8.0。

### 3. 结果与讨论

#### 3.1 昆虫面粉的近似成分分析

黑水虻和面包虫面粉的近似成分分析揭示了它们在营养上的显著差异。黑水虻面粉含有较高的水分（12.2%）和灰分（4.0%），这可能与其外骨骼的结构有关。面包虫面粉则表现出更高的脂质含量（50.1%），这使其在能量和功能性方面更具优势。尽管两者都含有较高的粗蛋白（40.2%和41.3%），但面包虫面粉的蛋白质含量略高，且其脂肪酸组成更有利于心血管健康。

#### 3.2 面粉中的还原、总和非还原糖分析

面包虫面粉的还原糖和总糖含量显著高于黑水虻面粉，这可能与其代谢方式有关。还原糖的高含量表明其更容易被利用，适合用于发酵产品。黑水虻面粉的非还原糖含量也较高，这可能与其结构糖的组成有关。这些差异表明，面包虫面粉更适合用于需要快速能量吸收的应用，而黑水虻面粉则更适合用于慢释放能量或功能性配方。

#### 3.3 面粉的糖类色谱分析

糖类色谱分析显示，黑水虻面粉含有较多的纤维二糖和木糖，而面包虫面粉则富含葡萄糖。这种差异可能与物种的代谢方式有关，也表明不同种类的昆虫在糖类组成上具有独特的特性。黑水虻面粉的糖类组成可能更有利于肠道健康，而面包虫面粉的高糖含量可能更适用于发酵和能量密集型产品。

#### 3.4 面粉的氨基酸分析

氨基酸分析结果显示，黑水虻面粉含有较高的必需氨基酸，如亮氨酸、缬氨酸和赖氨酸，这使其在蛋白质合成和肌肉代谢方面具有优势。面包虫面粉则富含组氨酸和脯氨酸，这可能与其外骨骼结构有关。组氨酸是生长和特定生理过程中的关键营养素，而脯氨酸则与胶原蛋白形成有关。这些发现表明，两种昆虫的面粉在营养和功能方面各有特色，能够满足不同的食品需求。

#### 3.5 油脂的特性分析

##### 3.5.1 脂质氧化分析

油脂的氧化稳定性通过丙二醛（MDA）含量进行评估，结果显示黑水虻油具有较高的抗氧化性。面包虫油则表现出更高的氧化倾向，这与其较高的不饱和脂肪酸含量有关。这种差异表明，不同提取方法对油脂的氧化稳定性有显著影响，从而影响其在食品和化妆品中的应用潜力。

##### 3.5.2 脂肪酸组成分析

脂肪酸组成分析表明，黑水虻油富含月桂酸，而面包虫油则以油酸和亚油酸为主。月桂酸具有抗菌、抗炎等特性，而油酸和亚油酸则具有心血管保护功能。这些脂肪酸的组成不仅反映了物种的代谢特点，还影响了其在不同食品中的应用潜力。

##### 3.5.3 挥发性化合物分析

挥发性化合物分析显示，面包虫油具有更复杂的感官特性，含有较多的感官正面化合物，如内酯和醇类。黑水虻油则表现出较高的氧化稳定性，这使其在需要长期储存或高温加工的应用中更具优势。这些挥发性化合物的组成可以反映油脂的原料来源、加工方式以及氧化程度，从而影响其在食品中的应用潜力。

### 4. 结论

本研究的结果表明，黑水虻和面包虫幼虫是优质的蛋白质和脂质来源，具有不同的营养和功能特性。黑水虻面粉富含必需氨基酸，且具有较高的氧化稳定性，适合用于需要抗菌活性、矿物质强化和长期储存的应用。面包虫面粉则含有较高的糖类和特定的氨基酸，适合用于发酵产品和能量密集型食品。通过分析两种面粉和油脂的组成，研究者发现它们在不同应用领域具有互补性，能够满足多样化的食品需求。加压正丙烷提取方法不仅提高了油脂的提取效率，还减少了环境影响，为昆虫来源产品的可持续发展提供了技术支持。这些发现为昆虫在食品工业中的应用提供了重要的科学依据，同时也为未来的研究方向提供了参考。