柞蠶綜合利用研究進展

劉孝良 黃靜雅 張 禹 吳 艷 樸美蘭 任立松

(遼寧省蠶業科學研究所,遼寧鳳城 118100)

柞蠶(Antheraeapernyi)是一種泌絲昆蟲,屬于鱗翅目大蠶蛾科。中國是柞蠶的發源地,2000多年來我國一直保持著世界柞蠶業第一大國的地位,柞蠶繭產量占世界的90%[1]。

柞蠶業在我國主要集中分布在遼寧、吉林、內蒙古、黑龍江、河南等省區,是山區農民增收致富的重要產業之一,在鄉村振興的時代背景下,發展柞蠶養殖對提高山區人民生活水平有著積極意義。

柞蠶產業是我國一項傳統產業,隨著科學技術的進步,柞蠶產業不僅限于傳統的食用、紡織行業,更走向了醫藥保健、生物農藥、新型材料等領域[2]。柞蠶的綜合利用產品的開發極大地拓展了柞蠶的升值空間,提高了養蠶人的積極性。新技術的運用,給柞蠶的綜合利用帶來新的發展空間,柞蠶綜合利用研究將迎來新機遇和挑戰。本文總結了柞蠶不同時期的綜合利用研發內容及科技成果轉化現狀,旨在明確柞蠶產業綜合利用研究方向,促進柞蠶綜合利用產業高質量發展,進一步促進柞蠶產業的健康可持續發展。

1 柞蠶卵的綜合利用與開發

1.1 柞蠶卵的營養價值研究

柞蠶卵含有豐富的蛋白質、維生素等營養物質,以及硅、硫、鈣等多種礦物質元素。柞蠶卵殼中以甘氨酸和丙氨酸為主,約占全部氨基酸組成的47%[3]。其含有的柞蠶卵特異蛋白是一種顯著性蛋白,在促免疫實驗中,中等劑量條件下能夠明顯促進小鼠的細胞免疫、體液免疫及非特異性免疫表達[4],其水的提取液對自由基(自由氧離子、DPPH、羥基自由基和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基)具有很好的清除能力[5]。柞蠶胚胎含有大量的游離氨基酸、卵磷酯,其中游離氨基酸是奶粉的10倍,卵磷酯含量高達189 mg/g[6]?，F在醫學研究表明,補充卵磷脂能降低冠心病的發病率,激活腦細胞活性,提高勞動效率,還可以預防老年癡呆癥,卵磷脂是一種很有前途的保健物質。

1.2 柞蠶卵生物防治的研究

目前通過柞蠶卵繁殖赤眼蜂防治蟲害技術已經很成熟,在我國應用范圍達到800萬公頃,防治效果達到70%～90%。不同的赤眼蜂繁育過程中蜂卵比率不同,松毛蟲赤眼蜂繁育過程中,種蜂卡與卵卡按照1∶15～20 的比例最好[7]。黏蟲赤眼蜂在柞蠶卵上繁育的最佳蜂卵比為30∶5[8]。黏蟲赤眼蜂在柞蠶卵上前4代有著很好的適應性,繁育隨著代數增長呈上升趨勢[9]。通過柞蠶卵多代馴化繁育,使黏蟲赤眼蜂適應性提高,基本實現黏蟲赤眼蜂在柞蠶卵的正常繁育[8]。

2 柞蠶幼蟲的綜合利用與開發

柞蠶幼蟲期是柞蠶營養物質積累的主要時期。柞蠶幼蟲營養豐富,幼蟲含有豐富的不飽和脂肪酸、優質蛋白質,其蛋白質含量占62.3%,其富含的α-亞麻酸占脂肪酸總量的45.3%,高于常見動物食物50倍以上[10]。朱興友等[11]在柞蠶幼蟲粉對小鼠的遺傳毒性試驗中,30天喂養試驗結果均為陰性,證明柞蠶幼蟲粉無毒,可以開發食品原料。柞蠶幼蟲不但有豐富的營養價值,還有藥用價值,幼蟲體內含有的β-蛻皮激素具有促進肝臟蛋白合成,抑制血糖、血壓的上升,降低體內膽固醇的積累等作用[12]。

3 柞蠶蛹的綜合利用研究

3.1 柞蠶蛹的營養和活性成分

目前市場上主要的商品蛹可以分為黃蛹、黑蛹、二色蛹、神仙蛹。黑色蛹是柞蠶感自然溫度形成的;黃蛹和二色蛹是蠶在做繭后蠶變蛹過程中持續加溫到28 ℃形成的;神仙蛹是在蠶做繭后,外表皮剛形成蛹時候,人為通過低溫或者水浸等方式終止其繼續發育形成的,由于口感嫩,適口性良好,市場供不應求[13]。柞蠶蛹營養價值極高,民間有“七個蛹相當于一個雞蛋”的說法。柞蠶蛹富含多種礦物質元素,主要有鉀、鎂、銅、鋅、硒等,其中鋅、硒的含量較高[14];柞蠶蛹中富含18種氨基酸,其中人體必須8種氨基酸含量超過大豆,其粗蛋白的含量達到45%～55.1%;柞蠶蛹中含有大量油脂,脂肪酸種類達到8種,其中不飽和脂肪酸占其油脂的75%以上,不飽和脂肪酸中α-亞麻酸占脂肪酸總量的34. 27%;單不飽和脂肪酸包括棕櫚油酸、油酸等[15]。柞蠶蛹含多種維生素,如維生素A、維生素B1、維生素B2、維生素D、麥角甾醇及甲殼素多糖等營養物質以及多種活性成分包括雄性激素樣物質、磷脂、溶菌酶、超氧化物歧化酶( SOD) 等[16]。柞蠶蛹已被國家衛生部列為新的綠色食品源[17]。

3.2 柞蠶蛹油的開發利用

柞蠶蛹油具有很高的藥用價值。王茜等[18]認為柞蠶蛹油能夠顯著降低小鼠血清中的總膽固醇、甘油三脂、低密度脂蛋白含量,提高高密度脂蛋白含量,對血脂具有較好的調節作用。丁華等[19]試驗結果也進一步驗證了柞蠶蛹油具有調節血脂作用,證明柞蠶蛹油多烯脂肪酸具有抗脂質過氧化的作用,能夠顯著降低大鼠血清中的TC含量,提高HDLC/TC的比值,降低肝臟組織中的MDA含量,具有保護肝細胞作用。柞蠶蛹油含有大量的亞油酸和 α-亞麻酸,其中α-亞麻酸含量高達71%。α-亞麻酸能在體內合成EPA、DHA等代謝產物。EPA、DHA能增長智力、延緩衰老等功能。石威[20]等測定柞蠶蛹油中含有大量的維生素E,其中生理活性最高的α-生育酚的比率最高,達到66. 6%。維生素E能夠提高抗氧化、潤膚以及增強生殖功能作用。柞蠶蛹油含有大量PE和PC磷脂,PE又稱之為腦黃金,可以預防動脈硬化,提高記憶力作用[21]。彭欣莉等[22]研究結果表明柞蠶蛹油能顯著提高小鼠的跳臺被動回避反應和避暗反應再現能力,證明了柞蠶蠶蛹油能夠改善小鼠記憶。柞蠶蛹油具有很高的食用、保健價值。

3.3 柞蠶蛹蛋白的開發研究

柞蠶蛹蛋白質含量占總質量的15%～18%,并含有人體必須的8種氨基酸,其中含有球蛋白、清蛋白等優質蛋白,分子量范圍在75～375 KDa,容易被人體消化和吸收[23]。張麗萍[24]通過測定受試者最大耗氧量值和最大耐氧量,證明了食用柞蠶蛹蛋白后能提高人體的運動耐力水平,說明了柞蠶蛹蛋白具有抗疲勞作用。辛知純[25]測定柞蠶蛹蛋白抗氧化活性、體外消化活性、抑菌性、降血脂活性等生物活性,證實其是適合制作功能性食品的天然原料,并探索柞蠶蛹蛋白固體飲料產品的開發。

在柞蠶蛹蛋白的利用研究中,由于柞蠶蛹蛋白分子質量大,不易吸收,一般通過水解技術生產多肽等小分子氨基酸來提高其功效[26]。多肽在促進健康方面能表現出更多的活性功能,發揮信使作用[27]。柞蠶蛹水解氨基酸能顯著降低人肝癌細胞株(Hep-G2)的活性[28],能提高機體免疫器官的功能[29]。柞蠶蛹多肽能促進小鼠T、B淋巴細胞增殖,提高免疫低下小鼠的免疫器官質量和外周血細胞數量的作用[30]。柞蠶蛹經過誘導可以產生大量的抗菌肽,柞蠶抗菌肽具有有良好的抗酸、抗熱性,對大腸桿菌有較強的抑菌作用[31]。柞蠶抗菌肽對哺乳動物的毒性很低[32],還可以用于食品防腐和水果保鮮等[33]。

3.4 柞蠶蛹的其他利用研究

柞蠶蛹應用于生物防治領域,可以為周氏嚙小蜂的繁殖提供寄主。該項技術已經在我國大面積推廣應用,在控制美國白蛾方面,2～3次放蜂,周氏嚙小蜂對美國白蛾的寄生率可達 70%～80%,可有效控制美國白蛾的發生[34]。柞蠶蛹為鏈孢變形孢蟲提供寄主,每粒蛹可繁殖7. 9×109個孢子,可以顯著減低棉鈴蟲的生存率,同時鏈孢變形孢蟲可以通過母體經卵傳染給后代,造成在棉鈴蟲種群中的流行和延續[35]。

4 柞蠶絲的利用研究

柞蠶絲由絲膠和絲素組成,是一種動物蛋白纖維,因其具有良好防潮、透氣、保暖等優良性狀,一般用于紡織行業。近幾年隨著技術的發展,柞蠶絲應用的領域不斷擴大。在生物醫療新材料開發方面表現突出,利用柞蠶絲素蛋白含有RGD三肽序列,開發新型傷口敷料、組織工程支架材料、藥物緩釋微球材料前景廣闊[36]。陳永峰[37]等利用柞蠶絲素蛋白和殼聚糖組成一種新的三維多孔支架材料,經過LSCM激光共聚焦掃描顯微鏡檢測,該材料在生物醫學領域有應用價值。王心如等[38]利用柞蠶絲素、桑蠶絲膠、明膠制備共混膜,并載入抗菌肽,獲得的生物膜對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌表現很好的抑菌作用,在傷口敷料醫療方面有應用前景。柞蠶絲在醫療保健方面研究歷史悠久。柞蠶絲蛋白中含有18 種氨基酸,其中人體所必需的8種氨基酸約7%。戴圻霏等[39]通過大鼠喂養和氮代謝實驗,證明了柞蠶絲素蛋白具有很高營養價值和安全性。柞蠶絲蛋白經過酶解可以形成功能性更好的多肽。低劑量的蠶絲多肽可以顯著降低小鼠血清中的尿素氮含量,提高小鼠對疲勞的耐受性[40]。柞蠶絲在日常用品的利用研究,主要在化妝品方面,現在已經證明柞蠶絲素粉具有極強的防紫外線輻射作用。在化妝品加入10%絲素粉能達到吸收紫外線,防雀斑、黑色素的目的[41]。

5 柞蠶蛾的開發利用研究

柞蠶蛾的藥用價值在明朝李時珍的《本草綱目》就有記載,具有補肝、益腎功效[42]。目前研究結果表明,柞蠶蛾含有豐富的營養物質,雌蛾和雄蛾的粗蛋白分別占18.7%、14.65%,含有的18中氨基酸中,包括人體所需的8種必需氨基酸。柞蠶蛾含有多種不飽和脂肪酸,雌蛾和雄蛾的不飽和脂肪酸分別占總脂肪的79.5%、61.77%,含有大量人體必須的礦物質元素如鋅、鉀、鈣、銅、鈉、硒等[43]。柞蠶蛾體內含有大量的活性物質,如羽化激素、促前胸腺激素、雌乙酚、促黃體生長激素、促甲狀腺激素、促卵泡成熟激素、孕酮等[44]。柞蠶雄蛾粉的安全試驗證明柞蠶雄蛾粉對小鼠無急性毒性、無致突變性和無致畸性[45]。柞蠶蛾有很好的保健功能,研究發現柞蠶雄蛾具有降血糖[46]。王林美[47]在對柞蠶蛾粉抗疲勞試驗中發現,中劑量(240 mg/kg·d)有明顯緩解小鼠疲勞的作用。柞蠶雄蛾液對能夠顯著提高小鼠肝臟組織的抗氧化能力,預防保護乙醇誘導的小鼠肝脂肪病變以及肝纖維化[48-49]。柞蠶雌蛾保健食品能顯著增加卵巢的重量,提高小鼠血清中孕酮和雌二醇的含量[50]。目前已經明確了柞蠶蛾具有極大的醫用價值,現已經開發多款藥準字藥品例如“媚靈丸”“龍燕精”“蛾苓丸”等[51]。

6 問題與展望

我國柞蠶養殖有上千年的歷史,傳統的養殖模式一直延續至今。這種傳統的養殖模式決定了柞蠶產業要發展需要大量的人力資源作為支撐,這和農村勞動力人口急劇下降存在巨大矛盾,勞動力成本的增加已經威脅到柞蠶行業發展,甚至生存問題。如何抵消勞動力成本的增加問題?一方面是提高行業生產方式的機械化、智能化,來降低人工成本;另一方面就是提高行業利潤,來吸引更多的人力資源的加入。柞蠶綜合開發工作應該起到行業龍頭作用,通過研發有價值的商品來帶動社會資源更多的回流到柞蠶行業中。

目前柞蠶綜合利用研發工作基礎薄弱,從發表論文來看,研究人員主要集中在遼寧省農業科學院、吉林省蠶業科學研究院、沈陽農業大學、吉林農業大學、廣東省農業科學院蠶業與農產品加工研究所等科研事業單位,企業研究人員較少;研究項目的資金支持主要以國家投入為主,缺乏社會資本的關注。雖然柞蠶的綜合利用已經寬泛地應用到生物防治、醫療保健、日化用品等方面,所開發的價值得到成倍的提升,但很多研究成果都停留在實驗室階段,形成商品化程度不高。柞蠶綜合利用要拓展出去,首先得講好柞蠶自己的故事,加強基礎研究工作,通過試驗數據來證明柞蠶自身價值;其次要加強產學研合作,促進科研成果轉化,形成產業化市場產品,同時樹立品牌戰略,提升柞蠶深加工產品的社會認知度,促進柞蠶綜合利用產業高質量發展。