柞蚕综合利用研究进展

刘孝良 黄静雅 张 禹 吴 艳 朴美兰 任立松

(辽宁省蚕业科学研究所,辽宁凤城 118100)

柞蚕(Antheraeapernyi)是一种泌丝昆虫,属于鳞翅目大蚕蛾科。中国是柞蚕的发源地,2000多年来我国一直保持着世界柞蚕业第一大国的地位,柞蚕茧产量占世界的90%[1]。

柞蚕业在我国主要集中分布在辽宁、吉林、内蒙古、黑龙江、河南等省区,是山区农民增收致富的重要产业之一,在乡村振兴的时代背景下,发展柞蚕养殖对提高山区人民生活水平有着积极意义。

柞蚕产业是我国一项传统产业,随着科学技术的进步,柞蚕产业不仅限于传统的食用、纺织行业,更走向了医药保健、生物农药、新型材料等领域[2]。柞蚕的综合利用产品的开发极大地拓展了柞蚕的升值空间,提高了养蚕人的积极性。新技术的运用,给柞蚕的综合利用带来新的发展空间,柞蚕综合利用研究将迎来新机遇和挑战。本文总结了柞蚕不同时期的综合利用研发内容及科技成果转化现状,旨在明确柞蚕产业综合利用研究方向,促进柞蚕综合利用产业高质量发展,进一步促进柞蚕产业的健康可持续发展。

1 柞蚕卵的综合利用与开发

1.1 柞蚕卵的营养价值研究

柞蚕卵含有丰富的蛋白质、维生素等营养物质,以及硅、硫、钙等多种矿物质元素。柞蚕卵壳中以甘氨酸和丙氨酸为主,约占全部氨基酸组成的47%[3]。其含有的柞蚕卵特异蛋白是一种显著性蛋白,在促免疫实验中,中等剂量条件下能够明显促进小鼠的细胞免疫、体液免疫及非特异性免疫表达[4],其水的提取液对自由基(自由氧离子、DPPH、羟基自由基和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基)具有很好的清除能力[5]。柞蚕胚胎含有大量的游离氨基酸、卵磷酯,其中游离氨基酸是奶粉的10倍,卵磷酯含量高达189 mg/g[6]。现在医学研究表明,补充卵磷脂能降低冠心病的发病率,激活脑细胞活性,提高劳动效率,还可以预防老年痴呆症,卵磷脂是一种很有前途的保健物质。

1.2 柞蚕卵生物防治的研究

目前通过柞蚕卵繁殖赤眼蜂防治虫害技术已经很成熟,在我国应用范围达到800万公顷,防治效果达到70%～90%。不同的赤眼蜂繁育过程中蜂卵比率不同,松毛虫赤眼蜂繁育过程中,种蜂卡与卵卡按照1∶15～20 的比例最好[7]。黏虫赤眼蜂在柞蚕卵上繁育的最佳蜂卵比为30∶5[8]。黏虫赤眼蜂在柞蚕卵上前4代有着很好的适应性,繁育随着代数增长呈上升趋势[9]。通过柞蚕卵多代驯化繁育,使黏虫赤眼蜂适应性提高,基本实现黏虫赤眼蜂在柞蚕卵的正常繁育[8]。

2 柞蚕幼虫的综合利用与开发

柞蚕幼虫期是柞蚕营养物质积累的主要时期。柞蚕幼虫营养丰富,幼虫含有丰富的不饱和脂肪酸、优质蛋白质,其蛋白质含量占62.3%,其富含的α-亚麻酸占脂肪酸总量的45.3%,高于常见动物食物50倍以上[10]。朱兴友等[11]在柞蚕幼虫粉对小鼠的遗传毒性试验中,30天喂养试验结果均为阴性,证明柞蚕幼虫粉无毒,可以开发食品原料。柞蚕幼虫不但有丰富的营养价值,还有药用价值,幼虫体内含有的β-蜕皮激素具有促进肝脏蛋白合成,抑制血糖、血压的上升,降低体内胆固醇的积累等作用[12]。

3 柞蚕蛹的综合利用研究

3.1 柞蚕蛹的营养和活性成分

目前市场上主要的商品蛹可以分为黄蛹、黑蛹、二色蛹、神仙蛹。黑色蛹是柞蚕感自然温度形成的;黄蛹和二色蛹是蚕在做茧后蚕变蛹过程中持续加温到28 ℃形成的;神仙蛹是在蚕做茧后,外表皮刚形成蛹时候,人为通过低温或者水浸等方式终止其继续发育形成的,由于口感嫩,适口性良好,市场供不应求[13]。柞蚕蛹营养价值极高,民间有“七个蛹相当于一个鸡蛋”的说法。柞蚕蛹富含多种矿物质元素,主要有钾、镁、铜、锌、硒等,其中锌、硒的含量较高[14];柞蚕蛹中富含18种氨基酸,其中人体必须8种氨基酸含量超过大豆,其粗蛋白的含量达到45%～55.1%;柞蚕蛹中含有大量油脂,脂肪酸种类达到8种,其中不饱和脂肪酸占其油脂的75%以上,不饱和脂肪酸中α-亚麻酸占脂肪酸总量的34. 27%;单不饱和脂肪酸包括棕榈油酸、油酸等[15]。柞蚕蛹含多种维生素,如维生素A、维生素B1、维生素B2、维生素D、麦角甾醇及甲壳素多糖等营养物质以及多种活性成分包括雄性激素样物质、磷脂、溶菌酶、超氧化物歧化酶( SOD) 等[16]。柞蚕蛹已被国家卫生部列为新的绿色食品源[17]。

3.2 柞蚕蛹油的开发利用

柞蚕蛹油具有很高的药用价值。王茜等[18]认为柞蚕蛹油能够显著降低小鼠血清中的总胆固醇、甘油三脂、低密度脂蛋白含量,提高高密度脂蛋白含量,对血脂具有较好的调节作用。丁华等[19]试验结果也进一步验证了柞蚕蛹油具有调节血脂作用,证明柞蚕蛹油多烯脂肪酸具有抗脂质过氧化的作用,能够显著降低大鼠血清中的TC含量,提高HDLC/TC的比值,降低肝脏组织中的MDA含量,具有保护肝细胞作用。柞蚕蛹油含有大量的亚油酸和 α-亚麻酸,其中α-亚麻酸含量高达71%。α-亚麻酸能在体内合成EPA、DHA等代谢产物。EPA、DHA能增长智力、延缓衰老等功能。石威[20]等测定柞蚕蛹油中含有大量的维生素E,其中生理活性最高的α-生育酚的比率最高,达到66. 6%。维生素E能够提高抗氧化、润肤以及增强生殖功能作用。柞蚕蛹油含有大量PE和PC磷脂,PE又称之为脑黄金,可以预防动脉硬化,提高记忆力作用[21]。彭欣莉等[22]研究结果表明柞蚕蛹油能显著提高小鼠的跳台被动回避反应和避暗反应再现能力,证明了柞蚕蚕蛹油能够改善小鼠记忆。柞蚕蛹油具有很高的食用、保健价值。

3.3 柞蚕蛹蛋白的开发研究

柞蚕蛹蛋白质含量占总质量的15%～18%,并含有人体必须的8种氨基酸,其中含有球蛋白、清蛋白等优质蛋白,分子量范围在75～375 KDa,容易被人体消化和吸收[23]。张丽萍[24]通过测定受试者最大耗氧量值和最大耐氧量,证明了食用柞蚕蛹蛋白后能提高人体的运动耐力水平,说明了柞蚕蛹蛋白具有抗疲劳作用。辛知纯[25]测定柞蚕蛹蛋白抗氧化活性、体外消化活性、抑菌性、降血脂活性等生物活性,证实其是适合制作功能性食品的天然原料,并探索柞蚕蛹蛋白固体饮料产品的开发。

在柞蚕蛹蛋白的利用研究中,由于柞蚕蛹蛋白分子质量大,不易吸收,一般通过水解技术生产多肽等小分子氨基酸来提高其功效[26]。多肽在促进健康方面能表现出更多的活性功能,发挥信使作用[27]。柞蚕蛹水解氨基酸能显著降低人肝癌细胞株(Hep-G2)的活性[28],能提高机体免疫器官的功能[29]。柞蚕蛹多肽能促进小鼠T、B淋巴细胞增殖,提高免疫低下小鼠的免疫器官质量和外周血细胞数量的作用[30]。柞蚕蛹经过诱导可以产生大量的抗菌肽,柞蚕抗菌肽具有有良好的抗酸、抗热性,对大肠杆菌有较强的抑菌作用[31]。柞蚕抗菌肽对哺乳动物的毒性很低[32],还可以用于食品防腐和水果保鲜等[33]。

3.4 柞蚕蛹的其他利用研究

柞蚕蛹应用于生物防治领域,可以为周氏啮小蜂的繁殖提供寄主。该项技术已经在我国大面积推广应用,在控制美国白蛾方面,2～3次放蜂,周氏啮小蜂对美国白蛾的寄生率可达 70%～80%,可有效控制美国白蛾的发生[34]。柞蚕蛹为链孢变形孢虫提供寄主,每粒蛹可繁殖7. 9×109个孢子,可以显著减低棉铃虫的生存率,同时链孢变形孢虫可以通过母体经卵传染给后代,造成在棉铃虫种群中的流行和延续[35]。

4 柞蚕丝的利用研究

柞蚕丝由丝胶和丝素组成,是一种动物蛋白纤维,因其具有良好防潮、透气、保暖等优良性状,一般用于纺织行业。近几年随着技术的发展,柞蚕丝应用的领域不断扩大。在生物医疗新材料开发方面表现突出,利用柞蚕丝素蛋白含有RGD三肽序列,开发新型伤口敷料、组织工程支架材料、药物缓释微球材料前景广阔[36]。陈永峰[37]等利用柞蚕丝素蛋白和壳聚糖组成一种新的三维多孔支架材料,经过LSCM激光共聚焦扫描显微镜检测,该材料在生物医学领域有应用价值。王心如等[38]利用柞蚕丝素、桑蚕丝胶、明胶制备共混膜,并载入抗菌肽,获得的生物膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现很好的抑菌作用,在伤口敷料医疗方面有应用前景。柞蚕丝在医疗保健方面研究历史悠久。柞蚕丝蛋白中含有18 种氨基酸,其中人体所必需的8种氨基酸约7%。戴圻霏等[39]通过大鼠喂养和氮代谢实验,证明了柞蚕丝素蛋白具有很高营养价值和安全性。柞蚕丝蛋白经过酶解可以形成功能性更好的多肽。低剂量的蚕丝多肽可以显著降低小鼠血清中的尿素氮含量,提高小鼠对疲劳的耐受性[40]。柞蚕丝在日常用品的利用研究,主要在化妆品方面,现在已经证明柞蚕丝素粉具有极强的防紫外线辐射作用。在化妆品加入10%丝素粉能达到吸收紫外线,防雀斑、黑色素的目的[41]。

5 柞蚕蛾的开发利用研究

柞蚕蛾的药用价值在明朝李时珍的《本草纲目》就有记载,具有补肝、益肾功效[42]。目前研究结果表明,柞蚕蛾含有丰富的营养物质,雌蛾和雄蛾的粗蛋白分别占18.7%、14.65%,含有的18中氨基酸中,包括人体所需的8种必需氨基酸。柞蚕蛾含有多种不饱和脂肪酸,雌蛾和雄蛾的不饱和脂肪酸分别占总脂肪的79.5%、61.77%,含有大量人体必须的矿物质元素如锌、钾、钙、铜、钠、硒等[43]。柞蚕蛾体内含有大量的活性物质,如羽化激素、促前胸腺激素、雌乙酚、促黄体生长激素、促甲状腺激素、促卵泡成熟激素、孕酮等[44]。柞蚕雄蛾粉的安全试验证明柞蚕雄蛾粉对小鼠无急性毒性、无致突变性和无致畸性[45]。柞蚕蛾有很好的保健功能,研究发现柞蚕雄蛾具有降血糖[46]。王林美[47]在对柞蚕蛾粉抗疲劳试验中发现,中剂量(240 mg/kg·d)有明显缓解小鼠疲劳的作用。柞蚕雄蛾液对能够显著提高小鼠肝脏组织的抗氧化能力,预防保护乙醇诱导的小鼠肝脂肪病变以及肝纤维化[48-49]。柞蚕雌蛾保健食品能显著增加卵巢的重量,提高小鼠血清中孕酮和雌二醇的含量[50]。目前已经明确了柞蚕蛾具有极大的医用价值,现已经开发多款药准字药品例如“媚灵丸”“龙燕精”“蛾苓丸”等[51]。

6 问题与展望

我国柞蚕养殖有上千年的历史,传统的养殖模式一直延续至今。这种传统的养殖模式决定了柞蚕产业要发展需要大量的人力资源作为支撑,这和农村劳动力人口急剧下降存在巨大矛盾,劳动力成本的增加已经威胁到柞蚕行业发展,甚至生存问题。如何抵消劳动力成本的增加问题?一方面是提高行业生产方式的机械化、智能化,来降低人工成本;另一方面就是提高行业利润,来吸引更多的人力资源的加入。柞蚕综合开发工作应该起到行业龙头作用,通过研发有价值的商品来带动社会资源更多的回流到柞蚕行业中。

目前柞蚕综合利用研发工作基础薄弱,从发表论文来看,研究人员主要集中在辽宁省农业科学院、吉林省蚕业科学研究院、沈阳农业大学、吉林农业大学、广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所等科研事业单位,企业研究人员较少;研究项目的资金支持主要以国家投入为主,缺乏社会资本的关注。虽然柞蚕的综合利用已经宽泛地应用到生物防治、医疗保健、日化用品等方面,所开发的价值得到成倍的提升,但很多研究成果都停留在实验室阶段,形成商品化程度不高。柞蚕综合利用要拓展出去,首先得讲好柞蚕自己的故事,加强基础研究工作,通过试验数据来证明柞蚕自身价值;其次要加强产学研合作,促进科研成果转化,形成产业化市场产品,同时树立品牌战略,提升柞蚕深加工产品的社会认知度,促进柞蚕综合利用产业高质量发展。