黄粉虫不同虫龄油脂的提取及抗氧化性能研究

Study on Extraction and Antioxidant Properties of Oil from Different Instars of Tenebrio molitor

摘要: 目的：为了探索黄粉虫虫龄与黄粉虫含油率的关系，以黄粉虫为研究对象，饲喂不同虫龄的黄粉虫并对其油脂提取率进行研究，并对提取到虫油进行抗氧化性能和虫油手工皂制作及性能测试。方法：饲养30，40，50，60，70和80龄六种虫龄的黄粉虫，冻死干燥后以石油醚为溶剂进行超声波辅助提取黄粉虫油，而后分别将提取到六种虫龄的虫油进行抗氧化性能测试，还进行了虫油手工皂制作及测试性能评分。结果：黄粉虫在虫龄为80龄时提油率最高为31.96%，且虫龄与提油率之间成正相关关系，黄粉虫油的羟基自由基清除率IC₅₀为3.11 mg/mL,黄粉虫油的DPPH清除率IC₅₀为3.12 mg/mL，黄粉虫油的ABTS+清除率IC₅₀为3.48 mg/mL。各虫龄虫油手工皂的性能评分表现良好。

Abstract: Objective: In order to explore the relationship between the instars of Tenebrio molitor and the oil content of Tenebrio molitor, Tenebrio molitor was used as the research object. Tenebrio molitor of different instars were fed and the oil extraction rate was studied. The antioxidant properties of the extracted oil and the hand soap production and performance test of the oil were carried out. Method: The 30, 40, 50, 60, 70 and 80 instars larvae of Tenebrio molitor were fed. After being freeze to death, the oil of Tenebrio molitor was extracted by ultrasonic-assisted with petroleum ether as solvent. The antioxidant properties of the oil extracted from six instars larvae of Tenebrio molitor were tested, and the manual soap-making and test performance scores of the oil were also carried out. Result: The highest oil extraction rate of Tenebrio molitor was 31.96% when the instar was 80, and there was a positive correlation between the instars and the oil extraction rate. The IC₅₀ of hydroxyl radical scavenging rate of Tenebrio molitor oil was 3.11 mg/mL, the IC₅₀ of DPPH scavenging rate of Tenebrio molitor oil was 3.12 mg/mL, and the IC₅₀ of ABTS + scavenging rate of Tenebrio molitor oil was 3.48 mg/mL. The performance scores of handmade soaps of Tenebrio molitor instar oil were good.

1. 引言

黄粉虫(Tenebrio molitor L)别名黄粉甲，俗称面包虫，其主要成分有蛋白质、脂肪、壳聚糖、维生素等 [1] ，是一种珍贵的资源昆虫。随着研究深入，黄粉虫的营养价值、经济价值以及资源价值等各方面都已被人们所逐渐认识，对其的深加工范围也是越来越广泛。例如：食品添加剂系列 [2] [3] (如黄粉虫饼干、面包、酱油和补酒等)，宠物饲料系列 [4] (虫沙)，药用保健系列 [5] [6] (如几丁质和氨基酸等)。黄粉虫在养殖过程中产生的虫粪 [7] [8] [9] 也可用作有机肥料、食用菌栽培基质、化工原料和养殖材料等。

蛋白质是动物饲粮的第二大成分，然而我国饲料蛋白质原料资源短缺，严重制约了畜牧业的健康可持续发展 [10] 。黄粉虫作为当前备受关注的昆虫之一，不仅饲养空间小、饲料转化率高、世代周期短、生物量大 [11] 还富含优良蛋白质。研究发现其鲜虫蛋白质含量为16.8%，干粉蛋白质含量48%~54%，蛋白质中含有人体必需的8种氨基酸之外还有4种氨基酸超过了FAO/WHO推荐模式值 [12] 。除此之外，黄粉虫干物质中粗蛋白还能提取具有抗肿瘤、抑菌、抗氧化、免疫调节等功能的生物活性物质 [13] ，具有成为新型蛋白质饲料资源的潜力。

现阶段开发昆虫蛋白作为未来的优良蛋白质替代品已成为热点。黄粉虫脱脂蛋白粉的蛋白质含量高达70%，脂肪含量很低。它主要作为优质蛋白质的来源添加到动物饲料中 [14] ，约3%脱脂蛋白粉用于普通水产品中会比10%鱼粉更有效，若作为食品乳液也能较大提高营养成分 [15] 。根据调查，现已开发出黄粉虫蛋白粉、蛋白饼干 [16] 、黄粉虫蛋白饮料、蛋白棒 [17] [18] 等产品，关于黄粉虫脱脂蛋白的专利申请目前也是热点 [19] [20] 。

现阶段对黄粉虫的研究大部分集中在对黄粉虫蛋白方面。但黄粉虫同样也富含油脂，尤其含有丰富的不饱和脂肪酸，其中亚油酸的含量高达24.1% [21] 。从油脂的生产来看，以产植物油脂较高的油菜籽为例，若以同样面积种植油菜花和饲养黄粉虫，黄粉虫所产动物油脂是种植油菜油脂产量的46~70倍 [22] 。当前在进行黄粉虫蛋白粉的生产时，往往要进行脱脂，脱脂下来的油脂多为废弃物丢弃，或者用于生物柴油等 [23] [24] 方面应用，更深入的研究文献报道甚少。

如上所述，目前对黄粉虫油脂的深加工的研究较少，故本实验主要基于黄粉虫富含优质油脂的优点围绕脱脂蛋白后多余油脂的深层开发。研究关注于将不同虫龄的黄粉虫进行超声波 [25] 辅助提取黄粉虫油脂并比对虫龄与油脂提取得率的相关性。并探索不同虫龄虫油的抗氧化性能，再进一步进行深加工应用制作虫油手工皂 [26] ，对黄粉虫的这一食品原料的高附加值开发提供一个更加绿色广阔的思路。

2. 材料与方法

2.1. 供试虫源与材料

试验所用的黄粉虫幼虫均购买于山东滨州黄粉虫专业养殖厂，采用长宽高为5 cm × 8 cm × 6 cm的塑料盒为饲养容器，试虫在26℃环境下饲养。饲养黄粉虫用的麦麸，南瓜，胡萝卜为市购；所用的椰子油、棕榈油、猪油与手工皂模板均购于网上店铺。

2.2. 试剂与仪器

试剂：95%乙醇、水杨酸、天津永大化学试剂有限公司，石油醚(60℃~90℃)江苏强盛功能化学股份有限公司，氢氧化钠 杭州萧山化学试剂厂，硫酸亚铁衢州巨化试剂有限公司，H₂O₂国药集团化学试剂有限公司，DPPH、ABTS⁺和过硫酸钾上海阿拉丁生化科技股份有限公司，水为GB/T 6682规定的三级水。

仪器：BJ-8001不锈钢粉碎机拜杰有限公司、电热恒温鼓风干燥箱DHG-9140A宁国沙鹰科学仪器有限公司、FA2004电子天平上海恒平、旋转蒸发仪RV10 digitalV德国IKA公司、ZNCL-GS智能磁力搅拌器巩义市予华仪器有限责任公司、752N紫外可见分光光度计上海佑科仪器有限公司、KQ-5200型超声波清洗器昆山市超声仪器有限公司、SCIENTZ-18N冷冻干燥机宁波新芝仪器有限公司。

2.3. 实验方法

2.3.1 材料处理

人工挑选个体发育健康、活力强的黄粉虫放入长宽高为5 cm × 8 cm × 6 cm的饲养容器，在室内饲养箱中进行饲养，并及时更换食物，清理蜕皮及虫粪。将满30、40、50、60、70、80虫龄的黄粉虫移出，24 h不予喂食，饥饿处理后再次使用筛网分离虫粪 [27] 并放入冰箱冷冻待处理。而后将不同虫龄冻干的黄粉虫放入55℃烘箱中烘干，直至质量恒定，而后用粉碎机粉碎并将虫粉用40目筛过筛，备用。

2.3.2. 油脂提取的测定

称重1000 mL 29#圆底烧瓶的空瓶重量记为W1，称取黄粉虫虫粉质量适量记为m，虫粉装入500 mL烧杯后，按比例倒入石油醚，放超声波清洗器上进行超声提取。据前期单因素实验法得出由超声波辅助提取黄粉虫油脂得出最佳条件 [25] ：以石油醚(60℃~90℃)为提取剂，提取温度为40℃、液料比12:1、提取时间31 min、超声波功率100%。分别按照上述最佳提优工艺进行提油，结束后将油脂与石油醚混合物过滤至圆底烧瓶内，用旋转蒸发仪减压浓缩蒸发至石油醚完全蒸出，测量圆底烧瓶含浓缩液总重量记为W2。将黄粉虫油脂重量记为M。则M = W2 − W1。油脂含量(%) = M/m*100%。做三组平行实验并取平均值。

2.3.3. 抗氧化指标测定

抗氧化指标的测定包括油脂的羟基自由基清除率、DPPH清除率和ABTS⁺清除率。

前处理：取各个虫龄黄粉虫油脂适量并利用无水乙醇配置到适合的浓度范围。

羟基自由基清除率的测定 [28] ：在反应体系中依次加入9 × 10⁻³ mol/L的FeS0₄溶液1.0 mL，9 × 10⁻³ mol/L的水杨酸-乙醇溶液1.0 mL，以及1.0 mL黄粉虫油，最后加入6 × 10⁻³ mL/L的H₂O₂ 1.0 mL，启动反应，在37℃水浴环境中反应0.5 h。最后在510 nm波长下测定样品的吸光度。空白组以相同体积蒸馏水代替样品溶液。

DPPH清除率测定 [29] ：取2 mL 0.02 mg·mL⁻¹DPPH-无水乙醇溶液与2 mL黄粉虫油溶液置于试管中，充分反应后，在517 nm处测定吸光度为A，2 mL无水乙醇与2 mL DPPH-无水乙醇溶液吸光度为B，2 mL黄粉虫油与2 mL无水乙醇吸光度为C，以上体系均避光反应半小时，以VC作为阳性对照。

ABTS⁺清除率测定 [30] ：取25 mL的7.3 mmol·L⁻¹ABTS溶液和25 mL的2.45 mmol·L⁻¹过硫酸钾溶液，混合后充分摇匀，于黑暗处静置12.5 h后使用。取1 mL的混合液，用无水乙醇溶液调节混合液的吸光值，使其在734 nm波长下吸光值范围为0.7 ± 0.02，并在此波长下测定吸光值，A₀为2 mLABTS^＋溶液与1 mL乙醇混合后的吸光度；A₁为2 mLABTS^＋溶液与1 mL虫油混合后的吸光度，以上体系均反应6 min，以VC作为阳性对照。

黄粉虫油脂的羟基自由基清除率(%)、DPPH清除率(%)和ABTS+清除率(%)，分别按照(1)~(3)计算 [28] [29] [30] ：

$羟基自由基清除率\left(\text{\%}\right)=\frac{\left[\text{Ao}-\left(\text{Ax}-\text{Aox}\right)\right]}{\text{Ao}}\times 100\text{\%}$ (1)

$\text{DPPH}清除率\left(\text{\%}\right)=\left(1-\frac{\text{A}-\text{C}}{\text{B}}\right)\times 100$ (2)

$\text{ABTS}+\left(100\text{\%}\right)=\frac{\text{Ao}-\text{A}1}{\text{Ao}}\times 100$ (3)

式中，Ao：空白对照液的吸光度；Ax：加入油液后的吸光度；Axo：不加H₂O₂时萃取液的本底吸光度；A：DPPH-无水乙醇溶液与2 mL黄粉虫油溶液；B：2 mL无水乙醇与2 mL DPPH-无水乙醇溶液吸光度；C：2 mL黄粉虫油与2 mL无水乙醇吸光度；A₀：空白对照吸光值；A₁：样品吸光值。

2.3.4 手工皂制作及动物油脂比例测定

以猪油为例研究手工皂油脂比例，并以此制作不同虫龄虫油抗氧化手工皂。将烧杯置于40℃的恒温水浴锅中，在烧杯内分别加入不同比例的猪油:棕榈油:椰子油。比例如下：2:1:1、1:1:1、0.5:1:1、0.2:1:1、1:3:5，而后加入一定质量分数的NaOH溶液，搅拌，使其充分混合。用胶头滴管取适量混合物滴加到盛有60℃热水的烧杯中搅拌观察，若无泡沫产生，则停止搅拌。将烧杯中混合物倒入模具中，放置一段时间冷凝固化，制得猪油手工皂。按上一步骤中的最低比例在烧杯内分别加入不同虫龄段的虫油、棕榈油、椰子油制作虫油手工皂。

2.3.5. 手工皂性能测定

手工皂性能指标的测定 [26] 包括手工皂的pH值的测定、起泡度的测定、不易软化度的测定和清洁力的测定。

将制作好的不同虫龄虫油的手工皂，猪油皂以及雕牌皂分装完毕，放置48h以上后再进行性能测试。

pH值的测定：称取皂样1 g于烧杯中，加入50 mL蒸馏水。将烧杯放置于70℃恒温水浴锅中，并持续搅拌，待皂样完全溶解后，将其定容于100 mL容量瓶中，摇匀待用。用玻璃棒蘸取适量待测液，用精密pH试纸进行测定。

起泡度的测定：本实验以泡沫体积占被测皂样溶液体积的百分比来测定皂样的起泡力。取皂样0.2 g溶于水中，放入100 mL容量瓶稀释制得皂样溶液，取10 mL皂溶液倒入50 mL 试管中，振荡1 min后，测量泡沫体积。

不易软化度的测定：本实验以皂样浸泡前后的质量差占初始质量的百分比s来判定皂样的不宜软化度。取5 g样品称重并记录初始质量，将样品放入烧杯中，加水100 mL浸没，浸泡10 h，取出皂样后，放入蒸发皿中存放24 h，待其干燥后再次称重，记录两次差值。

清洁力的测定：本实验以皂样清洗后的剩余污渍面积来判定皂样的清洁力。取5 cm×5 cm白棉布若干，滴入酱油使棉布全部被浸润，放置10 h备用。取等量皂样进行清洗，观察污渍残留情况，记录剩余污渍面积。

手工皂性能的起泡度的测定(%)，不易软化度的测定(%)，分别按照(4)~(5) [26] 计算：

$f=Vf/Vt\times 100\%$ (4)

$s=\left(m_0-m\right)/m_0\times 100\%$ (5)

式中，f：起泡力；V_f：泡沫体积，单位为mL；Vt：被测皂样溶液体积，单位为mL；s：不易软化度；m：浸泡干燥后的皂样质量，单位为g；m₀：浸泡前的皂样质量，单位为g。

2.3.6. 手工皂性能评价指标量化

以总分100分为计 [31] ，由于不同指标之间的差异性，对四个指标设定相应权重，具体量比例见表1：

Table 1. Quantitative evaluation table of hand-made soap quality

表1. 手工皂品质量化评价表

2.4. 数据处理

利用Orign 2019进行数据处理和分析，所有试验均重复至少三次，取平均值。

3. 结果与分析

3.1. 不同虫龄对油脂提取率的影响

由图1可知随着黄粉虫虫龄的增大，黄粉虫幼虫的平均提油率呈现明显的上升趋势并在80 d虫龄段时达到提油率最高点31.86%。总体共有3段较为明显的提油率增长坡度，第一段是30~40 d，提油率增加高达10.64%，第二段和第三段分别是40~50 d和60~70 d，提油率分别增加了5.18%，4.83%。由此可知，黄粉虫幼虫在虫龄大于50 d的范围中都含有较丰富的油脂。

Figure 1. Relationship between mealworms of different age groups and oil extraction rate

图1. 不同虫龄黄粉虫与提油率之间的关系

3.2. 不同虫龄油脂的羟基自由基清除率

Figure 2. Hydroxyl free radical scavenging rate of oil from different age groups

图2. 不同虫龄黄粉虫虫油羟基自由基清除率

由图2可知，在质量浓度小于20 mg/mL时，黄粉虫油对羟基自由基的清除率随虫油浓度增高而增加；当超过20 mg/mL时，羟基自由基的清除率不再随黄粉虫油浓度上升而提高，基本维持在一个恒定水平。故故试验选取80 d虫龄黄粉虫油浓度范围为1~20 mg/mL，待测样品平行检测3次，对其羟基自由基清除率进行线性拟合，具有良好量效关系：y = 0.1171x + 0.1368，R² = 0.9557。由线性曲线计算得黄粉虫油羟基自由基的IC₅₀值为3.11 mg/mL。由此可知，黄粉虫油脂具有良好的羟基自由基清除率。

3.3. 不同虫龄油脂的DPPH清除率

Figure 3. DPPH clearance rate of oil from different age groups

图3. 不同虫龄黄粉虫虫油DPPH清除率

由图3可知，在质量浓度小于50 mg/mL时，黄粉虫油对DPPH的清除率随虫油浓度增高而增加；当超过50 mg/mL时，DPPH的清除率不再随黄粉虫油浓度上升而提高，基本维持在一个恒定水平。同上得出y = 0.1356x + 0.0774，R² = 0.9134。并由线性曲线计算得黄粉虫油DPPH的IC₅₀值为3.12mg/mL。由此可知，黄粉虫油脂具有良好的DPPH清除率。

3.4. 不同虫龄油脂的ABTS⁺清除率

Figure 4. ABTS⁺ clearance rate of oil from different age groups

图4. 不同虫龄黄粉虫虫油ABTS⁺清除率

由图4可知，在质量浓度小于25 mg/mL时，黄粉虫油对ABTS⁺的清除率随虫油浓度增高而增加；当超过25 mg/mL时，ABTS⁺的清除率不再随黄粉虫油浓度上升而提高，基本维持在一个恒定水平。同上对ABTS⁺的清除率进行线性拟合，得出y = 0.1442x − 0.0017, R² = 0.9636。并由线性曲线计算得黄粉虫油ABTS⁺的IC₅₀值为3.48mg/mL。由此可知，黄粉虫油脂具有良好的ABTS⁺清除率。

3.5. 雕牌皂、猪油皂、不同虫龄虫油皂的手工皂性能对比

采用猪油:棕榈油:椰子油分别为2:1:1、1:1:1、0.5:1:1、0.2:1:1、1:3:5五种比例做出的猪油皂皆制作成功，故实验中不同虫龄虫油都采取虫油:棕榈油:椰子油为0.2:1:1。

Table 2. Performance evaluation of hand-made soap

表2. 手工皂性能评分

Figure 5. Comparison of total score of three kinds of hand-made soap

图5. 3种手工皂总分对比图

根据表2的评分结果与图5的对比图综合看出，雕牌皂在性能评分总分中占最高，猪油皂与虫油皂差别不大，除了在起泡力与不易软化度中稍落后于雕牌皂，其他性能测试的评分都表现良好。分析结果表明，虫油可作为一种性能良好的油脂来制作手工皂，研究初步说明将黄粉虫油脂开发用于制作抗氧化手工皂具有可行性。

4. 结论

对黄粉虫的研究主要集中在黄粉虫所富含的蛋白质上，但黄粉虫脱脂蛋白粉后得到的油脂多作为废弃物处理，或仅用于生物柴油的应用。如若按照一批鲜虫产量约40,000~60,000 kg/667 m²来计算，折成干重，则有13,330~20 000 kg/667 m²。黄粉虫蛋白质含量按48%计算，蛋白质产量可达6400~9600 kg/667 m²。当以同样的面积来计算黄粉虫的产油量，按照含油量28%，可产黄粉虫油脂600 kg/667 m²。

本实验表明，黄粉虫油脂的含量丰富，其最高提油率可达31.86%。且本实验还研究了各个虫龄段的提油率，研究发现只要在50 d以上虫龄的黄粉虫提油率都可稳定在25%以上。对各个虫龄段的黄粉虫油的抗氧化性能测试都表现良好，可进一步开发出具有抗氧化功能相关的产品。例如本实验研究的黄粉虫油抗氧化护肤手工皂，经实验测试其手工皂多个性能表现良好，证明利用黄粉虫油来开发手工皂具有良好前景。

本实验的完成，为黄粉虫的全流程绿色使用提供了一个思路。饲养黄粉虫若利用1 kg黄粉虫油脂制作手工皂，就可以得到约10 kg黄粉虫脱脂蛋白。在饲喂黄粉虫所产生的黄粉虫粪可作为畜禽饲料添加剂或生产有机蔬菜及花卉的基肥，同时，实验饲养的黄粉虫老熟幼虫可作为种源加以利用，而黄粉虫每次成长所蜕的虫皮还有待对其进一步的开发利用。

综上所述，以黄粉虫为对象，提取其黄粉虫油脂并制作抗氧化手工皂具有可行性。这不仅节约资源，还为黄粉虫这一食品原料的高附加值开发提供了一个广阔绿色的前景。

基金项目

浙江树人学院2023年国家级大学生创新创业训练计划项目(202311842009X)。

参考文献

NOTES

^*通讯作者。