非热预处理与超临界CO?萃取的协同集成，以增强从养殖可食用昆虫中提取抗菌油脂和肽的效果

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Synergistic integration of non-thermal pretreatments with supercritical CO? extraction for enhanced liberation of antimicrobial oils and peptides from farmed edible insects

　　研究通过超声波或高压处理结合超临界CO?提取，从家蝇、黑军蝇幼虫和蚕蛹中最大化释放抗菌成分，发现黑军蝇幼虫蜡酸含量显著（161倍于家蝇，345倍于蚕蛹），其抗菌肽对耐药菌铜绿假单胞菌有效，证实绿色技术平台在食品防腐中的应用潜力。

　　随着全球人口增长，预计到2050年将达到100亿，粮食安全问题日益严峻。这一趋势促使了对可持续蛋白质替代品的研究，这些替代品不仅提供基本营养，还具有其他功能特性。昆虫作为一种潜在的可持续蛋白质来源，近年来受到广泛关注。它们已被成功养殖多年，作为传统食品、宠物饲料和牲畜饲料使用，显示出显著的商业价值。目前，超过20亿人口在113个国家消费昆虫，尤其是在非洲、亚洲和拉丁美洲地区。尽管昆虫在西方市场仍被低估，但其高营养密度和环境可持续性使其成为未来食品工业的重要组成部分。

除了作为蛋白质来源，昆虫还具有显著的抗菌特性，这些特性源于它们在进化过程中形成的防御机制。昆虫体内含有两种主要的生物活性成分：富含抗菌脂肪酸的油脂，以及具有抗菌功能的生物活性肽。这些成分统称为“entomoceuticals”，即昆虫来源的生物活性物质。昆虫蛋白质在经过酶解后可以释放出具有多种生物活性的肽，包括抗炎、降血压、抗糖尿病和抗菌等特性。这些抗菌肽通常分子量低于10 kDa，是昆虫应对病原体入侵的一种高效生物防御系统。与传统抗生素相比，抗菌肽在抗菌效果上表现出独特的优势，因为它们不易诱导细菌产生耐药性，并且具有可生物降解、环保的特性。

与此同时，昆虫来源的油脂通过特定的脂肪酸组成展现出强大的抗菌活性。例如，omega-3、omega-6以及中链脂肪酸（如月桂酸）在油脂中具有显著的抗菌作用。其中，月桂酸在黑 Soldier 飞虫幼虫（BSFL）油脂中含量较高，表现出广泛的抗菌效果，特别是对革兰氏阳性菌的抑制作用。此外，BSFL油脂在抑制食品中常见病原体（如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、蜡样芽孢杆菌、沙门氏菌和铜绿假单胞菌）方面展现出特别优异的性能。这些病原体在全球范围内造成了大量的疾病负担和经济损失，因此寻找有效的抗菌手段至关重要。

然而，许多食品在加工后仍可能受到污染，因此需要天然抗菌剂来防止感染的发生。当前，食品工业主要依赖化学合成的防腐剂，但这些防腐剂在使用过程中容易引发微生物耐药性，并且对环境和人体健康存在潜在风险。因此，开发来自可持续来源的天然抗菌剂成为食品工业的重要方向。昆虫来源的抗菌肽和油脂正好符合这一需求，它们不仅具有高效的抗菌活性，还具备环保、安全等优势。

为了提取和激活这些生物活性成分，需要采用先进的加工技术。超临界二氧化碳萃取（SC-CO?）作为一种非热处理技术，因其选择性、环境兼容性以及能够生产真正无溶剂残留的提取物而受到青睐。SC-CO?萃取过程中不使用有机溶剂，避免了传统溶剂萃取可能带来的污染问题。此外，SC-CO?萃取能够有效保留生物活性成分的结构和功能，提高提取效率和生物活性回收率。与之相比，超声波处理（US）利用声空化原理产生局部高能区域，破坏细胞结构，促进生物活性成分的释放。高压处理（HPP）则通过施加高达600 MPa的压力，诱导蛋白质变性，从而增强肽的释放效率。

本研究旨在评估非热处理技术（US和HPP）与SC-CO?萃取的协同效应，以最大化从三种经济养殖昆虫（家蟋蟀、黑 Soldier 飞虫幼虫和蚕蛹）中提取的油和肽（<3 kDa）的抗菌效果。为了确保这些肽的生物利用性，研究中还进行了酶解和模拟胃肠道消化处理。此外，为了提供对比基准，研究中还采用了传统的溶剂萃取（SE）方法，以定量展示SC-CO?技术在提取效率、生物活性回收和环境可持续性方面的优势。

研究结果显示，BSFL作为抗菌活性的主要来源，表现出显著的抗菌潜力。其油脂中月桂酸含量高达24.11%，比家蟋蟀油脂中的月桂酸含量高161倍，比蚕蛹油脂中的月桂酸含量高345倍，这直接解释了BSFL在抗菌性能上的优越表现。通过SC-CO?萃取和US协同处理，BSFL油脂的抗菌效果得到了显著增强，与未处理样品相比提高了2.4–3.8倍。这种协同效应不仅提高了抗菌活性，还为食品工业提供了一种更加环保、高效的抗菌解决方案。

此外，BSFL肽在模拟胃肠道消化后表现出对铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）的抗菌活性，这是一种对许多抗菌剂具有耐药性的病原体。而家蟋蟀和蚕蛹的肽以及昆虫油脂均未能对铜绿假单胞菌展现出有效的抗菌作用。这一发现进一步证明了BSFL在抗菌领域的独特价值，尤其是在应对耐药性病原体方面。因此，BSFL作为天然抗菌剂的来源，具有重要的应用前景。

本研究不仅为食品工业提供了新的抗菌解决方案，还推动了对昆虫来源生物活性成分的深入研究。随着消费者对合成防腐剂的接受度下降，以及对天然、环保产品的需求增加，昆虫来源的抗菌剂有望成为未来食品保鲜的重要组成部分。此外，昆虫作为可持续资源，其抗菌成分的提取和利用能够减少对传统抗生素的依赖，降低环境污染，并提高食品安全水平。

在实际应用中，BSFL不仅能够作为动物饲料使用，还能够通过适当的加工技术提取出具有抗菌活性的油脂和肽。这些成分可以用于食品保鲜、抗菌包装以及功能性食品的开发。相比之下，家蟋蟀和蚕蛹的抗菌活性虽然存在，但不如BSFL显著。因此，选择合适的昆虫种类和加工技术对于最大化抗菌效果至关重要。

研究中使用的原料包括冷冻的成年家蟋蟀、黑 Soldier 飞虫幼虫和蚕蛹，这些样本由泰国昆虫食品公司（Thai Ento Food Co., Ltd.）提供。昆虫在最佳发育阶段被采集：家蟋蟀在成虫阶段（50–55天），黑 Soldier 飞虫幼虫在晚期幼虫阶段（25–30天），蚕蛹在蛹阶段（35–40天）。在加工前，样本被解冻、清洗、焯水处理，并在低温下储存，以确保其新鲜度和生物活性。

本研究的结果表明，BSFL作为抗菌剂的来源具有显著优势。其油脂中月桂酸的高含量直接提升了其抗菌性能，特别是在对革兰氏阳性菌和铜绿假单胞菌的抑制方面。此外，BSFL肽在模拟胃肠道消化后仍保持较高的抗菌活性，这表明其在实际应用中具有良好的生物利用性。因此，BSFL在食品工业中具有广阔的应用前景，特别是在开发天然、环保的抗菌产品方面。

综上所述，本研究为昆虫来源抗菌剂的开发提供了科学依据和技术支持。通过非热处理技术与SC-CO?萃取的协同应用，能够有效提高抗菌成分的提取效率和抗菌性能，为食品工业提供了一种可持续、绿色的抗菌解决方案。这不仅有助于解决当前食品防腐剂面临的耐药性和环境问题，还能够满足消费者对天然、健康食品的需求，推动食品工业向更加环保和可持续的方向发展。