預(yù)計(jì)到 2050 年,世界人口將超過(guò) 90 億,如何應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的人口并以可持續(xù)的方式飼養(yǎng)動(dòng)物仍然是全球面臨的重大挑戰(zhàn)之一。昆蟲(chóng)產(chǎn)品被認(rèn)為是健康且可持續(xù)的食品和飼料成分,可以減輕農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的壓力。與傳統(tǒng)牲畜相比,昆蟲(chóng)的養(yǎng)殖相對(duì)具有成本效益和環(huán)保性,每公斤蛋白質(zhì)所需的土地和飼料量更少,溫室氣體排放量也更低。
昆蟲(chóng)富含蛋白質(zhì)、維生素B和E、礦物質(zhì)元素、生物活性肽等具有潛在健康益處的成分,然而其營(yíng)養(yǎng)成分因物種、生長(zhǎng)條件、飼料攝入量和加工方法而異。盡管昆蟲(chóng)產(chǎn)品具有許多優(yōu)勢(shì),但其價(jià)格和質(zhì)量存在差異,摻假的風(fēng)險(xiǎn)增加。因此,開(kāi)發(fā)快速且低成本的摻假評(píng)估方法對(duì)昆蟲(chóng)蛋白行業(yè)的認(rèn)證至關(guān)重要。
本研究使用了三種昆蟲(chóng):黑水虻幼蟲(chóng) (BSFL,Hermetia illucens)(Viridian Renewable Technology,澳大利亞)、蟋蟀 (Acheta domesticus)(Hoppa Foods Pty Limited,泰國(guó))和黃粉蟲(chóng) (Tenebrio molitor)(Circle Harvest,澳大利亞)。昆蟲(chóng)樣品均進(jìn)行磨粉處理。
使用ASD LabSpec 4 地物光譜儀采集 NIR 光譜,波長(zhǎng)范圍350 nm-2500 nm,光譜分辨率為10 nm。測(cè)量的單個(gè)摻假昆蟲(chóng)粉的總重量為3克。為了消除昆蟲(chóng)蛋白粉中水分含量的影響,所有昆蟲(chóng)蛋白粉在混合前后均儲(chǔ)存在濕度平衡的冰箱中 48 小時(shí)。粉末成對(duì)混合,比例不同:黑水虻幼蟲(chóng)和蟋蟀 (BSF/C)、黑水虻幼蟲(chóng)和黃粉蟲(chóng) (BSF/M)、蟋蟀和黃粉蟲(chóng) (C/M)。每對(duì)混合物的比例為:1:9 (10%)、2:8 (20%)、3:7 (30%)、4:6 (40%)、5:5 (50%)、6:4 (60%)、7:3 (70%)、8:2 (80%) 和 9:1 (90%)。按重量比稱量昆蟲(chóng)粉,混合并儲(chǔ)存在 120 mL 塑料容器中,用渦旋攪拌器混合三次,每次 3 分鐘。
為了評(píng)估不同公司黑水虻幼蟲(chóng)蛋白粉質(zhì)量的差異,按照上述混合策略制備了公司 A、B、C 的摻假黑水虻幼蟲(chóng)蛋白粉 (3 克):A/B、A/C、B/C。比例為:1:9 (10%)、2:8 (20%)、3:7 (30%)、4:6 (40%) 和 5:5 (50%),每個(gè)樣品有 6 個(gè)重復(fù),混合過(guò)程相同。
圖 1 顯示了 BSFL(圖 1A)、蟋蟀(圖 1B)和黃粉蟲(chóng)(圖 1C)摻假昆蟲(chóng)粉的原始 NIR 光譜。圖 1D 顯示了三種特定昆蟲(chóng)物種的光譜。本研究測(cè)量的總 NIR 吸收波長(zhǎng)從 350 nm 延伸到 2500 nm。主要吸收波長(zhǎng)范圍為 800 nm 至 2400 nm,在 350 和 800 nm 區(qū)域之間,昆蟲(chóng)樣本之間沒(méi)有觀察到差異。由于早期區(qū)域沒(méi)有差異,我們使用 800 nm 至 2500 nm 的光譜范圍來(lái)捕捉光譜區(qū)域中的顯著差異。觀察到的昆蟲(chóng)粉末之間的光譜差異可能源于蛋白質(zhì)和脂肪含量的差異(表1)。就摻假百分比而言,這三種類(lèi)型的摻假樣品在光譜中都有明顯的區(qū)別。在每種混合昆蟲(chóng)粉中,不同比例的摻假樣品在光譜上具有相似的模式,但根據(jù)樣品的摻假百分比觀察到不同的吸收強(qiáng)度。因此,這些差異可能歸因于昆蟲(chóng)含量的比例(就成分而言)(即蛋白質(zhì)、脂肪和幾丁質(zhì))及其來(lái)源。
圖 1. 混合和純昆蟲(chóng)蛋白粉的原始 NIR 光譜。(A) BSFL 蛋白與黃粉蟲(chóng) (M) 蛋白粉混合。(B) BSFL 蛋白與蟋蟀混合 (C)。(C) 蟋蟀蛋白粉與黃粉蟲(chóng)混合。(D) 三種純昆蟲(chóng)蛋白粉。綠色 - BSFL;黃色 - 蟋蟀;紅色 - 黃粉蟲(chóng)。BSFC1 至 BSFC9 指 BSFL 與蟋蟀混合,蟋蟀粉含量為 10% 至 90%。BSFM1 至 BSFM9 指 BSFL 與黃粉蟲(chóng)混合,蟋蟀粉含量為 10% 至 90%。CM1 至 CM9 指蟋蟀與黃粉蟲(chóng)混合,蟋蟀粉含量為 10% 至 90%。
圖 2. 混合昆蟲(chóng)粉的一階導(dǎo)數(shù) NIR 光譜。(A) BSFL 粉末與蟋蟀 (C) 混合。(B) BSFL 粉末與黃粉蟲(chóng) (M) 粉末混合。(C) 蟋蟀粉與黃粉蟲(chóng)混合。(D) 三種純昆蟲(chóng)蛋白粉。BSFC1 至 BSFC9 指 BSFL 與蟋蟀混合,蟋蟀粉含量為 10% 至 90%。BSFM1 至 BSFM9 指 BSFL 與黃粉蟲(chóng)混合,蟋蟀粉含量為 10% 至 90%。CM1 至 CM9 指蟋蟀與黃粉蟲(chóng)混合,蟋蟀粉含量為 10% 至 90%。
表 2. 昆蟲(chóng)粉末混合物的一階導(dǎo)數(shù)光譜的主要吸光度波長(zhǎng)數(shù)。BS-黑水虻;M-黃粉蟲(chóng);C-蟋蟀。藍(lán)色突出顯示表示不同物種摻假之間的主要差異。
圖 3. (A) 昆蟲(chóng)摻假昆蟲(chóng)蛋白混合物的主成分分析。昆蟲(chóng)粉混合物處理后的光譜數(shù)據(jù)的得分圖顯示了基于昆蟲(chóng)種類(lèi)和摻假物百分比的聚類(lèi)。(B) 摻假樣品的 PCA 載荷圖。BSF、C 和 M 分別代表 BSFL、蟋蟀和黃粉蟲(chóng)。BSFC1 至 BSFC9 指 BSFL 與蟋蟀混合,蟋蟀粉摻入率為 10% 至 90%。BSFM1 至 BSFM9 指 BSFL 與黃粉蟲(chóng)混合,黃粉蟲(chóng)粉摻入率為 10% 至 90%。CM1 至 CM9 指蟋蟀與黃粉蟲(chóng)混合,黃粉蟲(chóng)粉摻入率為 10% 至 90%。
這項(xiàng)研究通過(guò)區(qū)分各種昆蟲(chóng)物種的粉末并估計(jì)不同摻假程度的混合蛋白粉樣品中的摻假百分比,證明了近紅外光譜法在識(shí)別昆蟲(chóng)蛋白粉摻假方面的適用性。摻假預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性因昆蟲(chóng)物種而異,預(yù)測(cè)的平均偏差約為 2%。結(jié)果表明,近紅外光譜可以區(qū)分來(lái)自不同公司的同一物種的差異,顯示出成分上的細(xì)微差異,這可能是由于生長(zhǎng)環(huán)境、飼料、成熟度和/或加工造成的。NIR 可用于對(duì)含有昆蟲(chóng)蛋白的產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控,確保物種鑒定和產(chǎn)品質(zhì)量。