具有資源利用的具有價(jià)值的樟樹胭脂蟲與胭脂蟲色素的利用

具有資源利用的具有價(jià)值的樟樹胭脂蟲與胭脂蟲色素的利用

棕櫚葉屬（caylopia）是經(jīng)濟(jì)昆蟲科的一種稀有經(jīng)濟(jì)昆蟲，主要屬于仙人掌科，分布于墨西哥和大陸，主要分布于秘魯、墨西哥、秘魯、智利和其他國(guó)家。胭脂蟲體含胭脂紅酸(C22H20O13),雌成蟲干體可加工生產(chǎn)胭脂紅酸、胭脂蟲紅等胭脂蟲色素[1~4]。胭脂蟲很早就被美洲印第安人所利用。在16、17世紀(jì),西班牙人在胭脂紅工業(yè)中占有壟斷地位,19世紀(jì)末,隨著化學(xué)合成色素的興起,胭脂蟲繁養(yǎng)業(yè)逐漸衰落。進(jìn)入20世紀(jì)中期,許多化學(xué)合成色素的毒副作用不斷發(fā)現(xiàn),并逐漸在食品、化妝品和醫(yī)藥上被禁,胭脂蟲及胭脂蟲紅的研究利用又受重視。利用胭脂蟲加工生產(chǎn)的胭脂蟲紅、胭脂紅酸被廣泛用于食品、化妝品和醫(yī)藥等行業(yè),如糕點(diǎn)、果子露、汽水、酒、果凍、冰淇淋、果糖、烹飪、藥品著色等?，F(xiàn)世界胭脂蟲的主產(chǎn)國(guó)為秘魯,年生產(chǎn)量約600~800t左右,出口量占世界總出口量的85%以上,其次為加那利群島,南非、墨西哥、智利也在大力發(fā)展胭脂蟲產(chǎn)業(yè)。1紅蟲種類及主要生物、生態(tài)特性1.1誹粉蚤屬delo犯與coract一般所說的“胭脂蟲”是指胭蚧屬(Dactylopius)體內(nèi)含胭脂紅酸昆蟲的總稱。胭脂蟲起源于美洲,墨西哥是胭脂蟲的起源中心(Hoffmann,1983)。胭蚧屬昆蟲在我國(guó)沒有自然分布?，F(xiàn)大多數(shù)學(xué)者以DeLotto和Perez-Guerra的分類為標(biāo)準(zhǔn)(DeLotto,1974;Pereze-GuerraandKoszatarab,1992),該屬包括9種胭脂蟲,D.coccusCosta是胭脂紅酸含量最高,生產(chǎn)上繁養(yǎng)、加工生產(chǎn)胭脂紅酸及胭脂蟲紅的蟲種,其中文名國(guó)內(nèi)有的學(xué)者將其稱為苔粉蚧,有的稱為洋紅蚧,筆者建議將其稱為胭脂蟲。關(guān)于胭蚧屬9種胭脂蟲的中文譯名有待昆蟲學(xué)者商榷后統(tǒng)一。1.2溫度、莖節(jié)因素對(duì)脂蟲發(fā)育的影響胭脂蟲雌蟲有4個(gè)發(fā)育階段:卵、1齡若蟲、2齡若蟲、成蟲;雄蟲有6個(gè)發(fā)育階段:卵、1齡若蟲、2齡若蟲、前蛹、蛹、成蟲。胭脂蟲的優(yōu)良寄主為印榕仙人掌,影響胭脂蟲生長(zhǎng)發(fā)育的主要因子是溫度。據(jù)國(guó)外有關(guān)資料報(bào)道,在原產(chǎn)地一年能繁殖2~4代,多為3代。許多生物和非生物因子對(duì)蟲體的生長(zhǎng)發(fā)育均有較大影響,其中以寄主及溫度、濕度影響較為明顯。其它因子,如風(fēng)、光照、土壤、寄主種類、寄主年齡、莖節(jié)朝向以及寄主植物病蟲害對(duì)胭脂蟲生長(zhǎng)發(fā)育亦有影響。不同環(huán)境條件下胭脂蟲的發(fā)育速率差別比較大。Marin和Cisneros對(duì)D.coccus研究認(rèn)為,該蟲在16.5℃及80%~86%相對(duì)濕度條件下,該昆蟲卵在15~20min內(nèi)孵化,固定后20~23d蛻皮,2齡雄若蟲蟲期為13~18d,然后結(jié)繭化蛹,18~22d后羽化;2齡雌若蟲蛻皮后直接進(jìn)入成蟲期,雌成蟲平均產(chǎn)卵419粒(293~586粒/雌蟲),成蟲期為3d,從卵到成蟲死亡約51~63d。Alvarez對(duì)D.coccus的研究認(rèn)為,在原產(chǎn)地,1年能繁殖2~4代,發(fā)育起始溫度為15.0℃,完成1個(gè)世代的發(fā)育積溫為2025.5日度,比較適宜胭脂蟲生長(zhǎng)發(fā)育的環(huán)境溫度為20.0~28.0℃,相對(duì)濕度約為80%。溫度高于38℃,胭脂蟲發(fā)育過快,發(fā)育歷短,但胭脂蟲個(gè)體偏小。在自然情況下,胭脂蟲和其它蚧殼蟲一樣靠高繁殖來彌補(bǔ)其高死亡率而得以繁衍。LiberatoPortillo(2005)對(duì)胭脂蟲的起源進(jìn)行了探討并報(bào)道了D.coccusCosta的天地、寄主種類;AldamaAguilera,Lland-azares(2005)對(duì)D.coccusCosta不同世代生活周期、胭脂蟲的色素含量等進(jìn)行了研究[8~10]。2鳳陽昆蟲的繁殖2.1國(guó)家、日本和澳大利亞盡管胭蚧屬胭脂蟲已記錄有9種,但規(guī)?；a(chǎn)利用的胭脂蟲僅有D.coccusCosta1種,印榕仙人掌[O.ficus-indica(L.)Miller]為其優(yōu)良寄主。中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院資源昆蟲研究所引種繁養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)果也認(rèn)為印榕仙人掌是今后推廣發(fā)展的優(yōu)良寄主。18世紀(jì)中期,在墨西哥約有7萬農(nóng)戶生產(chǎn)胭脂蟲,每個(gè)家庭平均生產(chǎn)7~15kg,胭脂蟲產(chǎn)量超過1000t。胭脂蟲作為一種珍貴經(jīng)濟(jì)昆蟲,近年主產(chǎn)國(guó)為秘魯、墨西哥、厄瓜多爾、波利維亞、智利和加那利群島。秘魯系胭脂蟲主產(chǎn)國(guó)這是因?yàn)闇囟?、濕度、光照等氣候條件特別適宜胭脂蟲的生長(zhǎng)。由于胭脂蟲的寄主可分為抵抗型、敏感型和忍耐型三類,在同一環(huán)境條件下,在印榕仙人掌上,胭脂蟲從卵到成蟲的發(fā)育,以黃色的寄植物品種或生態(tài)型為優(yōu),白色次之,紅色和深紫色再次之(VictorFlores-Flores,1995)。20世紀(jì)80年代開始,南非、墨西哥開始進(jìn)行了大棚(溫室)內(nèi)養(yǎng)殖試驗(yàn)并取得成功。方法是利用采回的仙人掌莖片飼養(yǎng)胭脂蟲,即將健康、成熟及頂部的仙人掌莖片接種上胭脂蟲若蟲,用鉤子懸掛于大棚(溫室)內(nèi)養(yǎng)殖。在夏天約3個(gè)月,冬天約5個(gè)月后可以采成熟的雌成蟲。此種方法可為胭脂蟲創(chuàng)造更為適宜的生長(zhǎng)發(fā)育條件,繁養(yǎng)效果得以大幅度提高。有關(guān)胭脂蟲大棚(溫室)內(nèi)的繁養(yǎng),Aldama-Aguiler(2002)、Campos-Figuera(2003)等都有報(bào)道。盡管大規(guī)模的胭脂蟲農(nóng)場(chǎng)慢慢地開始在秘魯出現(xiàn),但秘魯所收獲胭脂蟲中仍然有約85%是從在野生仙人掌寄主上采集到的,當(dāng)今胭脂蟲的養(yǎng)殖主要還是以傳統(tǒng)的野外繁養(yǎng)方法為主。2.2印纖維糖酸發(fā)育繁養(yǎng)及生產(chǎn)加工技術(shù)我國(guó)無胭脂蟲分布與胭脂蟲紅的加工,每年需花大量外匯進(jìn)口胭脂紅酸和胭脂蟲紅。中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院資源昆蟲研究所引進(jìn)胭脂蟲(D.coccus),通過對(duì)其生物學(xué)特性、生態(tài)學(xué)、培育等方面系統(tǒng)的研究,現(xiàn)已掌握了胭脂蟲的主要生物、生態(tài)學(xué)與生態(tài)適應(yīng)性,總結(jié)并提出了云南繁養(yǎng)胭脂蟲的適宜氣候條件;提出溫室塑料大棚繁養(yǎng)胭脂蟲的方法和配套技術(shù)措施。胭脂蟲在溫室或塑料大棚內(nèi)1年完成3個(gè)世代,分別于春季、夏季、秋季發(fā)育成熟,由于氣候條件、季節(jié)的不同,胭脂蟲1個(gè)世代歷期約為69~165d,平均歷期為112d;世代積溫平均為2248.99日度。胭脂蟲可在云南亞熱帶高原季風(fēng)氣候、中亞熱帶高原季風(fēng)氣候等地采用野外栽植寄主印榕仙人掌,大棚、溫室內(nèi)掛放印榕仙人掌進(jìn)行規(guī)?；囼?yàn)繁養(yǎng),具體方法是:在野外栽培優(yōu)良寄主印榕仙人掌,搭設(shè)塑料大棚,在大棚內(nèi)搭3~4層架進(jìn)行高密度繁養(yǎng),選半年或1年生印榕仙人掌莖節(jié)用鐵鉤掛在架上,利用紙袋,每莖片接種15~20頭種蟲,通過控制適宜的溫度、光照、濕度來繁養(yǎng)胭脂蟲。利用大棚繁養(yǎng)胭脂蟲,1年可繁養(yǎng)3代,其中,2~6月,7~10月,10~2月各1代。視印榕仙人掌莖節(jié)大小的不同,一般每片莖節(jié)可繁養(yǎng)成熟胭脂蟲約300~500頭,多的可達(dá)800~1000頭,一般每片莖節(jié)上可收胭脂蟲干體約5g。大棚繁養(yǎng)的胭脂蟲,由于繁養(yǎng)季節(jié)的不同,胭脂蟲的胭脂紅酸含量為14.56%~26.29%,平均為19.98%,質(zhì)量與國(guó)外繁養(yǎng)的相近。中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院資源昆蟲研究所進(jìn)行胭脂蟲加工胭脂蟲紅中試,胭脂蟲紅得率28.47%~33.58%,胭脂紅酸的提取率為91.23%~95.42%,產(chǎn)品質(zhì)量符合FCC標(biāo)準(zhǔn);提取的胭脂紅酸量含量最高達(dá)92.26%。試驗(yàn)研究取得的結(jié)果對(duì)推動(dòng)云南乃至我國(guó)胭脂蟲繁養(yǎng)生產(chǎn)以及胭脂蟲色素的加工利用均有指導(dǎo)意義。3紅蟲的加工3.1東南角硅系的化合物胭脂蟲作為一種天然色素應(yīng)用已有悠久歷史。早在1818年P(guān)elletier和Caventou對(duì)胭脂蟲色素分析發(fā)現(xiàn),胭脂蟲干體約含水分6%、脂肪15%~18%、紅色素物質(zhì)40%~45%、灰分3.5%~5%和不溶物7%~11%。1847年,WarrendelaRue更進(jìn)一步研究,并首次把該物質(zhì)命名為胭脂紅酸,隨后Grabowski和Hlasiwetz在用稀硫酸處理把它分解成胭脂蟲紅和糖的研究中,也確信有一個(gè)糖基。VonMillerandRohde(1893)已證實(shí)這種物質(zhì)無糖基特性。純胭脂紅酸通過用沸稀硫酸處理后保持其天然特性,雖然部分分解產(chǎn)生蟻酸和一種激烈減少的未知成分的物質(zhì)(Amer.Jour.Pharm.,1894;Berichte,1893)。依照Liebermann和Voswinckel(1897)的研究,胭脂紅酸產(chǎn)生出氧化物———胭脂蟲紅酸(C10H8O7)和胭脂蟲酸(C9H8O5)。Liebermann(1885年)研究指出胭脂蟲蠟是由胭脂蟲蠟酸[C31H62O3,熔點(diǎn)大約92℃(197.6°F)]和胭脂蟲蠟醇[C30H62O2,熔點(diǎn)大約104℃(239.2°F)]組成。此外,他還發(fā)現(xiàn)在胭脂蟲中含有1.5%~2.0%的甘油三肉豆蔻酸酯和4%~6%的液體脂肪油[12~16]。胭脂蟲所含色素主要是胭脂紅酸。胭脂紅酸外觀是帶光澤的亮紅色塊狀或深紅色粉末,溶于堿液,微溶于熱水,幾乎不溶于冷水和稀酸。從水溶液中結(jié)晶的胭脂紅酸在130℃時(shí)為亮紅色晶體,250℃分解;易溶于水、乙醇、丙二醇、乙醚、濃硫酸以及堿液中,不溶于石油醚、苯和氯仿;在不同的pH條件下,呈現(xiàn)出黃、橙、桔紅和紫紅等多種色調(diào),且色澤艷麗,當(dāng)pH=4.8時(shí)為黃色,pH=6.2時(shí)為紫色。Flores-Flores(1995)報(bào)道了D.coccusCosta不同處理方法干體胭脂紅酸含量的差異。3.2步提純方法胭脂蟲色素的提取加工除傳統(tǒng)工藝外,進(jìn)一步提純的方法主要有酶解法、吸附層析法、離子交換層析法、膜分離法等。目前,國(guó)際上用胭脂蟲生產(chǎn)的色素產(chǎn)品主要有2類:3.2.1油脂類紅鋁tra(胭脂蟲紅)[Carmine(Hydratedaluminiumchelateofarminicacid;Cochinealandcarminicacid]法定編號(hào):INS120;EECNo.E120;CAS1390-65-4;CAS1343-78-8;C.I.天然紅4號(hào)75470。胭脂蟲紅鋁其外觀是帶光澤的紅色碎片或深紅色粉末,分解溫度250℃;溶于堿液,微溶于熱水,幾乎不溶于冷水和稀酸。主要成分:胭脂紅酸(carminicacid)與鋁的含水螯合物。作為商品,可聯(lián)結(jié)有銨、鈣、鉀或鈉等某一種或若干種陽離子,也可含有蛋白質(zhì)物質(zhì)或少量過剩的鋁離子。胭脂蟲紅鋁質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(FAO,2002):胭脂紅酸含量(干基計(jì))≥52.0%,砷(以As計(jì))≤1mg/kg,灰分≤12.0%,鉛≤10mg/kg,干燥失重(135℃,3h)≤15.0%,蛋白質(zhì)≤25.0%,沙門氏桿菌、大腸桿菌不得檢出,酵母菌及真菌≤100cfu/g;粒度:95%過200目篩;溶解性:微溶于水,不溶于酒精,溶于堿液。3.2.2酯化硅化合物co.e-1,4-三甲基苯磺酸酯[Cochinealertract(Cochinealandcarminicacid;CarmineofCochineal)]法定編號(hào):INS120;EECNo.E120;CAS1390-65-4;1260-17-9(胭脂蟲紅酸)。主要成分:胭脂紅酸(carminicacid),分子式C22H20O13,分子量為492.39。性狀:深紅色液體,略有特殊臭味,對(duì)熱、光非常穩(wěn)定,特別是在酸性條件下,溶于水、稀酸、稀堿、乙醇、丙二醇,不溶于乙醚和食用油。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):胭脂紅酸含量(干基計(jì))≥2.0%,蛋白質(zhì)(非氨態(tài)氮×6.25)≤2.2%,殘留溶劑≤150mg/kg,砷(以As計(jì))≤1mg/kg,鉛≤10mg/kg,沙門氏桿菌、大腸桿菌不得檢出。3.3東南角+糖酸酯cageWalker(1982)報(bào)道了在酒中加入胭脂紅調(diào)色。Russo與Mazzeo(1996)對(duì)胭脂紅作為染色劑在食品、化妝品、制藥業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了報(bào)道。日本Hadegawa等報(bào)道(2000),用于化妝品的色素及稀釋色素外包有14種N-?；菑牡鞍踪|(zhì)水解而獲得,化妝品包括液體、乳狀、粉狀易于皮膚接觸而無不良反應(yīng),包括胭脂紅等(公告號(hào)JP2000212041;分類號(hào)A61K7/60);日本Hasegawa(1987)報(bào)道除臭胭脂紅—?jiǎng)┤玖峡捎糜谑秤命S油、飲料、化妝品,無臭味,對(duì)氧、熱和光穩(wěn)定,呈紅色和香味(加少量香料)(公告號(hào)JP8283600);美國(guó)(1996)報(bào)道在急診時(shí)為區(qū)分注射時(shí)的藥劑,加上胭脂紅等色劑以免錯(cuò)用藥劑(公告號(hào)US5468224A)。有關(guān)胭脂蟲色素的提取,高藍(lán)、李浩明(2004),TINTEC(IDRCReports,1991)、OswaldoSalaverryGarcia(1998)等有報(bào)道。IDRC加工的產(chǎn)品胭脂蟲紅色素(Carmine)是一種胭脂紅酸與Al/Ca的鹽,溶于水,含胭脂紅酸50%～65%。一般是由含胭脂紅酸20%的干胭脂蟲生產(chǎn)的,2.5kg干胭脂蟲能生產(chǎn)1kg含50%的胭脂紅酸的胭脂蟲紅;或3.25kg胭