《Food Chemistry》：Built by Iron, changed by heat: Mineral bioaccessibility in iron-fortified and processed
Hermetia illucens larvae
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黑水虻幼虫铁强化后经热处理，铁生物可及性分数下降但总量提升，因铁蛋白储存增加。烫煮破坏铁蛋白结构，降低铁溶出率但提高钙锌溶出率，铁纳米颗粒（约45nm）与铁溶出相关。该研究证实铁强化黑水虻幼虫可作为优质矿物源，兼顾营养强化与加工适应性。
作者列表：
Tomer First | Jolien de Boer | Miguel Gomez-Sanchez | Carlos López-Portugués | Jorg Bettmer | Maria Montes-Bayón | Dennis G.A.B. Oonincx | Vincenzo Fogliano | Maryia Mishyna
研究机构：瓦赫宁根大学与研究中心，食品质量与设计研究小组，地址：Bornse Weilanden 9, 6708 WG, 瓦赫宁根，荷兰
摘要
黑水虻幼虫（BSFL）是食品和饲料中矿物质的重要来源。本研究量化了在添加了铁的饲料（铁含量为269–7803 mg/kg）中饲养的BSFL幼虫对铁、钙、锌和镁的生物可利用性，并对其进行了热处理。铁的添加提高了幼虫体内的铁含量以及天然存在的铁纳米颗粒（约45 nm）的数量，这与铁蛋白介导的铁储存机制一致。尽管铁的生物可利用性从约50%下降到约25%，但在体外消化后释放的可溶性铁浓度从0.08 mg/mL增加到了0.20 mg/mL，从而增加了总的可利用铁含量。热处理对不同营养素产生了不同的影响：焯水处理降低了铁的生物可利用性，可能是由于铁蛋白变性；但同时破坏了矿物质储存结构，从而提高了钙和锌的生物可利用性。总体而言，这些结果表明，尽管铁的生物可利用性部分降低，但添加铁的BSFL幼虫仍能增加可利用铁的总量，凸显了其作为富含矿物质的食品和饲料成分的潜力。
引言
以畜牧业为基础的蛋白质产业（包括肉类和乳制品生产）是温室气体排放的主要来源之一，同时对土地、淡水和能源资源造成了巨大压力。这些环境问题日益难以持续，对全球生态和社会稳定构成了日益严重的威胁（Parlasca & Qaim, 2022）。与此同时，动物产品和乳制品仍然是人类直接消费和动物饲料中最易吸收的蛋白质来源（Ajomiwe et al., 2024）。更重要的是，它们还提供了最易吸收的铁和钙形式，这两种微量营养素在全球范围内普遍存在缺乏（Carpenter & Mahoney, 1992; Gardner et al., 2023; Guéguen & Pointillart, 2000; Shlisky et al., 2022）。值得注意的是，铁缺乏也是养殖猪中最常见的微量营养素缺乏症（Friendship et al., 2021）。这种环境限制与营养依赖的双重挑战表明，迫切需要寻找既可持续又能解决关键营养缺口的其他蛋白质来源。
在此背景下，可食用昆虫被提出作为食品和饲料的可持续替代蛋白质来源（van Huis et al., 2021）。黑水虻（Hermetia illucens）因能高效地将农业废弃物转化为富含蛋白质的生物质且资源需求低而成为替代饲料领域的领先候选者（Siva Raman et al., 2022）。虽然目前尚未被直接食用，但这些特性使其幼虫成为未来作为人类食品成分的潜在候选者（Bessa et al., 2020）。除了蛋白质含量外，黑水虻幼虫还含有丰富的铁和钙（First et al., 2024; Zulkifli et al., 2022）。通过调整饲养基质，研究人员发现幼虫体内的铁含量可以从362 mg/kg干物质（DM）提高到999 mg/kg干物质。此外，当基质中的铁含量从300 mg/kg增加到6600 mg/kg时，钙含量也从26.5 mg/kg增加到31.9 mg/kg（First et al., 2024）。然而，目前对这种昆虫体内微量矿物质生物可利用性的了解仍然有限，尤其是在添加铁的情况下。
为了探讨铁强化对黑水虻幼虫营养价值的影响，本研究评估了矿物质的生物可利用性。生物可利用性是指消化后可在肠道中吸收的营养素的可溶性部分，相对于摄入物质中的总含量而言。铁和钙等微量元素的生物可利用性受矿物质种类、与其结合的化合物以及周围基质组成的影响（Manzoor et al., 2024）。如焯水或巴氏杀菌等加工方法（通常由食品安全法规要求）会通过改变矿物质的溶解度、结合结构或基质组成来显著影响营养素的可用性（Cilla et al., 2019）。先前已有研究表明，焯水处理会降低Eulepida mashona和Henicus whellani这两种昆虫中铁和锌的生物可利用性；然而，对于养殖昆虫而言，常用的几分钟焯水处理对其矿物质生物可利用性的影响尚未进行过研究（Bessa et al., 2021; Borremans et al., 2020; Son et al., 2023）。昆虫基成分中的铁生物可利用性很大程度上受铁蛋白的影响，铁蛋白是一种大分子、水溶性的铁结合蛋白，含有亚铁氢氧化物核心（First et al., 2023）。
关于养殖可食用昆虫中矿物质生物可利用性的数据仍然有限。Machado等人（2024）研究了两种常见可食用昆虫——家蟋蟀（Acheta domesticus）和黄粉虫（Tenebrio molitor）中铁的生物可利用性，并分析了铁纳米颗粒（NP）的含量及其与铁生物可利用性的关系。铁纳米颗粒的大小和数量差异可能反映了不同生物体间的铁储存机制差异。铁纳米颗粒的大小和含量的变化会影响其溶解度、氧化还原状态和肠道吸收（Kumari & Chauhan, 2021）。在添加了铁的BSF幼虫中，这些数据对于识别铁的储存形式及其潜在营养价值至关重要。尽管黄粉虫和家蟋蟀都富含抑制铁吸收的几丁质，但黄粉虫的铁生物可利用性显著更高（Karthikeyan et al., 2005; Machado et al., 2024）。这些结果表明，铁纳米颗粒的含量可能是铁生物可利用性的一个指标。然而，此前尚未对黑水虻幼虫中的铁纳米颗粒进行过分析。
本研究使用体外消化模型评估了黑水虻幼虫中四种必需矿物质（铁、钙、锌和镁）的生物可利用性，并研究了铁强化和热处理对其生物可利用性的影响。此外，还探讨了铁强化对幼虫体内铁纳米颗粒形成的影响及其与消化过程中铁溶解度的关系。
昆虫的饲养和饲料制备遵循First等人（2024）描述的方案，对水分含量、收获时间和每个容器中的幼虫数量进行了少量调整。使用商业鸡饲料（Kuikenopfokmeel no. 1，Kasper FaunaFood，荷兰），通过1毫米厨房滤网过滤后与水以1:1.6（重量:体积）的比例混合制备BSF饲料。通过向水中添加柠檬酸铁铵来调整饲料中的铁含量。
在添加了铁的基质中饲养的BSFL幼虫中，增加饲料中的铁含量并未影响幼虫的体重或存活率（表1），这与先前的研究结果一致（First et al., 2024）。随着饲料中铁含量的增加，幼虫体内的铁含量也呈剂量依赖性增加，范围从183 mg/kg干物质增加到832 mg/kg干物质（表2），这与先前报道的通过基质强化使铁含量从362 mg/kg干物质增加到999 mg/kg干物质的结果一致（First et al., 2024）。
本研究综合评估了添加铁的黑水虻幼虫中微量矿物质的生物可利用性和铁纳米颗粒的形成情况。同时，还探讨了热处理对矿物质生物可利用性的影响。铁强化使幼虫体内的铁含量和铁纳米颗粒数量呈剂量依赖性增加，而纳米颗粒的直径保持稳定（约45 nm），色谱分析证实了存在高分子量（>600 KDa）的铁蛋白。
Tomer First： 负责撰写初稿、方法学设计、数据分析及概念构建。
Jolien de Boer： 负责审稿、编辑及实验研究。
Miguel Gomez-Sanchez： 负责审稿、编辑及实验研究。
Carlos López-Portugués： 负责审稿、编辑及实验研究。
Jorg Bettmer： 负责审稿、编辑及实验研究。
Maria Montes-Bayón： 负责审稿、编辑及实验研究。
Dennis G.A.B. Oonincx： 负责审稿。
在撰写过程中，作者使用了ChatGPT工具进行拼写检查和语句重构。使用该工具后，作者对内容进行了必要的审查和修改，并对出版物的内容负全责。
本研究得到了荷兰Topsector Agri & Food（TKI）绿色产业奖（奖项编号：LWV21293）的支持。
Carpenter and Mahoney, 1992
EFSA, 2024
European Union, 2009
Guéguen and Pointillart, 2000
Ji and Mingyang Sun, 2023
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
作者感谢Protix（荷兰Bergen op Zoom）提供的黑水虻卵。同时感谢奥维耶多大学（西班牙奥维耶多）物理系及电子显微镜与纳米技术实验室（SCTs）的Alaa Adawy博士进行的HRTEM和EDX分析工作。此外，也感谢Ciske Slothouber、Yeongbin Kim、Rutger Brouwer、Yifan Zhang和Lucas Bozzo在实验过程中对幼虫计数的协助。
