涂清波 林穎 蘇鵬亮
摘要 綜述了蚯蚓的化學(xué)成分及應(yīng)用價值,旨在為蚯蚓的綜合開發(fā)利用提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞 蚯蚓;化學(xué)成分;應(yīng)用價值
中圖分類號 S899.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611(2017)34-0109-03
Abstract The chemical constituents and application values of earthworm were reviewed,in order to provide basis for the comprehensive development and utilization of earthworm.
Key words Earthworm;Chemical constituents;Application value
蚯蚓俗稱地龍,又名曲鱔,為環(huán)節(jié)動物門寡毛綱代表性動物,在世界各地分布有12科6 000 多種,我國境內(nèi)資源豐富,共記錄8科305種,全國各地廣泛分布的品種有環(huán)毛蚓、愛勝蚓、異唇蚓、杜拉蚓等[1]。蚯蚓營養(yǎng)豐富,生物活性廣泛,可以改善土壤環(huán)境,是我國一味傳統(tǒng)中藥,在《神農(nóng)百草經(jīng)》和《本草綱目》已有記載,1837年達(dá)爾文稱其為地球上最有價值的動物。筆者綜述了蚯蚓的化學(xué)成分及其在醫(yī)藥、環(huán)保、農(nóng)牧等方面的應(yīng)用價值,旨在為其進(jìn)一步開發(fā)利用提供依據(jù)。
1 化學(xué)成分
蚯蚓干體的主要化學(xué)成分如下:蛋白質(zhì)53.5%~65.1%,脂肪4.40%~17.38%,碳水化合物11.0%~17.4%,灰分7.8%~23.0%[2]。
1.1 氨基酸類
蚯蚓干體中,氨基酸含量為63.69%,由17種氨基酸組成,其中谷氨酸9.62%、天冬氨酸6.64%、亮氨酸5.13%、精氨酸4.50%、賴氨酸5.03%、纈氨酸3.14%、丙氨酸3.70%、甘氨酸3.33%、苯丙氨酸2.72%、蘇氨酸3.24%、酪氨酸2.22%、絲氨酸3.36%、蛋氨酸1.09%、脯氨酸3.72%、組氨酸1.76、半胱氨酸0.67%、異亮氨酸2.84%,包含人體必需的9種氨基酸,且含量較高[3]。
1.2 脂肪酸類
蚯蚓粉和蚯蚓體腔液的脂肪中脂肪酸的含量比例分別為油酸40.76%、41.11%,亞油酸20.98%、6.16%,棕櫚酸19.74%、18.43%,十三酸7.10%、11.8%,硬脂酸4.12%、1.84%,豆蔻酸2.16%、1.68%,10-甲基十二酸1.38%、7.43%,月桂酸1.05%、3.58%,葵酸0.88%、3.89%,十五酸0.39%、1.54%,大多數(shù)為不飽和脂肪酸[4]。
1.3 微量元素
1 L蚯蚓原液中含鉀1 107~2 000 mg,鈉467~1 200 mg,鈣206~1 000 mg,鎂27~122 mg,鐵31~36 mg,鋅0.25~6.20 mg,銅0.5~1.2 mg,每克蚯蚓粉中硒含量高達(dá)20 μg。蚯蚓體內(nèi)礦物質(zhì)大多與氨基酸絡(luò)合存在,鐵、銅、錳和鋅元素以氨基酸螯合態(tài)形式存在的比例在65%以上,其中氨基酸螯合鐵占鐵總含量的86.54%;氨基酸螯合銅67.50%;氨基酸螯合錳65.79%;氨基酸螯合鋅93.97%[5]。
1.4 維生素
100 L原液中含維生素A 1.16 mg,維生素B1 5.30 mg,維生素B2 8.65 mg,維生素E 3.15 mg,維生素D占鮮重的0.040%~0.073%[6]。
1.5 核酸 100 L原液中含核酸223.5 mg,其中RNA 169.55 mg,DNA 53.50 mg[6]。
1.6 酶類
1.6.1 溶栓酶。主要包括蚯蚓纖溶酶和膠原酶以及少量溶酶激酶。Mihara等[7]最早從粉正蚓中提取并發(fā)現(xiàn)一組具有水解纖維蛋白和激活纖維溶酶原雙重作用的同工酶,命名為蚯蚓纖溶酶,后來多位學(xué)者從不同蚯蚓中相繼提取出來,統(tǒng)稱為蚓激酶,分子量20~40 kD。鐘良瑋等[8]從雙胸蚓中分離到3種水解膠原的酶,其中 Ⅱ 是不具亞基的大分子糖蛋白,分子量為92.9 kD。
1.6.2 抗氧化酶。主要包括過氧化氫酶、超氧化歧化酶以及少量谷胱甘肽過氧化物酶、谷胱甘肽還原酶、葡萄糖氧化酶等。廖怡等[9]從赤子愛勝蚓中分別提取出過氧化氫酶和超氧化歧化酶,過氧化氫酶分子量為390和400 kD,超氧化歧化酶在蚯蚓體內(nèi)多為銅、鋅螯合,其中一條亞基分子量為17 kD,比活達(dá)22 606 U/mg。
1.6.3 消化酶。不同種類的蚯蚓生活習(xí)性不同,食性不同,體內(nèi)消化酶成分存在差異。消化酶包括纖維素酶、磷酸酶、蛋白酶、糖苷酶、透明質(zhì)酸酶等。其中,赤子愛勝蚓腸道內(nèi)纖維素酶活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于威廉環(huán)毛蚓,而蛋白酶和酸性及堿性磷酸酶活性顯著低于威廉環(huán)毛蚓[10]。
1.6.4 核酸酶。蚯蚓中含有多種核酸水解酶,分為DNA水解酶和RNA水解酶。張建林等[11]從蚯蚓組織中提取出一種可有效降解超螺旋質(zhì)粒DNA、線狀λ-噬菌體DNA和細(xì)菌染色體DNA,不降解RN的脫氧核糖核酸內(nèi)切酶,命名為EDNas,分子量63 kD。
1.6.5 其他。蚯蚓體內(nèi)一般還有膽堿酯酶、植酸酶等[12-13]。
1.7 蛋白質(zhì)及多肽類
1.7.1 金屬結(jié)合蛋白。金屬結(jié)合蛋白包括金屬巰蛋白、鈣調(diào)素及結(jié)合蛋白等。劉蘭芳等[14]采用RT-PCR方法從鎘誘導(dǎo)后的赤子愛勝蚓中克隆到蚯蚓金屬硫蛋白基因cDNA,在大腸桿菌中表達(dá)出來,分子量32.4 kD。王采芹等[15]從赤子愛勝蚓中提取出2種鈣調(diào)蛋白,分子量分別為18.9和16.0 kD。
1.7.2 溶血蛋白。目前,已發(fā)現(xiàn)多種溶血蛋白。Eue等[16]從赤子愛勝蚓體腔液中分離出3種溶解紅細(xì)胞蛋白,分子量46、43和40 kD,其中H3不穩(wěn)定,可斷裂為分子量分別為18和21 kD的2個片段,兼具溶血和凝血作用。Yamaji等[17]分離出溶紅細(xì)胞蛋白Lysenin,分子量41 kD,可識別生物膜的鞘磷脂分子,且具有收縮大鼠血管平滑肌的作用。
1.7.3 抗腫瘤和免疫蛋白。林少琴等[18]從太平Ⅱ號蚯蚓組織中分離出一種抗小鼠肝癌H22的糖蛋白,分子量為63 kD。胡云龍等[19]研究發(fā)現(xiàn)蚯蚓提取物對小鼠移植肉瘤S180具有抑制作用。Grdisa等[20]從赤子愛勝蚓組織中提取到G-90,具有刺激細(xì)胞生殖作用,且類似免疫球蛋白結(jié)構(gòu)。
1.7.4 抗菌肽。蚯蚓的生活環(huán)境及生活習(xí)性決定了其體內(nèi)必然有對抗不利環(huán)境的防御系統(tǒng)。蚯蚓體內(nèi)含有少量的抗菌肽。Milochau等[21]從赤子愛勝蚓的體液中分離并純化出2種抗菌肽,命名為fetidins,分子量分別為40和45 kD。張希春等[22]得到2種抗菌肽,分子量分別為53.5和51.9 kD。孫振鈞[23]從赤子愛勝蚓中發(fā)現(xiàn)一種抗菌四十肽。
1.8 代謝產(chǎn)物及其他成分
蚯蚓的活性代謝產(chǎn)物包含胍類化合物、蚯蚓毒素、蚯蚓素以及蚯蚓堿等。其中,胍類化合物被從蚯蚓中分離出來,命名為D-lombricine,具有抑制小鼠自發(fā)性乳瘤生長的作用。其他活性成分還包括嘌呤、膽堿、膽甾醇等[22]。
2 應(yīng)用價值
2.1 中西醫(yī)藥 《本草綱目》記載有40多種蚯蚓配方,能治療熱結(jié)尿閉、高熱煩躁、經(jīng)閉、抽搐、咳嗽哮喘、行動不便、高血壓、腎炎、結(jié)石、先天性癲癇、肺炎、痹癥、風(fēng)濕、黃疸、小兒驚風(fēng)等多種疾病?,F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究和臨床治療證實,蚯蚓體內(nèi)的活性物質(zhì)具有增強免疫力、促進(jìn)傷口愈合、溶栓、降壓、抗癌、抗菌、抗炎、鎮(zhèn)痛、抗菌、抗心律失常和抗病毒等作用。目前,蚓激酶已經(jīng)被作為溶栓藥物普遍應(yīng)用,被廣泛用于腦缺血性疾病、心血管疾病、下肢深靜脈血栓以及腎病綜合癥等疾病的治療[24-26]。此外,清華2號、福乃康等作為抗癌新藥已被用于臨床治療。目前,蚯蚓藥用活性成分開發(fā)活躍,更多醫(yī)藥產(chǎn)品將會問世。
2.2 動物飼料
干蚯蚓中蛋白質(zhì)含量高于一般肉類飼料;鐵含量是魚粉的14倍;銅含量是魚粉的2倍;錳含量是魚粉及豆餅的4倍至6倍;鋅含量是魚粉及豆粕的3倍;鉀、鈉、鎂含量都高于豆餅;鈣、磷含量高于豆餅2倍至3倍,并且動物對蚯蚓體內(nèi)磷的利用率高達(dá)90%;蚯蚓還富含維生素A、B、D、E、胡蘿卜素等多種維生素。用蚯蚓飼喂雞、鴨、豬、魚、龜、鱉等,不僅使動物增重加快,產(chǎn)蛋量大,肉質(zhì)變好,同時提高了飼料轉(zhuǎn)化率[27-28]。研究發(fā)現(xiàn),蚯蚓在改善肉質(zhì)、增加體重的同時還能降低動物發(fā)病率,可治療家畜高熱不退、家畜小便不利、家畜尿血、牛馬大便秘結(jié)、母畜產(chǎn)后缺乳、豬牛肛門脫出、家畜水火燙傷、家畜抽搐、家畜心熱風(fēng)邪等常見病[29]。蚯蚓具有被用作飼料及飼料添加劑的優(yōu)良潛質(zhì)。
2.3 農(nóng)田改良
蚯蚓是土壤改良的挖掘機(jī),通過不斷地縱橫鉆洞和吞吐排糞等生命活動,可以疏松土質(zhì),改善土壤結(jié)構(gòu),增加土壤的透氣性,提高肥力。研究表明,有蚯蚓棲息的周圍土壤中,許多無機(jī)鹽的元素(如磷、鉀、鈣、鎂等)會增加數(shù)倍。與原土養(yǎng)分相比,蚯蚓糞中腐殖含量較原土提高了36%~160%,全氮含量增加了75%~105%,其中速效磷含量增加了20%~68%,速效鉀含量增加了19%~36%[30]。我國每公頃土地內(nèi)約有蚯蚓15萬~180萬條。由于蚯蚓的掘地性和雜食性,每年每公頃土地內(nèi)的蚯蚓排出的蚓糞就可達(dá)到幾十噸甚至幾百噸,這種蚓糞除含有氮、磷、鉀等常規(guī)元素外,還含有農(nóng)作物必需的多種微量元素,它不僅是糧油作物的好肥料,而且是花園與苗圃的高級有機(jī)肥。
2.4 環(huán)境治理
蚯蚓能夠分泌出多種特殊酶類,能分解蛋白質(zhì)、脂肪、木質(zhì)纖維素等,可消化和吸收造紙工業(yè)、食品工業(yè)廢渣以及污泥、垃圾等天然有機(jī)物。美國利用蚯蚓處理生活垃圾,率先推行“庭院蚯蚓堆肥法”,洛杉磯市首先建立了一座蚯蚓養(yǎng)殖場,飼養(yǎng)蚯蚓1 000萬條,每月處理垃圾高達(dá)75萬t。隨后,日本、歐美等國家及我國紛紛建立了不同處理規(guī)模的處理有機(jī)垃圾的蚯蚓養(yǎng)殖場。目前蚯蚓還用來處理農(nóng)藥和重金屬類有害物質(zhì),美國、英國等國家在農(nóng)田或重金屬礦區(qū)周圍的耕作區(qū)養(yǎng)殖大量的蚯蚓,結(jié)果發(fā)現(xiàn)大量重金屬或有害的農(nóng)藥富集到蚯蚓的體內(nèi),使得已經(jīng)荒蕪的農(nóng)田又變得肥沃起來[31]。
2.5 保健食品
蚯蚓作為食品在我國古代就有記載,目前主要是在臺灣等地區(qū)比較流行,食品有通心粉和地龍糕等,萊肴有千龍戲珠(蚯蚓煮鴿蛋)、地龍鳳巢(蚯蚓炒蛋)、龍鳳配(蚯蚓燉雞)等。然而,在歐美發(fā)達(dá)國家食用蚯蚓非常普遍,美國、加拿大、日本等國家將其制成蚯蚓餅干、罐頭、蚯蚓肉與牛肉漢堡包,暢銷歐洲各地。近年來,發(fā)達(dá)國家蚯蚓保健食品年貿(mào)易額在20億美元左右,而每年正以20%~25%的速度遞增[32],相信隨著我國傳統(tǒng)觀念的改變,蚯蚓作為保健食品將會進(jìn)一步發(fā)展。
2.6 化妝產(chǎn)品
蚯蚓提取液外敷新西蘭兔背部創(chuàng)傷模型,用藥新西蘭兔創(chuàng)傷肉芽組織中含大量肌纖維母細(xì)胞,合成功能活躍,細(xì)胞內(nèi)肌動蛋白較多,有利于傷口的收縮與皮膚的恢復(fù)。墨西哥國立理工學(xué)院已經(jīng)研制出一種以紅蚯蚓分泌液為原料的天然美容品,能保持皮膚濕度,延緩皮膚衰老。江西省贛南帝龍生物制品廠從蚯蚓活體提取出超氧化物岐化酶,研制出帝龍SOD系列產(chǎn)品,具有較好的抗衰老功效[33]。
2.7 生物催化
隨著綠色化學(xué)的發(fā)展,酶作為生物催化劑的應(yīng)用越來越被重視,與純酶相比,酶的粗提物分離操作簡單,成本低廉。蚯蚓粗提物富含多種酶系,是一種良好的生物催化劑。李志林等[34]、Guan等[35]、He 等[36]發(fā)現(xiàn)蚯蚓粗提物可用于催化不對稱Mannich、Aldol、Henry、Biginelli和Domino等反應(yīng),合成異喹啉、香豆素等化合物。以4-羥基香豆素與芐叉丙酮為原料,蚯蚓粗提物催化下成功合成華法林,得率為98%,ee值為20%。
3 展望
蚯蚓自然資源豐富,人工養(yǎng)殖技術(shù)成熟,成本低廉,提取物生物活性廣泛,毒副作用低,在醫(yī)藥獸藥臨床上療效確切,成分的提取和活性研究發(fā)展迅速,但蚯蚓醫(yī)藥產(chǎn)品的數(shù)量不多,開發(fā)具有獨特成分和療效的高技術(shù)產(chǎn)品是對蚯蚓進(jìn)一步深加工的方向,應(yīng)加快基礎(chǔ)理論向?qū)嶋H生產(chǎn)轉(zhuǎn)化研究的轉(zhuǎn)化。在我國大力提倡新型環(huán)保和有機(jī)農(nóng)業(yè)、綠色化學(xué)等新形勢下,蚯蚓在污染治理、農(nóng)田改良、天然飼料、醫(yī)藥化學(xué)等方面的作用會越來越突出。