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以後月底不吃土,吃蟲?——以蟲為食(上)

Sophia
・2020/01/06 ・4530字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 582 ・九年級

世界糧食存量拉警報,畜牧產品價格漸漸上漲,同時你的錢包君仍然過瘦的現在……農作物大敵秋行軍蟲還來「trick and treat」!

該怎麼辦呢?

何不試試吃蟲?順便消滅秋行軍蟲?!

能吃的東西這麼多,吃蟲是個好選擇嗎?

聯合國糧食及農業組織(FAO)報告指出,地球需要再增加目前糧食產量的 70%,才能供給 2050 年全球的 90 億人口。其中肉類年產量需增長 億噸以上,糧食安全存量才能達標。但是全球碳排過量的現在,我們已沒有餘力承受畜牧產生的碳足跡與環境影響了。
(2006 年出版的《畜牧業的巨大陰影》刊物提及,光西半球的養殖業就要消耗全球 85% 的大豆來製作飼料(Stamer 2015)。)

人越來越多,肉可能會因此而不夠吃,所以我們開始找尋其他蛋白質來源。圖/libreshot

為了提供未來十年預計增長的 2~3 百萬人口足量的蛋白質,科學家早已開始找尋不同蛋白質的來源:

  1. 黃豆、豌豆與花生等植物性蛋白:市面常見,發展成熟,但營養價值稍遜動物性蛋白。
  2. 微藻、螺旋藻:近幾年替代蛋白不錯的選擇。這兩種藻類除了成長快速;養殖方式對環境友善,還含有機能性成分。不過細胞壁較難消化,且種植過程容易受到重金屬汙染。
  3. 蕈類:方便種植、收成,消費者接受度高,但是蛋白質含量相對較低。
  4. 人造肉:近年興起,來自培養皿的人造肉則是訴求乾淨無汙染,不用施打抗生素,且沒有動物因此死亡,但是目前生產成本高,外觀與口感也因沒有脂肪散佈而與真肉有差異,影響消費者觀感與接受度。

那麼食用昆蟲呢?

昆蟲蛋白屬於動物性蛋白,含有完整的人類必需胺基酸,2013 年 FAO 的《可食用昆蟲》報告指出全球有約 28% 人口以各生長階段的昆蟲為食,其中有些地區將之當作飢荒食物(famine foods)——在糧食短缺的時候或雨季及時提供蛋白質,熱量,微量元素與維生素等營養。

常見的食用昆蟲種類與比例如圖。昆蟲種類多,可供食用的就超過1900種,來源豐富;應用廣泛,並且人類食蟲歷史早在聖經文獻中便可找到紀錄,因此部分蟲類被認為是傳統食品原料,甚至作為傳統醫學藥材。(Laura, R.. 2016)

再從養殖面來看,由於冷血動物需要的熱量較少,昆蟲「飼料換肉」的效益很高。養成一公斤雞肉需要 2.5 公斤飼料;豬肉要 5 公斤;牛肉則要 10 公斤,而一公斤的可食活蟋蟀,只要 1.7 公斤飼料,更甚者,部分昆蟲可以農產品廢棄物為食,不僅成本低,還可以減少剩食問題。此外,飼養過程中養殖場使用面積;水與殺蟲劑用量都較現行畜牧業少。

吃蟲可是好處多多,要不要來點蟲蟲啊。圖/wiki

綜上所述,食蟲符合了環境可持續性(sustainable),健康營養(healthy),經濟實惠(affordable),供應穩定(reliable),美味(palatable)五個要點(SHARP),因此,昆蟲被認為是傳統畜牧業的良好未來替代品。(Laura, R.. 2016)

你我都聽過的都市傳說:「吃到蟲就當作補充蛋白質!」所以昆蟲真的營養嗎?

圖 / 作者整理自食品營養成分資料庫與 Attila et al, 2017

上圖比較了常見的食用昆蟲與傳統肉品中的營養素。傳統肉品營養素比例相近,無論豬、牛、雞、魚肉,蛋白質都約占 20%,脂肪也都在 7 至 15% 之間。但是昆蟲的營養素比例變異卻相當大。若以營養價值指標(Nutrient Value Score)3比較蟋蟀、棕櫚幼蟲、黃粉蟲與常見肉類牛、雞肉,結果發現前三者更為健康,其他昆蟲則沒有顯著差異(Payne, et. al., 2016)。

德國科學家 Rumpold 與 Schlüter 曾在 2013 年整理了 236 種昆蟲的營養分析,並比較了各種昆蟲之間及昆蟲與傳統肉類的蛋白質、脂肪、纖維、碳水化合物與灰分含量佔比。以下根據是次研究成果分為蛋白質、脂肪與熱量、纖維三大類討論:

圖 / 作者整理自Rumpold, B. A., & Schlüter, O. K. (2013)

1. 蛋白質

如前文所述,昆蟲有高品質蛋白,不過含量變異大。以囊括各種甲蟲的鞘翅目為例,平均蛋白質含量在 41%,範圍在 8.85~71.10% 之間。而昆蟲蛋白質與植物蛋白的品質相比,昆蟲蛋白質包含所有種類的必須氨基酸,且胺基酸組成完整,符合人體需求。此外,它的消化率約在 76~96% 之間,比植物性來源蛋白高,更只比牛肉(98%)、雞蛋(95%)低一些。

除了食用價值,以昆蟲飼養動物研究結果顯示,昆蟲蛋白質不存在限制生長的抗營養因子,且昆蟲蛋白可提高礦物質的生物利用率。而昆蟲蛋白衍生的機能性胜肽展現的抗高血壓、免疫調節、抗菌與抗氧化效果也開始受到注目,期望後續能應用在人體與動物營養、食品保存等領域。

2. 脂肪與熱量

昆蟲的熱量與傳統肉品相比,有過之而無不及,其中幼蟲與蛹的階段熱量又比成蟲高,範圍約在 217~777 kcal / 100g。脂肪含量範圍則從 7~77% 不等,並含有豐富的單元與多元不飽和脂肪酸。其中包含的亞麻油酸與次亞麻油酸,為人體合成 DHA 之前驅物質。1有一些昆蟲脂肪還有功能特性,例如黑水虻幼蟲含有的月桂酸和月桂三甘油酯具有的抗菌,病毒效果,也有機會應用於食品保鮮或製作機能性成分。

3. 纖維

昆蟲纖維含量在 0.1~29% 不等,最常見的形式是存在於昆蟲外骨骼中的不溶性幾丁質,在人體腸道中難以消化,可當作膳食纖維。鐵、鋅與鈣的含量較牛、豬或雞肉多,也含有維生素 B 群,A、D、E、K 與維生素 C,很適合當作日常營養補給的營養來源(Kouřimská, et. al.,2016)。2

現今昆蟲食品所面臨的障礙:食蟲百利,法律規範、大眾知識卻還沒跟上

許多國家現在仍有食蟲習慣,但是不少已開發國家並不樂見昆蟲出現在食物裡,且將蟲類視為病菌傳染媒介,立法限制食物中昆蟲殘骸和蟲卵汙染量。如美國食品藥物管理局規定每 100 公克巧克力中不得含有超過 60 片昆蟲碎片;咖啡豆所含的昆蟲量不得超過 10%;果汁飲料中不得含有超過 5 顆蒼蠅卵等,讓昆蟲食品上市面臨限制。

也有國家認為昆蟲是新穎性食品或食品添加物,要進一步變成能上市販售的普遍食品材料,要配合微生物,化學與環境等多方面研究,進行風險評估核可與制定相關的法規作規範管理。

想嘗試食用昆蟲?蜜蜂相關產品可以是你的第一步。圖/pxfuel

近期美國已准許販售整隻昆蟲,但是新型昆蟲衍生產品則被視為食品添加劑,需進行成分安全評估。歐盟雖較嚴苛地將食用昆蟲視為新穎性食品規範,但是盟內各國步調不一,不少接受度高的國家皆放寬處理,如比利時、德國與荷蘭已有昆蟲食品於市面上販售。台灣雖然批准 11 項昆蟲及其來源製取之原料可做食品原料使用(包括花粉、紅蚯蚓、蜂王乳、蜂王漿、蜂蛹、蜂蜜、蜂膠、蜂膠樹脂、蜂蠟、擬黑多刺蟻及蠶絲蛋白)但對昆蟲蟲體相關產品尚無法規規範,未來也不排除歸類於新穎性食品。

除了分類管理問題,產業經營也有許多要注意的地方:

  1. 昆蟲來源:若是採野外捕捉方式,就必須考慮永續經營;人工飼養則要有相關技術與配套的隔離方法,避免以昆蟲為媒介的傳染病,並控制蟲子熟成步調一致,穩定品質,才能形成大規模產業。而且無論以哪種方式取得昆蟲,都得注意環境中可能產生的重金屬污染與藥劑殘留。此外,來源與產地都將牽動全球的昆蟲貿易與產業鏈發展,不可輕忽。
  2. 飼料:應避免同種加工蛋白質餵養的風險,以免類似普利昂蛋白引發狂牛症,或是儲存不當的有機廢棄物產生質變等問題。
  3. 加工製造:得了解食用昆蟲的鑑定與食用方法等知識,預防攝入部分昆蟲含有的天然毒素;未去除足部的蚱蜢或蝗蟲引起的腸胃不適等風險。不同蟲體的物化特性直接影響到加工方式,還有萃取與濃縮後須了解食用安全性。
    另外,昆蟲蛋白可能還摻假問題,如額外使用皮革粉、羽毛粉等,蛋白含量高不等於動物源蛋白含量高。
  4. 產品推廣與食用注意事項:畢竟多數人沒有食蟲習慣,甚至對昆蟲充滿陌生與恐懼,因此上市前的感官品評與營養價值分析很重要,食品規範、包裝規範也需建立準則。尤其要注意昆蟲與許多其他節肢動物(如蟎蟲、甲殼類動物及軟體動物等)為類似過敏原,應標示可能產生過敏的訊息。才能減少風險並博得消費者信賴。
    近年生命福祉意識抬頭,收成前讓蟲子挨餓的清腸步驟,或密集飼養等道德福祉議題,也都可能影響消費者對昆蟲食品的接受度。

本文討論了食蟲的各種優點;分析了昆蟲的營養價值;也提出了目前推動食用昆蟲面臨的問題,下篇〈吃蟲進行式:昆蟲食品的新奇之路——昆蟲會成為未來糧食革命的主力嗎?(下)〉將正式帶你了解為了讓昆蟲好吃,世界各地做了多少努力,現在世界各國又有哪些已上市的「含蟲食品」,也許你也曾吃過喔!

注解:

  1. 熱量多寡取決於脂肪的比例,脂肪酸組成的比例則受到種類、生長階段、飲食、環境溫度、休眠或遷徙有關。
  2. 除了測定方法與品種會影響到各項數值外,由於昆蟲的生命週期短,不同發育階段的同種昆蟲的營養組成都可能不一樣,飼料與產地造成的差異也較顯著。
  3. 營養價值指標(Nutrient Value Score):聯合國世界糧食計劃署開發,根據各種食物含有的營養素組成與微量元素含量為依據,以互相比較何種食用起來比較有益健康的一種評分工具(請參考附表,不同國家也會使用不同的評比標準)。

參考資料:

論文:

  1. Elhassan, M., Wendin, K., Olsson, V., & Langton, M. (2019). Quality aspects of insects as food—Nutritional, sensory, and related concepts. Foods, 8(3), 95.
  2. Kouřimská, L., & Adámková, A. (2016). Nutritional and sensory quality of edible insects. NFS journal, 4, 22-26.
  3. Laura, R.. (2016). Taste: The infographic book of food. Great Britain: Aurum Press.
  4. Jansson, A., & Berggren, Å. (2015). Insects as food-something for the future?.
  5. Musundire, R. (2014). Bio-active compounds composition in edible stinkbugs consumed in South-Eastern districts of Zimbabwe.
  6. Payne, C. L. R., Scarborough, P., Rayner, M., & Nonaka, K. (2016). Are edible insects more or less ‘healthy’than commonly consumed meats? A comparison using two nutrient profiling models developed to combat over-and undernutrition. European journal of clinical nutrition, 70(3), 285.
  7. Rumpold, B. A., & Schlüter, O. K. (2013). Nutritional composition and safety aspects of edible insects. Molecular nutrition & food research, 57(5), 802-823.
  8. Stamer, A. (2015). Insect proteins—a new source for animal feed: The use of insect larvae to recycle food waste in high‐quality protein for livestock and aquaculture feeds is held back largely owing to regulatory hurdles. EMBO reports, 16(6), 676-680.

報導:

  1. 吃蟲救地球?歐盟從食安、飼料管理、戴奧辛殘留到動物福利,都需規範〉,上下游
  2. The connoisseur’s guide to edible insects,Western
  3. Cricket Protein: the New Food Frontier Is Here Already, CRICKSTER
  4. 未來新食機——食用昆蟲發展的 4 項觀察〉,經濟部技術處
  5. 全世界有 20 億人口把昆蟲當食物的一種,他們會是未來食物新趨勢嗎?〉,關鍵評論網
  6. 蠶蛹作為動物性蛋白質飼料原料之安全性評估〉,苗栗區農業專訊第 83 期
  7. 251 萬噸的豬料市場空間,昆蟲蛋白為何難以進入?〉,南方農村報
  8. Insects as a more sustainable protein source, By
  • 文字編輯/翁郁涵

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科學生跟著課程進度每週更新科學文章並搭配測驗。來科學生陪你一起唸科學!

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與許多食品人一樣誤打誤撞,只因為愛吃進入了這個領域,一腳踏入後發現這坑太大,不多拉些人進來那怎麼可以!


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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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