CN103952227A - 食用昆虫转化有机废弃物虫体物质分离的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种食用昆虫转化有机废弃物虫体物质分离的方法，具体为转化废弃物完毕的虫体虫体经过烘干、真空干燥。特别是采用微波干燥，直接将活体昆虫平铺于微波干燥设备内，活体昆虫平铺厚度在1-5cm，时间控制在2-10分钟。将烘干后的水虻虫体粉碎。采取传统法即冷浸法、索氏提取法，超声法，以及亚临界法分别对水虻油进行了提取，得到分离后的粗油脂和虫体料粕。方法易行，操作简便，浸出后的油中热敏性物质无损害，色泽鲜艳，无污染，生产成本低，可用于规模化生产。

Description

食用昆虫转化有机废弃物虫体物质分离的方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，更具体涉及一种食用昆虫转化有机废弃物虫体物质分离的方法，它适用于处理有机废物的过程，并且提供昆虫脂肪和蛋白饲料。利用水虻、家蝇、黄粉虫、麻蝇等昆虫幼虫来处理有机废物，变为有机肥料，同时昆虫经过油脂提取，得到蛋白饲料。

背景技术

环境污染与资源短缺是当今人类面临的严峻挑战，经济越发展，能源消耗越多。能源、资源和环境问题已经成为制约社会经济可持续发展的主要瓶颈。我国每年产生大量的农业有机废弃物，不能得到合理有效利用，并且造成严重的污染。尤其随着当前畜牧养殖业集约化进行，畜禽粪便的排放造成的环境压力也越来越大。

目前食用昆虫作为一种新兴的行业，在废弃物处理、资源转化方面得到人民的广泛关注。比如水虻是亟待大规模开发的资源昆虫之一，水虻的蛋白和脂肪含量高，且富含人体必需氨基酸及微量元素，可经加工用于饲料、食品、保健品等行业。水虻幼虫可直接作为高蛋白营养来源，用于饲养鸡、鱼、鸟、龟等多种动物。水虻处理有机废弃物效果明显，能高效转化畜禽粪便、餐厨垃圾等为自身营养，可代替鱼粉等作为动物饲料。且利用清洁饲料饲养的水虻，可经过各种方式加工成为营养高、口感好、风味独特的优质食品。

虫体干燥的方法多种多样，如晒干、煮干、烘干、喷雾干燥和真空干燥等，但通常都在60℃以上或更高的温度下进行。

目前的油脂提取工艺主要有压榨法和浸出法，压榨法是借助机械外力的作用,将脂肪从油料中挤压出来的取油方法,目前是国内植物油生产的主要方法压榨法工艺操作简单、生产设备可简可繁、生产规模大小灵活。但是压榨法存在出油率低，劳动强度大，生产效率低的缺点并且由于榨油过程中粕中蛋白质变性严重。浸出法是一种应用广泛的制油方法，它是依据固液萃取的原理，选用某种能够溶解脂肪的有机溶剂,经过对油料的接触—浸泡或喷淋,使油料中脂肪被萃取出来的一种方法浸出法出油率高,浸出过程的温度相对较低,但是其缺点为采用溶剂易燃易爆,并具有一定毒性。以上两种传统工艺都是着重于对脂肪的提取，提油后的含蛋白质高的饼粕由于蛋白质变性程度比较严重限制了其蛋白质的深加工和再利用。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种食用昆虫转化有机废弃物虫体物质分离的方法，将不同方法干燥后的水虻虫体粉碎，选择不同方法提取粗油脂和粗蛋白质。方法易行，操作简便，油中热敏性物质无损害，色泽鲜艳，且消耗溶剂少，无污染，生产成本低，安全性高，可用于规模化生产。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施，

其技术构思是：一种食用昆虫转化有机废弃物虫体物质分离的方法，食用昆虫包括水虻、家蝇等鳞翅目昆虫，以及黄粉虫、大麦虫、金龟子等鞘翅目昆虫，转化有机废弃物虫体提取脂肪和蛋白质的方法,将转化完毕的昆虫虫体，以短时间高温快速杀死昆虫幼虫，然后将温度降低45-60℃，通过烘箱、真空干燥、微波干燥烘干至恒重。将烘干后的昆虫虫体粉碎。采取传统法即冷浸法、索氏提取法，超声法，以及亚临界法分别对昆虫油进行了提取，得到分离后的粗脂肪、虫体粗蛋白料粕、几丁质，粗蛋白包含氨基酸和抗菌肽。

一种食用昆虫转化有机废弃物虫体物质分离的方法，其步骤是：

A、水虻幼虫的培养：亮斑扁角水虻为武汉品系是本实验从武汉野生种群驯化繁殖得到，亮斑扁角水虻武汉品系虫卵的收集和幼虫的饲养方法进行培养(一种亮斑扁角水虻武汉品系的驯化养殖方法及应用，CN201110191867.6)，将幼虫与饲料的混合物转入烧杯中，使用小勺轻轻舀走表面饲料的残料。将产卵器，收集到的卵放入一个干净的塑料透明碗，在其上覆盖湿润的纱布，孵化时应在阴凉处，避免阳光照射，水分蒸发过快。置于25-28℃孵化3天后卵孵化再加入10-30％的人工饲料(麸皮、苜蓿粉、玉米粉按照5:3:2的比例加水配制，含水量控制在70％左右)，继续在25-28℃饲养。

B、昆虫转化：水虻幼虫培养3-5日，既可以用来转化有机废弃物，向装有粪便塑料盆中接入水虻幼虫(1头/g)，固定每天上午翻动桶中的粪便两次，使虫子能够从上面向下转移时充分接触和利用粪便。转化室中温度控制在28-31℃左右，湿度60％，转化时间确定为20-22d。

C、干燥昆虫虫体：水虻具有扎堆和畏光的习性，通过100W的日光灯照射10分钟，水虻会自动地往下深钻，即可清理出比较干净的幼虫。将转化完毕的昆虫虫体，采用微波干燥，直接将活体(或已死亡)昆虫平铺于微波干燥设备内，活体(或已死亡)昆虫平铺厚度在低于1-5cm，选择1KW档，时间控制在2-30min，获得烘干后的水虻虫体。

D、提取脂肪：将烘干后的水虻虫体粉碎(40-100目)，选择60-90℃的石油醚通过冷浸法、索氏提取法、超声法或亚临界法提取粗脂肪，得到昆虫粗脂肪。

所述的转化完毕的昆虫转移至烘干机，以50-80℃，1-5min快速杀死昆虫幼虫，然后转移到45-60℃，通过晒干、电热鼓风烘干、红外干燥、喷雾干燥和真空干燥对虫体进行烘干至恒重，将分离后的粪便残料用作生物肥料。

所述的采取传统法即冷浸法、索氏提取法或超声法分别对昆虫脂肪进行了提取。

所述的利用微波烘干技术对昆虫干燥，选择昆虫虫体，活跃、个体和颜色无明显差别，平铺进入微波烘干机，活体昆虫平铺厚度在1-5cm，时间控制在1-10分钟。

所述的食用昆虫，包括水虻、家蝇等鳞翅目昆虫，黄粉虫、大麦虫、金龟子等鞘翅目昆虫，以及其它食用昆虫。

所述的昆虫包括水虻、黄粉虫、大头蝇和家蝇中的一种或二致四种的任意混合。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

在常温下进行，低于40℃脱溶，浸出后的油中热敏性物质无损害，色泽鲜艳，萃取过程使用90℃以下热水代替高温蒸汽，且消耗溶剂少，无污染，投资小，生产成本低，设备负荷低，安全性高，技术成熟，可用于规模化生产。食用昆虫生物转化法具有成本低、易于推广，变废为宝，经济效益可观，同时达到除臭、消除病原菌的目的。

附图说明

图1为一种食用昆虫转化有机废弃物虫体物质分离的方法方框示意图。

具体实施方式

实施例1：

一种食用昆虫水虻转化有机废弃物虫体物质分离的方法，其步骤是：

水虻幼虫的培养：水虻幼虫的培养：亮斑扁角水虻为武汉品系是本实验从武汉野生种群驯化繁殖得到的，亮斑扁角水虻武汉品系虫卵的收集和幼虫的饲养方法按照已经获批的专利所述(一种亮斑扁角水虻武汉品系的驯化养殖方法及应用，CN201110191867.6)。将幼虫与饲料的混合物转入烧杯中，使用小勺轻轻舀走表面饲料的残料。水虻幼虫具有扎堆和畏光的习性，会自动地往下深钻，即可清理出比较干净的幼虫；幼虫计数方法先将分离出来的幼虫充分混匀，随机挑取200头以上幼虫称重，根据重量计算总体幼虫的数目。供试粪便采自华中农业大学附近养殖场，其含水量76％。将产卵器，收集到的卵放入一个干净的塑料透明碗，在其上覆盖湿润的纱布，孵化时应在阴凉处，避免阳光照射，水分蒸发过快。置于26或27或28℃孵化3天后卵孵化再加入20％的人工饲料(麸皮、苜蓿粉、玉米粉按照5:3:2的比例加水配制，含水量控制在70％左右，用手紧捏稍微有少许水从指缝中流出即可)，继续在26或27或28℃饲养。

昆虫转化：水虻幼虫培养3-5日，既可以用来转化有机废弃物，水虻转化各种有机废弃物的技术路线见图1(有机物、昆虫转化、昆虫虫体、提取昆虫粗脂肪或粗蛋白质)，向各种有机废弃物中接入食用昆虫幼虫，转化完成后虫体进行脂肪提取，得到昆虫粗脂肪和粗蛋白质。水虻幼虫转化具体实验过程：向装有粪便塑料盆中接入6d龄的水虻幼虫(1头/g)。接种完毕后放入转化室中培养，固定每天上午翻动桶中的粪便两次，使虫子能够从上面向下转移时充分接触和利用粪便。转化室中温度控制在29或30或31℃左右，湿度60％，转化时间确定为20或21或22d。根据幼虫取食进度，待加入畜禽粪便被幼虫转化为疏松状，再逐步添加畜禽粪便(依据优化实验结果)。转化周期为20或21或22d左右，转化结束前2d停止加料。

水虻虫体的烘干：通过晒干、电热鼓风烘干、红外干燥、喷雾干燥和真空干燥对水虻虫体进行干燥。不同的干燥方式的特点不同，其干燥速度、物料温度等也有差异。干燥速度,物料温度变化加快,但热风、远红外和微波的总规律及干燥机理相同。热风干燥是空气导热为主，传热较快。干燥过程中，热风是传热和传质的主要媒体。红外干燥是以辐射的形式进行传热，红外线烘干机制花干燥上选用的红外线约在4-100μm范围，所以称为远红外干燥。吸收红外线后，引起内部分子发生振动，分子间的快速碰撞、摩擦迅速转变为热能，使茶叶内外均匀得到加热，但红外线的穿透能力较差。微波干燥的原理是微波发生器将微波辐射，诱使水等极性分子随微波的频率作用同步高速旋转，使瞬时产生摩擦热，导致表面和内部同时升温，使大量的水分子溢出而被蒸发，达到干燥的效果。各种干燥方式的干燥速度不同,应根据不同的物料,选择较为适用的干燥方式或者前后阶段多种方式的联合干燥。由于远红外和微波干燥都有内温升高的特点,因此,在干燥中,应特别注意物料温度过高而影响质量的问题。真空干燥是专为干燥热敏性、易分解和易氧化物质而设计的，工作时可使工作室内保持一定的真空度，得到昆虫粗脂肪。

提取脂肪：水虻脂肪提取4种方法对比:取上述60℃条件下烘干，粉碎过40目筛水虻虫体，本试验采取传统法即冷浸法、索氏提取法，超声法，以及亚临界法分别对水虻脂肪进行提取研究。冷浸法通过精确称取样品10g水虻粉末，用300mL沸程60-90℃的石油醚室温浸泡样品，在室温下密闭静置48小时，待上层液体澄清时，继续用虹吸方式吸出上层液体，得到含醚水虻脂肪；将含醚水虻脂肪减压1兆帕蒸馏，回收石油醚，蒸馏后剩余成分为水虻脂肪。利用石油醚将被提取物质的脂肪萃取、溶解。索氏提取法通过内装被提取物，溶剂浸过被提取物表面约1-2cm，在水浴中加热100℃(回流。精确称取10g水虻粉末样品，置于索氏提取器中，加入沸程60-90℃的石油醚为溶剂回流提取8h上,将含醚水虻脂肪减压1兆帕蒸馏，冷凝回收石油醚，蒸馏后剩余成分为水虻脂肪。超声法通过向干燥、洁净圆底烧瓶中按照上述料液比加入样品和沸程60-90℃的石油醚，置于超声波发生器中，设定发生功率(120W)、时间(15min)进行超声处理。处理结束后，用真空泵抽滤，并将滤液用旋转蒸发器回收溶剂。

试验结果表明，5公斤重的新鲜活体水虻虫体，经过微波干燥后可以得到1185g虫体，接着通过亚临界提取脂肪设备，干重1185g水虻虫体后，可以提取354g粗脂肪，提取率为31％，脂肪收率超过98％，经过4h萃取，成功得到粗脂肪和虫体料粕，虫体其他营养无流失，且冷凝液化后的溶剂很好的回收且循环使用。

将上述浸提法、超声法、超声波法得到含醚水虻脂肪通过减压蒸馏，回收石油醚，蒸馏后剩余成分为水虻脂肪。通过亚临界低温萃取技术在水虻脂肪，在微波干燥活体水虻后，将干燥后的水虻虫体加入到亚临界低温萃取设备中，经过溶剂回收既可以得到昆虫脂肪。

水虻脂肪的提取方法有浸提法、超声法、超声波法等，本发明中水虻脂肪提取效率的对比结果见表1.

表1

	索氏提取法(16h)	冷浸法(48h)	超声法(30min)	亚临界(240min)
					效率	21.9	22.9	15.7	31％

水虻油理化性质的测定：水虻脂肪为金黄色、澄清透明的液体，有特殊气味。水虻脂肪理化常数的结果见表2。

表2

水虻脂肪肪酸组成的GC-MS分析，水虻脂肪的理化性质与其主要成分脂肪脂肪酸的含量和种类密切相关，本试验利用GC-MS技术确定水虻脂肪中脂肪酸甲酯的种类和含量结果如表3所示。气相色谱仪为GC/MS5890(Thermo-Finnigan,USA)，GC-MS条件：DB-23毛细管柱，柱温120℃保持4min后按10℃/min程序升温至250℃，保持20min。进样口温度250℃，检测室温度270℃，数据处理采用峰面积归一化法定量。水虻油脂中含有自然界较为少见十五、十七等奇数碳脂肪酸，特别是文献报道它们具有独特的抗癌功能。

表3

饱和脂肪酸	相对含量(64.1％)
		癸酸(10:0)	3.1
月桂酸(12:0)	35.6
		肉豆蔻(14:0)	7.6
棕榈酸(16:0)	14.2
		硬脂酸(18:0)	3.6
不饱和脂肪酸	相对含量(31.5％)
		棕榈油酸(16:1)	3.8

油酸(18:1)	23.6
		亚油酸(18:2)	2.8
亚麻酸(18:3)	1.3
		奇数碳脂肪酸	相对含量(3.3％)
十五烷酸(15:0)	1.0
		十七烷酸(17:0)	0.9
十九烷酸(19:0)	1.4

实施例2：以黄粉虫转化作物秸秆油脂和蛋白饲料为例：

饲养黄粉虫最重要的是有种虫：成龄幼虫、蛹、成虫都可做种虫。饲养到不同虫期，按黄粉虫的养殖技术，认真挑选蛹、成虫，筛好卵，使各虫期同步繁殖。经过细心挑选和饲养的各期虫，都可以做种虫繁殖，不过最好还是用成龄幼虫做种虫为好。幼虫的生长速度和幼虫期的长短取决于温度、湿度和饲料。一般情况下，温度越高，幼期越短，具体温度在25～28℃，相对湿度在60～70％。

黄粉虫适应性强，养殖技术容易掌握，工厂化养殖和分散饲养均可，适于分散饲养，集中加工。黄粉虫食性杂，转化率高，能充分转化秸秆等农业有机废弃物为人类可利用的物质，解决了大量秸秆等腐屑资源浪费与污染环境的问题。首先准备好饲养幼虫的设备。盒边高8～15cm，内壁要光滑，上层要加网盖。盒底撒上一层饲料，放进虫卵，控制好温、湿度，幼虫会按时孵出。黄粉虫饲养不消耗粮食，并可将畜禽不能转化的饲料转化为优质高蛋白饲料。通过黄粉虫这个中间环节，解决了长期不能解决的“人畜分粮”的问题。

黄粉虫虫体四种方法提取脂肪：利用微波烘干技术对黄粉虫干燥的应用，选择黄粉虫虫体，活跃，个体和颜色无明显差别，平铺进入微波烘干机，设定烘干条件后，首先黄粉虫虫体在设备运行的瞬间被杀死，减少黄粉虫营养流失。选择符合要求的活体昆虫，平铺于微波干燥设备内，活体昆虫平铺厚度在低于2cm，选择低或者中火档，时间控制在2-5分钟。

黄粉虫脂肪提取4种方法对比:取上述粉碎过40目筛黄粉虫虫体，本试验采取传统法即冷浸法、索氏提取法，超声法，以及亚临界法分别对黄粉虫脂肪进行提取研究。冷浸法通过精确称取样品10g黄粉虫粉末，用300mL沸程60-90℃的石油醚室温浸泡样品，在室温下密闭静置48小时，待上层液体澄清时，继续用虹吸方式吸出上层液体，得到含醚黄粉虫脂肪；将含醚黄粉虫脂肪减压1兆帕蒸馏，回收石油醚，蒸馏后剩余成分为黄粉虫脂肪。利用石油醚将被提取物质的脂肪萃取、溶解。索氏提取法通过内装被提取物，溶剂浸过被提取物表面约1-2cm，在水浴中加热100℃回流。精确称取10g黄粉虫粉末样品，置于索氏提取器中，加入沸程60-90℃的石油醚为溶剂回流提取8h上,将含醚黄粉虫脂肪减压1兆帕蒸馏，冷凝回收石油醚，蒸馏后剩余成分为黄粉虫脂肪。超声法通过向干燥、洁净圆底烧瓶中按照上述料液比加入样品和沸程60-90℃的石油醚，置于超声波发生器中，设定发生功率(120W)、时间(15min)进行超声处理。处理结束后，用真空泵抽滤，并将滤液用旋转蒸发器回收溶剂。

将微波干燥后的黄粉虫加入亚临界低温萃取设备中，通过控制萃取条件，且加入萃取溶剂，得到分离后的粗脂肪和虫体料粕，回收溶剂。亚临界低温萃取技术在黄粉虫脂肪提取中的应用，亚临界低温萃取黄粉虫虫体脂肪，需要在微波干燥活体黄粉虫后，将干燥后的黄粉虫虫体加入到亚临界低温萃取设备中，常温及设定一定1-3兆帕压力，设备中加入丙烷-丁烷混合萃取溶剂。

黄粉虫脂肪的提取方法有浸提法、超声法、超声波法等，本发明中黄粉虫脂肪提取效率的对比结果显示亚临界低温萃取技术提取效率高于其它三种技术。试验结果表明，经过不同方法干燥后，通过选择的方法提取脂肪，干重1000g黄粉虫虫体后，可以提取187g粗脂肪，经过4h萃取，成功得到187g粗脂肪和813g虫体料粕，虫体其他营养无流失，且冷凝液化后的溶剂很好的回收且循环使用，黄粉虫的油脂成分如表4所示。油脂中含有自然界较为少见十五、十七等奇数碳脂肪酸，特别是文献报道它们具有独特的抗癌功能。

表4

饱和脂肪酸	相对含量(39.6％)
		癸酸(10:0)	1.2
月桂酸(12:0)	1.3
		肉豆蔻(14:0)	8.1
棕榈酸(16:0)	17.6
		硬脂酸(18:0)	11.4
不饱和脂肪酸	相对含量(46.9％)

棕榈油酸(16:1)	9.3
		油酸(18:1)	11.6
亚油酸(18:2)	16.3
		亚麻酸(18:3)	9.7
奇数碳脂肪酸	相对含量(5.8％)
		十五烷酸(15:0)	1.5
十七烷酸(17:0)	1.7
		十九烷酸(19:0)	2.6

实施例3：以家蝇幼虫转化畜禽粪便的虫体制备粗脂肪和蛋白质：

家蝇幼虫最重要的是有种虫：成龄幼虫、蛹、成虫都可做种虫。成蝇以奶粉∶红糖∶水(1∶1∶5)混合作为饲料,每日更换饮水。用当日所取鲜猪粪与配合饲料配制(10∶1)成收卵信息物和产卵床,每24h收集卵1次接种于当日收集的新鲜猪粪中。饲养到不同虫期，按家蝇幼虫的养殖技术，认真挑选蛹、成虫，除去病虫，筛好卵，使各虫期同步繁殖。畜禽粪便含水量约70～81％,室温下(24～32℃)培养5～6d后分离幼虫,称量鲜蛆重,并部分烘干制成干蛆粉备用。蝇蛆在粪便中的活动对粪便的理化性质影响极大,这种影响对后续的微生物好氧分解极为有利,这可能是自然生态系统中物质高效还原的基本机制之一。生产上可直接利用这种粪便进行堆肥化处理,生产优质有机肥料。

用四种方法干干燥技术对家蝇幼虫进行干燥。虫体的烘干：通过晒干、电热鼓风烘干、红外干燥和微波干燥对虫体进行干燥。选择家蝇幼虫虫体，活跃，个体和颜色无明显差别，用四种方法进行干燥后，家蝇幼虫虫体在设备运行的瞬间被杀死，减少家蝇幼虫营养流失。选择符合要求的活体昆虫，平铺于微波干燥设备内。本试验采取传统法即冷浸法、索氏提取法，超声法，以及亚临界法分别对家蝇脂肪进行提取研究。试验结果表明，选择不同方法提取脂肪，但是亚临界法的提取效率相对其它的方法要高一些。每1000g家蝇幼虫干虫体，经过亚临界法可以成功得到267g粗脂肪和733g粗蛋白质。

Claims (4)

1.一种食用昆虫转化有机废弃物虫体物质分离的方法，其步骤是：

A、幼虫的培养：将幼虫与饲料的混合物转入烧杯中，使用小勺轻轻舀走表面饲料的残料，将产卵器，收集到的卵放入一个塑料透明碗，在其上覆盖湿润的纱布，孵化时在阴凉处，避免阳光照射，水分蒸发过快，置于25－28 ℃孵化3天后卵孵化再加入10-30%的人工饲料：麸皮、苜蓿粉、玉米粉按照5:3:2的比例加水配制，继续在25－28℃饲养；

B、昆虫转化：水虻幼虫培养3-5日，用来转化有机废弃物，向装有粪便塑料盆中接入水虻幼虫，固定每天上午翻动桶中的粪便两次，使虫子能够从上面向下转移时充分接触和利用粪便，转化室中温度控制在28-31℃，湿度60%，转化时间确定为20-22 d；

C、干燥昆虫虫体：水虻有扎堆和畏光的习性，通过100W的日光灯照射，水虻自动地往下深钻，清理出比较干净的幼虫，将转化完毕的昆虫虫体，采用微波干燥，直接将昆虫平铺于微波干燥设备内，昆虫平铺厚度在低于1-5cm，选择1KW档，时间控制在2-30min，获得烘干后的水虻虫体；

D、提取脂肪：将烘干后的水虻虫体粉碎40-100目，选择60-90 ℃的石油醚通过冷浸法、索氏提取法、超声法或亚临界法提取粗脂肪，得到昆虫粗脂肪。

2.根据权利1所述的一种食用昆虫转化有机废弃物虫体物质分离的方法，其特征在于：所述的步骤C转化完毕的昆虫转移至烘干机，以50-80 ℃，1-5min快速杀死昆虫幼虫，然后转移到45-60℃，通过晒干、电热鼓风烘干、红外干燥、喷雾干燥和真空干燥对虫体进行烘干至恒重，将分离后的粪便残料用作生物肥料。

3.根据权利1所述的一种食用昆虫转化有机废弃物虫体物质分离的方法，其特征在于：所述的步骤C微波烘干对昆虫干燥，选择昆虫虫体，活跃、个体和颜色无明显差别，平铺进入微波烘干机，活体昆虫平铺厚度在1-5cm，时间控制在1-10分钟。

4.根据权利1所述的一种食用昆虫转化有机废弃物虫体物质分离的方法，其特征在于：所述的昆虫包括水虻、黄粉虫、大头蝇和家蝇中的一种或二致四种的任意混合。