CN108391765A - 转化有机废料的方法和产物以及产物的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及将有机废料转化为昆虫饲料的方法以及所获得的昆虫饲料。该方法包括:(a)制备包含至少一个酶和有机废料的混合物，并且提供使所述混合物发生酶反应的条件；(b)从步骤(a)得到的所述混合物中分离固体部分以得到昆虫饲料。本发明亦涉及从有机废料生产的生物柴油产品和富含蛋白质的动物食品的方法，以及所获得的生物柴油产品和富含蛋白质的动物食品。另外，提供酶用于制备昆虫饲料的应用。

Description

转化有机废料的方法和产物以及产物的应用
技术领域
本发明涉及一种将有机废料转化为昆虫饲料的方法以及所获得的昆虫饲料，具体地但不局限地涉及食物废弃物的转化。本发明亦涉及一种从有机废料生产脂肪组分和富含蛋白质组分的方法，以及所获得的脂肪组分和富含蛋白质组分的应用。另外，本发明涉及一种酶的应用。
背景技术
由于畜牧业、养鱼业、农耕业的增长，对饲料的需求愈来愈高，尤其是富含营养的动物饲料。鉴于这种需求以及日益严峻的废物处置问题，人们考虑到利用废物来喂养动物以在提供动物饲料的同时达到减废。
现有提供动物饲料的方法包括直接将有机废料如食物废弃物投放给动物食用。但是，这种方法对动物健康、甚至是人体健康都带来莫大的风险，因为食物废弃物未经处理并带有大量的微生物和病菌，被饲养的动物容易患上疾病并传播给其他动物或人类，例如手足口病、猪瘟、禽流感、传染性海绵状脑病等。事实上，欧盟委员会已由2002起禁止将食物废弃物用于喂养动物。
另外的现有方法包括以食物废弃物喂养昆虫，例如将食物废弃物直接喂养昆虫，收集喂养后的昆虫并将昆虫直接投放给动物食用。然而，这些方法通常需要昆虫用很长的时间去分解食物废弃物中的物质，并且由于培养环境的恶劣(因为食物废弃物未经处理并可能吸引害虫)，喂养的昆虫的生存率通常很低，并对操作人员的健康造成一定的风险。
因此，仍需要一种能够在帮助减废的同时，向动物提供富含营养的饲料或补充剂的方法，并且该方法是具有可控性的，具成本效益，和能够减少对环境和人类健康的风险。
发明内容
本发明提供一种将有机废料转化为昆虫饲料的方法，该方法包括:
(a)制备包含至少一个酶和有机废料的混合物，并且提供使所述混合物发生酶反应的条件；
(b)从步骤(a)得到的所述混合物中分离固体部分以得到昆虫饲料。
本发明亦提供一种从有机废料生产的脂肪组分和富含蛋白质组分的方法，包括以下步骤:
提供以上所述的方法的步骤(a)和(b)得到的昆虫饲料；
(c)以所述昆虫饲料喂饲昆虫，并使其成长；
(d)收获并处理昆虫以得到脂肪组分和富含蛋白质组分中的一者或两者。
另外，本发明亦涉及通过以上方法分别得到的富含蛋白质组分和脂肪组分，以及两者在制备动物食品或蛋白质补充剂、或生物柴油的应用。
又一方面，本发明亦提供酶用于制备昆虫饲料的应用。
本发明对有机废料的处理，大大减低在培养昆虫时的异味，提供优良、含有丰富蛋白质的昆虫以提供良好的动物饲料来源。这一种有机废料的转化方式，耗能少，成本低廉，所需时间短，对环境的污染降低，方便操作，而且大大降低对操作人员的健康风险。本发明的方法既可以有效地处理一日愈多的有机废料，减轻对环境的污染和负担，亦为畜牧业、养鱼业、农耕业、栽培业和林业等提供富含营养的饲料、补充剂和肥料。同时，所生产的脂肪组分可用于制备生物柴油、化妆油等等。
另外，本发明的方法进一步增加培养昆虫的生存率。用酶处理有机废料并进一步分离固体的、富含碳水化合物的部分，方便饲养员使用，同时大大改善了培养环境，提高昆虫的生存率，得到含丰富蛋白质的动物饲料。
具体实施方式
本发明提供一种将有机废料转化为昆虫饲料的方法，该方法包括：
(a)制备包含至少一个酶，和有机废料的混合物，并且提供使所述混合物发生酶反应的条件；
(b)从步骤(a)得到的所述混合物中分离固体部分以得到昆虫饲料。
本文所述的「有机废料」指含有可通过生物降解的有机物质，即基本上由碳基化合物构成的物质组成的废料。有机废料可为天然形成或人工合成，可从动物或植物衍生出来，例如动植物的排泄物或分泌物、动植物死亡余下的物质等；可为人工形成的，如加工食物等。有机废料包含固体废料，液体废料，或固体废料和液体废料的混合物。固体废料指在室温的情况下，即25℃±2℃，以固体的状态存在的废料。液体废料指在室温的情况下，即25℃±2℃，以液体的状态存在的废料。
在一个实施例中，有机废料包含食物废弃物，并且固体废料和液体废料的重量比例为约1：0.5至约1：6。固体废料和液体废料的重量比例可为约1：1至约1：5，具体地可为1：2.5。
在优选的实施例中，本发明的有机废料包括食物废弃物，或基本上为食物废弃物。食物废弃物可称为厨余，其包括生厨余和熟厨余。生厨余指食材在加工前所剩余的，并且未经食用和烹煮的物料，例如果皮；熟厨余指食材在加工或烹煮后、未经食用的物料，例如剩餸、过期食品、饮料等。
「昆虫饲料」一般指给予昆虫的食物。根据本发明的方法，从有机废料转化而得的昆虫饲料按得到的昆虫饲料的总重量计算，含有至少35％重量百分比的碳水化合物，优选地含有至少40％重量百分比的碳水化合物。根据本发明的方法所生产得到的昆虫饲料含有高百分比的碳水化合物，因此尤其适合用于向昆虫提供具有丰富营养的膳食。
「酶」指能够作为生物催化剂加快化学反应的蛋白质，例如将大分子化合物的降解反应加快。在本发明中，酶包括水解酶，水解酶指通过催化底物的水解反应的酶。在水解反应中，底物(如本发明方法中的有机废料)在水解酶的存在下，分解成含羟基成分和其他产物。在本发明的实施例中，水解酶可选自由蔗糖酶、淀粉酶、乳糖酶、麦芽糖酶和葡聚糖酶组成的组。具体地，淀粉酶包括α-淀粉酶、β-淀粉酶或葡糖淀粉酶。
在实施例中，按有机废料的总重量计算，所述至少一个酶的浓度为约0.025重量百分比至约1重量百分比。
在一个实施例中，本发明方法的步骤(a)包括以下步骤
(i)向所述有机废料加入至少一个酶，以及
(ii)在30℃至65℃的温度下，搅拌混合物至少12小时。
优选地，其中有机废料具体地是包括固体废料和液体废料的食物废弃物，在步骤(a i)中，将至少一个酶，优选地至少两个水解酶，加入到有机废料中制备形成混合物，而所述混合物放置于反应器中。在步骤(a ii)中，所述混合物在30℃至65℃的温度下，优选地在约35℃至60℃的温度、或40℃至50℃的温度进行酶反应，并搅拌混合物至少12小时、至少18小时或至少24小时，从而使混合物充分地混合以进行酶反应。
在一个实施例中，本发明方法在步骤(a)前进一步包括提供有机废料的步骤，其中有机废料是包括固体废料和液体废料的混合物、或是液体废料，在该步骤中，将有机废料的pH值调较至约3至约6之间，优选地约4至约5之间。调较pH值的方法包括滴加酸或碱直至有机废料达到所需要的pH值。具体地，酶在所述pH值的活性是最强的。
本发明方法的步骤(b)可包括以下步骤：
(i)通过过滤将固体部分从所述混合物中分离，以及
(ii)用冲洗溶剂清洗固体部分而得到昆虫饲料。
在实施例中，在步骤(a)的酶反应后，所得到的混合物含有固体部分和液体部分。在步骤(b)中，可通过过滤方法将固体部分以及液体部分分离开。过滤方法包括但不限于，先将混合物置于分离器皿中(如试管)，用离心机将固体部分沉降，收集上清液(其通常为富含糖的水解产物)，可选地将残余的固体部分用吸滤方法吸走多余液体，例如但不限于真空吸滤。分离的固体部分可用冲洗溶剂冲洗并进行干燥，其中冲洗溶剂包含水或由水组成，具体地为纯水。可选地，干燥可通过重复过滤、吸滤等方法来实施。
步骤(b)后得到的昆虫饲料可直接用于喂饲昆虫，或作为昆虫饲料的补充剂。在实施例中，按所述昆虫饲料的总重量计算，所述昆虫饲料含有至少35％重量百分比的碳水化合物，或至少40％重量百分比的碳水化合物。「碳水化合物」指由碳、氢和氧三种元素组成的糖类，其包括单糖、双糖以及多糖。
本发明在另一个方面提供了一种从有机废料生产的脂肪组分和富含蛋白质组分的方法，包括以下步骤:
提供根据以上所述的方法的步骤(a)和(b)得到的昆虫饲料；
(c)以所述昆虫饲料喂饲昆虫，并使其成长；
(d)收获并处理昆虫以得到脂肪组分和富含蛋白质组分中的一者或两者。
「脂肪组分」指该组分40％以上、或50％以上为甘油三酯、脂肪酸或其衍生物。脂肪组分可包含饱和以及不饱和脂肪酸。脂肪组分通常在水中具有低的水溶性。「富含蛋白质组分」指该组分40％以上为蛋白质以及其衍生物，具体地，按所述富含蛋白质组分的总重量计算，所述富含蛋白质组分含有至少40％重量百分比的蛋白质、至少45％重量百分比的蛋白质，或至少50％重量百分比的蛋白质。
在实施例中，将如上述方法得到的昆虫饲料喂饲昆虫的幼虫，为幼虫提供适当的环境使其成长，优选地持续喂饲至少5日或10日，喂饲环境和日数可根据昆虫特性调节，并在昆虫成蛹前收集幼虫。将收获得的昆虫幼虫进行处理以得到脂肪组分和富含蛋白质组分中的一者或两者，其中该处理可包括处死、干燥、磨碎、压榨、提取等一种或多种的处理方法。在一个具体实施例中，将收获得的昆虫幼虫进行干燥并通过压榨得到液状的脂肪组分，以及收集剩余的固体部分以得到富含蛋白质组分。
优选地，本发明的方法中所用的昆虫为黑水虻(Hermetia illucens)，更具体地为黑水虻的幼虫。黑水虻是双翅目水虻科扁角水虻属的一种昆虫，又称光亮扁角水虻。
本发明中所获得的脂肪组分可用于制备生物柴油的应用。
本发明中所获得的富含蛋白质组分可用于制备动物食品或蛋白质补充剂的应用。
在一个实施例中，在步骤(d)收获昆虫后，在昆虫培养器皿内剩余的昆虫分泌或排泄物，以及不被分解的饲料则可作为肥料应用，即用于化肥，向泥土提供营养。由此，有机废料得以充分地利用起来，既可以有效地处理一日愈多的有机废料，减轻对环境的污染和负担，亦为畜牧业、养鱼业、农耕业、栽培业和林业等提供富含营养的饲料、补充剂和肥料。同时，所生产的脂肪组分可用于制备生物柴油、化妆油等等。
另外，本发明的将有机废料转化为昆虫饲料的方法，进一步增加培养昆虫的生存率。这是由于未经处理的有机废料未能为昆虫提供一个十分合适的成长环境，未经处理的有机废料往往存在有对昆虫有害的物质和细菌，这些降低昆虫的生存率，以致未能充分地将有机废料中含有的有价值物质转化。而且，直接将未经处理的有机废料投放予昆虫，对培养昆虫的环境造成污染，例如难以忍受的臭味，对饲养员的健康造成很大的风险。经本发明所述的方法——用酶处理有机废料并进一步分离固体的、富含碳水化合物的部分，方便饲养员使用，同时亦大大改善了培养环境，提高昆虫的生存率，从而得到含丰富蛋白质的昆虫。
另外，本发明亦提供一种酶的应用，将酶用于制备以上所述的昆虫饲料的应用。如前所述，所述酶可为水解酶，用于将有机废料中的糖类转化为碳水化合物，在水解反应后，收集富含碳水化合物的固体部分以进一步用于制备昆虫饲料或补充剂。优选地，水解酶选自由蔗糖酶、淀粉酶、乳糖酶、麦芽糖酶和葡聚糖酶组成的组。
为更清楚地阐述本发明的优点和特性，下面提供具体实施例来对本发明进行详细说明，但以下具体实施例并不具有局限性。本领域人员可理解在不背离如本文中概括地描述的本发明的精神和范围下，可对本发明进行多种的变动和/或修改。因此，本文中的实施例在各方面而言应视为用于说明的目的，而不应视为限制。
除非另外指出，本文中所引用的任何现有技术不应被视为承认该信息是公知常识。
实施例1
将有机废料转化为昆虫饲料
分别从杂货店以及咖啡店收集得到以下食物废料：薯片、燕麦、橙汁、苹果汁、营养饮品、汽水、面包、糕点以及蛋糕。以上废料按固体和液体分类，然后固体废料与液体废料分别按1：1重量比例或1：1容量比例混合。将2.4公斤的固体废料与6升的液体废料混合，并加入至容量为10升的反应容器，将废料混合物的pH值用氢氧化钠调较至4-5。然后，加入0.025％(w/v)蔗糖酶以及1％(v/w)葡糖淀粉酶。至反应容器中，于50℃的温度下，以50rpm-300rpm，具体地50rpm的转速搅拌酶和有机废料的混合物24小时。在酶反应过程中，不需要监测pH值。
在酶反应的24小时后，收集混合物，并将其置于离心管中用离心机，以转速10,000g分离约30分钟。先收集上清液，再将余下沉降的固体部分用Whatman No.1过滤纸和真空吸滤法进行过滤，得到过滤后的固体部分。用与固体部分等重的纯水作为冲洗溶剂清洗固体部分，如将纯水加入固体部分而成混合物再摇晃，通过进一步的离心和真空吸滤法得到清洗后的固体部分。
将固体部分进行干燥，获得昆虫饲料。按昆虫饲料的净总重量计算，昆虫饲料含有43.5％重量百分比的碳水化合物、19.7％重量百分比的蛋白质以及21.1％重量百分比的脂肪。
实施例2
喂饲昆虫并收收获昆虫
提供孵化3天、并以鸡粮喂养的黑水虻幼虫50条。将58.1g实施例1中所获得的昆虫饲料给予黑水虻幼虫，并在适恰的环境下培养12天使其成长。在12天后，收获幼虫，幼虫的生存率达到76％。将幼虫压碎、压榨出油，得到虫油与残余物。
按残余物的净总重量计算，残余物含有18.4％重量百分比的碳水化合物、54.1％重量百分比的蛋白质以及23.1％重量百分比的脂肪，残余物含有丰富的蛋白质以用于制备动物食品或蛋白质补充剂。
所得到的油分，即脂肪组分，可用于制备生物柴油、化妆油等等。
在昆虫培养器皿内剩余的昆虫分泌或排泄物，以及不被分解的饲料则用于化肥，向泥土提供营养。

Claims (20)

1.一种将有机废料转化为昆虫饲料的方法，该方法包括:
(a)制备包含至少一个酶和有机废料的混合物，并且提供使所述混合物发生酶反应的条件；
(b)从步骤(a)得到的所述混合物中分离固体部分以得到昆虫饲料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，按所述昆虫饲料的总重量计算，所述昆虫饲料含有至少35％重量百分比的碳水化合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述有机废料包含食物废弃物。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述有机废料包含固体废料，液体废料，或固体废料和液体废料的混合物。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述有机废料包含固体废料和液体废料的混合物，固体废料和液体废料的重量比例为约1：0.5至约1：6。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个酶为水解酶。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，按所述有机废料的总重量计算，所述至少一个酶的浓度为约0.025重量百分比至约1重量百分比。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述水解酶选自由蔗糖酶、淀粉酶、乳糖酶、麦芽糖酶和葡聚糖酶组成的组。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)包括以下步骤
(i)向所述有机废料加入至少一个酶，以及
(ii)在30℃至65℃的温度下，搅拌混合物至少12小时。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(b)包括以下步骤
(i)通过过滤将固体部分从所述混合物中分离，以及
(ii)用冲洗溶剂清洗固体部分而得到昆虫饲料。
11.一种根据权利要求1至权利要求10任一项所述的方法得到的昆虫饲料。
12.一种从有机废料生产的脂肪组分和富含蛋白质组分的方法，包括以下步骤:
提供根据权利要求1至权利要求10任一项所述的方法的步骤(a)和(b)得到的昆虫饲料；
(c)以所述昆虫饲料喂饲昆虫，并使其成长；
(d)收获并处理昆虫以得到脂肪组分和富含蛋白质组分中的一者或两者。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述昆虫为黑水虻。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，按所述富含蛋白质组分的总重量计算，所述富含蛋白质组分含有至少40％重量百分比的蛋白质。
15.一种根据权利要求12至权利要求14任一项所述的方法得到的富含蛋白质组分。
16.一种根据权利要求12至权利要求14任一项所述的方法得到的脂肪组分。
17.根据权利要求15所述的富含蛋白质组分用于制备动物食品或蛋白质补充剂的应用。
18.根据权利要求16所述的脂肪组分用于制备生物柴油的应用。
19.酶用于制备昆虫饲料的应用。
20.根据权利要求19所述的应用，所述酶为水解酶并选自由蔗糖酶、淀粉酶、乳糖酶、麦芽糖酶和葡聚糖酶组成的组。
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