CN116326683A - 协同制备黑水虻幼虫虫体蛋白粉和二甲酸钾的方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种协同制备黑水虻幼虫虫体蛋白粉和二甲酸钾的方法及应用，该方法首先将黑水虻幼虫研磨成匀浆或干粉；置于有机溶剂搅拌，浆液离心分离得到固体和液体；向固体中加入氢氧化钾溶液，搅拌，所得到的固液离心分离得到蛋白质溶液；向蛋白质溶液中加入甲酸溶液，溶液析出蛋白质沉淀，离心分离得到固体，干燥后即为虫体蛋白粉；液体浓缩后分离得到二甲酸钾。本发明将昆虫蛋白提取和二甲酸钾的制备有机结合起来，由于二甲酸钾是国家鼓励使用的抗生素替代品，解决了饲料配制过程中再次添加替抗剂问题；本发明同时实现饲料蛋白提取、二甲酸钾制备以及虫体脂肪提取和甲壳素制备协同进行，实现一举多得。
Description
技术领域
本发明涉及黑水虻虫体蛋白提取领域，具体涉及一种协同制备黑水虻幼虫虫体蛋白粉和二甲酸钾的方法及应用。
背景技术
随着人口的激增，畜牧产品的需求量日益增长，饲养畜禽所需要的蛋白质资源日益紧张。目前，可用于饲养动物的植物蛋白原料主要包括豆粕、麸皮、米糠、菜籽粕等农副产品，但其氨基酸组成没有动物蛋白质合理，因此鱼粉一直是优质饲料蛋白的首选。过去几十年来，由于过度捕捞，鱼粉资源变得非常有限，鱼粉价格大幅上涨，动物饲养成本增加，所以寻找新型的替代蛋白质来源迫在眉睫。昆虫作为一种绿色高质量蛋白饲料原料，极具开发前景。
黑水虻幼虫粗蛋白含量达40％-48％，黄粉虫粗蛋白含量高达47.7％-64.7％，蝗虫蛋白含量达50％-60％，家蝇幼虫粗蛋白含量为40％-65％。目前这些昆虫都有望成为饲料蛋白来源，其中黑水虻是最有前景的饲料蛋白来源。
黑水虻原产于美洲，现广泛分布于全球热带和温带地区的双翅目昆虫，其幼虫食性广泛，可将畜禽粪便、餐厨垃圾和农产品加工副产物等有机废弃物转化为优质的蛋白质和脂肪，并具有繁殖周期短、养殖占地面积小和饲料转化率高等特点。因此，黑水虻是一种环保、低饲养成本和高品质的新型饲料原料。
传统方法提取蛋白采用碱提取蛋白后须加盐酸重新析出蛋白质沉淀，因而得到的粗蛋白中含较多氯化钠，须进一步透析去除，工艺繁杂，成本高。
发明内容
本发明提供了一种协同制备黑水虻幼虫虫体蛋白粉和二甲酸钾的方法，该方法无需对蛋白质提取过程中的无机盐进行透析，在提取蛋白质的同时，还制备了替抗剂——二甲酸钾，实现二者的协同生产。本发明获得的黑水虻幼虫虫体蛋白粉或/和二甲酸钾可直接用于动物饲料，无需额外添加或减少二甲酸钾添加量。
为实现上述目的，本发明设计一种协同制备黑水虻幼虫虫体蛋白粉和二甲酸钾的方法，包括以下步骤：
1)将黑水虻幼虫研磨成匀浆或干粉；
2)将上述黑水虻匀浆或黑水虻干粉置于脱脂溶剂中搅拌，浆液离心分离得到固体和液体；其中，液体部分用于回收脂肪；
3)向上述固体中加入氢氧化钾溶液，搅拌，所得到的固液离心分离后得到固体甲壳素和蛋白质溶液；
4)向上述蛋白质溶液中加入甲酸溶液，溶液析出蛋白质沉淀，离心分离得到固体和液体，固体干燥后即为虫体蛋白粉；液体浓缩后分离得到二甲酸钾。
进一步地，所述步骤1)中，黑水虻幼虫前处理方法如下：
黑水虻幼虫可以通过冰冻、漂烫、直接研磨、冷冻干燥或微波干燥等方法进行杀死处理。
再进一步地，所述步骤2)中，脱脂溶剂为2-甲基四氢呋喃、石油醚、乙酸乙酯、二氯甲烷、三氯甲烷和水中任意一种或二种。
再进一步地，所述步骤2)中，搅拌时间为1-12h。
再进一步地，所述步骤3)中，固体和氢氧化钾溶液的料液比为1：10-200g/mL。
再进一步地，所述步骤3)中，氢氧化钾溶液的浓度为0.1-2mol/L。
再进一步地，所述固体和氢氧化钾溶液的料液比为1：10-200g/mL且氢氧化钾溶液的浓度为1mol/L。
再进一步地，所述步骤3)中，搅拌时间为1-10h。
再进一步地，所述步骤4)中，加入甲酸的物质的量为氢氧化钾的2-2.2倍，甲酸的浓度为3-6mol/L。
本发明还提供了一种上述的方法制备得到的二甲酸钾作为饲料添加剂在制备饲料中的应用。
本发明的有益效果：
1.本发明将昆虫蛋白提取和二甲酸钾的制备有机结合起来，由于二甲酸钾是国家鼓励使用的抗生素替代品，解决了饲料配制过程中再次添加替抗剂问题；
2.本发明同时实现饲料蛋白提取、二甲酸钾制备以及虫体脂肪提取和甲壳素制备协同进行，实现一举多得。
3.本发明和传统碱提取法相比，在高效提取蛋白的同时，不需要将滤液中的盐溶液当作三废处理，而是变废为宝，将其作为替抗剂回收利用，既减轻了环境污染处理负担，又得到有益产品二甲酸钾，因此提高了企业生产利润。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。
实施例1
协同制备黑水虻幼虫虫体蛋白粉和二甲酸钾的方法，包括以下步骤：
1)取15克新鲜幼虫，冰冻进行处理，研磨成得到黑水虻匀浆或黑水虻干粉。
2)用100mL二氯甲烷搅拌浸提4h，离心过滤后分别得到液体和固体，液体用于回收油脂，固体部分用于提取蛋白。
3)向所得到的固体中加入60mL 1mol/L的氢氧化钾溶液，搅拌溶解10h后离心过滤，得到的固体即是甲壳素，可回收利用，得到的溶液即是蛋白质溶液。
4)向上述蛋白质溶液中加入40mL 3mol/L的甲酸溶液，混合物离心过滤，分别得到蛋白质固体和二甲酸钾溶液，固体干燥后即为含少量二甲酸钾的虫体蛋白粉1。
实施例2
本实施例的方法与实施例1的方法基本相同，不同之处在于：
黑水虻幼虫通过漂烫进行处理。
实施例3
本实施例的方法与实施例1的方法基本相同，不同之处在于：
黑水虻幼虫通过直接研磨进行处理。
实施例4
本实施例的方法与实施例1的方法基本相同，不同之处在于：
黑水虻幼虫通过冷冻干燥进行处理。
实施例5
本实施例的方法与实施例1的方法基本相同，不同之处在于：
黑水虻幼虫通过微波干燥进行处理。
实施例6
协同制备黑水虻幼虫虫体蛋白粉和二甲酸钾的方法，包括以下步骤：
1)称取15g冷冻的黑水虻研磨成黑水虻匀浆。
2)每组用100mL2-甲基四氢呋喃搅拌浸提8h，离心过滤后分别得到液体和固体，液体用于回收油脂，固体部分用于提取蛋白。
3)向所得的固体中加入60mL的1mol/L的氢氧化钾溶液，搅拌溶解4h后离心过滤，得到的固体即是甲壳素，可回收利用，得到的溶液即是蛋白质溶液。
4)向上述蛋白质溶液中加入22mL 6mol/L的甲酸溶液，混合物离心过滤，分别得到蛋白质固体和二甲酸钾溶液，固体干燥后即为含少量二甲酸钾的虫体蛋白粉。
实施例7
本实施例的方法与实施例6的方法基本相同，不同之处在于：
脱脂溶剂为石油醚。
实施例8
本实施例的方法与实施例6的方法基本相同，不同之处在于：
脱脂溶剂为乙酸乙酯。
实施例9
本实施例的方法与实施例6的方法基本相同，不同之处在于：
脱脂溶剂为二氯甲烷。
实施例10
本实施例的方法与实施例6的方法基本相同，不同之处在于：
脱脂溶剂为三氯甲烷。
实施例11
协同制备黑水虻幼虫虫体蛋白粉和二甲酸钾的方法，包括以下步骤：
1)称取3g冷冻干燥的黑水虻干虫研碎成黑水虻幼虫干粉。
2)每组用100mL二氯甲烷搅拌浸提5h，减压抽滤后分别得到液体和固体，液体用于回收油脂，固体用于提取蛋白。
3)向所得的固体中加入600mL 0.1mol/L氢氧化钾溶液，搅拌溶解4h后离心过滤，得到的固体即是甲壳素，可回收利用，得到的溶液即是蛋白质溶液。
4)向上述蛋白质溶液中加入30mL 4mol/L的甲酸溶液，混合物离心过滤，分别得到蛋白质固体和二甲酸钾溶液，固体干燥后即为含少量二甲酸钾的虫体蛋白粉。
实施例12
本实施例的方法与实施例11的方法基本相同，不同之处在于：
氢氧化钾溶液浓度为0.5mol/L，体积为120mL。
实施例13
本实施例的方法与实施例11的方法基本相同，不同之处在于：
氢氧化钾溶液浓度为1.0mol/L，体积为60mL。
实施例14
本实施例的方法与实施例11的方法基本相同，不同之处在于：
氢氧化钾溶液浓度为1.5mol/L，体积为40mL。
实施例15
本实施例的方法与实施例11的方法基本相同，不同之处在于：
氢氧化钾溶液浓度为2.0mol/L，体积为30mL。
实施例16
1)将15g黑水虻幼虫在沸水中漂烫至死后研磨成匀浆；
2)该浆液用80mL 2-甲基四氢呋喃和20mL水混合搅拌浸提3h，提取出虫体中的油脂，浆液离心过滤后分别得到液体和固体，液体用于回收油脂，而固体部分用于提取蛋白；
3)向固体中加入100mL 0.61mol/L的氢氧化钾溶液，搅拌溶解3h后离心过滤，离心得到的固体是甲壳素，可回收利用，得到溶液即是蛋白质溶液；
4)向该蛋白质溶液中加入59mL 2mol/L的甲酸溶液，析出的固体离心分离，固体干燥后即为含少量二甲酸钾的虫体蛋白粉(二甲酸钾含量约为4.6％)，重1.11g，滤液浓缩，离心过滤得二甲酸钾固体7.47g。
实施例17
1)称取3g经微波干燥的黑水虻幼虫干粉。
2)用60mL石油醚搅拌浸提12h，离心过滤后分别得到液体和固体，液体用于回收油脂，固体部分用于提取蛋白。
3)向所得到的固体中加入60mL 1mol/L的氢氧化钾溶液，搅拌溶解8h后离心过滤，得到的固体即是甲壳素，可回收利用，得到的溶液即是蛋白质溶液。
4)向上述蛋白质溶液中加入120mL 1mol/L的甲酸溶液，此时溶液pH约为3.8，混合物离心过滤，分别得到蛋白质固体和二甲酸钾溶液，固体干燥后即为含少量二甲酸钾的虫体蛋白粉(二甲酸钾含量约为4.4％)，共计1.12g，滤液浓缩，离心过滤得二甲酸钾固体，共计7.51g。
1.前处理方法对蛋白质提取的影响：
表1.实施例1～5的前处理对虫体蛋白粉提取及二甲酸钾的影响
由表1可知，采用冷冻干燥杀死黑水虻方法提取的蛋白质最多，而微波方法处理不利于蛋白提取。
2.脱脂溶剂对蛋白质提取的影响
表2.实施例6～10中脱脂溶剂对虫体蛋白粉提取及二甲酸钾的影响
由表2可知，二氯甲烷提取蛋白效果最好。
3.不同浓度的氢氧化钾对虫体蛋白粉提取率的影响
表3.KOH浓度对虫体蛋白粉提取及二甲酸钾的影响
由表3可知，氢氧化钾浓度为1.0mol/L时提取蛋白效果最好。
实施例18
一种上述的方法制备得到的二甲酸钾作为饲料添加剂制作饲料，其中，饲料配方如下：
按重量计：小麦淀粉20％，黑水虻虫体蛋白粉25％，豆粕24％，维生素C 5％，油脂10％，维生素矿物质预混料7％，粘合剂7％，二甲酸钾2％。该饲料可用于水产品用饲料。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (10)
1.一种协同制备黑水虻幼虫虫体蛋白粉和二甲酸钾的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将黑水虻幼虫研磨成匀浆或干粉；
2)将上述黑水虻匀浆或黑水虻干粉置于脱脂溶剂中搅拌，浆液离心分离得到固体和液体；其中，液体部分用于回收脂肪；
3)向上述固体中加入氢氧化钾溶液，搅拌，所得到的固液离心分离后得到固体甲壳素和蛋白质溶液；
4)向上述蛋白质溶液中加入甲酸溶液，溶液析出蛋白质沉淀，离心分离得到固体和液体，固体干燥后即为虫体蛋白粉；液体浓缩后分离得到二甲酸钾。
2.根据权利要求1所述协同制备黑水虻幼虫虫体蛋白粉和二甲酸钾的方法，其特征在于：所述步骤1)中，黑水虻幼虫前处理方法如下：
黑水虻幼虫可以通过冰冻、漂烫、直接研磨、冷冻干燥或微波干燥等方法进行杀死处理。
3.根据权利要求1所述协同制备黑水虻幼虫虫体蛋白粉和二甲酸钾的方法，其特征在于：所述步骤2)中，脱脂溶剂为2-甲基四氢呋喃、石油醚、乙酸乙酯、二氯甲烷、三氯甲烷和水中任意一种或二种。
4.根据权利要求3所述协同制备黑水虻幼虫虫体蛋白粉和二甲酸钾的方法，其特征在于：所述步骤2)中，搅拌时间为1-12h。
5.根据权利要求1所述协同制备黑水虻幼虫虫体蛋白粉和二甲酸钾的方法，其特征在于：所述步骤3)中，固体和氢氧化钾溶液的料液比为1：10-200g/mL。
6.根据权利要求5所述协同制备黑水虻幼虫虫体蛋白粉和二甲酸钾的方法，其特征在于：所述步骤3)中，氢氧化钾溶液的浓度为0.1-2mol/L。
7.根据权利要求6所述协同制备黑水虻幼虫虫体蛋白粉和二甲酸钾的方法，其特征在于：所述固体和氢氧化钾溶液的料液比为1：10-200g/mL且氢氧化钾溶液的浓度为0.1-2mol/L。
8.根据权利要求1所述协同制备黑水虻幼虫虫体蛋白粉和二甲酸钾的方法，其特征在于：所述步骤3)中，搅拌时间为1-10h。
9.根据权利要求1所述协同制备黑水虻幼虫虫体蛋白粉和二甲酸钾的方法，其特征在于：所述步骤4)中，加入甲酸的物质的量为氢氧化钾的2-2.2倍，甲酸的浓度为3-6mol/L。
10.一种权利要求1所述的方法制备得到的二甲酸钾作为饲料添加剂在制备饲料中的应用。
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