CN118027247A - 一种黑水虻幼虫提取甲壳素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种黑水虻幼虫提取甲壳素的方法，涉及甲壳素提取技术领域。一种黑水虻幼虫提取甲壳素的方法，包括以下步骤：S1、将黑水虻幼虫烘干磨粉，过筛，得到虫粉；S2、向虫粉中加入有机溶剂，在55‑65℃抽提2‑4h，然后在100‑110℃烘1‑3h，得到脱脂粉；S3、将脱脂粉先进行等离子体照射，然后加入尿素溶液，一次超声处理，再加入碱性蛋白酶溶液，二次超声处理，离心取沉淀烘干，得到脱蛋白粉；S4、向脱蛋白粉中加入酸液，搅拌处理1‑3h，过滤，将滤渣水洗至中性，烘干，得到甲壳素粗品。本发明的黑水虻幼虫提取甲壳素的方法，甲壳素的提取成本低，提取率高，且无环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及甲壳素提取技术领域，具体而言，涉及一种黑水虻幼虫提取甲壳素的方法。
背景技术
黑水虻幼虫富含活性蛋白、昆虫脂肪、益生菌、抗菌肽及甲壳素，是各类动物的最佳天然保健品，被誉为“动物人参”，可作为动物的主食或者饲料的补充，达到帮助消化、促进生长、增强免疫力、使肉质鲜美的作用。活虫使用也可作为饲料的添加剂或者部分替代，例如替代饲料的10％，其成本低廉，但动物的成活率、料肉比、肉质感等都得到了很大的提高，养殖效益翻倍。
甲壳素又名几丁质，是自然界中迄今为止被发现的唯一带正电荷的动物纤维素。甲壳素来源广泛，分布于虾蟹、昆虫、低等类植物菌类等甲壳类动物的外壳以及真菌、绿藻的细胞壁中。
目前，提取甲壳素应用较多的原料是废弃的虾蟹壳，原料来源单一。并且，虾蟹壳中常用的甲壳素提取方法主要包括化学法和生物法。化学法又称为酸碱法，利用强酸去除矿物质，使用强碱脱除蛋白质，是目前工业上应用最广泛最成熟的方法。生物法主要包括酶解法和微生物发酵法。酶法是利用蛋白酶水解蛋白质，常需要与无机酸或有机酸共同作用。微生物发酵法是利用真菌或细菌的发酵体系中产生的有机酸和蛋白酶来实现矿物质和蛋白质的脱除。化学法简单高效，但对强酸强碱的需求量很大，会造成严重的环境污染问题，还会伴随有水解和脱乙酰反应，导致甲壳素结构受到破坏。生物法的反应条件温和，对甲壳素的结构影响较小，但是存在提取时间长、效率低、脱除效果差等问题。因此，研发效率高、能耗低、无环境污染的提取甲壳素的技术具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种黑水虻幼虫提取甲壳素的方法，甲壳素的提取成本低，提取率高，且无环境污染。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种黑水虻幼虫提取甲壳素的方法，包括以下步骤：
S1、将黑水虻幼虫烘干磨粉，过筛，得到虫粉；
S2、向虫粉中加入有机溶剂，在55-65℃抽提2-4h，然后在100-110℃烘1-3h，得到脱脂粉；
S3、将脱脂粉先进行等离子体照射，然后加入尿素溶液，一次超声处理，再加入碱性蛋白酶溶液，二次超声处理，离心取沉淀烘干，得到脱蛋白粉；
S4、向脱蛋白粉中加入酸液，搅拌处理1-3h，过滤，将滤渣水洗至中性，烘干，得到甲壳素粗品。
本发明至少具有以下有益效果：
本发明中，通过有机溶剂将虫粉中的油脂萃取出来，以降低虫粉中的油脂含量，除去虫粉中的油脂，再利用高温将有机溶剂蒸发，蒸发过程中可以对有机溶剂进行回收，有利于有机溶剂的循环利用，以减少溶剂消耗量，降低提取甲壳素的成本。将脱脂粉进行等离子体照射处理，利用等离子体使得样品结构更为松散，结构表面不平整，这样在加入尿素溶液后，尿素溶液更易于浸润到脱脂粉粉体结构中，利用尿素将蛋白质分子中的氢键和疏水作用打破，使蛋白质发生变性和解离，从而达到溶解蛋白质的目的，具体是：尿素分子中含有两个氨基和一个羰基官能团，它们能够与蛋白质中的氨基酸侧链或主链上的极性官能团(如羧基、酰胺基、酚羟基等)形成氢键或离子键，从而降低蛋白质的稳定性和折叠状态，此外，尿素还能与蛋白质中的疏水区域形成水合层，使其失去疏水性和疏水作用，从而分散在水溶液中。然后再通过碱性蛋白酶溶液对溶液中的蛋白质以及对脱脂粉粉体中的蛋白质进一步酶解，以进一步降低蛋白质含量，提高脱蛋白质效果。最后，向脱蛋白粉中加入酸液，利用矿物质易溶于酸的特性，让脱蛋白粉中的矿物质与酸液发生反应生成易溶于水的盐，然后过滤水洗，烘干，得到甲壳素粗品。利用有机溶剂、尿素、碱性蛋白酶以及酸液依次对虫粉脱脂、脱蛋白、脱矿物质以得到甲壳素粗品，能够避免使用强酸强碱，降低强酸强碱对甲壳素的影响，可以降低提取成本，提高提取率，减少对环境的污染。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本发明。
一种黑水虻幼虫提取甲壳素的方法，包括以下步骤：
S1、将黑水虻幼虫烘干磨粉，过筛，得到虫粉；
S2、向虫粉中加入有机溶剂，在55-65℃抽提2-4h，然后在100-110℃烘1-3h，得到脱脂粉；
S3、将脱脂粉先进行等离子体照射，然后加入尿素溶液，一次超声处理，再加入碱性蛋白酶溶液，二次超声处理，离心取沉淀烘干，得到脱蛋白粉；
S4、向脱蛋白粉中加入酸液，搅拌处理1-3h，过滤，将滤渣水洗至中性，烘干，得到甲壳素粗品。
通过有机溶剂将虫粉中的油脂萃取出来，以降低虫粉中的油脂含量，除去虫粉中的油脂，再利用高温将有机溶剂蒸发，蒸发过程中可以对有机溶剂进行回收，有利于有机溶剂的循环利用，以减少溶剂消耗量，降低提取甲壳素的成本。将脱脂粉进行等离子体照射处理，利用等离子体使得样品结构更为松散，结构表面不平整，这样在加入尿素溶液后，尿素溶液更易于浸润到脱脂粉粉体结构中，利用尿素将蛋白质分子中的氢键和疏水作用打破，使蛋白质发生变性和解离，从而达到溶解蛋白质的目的，具体是：尿素分子中含有两个氨基和一个羰基官能团，它们能够与蛋白质中的氨基酸侧链或主链上的极性官能团(如羧基、酰胺基、酚羟基等)形成氢键或离子键，从而降低蛋白质的稳定性和折叠状态，此外，尿素还能与蛋白质中的疏水区域形成水合层，使其失去疏水性和疏水作用，从而分散在水溶液中。然后再通过碱性蛋白酶溶液对溶液中的蛋白质以及对脱脂粉粉体中的蛋白质进一步酶解，以进一步降低蛋白质含量，提高脱蛋白质效果。最后，向脱蛋白粉中加入酸液，利用矿物质易溶于酸的特性，让脱蛋白粉中的矿物质与酸液发生反应生成易溶于水的盐，然后过滤水洗，烘干，得到甲壳素粗品。利用有机溶剂、尿素、碱性蛋白酶以及酸液依次对虫粉脱脂、脱蛋白、脱矿物质以得到甲壳素粗品，能够避免使用强酸强碱，降低强酸强碱对甲壳素的影响，可以降低提取成本，提高提取率，减少对环境的污染。
本实施例中，虫粉与有机溶剂的固液比为0.01-0.05g/mL，有机溶剂为质量比为3:1的二氯甲烷和石油醚的混合溶液。二氯甲烷所含的分子剂型较小，能够与油脂分子产生相互作用，溶解油脂，使其从虫粉中分离出来。利用石油醚与油脂之间的亲油性作用将油脂从虫粉中提取出来，实现分离。二氯甲烷和石油醚配合使用，在双重作用下加快油脂分子的溶解速度，加快油脂分离速度，进而提高甲壳素的提取效率。同时，二氯甲烷和石油醚挥发速度快，不仅可以使得分离出来的油脂快速挥发，也可以使得溶剂快速挥发，有助于对油脂和溶剂进行回收，可以实现溶剂的循环利用，减少环境污染。
本实施例中，在步骤S2中，采用功率为160W的等离子体照射1-5min，一次超声处理时，在40-50℃、200-300W超声处理1-2h，二次超声处理时，在45-55℃、400-500W超声处理1-2h。利用等离子体照射脱脂粉，通过电场、等离子体的激发和控制，粉体物料在等离子体的作用下发生碰撞，使得粉体结构松散，结构表面不平整，从而更便于尿素溶液作用于粉体结构内部，以提高对蛋白质的去除效果。通过超声处理，可以加快尿素对蛋白质的解离作用，可以加快碱性蛋白酶对蛋白质的酶解作用，以提高对蛋白质的去除效果。
本实施例中，脱脂粉与尿素溶液的固液比为0.5g/mL，尿素溶液的质量分数为30-40％，脱脂粉与碱性蛋白酶溶液的固液比为0.1g/mL。
本实施例中，脱蛋白粉与酸液的固液比为0.2-0.6g/mL，酸液为质量比为0.2：1：1的盐酸、柠檬酸和乙酸的混合溶液。利用盐酸、柠檬酸和乙酸复配的酸液，可以减少强酸的用量，降低环境污染，还可以提高脱盐率，提高甲壳素的提取率。
本实施例中，还包括将甲壳素粗品用质量浓度为5g/L的高锰酸钾水溶液浸泡1h，过滤，将滤渣水洗2-3次，向滤渣中加入脱色剂，在55-70℃进行脱色处理，过滤，将滤渣水洗至中性，在60-70℃干燥24h，得到甲壳素精品。采用高锰酸钾水溶液浸泡甲壳素粗品，利用高锰酸钾的强氧化性将甲壳素粗品中的低价离子氧化为高价离子生成可溶性盐，然后通过过滤进一步除去甲壳素粗品中的矿物质。随后向滤渣中加入脱色剂对甲壳素进行脱色，以得到呈白色的甲壳素精品，有利于提高甲壳素的纯度。
本实施例中，脱色剂为质量浓度为10g/L的草酸水溶液或者质量浓度为1-1.2g/mL的过氧化氢溶液。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
一种黑水虻幼虫提取甲壳素的方法，包括以下步骤：
S1、将黑水虻幼虫烘干磨粉，过筛，得到虫粉；
S2、向100g虫粉中加入有机溶剂，虫粉与有机溶剂的固液比为0.01g/mL，有机溶剂为质量比为3:1的二氯甲烷和石油醚的混合溶液，在55℃抽提2h，然后在100℃烘1h，得到脱脂粉；
S3、将脱脂粉先采用功率为160W的等离子体照射1min，然后加入尿素溶液，在40℃、200W超声处理1h，再加入碱性蛋白酶溶液，在45℃、400W超声处理1h，离心取沉淀烘干，得到脱蛋白粉；
S4、向脱蛋白粉中加入酸液，脱蛋白粉与酸液的固液比为0.2g/mL，酸液为质量比为0.2：1：1的盐酸、柠檬酸和乙酸的混合溶液，搅拌处理1h，过滤，将滤渣水洗至中性，烘干，得到甲壳素粗品；
S5、将甲壳素粗品用质量浓度为5g/L的高锰酸钾水溶液浸泡1h，过滤，将滤渣水洗2-3次，向滤渣中加入脱色剂，在55-70℃进行脱色处理，过滤，将滤渣水洗至中性，在60-70℃干燥24h，得到甲壳素精品。
本实施例中，脱脂粉与尿素溶液的固液比为0.5g/mL，尿素溶液的质量分数为30％，脱脂粉与碱性蛋白酶溶液的固液比为0.1g/mL，脱色剂为质量浓度为10g/L的草酸水溶液。
实施例2
一种黑水虻幼虫提取甲壳素的方法，包括以下步骤：
S1、将黑水虻幼虫烘干磨粉，过筛，得到虫粉；
S2、向100g虫粉中加入有机溶剂，虫粉与有机溶剂的固液比为0.03g/mL，有机溶剂为质量比为3:1的二氯甲烷和石油醚的混合溶液，在60℃抽提2.5h，然后在105℃烘1.5h，得到脱脂粉；
S3、将脱脂粉先采用功率为160W的等离子体照射2min，然后加入尿素溶液，在45℃、220W超声处理1.5h，再加入碱性蛋白酶溶液，在50℃、450W超声处理1.5h，离心取沉淀烘干，得到脱蛋白粉；
S4、向脱蛋白粉中加入酸液，脱蛋白粉与酸液的固液比为0.4g/mL，酸液为质量比为0.2：1：1的盐酸、柠檬酸和乙酸的混合溶液，搅拌处理2h，过滤，将滤渣水洗至中性，烘干，得到甲壳素粗品；
S5、将甲壳素粗品用质量浓度为5g/L的高锰酸钾水溶液浸泡1h，过滤，将滤渣水洗3次，向滤渣中加入脱色剂，在65℃进行脱色处理，过滤，将滤渣水洗至中性，在62℃干燥24h，得到甲壳素精品。
本实施例中，脱脂粉与尿素溶液的固液比为0.5g/mL，尿素溶液的质量分数为35％，脱脂粉与碱性蛋白酶溶液的固液比为0.1g/mL，脱色剂为质量浓度为1g/mL的过氧化氢溶液。
实施例3
一种黑水虻幼虫提取甲壳素的方法，包括以下步骤：
S1、将黑水虻幼虫烘干磨粉，过筛，得到虫粉；
S2、向100g虫粉中加入有机溶剂，虫粉与有机溶剂的固液比为0.05g/mL，有机溶剂为质量比为3:1的二氯甲烷和石油醚的混合溶液，在65℃抽提4h，然后在110℃烘3h，得到脱脂粉；
S3、将脱脂粉先采用功率为160W的等离子体照射5min，然后加入尿素溶液，在50℃、300W超声处理2h，再加入碱性蛋白酶溶液，在55℃、500W超声处理2h，离心取沉淀烘干，得到脱蛋白粉；
S4、向脱蛋白粉中加入酸液，脱蛋白粉与酸液的固液比为0.6g/mL，酸液为质量比为0.2：1：1的盐酸、柠檬酸和乙酸的混合溶液，搅拌处理1-3h，过滤，将滤渣水洗至中性，烘干，得到甲壳素粗品；
S5、将甲壳素粗品用质量浓度为5g/L的高锰酸钾水溶液浸泡1h，过滤，将滤渣水洗2次，向滤渣中加入脱色剂，在60℃进行脱色处理，过滤，将滤渣水洗至中性，在68℃干燥24h，得到甲壳素精品。
本实施例中，脱脂粉与尿素溶液的固液比为0.5g/mL，尿素溶液的质量分数为40％，脱脂粉与碱性蛋白酶溶液的固液比为0.1g/mL，脱色剂为质量浓度为10g/L的草酸水溶液。
实施例4
一种黑水虻幼虫提取甲壳素的方法，包括以下步骤：
S1、将黑水虻幼虫烘干磨粉，过筛，得到虫粉；
S2、向100g虫粉中加入有机溶剂，虫粉与有机溶剂的固液比为0.04g/mL，有机溶剂为质量比为3:1的二氯甲烷和石油醚的混合溶液，在62℃抽提3h，然后在102℃烘2h，得到脱脂粉；
S3、将脱脂粉先采用功率为160W的等离子体照射3min，然后加入尿素溶液，在48℃、280W超声处理2h，再加入碱性蛋白酶溶液，在52℃、480W超声处理1.5h，离心取沉淀烘干，得到脱蛋白粉；
S4、向脱蛋白粉中加入酸液，脱蛋白粉与酸液的固液比为0.5g/mL，酸液为质量比为0.2：1：1的盐酸、柠檬酸和乙酸的混合溶液，搅拌处理2h，过滤，将滤渣水洗至中性，烘干，得到甲壳素粗品；
S5、将甲壳素粗品用质量浓度为5g/L的高锰酸钾水溶液浸泡1h，过滤，将滤渣水洗2次，向滤渣中加入脱色剂，在55℃进行脱色处理，过滤，将滤渣水洗至中性，在60℃干燥24h，得到甲壳素精品。
本实施例中，脱脂粉与尿素溶液的固液比为0.5g/mL，尿素溶液的质量分数为35％，脱脂粉与碱性蛋白酶溶液的固液比为0.1g/mL，脱色剂为质量浓度为10g/L的草酸水溶液。
对比例1
本对比例与实施例1不同的是：有机溶剂为二氯甲烷。
对比例2
本对比例与实施例1不同的是：有机溶剂为石油醚。
对比例3
本对比例与实施例1不同的是：不进行等离子体照射。
对比例4
本对比例与实施例1不同的是：不加入尿素溶液。
对比例5
本对比例与实施例1不同的是：不加入碱性蛋白酶溶液。
对比例6
本对比例与实施例1不同的是：不加入高锰酸钾溶液。
试验结果
实施例以及对比例所得的甲壳素粗品以及甲壳素精品质量如下：
表1甲壳素粗品与甲壳素精品质量
| 组别 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 |
| 粗品/g | 10.5 | 10.6 | 11.2 | 11.6 | 9.5 |
| 精品/g | 6.0 | 6.2 | 6.5 | 6.4 | 4.9 |
| 组别 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | 对比例6 |
| 粗品/g | 9.8 | 10.0 | 8.8 | 9.2 | 9.8 |
| 精品/g | 4.5 | 4.8 | 5.1 | 4.6 | 4.7 |
根据表1可知，相比较对比例，实施例得到的甲壳素粗品和甲壳素精品质量更多。
对上述实施例以及对比例制得的甲壳素精品的形态、成分进行检测，蛋白质含量通过BCA法检测得到，结果如下：
表2检测结果
根据表2可知，实施例制得的甲壳素具有较好的形态和纯度。
综上所述，本发明实施例的黑水虻幼虫提取甲壳素的方法，利用有机溶剂、尿素、碱性蛋白酶以及酸液依次对虫粉脱脂、脱蛋白、脱矿物质以得到甲壳素粗品，能够避免使用强酸强碱，降低强酸强碱对甲壳素的影响，可以降低提取成本，提高提取率，减少对环境的污染。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (7)
1.一种黑水虻幼虫提取甲壳素的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将黑水虻幼虫烘干磨粉，过筛，得到虫粉；
S2、向虫粉中加入有机溶剂，在55-65℃抽提2-4h，然后在100-110℃烘1-3h，得到脱脂粉；
S3、将脱脂粉先进行等离子体照射，然后加入尿素溶液，一次超声处理，再加入碱性蛋白酶溶液，二次超声处理，离心取沉淀烘干，得到脱蛋白粉；
S4、向脱蛋白粉中加入酸液，搅拌处理1-3h，过滤，将滤渣水洗至中性，烘干，得到甲壳素粗品。
2.根据权利要求1所述的黑水虻幼虫提取甲壳素的方法，其特征在于，所述虫粉与有机溶剂的固液比为0.01-0.05g/mL，所述有机溶剂为质量比为3:1的二氯甲烷和石油醚的混合溶液。
3.根据权利要求1所述的黑水虻幼虫提取甲壳素的方法，其特征在于，在步骤S2中，采用功率为160W的等离子体照射1-5min，一次超声处理时，在40-50℃、200-300W超声处理1-2h，二次超声处理时，在45-55℃、400-500W超声处理1-2h。
4.根据权利要求3所述的黑水虻幼虫提取甲壳素的方法，其特征在于，所述脱脂粉与尿素溶液的固液比为0.5g/mL，所述尿素溶液的质量分数为30-40％，所述脱脂粉与碱性蛋白酶溶液的固液比为0.1g/mL。
5.根据权利要求1所述的黑水虻幼虫提取甲壳素的方法，其特征在于，所述脱蛋白粉与酸液的固液比为0.2-0.6g/mL，所述酸液为质量比为0.2：1：1的盐酸、柠檬酸和乙酸的混合溶液。
6.根据权利要求1所述的黑水虻幼虫提取甲壳素的方法，其特征在于，还包括将甲壳素粗品用质量浓度为5g/L的高锰酸钾水溶液浸泡1h，过滤，将滤渣水洗2-3次，向滤渣中加入脱色剂，在55-70℃进行脱色处理，过滤，将滤渣水洗至中性，在60-70℃干燥24h，得到甲壳素精品。
7.根据权利要求6所述的黑水虻幼虫提取甲壳素的方法，其特征在于，所述脱色剂为质量浓度为10g/L的草酸水溶液或者质量浓度为1-1.2g/mL的过氧化氢溶液。
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|---|---|---|---|---|
| CN118908534A (zh) * | 2024-08-12 | 2024-11-08 | 上海交通大学 | 一种城市污水处理厂污泥深度脱水调理方法 |
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