超聲波法對(duì)黃粉蟲(chóng)蟲(chóng)殼脫鈣工藝研究

何夢(mèng)丹，潘登奎

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)文理學(xué)院，山西太谷030801）

超聲波法對(duì)黃粉蟲(chóng)蟲(chóng)殼脫鈣工藝研究

何夢(mèng)丹，潘登奎

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)文理學(xué)院，山西太谷030801）

以脫蛋白、脫油脂后的黃粉蟲(chóng)為原料，在超聲波輔助下，以鹽酸為脫鈣劑，從鹽酸濃度、超聲時(shí)間、超聲溫度3個(gè)方面探究黃粉蟲(chóng)蟲(chóng)殼脫鈣的工藝條件。結(jié)果表明，在超聲波輔助下，HCl能顯著提高脫鈣速率，最佳脫鈣條件為：鹽酸濃度1.0 mol/L，超聲溫度20℃，超聲時(shí)間30 min，脫鈣率91.52%。

黃粉蟲(chóng)；超聲；標(biāo)定；脫鈣率

黃粉蟲(chóng)屬昆蟲(chóng)綱鞘翅目（Coleoptera）擬步行蟲(chóng)科（Quasi carabidae），是一種倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng)，全國(guó)各地均有分布[1]。黃粉蟲(chóng)繁殖速度快，食性大，常見(jiàn)于糧倉(cāng)以及中藥材倉(cāng)庫(kù)中，科學(xué)研究部門(mén)曾針對(duì)黃粉蟲(chóng)研制特殊殺蟲(chóng)劑進(jìn)行規(guī)?；x(chóng)害消除[2]。隨著社會(huì)進(jìn)步及人們生活水平的不斷提高，人們的飲食觀念也有了根本的改變，黃粉蟲(chóng)因其極高的蛋白質(zhì)含量越來(lái)越受到消費(fèi)者的青睞[3]。該蟲(chóng)在我國(guó)分布范圍較廣，并且具有資源豐富、易養(yǎng)殖、成本低等特點(diǎn)，在遺傳學(xué)和生理學(xué)上是一種被經(jīng)常使用的試驗(yàn)樣品。黃粉蟲(chóng)中營(yíng)養(yǎng)成分豐富，有“動(dòng)物蛋白飼料之王”的稱(chēng)譽(yù)[4-7]，還具有抗衰老、抗突變、抗疲勞、調(diào)節(jié)免疫功能和調(diào)節(jié)血脂等保健作用，是一種理想的保健食品[6]。有研究發(fā)現(xiàn)，該蟲(chóng)經(jīng)誘導(dǎo)能產(chǎn)生抗菌肽[7-8]，這些物質(zhì)對(duì)許多植物的病原菌有抑制作用[9]，因此，它是一種有利用價(jià)值的昆蟲(chóng)。

黃粉蟲(chóng)的組織90%以上可以作為食品或飼料，很少有廢棄物。黃粉蟲(chóng)中蛋白質(zhì)含量較高，可以作為高蛋白食品，是理想的保健食品。黃粉蟲(chóng)蟲(chóng)體粗蛋白含量在50%～70%，為雞蛋、豬肉、魚(yú)的2～3倍[10-11]，而且蛋白質(zhì)中含有人體必需的各種氨基酸，蛋白質(zhì)是生命的構(gòu)成物質(zhì)[12]。另外，黃粉蟲(chóng)中脂肪含量高，幼蟲(chóng)、蛹、成蟲(chóng)干基中粗脂肪含量分別為28.90%，26.86%，19.27%，是一種優(yōu)良的油脂來(lái)源[13]。黃粉蟲(chóng)中含有的有機(jī)礦物元素都很高，如鈣、鐵、鋅、銅等。另外，黃粉蟲(chóng)中含有的維生素A，B1，B2，C，D，E和核黃素也都很高[14]。

正是因?yàn)辄S粉蟲(chóng)營(yíng)養(yǎng)成分這么豐富，所以，人們對(duì)它的研究越來(lái)越多。參考以往人們對(duì)黃粉蟲(chóng)的研究，研究最密集的也只是集中在蛋白質(zhì)、油脂的提取上，而對(duì)黃粉蟲(chóng)中鈣含量的研究較少。俄羅斯、法國(guó)、德國(guó)和日本先后開(kāi)展對(duì)黃粉蟲(chóng)的研究利用，主要是將其作為飼料、食用及黃粉蟲(chóng)酶系提取研究[15]；陜西省糧食局直屬經(jīng)貿(mào)學(xué)校已研制出黃粉蟲(chóng)蛋白食品2種，并申請(qǐng)國(guó)家專(zhuān)利；山東農(nóng)業(yè)大學(xué)和山東省泗水縣大發(fā)昆蟲(chóng)開(kāi)發(fā)有限公司合作開(kāi)發(fā)的“黃粉蟲(chóng)雞蛋”，因其極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值成為天然保健品市場(chǎng)的暢銷(xiāo)商品[16]。因此，從生物資源角度來(lái)講，黃粉蟲(chóng)具有非常巨大的利用價(jià)值[17]。

超聲波技術(shù)則是利用超聲波產(chǎn)生的空化、振動(dòng)、粉碎、攪拌等的綜合作用。因此，本試驗(yàn)在黃粉蟲(chóng)脫蛋白、脫油脂的前提下，采用超聲波技術(shù)，從鹽酸濃度、超聲時(shí)間、超聲溫度等方面對(duì)質(zhì)地較硬的黃粉蟲(chóng)蟲(chóng)殼進(jìn)行脫鈣研究，初步確定了黃粉蟲(chóng)脫鈣的條件，為后期甲殼素的提取奠定了基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 儀器電子分析天平，pH計(jì)，磁力攪拌器，“弘祥隆”超聲循環(huán)提取機(jī)，酸式滴定管。

1.1.2 試劑鈣指示劑（又稱(chēng)NN指示劑），三乙醇胺，20%NaOH溶液，6 mol/L HCl，乙二胺四乙酸二鈉（EDTA）；鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液制備：用減量法準(zhǔn)確稱(chēng)取分析干燥的CaCO30.5 g于250 mL燒杯中，用10 mL 6 mol/LHCl溶液溶解，然后轉(zhuǎn)入250 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。

1.1.3 試驗(yàn)樣品供試樣品為黃粉蟲(chóng)蟲(chóng)殼。

1.2 方法

1.2.1 原理試驗(yàn)的具體原理參考文獻(xiàn)[18]進(jìn)行。

1.2.2乙二胺四乙酸二鈉溶液濃度標(biāo)定0.02 mol/L乙二胺四乙酸二鈉溶液的配制：稱(chēng)取4.0 g乙二胺四乙酸二鈉轉(zhuǎn)入500 mL的燒杯中，加水溶解后，再轉(zhuǎn)入到500 mL的容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。0.02 mol/L乙二胺四乙酸二鈉溶液的標(biāo)定：移取1.1.2中鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液25.0 mL轉(zhuǎn)入到250 mL錐形瓶中，依次加入70～80 mL水，5 mL 20%NaOH，5滴NN溶液，用乙二胺四乙酸二鈉溶液滴定，滴定終點(diǎn)的判斷為酒紅色溶液變?yōu)榧兯{(lán)色，并記錄滴定時(shí)所消耗的乙二胺四乙酸二鈉溶液的體積，就可以計(jì)算出乙二胺四乙酸二鈉溶液的標(biāo)準(zhǔn)濃度。

其中，m為CaCO3的質(zhì)量（g）；M為CaCO3的摩爾質(zhì)量（g/mol）；V為EDTA滴定所消耗的體積（mL）；CEDTA為EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度（mol/L）。

1.2.3 樣品的灰化預(yù)灰化：將坩堝在（550± 20）℃的馬弗爐中灼燒30 min至恒質(zhì)量，取出冷卻，再將黃粉蟲(chóng)蟲(chóng)殼轉(zhuǎn)入恒質(zhì)量的坩堝中放至電爐上炭化，灼燒至無(wú)煙。

灰化：將炭化后的坩堝放入馬弗爐中（550± 20）℃灼燒3 h。

1.2.4總鈣含量的測(cè)定準(zhǔn)確稱(chēng)取灰化后的蟲(chóng)殼粉末0.05 g于250 mL錐形瓶中，加入5 mL 6 mol/L的HCl，反應(yīng)一段時(shí)間后，依次加入10 mL水，5 mL三乙醇胺，20%NaOH溶液至溶液的pH值大于12時(shí)，再加入2～3滴NN溶液，用乙二胺四乙酸二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，滴定終點(diǎn)的判斷為溶液由酒紅色變?yōu)榧兯{(lán)色。平行滴定3次。

其中，V為滴定試樣液消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積（mL）；m1為黃粉蟲(chóng)蟲(chóng)殼灰化后的質(zhì)量（g）；W為黃粉蟲(chóng)蟲(chóng)殼中總的鈣含量（%）。

1.2.5 超聲法脫鈣的試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.5.1 鹽酸濃度對(duì)脫鈣率的影響固定料液比1∶50（g/mL），超聲功率200 W，超聲時(shí)間30 min，超聲溫度為20℃，設(shè)置鹽酸濃度分別為0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，1.2，1.4，1.6 mol/L，考察鹽酸濃度對(duì)脫鈣率的影響。

1.2.5.2 超聲時(shí)間對(duì)脫鈣率的影響固定料液比1∶50（g/mL），超聲功率200 W，鹽酸濃度1 mol/L，超聲溫度為20℃，設(shè)置超聲時(shí)間分別為10，15，20，25，30，35 min，考察超聲時(shí)間對(duì)脫鈣率的影響。

1.2.5.3 超聲溫度對(duì)脫鈣率的影響固定料液比1∶50（g/mL），超聲功率200 W，鹽酸濃度1 mol/L，超聲時(shí)間為30 min，設(shè)置超聲溫度分別為20，30，40，50，60℃，考察超聲溫度對(duì)脫鈣率的影響。

1.2.5.4 超聲與否對(duì)脫鈣率的影響固定料液比1∶50（g/mL），超聲功率200 W，鹽酸濃度1 mol/L，處理溫度為20℃，超聲與否的處理時(shí)間均為30，35 min，考察超聲與否對(duì)脫鈣率的影響。

1.2.6 脫鈣含量的測(cè)定準(zhǔn)確量取脫鈣后的溶液20 mL于250 mL的錐形瓶中，依次加入10 mL水，5 mL三乙醇胺，20%NaOH溶液至溶液的pH值大于12，再加入2～3滴NN溶液，用乙二胺四乙酸二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，滴定終點(diǎn)的判斷為溶液由酒紅色變?yōu)榧兯{(lán)色。平行滴定3次。

其中，V1為滴定時(shí)樣品消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積（mL）；V2為超聲后溶液的總體積，為100 mL；V3為超聲脫鈣后測(cè)定時(shí)所取的溶液體積，為20 mL；m2為超聲時(shí)黃粉蟲(chóng)蟲(chóng)殼的質(zhì)量（g）；W1為超聲脫鈣后鈣的含量（%）；η為脫鈣率（%）。

2 結(jié)果與分析

2.1 EDTA溶液的標(biāo)定

從表1可以看出，EDTA的標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為0.021 2 mol/L。

2.2 黃粉蟲(chóng)蟲(chóng)殼中總鈣含量的測(cè)定

從表2可以看出，黃粉蟲(chóng)蟲(chóng)殼中總鈣的含量為20.01%。

表1 乙二胺四乙酸二鈉的標(biāo)定

表2 乙二胺四乙酸二鈉配位滴定法測(cè)定鈣的含量

2.3 超聲法脫鈣分析

2.3.1 鹽酸濃度對(duì)脫鈣率的影響從圖1可以看出，鹽酸濃度由0.2 mol/L增大到1.0 mol/L時(shí)，脫鈣率明顯增大。當(dāng)鹽酸濃度達(dá)到1.0 mol/L后，脫鈣率已經(jīng)達(dá)到91.52%，再加大鹽酸濃度對(duì)于脫鈣并沒(méi)有起到積極作用。所以，鹽酸的適宜濃度確定為1.0 mol/L。

2.3.2 超聲時(shí)間對(duì)脫鈣率的影響當(dāng)鹽酸濃度為1.0 mol/L，超聲溫度為20℃時(shí)，超聲時(shí)間越長(zhǎng)，脫鈣率增大。從圖2可以看出，當(dāng)超聲時(shí)間為30 min時(shí)，脫鈣率為91.52%。當(dāng)超聲時(shí)間由30 min增加到35 min時(shí)，脫鈣率下降到91.48%?？梢钥闯觯龃蟪晻r(shí)間對(duì)脫鈣并沒(méi)有明顯的效果，因此，適宜的超聲時(shí)間為30 min。

2.3.3 超聲溫度對(duì)脫鈣率的影響理論上提高超聲溫度可以提高脫鈣率。從圖3可以看出，超聲溫度由20℃升高到60℃時(shí)，脫鈣率僅由91.52%增大到91.68%，由此可見(jiàn)，升高溫度對(duì)于鈣的去除并沒(méi)有明顯的影響。而且超聲溫度過(guò)高會(huì)使甲殼素的降解加快。因此，鈣的去除可以在常溫下進(jìn)行。

2.3.4 超聲對(duì)脫鈣率的影響從表3可以看出，當(dāng)超聲時(shí)間為30 min時(shí)，超聲可以提高鈣的去除率；當(dāng)超聲時(shí)間為35 min時(shí)，超聲對(duì)鈣的去除沒(méi)有明顯的影響。當(dāng)攪拌時(shí)間為30 min時(shí)，脫鈣率為62.32%；當(dāng)攪拌時(shí)間為35 min時(shí)，脫鈣率為70.21%。由此可見(jiàn)，當(dāng)超聲與攪拌時(shí)間相同時(shí)，超聲可以明顯提高脫鈣率。

表3 超聲對(duì)脫鈣率的影響

3 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，采用鹽酸進(jìn)行脫鈣的最佳工藝條件為：室溫，鹽酸溶液濃度1.0 mol/L，超聲時(shí)間30 min，產(chǎn)品的脫鈣率為91.52%。

在制備工藝中，鹽酸濃度、超聲時(shí)間的長(zhǎng)短、超聲溫度的高低，一直是影響甲殼素質(zhì)量的因素。為了防止制備過(guò)程中太高的鹽酸濃度、溫度以及較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間，本試驗(yàn)采用超聲波輔助法進(jìn)行脫鈣，這樣使反應(yīng)中產(chǎn)生的鈣等無(wú)機(jī)鹽被處理掉，而不至于被吸附在甲殼素表面造成空間位阻，影響體系的反應(yīng)速度。本研究采用超聲輔助法脫鈣，降低了鹽酸濃度、超聲溫度及時(shí)間，從而避免了甲殼素的降解。

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Study on Tenebrio molitor Shell Decalcified Extraction Process by Ultrasonic Method

HE Mengdan，PAN Dengkui
（College of Arts and Sciences，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

Based on deproteinization,removed lipid Tenebrio molitor shell,under the condition of ultrasonic method,HCl as decalcified reagent,the paper explored Tenebrio molitor shell decalcified process conditions from HCl concentration,ultrasonic time, ultrasonic temperature.The results showed that HCl could significantly improve decalcification rate under the condition of ultrasonic method,the best decalcified conditions was HCl concentration 1.0 mol/L,ultrasonic temperature 20℃,and ultrasonic time 30 min,the decalcification rate was 91.52%.

Tenebrio molitor;ultrasonic;calibration;decalcification rate

TS201.2

A

1002-2481（2016）10-1533-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.10.27

2016-05-14

國(guó)家中小企業(yè)創(chuàng)新基金項(xiàng)目（B2C7FCG1）

何夢(mèng)丹（1989-），女，河南西華人，在讀碩士，研究方向：黃粉蟲(chóng)殼規(guī)?；a(chǎn)低聚殼聚糖技術(shù)工藝。潘登奎為通信作者。