超聲波法對黃粉蟲蟲殼脫鈣工藝研究

何夢丹，潘登奎

（山西農業大學文理學院，山西太谷030801）

超聲波法對黃粉蟲蟲殼脫鈣工藝研究

何夢丹，潘登奎

（山西農業大學文理學院，山西太谷030801）

以脫蛋白、脫油脂后的黃粉蟲為原料，在超聲波輔助下，以鹽酸為脫鈣劑，從鹽酸濃度、超聲時間、超聲溫度3個方面探究黃粉蟲蟲殼脫鈣的工藝條件。結果表明，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℃，超聲時間30 min，脫鈣率91.52%。

黃粉蟲；超聲；標定；脫鈣率

黃粉蟲屬昆蟲綱鞘翅目（Coleoptera）擬步行蟲科（Quasi carabidae），是一種倉儲害蟲，全國各地均有分布[1]。黃粉蟲繁殖速度快，食性大，常見于糧倉以及中藥材倉庫中，科學研究部門曾針對黃粉蟲研制特殊殺蟲劑進行規模化蟲害消除[2]。隨著社會進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，黃粉蟲因其極高的蛋白質含量越來越受到消費者的青睞[3]。該蟲在我國分布范圍較廣，并且具有資源豐富、易養殖、成本低等特點，在遺傳學和生理學上是一種被經常使用的試驗樣品。黃粉蟲中營養成分豐富，有“動物蛋白飼料之王”的稱譽[4-7]，還具有抗衰老、抗突變、抗疲勞、調節免疫功能和調節血脂等保健作用，是一種理想的保健食品[6]。有研究發現，該蟲經誘導能產生抗菌肽[7-8]，這些物質對許多植物的病原菌有抑制作用[9]，因此，它是一種有利用價值的昆蟲。

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

正是因為黃粉蟲營養成分這么豐富，所以，人們對它的研究越來越多。參考以往人們對黃粉蟲的研究，研究最密集的也只是集中在蛋白質、油脂的提取上，而對黃粉蟲中鈣含量的研究較少。俄羅斯、法國、德國和日本先后開展對黃粉蟲的研究利用，主要是將其作為飼料、食用及黃粉蟲酶系提取研究[15]；陜西省糧食局直屬經貿學校已研制出黃粉蟲蛋白食品2種，并申請國家專利；山東農業大學和山東省泗水縣大發昆蟲開發有限公司合作開發的“黃粉蟲雞蛋”，因其極高的營養價值成為天然保健品市場的暢銷商品[16]。因此，從生物資源角度來講，黃粉蟲具有非常巨大的利用價值[17]。

超聲波技術則是利用超聲波產生的空化、振動、粉碎、攪拌等的綜合作用。因此，本試驗在黃粉蟲脫蛋白、脫油脂的前提下，采用超聲波技術，從鹽酸濃度、超聲時間、超聲溫度等方面對質地較硬的黃粉蟲蟲殼進行脫鈣研究，初步確定了黃粉蟲脫鈣的條件，為后期甲殼素的提取奠定了基礎。

1 材料和方法

1.1 材料

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

1.1.2 試劑鈣指示劑（又稱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）；鈣標準溶液制備：用減量法準確稱取分析干燥的CaCO30.5 g于250 mL燒杯中，用10 mL 6 mol/LHCl溶液溶解，然后轉入250 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。

1.1.3 試驗樣品供試樣品為黃粉蟲蟲殼。

1.2 方法

1.2.1 原理試驗的具體原理參考文獻[18]進行。

1.2.2乙二胺四乙酸二鈉溶液濃度標定0.02 mol/L乙二胺四乙酸二鈉溶液的配制：稱取4.0 g乙二胺四乙酸二鈉轉入500 mL的燒杯中，加水溶解后，再轉入到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定：移取1.1.2中鈣標準溶液25.0 mL轉入到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，滴定終點的判斷為酒紅色溶液變為純藍色，并記錄滴定時所消耗的乙二胺四乙酸二鈉溶液的體積，就可以計算出乙二胺四乙酸二鈉溶液的標準濃度。

其中，m為CaCO3的質量（g）；M為CaCO3的摩爾質量（g/mol）；V為EDTA滴定所消耗的體積（mL）；CEDTA為EDTA標準溶液的濃度（mol/L）。

1.2.3 樣品的灰化預灰化：將坩堝在（550± 20）℃的馬弗爐中灼燒30 min至恒質量，取出冷卻，再將黃粉蟲蟲殼轉入恒質量的坩堝中放至電爐上炭化，灼燒至無煙。

灰化：將炭化后的坩堝放入馬弗爐中（550± 20）℃灼燒3 h。

1.2.4總鈣含量的測定準確稱取灰化后的蟲殼粉末0.05 g于250 mL錐形瓶中，加入5 mL 6 mol/L的HCl，反應一段時間后，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，再加入2～3滴NN溶液，用乙二胺四乙酸二鈉標準溶液滴定，滴定終點的判斷為溶液由酒紅色變為純藍色。平行滴定3次。

其中，V為滴定試樣液消耗EDTA標準溶液的體積（mL）；m1為黃粉蟲蟲殼灰化后的質量（g）；W為黃粉蟲蟲殼中總的鈣含量（%）。

1.2.5 超聲法脫鈣的試驗設計

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

1.2.5.2 超聲時間對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℃，設置超聲時間分別為10，15，20，25，30，35 min，考察超聲時間對脫鈣率的影響。

1.2.5.3 超聲溫度對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，超聲時間為30 min，設置超聲溫度分別為20，30，40，50，60℃，考察超聲溫度對脫鈣率的影響。

1.2.5.4 超聲與否對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℃，超聲與否的處理時間均為30，35 min，考察超聲與否對脫鈣率的影響。

1.2.6 脫鈣含量的測定準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準溶液滴定，滴定終點的判斷為溶液由酒紅色變為純藍色。平行滴定3次。

其中，V1為滴定時樣品消耗EDTA標準溶液的體積（mL）；V2為超聲后溶液的總體積，為100 mL；V3為超聲脫鈣后測定時所取的溶液體積，為20 mL；m2為超聲時黃粉蟲蟲殼的質量（g）；W1為超聲脫鈣后鈣的含量（%）；η為脫鈣率（%）。

2 結果與分析

2.1 EDTA溶液的標定

從表1可以看出，EDTA的標準溶液濃度為0.021 2 mol/L。

2.2 黃粉蟲蟲殼中總鈣含量的測定

從表2可以看出，黃粉蟲蟲殼中總鈣的含量為20.01%。

表1 乙二胺四乙酸二鈉的標定

表2 乙二胺四乙酸二鈉配位滴定法測定鈣的含量

2.3 超聲法脫鈣分析

2.3.1 鹽酸濃度對脫鈣率的影響從圖1可以看出，鹽酸濃度由0.2 mol/L增大到1.0 mol/L時，脫鈣率明顯增大。當鹽酸濃度達到1.0 mol/L后，脫鈣率已經達到91.52%，再加大鹽酸濃度對于脫鈣并沒有起到積極作用。所以，鹽酸的適宜濃度確定為1.0 mol/L。

2.3.2 超聲時間對脫鈣率的影響當鹽酸濃度為1.0 mol/L，超聲溫度為20℃時，超聲時間越長，脫鈣率增大。從圖2可以看出，當超聲時間為30 min時，脫鈣率為91.52%。當超聲時間由30 min增加到35 min時，脫鈣率下降到91.48%。可以看出，增大超聲時間對脫鈣并沒有明顯的效果，因此，適宜的超聲時間為30 min。

2.3.3 超聲溫度對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，脫鈣率僅由91.52%增大到91.68%，由此可見，升高溫度對于鈣的去除并沒有明顯的影響。而且超聲溫度過高會使甲殼素的降解加快。因此，鈣的去除可以在常溫下進行。

2.3.4 超聲對脫鈣率的影響從表3可以看出，當超聲時間為30 min時，超聲可以提高鈣的去除率；當超聲時間為35 min時，超聲對鈣的去除沒有明顯的影響。當攪拌時間為30 min時，脫鈣率為62.32%；當攪拌時間為35 min時，脫鈣率為70.21%。由此可見，當超聲與攪拌時間相同時，超聲可以明顯提高脫鈣率。

表3 超聲對脫鈣率的影響

3 結論

本研究結果表明，采用鹽酸進行脫鈣的最佳工藝條件為：室溫，鹽酸溶液濃度1.0 mol/L，超聲時間30 min，產品的脫鈣率為91.52%。

在制備工藝中，鹽酸濃度、超聲時間的長短、超聲溫度的高低，一直是影響甲殼素質量的因素。為了防止制備過程中太高的鹽酸濃度、溫度以及較長的反應時間，本試驗采用超聲波輔助法進行脫鈣，這樣使反應中產生的鈣等無機鹽被處理掉，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

國家中小企業創新基金項目（B2C7FCG1）

何夢丹（1989-），女，河南西華人，在讀碩士，研究方向：黃粉蟲殼規模化生產低聚殼聚糖技術工藝。潘登奎為通信作者。