超声波法对黄粉虫虫壳脱钙工艺研究

何梦丹，潘登奎

（山西农业大学文理学院，山西太谷030801）

超声波法对黄粉虫虫壳脱钙工艺研究

何梦丹，潘登奎

（山西农业大学文理学院，山西太谷030801）

以脱蛋白、脱油脂后的黄粉虫为原料，在超声波辅助下，以盐酸为脱钙剂，从盐酸浓度、超声时间、超声温度3个方面探究黄粉虫虫壳脱钙的工艺条件。结果表明，在超声波辅助下，HCl能显著提高脱钙速率，最佳脱钙条件为：盐酸浓度1.0 mol/L，超声温度20℃，超声时间30 min，脱钙率91.52%。

黄粉虫；超声；标定；脱钙率

黄粉虫属昆虫纲鞘翅目（Coleoptera）拟步行虫科（Quasi carabidae），是一种仓储害虫，全国各地均有分布[1]。黄粉虫繁殖速度快，食性大，常见于粮仓以及中药材仓库中，科学研究部门曾针对黄粉虫研制特殊杀虫剂进行规模化虫害消除[2]。随着社会进步及人们生活水平的不断提高，人们的饮食观念也有了根本的改变，黄粉虫因其极高的蛋白质含量越来越受到消费者的青睐[3]。该虫在我国分布范围较广，并且具有资源丰富、易养殖、成本低等特点，在遗传学和生理学上是一种被经常使用的试验样品。黄粉虫中营养成分丰富，有“动物蛋白饲料之王”的称誉[4-7]，还具有抗衰老、抗突变、抗疲劳、调节免疫功能和调节血脂等保健作用，是一种理想的保健食品[6]。有研究发现，该虫经诱导能产生抗菌肽[7-8]，这些物质对许多植物的病原菌有抑制作用[9]，因此，它是一种有利用价值的昆虫。

黄粉虫的组织90%以上可以作为食品或饲料，很少有废弃物。黄粉虫中蛋白质含量较高，可以作为高蛋白食品，是理想的保健食品。黄粉虫虫体粗蛋白含量在50%～70%，为鸡蛋、猪肉、鱼的2～3倍[10-11]，而且蛋白质中含有人体必需的各种氨基酸，蛋白质是生命的构成物质[12]。另外，黄粉虫中脂肪含量高，幼虫、蛹、成虫干基中粗脂肪含量分别为28.90%，26.86%，19.27%，是一种优良的油脂来源[13]。黄粉虫中含有的有机矿物元素都很高，如钙、铁、锌、铜等。另外，黄粉虫中含有的维生素A，B1，B2，C，D，E和核黄素也都很高[14]。

正是因为黄粉虫营养成分这么丰富，所以，人们对它的研究越来越多。参考以往人们对黄粉虫的研究，研究最密集的也只是集中在蛋白质、油脂的提取上，而对黄粉虫中钙含量的研究较少。俄罗斯、法国、德国和日本先后开展对黄粉虫的研究利用，主要是将其作为饲料、食用及黄粉虫酶系提取研究[15]；陕西省粮食局直属经贸学校已研制出黄粉虫蛋白食品2种，并申请国家专利；山东农业大学和山东省泗水县大发昆虫开发有限公司合作开发的“黄粉虫鸡蛋”，因其极高的营养价值成为天然保健品市场的畅销商品[16]。因此，从生物资源角度来讲，黄粉虫具有非常巨大的利用价值[17]。

超声波技术则是利用超声波产生的空化、振动、粉碎、搅拌等的综合作用。因此，本试验在黄粉虫脱蛋白、脱油脂的前提下，采用超声波技术，从盐酸浓度、超声时间、超声温度等方面对质地较硬的黄粉虫虫壳进行脱钙研究，初步确定了黄粉虫脱钙的条件，为后期甲壳素的提取奠定了基础。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 仪器电子分析天平，pH计，磁力搅拌器，“弘祥隆”超声循环提取机，酸式滴定管。

1.1.2 试剂钙指示剂（又称NN指示剂），三乙醇胺，20%NaOH溶液，6 mol/L HCl，乙二胺四乙酸二钠（EDTA）；钙标准溶液制备：用减量法准确称取分析干燥的CaCO30.5 g于250 mL烧杯中，用10 mL 6 mol/LHCl溶液溶解，然后转入250 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。

1.1.3 试验样品供试样品为黄粉虫虫壳。

1.2 方法

1.2.1 原理试验的具体原理参考文献[18]进行。

1.2.2乙二胺四乙酸二钠溶液浓度标定0.02 mol/L乙二胺四乙酸二钠溶液的配制：称取4.0 g乙二胺四乙酸二钠转入500 mL的烧杯中，加水溶解后，再转入到500 mL的容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。0.02 mol/L乙二胺四乙酸二钠溶液的标定：移取1.1.2中钙标准溶液25.0 mL转入到250 mL锥形瓶中，依次加入70～80 mL水，5 mL 20%NaOH，5滴NN溶液，用乙二胺四乙酸二钠溶液滴定，滴定终点的判断为酒红色溶液变为纯蓝色，并记录滴定时所消耗的乙二胺四乙酸二钠溶液的体积，就可以计算出乙二胺四乙酸二钠溶液的标准浓度。

其中，m为CaCO3的质量（g）；M为CaCO3的摩尔质量（g/mol）；V为EDTA滴定所消耗的体积（mL）；CEDTA为EDTA标准溶液的浓度（mol/L）。

1.2.3 样品的灰化预灰化：将坩埚在（550± 20）℃的马弗炉中灼烧30 min至恒质量，取出冷却，再将黄粉虫虫壳转入恒质量的坩埚中放至电炉上炭化，灼烧至无烟。

灰化：将炭化后的坩埚放入马弗炉中（550± 20）℃灼烧3 h。

1.2.4总钙含量的测定准确称取灰化后的虫壳粉末0.05 g于250 mL锥形瓶中，加入5 mL 6 mol/L的HCl，反应一段时间后，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时，再加入2～3滴NN溶液，用乙二胺四乙酸二钠标准溶液滴定，滴定终点的判断为溶液由酒红色变为纯蓝色。平行滴定3次。

其中，V为滴定试样液消耗EDTA标准溶液的体积（mL）；m1为黄粉虫虫壳灰化后的质量（g）；W为黄粉虫虫壳中总的钙含量（%）。

1.2.5 超声法脱钙的试验设计

1.2.5.1 盐酸浓度对脱钙率的影响固定料液比1∶50（g/mL），超声功率200 W，超声时间30 min，超声温度为20℃，设置盐酸浓度分别为0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，1.2，1.4，1.6 mol/L，考察盐酸浓度对脱钙率的影响。

1.2.5.2 超声时间对脱钙率的影响固定料液比1∶50（g/mL），超声功率200 W，盐酸浓度1 mol/L，超声温度为20℃，设置超声时间分别为10，15，20，25，30，35 min，考察超声时间对脱钙率的影响。

1.2.5.3 超声温度对脱钙率的影响固定料液比1∶50（g/mL），超声功率200 W，盐酸浓度1 mol/L，超声时间为30 min，设置超声温度分别为20，30，40，50，60℃，考察超声温度对脱钙率的影响。

1.2.5.4 超声与否对脱钙率的影响固定料液比1∶50（g/mL），超声功率200 W，盐酸浓度1 mol/L，处理温度为20℃，超声与否的处理时间均为30，35 min，考察超声与否对脱钙率的影响。

1.2.6 脱钙含量的测定准确量取脱钙后的溶液20 mL于250 mL的锥形瓶中，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，用乙二胺四乙酸二钠标准溶液滴定，滴定终点的判断为溶液由酒红色变为纯蓝色。平行滴定3次。

其中，V1为滴定时样品消耗EDTA标准溶液的体积（mL）；V2为超声后溶液的总体积，为100 mL；V3为超声脱钙后测定时所取的溶液体积，为20 mL；m2为超声时黄粉虫虫壳的质量（g）；W1为超声脱钙后钙的含量（%）；η为脱钙率（%）。

2 结果与分析

2.1 EDTA溶液的标定

从表1可以看出，EDTA的标准溶液浓度为0.021 2 mol/L。

2.2 黄粉虫虫壳中总钙含量的测定

从表2可以看出，黄粉虫虫壳中总钙的含量为20.01%。

表1 乙二胺四乙酸二钠的标定

表2 乙二胺四乙酸二钠配位滴定法测定钙的含量

2.3 超声法脱钙分析

2.3.1 盐酸浓度对脱钙率的影响从图1可以看出，盐酸浓度由0.2 mol/L增大到1.0 mol/L时，脱钙率明显增大。当盐酸浓度达到1.0 mol/L后，脱钙率已经达到91.52%，再加大盐酸浓度对于脱钙并没有起到积极作用。所以，盐酸的适宜浓度确定为1.0 mol/L。

2.3.2 超声时间对脱钙率的影响当盐酸浓度为1.0 mol/L，超声温度为20℃时，超声时间越长，脱钙率增大。从图2可以看出，当超声时间为30 min时，脱钙率为91.52%。当超声时间由30 min增加到35 min时，脱钙率下降到91.48%。可以看出，增大超声时间对脱钙并没有明显的效果，因此，适宜的超声时间为30 min。

2.3.3 超声温度对脱钙率的影响理论上提高超声温度可以提高脱钙率。从图3可以看出，超声温度由20℃升高到60℃时，脱钙率仅由91.52%增大到91.68%，由此可见，升高温度对于钙的去除并没有明显的影响。而且超声温度过高会使甲壳素的降解加快。因此，钙的去除可以在常温下进行。

2.3.4 超声对脱钙率的影响从表3可以看出，当超声时间为30 min时，超声可以提高钙的去除率；当超声时间为35 min时，超声对钙的去除没有明显的影响。当搅拌时间为30 min时，脱钙率为62.32%；当搅拌时间为35 min时，脱钙率为70.21%。由此可见，当超声与搅拌时间相同时，超声可以明显提高脱钙率。

表3 超声对脱钙率的影响

3 结论

本研究结果表明，采用盐酸进行脱钙的最佳工艺条件为：室温，盐酸溶液浓度1.0 mol/L，超声时间30 min，产品的脱钙率为91.52%。

在制备工艺中，盐酸浓度、超声时间的长短、超声温度的高低，一直是影响甲壳素质量的因素。为了防止制备过程中太高的盐酸浓度、温度以及较长的反应时间，本试验采用超声波辅助法进行脱钙，这样使反应中产生的钙等无机盐被处理掉，而不至于被吸附在甲壳素表面造成空间位阻，影响体系的反应速度。本研究采用超声辅助法脱钙，降低了盐酸浓度、超声温度及时间，从而避免了甲壳素的降解。

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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

国家中小企业创新基金项目（B2C7FCG1）

何梦丹（1989-），女，河南西华人，在读硕士，研究方向：黄粉虫壳规模化生产低聚壳聚糖技术工艺。潘登奎为通信作者。