一种黑水虻高值化提炼副产有机质硫酸钾复合肥的工艺的制作方法

1.本发明属于黑水虻综合提炼技术领域，具体涉及一种基于黑水虻的高值化提炼并副产有机质硫酸钾复合肥的制备工艺。


背景技术：

2.黑水虻是一种腐生性昆虫，黑水虻作为自然界食物链中的重要生物处理媒介，可以处理畜禽粪便等多种有机废弃物，并生产出高蛋白高油脂的生物质、抗菌肽、己二酸、月桂酸、甲壳素、生物颜料、生物有机肥以及生物燃料等高附加值产品，成为与蝇蛆、黄粉虫、大麦虫等齐名的资源化昆虫之一。
3.黑水虻幼体富含粗蛋白质和粗脂肪，还含有维生素、盐酸、胆固醇以及较为丰富的月桂酸、棕榈酸、油酸与亚油酸，逐渐成为开发用于禽畜饲料的原料。研究显示，将适量的黑水虻幼虫用于禽畜的饲料中是可行的，在一定程度上有利于促进禽畜体内脂质代谢和肠道生理发育。因此，黑水虻幼虫作为替代大豆油、鱼粉、蛋白粉等饲料的主要原料有巨大的市场空间。然而，论文《黑水虻幼虫粉对育肥猪营养物质消化率、血清生化指标和氨基酸组成的影响》显示，在饲粮中添加4％的黑水虻幼虫粉(虫粉中甲壳素含量为4.65％)可显著提高有机物的消化率，而添加8％的黑水虻幼虫粉会显著降低粗蛋白质的消化率，甚至会造成不进食情况发生。出现这一现象主要是因为黑水虻虫粉中含有大量的甲壳素和油脂(约35％)，这两种物质均不易被消化和吸收。特别是甲壳素物质，由于相对分子质量大、水溶性差且具有蛋白结合活性，不易被单胃动物消化，浓度过高时会产生抗营养作用，对蛋白质的消化与吸收有负面影响。可见，通过黑水虻虫粉投喂禽畜不宜大量，超过一定的使用量会严重影响禽畜对营养物质的消化率和影响禽畜的肠道和生长健康，这使黑水虻的利用受到严重限制。
4.因此，为了进一步开发和利用黑水虻在禽畜饲料的应用，亟需开发一种提高黑水虻利用率的炼制方法，同时提高黑水虻有机饲料的营养价值和利用率。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种黑水虻高值化提炼副产有机质硫酸钾复合肥的工艺，采用硫酸铵、氯化钾和花生麸作为酶解助剂，很好地提高了酶解效率和酶解质量，得到具有芳香气味和诱食效果的饲料多肽蛋白粉或氨基酸粉产品，可作为应用于禽畜的饲料添加剂。
6.本发明的技术内容如下：
7.本发明提供了一种黑水虻高值化提炼副产有机质硫酸钾复合肥的工艺，包括如下步骤：
8.取黑水虻后期幼虫，经过蒸煮脱脂成熟虫料，加入生物酶解助剂，搅拌均匀，维持虫料的温度，加入混合酶并搅拌均匀，于恒温下进行酶解，将酶解物分离可得到甲壳质、优质蛋白粉和有机质硫酸钾复合肥；
9.所述生物酶解助剂包括硫酸铵、氯化钾和花生麸，其使用量为黑水虻熟虫料的2～10wt％；
10.所述生物酶解助剂中硫酸铵、氯化钾和花生麸的使用质量比为(1～3):(1～3):(2～10)；
11.所述蒸煮脱脂的过程为，将虫料投放到蒸煮压力锅中，加入虫料2～5倍体积的水，通入105～130℃的蒸汽将物料加热进行蒸煮，维持物料温度105～130℃时长1～5h；
12.蒸煮过程中黑水虻油脂将溶进蒸煮水中，将蒸煮水经过外循环方式冷却至约50℃后进入高速离心破乳机进行油水分离得到油脂产品，分离油脂的水循环回到蒸煮锅中，维持以上循环操作，至黑色虻虫料脱油率达到90％以上。
13.所述黑水虻熟虫料的来源为蒸煮脱除油脂后剩下的虫料。
14.所述恒温下进行酶解的温度为40～70℃，酶解时间为8～30h；
15.所述酶解物包括木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、纤维素酶和胰蛋白酶，其使用量为黑水虻熟虫料的0.01～0.05wt％；
16.所述搅匀的搅拌速度为5～20r/min，酶解时间为8～30h；
17.将酶解之后的物料进行过滤得到滤渣和滤液，将滤渣脱水、水洗和烘干，得到含量95％以上的甲壳质(有机质)产品；
18.将滤液进行浓缩至30～60％的浓度，对结晶析出物进行固液分离，得到固体和液体，所述固体作为硫酸钾有机无机复合肥；
19.将所述液体进行喷雾干燥得到米黄色蛋白粉，作为饲料蛋白粉。
20.本发明还提供了一种黑水虻高值化提炼的有机质硫酸钾复合肥，所述复合肥为以黑水虻为原料，经过上述的脱脂、酶解工艺得到含有甲壳质、多肽氨基酸、多糖有机质与硫酸钾形成的有机无机复合肥。
21.本发明的有益效果如下：
22.本发明有机质硫酸钾复合肥的制备工艺，采用蒸煮的水循环方式脱除黑水虻湿虫的油脂，使得90％以上的油脂得到脱除，将脱除了油脂的黑水虻熟料结合生物酶解助剂进行酶解，本工艺采用硫酸铵、氯化钾和花生麸作为酶解助剂，很好地提高了酶解效率和酶解质量，得到具有芳香气味和诱食效果的蛋白粉，可作为禽畜添加剂用于饲料多肽蛋白粉或氨基酸粉产品，相比传统的酶解工艺，而本工艺通过高效的酶解工艺，得到分子量在5000以下的多肽，且含量达90％以上，将其用于禽畜饲料具有较为优异的适口性，气味芳香，有助提高饲料的食用率，有助提高饲料的养分和动物吸收效果。
附图说明
23.图1为本发明的黑水虻提炼的有机质硫酸钾复合肥的工艺流程图。
具体实施方式
24.以下通过具体的实施案例以及附图说明对本发明作进一步详细的描述，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本技术所附权利要求所限定。
25.若无特殊说明，本发明的所有原料和试剂均为常规市场的原料、试剂。
26.实施例1
27.一种黑水虻高值化提炼副产有机质硫酸钾复合肥的工艺：
28.1)黑水虻蒸煮脱脂处理：将1kg黑水虻湿虫投入蒸煮锅，加入3kg的水，采用105℃的蒸汽通入锅中进行蒸煮至水沸腾，蒸煮过程中黑水虻脱油脂进到水中，蒸煮2h之后，将蒸煮锅中的沸腾水溶液上层部分取出冷却至45℃，再用高速离心破乳机以5000r/min的速度进行油水分离，分离得到黑水虻油脂，用于禽畜动物饲料用油，分离后的水循环回到蒸煮锅中循环；
29.反复操作至得到油脂物0.32kg以上，表明黑水虻的油脂脱除了90～98％；
30.2)取脱脂后的黑水虻熟虫料降温至40℃，加入2wt％的生物酶解助剂(硫酸铵、氯化钾和花生麸的使用质量比＝1:1:2)，搅拌均匀，维持熟虫料的温度，加入0.01wt％的酶解物(木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、纤维素酶和胰蛋白酶质量比＝1:1:1)，以5r/min的速度进行搅拌，并维持恒温，于恒温下进行蛋白质的酶解30h；
31.3)将酶解之后的物料进行过滤得到滤渣和滤液，将滤渣脱水、水洗与烘干，得到纯度为95％的甲壳质(有机质)产品；
32.将滤液进行浓缩至30％的浓度，对结晶析出物进行固液分离，得到固体和液体，固体为硫酸钾、氯化铵的结晶物，作为高效硫酸钾农肥；
33.将所述液体进行喷雾干燥得到米黄色蛋白粉，作为高效饲料蛋白粉。
34.实施例2
35.一种黑水虻高值化提炼副产有机质硫酸钾复合肥的工艺：
36.1)黑水虻蒸煮脱脂处理：将1kg黑水虻湿虫投入蒸煮锅，加入2～4kg的水，采用115℃的蒸汽通入锅中进行蒸煮至水沸腾，蒸煮过程中黑水虻脱油脂到水中，蒸煮1.5h之后，将蒸煮锅中的沸腾水溶液上层部分取出冷却至50℃后，采用高速离心破乳机以7000r/min的速度进行油水分离，分离得到黑水虻油脂，用于禽畜动物饲料用油，分离后的水循环回到蒸煮锅中循环使用；
37.2)取脱脂后的黑水虻熟虫料降温至50℃，加入5wt％的生物酶解助剂(硫酸铵、氯化钾和花生麸的使用质量比＝2:3:5)，搅拌均匀，维持熟虫料的温度，加入0.03wt％的酶解物(木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、纤维素酶和胰蛋白酶质量比＝1:1:1)，以10r/min的速度进行搅拌，并维持恒温，于恒温下进行蛋白质的酶解25h；
38.3)同实施例1步骤3)，得到纯度为96.5％的甲壳质(有机质)产品，得到高效硫酸钾农肥以及高效饲料蛋白粉。
39.实施例3
40.一种黑水虻高值化提炼副产有机质硫酸钾复合肥的工艺：
41.1)黑水虻蒸煮脱脂处理：将1kg黑水虻湿虫投入蒸煮锅，加入2～4kg的水，采用125℃的蒸汽通入锅中进行蒸煮至水沸腾，蒸煮过程中黑水虻脱油脂到水中，蒸煮2h之后，将蒸煮锅中的沸腾水溶液上层部分取出冷却至50℃后，采用高速离心破乳机以8500r/min的速度进行油水分离，分离得到黑水虻油脂，用于禽畜动物饲料用油，分离后的水循环回到蒸煮锅中；
42.2)取脱脂后的黑水虻熟虫料降温至60℃，加入8wt％的生物酶解助剂(硫酸铵、氯化钾和花生麸的使用质量比＝3:2:7)，搅拌均匀，维持熟虫料的温度，加入0.04wt％的酶解
物(木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、纤维素酶和胰蛋白酶质量比＝1:1:1)，以15r/min的速度进行搅拌，并维持恒温，于恒温下进行蛋白质的酶解18h；
43.3)同实施例1步骤3)，得到纯度为98％的甲壳质(有机质)产品，得到高效硫酸钾农肥以及高效饲料蛋白粉。
44.实施例4
45.一种黑水虻高值化提炼副产有机质硫酸钾复合肥的工艺：
46.1)黑水虻蒸煮脱脂处理：将1kg黑水虻湿虫投入蒸煮锅，加入2～4kg的水，采用130℃的蒸汽通入锅中进行蒸煮至水沸腾，蒸煮过程中黑水虻脱油脂到水中，蒸煮1h之后，将蒸煮锅中的沸腾水溶液上层部分取出冷却至40℃后，采用高速离心破乳剂以10000r/min的速度进行油水分离，分离得到黑水虻油脂，用于禽畜动物饲料用油，分离后的水循环回到蒸煮锅中；
47.2)取脱脂后的黑水虻熟虫料降温至70℃，加入10wt％的生物酶解助剂(硫酸铵、氯化钾和花生麸的使用质量比＝3:3:10)，搅拌均匀，维持熟虫料的温度，加入0.05wt％的酶解物(木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、纤维素酶和胰蛋白酶质量比＝1:1:1)，以20r/min的速度进行搅拌，并维持恒温，于恒温下进行蛋白质的酶解10h；
48.3)同实施例1步骤3)，得到纯度为97.8％的甲壳质(有机质)产品，得到高效硫酸钾农肥以及高效饲料蛋白粉。
49.对比例1
50.作为实施例1的对照组，对比例1黑水虻生物炼制工艺中，不采用生物酶解助剂。
51.对比例2
52.作为实施例2的对照组，对比例2黑水虻生物炼制工艺中，所述生物酶解助剂不采用硫酸铵。
53.对比例3
54.作为实施例3的对照组，对比例3黑水虻生物炼制工艺中，所述生物酶解助剂不采用氯化钾。
55.对比例4
56.作为实施例4的对照组，对比例4黑水虻生物炼制工艺中，所述生物酶解助剂不采用花生麸。
57.对比例5
58.作为实施例4的对照组，对比例4黑水虻生物炼制工艺中，对黑水虻不采用脱脂处理，采用烘干与破粉处理。
59.对比例6
60.作为实施例4的对照组，对比例4黑水虻生物炼制工艺中，所述酶解物为菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶。
61.将以上实施例以及对比例的制备工艺得到的酶解物进行气味以及硫酸钾农肥的纯度、蛋白分子量的测试，结果如下所示：
62.表1酶解物气味和产物质量指标
[0063][0064][0065]
由表1可见，采用本发明的生物酶解助剂硫酸铵、氯化钾和花生麸有助于提高酶解效率和酶解质量，可得到具有芳香气味的蛋白粉，且分子量较低，表明其营养价值更高。
[0066]
相比对比例，对本发明生物酶解助剂的替换或者缺少成分的使用，以及对酶解物(蛋白酶)的替换，均会影响所得酶解物的气味和蛋白粉的分子量。
[0067]
以及对黑水虻的预处理工艺，本发明通过蒸煮与外循环油水分离操作，黑水虻幼虫进行油脂脱除，获得了超过90％的油脂脱除效果，使得之后的酶解效果更佳，当采用对比例的传统预处理工艺时，达不到本发明的优异效果。