利用昆虫多级联合高效转化农作物秸秆生产昆虫蛋白和油脂的方法技术

本发明专利技术公开利用昆虫多级联合高效转化农作物秸秆生产昆虫蛋白和油脂的方法。该方法由黄粉虫转化系统和武汉亮斑扁角水虻转化系统组成。在两个转化系统过程中可以得到昆虫生物质，从昆虫生物质中提取得到昆虫油脂，可以用来生产生物柴油，得到的虫体蛋白可以用作蛋白饲料添加剂。既解决了农作物废弃秸秆对环境的污染问题、满足畜牧和水产业对饲料蛋白的迫切需求，又能保障食品安全，减轻对化石能源的依赖，变废为宝获得可观的经济效益。它有效地避过了传统的物理化学等预处理过程，绝对地环境友好，节约成本，高附加值，利用天然的昆虫生物降解系统相结合实现其高效利用，直接从秸秆生物质到达生物能源，同时生产出动物饲料蛋白原料。

Method for producing insect protein and fat by multi-stage combined conversion of crop straw with insect

The invention discloses a method for producing insect protein and fat by multi-stage combined conversion of crop straw with insects. The method consists of Tenebrio transformation system and Wuhan Hermetia illucens l transformation system. In the two conversion systems, insect biomass can be obtained, and insect oil can be obtained from insect biomass, which can be used to produce biodiesel, and the obtained insect protein can be used as a protein feed additive. Not only solve the problem of environmental pollution by waste crop straw, to meet the urgent demand for animal husbandry and aquaculture feed protein, but also to ensure food safety, reduce dependence on fossil fuels, waste to obtain considerable economic benefits. It effectively avoided the traditional physical and chemical pretreatment process, absolutely environmentally friendly, cost saving, high added value, realize the combination of efficient use of insect natural biodegradation system, to bio energy directly from biomass, and production of animal feed protein.

【技术实现步骤摘要】
利用昆虫多级联合高效转化农作物秸秆生产昆虫蛋白和油脂的方法
本专利技术属于生物科技领域，具体涉及利用昆虫多级联合高效转化农作物秸秆生产昆虫蛋白和油脂的方法。
技术介绍
中国作为一个农业大国，有着悠久的农作物的耕种历史。据统计，2011年中国作物秸秆总产量已经接近7亿吨，其中玉米秸秆就有2.2亿吨，约占世界作物秸秆总产量的20％-30％。但是大多数的作物秸秆都被就地焚烧或者直接还田，没有得到充分的利用，不仅污染了环境，还造成了大量木质纤维素资源的浪费。如果能够正确的利用这个废弃的资源，不仅能够减少环境污染，带来可观的经济效益，还能很大程度上缓解因可再生能源短缺所引起的能源危机。近年来随着社会经济的快速发展，人类对能源消费的需求也迅猛增加。根据美国能源信息署预测，2020年全球能源需求量将达到128.89亿吨油当量，2025年将达到136.50亿吨油当量，年均增长率为1.2％。很显然，单纯的靠有限的常规能源来获得经济的高速增长不是长久之计，在这种情况下，发展以生物乙醇、生物柴油等为代表的新兴环保的生物能源就成为一个必然选择。武汉亮斑水虻是一种新兴的资源昆虫，幼虫富含蛋白质、脂肪等，可以作为许多动物(鸡、鱼、宠物)的日常饲料，具有食性广泛、吸收转化效率高、生物量大、容易管理、饲养成本低等特点，其预蛹可用作饲料添加剂，蛹壳含有丰富的几丁质，目前已被资源化利用于有机废弃物(畜禽粪便、餐厨废弃物等)转化方面。而利用水虻对有机废弃物贪婪的消费特性，很多人尝试用这种昆虫来生产生物柴油，试图缓解日趋紧张的能源消费。经武汉亮斑水虻和功能微生物处理之后的有机废弃物残渣还可作为生物有机肥料。但水虻对木质纤维素类例如秸秆的利用能力却十分有限，一直未实现高效直接的高效转化利用。而另一种昆虫黄粉虫学名：Tenebriomolitor，俗称面包虫，是一种大型的仓储害虫，同时也是一种资源性昆虫。黄粉虫幼虫的蛋白含量达到了53.06％，油脂含量为35.89％，蛹的蛋白质含量更是高达60.18％，并含有多种糖类、维生素、矿物质，被称为“动物营养宝库”。近些年黄粉虫因其丰富的蛋白质和油脂含量广泛受到科研工作者的关注，有研究表明黄粉虫在处理转化废弃果蔬、餐厨剩余物、作物废弃物等方面有很大的发展潜力，并且探究了利用黄粉虫幼虫部分替代肉鸡喂养过程中饲料使用的可行性，利用转化有机废弃物积累的黄粉虫油脂生产生物柴油的潜能等，也有研究人员利用微生物发酵等方式预处理秸秆类物质，进而用作黄粉虫饲料组分，但前期却没有对黄粉虫直接利用秸秆积累生物质的尝试或评价。目前，虽然关于昆虫转化有机废弃物来生产生物能源，减少对化石能源依赖的研究很多，但是作为世界上最丰富的生物质资源之一的农作物秸秆却没有很好的利用办法，一些物理化学的处理方法不仅严重污染环境，还因为处理不完全而造成资源浪费。更没有关于利用多种昆虫联合转化作物秸秆的报道。本专利技术提出了一种利用多种昆虫梯级联合转化秸秆类木质纤维素资源物质的技术，获得了较好的木质纤维素降解利用效率。该技术首先利用黄粉虫幼虫在没有任何辅助情况下初步降解玉米秸秆，过程中得到富含高蛋白和脂肪的黄粉虫幼虫虫体，再用第一步产生的剩余秸秆和黄粉虫虫粪混合物来喂养水虻进行第二步的降解，从而进一步利用玉米秸秆中的营养物质，过程中得到富含蛋白和脂肪的水虻幼虫虫体。跟现行常规思路最大不同之处在于它有效地避过了物理化学等预处理过程，绝对地环境友好，利用天然的昆虫生物降解系统实现其高效利用，直接从秸秆生物质到达蛋白资源和生物能源。
技术实现思路
本专利技术为了解决农作物秸秆的资源化问题，变废为宝，生产高附加值产品及形成循环经济的目的，提供利用昆虫多级联合高效转化农作物秸秆生产昆虫蛋白和油脂的方法，该方法可以生产得到昆虫蛋白饲料以及提取昆虫油脂生产生物柴油。本专利技术通过以下技术方案实现：利用昆虫多级联合高效转化农作物秸秆生产昆虫蛋白和油脂的方法，包括下述步骤：1).玉米秸秆在50-60℃的恒温电烤箱中干燥5-6天；2).玉米秸秆粉碎过10-40目分离筛，玉米秸秆粉末在50-60℃的恒温电烤箱中干燥保存。3).取200g的干燥玉米秸秆粉末加入1500-2000头52日龄黄粉虫幼虫，进行初级转化。4).保持培养室内温度为25-30℃之间，相对湿度60％-75％。5).每2天加一次新鲜胡萝卜片，每次添加量为10-15g。6).整个转化周期需要63天，转化结束前的3-4天停止向脸盆中添加新鲜胡萝卜切片。7).分别收集黄粉虫幼虫虫体和降解残渣，所述的降解残渣含剩余秸秆和黄粉虫虫粪，用于水虻二次降解；8).将收集得到黄粉虫幼虫灭活粉碎后做进一步用途。具体的，是将收集得到黄粉虫幼虫在90-110℃的烘箱中灭活5-10min，然后在50-60℃下干燥2-3天，再将干燥幼虫用粉碎机粉碎至粉末状，将其装入过滤袋中，浸没在200-300ml石油醚中2-3天，在室温下浸提两次，将得到的浸出液合并。最终用旋转蒸发仪将浸出液中的石油醚组分挥发去除，获得黄粉虫油脂；进而通过酸催化酯化与碱催化酯交换相结合的两步法来生产生物柴油，酯化条件：催化剂浓度(1％-2％H2SO4,w/w)、70-75℃、醇油比6-8:1、反应时间1-1.5h。将酯化后得到的混合液转到分液漏斗中静置分层分离，然后将含有粗油脂和生物柴油组分的上层液体进一步转移到新的反应器中进行碱催化的酯交换反应，反应条件：催化剂浓度(0.8％-1％NaOH，w/w)、55-60℃、醇油比5-6:1、反应时间30-50min。在经过分液漏斗分离过后，将生物柴油层组分在70-80℃下蒸馏去除残留的甲醇成分；最后用90℃蒸馏水多次洗涤去除杂质，分液漏斗分层，使得生物柴油最终澄清，转移并加入过量无水硫酸钠脱水，即得黄粉虫生物柴油。提油后的剩余虫体干物质烘干后可用作精蛋白饲料。9).将步骤7)获得的降解残渣加水调节混合物物料含水率至70％-80％。10).加入400-500头6日龄武汉亮斑扁角水虻幼虫，继续降解处理。11).保持培养室内温度为25-30℃，相对湿度60％-75％。12).喷水保持物料湿度在60％-70％。13).当发现40％-50％的武汉亮斑扁角水虻幼虫出现预蛹时，即可结束转化，转化结束前的3-4天停止喷水。14).分离并收集武汉亮斑扁角水虻幼虫虫体和剩余降解残渣。15).将收集得到武汉亮斑扁角水虻幼虫灭活后粉碎，作进一步用途。具体的，是将武汉亮斑扁角水虻幼虫在90-110℃的烘箱中灭活5-10min，然后在50-60℃下干燥2-3天，再将干燥幼虫用粉碎机粉碎至粉末状。武汉亮斑扁角水虻幼虫干粉进而用来提取水虻油脂进而生产生物柴油，具体方法同步骤8)，提油后的剩余固体烘干后可用作蛋白饲料。收集得到的剩余降解残渣经过一定处理后可生产有机肥。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1.本专利技术首次利用黄粉虫和亮斑扁角水虻联合转化对秸秆进行处理，利用天然的昆虫生物降解系统实现其高效利用，能够直接从秸秆生物质到达优质蛋白资源和生物能源。2.本专利技术对物料要求较低，避开了木质纤维素类物质能源化过程中的酸、碱等传统的物理、化学预处理过程和酶水解过程，无二次污染，效率高，节省成本，绝对地环境友好。3.200g粉碎的原始玉米秸秆经过1700头黄粉虫和4本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用昆虫多级联合高效转化农作物秸秆生产昆虫蛋白和油脂的方法，包括下述步骤：1）. 玉米秸秆在50‑60℃的恒温电烤箱中干燥5‑6天；2）. 玉米秸秆粉碎过10‑40目分离筛，玉米秸秆粉末在50‑60℃的恒温电烤箱中干燥保存；3）. 取200g的干燥玉米秸秆粉末加入1500‑2000头52日龄黄粉虫幼虫，进行初级转化；4）.保持培养室内温度为25‑30°C之间，相对湿度60%‑75%；5）.每2天加一次新鲜胡萝卜片，每次添加量为10‑15g；6）.转化结束前的3‑4天停止向脸盆中添加新鲜胡萝卜切片；7）. 分别收集黄粉虫幼虫虫体和降解残渣，所述的降解残渣用于水虻二次降解；8）. 将收集得到黄粉虫幼虫灭活粉碎后用于制备生物柴油；9）. 将步骤7）获得的降解残渣加水调节混合物物料含水率至70%‑80%；10）. 加入400‑500头6日龄武汉亮斑扁角水虻幼虫，继续降解处理；11）. 保持培养室内温度为25‑30°C，相对湿度60%‑75%；12）.喷水保持物料湿度在60%‑70%；13）.当发现40%‑50%的武汉亮斑扁角水虻幼虫出现预蛹时，即可结束转化，转化结束前的3‑4天停止喷水；14）.分离并收集武汉亮斑扁角水虻幼虫虫体和剩余降解残渣；15）. 将收集得到武汉亮斑扁角水虻幼虫灭活后粉碎用于制备生物柴油，制备方法与步骤8）相同。...

【技术特征摘要】
1.利用昆虫多级联合高效转化农作物秸秆生产昆虫蛋白和油脂的方法，包括下述步骤：1）.玉米秸秆在50-60℃的恒温电烤箱中干燥5-6天；2）.玉米秸秆粉碎过10-40目分离筛，玉米秸秆粉末在50-60℃的恒温电烤箱中干燥保存；3）.取200g的干燥玉米秸秆粉末加入1500-2000头52日龄黄粉虫幼虫，进行初级转化；4）.保持培养室内温度为25-30°C之间，相对湿度60%-75%；5）.每2天加一次新鲜胡萝卜片，每次添加量为10-15g；6）.转化结束前的3-4天停止向脸盆中添加新鲜胡萝卜切片；7）.分别收集黄粉虫幼虫虫体和降解残渣，所述的降解残渣用于水虻二次降解；8）.将收集得到黄粉虫幼虫灭活粉碎后用于制备生物柴油；9）.将步骤7）获得的降解残渣加水调节混合物物料含水率至70%-80%；10）.加入400-500头6日龄武汉亮斑扁角水虻幼虫，继续降解处理；11）.保持培养室内温度为25-30°C，相对湿度60%-75%；12）.喷水保持物料湿度在60%-70%；13）.当发现40%-50%的武汉亮斑扁角水虻幼虫出现预蛹时，即可结束转化，转化结束前的3-4天停止喷水；14）.分离并收集武汉亮斑扁角水虻幼虫虫体和剩余降解残渣；15）.将收集得到武汉亮斑扁角...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑龙玉，汪辉，刘秀，杨琴琴，张吉斌，喻子牛，陈焕春，蔡珉敏，李武，李庆，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42