Page 34 - 《华中农业大学学报（自然科学版）》2022年第4期

第41卷 第4期 华 中 农 业 大 学 学 报 Vol.41 No.4
2022年 7月 Journal of Huazhong Agricultural University July 2022，28~35

粉含有大量蛋白质，用其制备氨基酸液体肥料是其 取剂回收率。
陈铭泽，王艳珍，冯晨，等.微波辅助硫酸水解肉骨粉的工艺条件优化［J］.华中农业大学学报，2022，41（4）：28‐35.
DOI：10.13300/j.cnki.hnlkxb.2022.04.004 高值化利用的重要途径。本研究针对动物尸体和小 油脂萃取率=萃取后萃取剂中油脂质量/肉骨
麦麸皮发酵所得肉骨粉进行硫酸水解，制作高品质 粉原料中油脂质量×100%；
微波辅助硫酸水解肉骨粉的工艺条件优化 的氨基酸水解液，分别筛选无微波（常规）和有微波 萃取剂回收率=萃取后萃取剂质量/萃取前萃

辅助下水解的最优条件，并比较 2 种最优工艺下 取剂质量×100%。
陈铭泽 ，王艳珍 ，冯晨 ，蔡奥 ，曹芸芸 ，周文兵 ，肖乃东 1，2 大、中、微量植物营养元素及重金属元素在水解液 1.4 常规硫酸水解条件的单因素试验
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和固相残渣中的分布，评价微波辅助硫酸水解工 在常规硫酸水解肉骨粉的工艺条件优化中，分
1.华中农业大学资源与环境学院，武汉 430070；2.生猪健康养殖省部共建协同创新中心，武汉430070
艺的优势及水解产物的安全性，为氨基酸液体肥 别选择硫酸浓度、固液比（去油肉骨粉质量与硫酸体
摘要 为充分利用病死动物尸体资源，以病死畜禽经高温发酵法无害化所得肉骨粉为原料，经萃取剂去除 料的研制奠定基础。 积的比例）、水解时间和水解温度进行单因素试验，
油脂后，分别在无微波和有微波辅助下经硫酸水解获得含氨基酸水解液，筛选水解最优条件，并进行最优条件下 1 材料与方法 具体操作如下：
水解前后物料中大中微量植物营养元素及重金属元素的物料平衡及其在水解产物中的分布分析。结果显示：最 1）硫酸浓度的确定。称取（5.000±0.001）g 的
佳萃取剂为正己烷，在固液比 1∶10，油脂萃取率达 100%，萃取剂回收率达 97.06%；常规硫酸水解肉骨粉最佳条 1.1 试验材料 去油肉骨粉，分别加入 4、5、6、7 mol/L 的硫酸 25
件为：硫酸浓度 5 mol/L、固液比 1∶4、温度 90 ℃、水解时间 7 h，此时水解液中总氮的转化率为 93.42%，氨基酸态 所用材料取自生猪健康养殖省部共建协同创新 mL，在水浴温度90 ℃下水解7 h。
氮转化率为 42.63%；微波辅助硫酸水解肉骨粉的最佳条件为：微波功率 550 W、硫酸浓度 5.0 mol/L、水解时间
中心。该中心将实验用染疫或未染疫动物尸体或动 2）固液比的确定。称取（5.000±0.001）g 的去
60 min，此时水解液中总氮的转化率为 90.12%，氨基酸态氮转化率为 82.13%；2种工艺在最佳条件下，各元素在
物组织与小麦麸皮按质量比 10∶3，在专用微生物发 油肉骨粉，分别加入 20、25、30、35 mL 5 mol/L 的硫
水解液相和固相残渣的分布差异不大，其中 N、P、K、Fe、Cu、Zn元素有 66%~93% 分布在水解液中，Ca、Mg、Mn
酵菌剂作用下，经 90 ℃下发酵 48 ~ 72 h，得到发酵 酸，在水浴温度90 ℃ 下水解7 h。
元素 32% 以上分布在残渣中，而重金属元素 Pb、Cr、Cd 超过 58% 进入水解液，但未超出相关肥料产品农业行业
标准限值。结果表明，微波辅助显著提高水解液中氨基酸态氮转化率并缩短水解时间，大、中、微量植物营养元 产物，该发酵产物经烘干并去除动物骨头等粗大杂 3）水解时间的确定。称取（5.000±0.001）g 的
素大部分进入液相，在制作氨基酸水解液方面具有明显的优越性。 质后即为本试验所用肉骨粉。 去油肉骨粉，加入 20 mL 5 mol/L 的硫酸，在水浴温
关键词 病死动物；肉骨粉；水解；微波辅助；物料平衡；氨基酸液体肥料 经 检 测 ，该 肉 骨 粉 营 养 成 分 如 下 ：粗 蛋 白 度90 ℃下，分别水解3、5、7、9 h。
中图分类号 S851.2 3；X713 文献标识码 A 文章编号 1000-2421（2022）04-0028-08 48.70%、粗 脂 肪 14.10%、氮 10.44%、磷 2.20%、钾 4）水解温度的确定。称取（5.000±0.001）g 的
+
0.42%、钙1.44%、铁197.57 mg/kg、锌120.26 mg/kg、 去油肉骨粉，加入 20 mL 5 mol/L 的硫酸，分别在水
病死动物是一种含有大量蛋白质的生物质资 HCl 水解羽毛，反应时间需 30 min，复合氨基酸态氮 铜12.89 mg/kg。 浴温度70、80、90、100 ℃ 下水解7 h。
［6］
［1］
［2］
源 ，以猪为例，猪的病死率约 8%~12% ，据国家 转化率可达 82.10%。Lopez 等 优化微波辅助酸水 1.2 检测方法 分别以水解液中总氮转化率和氨基酸态氮转化
统计局发布的 2020 年生猪出栏量 52 704.1 万头 ［3］ ， 解的方法，克服硒氨基酸氧化和蛋白质不完全水解 肉骨粉经萃取剂萃取（筛选萃取剂种类、固液 率为考察指标。计算公式如下：
这意味着每年产生数千万头病死猪，而烈性传染病 的问题，用于测定奶粉中与蛋白质结合的硒氨基酸， 比）后得到去油肉骨粉，经烘干后，采用常规和微波 水解液中总氮转化率=水解液中总氮质量/去
［7］
非洲猪瘟的肆虐，带来的经济损失更为严重 ［4］ ，对 该法经济且有效。Hall 等 利用微波与酶水解相结 辅助硫酸水解（筛选硫酸浓度、固液比、水解时间、水 油肉骨粉中总氮质量×100%；
病死动物进行无害化处理和资源化利用，对保证人 合方法从蟋蟀蛋白中生产生物活性肽，微波在加速 解温度、微波功率），离心，进行固液分离，取液相水 水解液中氨基酸态氮转化率=水解液中氨基酸
类 健 康 、促 进 养 殖 业 健 康 可 持 续 发 展 具 有 重 要 水解反应、生产高二肽基肽酶-IV（DPP-IV）和高血管 解液和固相残渣分别进行相关指标测定。 态氮质量/去油肉骨粉中总氮质量×100%。
意义。 紧张素转换酶（ACE）抑制能力的肽方面显示出优越 ［9］
氨基酸态氮测定采用甲醛滴定法 ；总氮测定采 1.5 微波辅助硫酸水解条件的正交试验
针对病死动物尸体的处置方法众多，2017 年农 性。Li 等 ［8］ 在酸性离子液体［PSmim］HSO 4 环境中
用浓硫酸消煮法和凯氏定氮法 ［10］ ；总磷测定采用矾 在单因素试验结果基础上，以微波功率、硫酸浓
业农村部（原农业部）发布了《病死及病害动物无害 辅以微波水解羊毛，高效膨胀和水解羊毛角蛋白，可 ［10］ ［10］
钼黄比色法 ；总钾测定采用火焰光度法 ；钙、 度、水解时间为影响因素，设计三因素三水平 L 9 （3 ）
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化处理技术规范》（http：//www.moa.gov.cn/nybgb/ 将其降解为短肽和游离氨基酸，水解率达 98% 以上，
镁、铁、锰、铜、锌、铅、铬、镉测定采用原子吸收光 的正交试验（表 1），试验中固液比固定为 1∶4，以水解
2017/dqq/201801/t20180103_6133924.htm），介绍了 与传统的 HCl 水解法相比，该法在较温和条件下带
谱法 ［10］ 。 液中总氮的转化率和氨基酸态氮转化率为考察指
焚烧法、化制法、高温法、深埋法、化学处理法的无害 来更高的水解率，在工业上制备角蛋白衍生产品具
1.3 去除肉骨粉油脂的萃取剂种类及固液比筛选 标，优化微波辅助硫酸水解肉骨粉最佳条件。
化处理方式，其中化学法中的酸水解是制备氨基酸 有更好的应用潜力。总之，微波辅助水解法环保、高
通过课题组前期试验发现，影响肉骨粉中油脂 1.6 水解产物中营养元素及重金属元素的测定
肥料、实现高值化利用的可靠手段。微波辅助水解 效，是提高水解效率的有效途径。
萃取效率的主要因素是萃取剂种类、固液比（肉骨粉 经过 2种水解工艺条件筛选，在最优条件下对去
法具有快速、高效和无污染的特点，近年来利用此法 目前，微波辅助水解蛋白质制备氨基酸多用语
质量与萃取剂体积的比例），因此对 2 种条件进行筛 油肉骨粉进行水解，收集液相水解液和固相残渣，分
处理动物材料制备氨基酸产品越来越普遍，已受到 畜禽毛发或蛋白质产品的测定，对病死畜禽及其相
［5］
相关领域研究人员的青睐。王玉珍 使用微波辅助 关产品方面研究较少，而动物尸体无害化产物肉骨 选。萃取动物油脂的萃取剂一般有乙醚、石油醚、正 别进行大、中、微量植物营养元素和重金属元素的含
己烷、柴油等，本试验选取乙醚、石油醚、正己烷为 量测定，检验水解前后各元素的物料平衡，并计算不
收稿日期：2022-04-05 备选萃取剂，肉骨粉和萃取剂的固液比选取 1∶5 和 同工艺下这些元素在液相中的占比，即液相水解液
基金项目：国家重点研发计划项目（2017YFD0800804-01）；中央高校基本科研业务费专项（2662017JC018）
1∶10。肉骨粉和 3 种萃取剂分别按 2 种固液比在室 中某元素的质量在水解原料去油肉骨粉质量的占
陈铭泽，E-mail：wy1668393284@163.com
通信作者：周文兵，E-mail：zhouwb@mail.hzau.edu.cn 温条件下萃取，称量并测定动物油脂的萃取率和萃 比，从而分析其资源化率。