“虾壳生物质炭活化过硫酸盐降解2,4-二氯酚”创新实验设计

将科研成果与创新创业实践教学相结合,设计实施创新综合探究实验,以虾壳为原料制备虾壳生物质炭,用于活化过硫酸盐降解2,4-二氯酚。实验结果表明,虾壳生物质炭在酸性和中性条件下可以有效活化过硫酸盐去除2,4-二氯酚,去除率可达96%。通过该实验,学生能够掌握纳米材料的制备、表征等基本实验技能,能够对数据进行处理和分析,树立“以废治废”理念,增强解决实际问题的能力,提高创新意识。

虾壳副产物发酵菌及产物分析初探

小龙虾肉味鲜美,风味独特,药用价值高,深受人们喜爱,已成为我国长江中下游地区最大的出口创汇水产品。近年来,随着小龙虾加工产品的增加,虾头、虾壳等副产物也随之增加,对其综合利用的需求也越来越高。目前,有采用化学法水解提取有益物质,有利用酶解法和微生物发酵法等方法,研发多元化的高附加值产品,但利用放线菌进行虾壳副产物发酵处理的报道甚少。

虾壳源蛋白水解物降糖降脂活性评价及肽序分析

目的:采用酶解法制备克氏原螯虾壳蛋白水解物(Procambarus clarkii shell protein hydrolysates,PCSPHs),并分析其体外降糖降脂活性及肽序。方法:分别采用胃蛋白酶、碱性蛋白酶、胰蛋白酶、风味蛋白酶和木瓜蛋白酶水解制备不同虾壳蛋白水解物,分析其体外降糖降脂活性和肽序列;运用Peptide Ranker及BIOPEP-UWM网站在线分析,再以核受体PPARγ配体结合区域的晶体结构作为靶点,使用Autodock vina进行分子对接模拟,获得具有潜在降糖降脂活性的虾壳肽。结果:胃蛋白酶水解物(PEP-PCSPHs)对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性具有较强的抑制作用,IC 50值分别为(5.42±0.05),(7.11±1.01)mg/mL;胰蛋白酶水解物(TRY-PCSPHs)对胰脂肪酶活性具有最强的抑制能力,IC 50值为(4.71±1.12)mg/mL,且对甘氨胆酸钠表现出最好的体外结合效果。此外,经质谱鉴定PEP-PCSPHs和TRY-PCSPHs中分别得到3391,2086条肽序;通过在线网站预测和分子对接筛选出多条均能与PPARγ结合的降糖降脂虾壳活性肽(PCSAPs)。结论:酶解克氏原螯虾壳制备的虾壳蛋白水解物具有潜在的降糖降脂活性,可能改善糖脂代谢紊乱。

乙酰氨糖虾壳复合素在加工番茄上的应用效果

为探索加工番茄生产中乙酰氨糖虾壳复合素最佳的施用量和施用方式,开展了其不同用量和施用方式试验。结果表明:在加工番茄生育期,用乙酰氨糖虾壳复合素随水滴施5次(每次667米2用500克)结合喷施3次(每次667米2用50克),加工番茄增产增收效果最好,与常规施肥相比,667米2增产1181千克,增产率为17.4%,667米2增收48.8元,且加工番茄果实可溶性固形物含量、维生素C含量和总糖含量最高,综合效益最高,建议在生产中推广应用。

虾壳源多肽酶解条件的优化及其抗冻活性和作用机制的探究

目的优化从虾壳中提取多肽的酶解条件,并探究虾壳多肽的抗冻活性及作用机制。方法以小龙虾虾壳为原料,使用复合酶酶解提取多肽。在单因素实验的基础上,通过正交实验得到虾壳最佳酶解条件。以面包酵母菌为抗冻测试对象测试其抗冻能力。采用液相色谱-串联质谱法(liquid chromatography-mass spectrometry,LC-MS/MS)对虾壳多肽的组成进行鉴定,基于多肽的理化性质和序列,结合抗冻预测平台筛选抗冻肽(antifreeze peptides,AFPs)。使用分子动力学模拟探究了AFPs的作用机制。结果在酶解温度40℃,底物质量浓度20mg/mL,加酶量12000U,酶比0.33的最佳酶解条件下,多肽提取率达到了70%以上。虾壳多肽中含有1004种肽段,能明显提升酵母菌存活率。从具有抗冻活性且置信度靠前的20条多肽中进一步筛选出了潜在的抗冻肽AFP1、AFP2。AFP2和冰面之间形成的氢键数量为14,部分水分子同时与2个氨基酸残基形成氢键,充当水桥稳定多肽的构象,AFP2与冰之间的结合能为-105.08 kcal/mol,冰结合模拟效果理想。结论AFPs与冰结合并抑制冰晶生长可能归因于带电荷的亲水性氨基酸残基与水分子形成的氢键、范德华力等分子间作用力,可开发为有益的冷冻保护剂,用于冷冻食品加工,具备良好的应用前景。

镧改性虾壳低温热解制备的生物炭对池塘养殖废水磷吸附的研究

为提高生物炭对磷的去除效果和将厨余废弃物的资源化利用,文章以废弃虾壳为原料,用NaOH将LaCl_(3)以La(OH)_(3)沉淀形式附着在虾壳表面,进行热解得镧改性生物炭(CSLa)。采用XRF、SEM、BET、FTIR和XRD对改性前后的生物炭表征分析。采用吸附等温线模型和吸附动力学模型拟合生物炭的吸磷特征。研究了改性剂用量、初始pH、共存干扰离子对生物炭吸附磷的影响。结果表明镧化合物负载在生物炭表面,对磷吸附能力明显提高,最大理论吸附量为160.51 mg/g,与CS400磷最大吸附量(100.60 mg/g)相比约提高60%。在低浓度或高浓度磷溶液条件下,CSLa对磷吸附量和去除率均高于CS400,在实际水产养殖废水中更实用。吸附过程主要受化学吸附、颗粒内扩散控制。有关机理分析的结论表明表面沉淀作用、静电吸引、配体交换和内层络合作用是CSLa吸附磷的主要机理。CSLa更适合在弱酸性环境中除磷,不过在碱性环境条件下其吸附量也比较高。HCO_(3)^(-)和CO_(3)^(2-)对CSLa磷吸附有一定的抑制作用。研究以低温400℃为热解温度制备镧改性生物炭,不仅提升了生物炭对磷的吸附量和去除率,而且消耗热能较少,更有利于实际应用。

高效虾壳脱蛋白菌株的筛选、产酶条件优化及酶学性质研究

该研究旨在筛选高效虾壳脱蛋白菌株并进行工艺优化及酶学性质研究。先通过单因素、Placket-Burman(PB)和正交优化试验对筛选菌株虾壳脱蛋白工艺优化,进一步对酶学性质和降解产物进行研究。结果表明,菌株铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)Gxun-7脱蛋白效果最好;最优产酶条件为:虾壳粉40 g/L,玉米浆5 g/L,接种量1%(体积分数),初始pH 7.0,发酵温度35℃,发酵时间48 h,优化后酶活性达(617.13±22.11)U/mL,较优化前提高了43.50%,此时,虾壳脱蛋白率为(82.61±0.54)%;菌株Gxun-7所产蛋白酶为诱导酶,酶的耐盐性较好,最适温度和pH值分别为60℃和7.0,除Cu^(2+)和Al^(3+)对酶活性有显著抑制外,其他金属离子对酶活影响不大,十二烷基磺酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS)和十六烷基三甲基溴化铵(hexadecyl trimethyl ammonium bromide,CTAB)抑制酶活性超过40%,而β-巯基乙醇却能提高酶活性到468%;降解液中共检测出17种氨基酸,含量达1856.14 mg/L。因此,Gxun-7对虾壳具有高效脱蛋白能力,所产蛋白酶稳定性强,降解液中氨基酸含量丰富,为虾壳蛋白降解及利用提供理论依据。

不同接种量下不同浓度虾壳粉对红曲霉发酵产红曲色素对比研究

目的:小龙虾虾壳废弃物排放造成环境污染和资源浪费,红曲霉可以转化利用虾壳蛋白质,达到对红曲色素生产的工艺优化。方法:以小龙虾虾壳废弃物蛋白质为唯一氮源,利用红曲霉菌种MonascusGN01进行液态发酵,探究不同接种量对红曲霉液态发酵产红曲色素和桔霉素的影响,得到低桔霉素高红曲色素生产工艺。结果:在5%接种量下,虾壳粉添加量为0.5%的发酵液红曲红色素的色价最高,为10U/mL,其桔霉素含量为0.004mg/L;在10%接种量下,虾壳粉添加量在1.1%时的发酵液红曲红色素色价最高,为49.75 U/mL,其桔霉素含量为0.032mg/L。结论:在实际生产中应根据不同的目的选用合适的接种量,为红曲霉发酵虾壳确定初步的工艺参数。

不同养殖模式克氏原螯虾(Procambarus clarkii)游离氨基酸的主成分分析及综合评价

为研究不同养殖模式的克氏原螯虾(Procambarus clarkii)肉中游离氨基酸(free amino acids,FAA)的综合品质差异,以江苏兴化地区具有代表性的3大类养殖模式的克氏原螯虾尾肉为研究对象,测定FAA并结合滋味活性值(taste active value,TAV)分析各氨基酸在克氏原螯虾肉中的呈味特性,然后运用主成分分析(principal componentanalysis,PCA)及聚类分析法综合评定克氏原螯虾肉的FAA品质。结果表明:克氏原螯虾肉中均含有17种FAAs,总量在21.80~27.11 mg/g之间。精氨酸(Arg)在所有克氏原螯虾肉中均为含量最高的FAA,远高于其他氨基酸,占总FAA含量的55.64%~67.76%,其对虾肉呈味贡献也最大。此外,还有丙氨酸(Ala)和组氨酸(His)在所有克氏原螯虾肉中的TAV都大于1,对呈味有贡献。谷氨酸(Glu)作为鲜味最强的氨基酸,只在稻虾一稻两虾模式(RC2)的克氏原螯虾肉中TAV大于1。17种氨基酸利用PCA提取到3个PC,累计方差贡献率为89.937%,可以代表氨基酸的综合信息。根据综合分析,排名最高的是一稻两虾养殖模式RC2,排名最低的是虾蟹混养模式CC1。聚类分析将所采集的克氏原螯虾虾肉分为3类,该结果与PCA的结果相似,表明稻虾模式养殖的克氏原螯虾肉的FAA综合品质相对较好。

乙酰氨糖虾壳复合素在棉花上的应用效果研究

乙酰氨糖虾壳复合素是一种富含氨基寡糖素的新型生物农药,可以提高植物抗病性。本文通过田间试验研究乙酰氨糖虾壳复合素不同施用方式对棉花黄萎病发生、棉花生长、养分吸收以及产量的影响。结果表明,乙酰氨糖虾壳复合素喷施或随水滴施对棉花黄萎病均有一定的控制作用,可以促进棉花生长,增加氮、磷、钾养分吸收量,提高产量。其中,乙酰氨糖虾壳复合素喷施结合滴施对棉花黄萎病的防治效果可达56.28%~65.00%,促进棉花养分吸收和产量提高的效果最显著。

木瓜蛋白酶制备北极甜虾虾壳多肽工艺研究

以北极甜虾虾壳为对象,研究从北极甜虾虾壳中提取多肽的工艺。通过单一实验因素实验,得到:酶浓度为10%、酶解时间为40 min、酶解温度为50℃、pH=4时多肽产率和水解度均最高。通过四因素三水平的正交试验得出最优工艺条件,即酶解时间为40 min、酶浓度为12.5%、酶解pH为4、酶解温度为50℃。该工艺可为有壳类海产废物制备活性肽积累更多的经验,为其实现工业化、实现废弃物有效利用提供有力支持。

响应面优化虾壳抗菌肽酶解工艺

本课题选取基围虾作为食源性抗菌肽的研究对象,以虾壳蛋白酶解液中的氨基氮含量为指标,采用甲醛电位滴定法测定胰蛋白酶的酶解效果。以酶解液中氨基氮含量为响应值,选择酶解温度、酶解时间、酶解初始pH为自变量,通过三因素三水平Box-Bohnken响应面法优化酶解工艺,模型预测酶解提取最佳工艺条件为:酶解温度44.565℃,酶解时间8.531 h,pH为7.888,此时预测得出酶解液中氨基氮含量的最大值为16.536 mg·g^(-1)。为实际操作的可行性,选取最优酶解条件为:酶解温度44.5℃,酶解时间为8.5 h,pH为7.9,实际测得的氨基氮含量为(15.98±0.95)mg·g^(-1),理论预测值与实际值接近,重复性好,说明响应面法优化抗菌肽酶解工艺是可行的。

虾壳活性肽对斑马鱼氧化应激损伤的保护作用

目的:探究虾壳活性肽(PCSBP)对机体氧化应激损伤的保护作用。方法:采用碱性蛋白酶水解制备虾壳活性肽,测定其体外抗氧化活性,并分析PCSBP对禁食胁迫下斑马鱼氧化应激损伤的保护作用。结果:PCSBP在体外表现出潜在的抗氧化能力,其对DPPH自由基和羟自由基的清除率分别为(46.35±1.32)%和(75.22±2.18)%。禁食胁迫下斑马鱼的终末体重、体长和肌肉氨基酸含量均有所降低,而摄入PCSBP后能有效提高其生长性能和肌肉氨基酸含量;肌肉组织结构显示,禁食后斑马鱼肌纤维间隙增宽,出现断裂现象,摄入PCSBP后肌纤维排列整齐,形态结构完整,未见明显断裂;在抗氧化应激方面,PCSBP显著增强了斑马鱼肌肉超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)活性和谷胱甘肽(GSH)含量,同时还减少了氧化损伤指标丙二醛(MDA)和蛋白质羰基(PC)的生成量;进一步分析发现,PCSBP显著上调抗氧化信号分子nrf2基因表达,下调keap1表达,并增加其下游抗氧化酶基因转录表达,有效改善了斑马鱼肌肉氧化应激损伤。结论:虾壳活性肽对斑马鱼的氧化应激损伤有一定保护作用,可作为潜在的抗氧化剂。

乙酰氨糖虾壳复合素在棉花上的应用效果研究

乙酰氨糖虾壳复合素是一种富含氨基寡糖素的新型生物农药,可以提高植物抗病性。通过田间试验研究乙酰氨糖虾壳复合素不同施用方式对棉花黄萎病发生、棉花生长以及养分吸收和产量的影响。结果表明,乙酰氨糖虾壳复合素喷施或随水滴施对棉花黄萎病均有一定的控制作用,可以促进棉花生长,增加氮磷钾养分吸收量,提高产量。其中,乙酰氨糖虾壳复合素喷施结合滴施对棉花黄萎病的防治效果可达56.28%~65.00%,促进棉花养分吸收和提高产量的效果最显著。

虾壳蛋白质的提取、美拉德反应改性及抗氧化活性研究

为实现南美白对虾壳资源的绿色、高值化转化,利用碱性蛋白酶对虾壳中的蛋白质进行提取,水解产物与核糖进一步通过美拉德反应改性制备美拉德反应产物(Maillard reaction products,MRPs)。对MRPs进行红外表征,并研究其体外抗氧化活性和细胞内的抗氧化作用。MRPs制备条件为:核糖质量浓度0.025 g/mL、pH 5、反应温度90℃、反应时间8 h,此条件下的MRPs具有一定的还原能力,约为58μmol TE/g,并且对ABTS阳离子自由基、DPPH自由基以及·OH清除率随浓度升高而增加,IC_(50)值分别为(0.024±0.001)、(0.612±0.132)和(2.0560±0.094)mg/mL;MRPs超滤获得的小分子质量和大分子质量组分均具有一定的抗氧化能力;此外,MRPs对人肾小管上皮细胞(HK-2)表现出良好的生物相容性,并且对H_(2)O_(2)诱导损伤的HK-2细胞具有显著的修复作用。因此,虾壳蛋白质水解物-核糖美拉德反应产物有望作为新型抗氧化剂,为虾壳废弃物资源的高值化利用提供新思路。

超声辅助复合酶法提取小龙虾虾壳蛋白及其性质研究

目的提高副产物虾壳中蛋白的提取率,并探究虾壳蛋白的功能活性。方法以小龙虾虾壳为原料,在单因素的基础上,以加酶量、复合酶比例、酶解时间和超声时间为响应变量,蛋白提取率为响应值,采用响应面Box-Behnken试验设计优化超声辅助复合酶法提取小龙虾壳蛋白的最佳工艺。进一步比较复合酶解与单酶酶解制备的多肽的抗氧化活性、抗血管紧张素转化酶(angiotensin converting enzyme,ACE)活性和氨基酸成分组成,研究酶解虾壳蛋白多肽的功能性质。结果加酶量10200 U,复合酶比例0.65,酶解时间2.8 h,超声时间30 min,该最优条件下的蛋白质提取率为90.30%,与预测值相对误差为1.2%。与单酶酶解液相比,复合酶解液的抗氧化能力和ACE抑制能力均显著增强,清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼和2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐的半最大效应浓度分别为4.38 mg/mL和3.66 mg/mL,最大的ACE抑制率达(44.93±0.89)%,且具有竞争性抑制模式。氨基酸组分分析发现酶解制备的虾壳多肽中必需氨基酸和疏水性氨基酸含量丰富,分别占氨基酸总量的43.06%和33.52%,从而表现出抗氧化活性和抗ACE活性。结论该研究有效提高了虾壳蛋白的提取率,得到的虾壳多肽中富含多种必需氨基酸和疏水性氨基酸,表现出良好的抗氧化活性和ACE抑制活性。

夏季克氏原螯虾虾肉和虾壳基本性质研究

为了完善克氏原螯虾原料基础数据库,以7、8月捕获的大、中、小三种规格克氏原螯虾为原料,测定虾肉的基本组成、理化性质和虾壳的近似成分及表观结构。结果表明,虾肉中以水分(76.53%~79.22%)和蛋白质(17.63%~19.45%)为主,pH分布在6.88~7.30。虾壳中甲壳素(12.07%~17.43%)和钙(3.31~5.35 g/100 g)含量较高,氢键结构以CO/HN为主(41.33%~47.22%),二级结构以β折叠(35.21%~40.02%)和β转角(29.68%~33.53%)为主。随着捕捞时间和小龙虾规格逐渐增加,小龙虾的得肉率下降,肌纤维间隙减少,持水性上升,弹性和硬度上升,虾壳中蛋白质有序结构比例上升,氢键能和结晶度上升。本研究对基于原料性质的小龙虾运输及加工具有实际指导意义。

酪丁酸梭菌发酵废弃虾壳产新型单细胞蛋白饲料的研究

利用废弃虾壳粉末作为酪丁酸梭菌营养基底生产单细胞蛋白的氮源,探究了不同虾壳粉添加量对菌株生长和生产短链脂肪酸(乙酸、丁酸)的影响,测定了酪丁酸梭菌发酵虾壳粉得到的单细胞蛋白饲料的粗蛋白、粗纤维、粗脂肪质量分数以及氨基酸组成,综合评价了蛋白饲料的营养价值。结果表明,在葡萄糖与虾壳粉碳氮质量比为8∶1.75时,生长性能最优且能够生产1.68 g/L的乙酸与3.45 g/L的丁酸。发酵虾壳粉后粗蛋白质量分数较虾壳粉原料提高了7%,粗脂肪、粗纤维质量分数也分别增加了117%和92%,同时灰分质量分数降低了13%。此外,饲料含有的氨基酸种类丰富,且与原料相比16种氨基酸中12种都相应增加。最后,结合发酵前后营养成分和其中短链脂肪酸的变化来看,酪丁酸梭菌发酵虾壳粉生产的单细胞蛋白饲料营养价值丰富,生产过程绿色,成本低廉,是一种有潜力的新型蛋白饲料。

小龙虾剥壳技术及虾壳综合利用研究进展

2021年中国小龙虾养殖总产量达到263.36万t,但约产生100万t/年的小龙虾壳副产物。目前小龙虾加工企业仍主要采用手工方式剥壳,且虾壳等副产物绝大多数用于配制饲料,资源利用率低,产品附加值低。针对以上产业问题,本文综述手工剥壳、预处理剥壳和机械剥壳的小龙虾主要剥壳技术,以及制作饲料和提取活性物质等的虾壳利用情况。本文可为开发安全、高效小龙虾剥壳技术装备和探索小龙虾壳的应用领域提供参考,为促进小龙虾产业链强链延链提供新的思路。

虾壳生物炭/纳米零价铁同步去除水体中Se(Ⅳ)和环丙沙星

针对富硒养殖业中潜在的硒与抗生素共存废水,以虾壳制备的氮掺杂多孔生物炭(NBC)为骨架,原位合成纳米零价铁(nZVI),构建具有NBC和nZVI活性功能成分的复合材料(NBC-nZVI),采用扫描电镜(SEM)、氮气吸附、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)表征样品。考察NBC-nZVI对Se(Ⅳ)和环丙沙星(CIP)的同步吸附行为。结果表明,NBC-nZVI对CIP和Se(Ⅳ)的去除性能优于NBC和nZVI;Se(Ⅳ)优先于CIP被吸附于NBC-nZVI表面,并介导CIP的吸附,提高NBC-nZVI对CIP的去除性能;CIP对NBC-nZVI吸附Se(Ⅳ)无明显影响;双组分体系中NBC-nZVI对CIP和Se(Ⅳ)的吸附行为符合准二级动力学和Sips等温模型,对CIP与Se(Ⅳ)的最大理论吸附量分别为130.6,335.7 mg/g。