何紀塏 盧秋詠 鄒新華 張增玉 熊愛軍 邢孔萍 楊杏萍 倪冬姣

摘? 要：利用生物轉化方法不但能將畜禽糞便資源化，還能減少糞便對環(huán)境的污染，做到節(jié)能減排。作為飼用昆蟲的一種，黑水虻的幼蟲可以將畜禽糞便、餐廚垃圾等有機廢棄物通過生物轉化作用轉變?yōu)榘踩?、環(huán)保、優(yōu)質的飼料資源。本文主要對黑水虻在畜禽糞便中的生物轉化作用，以及其在動物飼料中的應用進行綜述，以期為黑水虻規(guī)?；幚硇笄菁S便及日后產業(yè)化利用提供參考。

關鍵詞：黑水虻；畜禽糞便；生物轉化；蛋白飼料

我國是畜禽養(yǎng)殖大國，每年產生的畜禽糞便超過30億t，糞便蘊含著大量未被畜禽有效利用的營養(yǎng)物質。如果能將畜禽糞便資源化利用，不但節(jié)能減排，而且還可以作為優(yōu)質蛋白質原料應用于畜牧生產中，緩解魚粉進口日益緊張的問題。黑水虻學名光亮扁角水虻或亮斑扁角水虻，屬于雙翅目水虻科昆蟲，起源于美洲，在我國境內目前廣泛分布于湖北、湖南、廣東、廣西、云南、貴州等省份[1]。黑水虻可將有機廢棄物轉化為安全、環(huán)保、優(yōu)質的飼料資源。此外，黑水虻還具有繁殖迅速、易于飼養(yǎng)、環(huán)境適應力強、氨排放量低等特點。因此，黑水虻目前在城市環(huán)境治理、畜禽糞便處理、動物飼料原料應用、生物醫(yī)藥等領域都有較大的研究與利用價值[2]，尤其是對畜禽養(yǎng)殖業(yè)，黑水虻的資源化利用不但可以有效減少養(yǎng)殖污染物的排放，減輕環(huán)境污染，而且為畜禽糞便的資源化利用提供了一種經濟且綠色環(huán)保的選擇[3]。黑水虻幼蟲攝入畜禽糞便中的有機物以滿足自身生長發(fā)育所需營養(yǎng)物質。黑水虻幼蟲具有蛋白質含量高、脂肪含量豐富等特點，大量研究表明，以黑水虻蟲粉替代魚粉，飼喂豬、禽、魚是可行的。黑水虻產卵多、繁殖快、孵化時間短的特點預示著其具有規(guī)?；B(yǎng)殖并作為優(yōu)質飼料資源的潛力。本文主要對黑水虻在畜禽糞便中的生物轉化作用，以及其在動物飼料中的應用進行綜述，以期為黑水虻規(guī)?；幚硇笄菁S便及日后產業(yè)化利用提供參考。

1? 黑水虻在處理畜禽糞便中的研究進展

隨著我國畜禽養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴大，集約化、規(guī)?；潭炔粩嗵嵘?，畜禽糞便的產量也與日俱增，大量的糞便如得不到妥善的處理，不但會對環(huán)境產生污染，而且也是一種資源浪費。因此，如何科學合理地處置畜禽糞便是當下的研究熱點。目前，畜禽糞便的處理方式主要有發(fā)酵堆肥、發(fā)酵生產沼氣或者生物轉化生產飼料，其中堆肥與生產沼氣在技術上已經相對成熟，并且已應用于實際生產中，而利用黑水虻將畜禽糞便轉化為畜禽、水產飼料，還停留在示范性研究階段[4]。

1.1 抑制有害微生物在畜禽糞便中增殖

黑水虻的生長周期分為蟲卵期、幼蟲期、蛹期和成蟲期，其中幼蟲期又可分為６個齡期，其中３～５齡期的幼蟲可以用來處理動物糞便[5]。黑水虻幼蟲的腸道微生物種類豐富，能夠消化畜禽難以消化的營養(yǎng)物質。研究表明，其腸道內的微生物不但能維持腸道蠕動和保護腸道黏膜的完整性，而且具有消化發(fā)酵植物聚合物、合成維生素、轉化有毒化合物的功能。黑水虻幼蟲腸道強大的消化能力，豐富的腸道微生物菌群與消化酶的協(xié)同作用，使其能有效轉化畜禽糞便[6]。黑水虻和家蠅都是將蟲卵孵化到糞便中，其中黑水虻幼蟲能夠在糞便中競爭性抑制家蠅的繁殖和產卵，從而減少病原微生物的滋生[7]。此外，黑水虻幼蟲體內含有大量的抗菌肽、己二酸和幾丁質等抗菌物質，這些物質能夠抑制病原微生物的增殖，減少糞便中病原微生物的含量[8]。研究發(fā)現(xiàn)，在雞糞便中額外添加大腸桿菌和沙門菌，經黑水虻幼蟲處理后，糞便中有害菌的數(shù)量顯著減少[9]。

1.2 降解畜禽糞便殘留物質

在對動物糞便進行生物轉化的過程中，黑水虻幼蟲能夠減少糞便中殘留的有害物質，降低糞便對環(huán)境的污染。黑水虻幼蟲能夠減少糞便中重金屬的殘留，通過體內的金屬硫蛋白，能有效螯合重金屬離子，將糞便中的鎘、鋅、銅、鉻、砷等重金屬富集到蟲體中，減少離子態(tài)重金屬的毒性，降低重金屬對環(huán)境的污染[10]。研究表明，在豬糞中加入黑水虻幼蟲能夠顯著降低糞便及環(huán)境土壤中的鎘含量[11]。此外，黑水虻幼蟲對抗生素具有降解作用。黑水虻幼蟲可以通過體內微生物的水解、氧化、脫氨、去甲基化、開環(huán)和修飾等化學反應降解抗生素。研究發(fā)現(xiàn)，黑水虻幼蟲可降解糞便內殘留的97％的四環(huán)素和泰樂菌素，降解速度快于堆肥降解的，從而降低糞便中殘留抗生素對環(huán)境的污染[12-13]。畜禽糞便富含氮、磷、鉀等元素，糞水不經處理排入河道，極易引起水體富營養(yǎng)化，造成水體污染。研究發(fā)現(xiàn)，黑水虻幼蟲可降低豬糞中氮、鉀、磷的含量，而糞便中含氮物質濃度的降低又可減少氨氣等有害氣體和揮發(fā)性有機化合物的產生，此舉不但能減輕糞便對空氣的污染，還能改善畜禽舍空氣質量[14-15]。

2? 不同畜禽糞便對黑水虻幼蟲營養(yǎng)成分的影響

黑水虻幼蟲是優(yōu)質的動物源蛋白原料，其幼蟲經過冷凍、微波解凍破碎、酶解處理，再進行烘干和粉碎，制得黑水虻幼蟲蟲粉。黑水虻幼蟲粉具有豐富的營養(yǎng)價值，含有數(shù)量豐富的粗蛋白、粗脂肪以及鈣、磷。幼蟲粉所含的粗蛋白、粗脂肪、鈣、磷的含量并不固定，研究表明營養(yǎng)成分含量的多少與飼喂黑水虻所用的基質組分成正相關[16]，不同畜禽糞便對黑水虻幼蟲營養(yǎng)成分的影響見表1。黑水虻還含有膽固醇、維生素B1、煙酸、脂肪酸、類胡蘿卜素、幾丁質、抗菌肽和微量元素等，此外，黑水虻還可用于提取生物柴油、生產飼料添加劑和治療藥物等[17]。

3? 黑水虻幼蟲在飼料中的應用

當前黑水虻幼蟲活體價格在3 500元/t左右，用餐廚垃圾生產的黑水虻幼蟲干的生產成本目前為5 400～6 000元/t，黑水虻幼蟲干的市售價則在6 000～8 000元/t[21]。根據(jù)中國飼料行業(yè)信息網統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，2023年2月62％～68％的進口魚粉價格在12 700～13 800元/t，國產魚粉的價格在12 000元/t左右。因此，在不影響畜禽生產性能和健康狀況的前提下，以黑水虻幼蟲粉替代日糧中的魚粉，不但可以降低飼料成本，擴大飼養(yǎng)效益，而且還能緩解魚粉供給緊張。其次，從黑水虻蟲干的生產成本和市場售價來看，養(yǎng)殖黑水虻也有利潤空間。

3.1 在家禽飼料中的應用

趙燕等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在日糧中添加2％～6％的黑水虻幼蟲干，不會影響肉雞的生產性能和器官指數(shù)，而且可以改善肉雞腸道絨毛形態(tài)，提高雞肉中蛋白質、氨基酸、脂肪酸的含量。王斌等[23]研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加3％～6％黑水虻幼蟲干，可以提高46～53周齡蛋雞所產雞蛋的品質，還可以通過提高蛋雞的免疫功能、改善健康狀況來提高產蛋性能。車彥卓等[24]研究發(fā)現(xiàn)，用黑水虻蛋白替代日糧中的豆粕，并使日糧粗蛋白水平降低至14.85％，對雞蛋蛋清的品質無不良影響。除肉雞和蛋雞外，有研究表明，在番鴨日糧中添加3％～5％的黑水虻幼蟲粉，對肉鴨生長性能、屠宰性能均無顯著影響[25]。此外，研究表明，日糧中添加黑水虻還能夠改善禽蛋品質。在蛋雞生產中，用1％或5％的黑水虻幼蟲粉替代日糧中的魚粉，可顯著提高360日齡蛋雞所產雞蛋的蛋殼質量，改善蛋品質和風味[26]，用一定比例的黑水虻幼蟲粉替代28～43周齡蛋雞日糧中的豆粕，能顯著提升蛋黃色度[27]，蛋品質改善的原因可能是黑水虻幼蟲粉含有較高水平的類胡蘿卜素和生育酚，從而可提高蛋雞的生產性能和蛋品質[28]。

3.2 在豬飼料中的應用

黑水虻除了應用于家禽飼料外，還可用于豬飼料中，用于替代仔豬飼料中常用的魚粉和噴霧干燥血漿蛋白粉。研究發(fā)現(xiàn)，在仔豬日糧中添加2％的黑水虻幼蟲粉，不會對仔豬生長性能產生負面影響[29]；陳巍等[30]研究發(fā)現(xiàn)，用黑水虻幼蟲粉替代仔豬日糧中的魚粉和噴霧干燥血漿蛋白粉，不會影響仔豬的生長性能。王斌等[31]研究發(fā)現(xiàn)，等能等氮的條件下在仔豬日糧中添加2％或3％的黑水虻幼蟲粉不會影響仔豬的生長性能，添加1％的黑水虻幼蟲粉可以顯著提高仔豬的生長性能，降低料肉比。豐富的細菌群落與腸道健康狀況緊密相關，而較低的細菌多樣性以及代謝、免疫和腸道保護功能的降低與多種疾病有關，生長豬日糧中添加4％黑水虻幼蟲粉，能夠通過改善生長豬腸道微生物區(qū)系組成，提高豬腸道黏膜免疫穩(wěn)態(tài)，增加肝臟、胰臟和小腸等內臟器官的重量，提高血液中總蛋白、球蛋白和白細胞介素等免疫指標的水平[32]。黑水虻幼蟲粉對仔豬生長性能和腸道免疫功能的積極作用可能與其富含抗菌肽、己二酸和幾丁質等抗菌物質有關。幾丁質是黑水虻蟲體中天然存在的一種多糖，不易降解，但易被小腸吸收，且可被腸道微生物發(fā)酵。相關研究證實，幾丁質可以恢復腸道微生物群落的組成平衡，此外幾丁質或衍生物也有抗病毒、抗腫瘤、抗菌活性[33]。由此可見黑水虻幼蟲粉可以部分替代豬飼料中的魚粉。

3.3 在水產飼料中的應用

在魚飼料中，黑水虻幼蟲粉主要用于替代魚粉。陳曉瑛等[34]研究發(fā)現(xiàn)，用黑水虻幼蟲粉替代飼料中10％～30％的飼用魚粉，不會影響黃顙魚幼魚的生長性能；替代比例超過30％后，會降低黃顙魚幼魚的生長性能；10％～30％的替代比例能夠降低黃顙魚血清中谷丙轉氨酶、谷草轉氨酶的活性，以及尿素和甘油三酯的含量。胡俊茹等[35]研究發(fā)現(xiàn)，等能等氮條件下，用黑水虻幼蟲粉替代飼料中10％～50％的飼用魚粉，對鱸魚幼魚的終末體重、增重率、特定生長率、攝食量、蛋白質效率、飼料系數(shù)以及存活率均未產生顯著影響。除了魚飼料外，黑水虻還能用于蝦的飼養(yǎng)。用10％～30％的黑水虻幼蟲粉替代凡納濱對蝦飼料中的魚粉，能促進幼蝦的生長，其中替代水平為15％時，凡納濱對蝦生長性能最佳[36]。綜上，黑水虻在水產飼料上也有相當大的應用潛力。

4? 總結與展望

在蛋白質原料供給愈發(fā)緊張、生態(tài)環(huán)境保護態(tài)勢日益嚴峻的當下，用黑水虻幼蟲處理畜禽糞便，不但能做到糞便資源化利用，緩解蛋白質原料供應日趨緊張的局面，而且還能保護環(huán)境，減少污染，做到節(jié)能減排，資源循環(huán)利用。黑水虻作為生物資源，其開發(fā)與利用的潛力十分巨大。但是，目前黑水虻幼蟲的資源化利用仍有一些需要深入研究和解決的問題。例如，以不同有機廢棄物基質為食物產出的黑水虻幼蟲存在生產加工以及儲存的標準化問題、黑水虻幼蟲粉品質保證以及安全檢測問題、幼蟲粉作為部分畜禽飼料原料其氨基酸平衡性問題、脂肪酸含量過高等。因此，針對黑水虻幼蟲生物轉化機理、加工工藝、實踐應用的相關研究仍在繼續(xù)。筆者相信，在進一步探明黑水虻對廢棄有機物的轉化機制，以及優(yōu)化產品加工工藝后，黑水虻加工產物終將投入實際生產，解決當前困擾畜牧養(yǎng)殖行業(yè)的痛點問題。

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