利用裂殖壺藻藻渣提升黑水虻油脂營養(yǎng)價值的研究

■徐歆歆 趙俊蘭 竇永芳 李路路 Marco El-Dakar 吉 紅*

(1.西北農林科技大學動物科技學院，陜西楊凌712100；2.青海畜牧獸醫(yī)職業(yè)技術學院，青海西寧810000）

黑水虻（學名：亮斑扁角水虻，Hermetia illucens L.）水虻科雙翅目昆蟲[1]，具有生長周期短、繁殖速度快、養(yǎng)殖成本低、食性廣泛及營養(yǎng)價值高等優(yōu)點[2]。因其具有較強的生物轉化能力常被用于處理餐廚垃圾[3-4]、畜禽糞便[5-7]及有機廢棄物等[8]。自身營養(yǎng)較高，含有豐富的必需氨基酸，如亮氨酸、纈氨酸和賴氨酸等，粗蛋白質含量不低于干重的40%，與豆粕等植物性原料相似，但低于魚粉[9]。含有較多的油酸及亞油酸等部分必需脂肪酸，不飽和脂肪酸含量在總脂肪酸比例中可高達60.85%，粗脂肪含量不低于干重的30%，顯著高于魚粉和豆粕[10]。雖然其營養(yǎng)成分不太穩(wěn)定會隨著飼養(yǎng)日糧的不同產生一定變化[11-12]，但目前仍被作為潛在的飼料原料廣泛的應用在家禽[13]、家畜[14-15]、水產飼料[16-18]等行業(yè)。

EPA 及DHA 作為魚類的必需脂肪酸，在魚類的生長、健康等方面具有十分重要的作用[19]，魚油因富含較多的EPA及DHA等n-3 PUFA是水產飼料行業(yè)主要的脂肪源，然而由于環(huán)境污染、過度捕撈等因素，出現(xiàn)魚油資源緊張，價格居高不下的現(xiàn)象[20]，因此尋找新的富含n-3 PUFA的資源來滿足生產及人類的需求是必要的[21]。裂殖壺藻藻渣為裂殖壺藻（Schizochytrium）油提取過程中的副產品，因工藝條件等限制，營養(yǎng)成分提取不充分，藻渣中依然含有大量的多不飽和脂肪酸（DHA）、多糖、微量元素等[22]。本研究擬利用黑水虻幼蟲的生物轉化能力，將含有10%、20%、30%及40%藻渣的日糧飼喂黑水虻幼蟲，探究不同添加水平的裂殖壺藻藻渣對黑水虻幼蟲生長及脂肪酸組成的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

黑水虻幼蟲及麩皮（粒徑為150 μm）由安康水產試驗示范站提供；裂殖壺藻藻渣（粗蛋白質20%、粗脂肪8.5%）由山東臨沂友康生物科技有限公司提供；規(guī)格為（299 mm×203 mm×86 mm）及（385 mm×247 mm×99 mm）的藍色虻蟲飼養(yǎng)盒各15 個。

1.2 試驗設計

選擇規(guī)格大小一致的8日齡幼蟲(初始重12.74 mg，體長6.33 mm)，放在規(guī)格為299 mm×203 mm×86 mm的小型飼養(yǎng)盒中，并套在規(guī)格為385 mm×247 mm×99 mm的中號飼養(yǎng)盒內（防止蟲子外逃），分別飼喂麩皮、含10%、20%、30%藻渣及40%藻渣的日糧(脂肪酸組成見表1)，每天定時投喂一次；每盒400 只，每組3個重復，試驗開始前所有幼蟲饑餓24 h，隨后進行正式試驗，養(yǎng)殖過程中用遮光布遮蓋養(yǎng)殖盒使其避光并保持黑暗，養(yǎng)殖室溫29～30 ℃，濕度65%～67%；試驗過程中每3 d 測量幼蟲體重及體長并記錄數據，當對照組幼蟲均重達到100 mg 時試驗結束，分離幼蟲[23-25]，將樣品保存在-20 ℃待用。

表1 飼料常規(guī)成分及脂肪酸組成（%）

1.3 成分測定

將分離洗凈的黑水虻幼蟲晾曬至水分10%以下[26]，粉碎后測定水分（GB/T 6435—2014）、粗蛋白質（GB/T 6432—1994）、粗脂肪（GB-6433—2006）、灰分（GB/T 6438—2007），脂肪酸測定采用安捷倫7820A氣相色譜儀（Agilent 7820a，Agilent Technologies，Santa Clara，CA，USA）測定飼料及幼蟲脂肪酸組成。首先用氯仿甲醇混合溶液提取飼料及幼蟲的脂肪。具體操作步驟為：稱取0.3～0.5 g的樣品，在氯仿/甲醇（2∶1，體積比）溶液中勻漿。靜置1 h后，用定量濾紙過濾混合物，然后向濾液中加入4 ml的蒸餾水，在825×g條件下離心10 min以分離甲醇。吸取并丟棄上清液和中間層白色蛋白膜，下層液體在通風廚中，40 ℃條件下水浴抽風蒸干，管底所得物即為提取出來的油脂。向蒸干的管中加1 ml正己烷溶解脂肪，然后加入2 ml 0.4 mol/l的氫氧化鉀甲醇溶液，混勻后靜置1 h，使脂肪酸甲酯化。最后向混合物中添加1 ml蒸餾水，使其分層。吸取上層澄清液體，即為所得脂肪酸甲酯。最后用配備有火焰離子探測器的氣象色譜儀進行檢測分析。毛細管色譜柱產自美國，型號為HP-88，長度為100 m，內徑為0.25 mm，薄膜厚度為0.2 μm。具體詳細設置步驟如下：氫氣作為承載氣體，流速為1∶50 L/h；注射器和檢測器溫度分別設定為250 ℃和280 ℃。初始溫度為175 ℃10 min，然后在20 min 內以3 ℃/min的速率將溫度升高至220 ℃。然后再以4 ℃/min 的速度在10 min內使溫度上升至240 ℃。吸取1 μl樣品注射入火焰探測器中，通過與已知的標品（47015-U，Sigma-Aldrich，CA，USA）進行對比，來確定樣品中的每一種脂肪酸甲酯。分析數據時，每一種脂肪酸的含量用其占總脂肪酸的百分比表示[27]。

1.4 數據處理

本試驗數據結果均以“平均數±標準差(mean±SD)”表示，用SPSS18.0軟件對試驗數據進行單因素方差分析(One-way ANOVA)，若差異顯著再做Duncan's法多重比較檢驗組間的差異，顯著水平為P＜0.05。

2 結果

2.1 不同水平的裂殖壺藻藻渣對黑水虻幼蟲生長的影響

養(yǎng)殖3 d 時，10%藻渣組幼蟲的體重及體長[(20.01±4.42) mg、(7.32±0.20) mm]與對照組[(17.63±0.4) mg、(7.32±0.16) mm]無顯著性差異（P＞0.05）；20%、30%及40%藻渣組幼蟲的體重[(15.90±2.30)、(14.74±1.06)、(12.91±1.60) mg]及體長[(7.28±0.19)、(6.83±0.31)、(6.77±0.23) mm]顯著低于對照組（P＜0.05）見（圖1及圖2）。

養(yǎng)殖6 d時，10%藻渣組幼蟲體重及體長[(37.87±4.46) mg、(11.38±0.50) mm]與對照組[(36.58±3.99) mg、(11.17±0.74) mm]均無顯著性差異（P＞0.05）；20%藻渣組體重[(30.25±1.44) mg]顯著低于對照組，體長[(10.62±0.20) mm]與對照組無顯著性差異，30%及40%藻渣組幼蟲體重[(14.36±0.87)、(11.95±2.46) mg]及體長[(7.25±0.61)、(6.60±0.91) mm]顯著低于20%藻渣組（P＜0.05）（見圖3及圖4）。

圖1 藻渣對黑水虻幼蟲體長的影響（第3 d）

圖2 藻渣對黑水虻幼蟲體重的影響（第3 d）

圖4 藻渣對黑水虻幼蟲體重的影響（第6 d）

養(yǎng)殖9 d時，10%藻渣組幼蟲體重及體長[(107.73±6.16)mg、(12.97±1.35)mm]與對照組[(112.80±3.30)mg、（13.18±0.78）mm]均無顯著性差異（P＞0.05）。20%藻渣組幼蟲體重及體長[(89.56±1.93) mg、(10.63±0.59) mm]顯著低于對照組（P＜0.05），30%及40%藻渣組體重[(18.07±1.13)、(11.73±2.48) mg]及體長[(7.28±0.32)、(6.43±0.75) mm]顯著低于20%組（P＜0.05）（見圖5及圖6）。

圖5 藻渣對黑水虻幼蟲體長的影響（第9 d）

圖6 藻渣對黑水虻幼蟲體重的影響（第9 d）

2.2 不同水平的裂殖壺藻藻渣對黑水虻幼蟲體成分的影響（見表2）

由表2 可知，10%藻渣組幼蟲的粗蛋白質及粗脂肪含量與對照組無顯著性差異（P＞0.05），20%、30%及40%藻渣組幼蟲粗蛋白質及粗脂肪含量顯著低于對照組（P＜0.05）；10%及20%藻渣組粗灰分含量顯著高于對照組（P＜0.05），30%及40%藻渣組幼蟲粗灰分含量與對照組無顯著性差異（P＞0.05）。

表2 不同水平的裂殖壺藻藻渣對黑水虻幼蟲常規(guī)成分的影響（%，濕重）

2.3 不同水平的裂殖壺藻藻渣對黑水虻幼蟲脂肪酸組成的影響（見表3）

隨著藻渣添加水平的升高，10%、20%、30%及40%藻渣組MUFA 含量顯著低于對照組（P＜0.05）；10%、20%、30%組藻渣n-3 PUFA 含量顯著高于對照組（P＜0.05），且20%、30%組藻渣n-3 PUFA 含量也顯著高于10%藻渣組（P＜0.05）；20%、30%組藻渣PUFA含量顯著高于對照組（P＜0.05），10%及40%藻渣組PUFA 含量無顯著性差異（P＞0.05），但均顯著低于20%及30%組，并顯著高于對照組（P＜0.05）。

3 討論

3.1 不同水平的裂殖壺藻藻渣對黑水虻幼蟲生長及體成分的影響

當第9 d 進行抽測時發(fā)現(xiàn)麩皮組幼蟲均重高于100 mg，所以養(yǎng)殖結束，養(yǎng)殖周期為9 d。前6 d中，當日糧中藻渣添加水平不高于10%時，10%藻渣組幼蟲體重及體長雖與對照組無顯著性差異（P＞0.05），但呈增加趨勢。第9 d 時，30%及40%藻渣組幼蟲體重及體長幾乎沒有增長，且體重不足對照組的17%。而30%及40%藻渣組幼蟲在養(yǎng)殖滿3 d時開始出現(xiàn)不同程度的死亡。在褐藻對黑水虻幼蟲影響的研究中發(fā)現(xiàn)，當褐藻添加水平高于50%時，開始影響幼蟲的生長及存活率，推測原因可能是褐藻中蛋白質含量的緣故，并指出日糧蛋白質水平小于7%時不利于幼蟲生長，或日糧粒徑過大（500～2 000 μm）不利于幼蟲攝食[23]；本研究中日糧粒徑在150 μm 左右且日糧粗蛋白質含量不低于12%，推測影響高水平藻渣組幼蟲生長的原因可能是工業(yè)化生產過程中藻類表面攜帶大量的糖類等，藻渣糖類相對含量會更高，如硫酸脂多糖含量較高時會影響生長[28]。此外糖類在空氣中暴露或者受潮會產生較大的黏性，會阻礙幼蟲活動，導致攝食困難，影響生長，嚴重時會產生死亡。

有研究指出，用豆渣（粗蛋白質22.3%、粗脂肪9.1%）飼喂黑水虻幼蟲，經檢測幼蟲粗蛋白質含量為干重的52.3%、脂肪含量為22.6%[29]。用雞糞（粗蛋白質15.0%～31.7%、粗脂肪2.34～5.13%）飼喂黑水虻幼蟲，幼蟲最終蛋白質含量為干重的46.9%，脂肪含量為干重的5.1%[30]。用中藥渣（粗蛋白質11.5%、粗脂肪3.62%）飼喂黑水虻幼蟲，幼蟲蛋白質含量為干重的35.1%，脂肪含量為干重的37.7%[31]。因此有學者指出黑水虻幼蟲飼喂食物不同，其幼蟲概略養(yǎng)分含量會產生不同[32]，且所攝食食物蛋白質含量在較低的情況下不利于營養(yǎng)成分積累[30]。本研究中用裂殖壺藻藻渣飼喂黑水虻幼蟲，發(fā)現(xiàn)10%藻渣組幼蟲（粗蛋白質及粗脂肪分別占干重的45.49%及12.30%）營養(yǎng)含量高，10%藻渣組日糧中粗蛋白質含量為12.6%，高于中藥渣所含粗蛋白含量11.5%。因此10%藻渣組幼蟲體內粗蛋白質會較中藥渣高。同樣，作者也指出飼喂食物的種類及養(yǎng)分不同也會造成幼蟲發(fā)育時間不同，因此同一飼養(yǎng)時間內幼蟲體內油脂積累情況也會不同[33]。

表3 不同水平的裂殖壺藻藻渣對黑水虻幼蟲脂肪酸組成的影響（%）

3.2 不同水平的裂殖壺藻藻渣對黑水虻幼蟲脂肪酸組成的影響

各組幼蟲體內飽和脂肪酸含量在總脂肪酸中所占比例較大（50%～57%），尤其是月桂酸（C12∶0），月桂酸是一種典型的中鏈脂肪酸，在哺乳動物上的研究表明，中鏈脂肪酸不需要肉堿棕櫚?；D移酶1（CPT-1）的協(xié)助轉運即可進入線粒體氧化供能[34-35]，同樣有研究指出中鏈脂肪酸具有一定的抗炎效果，具有潛在營養(yǎng)和藥用價值，目前多用于臨床治療[36]。DHA及EPA作為魚類的必需脂肪酸在魚類的生長及健康中具有重要作用，研究中通過飼喂黑水虻幼蟲藻渣，發(fā)現(xiàn)20%及30%藻渣組幼蟲體內的DHA 及EPA含量顯著高于對照組（P＜0.05），尤其是DHA，表明日糧中添加30%以內的藻渣時，黑水虻幼蟲能將n-3 PUFA進行沉積，而幼蟲體內DHA測定值整體低于日糧中的相對含量，推測是因為幼蟲所攝食到的部分DHA 發(fā)生氧化并用于機體生長代謝等途徑的能量供應，剩余部分才能在體內進行沉積[23，32,37]。因此，黑水虻幼蟲可以將含有一定水平的裂殖壺藻藻渣的日糧中的n-3PUFA進行有效富集，從而提高自身油脂品質。

4 結論

當黑水虻幼蟲日糧中裂殖壺藻藻渣的添加水平不超過10%時，不會對幼蟲的生長造成負面影響，當添加水平不超過30%時，可顯著提高幼蟲中n-3 PUFA的含量，結合生長、概略養(yǎng)分及脂肪酸組成變化的特點，綜上所述，黑水虻幼蟲日糧中藻渣的適宜添加水平在10%以內為宜，不僅對幼蟲生長及體成分無負面影響，還能顯著提高幼蟲體內n-3 PUFA的含量。