黑水虻蟲卵添加量對(duì)餐廚垃圾生物轉(zhuǎn)化的影響

徐春笑 呂永興 江亞雄 趙亮

摘要 研究不同比例的蟲卵添加量在黑水虻生物轉(zhuǎn)化技術(shù)中對(duì)生物轉(zhuǎn)化過程和鮮蟲產(chǎn)量的影響，探索黑水虻生物轉(zhuǎn)化技術(shù)對(duì)餐廚垃圾的減量化水平，以餐廚垃圾和稻殼粉為主料和輔料，每噸養(yǎng)殖料中分別投加80、100、120、150 g蟲卵。結(jié)果表明：當(dāng)每噸養(yǎng)殖料中投加100 g蟲卵時(shí)，鮮蟲產(chǎn)量最大;另外，蟲卵添加量越大，黑水虻幼蟲對(duì)餐廚垃圾的生物轉(zhuǎn)化速率越快。說明每噸養(yǎng)殖料投加100 g蟲卵時(shí)可獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益;加大蟲卵投加量可以縮短餐廚垃圾的處理周期，黑水虻生物轉(zhuǎn)化技術(shù)對(duì)餐廚垃圾的減量化水平最高約為79%。

關(guān)鍵詞 黑水虻蟲卵;餐廚垃圾;添加量;鮮蟲產(chǎn)量;減量化

中圖分類號(hào) X799.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2019）13-0085-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.13.027

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Effect of the Addition Amount of Hermetia illucens L. Egg on Bioconversion of Food Waste

Abstract To study the effect of different proportion of egg addition amount on bioconversion process and output of worm， and explore the reduction level of food waste caused by bioconversion technology of H. illucens， the experiment used kitchen waste and rice husk powder as the main and supplementary materials，80，100，120 and 150 g of eggs were added to 1 ton of breeding material. The results showed that output of worm was the highest when 100 g eggs were added to 1 ton of breeding material. The larger the amount of eggs added， the faster the bioconversion rate of food waste by H. illucens. The study showed that the maximum economic benefit can be obtained when 100 g eggs were added 1 ton of breeding material， and increasing the amount of insect eggs can shorten the processing cycle of food waste， the maximum reduction level of food waste by the technology was about 79%.

Key words Hermetia illucens L. egg;Food waste;Addition amount;Output of worm;Reduction

目前，常用的餐廚垃圾資源化處置技術(shù)主要有堆肥、厭氧發(fā)酵、飼料化以及黑水虻生物轉(zhuǎn)化技術(shù)。與黑水虻生物轉(zhuǎn)化技術(shù)相比，好氧堆肥、厭氧發(fā)酵、飼料化技術(shù)分別存在有機(jī)質(zhì)分解代謝能力差、投資費(fèi)用較高且處理不徹底、同源性污染的問題。

黑水虻生物轉(zhuǎn)化技術(shù)是以黑水虻作為資源昆蟲，通過其自身的取食行為和消化作用，將餐廚垃圾中的有機(jī)成分在體內(nèi)腹化分解后用于自身生長發(fā)育，經(jīng)采食之后的餐廚垃圾會(huì)以蟲沙形式從幼蟲體外排出，在此過程中餐廚垃圾得到妥善化處置。研究表明，黑水虻在處理餐廚垃圾的過程中，可以減少餐廚垃圾的體積和惡臭氣體逸散量，避免滋生蒼蠅、消除大腸桿菌和沙門氏菌等[1-3]。處置完成后的剩余物經(jīng)篩分后可得到黑水虻老熟幼蟲和蟲沙。老熟幼蟲富含較高的蛋白質(zhì)，可用來加工制備高附加值的昆蟲蛋白源飼料，以作為復(fù)合飼料中魚粉的替代品;同時(shí)，老熟幼蟲也富含較高的脂肪，可用于深加工生物柴油[4-6]。因此，黑水虻生物轉(zhuǎn)化技術(shù)是一種資源化程度較高的餐廚垃圾處理技術(shù)。

然而，目前國內(nèi)關(guān)于黑水虻的試驗(yàn)研究較少，主要集中在黑水虻生長發(fā)育特性、畜禽糞便無害化處置、幼蟲飼料營養(yǎng)價(jià)值、蛋白質(zhì)提取及黑水虻末端產(chǎn)品開發(fā)（甲殼素、殼聚糖等）等方面。關(guān)于生長發(fā)育特性的研究則主要包括飼料配比類型、外加微生物菌劑、含水率、環(huán)境溫度、光源、重金屬離子、辣度和鹽度[7-11]等因素，缺乏對(duì)黑水虻集約化應(yīng)用過程中一些關(guān)鍵工藝參數(shù)的研究，導(dǎo)致黑水虻生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在餐廚垃圾處理產(chǎn)業(yè)中一直處于初步探索階段。筆者從黑水虻的蟲卵孵化及育雛環(huán)節(jié)入手，研究了蟲卵添加比例和餐廚垃圾減量率、鮮蟲產(chǎn)量的關(guān)系，探索黑水虻生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在餐廚垃圾處理行業(yè)中的應(yīng)用，從而對(duì)蟲卵添加比例進(jìn)行優(yōu)化，且提高鮮蟲產(chǎn)量，使該技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中達(dá)到節(jié)約成本、獲得最大收益的效果，最終為餐廚垃圾的資源化處置增加一條高效快速且具有一定經(jīng)濟(jì)效益的處理途徑。

1 材料與方法

1.1 材料

黑水虻蟲卵，由深圳市鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司提供的當(dāng)日產(chǎn)蟲卵;餐廚垃圾漿料，由深圳瑞賽爾環(huán)保股份有限公司提供;長方形PE養(yǎng)殖盒，規(guī)格為705 mm×450 mm×180 mm，由深圳市鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司自行研發(fā)定制。

1.2 方法

1.2.1 孵化育雛。在黑水虻處理餐廚垃圾過程中，每噸養(yǎng)殖料分別投加由80、100、120、150 g蟲卵孵化育雛后的小幼蟲，記為處理①、②、③、④。根據(jù)表1，分別向養(yǎng)殖盒中放置一定量的人工配制育雛料，其中育雛料配比見表2;在每個(gè)養(yǎng)殖盒中養(yǎng)殖料上方平鋪對(duì)應(yīng)質(zhì)量的黑水虻蟲卵;以80目尼龍網(wǎng)覆蓋于養(yǎng)殖盒頂部，以防止家蠅產(chǎn)卵影響試驗(yàn)結(jié)果。每個(gè)處理組重復(fù)3次，然后置于恒溫恒濕房（T=30 ℃，RH=60%）中進(jìn)行孵化育雛。

1.2.2

養(yǎng)殖。育雛5 d后，根據(jù)表2，向每個(gè)養(yǎng)殖盒中均勻投加10 kg人工配制養(yǎng)殖料。養(yǎng)殖期間，每天下午定時(shí)進(jìn)行一次翻料處理并稱取養(yǎng)殖盒內(nèi)物料總重（不包括養(yǎng)殖盒質(zhì)量）。

試驗(yàn)地點(diǎn)為深圳市瑞賽爾生物科技有限公司坪地黑水虻養(yǎng)殖繁育基地。試驗(yàn)時(shí)間為2018年9月3日—10月25日，環(huán)境溫度25～30 ℃。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 系統(tǒng)溫度。每天15：00采用數(shù)顯溫度計(jì)進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量，取均值。

1.3.2 系統(tǒng)總重。黑水虻養(yǎng)殖前分別稱取各個(gè)養(yǎng)殖盒的質(zhì)量;黑水虻養(yǎng)殖期間，每天稱取養(yǎng)殖盒中物料的總質(zhì)量，則系統(tǒng)總重=養(yǎng)殖盒中物料總質(zhì)量-養(yǎng)殖盒質(zhì)量。

1.3.3

黑水虻生物轉(zhuǎn)化周期。以餐廚垃圾處理過程中前后2 d的系統(tǒng)總重基本穩(wěn)定（此次試驗(yàn)以相差0.1 kg為準(zhǔn)）或黑水虻幼蟲進(jìn)入預(yù)蛹狀態(tài)（表皮顏色開始變黑）的前1 d作為黑水虻生物轉(zhuǎn)化周期。

1.3.4

鮮蟲產(chǎn)量及品質(zhì)。黑水虻生物轉(zhuǎn)化周期結(jié)束后，采用5 mm圓孔篩將蟲沙和黑水虻幼蟲分別篩出。黑水虻幼蟲的質(zhì)量即為鮮蟲產(chǎn)量;黑水虻幼蟲的水分、粗蛋白、粗脂肪、粗纖維分別按GB-T 6435—2014、GB-T 6432—1994、GB-T 6433—2006和GB-T 6434—2006測(cè)定;黑水虻幼蟲中的沙拉沙星、達(dá)氟沙星、恩諾沙星、環(huán)丙沙星按《農(nóng)業(yè)部1025號(hào)公告-14—2008》標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)，六六六、滴滴涕按GB-T 13090—2006測(cè)定。

1.3.5

餐廚垃圾減量率。餐廚垃圾減量率=（M0-M1）/ M0×100%，其中M0為處理前餐廚垃圾質(zhì)量，M1為餐廚垃圾剩余物質(zhì)量。餐廚垃圾剩余物質(zhì)量（M1）=蟲沙質(zhì)量-稻殼粉質(zhì)量×（1-稻殼粉利用率），其中稻殼粉利用率按5%估算。

1.3.6

蟲沙安全性和營養(yǎng)指標(biāo)。蟲沙中的含水率、有機(jī)質(zhì)和總養(yǎng)分含量按NY 525—2012測(cè)定，蟲沙中的糞大腸菌群和蛔蟲卵死亡率分別按GB-T 19524.1—2004和GB-T 19524-2—2004測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

對(duì)所收集的數(shù)據(jù)使用SPSS 22.0數(shù)據(jù)分析軟件開展方差分析和LSD多重比較，得到的數(shù)據(jù)使用Origin 9.1做圖工具繪制圖形。

2 結(jié)果與分析

2.1 系統(tǒng)溫度

從圖1可以看出，在黑水虻處理餐廚垃圾過程中，生物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的溫度不受室溫環(huán)境（26～29 ℃）的影響，系統(tǒng)起始溫度略低于室溫，且呈現(xiàn)出“先增加，后降低”的變化趨勢(shì)。系統(tǒng)溫度最高可達(dá)38.5 ℃，比室溫高約10 ℃。最終系統(tǒng)溫度略高于室溫，且蟲卵添加比例越大，系統(tǒng)溫度越高。由于黑水虻屬于變溫動(dòng)物，當(dāng)外界環(huán)境不利時(shí)便會(huì)被動(dòng)地離開，而黑水虻處理餐廚垃圾過程中沒有發(fā)生幼蟲逃逸現(xiàn)象，說明27.5～38.5 ℃的溫度范圍適宜黑水虻幼蟲的生長發(fā)育。另外，黑水虻蟲卵添加比例越大，系統(tǒng)溫度上升越快，這是因?yàn)楹谒涤紫x數(shù)量越多，耗氧量越大，通過內(nèi)源呼吸作用的產(chǎn)熱量越大。

2.2 系統(tǒng)總重

從圖2和表3可以看出，蟲卵添加比例對(duì)黑水虻處理餐廚垃圾過程中的系統(tǒng)總重有顯著影響（P<005）：第0～5天，蟲卵添加比例越大，系統(tǒng)總重下降速度越快;第5～7天，蟲卵添加比例越小，系統(tǒng)總重下降速度越快。

第0～5天，系統(tǒng)總重下降趨勢(shì)與系統(tǒng)溫度有一定關(guān)系：系統(tǒng)溫度越高，系統(tǒng)總重下降趨勢(shì)越明顯。這可能是因?yàn)楫?dāng)黑水虻幼蟲進(jìn)食時(shí)，內(nèi)源呼吸作用加強(qiáng)，系統(tǒng)溫度升高，幼蟲的代謝速率隨之升高，體溫也逐漸上升。

從圖2中第5～7天的系統(tǒng)總重變化趨勢(shì)可以看出，蟲卵添加比例對(duì)黑水虻生物轉(zhuǎn)化周期也有一定影響，處理④可在第5天完成餐廚垃圾處理，而其他3組處理均要在第6天完成餐廚垃圾處理。這說明提高蟲卵投加量可以縮短黑水虻生物轉(zhuǎn)化周期，加快黑水虻對(duì)餐廚垃圾的處理。

2.3 鮮蟲產(chǎn)量與品質(zhì)

從表4可以看出，不同的蟲卵添加比例對(duì)于黑水虻生物轉(zhuǎn)化周期結(jié)束后的鮮蟲產(chǎn)量影響顯著（P<0.05）：處理③、處理②>處理①>處理④。處理①可能是由于蟲卵添加比例較低導(dǎo)致，處理④則可能是由于幼蟲密度過高導(dǎo)致幼蟲無法完全發(fā)育。這說明在利用黑水虻生物轉(zhuǎn)化技術(shù)處理餐廚垃圾的生產(chǎn)過程中，當(dāng)養(yǎng)殖料質(zhì)量一定、環(huán)境溫度為26～29 ℃，按照每噸養(yǎng)殖料投加100～120 g蟲卵孵化育雛后的5日齡幼蟲為宜，過高或過低的蟲卵添加比例均不利于提高鮮蟲產(chǎn)量。在實(shí)際生產(chǎn)過程中需綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本，故每噸養(yǎng)殖料應(yīng)投加100 g蟲卵，此時(shí)經(jīng)濟(jì)成本和效益最佳。

各組鮮蟲粗蛋白含量為153～158 mg/g、粗脂肪含量為101～104 mg/g、粗纖維含量為22～24 mg/g、含水率為65.7%～66.5%，且果蔬垃圾中易攜帶的各項(xiàng)有害物質(zhì)（沙拉沙星、達(dá)氟沙星、恩諾沙星、環(huán)丙沙星、六六六、滴滴涕等）均未檢出，說明利用黑水虻生物轉(zhuǎn)化技術(shù)處理餐廚垃圾過程中生產(chǎn)幼蟲安全可行且營養(yǎng)價(jià)值高，具有廣闊的潛在市場(chǎng)開發(fā)空間。

2.4 餐廚垃圾減量率

從各處理組的餐廚垃圾減量率來看（表5），處理②、③、④的餐廚垃圾減量率均在79%左右，顯著高于處理①的77%（P<0.05）。這說明除處理①外，其他3組的黑水虻處理系統(tǒng)均實(shí)現(xiàn)了對(duì)餐廚垃圾的有效處理，且餐廚垃圾的最大化減量水平為79%。

2.5 蟲沙安全性指標(biāo)

各處理組試驗(yàn)結(jié)束后產(chǎn)生的蟲沙均為褐色或黑褐色，呈粉末狀態(tài)，無臭味，有機(jī)質(zhì)含量為780～850 mg/g、含水率為35%～41%、總養(yǎng)分含量為51.7～56.8 mg/g、pH約7.2、蛔蟲卵死亡率100%、糞大腸桿菌群數(shù)<100個(gè)/g、重金屬（總砷、總汞、總鉛、總鎘）未檢出（表6），各項(xiàng)指標(biāo)均符合NY 525—2012中有機(jī)肥料的各項(xiàng)限值標(biāo)準(zhǔn)。

3 討論與結(jié)論

（1）處理前期（第0～2天），黑水虻處于3～4齡期，取食量較小，蟲糞生成量和生物量增長量也較少，故系統(tǒng)總重變化趨勢(shì)不明顯且不受蟲卵添加比例的影響。處理中期（第2～5天），各處理組中的營養(yǎng)成分均十分充足，能夠滿足系統(tǒng)中黑水虻幼蟲的代謝需求，此時(shí)以營養(yǎng)消耗量和水分蒸發(fā)量為主，故系統(tǒng)總重快速下降，而蟲卵添加量越大，營養(yǎng)消耗和水分蒸發(fā)量越大，系統(tǒng)總重下降越快。處理后期（第5～7天），蟲卵添加量越少的處理組中剩余的營養(yǎng)物質(zhì)越多、含水率越高，更符合黑水虻幼蟲的進(jìn)食條件，故系統(tǒng)總重下降速度仍較快;蟲卵添加量越少的處理組中剩余的營養(yǎng)物質(zhì)較少，故系統(tǒng)總重下降速度變慢并逐漸穩(wěn)定。

（2）當(dāng)蟲卵添加比例過低時(shí)，黑水虻無法充分利用養(yǎng)殖料中的有機(jī)物，造成營養(yǎng)浪費(fèi)，且處理結(jié)束后的蟲沙含水率較高，不利于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中進(jìn)行蟲糞分離;當(dāng)蟲卵添加量較高時(shí)，養(yǎng)殖料中的有機(jī)物無法滿足黑水虻的成長需要，會(huì)導(dǎo)致發(fā)育不良、生物量較小。

（3）在利用黑水虻生物轉(zhuǎn)化技術(shù)處理餐廚垃圾的生產(chǎn)過程中，如果環(huán)境條件較差（如室溫較低）或目的只在于縮短處理周期時(shí)，可通過加大蟲卵投加量的方法加快餐廚垃圾的處理;如果目的在于獲得最大的鮮蟲產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，蟲卵的添加比例以每噸養(yǎng)殖料投加100 g蟲卵為最佳。

（4）利用黑水虻生物轉(zhuǎn)化技術(shù)處理餐廚垃圾安全可行，產(chǎn)出的蟲沙符合有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)，鮮蟲營養(yǎng)價(jià)值高，且餐廚垃圾的最大化減量水平約為79%。

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