進(jìn)境小麥下腳料養(yǎng)殖黑水虻幼蟲的飼料配比研究

袁志能，徐 浪，尤珂珂，王冰洋，李 萍，黃庭發(fā)，余道堅*，周 強(qiáng)

(1.中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，廣州 510275；2.深圳海關(guān)動植物檢驗檢疫技術(shù)中心，深圳 518045)

糧食危機(jī)時刻威脅人類的生存和發(fā)展，農(nóng)業(yè)用地與飼料用地之間的競爭就是糧食危機(jī)的體現(xiàn)。利用昆蟲將常規(guī)廢棄物再利用，即通過昆蟲將常規(guī)廢棄物轉(zhuǎn)化為蛋白等資源，用于替代牲畜飼料中的蛋白成分，可緩解糧食危機(jī)，有廣闊的應(yīng)用前景(van Huis，2013)。進(jìn)境小麥下腳料是對從國外進(jìn)境的大宗小麥原糧進(jìn)行工業(yè)加工過程中所產(chǎn)生的殘渣、碎粒、麥麩麩皮廢棄物以及機(jī)器收割帶來的其他植物殘體、雜草籽和塵土礫石等，不可避免的會摻入或附著植物病原菌及雜草種子。進(jìn)境小麥加工殘余下腳料存在重大的檢疫風(fēng)險，有可能把國外的檢疫性病蟲雜草引入國內(nèi)生態(tài)環(huán)境。目前國內(nèi)普遍采用焚燒、掩埋等方式進(jìn)行檢疫滅活處理，而沒有進(jìn)行再利用。國際谷物理事會(IGC)2019年1月發(fā)布的谷物市場報告中，2017/18年度全球的小麥總產(chǎn)量為7.67億噸。麥麩在小麥籽粒重量中約占15%(Hemery，2010)，全球一年可產(chǎn)生約1.15億噸小麥下腳料。相比于小麥麥粒及商品成品，其工業(yè)和商業(yè)價值較低，但仍有一定的營養(yǎng)價值。研究檢疫滅活處理后進(jìn)境小麥下腳料資源的再利用，可以解決下腳料直接棄置造成的環(huán)境問題，還可通過物質(zhì)轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。

養(yǎng)殖昆蟲是一種極具潛力的廢棄資源利用方法(Boveraetal.,2016)。昆蟲體型小、營養(yǎng)成分高且對生活環(huán)境影響低；養(yǎng)殖昆蟲產(chǎn)生的溫室氣體以及氨氣等刺激性氣味較少，又能高效的把飼料轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，如蛋白質(zhì)、脂肪等(Makkaretal.,2014)；昆蟲可由多種傳統(tǒng)廢棄資源進(jìn)行養(yǎng)殖，無需耗用大量土地資源，無需與人類競爭本已有限的自然資源(Dieneretal.,2011)。目前已被用于資源利用的昆蟲有黑水虻Hermetiaillucens、大頭金蠅Chrysomyiamegacephala、家蠅MuscadomesticaL.、黃粉蟲Tenebriomolitor等(van Huis，2013；Wang and Shelomi，2017)。

黑水虻是亮斑扁角水虻的俗稱，隸屬于雙翅目水虻科扁角水虻屬，最早由Linnaeus于1738年描述并定名。黑水虻是一種重要的資源昆蟲，幼蟲食性廣、生長速度快，在27℃的室內(nèi)培養(yǎng)條件下，整個幼蟲生長歷期約22～24 d(劉學(xué)林，2011)；幼蟲在自然界經(jīng)常會以動物糞便或尸體和腐爛的有機(jī)物為食(Nguyenetal.,2015)。由于黑水虻幼蟲食性寬泛，易于飼養(yǎng)，體內(nèi)含有較高含量的蛋白質(zhì)以及油脂，其幼蟲已用于多種傳統(tǒng)廢棄物的處理和資源再利用。黑水虻幼蟲蛋白作為飼料成分喂養(yǎng)畜禽，可以部分替代動物源蛋白，并確保畜禽正常生長發(fā)育(Sophieetal.,2007；喻國輝等，2009；Rehmanetal.，2017)。黑水虻幼蟲蛋白作為飼料飼喂肉雞可提高肉雞的非特異性免疫，可以提高肉雞對沙門氏菌的抵抗能力和存活率(劉學(xué)林，2011；Schiavoneetal.,2016；Leeetal.,2018)；用黑水虻蛋白喂養(yǎng)鯉魚對鯉魚的生長無不良作用，不同黑水虻蛋白成分替代飼料對鯉魚的生長性能未產(chǎn)生顯著性變化(劉世勝，2016)；將黑水虻蛋白替代仔豬飼料血漿蛋白進(jìn)行喂養(yǎng)仔豬，豬的生長性能及應(yīng)激反應(yīng)等各項指標(biāo)無明顯差異(陳巍等，2017)。

由于黑水虻幼蟲具有雜食性、生存能力強(qiáng)、生長時間短以及其營養(yǎng)成分高的特點(diǎn)，目前已有大量研究將黑水虻用于分解廢棄物質(zhì)，如牲畜糞便、餐廚余和蔬菜水果垃圾等富含粗蛋白和粗植物纖維的廢棄物(呂凱等，2001；吳爽，2016)，小麥下腳料和大豆下腳料與該類廢棄物成分相近，但利用黑水虻處理進(jìn)境小麥下腳料相關(guān)研究仍未見報道。本研究采用室內(nèi)定量投喂的飼養(yǎng)方法，對黑水虻的存活率、預(yù)蛹率、黑水虻的體重等數(shù)據(jù)對比，選出最佳的黑水虻幼蟲飼養(yǎng)配方，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對小麥下腳料的資源再利用。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

實(shí)驗所用黑水虻幼蟲由生物源生物技術(shù)(深圳)股份有限公司提供，以餐廚余垃圾作為黑水虻幼蟲孵化開口料。

1.2 供試材料

進(jìn)境小麥下腳料由深圳海關(guān)動植物檢驗檢疫技術(shù)中心提供，主要成分為麥麩麩皮以及小麥碎粒；大豆下腳料由深圳光明維他奶公司提供。

1.3 實(shí)驗器材

電子天平[Sartorius BSA423S (0.001 g～420 g)]、量筒(100 mL)、粉碎機(jī)(Blender HGB550)、烘箱(Binder ED-115)、市售帶蓋塑料餐盒[底徑(5.5 cm)×高(5 cm)×頂徑(7 cm)]、培養(yǎng)皿(直徑9 cm)、網(wǎng)篩、吸水紙、冰箱、昆蟲解剖針。

1.4 實(shí)驗方法

1.4.1黑水虻幼蟲飼料配制

用電子天平按配比稱取大豆下腳料、小麥下腳料，加入市售帶蓋塑料餐盒，按表1飼料配方配制飼料，每個處理重復(fù)3次；將稱取完成的飼料底料進(jìn)行混合均勻，至盒內(nèi)未有可見白色大豆下腳料板結(jié)塊為宜；用100 mL量筒稱取75 mL無菌水加入至混合均勻的飼料底料中，配制成含水率為60%的飼料。

表1 黑水虻幼蟲的小麥下腳料飼料配方Table 1 Wheat offal feed formula of black soldier fly larvae

1.4.2黑水虻幼蟲飼養(yǎng)

將孵化5 d的黑水虻幼蟲計數(shù)，挑取體型大小相近的黑水虻幼蟲進(jìn)行分組，每組50頭，分別加入至已經(jīng)配制好的餐盒中，每個飼料配方3個重復(fù)，蓋上用昆蟲解剖針扎孔的餐盒蓋子，防止黑水虻幼蟲爬離餐盒；將加入黑水虻幼蟲的餐盒放置于室內(nèi)透光處，溫度約25℃，無其他因素(如老鼠、捕食性昆蟲、家蠅等雙翅目昆蟲)影響的地方，以防影響實(shí)驗準(zhǔn)確性；每隔24 h對實(shí)驗材料進(jìn)行觀察，避免因人為因素致使實(shí)驗失敗。

1.4.3蟲體及數(shù)據(jù)收集

飼養(yǎng)10 d后，用實(shí)驗室常用鑷子將黑水虻幼蟲從飼料底料中夾取分離，置于直徑為9 cm的培養(yǎng)皿中，做好標(biāo)記，并記錄各組的黑水虻幼蟲數(shù)量以及預(yù)蛹數(shù)量；將分離出來的黑水虻幼蟲用水清洗，洗干凈其表面附著物，而后用吸水紙吸干黑水虻幼蟲表面水分，用電子天平稱取黑水虻幼蟲鮮重，記錄幼蟲鮮重以及預(yù)蛹數(shù)。

1.4.4黑水虻幼蟲及蟲糞烘干處理

將黑水虻幼蟲置于-20℃冰箱滅活5 min，然后放置于烘箱(Binder ED-115)，以105℃進(jìn)行48 h，烘干完成后，用電子天平稱取黑水虻幼蟲干蟲重量，每個處理3個重復(fù)；將養(yǎng)殖完成后的小麥下腳料的飼料底料混合物(蟲糞)置于烘箱烘干，以120℃進(jìn)行48 h，烘干后記錄其殘余干重，每個處理3個重復(fù)。

1.4.5黑水虻幼蟲干蟲營養(yǎng)成分檢測

烘干后的黑水虻干蟲收集分裝，用于營養(yǎng)組分檢測，檢測蛋白、脂肪以及灰分成分，委托廣東省測試分析研究所進(jìn)行檢測；蛋白質(zhì)含量檢測參照GB 2009.5-2016中第一法、脂肪含量參照GB 2009.6-2016中第一法、灰分含量檢測參照GB2009.4-2016中第一法。

1.5 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計

實(shí)驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計及作圖用GraphPad Prism 7.00(GraphPad Software，美國)進(jìn)行，用One-Way ANOVA對實(shí)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析，以P<0.05作為顯著性差異檢驗值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同飼料底料配比對黑水虻幼蟲的生存和發(fā)育的影響

不同含量進(jìn)境小麥下腳料的飼料對黑水虻的存活率無明顯影響，各組別幼蟲的存活率皆高于95%，以70%組別的黑水虻幼蟲存活率最低(96.67%)，其余4組的黑水虻幼蟲存活率皆不低于98%(圖1A)。用單因素方差檢驗對各組數(shù)據(jù)之間進(jìn)行差異性檢驗，以P<0.05作為顯著差異性指標(biāo)，各組之間無顯著差異性。不同小麥下腳料含量的組別養(yǎng)殖下，5日齡黑水虻幼蟲養(yǎng)殖10 d后進(jìn)入預(yù)蛹階段的幼蟲占比未隨飼料中小麥下腳料的含量變化而呈現(xiàn)規(guī)律性的變化；小麥下腳料含量80%的組別黑水虻幼蟲進(jìn)入預(yù)蛹期的占比最高(61.95%)，而70%的組別最低(36.49%)，用單因素方差檢驗對預(yù)蛹率各組數(shù)據(jù)之間進(jìn)行差異性檢驗，以P<0.05作為顯著差異性指標(biāo)，結(jié)果顯示各組之間無顯著性差異(圖1B)。

2.2 黑水虻幼蟲在不同含量的小麥下腳料飼料中的生長能力

小麥下腳料含量50%和60%的組別所養(yǎng)殖黑水虻幼蟲單體鮮重高于其他3組，兩組皆與90%的組別所得黑水虻幼蟲單體鮮重具有顯著性差異，而與70%和80%的組別沒有顯著差異；小麥下腳料含量70%和80%的組別低于50%和60%兩組而高于90%的一組，但與3組皆無顯著性差異(圖2A)。同時，黑水虻幼蟲的單體鮮重隨著飼料中小麥下腳料含量的增加而有所降低。

圖1 黑水虻幼蟲存活率及預(yù)蛹率Fig.1 Survival rate and prepupal rate of black soldier fly larvae注：A，黑水虻幼蟲的存活率；B，黑水虻幼蟲的預(yù)蛹率，bar值為標(biāo)準(zhǔn)誤，各組數(shù)據(jù)經(jīng)過單因素方差檢驗，以 P<0.05為顯著性差異檢驗值，不同字母的數(shù)據(jù)代表數(shù)據(jù)之間具有顯著性差異。Note:A,Survival rate of black soldier fly larvae;B,Prepupal rate of the larvae of black soldier fly.Bar value in the figure is the standard error.Data of each group were tested by one-way ANOVA,P<0.05 was considered as the significant difference test value.The data with different letters represented the significant difference between the data (P<0.05).

以混合飼料所養(yǎng)殖的黑水虻幼蟲單體干重隨著飼料中小麥下腳料的含量增加而減少，其中小麥下腳料含量50%的組別所養(yǎng)殖的黑水虻幼蟲單體干重最大，達(dá)到0.081 g，而小麥下腳料含量90%的組別所養(yǎng)殖的黑水虻幼蟲單體干重最小，為0.059 g(圖2B)。從差異性分析來看，小麥下腳料含量不同的組別所養(yǎng)殖的黑水虻幼蟲單體干重主要分為3個集群，小麥下腳料含量為50%和60%的組別、小麥下腳料含量為60%、70%和80%的組別以及小麥下腳料含量為70%、80%和90%的組別，在3個集群中，組別兩兩之間無顯著性差異；小麥下腳料含量為50%和60%的組別均與小麥下腳料含量為90%的組別呈現(xiàn)出顯著性差異(圖2B)。

黑水虻幼蟲的干重含量，所體現(xiàn)的是不同飼料配比所養(yǎng)殖的黑水虻幼蟲的干物質(zhì)占鮮重含量，其數(shù)值越高，表明黑水虻幼蟲干物質(zhì)越高，所能再利用的價值便越高。各組別所養(yǎng)殖出的黑水虻做出干重占比均高于30%，小麥下腳料含量為50%和60%的兩個組別的黑水虻幼蟲干重率均超過34%，其他3組均在34%以下，小麥下腳料含量為90%的組別數(shù)值最低，為31.57%(圖2C)。從差異性分析來看，小麥下腳料含量為50%和60%的組別之間并無顯著性差異，但小麥下腳料含量為50%的組別所養(yǎng)殖黑水虻幼蟲干重率較高于小麥下腳料含量為60%的組別；小麥下腳料含量為70%和80%的組別處于同一水平，且與小麥下腳料含量為90%的組別無顯著性差異(圖2C)。

2.3 黑水虻幼蟲對不同含量的小麥下腳料飼料的利用能力分析

小麥下腳料含量為50%和60%的組別的飼料減少量高于其余3組，并與其它3組達(dá)到顯著差異的水平(圖3)。而50%的組別又稍高于60%的組別，兩組之間無顯著性差異；小麥下腳料含量為70%和80%的組別處于同一水平，高于40%而低于45%，兩組之間無顯著性差異，與其他3組皆具有顯著性差異；小麥下腳料含量為90%的組別其飼料干物質(zhì)減少量最少(37.87%)，與其他組別均具有顯著性差異(圖3)。

2.4 不同含量小麥下腳料飼養(yǎng)黑水虻干蟲營養(yǎng)成分分析

小麥下腳料含量不同的組別所養(yǎng)殖出的黑水虻幼蟲干蟲的蛋白含量皆維持于45%左右，波動幅度在2%以內(nèi)，且各組別蛋白含量并未隨飼料成分變化而呈現(xiàn)出規(guī)律性變化(表2)。小麥下腳料含量不同的組別所養(yǎng)殖出的黑水虻幼蟲干蟲的脂肪含量差異較大，小麥下腳料含量50%的組別所養(yǎng)殖出的黑水虻幼蟲干蟲的脂肪含量最高(31.47%)，與小麥下腳料含量90%組別所養(yǎng)殖出的黑水虻幼蟲干蟲的脂肪含量具有顯著性的差異，與其余3組之間無顯著性差異，且脂肪含量隨著飼料成分的變化而變化。小麥下腳料含量越高，脂肪含量則越低，表明黑水虻幼蟲體內(nèi)的脂肪含量可通過飼料成分的調(diào)整而變化。黑水虻體內(nèi)灰分含量隨飼料成分的變化而改變，總的趨勢看，隨飼料中小麥下腳料的增加而增加，在小麥下腳料含量為90%組別所飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲中灰分含量最高(5.9%)，與50%的組別具有顯著性差異，與其它3組無顯著性差異。表明黑水虻幼蟲的生長受飼料的影響，其體內(nèi)灰分含量可通過飼料成分的改變而改變，飼料中小麥下腳料的含量越高，則其體內(nèi)所含的無機(jī)物質(zhì)越多。

圖2 不同比例小麥下腳料飼料對黑水虻幼蟲重量的影響Fig.2 Effect of different proportion of wheat scraps feed on the weight of black soldier fly larvae注：A，黑水虻幼蟲的單體鮮重；B，黑水虻幼蟲烘干后的單體重量；C，黑水虻幼蟲干重占鮮重比率。圖中bar值為標(biāo)準(zhǔn)誤，用單因素方差分析對各組數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗，以 P<0.05作為顯著性差異指標(biāo)，不同字母的數(shù)據(jù)代表數(shù)據(jù)之間具有顯著性差異(P<0.05)。Note:A,Individual weight of black soldier fly larvae;B,Individual dried weight of black soldier fly larvae;C,Percentage of dry weight of larvae of black soldier fly.The bar value in the figure is the standard error,and the data of each group were tested by one-way ANOVA.P<0.05 was used as the significant difference index.The data with different letters represented the significant difference between the data (P<0.05).

圖3 不同比例黑水虻飼料的消解量 Fig.3 Percentage of feed digestion of different feed注：Bar值為標(biāo)準(zhǔn)誤，以單因素方差檢驗進(jìn)行差異性分析，以 P<0.05作為顯著性差異指標(biāo)，不同字母的數(shù)據(jù)代表數(shù)據(jù)之間具有顯著性差異(P<0.05)。Note:Bar value is a standard error,and one-way ANOVA is used for difference analysis.P<0.05 is used as the significant difference index,and data with different letters represent significant differences between data (P<0.05).

表2 黑水虻幼蟲干蟲營養(yǎng)組分分析Table 2 Nutritional composition analysis of the dry insect of black soldier fly larvae

注：數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，數(shù)據(jù)后小寫字母為方差分析檢驗結(jié)果，同一列中具有不同字母的數(shù)據(jù)代表該數(shù)據(jù)之間具有顯著性差異(P<0.05)。Note:The data in the above table are means±standard error,and the letters after the data are the test results of ANOVA.The data with different letters in the same column means that there is a significant difference between the data (P<0.05).

3 結(jié)論與討論

黑水虻幼蟲可將多種有機(jī)物轉(zhuǎn)化為生物資源(Jeonetal.,2011；Parraetal.,2015；Wang and Shelomi，2017)。許多研究用黑水虻幼蟲處理牲畜糞便及餐廚余廢棄物，再進(jìn)一步利用黑水虻幼蟲作為飼料蛋白源(Newtonetal.,2005；喻國輝等，2009)。本研究利用檢疫風(fēng)險高且難以再利用的進(jìn)口小麥下腳料為主要飼料成分，配制成黑水虻幼蟲飼料，從而將小麥下腳料進(jìn)行廢棄資源再利用。飼養(yǎng)結(jié)果表明，黑水虻幼蟲在所配制的各組飼料中存活率皆較高，且各組之間的黑水虻幼蟲在經(jīng)過相同時間養(yǎng)殖后，黑水虻幼蟲的預(yù)蛹率并無顯著性差異，表明黑水虻幼蟲的生存能力及抗逆性較強(qiáng)，與Holmes等人(2012)結(jié)果一致。從黑水虻幼蟲干蟲的成分分析來看，用進(jìn)境小麥下腳料飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲體內(nèi)蛋白含量約是45%，脂肪含量最高可達(dá)31.47%，灰分含量為5%～6%，與Newton(2005)用豬糞和牛糞飼養(yǎng)的黑水虻成分相比，其蛋白含量稍高，而灰分和脂肪含量稍低，且比常規(guī)蛋白飼料豆粕的44.2%蛋白含量稍高，表明以進(jìn)境小麥下腳料飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲用作飼料蛋白源具有可行性。

從黑水虻幼蟲鮮重、干重與飼料降解量來看，小麥下腳料含量為60%的組別具有最佳的養(yǎng)殖效果，與小麥下腳料含量70%、80%、90%的組別相比，該組別養(yǎng)殖所得黑水虻幼蟲重量最高，干重和干重率亦高于該3組。小麥下腳料含量為60%的組別經(jīng)過養(yǎng)殖后，飼料降解量為46.83%，比小麥下腳料含量70%、80%、90%的組別最少高4%，達(dá)到差異顯著的水平。而與小麥下腳料含量為50%的組別相比，小麥下腳料含量為60%的組別所養(yǎng)殖得到的黑水虻幼蟲鮮重更大，干重和干重率稍低，無顯著性差異，飼料降解量略低于小麥下腳料含量為50%的組別的48.35%，無顯著性差異。但小麥下腳料含量為60%的組別其飼料底料中所用小麥下腳料比小麥下腳料含量為50%的組別飼料底料中小麥下腳料含量多10%，即對目標(biāo)降解物小麥下腳料含量更多。從干蟲營養(yǎng)成分而言，小麥下腳料含量為60%的組別養(yǎng)殖所得的黑水虻干蟲中蛋白質(zhì)含量最高，油脂含量僅稍低于小麥下腳料含量為60%的組別，灰分含量僅5.5%。綜上所述，小麥下腳料含量為60%飼料用于養(yǎng)殖黑水虻幼蟲能夠保證黑水虻幼蟲的生長條件下，消耗更多的小麥下腳料，養(yǎng)殖所得的黑水虻幼蟲蛋白含量最高，脂肪較高，而灰分含量處于中間水平，用作牲畜的飼料替代蛋白，優(yōu)于其他配比飼料。

本研究利用進(jìn)口小麥下腳料養(yǎng)殖資源昆蟲黑水虻，以黑水虻幼蟲的多項生理數(shù)據(jù)作為指標(biāo)，研究黑水虻幼蟲在進(jìn)境小麥下腳料不同含量的情況下其生長能力及降解效果，進(jìn)而獲得養(yǎng)殖黑水虻幼蟲的最佳配方。當(dāng)小麥下腳料含量為60%時，其配方飼料用于養(yǎng)殖黑水虻幼蟲具有更好的產(chǎn)出，其蛋白含量最高，脂肪含量較高，該配方在為了獲得更多的黑水虻幼蟲的條件下，盡可能地消解小麥下腳料。在大規(guī)模飼養(yǎng)時，飼料內(nèi)部可能因板結(jié)致使水分缺失，可能對黑水虻幼蟲生長有消極影響，這是大規(guī)模的黑水虻飼養(yǎng)可能面臨的問題；試驗未能將飼料完全消解，如何把殘余蟲糞充分利用是下一步亟待解決的問題。