黑水虻資源化利用的研究進(jìn)展

許新新 王穎

摘要：黑水虻是一種糞食性和腐食性昆蟲，具有生物量大、吸收轉(zhuǎn)化率高、蟲體資源含量高、抗逆性強(qiáng)、安全性高等特點(diǎn)，成為近幾年資源昆蟲研究的熱點(diǎn)之一，已被證實(shí)在禽畜糞便和生活垃圾處理、昆蟲源動(dòng)物蛋白飼料生產(chǎn)、食品加工、藥物研發(fā)以及生物柴油制取上具有廣闊的應(yīng)用前景。該文對(duì)黑水虻在各個(gè)領(lǐng)域的資源化利用研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，以期為黑水虻的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供借鑒。

關(guān)鍵詞：黑水虻;資源化;有機(jī)廢棄物;昆蟲源動(dòng)物蛋白飼料;生物柴油

許新新，王 穎. 黑水虻資源化利用的研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2020，40（26）：56+58.

水虻科屬于雙翅目短角亞目，起源于南美洲的熱帶草原，在世界大部分地區(qū)都有分布，熱帶、亞熱帶地區(qū)種類尤其豐富。全世界已報(bào)道的水虻科昆蟲已達(dá) 3000種以上，其中中國(guó)約有346種[1]。亮斑扁角水虻俗稱黑水虻，是分布于中國(guó)的扁角水虻亞科中唯一的水虻種。

黑水虻的一生包括卵期、幼蟲期、蛹期和成蟲期，在適宜的環(huán)境中，35天即可完成一個(gè)世代[2]。黑水虻幼蟲期分為 6個(gè)不同的齡期，自3齡之后取食量增大;6齡后進(jìn)入預(yù)蛹期，這一時(shí)期幼蟲體色由乳白色轉(zhuǎn)為深褐色，遷出取食環(huán)境尋隙化蛹;成蟲與蒼蠅相似但個(gè)體大一些，體長(zhǎng)15-20 mm，黑色，口器退化，生活期只有10天，一對(duì)黑水虻可產(chǎn)卵近千粒[2，3]。

黑水虻是一種腐食性昆蟲，是自然界碎屑食物鏈中的重要環(huán)節(jié)，可有效減少污染，是一種理想的環(huán)保昆蟲。同時(shí)，因其具有食譜廣、食量大、營(yíng)養(yǎng)需求低、吸收轉(zhuǎn)化率高、蟲體資源含量高、抗逆性強(qiáng)、安全性高等特點(diǎn)，被譽(yù)為“鳳凰蟲”。黑水虻的優(yōu)良特性可廣泛應(yīng)用于禽畜糞便和生活垃圾處理、昆蟲源動(dòng)物蛋白飼料生產(chǎn)、藥物研發(fā)以及生物柴油制取等方面，不僅對(duì)發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、提高農(nóng)民收入、改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境等具有重要意義，而且具有廣闊的市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)化前景。

一、黑水虻在畜禽糞便及有機(jī)廢棄物處理中的應(yīng)用研究

畜禽養(yǎng)殖，尤其是采用集約化經(jīng)營(yíng)模式的養(yǎng)殖場(chǎng)，每天產(chǎn)生大量的畜禽糞便，如果處理不當(dāng)，不僅污染環(huán)境，而且孳生蠅蟲，對(duì)人們的生活和健康造成嚴(yán)重影響。許多科學(xué)家致力于利用腐食性昆蟲轉(zhuǎn)化畜禽糞便的研究，旨在消除污染的同時(shí)，以畜禽糞便為底物生產(chǎn)昆蟲蛋白源飼料，變廢為寶。黑水虻以其食量大、轉(zhuǎn)化率高、安全性高等特點(diǎn)，從眾多腐食性昆蟲中脫穎而出。

20世紀(jì)70年代，人們便開始設(shè)想利用黑水虻建立養(yǎng)殖企業(yè)的畜禽糞便處理系統(tǒng);2010年，美國(guó)已經(jīng)將其作為一種可持續(xù)的農(nóng)業(yè)模式進(jìn)行試點(diǎn)推廣。研究表明，黑水虻對(duì)新鮮雞糞的處理量可達(dá)到50%，對(duì)豬糞中干物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到56%[4]。

隨著對(duì)黑水虻研究的深入，人們開始將其應(yīng)用于餐廚垃圾、病死畜禽尸體等其他有機(jī)廢棄物的無害化處理中。研究表明，含水量大且有豐富糖類、脂肪和蛋白質(zhì)的餐廚垃圾經(jīng)過黑水虻的取食后，含水量可從75%降到15%，干物質(zhì)減少率可達(dá)50%-60%[5]。

黑水虻處理畜禽糞便及有機(jī)廢棄物的優(yōu)勢(shì)在于：一是黑水虻幼蟲以糞便為食，能快速降低糞便中的COD、BOD、氨氮、磷、鉀等富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過代謝轉(zhuǎn)化為自身所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如蟲體蛋白等;二是黑水虻能有效控制家蠅等與其有競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的雙翅目昆蟲的孳生;三是降低畜禽糞便中有害生物基數(shù)，如大腸桿菌、沙門氏菌和黃色葡萄球菌;四是對(duì)糞便中的重金屬如銅、鋅、錳、鎘、鉻等有解毒作用，減少重金屬對(duì)環(huán)境的污染[4，7-10]。

二、黑水虻在動(dòng)物飼料生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

研究發(fā)現(xiàn)，黑水虻幼蟲干物質(zhì)中粗蛋白含量為42%-44%，粗脂肪含量為31%-35%，灰分11%-15%，鈣質(zhì)4.8%-5.1%，磷0.60%-0.63%[6]。黑水虻幼蟲干粉可替代豆粉和魚粉，作為雞、豬、鯰魚、羅非魚和牛蛙等的飼料。黑水虻預(yù)蛹干物質(zhì)中含有豐富的氨基酸和礦物質(zhì)，且氨基酸和脂肪酸的含量配比非常有利于水產(chǎn)養(yǎng)殖[7]。

黑水虻幼蟲和預(yù)蛹作為動(dòng)物飼料還有以下優(yōu)勢(shì)：一是黑水虻營(yíng)養(yǎng)需求低，且可將畜禽糞便、廚余垃圾等作為幼蟲食物來源，而成蟲不取食，養(yǎng)殖成本低;二是黑水虻繁殖迅速，一對(duì)黑水虻可產(chǎn)卵近千粒，在環(huán)境適宜的條件下，約35天完成一個(gè)世代，世代重疊;三是成蟲不攜帶病菌，且無進(jìn)入人類居室的習(xí)慣，對(duì)人安全。

三、黑水虻在食品加工中的應(yīng)用研究

黑水虻作為一種高蛋白、高脂肪、氨基酸含量較全面的昆蟲資源，被譽(yù)為“動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)寶庫(kù)”，目前在動(dòng)物飼料方面的應(yīng)用較多，在食品加工領(lǐng)域還處于初始階段。黑水虻不僅脂肪含量高，且脂肪中不飽和脂肪酸所占比例較大，其P/S值明顯高于牛、羊、雞、豬等肉類。此外，黑水虻還含有很多的糖類、礦物質(zhì)、微量元素和維生素。黑水虻易于人工繁殖，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，是一種極具開發(fā)潛力的蛋白質(zhì)資源。2013年，奧地利設(shè)計(jì)師Katharina Unger曾發(fā)明一款昆蟲繁育器，使人們可以在家里生產(chǎn)可食用的水虻幼蟲，以應(yīng)對(duì)當(dāng)前肉類生產(chǎn)的機(jī)能失調(diào)，但歐盟法律禁止將作為飼料的動(dòng)物產(chǎn)品（包括昆蟲）用于食品生產(chǎn)[4]。近年來，不乏有人繼續(xù)對(duì)黑水虻食品進(jìn)行開發(fā)研究，目前開發(fā)的主要產(chǎn)品有油炸黑水虻、黑水虻罐頭、黑水虻蛋白粉、黑水虻醬油、黑水虻保健酒等。黑水虻加工中必須嚴(yán)格清雜排毒，保證食用安全性。

四、黑水虻在醫(yī)藥研發(fā)中的應(yīng)用研究

分析黑水虻成分發(fā)現(xiàn)，黑水虻幼蟲蛋白質(zhì)（BSFLP）具有較高的抗氧化活性，適合作為天然抗氧化劑或用于抗氧化功能蛋白食品開發(fā)[11]。同時(shí)，黑水虻脂肪中不飽和脂肪酸占比較高，可提純用于提高皮膚的抗皺功能，對(duì)皮膚病也有一定的治療和緩解癥狀的作用。研究顯示，黑水虻幼蟲體內(nèi)天門冬氨酸含量為4.6%[3]，而天門冬氨酸在醫(yī)藥方面可用于治療心臟病、肝臟疾病和高血壓癥，具有抗疲勞的作用。另有實(shí)驗(yàn)表明，黑水虻提取物可能通過降低血液的“粘、濃、凝、聚”，而發(fā)揮活血、祛瘀、破積和通經(jīng)的臨床效果。此外，黑水虻幼蟲體內(nèi)含有豐富的抗菌肽、蛋白酶、水解酶、P450水解酶等抗菌物質(zhì)，是藥物研發(fā)的良好素材[2，4]。

五、黑水虻的其他應(yīng)用研究

黑水虻被譽(yù)為“鳳凰蟲”，可謂全身都是寶。黑水虻表皮中含有幾丁質(zhì)和幾丁聚糖，可作為食品穩(wěn)定劑、乳化劑、防腐劑和澄清劑等。其幼蟲體內(nèi)月桂酸含量高達(dá)53.2%[3]，而月桂酸可用作生產(chǎn)醇酸樹脂、潤(rùn)濕劑、洗滌劑、殺蟲劑、表面活性劑、食品添加劑和化妝品的原料。此外，研究發(fā)現(xiàn)，黑水虻幼蟲干體提取出的油脂可以達(dá)到生物柴油標(biāo)準(zhǔn)[11]，因此可作為一種生物柴油原材料進(jìn)行開發(fā)和應(yīng)用。

六、結(jié)語(yǔ)

黑水虻作為一種環(huán)保型和資源型昆蟲，在很多領(lǐng)域得到了廣泛研究和應(yīng)用，但技術(shù)尚不成熟，仍有很多問題亟待解決，如黑水虻繁育技術(shù)的提高、糞便及有機(jī)廢棄物處理技術(shù)的改進(jìn)和推廣、黑水虻食品安全性問題等。加強(qiáng)對(duì)黑水虻的基礎(chǔ)性研究，突破產(chǎn)業(yè)化瓶頸，還任重道遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊 定，張婷婷.中國(guó)水虻總科志[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2014.

[2] 蕭鴻發(fā)，王國(guó)霞，彭 凱，等. 黑水虻生物學(xué)特點(diǎn)及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 廣東畜牧獸醫(yī)科技，2020，45（2）：27-33.

[3] 安新城，呂 欣. 黑水虻的生物學(xué)特性及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[J]. 養(yǎng)殖與飼料.2007（11）：67-68.

[4] 張 杰，溫逸婷，高正輝，等. 黑水虻的資源化利用研究現(xiàn)狀[J]. 應(yīng)用昆蟲學(xué)報(bào)，2019，56（3）： 997-1006.

[5] 安新城. 黑水虻生物處置餐廚廢棄物的技術(shù)可行性分析[J]. 環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41（3）：92-94.

[6] 喻國(guó)輝，陳燕紅，喻子牛，等. 黑水虻幼蟲和預(yù)蛹的飼料價(jià)值研究進(jìn)展[J]. 昆蟲知識(shí)，2009，46（1）： 41-45.

[7] 柴志強(qiáng)，王付彬，郭明哮，等. 水虻科昆蟲及其資源化利用研究[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012（10）：182-184.

[8] 安新城，李 軍，呂 欣. 黑水虻處理養(yǎng)殖廢物的研究現(xiàn)狀[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2010，33（3）：113-116.

[9] 李 武，鄭龍玉，李 慶，等. 亮斑扁角水虻轉(zhuǎn)化餐廚剩余物工藝及資源化利用[J]. 化學(xué)與生物工程，2014，31（11）：12-17.

[10] 劉宏宇，喻國(guó)輝，夏 嬙. 黑水虻研究進(jìn)展[J]. 養(yǎng)殖與飼料，2015（12）：4-7.

[11] 唐曉琴，盧 杰. 黑水虻人工飼養(yǎng)及其應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備，2015（9）：152-155.