黑水虻幼蟲氨基酸及其微量元素分析

蔡 騰，李嘉希，李志強，毛 洪，李喜貴，單體江*

(1. 華南農業(yè)大學林學與風景園林學院/廣東省森林植物種質創(chuàng)新與利用重點實驗室，廣州 510642；2. 廣東省科學院動物研究所，廣州 510260；3. 四川匯達通機械設備制造有限公司，成都 611230；4. 廣州市中科微量元素科學研究院，廣州 510075)

黑水虻Hermetiaillucens，又稱亮斑扁角水虻，隸屬于雙翅目Diptera水虻科Stratiomyidae扁角水虻屬Hermetia，原產(chǎn)于南美洲，目前在世界大部分地區(qū)都有分布，在我國主要分布在廣東、海南、云南、四川、河北和湖北等省(柴志強等，2012；紀佳雨等，2020)。目前，對于黑水虻的研究主要集中在資源化利用和飼料替代等方面。資源化利用主要是利用其幼蟲處理人和畜禽的糞便、餐廚垃圾等，處理后的剩余物質能夠被用作有機肥(Lalanderetal., 2015; Mohd-Nooretal., 2017; 姜慧敏等，2020)。黑水虻能充分消解有機廢棄物并進行轉化，對廢棄物中的重金屬、抗生素和致病菌等均具有降解作用(梅瀚杰等，2019)。黑水虻可以將廢棄物中高濃度黃曲霉毒素B1進行生物降解和利用(梁婷婷等，2020)；對大腸桿菌、鼠傷寒沙門氏菌產(chǎn)生體液免疫分子(姜慧敏等，2020)；其抗菌肽粗提物對HCT-8細胞較為敏感，在結腸癌藥物的研發(fā)中具有良好的前景(馮群等，2020)。在飼料替代方面，黑水虻幼蟲不僅含有豐富的粗蛋白和脂肪，還含有豐富的必需氨基酸與微量元素，同時還能提取幾丁質和抗菌肽等生物活性物質，可作為動物飼料或飼料添加劑使用，是一種優(yōu)質蛋白質飼料原料(Elhagetal., 2017; Seccietal., 2018; Danielietal., 2019; Liuetal., 2019)。近年來，黑水虻作為動物飼料原料被廣泛用于農業(yè)和畜牧業(yè)。在飼糧中添加黑水虻幼蟲粉飼喂豬、雞、鵪鶉、魚類、生豬和蝦類，可以提高其生長性能或營養(yǎng)價值(Cumminsetal., 2017; Dabbouetal., 2018; Mawaddahetal., 2018; Xiaoetal., 2018; 余苗等，2020；張金金等，2020)。

微量元素是構成動物的必需成分，微量元素的添加對完善飼料營養(yǎng)成分、提高飼料效率和促進動物生長發(fā)育及維護健康具有積極的作用(胡俊茹等，2017)。黑水虻幼蟲中的蛋白質和氨基酸含量高，營養(yǎng)價值豐富，但是具體含量卻因黑水虻幼蟲攝食不同基質而有所差異。目前對于采食餐余垃圾的黑水虻幼蟲氨基酸和微量元素報道較少，為更好的開發(fā)和利用黑水虻幼蟲資源，本研究以一種采食餐余垃圾的黑水虻幼蟲為研究對象，采用多種分析技術檢測黑水虻幼蟲氨基酸和微量元素的組成及含量，以期為黑水虻幼蟲作為營養(yǎng)補充劑提供數(shù)據(jù)支持，為黑水虻幼蟲資源的進一步開發(fā)和利用提供重要的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

黑水虻幼蟲由四川匯達通機械設備制造有限公司提供，喂養(yǎng)基質為餐余垃圾。黑水虻6齡幼蟲，在用于烘干之前停止喂食1 d；烘干溫度為80℃，干燥后的幼蟲經(jīng)粉碎機磨成粉后，在4℃條件下密封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 方法

精確稱取黑水虻幼蟲粉30 g，其中蛋白質含量的測定采用中華人民共和國國家標準(GB 5009.5-2016)中的凱氏定氮法，黑水虻幼蟲氨基酸的測定是參照中華人民共和國國家標準(GB 5009.124-2016)中的方法進行，采用氨基酸分析儀(茚三酮柱后衍生離子交換色譜儀)測定黑水虻中的16種水解氨基酸，具體測定過程不再詳敘。黑水虻幼蟲中的元素分析采用ICP-MS半定量分析法，精確稱取黑水虻幼蟲粉0.4123 g，加10 mL硝酸微波處理；定溶至25 mL，而后用ICP-MS上機測定。

2 結果與分析

2.1 黑水虻幼蟲蛋白質和氨基酸分析

采用凱氏定氮法測定黑水虻幼蟲中蛋白質的含量，結果為40.60 g/100 g。黑水虻幼蟲氨基酸的組成及含量測定結果如表1所示。在測定的16種氨基酸中含量最高的是谷氨酸(GLU)，為4.88 g/100 g，其次是天冬氨酸(ASP)，含量為3.31 g/100 g；此外，甘氨酸(GLY)、丙氨酸(ALA)、纈氨酸(VAL)、亮氨酸(LEU)、酪氨酸(TYR)、賴氨酸(LYS)和脯氨酸(PRO)的含量均超過2.00 g/100 g，其他氨基酸的含量在2.00 g/100 g以下。在分析的氨基酸中，必需氨基酸有9種，含量為16.76 g/100 g，非必需氨基酸有7種，含量為19.40 g/100 g，必需氨基酸在所有氨基酸中的占比為46.35 %，16種水解氨基酸的總和為36.16 g/100 g。

2.2 黑水虻幼蟲微量元素分析

黑水虻幼蟲作為飼料或飼料補充劑，不僅含有豐富的蛋白質和脂肪等營養(yǎng)成分，其豐富的微量元素對改善飼料營養(yǎng)成分具有重要意義，同時對提升動物生長發(fā)育速率與維護動物健康具有積極的作用。本研究采用ICP-MS半定量分析法測定黑水虻幼蟲中的微量元素，其結果如表2所示。從黑水虻幼蟲中共分析和檢測到28種微量元素，其中含有較多的微量元素有4種，鈣元素的含量最高，為25 787 mg/kg，其次是K、Na、Mg和Fe，含量分別為7 684、1 358、964和317 mg/kg；Al、Zn、Sr和Mn的含量在20～100 mg/kg之間，含量分別為98、69、53和25 mg/kg；其他微量元素的含量均在10 mg/kg以下。此外，黑水虻幼蟲中Ag、Sn和Sb的含量均小于0.1 mg/kg，Hg的含量小于0.05 mg/kg。同時也含有一定量的Cr、As、Cd和Pb，其含量分別為：0.10、0.23、0.13和0.96 mg/kg。根據(jù)我國現(xiàn)行的飼料衛(wèi)生標準(GB 13078-2017)，黑水虻幼蟲中有害元素的含量均低于標準中規(guī)定的限量要求，符合飼料衛(wèi)生標準。

表2 黑水虻幼蟲微量元素分析結果

3 結論與討論

本研究結果表明黑水虻幼蟲中蛋白質含量高達40.60 g/100 g；氨基酸比例均衡，16種水解氨基酸的總量為36.16 g/100 g，必需氨基酸的總量為16.76 g/100 g，占總氨基酸含量的46.35 %，所有氨基酸中谷氨酸的含量最高，為4.88 g/100 g；含28種微量元素，有害元素含量均符合我國現(xiàn)行的飼料衛(wèi)生標準(GB 13078-2017)。黑水虻雖營養(yǎng)豐富，但營養(yǎng)成分含量因養(yǎng)殖基質不同存在較大差異。鄭麗卿等(2019)研究發(fā)現(xiàn)黑水虻幼蟲蛋白質含量為47.30%，韓星星等(2020)測定了17種氨基酸含量，比本實驗多胱氨酸，除胱氨酸之外的16種氨基酸總量為35.7 g/100 g，本研究中蛋白質的含量為40.6 g/100 g，為40.60%，16種水解氨基酸的總量為36.16 g/100 g，與文獻報道基本一致。

黑水虻幼蟲中的氨基酸比例均衡，谷氨酸和天冬氨酸可賦予食物更好的風味和口感(黃超等，2018)；賴氨酸可促進脂肪代謝，使動物的肉質更加鮮美；甲硫氨酸可以使禽類羽毛豐滿，且有助于動物各項器官的發(fā)育，更好的抵抗疾病的侵襲(何書軍，2016)；甘氨酸在家畜體內合成量低，如果雛雞缺乏甘氨酸，可引起麻痹癥及羽毛發(fā)育不良等(宋麗艷，2011)。黑水虻幼蟲的氨基酸譜和魚粉十分相似，所以黑水虻幼蟲具有代替動物飼料的潛力(紀佳雨等，2020)。然黑水虻幼蟲不宜作為飼料直接飼喂，應通過加工作為蛋白質替代物或者補充料添加到組合飼料中。鐘明智等(2020)發(fā)現(xiàn)單獨飼喂黑水虻幼蟲粉時，多鱗白甲魚仔魚存活率最低，為60.00%±16.17%，補充商品飼料后存活率下降程度減弱。脫脂黑水虻蟲粉替代飼料中80%的魚粉并不影響大黃魚的存活率，但完全替代則會顯著降低存活率，而且過高替代水平(> 40%)對其生長產(chǎn)生負面影響(韓星星等，2020)。微量元素在動物的生長和發(fā)育過程中具有重要的作用，適量的Se可以提高家禽的抗氧化性能，增強免疫力和精子的活力(李蓉等，2019)；適量Fe和Mn參與體內載體組成和物質代謝，對預防新生動物腹瀉具有重要意義；Cr具有類似胰島素的生物活性，有助于動物體內代謝，減少應激反應，改善內分泌(單春花等，2018；范振港等，2019)；Cu是畜禽體內多種酶和激素的組成成分或激活劑(晏家友等，2016)；Zn是“生命元素”，能提高牛卵母細胞的成熟質量和體外受精胚胎的發(fā)育效率，而且能提高反芻動物對飼糧的利用率，從而促進反芻動物生長、提高繁殖性能、改善機體免疫力和增強抗病性等(俸云等，2019；李萬棟等，2019)。本研究采用餐余垃圾飼喂黑水虻幼蟲，但未對飼喂基質進行氨基酸和微量元素分析。幼蟲所在的不同生長階段以及飼喂基質的不同會影響黑水虻幼蟲的營養(yǎng)成分(Liuetal., 2017; Spranghersetal., 2017)。國內外學者在研究黑水虻營養(yǎng)價值時，雖然對其來源、蟲齡以及喂養(yǎng)方式作了詳實的描述，但對飼喂基質的營養(yǎng)成分和比例均未作分析，黑水虻幼蟲氨基酸和微量元素的組成和配比是否與飼喂基質的營養(yǎng)成分和組成有關還有待于進一步研究。本研究闡明了黑水虻幼蟲中蛋白質和氨基酸以及微量元素的組成和比例，為飼料更好的配比和應用提供了理論依據(jù)。

綜上所述，本研究結果有助于黑水虻幼蟲粉在復合飼料中的合理配比和應用，消除飼料因氨基酸比例失衡和部分有害元素過量對禽畜產(chǎn)生的負面影響，為黑水虻幼蟲的進一步開發(fā)和利用提供了重要的數(shù)據(jù)支撐。此外，黑水虻標準化的自動繁育體系也需要不斷改進和完善，黑水虻幼蟲功能性物質的提取、微生物的聯(lián)合應用以及黑水虻生物安全性等方面的研究可以為黑水虻糞污資源化技術的產(chǎn)業(yè)化應用奠定基礎。