培養(yǎng)基起始pH對(duì)黑水虻幼蟲生長及蟲體粗蛋白、粗脂肪含量的影響

■曾小宇 羅艷輝 葉柏平 高紹騏 侯西京平 楊 瀟 黃一洪 王 波*

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；2.湖南艾布魯環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆祥L沙 420356）

黑水虻（Hermetia illucens）又名亮斑扁角水虻，是雙翅目水虻科扁角水虻屬昆蟲。作為一種食腐昆蟲，黑水虻幼蟲主要以餐廚垃圾、動(dòng)物糞便和其他腐敗有機(jī)物為食。黑水虻幼蟲是一種營養(yǎng)價(jià)值很高的動(dòng)物性蛋白質(zhì)飼料資源，在豬[1]、家禽[2]、水產(chǎn)[3-4]等動(dòng)物的飼養(yǎng)試驗(yàn)中均獲得了較好的使用效果。黑水虻幼蟲作為一種飼料資源，占比最高的成分是蛋白質(zhì)和油脂，均超過蟲體干重的1/3，接近1/2[5]。黑水虻幼蟲粉作為一種動(dòng)物蛋白質(zhì)原料替代魚粉和豆粕等蛋白質(zhì)原料，通常會(huì)進(jìn)行脫脂處理。單獨(dú)分離的黑水虻幼蟲油脂則可用于提煉生物柴油。在我國，黑水虻幼蟲常以鮮蟲的形式作為青蛙和黃鱔等特產(chǎn)動(dòng)物、水產(chǎn)動(dòng)物、散養(yǎng)雞等動(dòng)物的飼料。不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ诤谒迪x體中蛋白質(zhì)和油脂的比例有著不同的需求。已有研究表明不同飼料類型影響黑水虻幼蟲的粗蛋白、粗脂肪等營養(yǎng)成分的比例[6]。餐廚垃圾來源復(fù)雜，成分不穩(wěn)定，且儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中會(huì)發(fā)生酸化，導(dǎo)致餐廚垃圾pH下降。有研究表明，起始pH低于4.0的培養(yǎng)基會(huì)對(duì)黑水虻幼蟲的增重有不利影響[7]，但培養(yǎng)基pH對(duì)黑水虻幼蟲體成分的影響尚不明確。因此，本研究分析了不同pH條件下黑水虻幼蟲的生長速度和蟲體粗蛋白、粗脂肪的含量，為黑水虻的生產(chǎn)與利用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 黑水虻的孵化與飼養(yǎng)

黑水虻蟲卵來自湖北省某黑水虻繁育實(shí)驗(yàn)基地。培養(yǎng)基采用雛雞飼料（主要營養(yǎng)成分見表1），分別加入經(jīng)HCl和NaOH調(diào)配的pH為2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0的溶液，最終培養(yǎng)基的水分含量為40%。黑水虻蟲卵在pH為7.0的培養(yǎng)基中孵化至5日齡并達(dá)到0.01 g體重時(shí)隨機(jī)分配到9個(gè)不同pH的培養(yǎng)基處理組，每個(gè)處理組6個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)30只黑水虻幼蟲。連續(xù)飼喂6 d，每天將各培養(yǎng)單元的蟲子全部取出，以重復(fù)為單位測(cè)量黑水虻的總重，再根據(jù)黑水虻幼蟲數(shù)量計(jì)算單個(gè)幼蟲的重量。每組對(duì)其中5個(gè)重復(fù)，共150只黑水虻幼蟲進(jìn)行死亡率統(tǒng)計(jì)。黑水虻孵化和生長過程在人工光照培養(yǎng)箱中完成，濕度60%，溫度30℃。

表1 培養(yǎng)基營養(yǎng)水平（%，加水前）

1.2 黑水虻蟲體成分測(cè)定

收集飼喂6 d后的黑水虻幼蟲，測(cè)定黑水虻的水分、蛋白質(zhì)以及脂肪。水分含量的測(cè)定：105℃烘干2 h，然后65℃烘干到恒重，根據(jù)烘干前后蟲體重量差計(jì)算水分含量[8]。粗蛋白含量使用德國Elementar rapid NⅢ快速定氮儀（杜馬斯燃燒定氮法）測(cè)定。粗脂肪含量使用全自動(dòng)脂肪分析儀ANKOM XT10i（索氏抽提法）測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均表示為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”，試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及作圖采用GraphPad Prism軟件完成。黑水虻蟲體重及蟲體成分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，方差分析差異顯著時(shí)采用Bonferroni post hoc test進(jìn)行組間比較。死亡率采用卡方檢驗(yàn)進(jìn)行分析。當(dāng)P＜0.05時(shí)為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 培養(yǎng)基起始pH對(duì)黑水虻幼蟲死亡率和體重的影響（見圖1、表2）

如圖1所示，培養(yǎng)基起始pH顯著影響黑水虻幼蟲死亡率（P＜0.05），黑水虻幼蟲在起始pH從3.0到10.0的培養(yǎng)基中均有不同程度的死亡，在起始pH為2.0的培養(yǎng)基中未見死亡。從表2可以看出，培養(yǎng)基不同起始pH對(duì)黑水虻幼蟲體重?zé)o顯著影響（P＞0.05）。

圖1 培養(yǎng)基起始pH對(duì)黑水虻幼蟲死亡率的影響

表2 培養(yǎng)基起始pH對(duì)黑水虻蟲體重的影響（mg）

2.2 培養(yǎng)基起始pH對(duì)黑水虻幼蟲水分、粗蛋白和粗脂肪含量的影響（見圖2～圖4）

如圖2所示，培養(yǎng)基起始pH對(duì)黑水虻幼蟲水分含量沒有影響（P＞0.05）。從圖3和圖4可以看出，培養(yǎng)基起始pH顯著影響黑水虻幼蟲粗蛋白含量和粗脂肪的含量（P＜0.05）。隨著培養(yǎng)基起始pH的升高，黑水虻幼蟲粗脂肪含量呈現(xiàn)顯著的線性上升（P＜0.05），而黑水虻幼蟲粗蛋白含量則顯著地線性下降（P＜0.05）。兩兩比較發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)基起始pH為9.0和10.0時(shí)，黑水虻幼蟲粗脂肪含量顯著高于培養(yǎng)基起始pH為2.0時(shí)黑水虻幼蟲的粗脂肪含量（P＜0.05），而培養(yǎng)基起始pH為10.0時(shí)的粗蛋白含量則顯著低于pH為2.0時(shí)黑水虻幼蟲（P＜0.05）。

圖2 培養(yǎng)基起始pH對(duì)黑水虻幼蟲水分含量的影響

圖3 培養(yǎng)基起始pH對(duì)黑水虻幼蟲粗脂肪含量的影響

圖4 培養(yǎng)基起始pH對(duì)黑水虻幼蟲粗蛋白含量的影響

3 討論

黑水虻幼蟲的生長速度和幼蟲周期受到多方面的影響，包括溫度[9]、密度[10]、光照[11]、培養(yǎng)基的含水量[12]等。有研究證明培養(yǎng)基的種類可以影響黑水虻幼蟲的粗蛋白、粗脂肪、灰分等成分含量[13]，除此之外針對(duì)黑水虻幼蟲的體成分的研究較少。培養(yǎng)基酸堿度是影響昆蟲生長的重要因素。地中海果蠅人工培育過程中要對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行酸化處理，否則會(huì)抑制幼蟲生長[14]，弱堿性的環(huán)境（pH 5.0～5.5）有利于幼蟲生長和體成分的積累[15]，而強(qiáng)酸[7]、強(qiáng)堿[15]的培養(yǎng)基環(huán)境均不利于幼蟲生長。一些研究表明，培養(yǎng)基的酸堿度可能通過調(diào)控昆蟲腸道微生物群落來影響昆蟲的生長[16-17]。

在本研究中，培養(yǎng)基的起始pH對(duì)黑水虻幼蟲的生長沒有影響，但顯著影響黑水虻幼蟲的存活率。在pH為2.0時(shí)，黑水虻存活率達(dá)到100%，而起始pH從3.0到10.0均有不同比例的黑水虻幼蟲死亡，其中起始pH為7.0、8.0、10.0時(shí)黑水虻死亡率最高，這與Ma等[7]的研究不一致。本研究證明，黑水虻幼蟲對(duì)于培養(yǎng)基的酸堿度有較好的適應(yīng)性，早期酸性環(huán)境可能更有利于黑水虻幼蟲生存。

餐廚垃圾在儲(chǔ)存過程中會(huì)發(fā)生水解、酸化，產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)酸。黑水虻幼蟲的生命活動(dòng)可以中和培養(yǎng)基的酸度物質(zhì)，清除揮發(fā)性的有機(jī)酸[18]。因此，在黑水虻生長過程中培養(yǎng)基酸度會(huì)逐漸降低。培養(yǎng)基的酸度可能會(huì)通過影響基質(zhì)中微生物的組成來調(diào)節(jié)昆蟲的代謝活動(dòng)和生長[19]。在本研究中，酸性環(huán)境下黑水虻幼蟲體內(nèi)粗蛋白含量較高，而堿性環(huán)境下則粗脂肪含量較高，二者均與培養(yǎng)基起始pH呈顯著的線性關(guān)系。因此，在利用餐廚垃圾和糞便培養(yǎng)黑水虻的過程中需要對(duì)pH進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整以應(yīng)對(duì)不同的生產(chǎn)需求。

4 結(jié)論

培養(yǎng)基起始pH不影響黑水虻幼蟲生長，但pH為2.0時(shí)黑水虻存活率較高；隨著培養(yǎng)基起始pH的升高黑水虻幼蟲粗蛋白含量降低，粗脂肪含量升高。