昆蟲的飼料化利用及其對生態(tài)環(huán)境的影響研究進展

王耀東

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410125；2.湖南美可達生物資源股份有限公司，湖南 瀏陽 410300）

我國是養(yǎng)殖業(yè)大國，動物飼料產(chǎn)量持續(xù)增長，然而飼料原料卻存在短缺問題，并且養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的畜禽糞便等廢棄物會污染生態(tài)環(huán)境，這些都已成為我國養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的限制因素[1-3]。昆蟲作為自然界中最大的動物類群，由于其豐富的動物蛋白含量，在飼料工業(yè)及畜牧養(yǎng)殖中備受關(guān)注[4]。目前在國內(nèi)外飼料工業(yè)中使用較廣泛的昆蟲包括家蠅、黑水虻、黃粉蟲等。這些昆蟲具有成本低、繁殖速度快、營養(yǎng)價值高等優(yōu)點，且其以畜禽糞便、餐廚垃圾等有機廢棄物為食，有利于緩解畜禽養(yǎng)殖帶來的環(huán)境污染問題，因而是一種優(yōu)質(zhì)的飼料資源[5-7]。本文以昆蟲為研究對象，對其生物學(xué)特性、在畜禽養(yǎng)殖中的開發(fā)應(yīng)用以及對生態(tài)環(huán)境的影響等方面進行綜述，為昆蟲的飼料化利用提供參考。

1 昆蟲的生物學(xué)特性

黑水虻是腐生性水虻科昆蟲，原產(chǎn)于美洲熱帶、亞熱帶等地區(qū)，后逐漸傳入我國貴州、廣西等。黑水虻生長周期較短，包括卵、幼蟲、蛹、成蟲4 個階段，全程約35 d 左右，但生長周期會受到溫度、食物和環(huán)境等的影響而有所差異，從幾周到幾個月不等。黑水虻卵呈長橢圓形，初產(chǎn)時呈淡黃色，隨后顏色逐漸加深，孵化時間受溫度、季節(jié)等影響為4-14 d；幼蟲主要包括6個齡期，隨齡期增加體色逐漸加深，末齡期幼蟲即為預(yù)蛹，呈棕黑色，體長約達18 mm，幼蟲期全程約15 d；蛹呈暗棕色；成蟲體長12 mm 左右，灰黑翅，口器退化[8-10]。黑水虻具有良好的抗逆性，可在酒精毒性、高滲透壓等不良環(huán)境下生存，養(yǎng)殖相對簡單。值得注意的是，由于黑水虻缺乏功能性口器，不在有機廢棄物上產(chǎn)卵，所以不會攜帶及傳播病原微生物，對生態(tài)環(huán)境無影響[11-13]。黑水虻對有機廢棄物的轉(zhuǎn)化利用效率較高，鄧舟等[14]以廚余垃圾養(yǎng)殖黑水虻幼蟲，結(jié)果表明，養(yǎng)殖8 d 后，廚余垃圾減重率為43.13%-55.92%，料蟲轉(zhuǎn)化率為62.92%-85.74%。雷明港等[15]報道黑水虻幼蟲對雞糞、豬糞的干物質(zhì)轉(zhuǎn)化率分別為29.28%、28.76%，且轉(zhuǎn)化效率受溫度的影響。

家蠅在我國畜牧養(yǎng)殖中使用廣泛。家蠅屬于雙翅目蠅科昆蟲，廣泛分布于我國各地，其生長周期也包括卵、幼蟲、蛹、成蟲4 個階段[16]。家蠅生長速度快，繁殖能力強，但其生長周期在不同個體中差異較大，易受多種因素的影響。有研究發(fā)現(xiàn)，在供給適宜溫度、食物等條件下，家蠅生長周期為12-15 d[17]。此外家蠅生長周期長短也與其品種有關(guān)。陳曉敏等[18]報道，不同地理種群孵化率、存活率、羽化率等存在明顯差異，因此為保障經(jīng)濟效益，進行家蠅的大規(guī)模人工飼養(yǎng)前需選出優(yōu)質(zhì)品種。值得注意的是，家蠅主要生活在糞便、垃圾和有機質(zhì)豐富的地方，主要以廢棄有機物為食。與黑水虻不同的是，家蠅是一種衛(wèi)生害蟲，可攜帶并傳播多種疾病，因而飼養(yǎng)時需注意加強人為干預(yù)及管控，避免造成疾病傳播[19]。

2 昆蟲的營養(yǎng)價值

近年來，糧食與飼料間的競爭愈發(fā)嚴重，據(jù)報道2018 年全球范圍內(nèi)約有三分之一的谷物用于動物飼料。動物飼料需求持續(xù)增長，飼料原料已出現(xiàn)嚴重匱乏現(xiàn)象，制約著養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，因此有必要尋找其他合理的飼料資源以滿足養(yǎng)殖需求[20-21]。昆蟲是一種優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)資源，幼蟲、蛹及成蟲體中均富含蛋白質(zhì)。據(jù)國內(nèi)外學(xué)者研究報道[22-24]，蚱蜢干物質(zhì)中粗蛋白含量為29.0%-77.1%，其具體含量與物種、發(fā)育階段以及處理加工技術(shù)等有關(guān)。黑水虻幼蟲干物質(zhì)中粗蛋白含量為41.1%-43.6%。家蠅幼蟲干物質(zhì)中粗蛋白含量為33.3%-64.0%，其含量隨家蠅年齡增加而逐漸降低。黃粉蟲幼蟲干物質(zhì)中粗蛋白含量約為44.9%-51.93%。相比于常規(guī)蛋白質(zhì)飼料原料豆粕、魚粉等，昆蟲干物質(zhì)中粗蛋白含量豐富、成本較低，且昆蟲來源廣泛，資源豐富，并具有生長周期短、繁殖能力強等優(yōu)點，更適于畜禽養(yǎng)殖的發(fā)展。Onsongo 等[25]使用昆蟲資源替代大豆和魚粉飼養(yǎng)肉雞，結(jié)果表明，相比于常規(guī)飼料飼養(yǎng)，昆蟲飼料飼養(yǎng)在不影響每日采食量、每日體重增加、飼料轉(zhuǎn)化率、熟胸肉的香氣或味道等的情況下，成本效益比高出16.0%，投資回報率高出25.0%。

飼料日糧中氨基酸組成與動物生長關(guān)系密切，氨基酸不平衡會導(dǎo)致生長受限。昆蟲體內(nèi)的氨基酸組成平衡，其必需氨基酸的含量相對較高。Ham 等[26]報道，白星花金龜幼蟲干物質(zhì)中粗蛋白含量為54.2%-67.1%，其中含有8 種必需氨基酸，包括組氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸和纈氨酸，必需氨基酸含量為38.45%-42.75%，相較于魚粉等動物性蛋白飼料，含量更高。此外白星花金龜幼蟲體內(nèi)還富含磷酸絲氨酸、?；撬岷挺?氨基丁酸等游離氨基酸，有利于促進動物生長及健康。Heuel 等[27]研究表明，黑水虻幼蟲中蛋氨酸含量比豆粕中含量高。黃超等[28]分析發(fā)現(xiàn)，黑水虻幼蟲中必需氨基酸含量為33.0%-34.6%，包含谷氨酸、天門冬氨酸、蛋氨酸、胱氨酸、酪氨酸以及苯丙氨酸等，含量均高于聯(lián)合國糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織（FAO/WHO）標準。蠅蛆粉中含有17種氨基酸，其中必需氨基酸占比約為43.8%，高于魚粉及FAO/WHO 標準的必需氨基酸含量[29]。Hong 等[30]報道，黃粉蟲具有高質(zhì)量和高數(shù)量的蛋白質(zhì)和氨基酸譜，被認為是豆粕或魚粉的高度可持續(xù)的蛋白質(zhì)來源替代品，其蛋白質(zhì)中含有18種氨基酸，包括10 種必需氨基酸，約占總氨基酸含量的40%。

昆蟲中脂肪酸組成也較為豐富，其中包括高水平的不飽和脂肪酸，特別是亞油酸和α-亞麻酸等。此外昆蟲脂質(zhì)還含有母育酚、甾醇和類胡蘿卜素等生物活性成分，對動物健康及生長有積極作用[31]。脂肪是黃粉蟲中第二豐富的營養(yǎng)成分，富含n-6 和n-3 脂肪酸等不飽和脂肪酸[32]。Messina 等[33]報道，黃粉蟲幼蟲脂質(zhì)含量約為26.2%，飽和脂肪酸含量約為23.7%，主要包括棕櫚酸和硬脂酸，單不飽和脂肪酸約占48.1%，其中主要為油酸，多不飽和脂肪酸約占28.3%，其中主要為亞油酸，必需脂肪酸含量較高。Kim等[34]報道，黑水虻幼蟲飽和脂肪酸含量為27.2%-28.7%，不飽和脂肪酸含量較高，黑水虻幼蟲可以在不影響肉雞生長性能的情況下，作為肉雞的日糧脂肪來源替代品。蠅蛆和大麥蟲干物質(zhì)中粗脂肪含量分別為30.1%和41.7%，其中中長鏈脂肪酸含量占比最高，以棕櫚酸為主，硬脂酸含量較低，可作為動物能量和必需脂肪酸的良好來源[35-36]。值得注意的是，昆蟲飽和脂肪酸組成與魚粉類似，單不飽和脂肪酸含量高于魚粉及豆粕，其組成存在一定差異，而不飽和脂肪酸含量過高可能出現(xiàn)酸敗影響肉品質(zhì)及適口性，替代脂肪飼料時需采取措施進行調(diào)整。

除蛋白質(zhì)、脂肪外，昆蟲還含有較為豐富的礦物質(zhì)元素，例如蠅蛆粉中含有鋅、錳、鎂、鈉、磷等，其含量為豆粕和魚粉中的幾倍[37]。容庭等[38]分析大麥蟲營養(yǎng)成分發(fā)現(xiàn)其中富含鉀、磷、鎂等常量元素和鋅、鐵等微量元素，其中常量元素含量比魚粉和豆粕中的含量低，而微量元素含量相對較高，此外大麥蟲幼蟲粉中還含有魚粉和豆粕中缺少的維生素A、維生素C 等營養(yǎng)物質(zhì)。喻國輝等報道[39]，黑水虻幼蟲及預(yù)蛹中鈣、磷含量均高于魚粉和豆粕。此外，除礦物質(zhì)元素外，黑水虻幼蟲還含有維生素A、B1、B2 以及C 等物質(zhì)，對動物的生長性能及飼料利用有非常重要的作用[40]。黃粉蟲也含有較多的磷、鉀、鐵、鈉和鈣等元素[41]。

3 昆蟲在飼料中的開發(fā)應(yīng)用

昆蟲作為飼料資源替代品在動物養(yǎng)殖中的應(yīng)用已取得一定進展。國內(nèi)外有大量研究報道，昆蟲作為飼料資源其安全性和營養(yǎng)價值均較好，且對動物產(chǎn)品質(zhì)量無明顯負面影響[42-44]。Kovitvadhi等[45]使用昆蟲膳食飼喂肉雞、黑肉雞以及鵪鶉，研究結(jié)果表明昆蟲物種具有巨大的潛力，可用作替代蛋白質(zhì)來源，促進具有可持續(xù)性的動物生產(chǎn)。此外進一步分析發(fā)現(xiàn)，昆蟲蛋白消化率明顯高于植物蛋白。陳曉瑛等[46]試驗結(jié)果表明，使用黑水虻幼蟲粉部分替代魚粉飼喂黃顙魚幼魚可以在一定程度上保護肝臟，并且不影響其生長性能和肌肉呈味氨基酸組成，具有良好應(yīng)用價值。Józefiak 等[47]研究也發(fā)現(xiàn)，使用黃粉蟲等替代魚粉在不影響其生長性能和成活率的同時，還對其腸道功能有積極作用。昆蟲替代常規(guī)飼料除可以用于水產(chǎn)養(yǎng)殖外，在畜禽養(yǎng)殖中也能發(fā)揮重要作用。大量研究表明，黑水虻幼蟲粉等昆蟲資源用于飼喂家禽和豬等動物，在不影響其生長性能和肉品質(zhì)的同時，可以促進動物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，改善機體健康，其原因可能與昆蟲氨基酸組成平衡以及昆蟲含有幾丁質(zhì)等物質(zhì)有關(guān)[48-50]。

4 昆蟲對生態(tài)環(huán)境的影響

昆蟲資源除可替代常規(guī)蛋白飼料外，也對生態(tài)環(huán)境有積極影響。昆蟲攝食范圍廣泛，可以消化餐廚垃圾、腐爛動植物、畜禽糞便等大部分有機廢棄物，被廣泛應(yīng)用于糞便及餐廚垃圾處理中[51]。如解慧梅等[52]報道，黑水虻處理豬糞便減重率約為61.67%～65.80%，處理效果良好。還有研究報道，黑水虻可以加速有機廢棄物中藥物的降解，減少有機廢棄物中的藥物污染[53]。

秸稈是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見副產(chǎn)物，資源豐富，其主要是指農(nóng)作物收獲后殘留的根、莖、葉等。據(jù)報道我國秸稈年出產(chǎn)量超過8 億噸，約占世界秸稈總產(chǎn)量的20%-30%，但對秸稈的利用率較低，僅有少部分秸稈經(jīng)加工處理后用于飼養(yǎng)，而大部分秸稈通常以焚燒等方法進行簡單處理，不僅嚴重浪費資源，燃燒產(chǎn)生的化學(xué)氣體還對環(huán)境造成了嚴重的污染[54]。而有研究報道[55-56]，黑水虻、家蠅等昆蟲除可有效分解有機廢棄物外，也可降解木質(zhì)纖維素，因而昆蟲的大規(guī)模養(yǎng)殖也有利于秸稈等的降解處理，更有利于維持生態(tài)環(huán)境。

5 結(jié)論

昆蟲的飼料化利用不僅有利于緩解常規(guī)蛋白飼料原料的匱乏，還有利于減少環(huán)境污染，在動物養(yǎng)殖中有巨大潛力。但值得注意的是，昆蟲資源在動物養(yǎng)殖中的應(yīng)用存在著加工工藝尚不成熟、規(guī)模養(yǎng)殖尚不完善等問題，應(yīng)用效果差異較大，因此未來還需開展對昆蟲在動物飼養(yǎng)中的應(yīng)用進一步深入探究，完善昆蟲飼料化利用標準體系。