黑水虻處理餐廚垃圾工藝及養(yǎng)分轉(zhuǎn)化研究

摘要 ［目的］研究黑水虻轉(zhuǎn)化處理餐廚垃圾養(yǎng)分規(guī)律。［方法］采用黑水虻、餐廚垃圾作為研究對(duì)象，通過(guò)黑水虻在常溫（C1、C2、C3）、高溫恒溫（S1、S2、S3）下對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并測(cè)定餐廚垃圾減量率、轉(zhuǎn)化率、蟲(chóng)體蛋白質(zhì)、脂肪等參數(shù)。［結(jié)果］黑水虻在30～33 ℃高溫恒溫比常溫下顯著提高了餐廚垃圾的轉(zhuǎn)化率，S1、S2、S3分別比C1、C2、C3提高了9.26%、10.73%、19.63%，以S3組（添加7.2 kg餐廚垃圾）轉(zhuǎn)化率最高，且2.68～3.20∶1的料蟲(chóng)比顯示了其可觀的經(jīng)濟(jì)效益。黑水虻在21 d內(nèi)能將24.46%的低蛋白質(zhì)、21.24%的低脂肪餐廚垃圾轉(zhuǎn)化成高達(dá)43.12%、28.58%高蛋白質(zhì)、高脂肪的優(yōu)質(zhì)飼料、生物柴油原料；其次，餐廚垃圾中58.32%～62.74%的蛋白質(zhì)、60.14%～63.47%的脂肪最終轉(zhuǎn)化為蟲(chóng)體自身的蛋白質(zhì)和脂肪。［結(jié)論］這種通過(guò)黑水虻轉(zhuǎn)化餐廚垃圾的利用方式未來(lái)會(huì)有極大的潛力。

關(guān)鍵詞 黑水虻；餐廚垃圾；養(yǎng)分轉(zhuǎn)化；蛋白質(zhì)；脂肪

中圖分類號(hào) X 799.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2024）23-0059-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.23.013

Study on the Treatment Technology and Nutrient Transformation of Kitchen Garbage by Hermetia illucens

CHEN Ji-hong，HU Qing-quan，YANG Ren-can et al

（Yunnan Academy of Animal Husbandry and Veterinary Sciences，Kunming，Yunnan 650224）

Abstract ［Objective］ To study the nutrient laws of Hermetia illucens transformation treatment of kitchen waste.［Method］Using Hermetia illucens and kitchen waste as research objects， Hermetia illucens were used to convert kitchen waste at normal temperature （C1， C2， C3） and high temperature constant temperature （S1， S2， S3）， and the reduction rate， conversion rate， insect protein， fat and other parameters of kitchen waste were measured.［Result］Hermetia illucens significantly increases the conversion rate of kitchen waste at temperatures ranging from 30 to 33℃ compared to normal temperature. S1， S2 and S3 increased the conversion rate by 9.26%， 10.73% and 19.63% compared to C1， C2 and C3， respectively. The S3 group with 7.2 kg added had the highest conversion rate， and a feed to insect ratio of 2.68 to 3.20∶1 showed its observable economic benefits. Hermetia illucens could convert 24.46% of low protein and 21.24% of low fat kitchen waste into high-quality feed and biodiesel raw materials with high protein and fat content of up to 43.12% and 28.58% in 21 days. 58.32%-62.74% of protein and 60.14%-63.47% of fat in kitchen waste were ultimately converted into the protein and fat of the insect itself. ［Conclusion］This utilization method of converting kitchen waste through Hermetia illucens will have great potential in the future.

Key words Hermetia illucens;Kitchen waste;Nutrient transformation;Protein;Fat

基金項(xiàng)目 云南省科技廳重大科技專項(xiàng)計(jì)劃項(xiàng)目（202302AE090009）。

作者簡(jiǎn)介 陳吉紅（1974—），男，云南陸良人，副研究員，碩士，從事畜禽養(yǎng)殖廢棄物無(wú)害化處理和資源化利用研究。*通信作者，研究員，碩士，從事畜禽養(yǎng)殖廢棄物無(wú)害化處理和資源化利用研究。

收稿日期 2024-01-08

餐廚垃圾是一種隨著社會(huì)發(fā)展以及城市化進(jìn)程產(chǎn)生的一種龐大的資源，作為一種在加工與食用過(guò)程中產(chǎn)生的殘留物與邊角料，在全球固體廢棄物中占比為30%～50%［1-2］。在我國(guó)，2022年我國(guó)餐廚垃圾年產(chǎn)量達(dá)到9 910萬(wàn)t，而且在逐年增加，隨著國(guó)家提倡的光盤(pán)行動(dòng)，近年基本維持在9 000萬(wàn)t左右。目前，無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，主要處理的方法和手段集中在填埋、焚燒、好氧堆肥、厭氧消化、加工飼料等［1-2］，這些方法存在著諸多缺陷，如填埋需要占用大量土地面積、容易產(chǎn)生滲漏，焚燒會(huì)排放有害氣體和污染環(huán)境等，影響餐廚垃圾的高效利用［3-4］。

餐廚垃圾具有高蛋白質(zhì)、高脂肪的特點(diǎn)，有較高的生物轉(zhuǎn)化利用價(jià)值。目前的研究表明，利用黑水虻（Hermetia illucens）處理餐廚垃圾可以獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益［5］。黑水虻可以轉(zhuǎn)化餐廚垃圾、畜禽糞便、市政污泥、菜葉渣等有機(jī)廢棄物，最后產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的蟲(chóng)體蛋白質(zhì)和生物有機(jī)肥，其生物量大、轉(zhuǎn)化速度快、成蟲(chóng)飛行能力較弱（相比家蠅）、飼養(yǎng)容易等。利用黑水虻處理餐廚垃圾有較多報(bào)道，但對(duì)餐廚垃圾中養(yǎng)分轉(zhuǎn)化利用的溫度要求、轉(zhuǎn)化效率研究鮮見(jiàn)報(bào)道。該研究篩選了黑水虻在南方夏季條件下幼蟲(chóng)處理餐廚垃圾的最優(yōu)生產(chǎn)性能，深入研究黑水虻處理對(duì)餐廚垃圾主要養(yǎng)分利用轉(zhuǎn)化情況，以期為利用資源昆蟲(chóng)黑水虻處理餐廚垃圾提供參考數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試黑水虻種蟲(chóng)

利用云南省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院畜禽養(yǎng)殖環(huán)境控制研究所建立的水虻種群開(kāi)展試驗(yàn)，種蟲(chóng)孵化3 d，幼蟲(chóng)前期飼養(yǎng)3 d，即幼蟲(chóng)接種糞便為6日齡幼蟲(chóng)。

1.2 供試餐廚垃圾來(lái)源

餐廚垃圾來(lái)自云南省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院畜禽養(yǎng)殖環(huán)境控制研究所附近餐館，收集到餐廚垃圾挑出雜質(zhì)（如廢菜葉、骨頭、塑料袋、筷子等），采用紗網(wǎng)自然沉降瀝除水分，大塊物料用菜刀、棒槌處理成小于5 cm，后用建筑用手提式膩?zhàn)臃蹟嚢杵鞒浞謹(jǐn)嚢璩蓾{狀物備用，含水率為76.43%，0 ℃保存，飼喂前解凍。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 不同溫度下生產(chǎn)性能篩選試驗(yàn)。

（1）常溫組。常溫對(duì)照組（簡(jiǎn)稱C組），在常溫下飼養(yǎng)，室溫：白天20～28 ℃，夜間20～22 ℃。按照餐廚垃圾添加量設(shè)3個(gè)組，即C1、C2、C3，每個(gè)組設(shè)3個(gè)處理。

（2）試驗(yàn)組。高溫恒溫試驗(yàn)組（簡(jiǎn)稱S組），利用熱風(fēng)機(jī)進(jìn)行補(bǔ)溫，在人工干預(yù)溫度下飼養(yǎng)，溫度恒定在30～33 ℃。按照餐廚垃圾添加量設(shè)3個(gè)組，即S1、S2、S3，每個(gè)組設(shè)3個(gè)重復(fù)。

（3）餐廚垃圾和黑水虻添加量。以每1 t餐廚垃圾接種100 g黑水虻蟲(chóng)卵孵化的6日齡幼蟲(chóng)為基礎(chǔ)，上下浮動(dòng)20%餐廚垃圾進(jìn)行設(shè)計(jì)，即5 kg餐廚垃圾對(duì)應(yīng)放入0.5 g黑水虻蟲(chóng)卵孵化的幼蟲(chóng)，黑水虻蟲(chóng)卵固定不變，而餐廚垃圾量按照比例增加，設(shè)計(jì)分組如表1所示。

1.3.2 試驗(yàn)飼養(yǎng)管理。濕度保持在65%～80%，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，起始飼喂量為每個(gè)處理添加2 kg物料，放入25 cm×20 cm×14 cm塑料盒中進(jìn)行飼養(yǎng)，5 d后轉(zhuǎn)入38 cm×27 cm×14 cm塑料箱繼續(xù)飼養(yǎng)，后續(xù)根據(jù)采食物料情況逐漸添加，飼養(yǎng)至出現(xiàn)30%預(yù)蛹期幼蟲(chóng)結(jié)束，根據(jù)黑水虻幼蟲(chóng)生長(zhǎng)情況，按比例每個(gè)處理每天加入適量餐廚垃圾，養(yǎng)殖21 d后，停止加入餐廚垃圾物料，進(jìn)行蟲(chóng)糞分離，分離出來(lái)的黑水虻加紗網(wǎng)蓋（放置逃逸），空腹放置8 h，待蟲(chóng)體排出體內(nèi)部分殘余物后，再次進(jìn)行蟲(chóng)糞分離篩，并分別稱量蟲(chóng)體和糞渣，采樣送實(shí)驗(yàn)室分析化驗(yàn)。

1.3.3 轉(zhuǎn)化性能研究。

分析處理前餐廚垃圾量、處理后餐廚糞渣量以及蟲(chóng)體重量、蛋白質(zhì)、脂肪，計(jì)算轉(zhuǎn)化比例、殘存比例、自然損耗量等，篩選最佳生產(chǎn)性能試驗(yàn)研究。

1.4 試驗(yàn)期管理

此次試驗(yàn)共21 d，黑水虻蟲(chóng)卵孵化后飼養(yǎng)6 d，在第7天時(shí)，幼蟲(chóng)接種餐廚垃圾，飼養(yǎng)期為21 d，即飼養(yǎng)至30%幼蟲(chóng)為預(yù)蛹期幼蟲(chóng)。在試驗(yàn)期內(nèi)，根據(jù)物料的干濕程度進(jìn)行物料噴灑水分保濕，使物料保持在70%左右的水分。

1.5 黑水虻蟲(chóng)體、蟲(chóng)沙營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定

1.5.1

樣品的制備。對(duì)飼養(yǎng)至預(yù)蛹期老熟黑水虻幼蟲(chóng)進(jìn)行蟲(chóng)糞分離后采樣，每個(gè)組取一個(gè)鮮蟲(chóng)樣品，每個(gè)樣品大約500 g備用。

1.5.2

樣品測(cè)定。水分含量按照GB/T 6435—2006進(jìn)行檢測(cè)；粗蛋白含量按照《飼料中粗蛋白的測(cè)定凱氏定氮法》（GB/T 6432—2018）進(jìn)行檢測(cè)，粗蛋白測(cè)定結(jié)果采用總氮×粗蛋白轉(zhuǎn)化系數(shù)6.25得出；粗脂肪含量參照《飼料中粗脂肪的測(cè)定》（GB/T 6433—2006）進(jìn)行檢測(cè)。并根據(jù)下列公式計(jì)算餐廚垃圾減量率、轉(zhuǎn)化率。

餐廚垃圾減量率=W1-W2W1×100%

餐廚垃圾轉(zhuǎn)化率=W4-W3W1-W2×100%

式中：W1為轉(zhuǎn)化前餐廚垃圾干重（g）；W2為轉(zhuǎn)化后餐廚垃圾干重（g）；W3為轉(zhuǎn)化前黑水虻幼蟲(chóng)干重（g）；W4為轉(zhuǎn)化后黑水虻幼蟲(chóng)干重（g）。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及處理

采用Excel 2007對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用SPSS 13.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和顯著性差異分析，結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度下黑水虻對(duì)不同量餐廚垃圾減量率、轉(zhuǎn)化率及料蟲(chóng)比的影響

從表2可以看出，在接種相同黑水虻種蟲(chóng)條件下，隨著餐廚垃圾添加量的增加，黑水虻轉(zhuǎn)化后C組、S組的渣干重、蟲(chóng)體鮮重、干重逐漸增加的趨勢(shì)。渣干重方面，C1組和S1組、C2組和S2組差異不顯著（P>0.05），但C3組和S3組差異顯著（P<0.05），S3組比C3組降低了16.88%。在蟲(chóng)體鮮重、干重方面，C1組和S1組、C2組和S2組差異不顯著（P>0.05），但C3組和S3組差異顯著（P<0.05），蟲(chóng)體鮮重、干重S3組比C3組分別提高了22.52%、19.63%。

在餐廚垃圾減量率方面，C組、S組隨著餐廚垃圾添加量的增加，減量率逐漸降低，組間差異不顯著（P>0.05），說(shuō)明在相同接種量情況下，餐廚垃圾添加越多，最終被轉(zhuǎn)化的部分呈逐漸下降趨勢(shì)。

在餐廚垃圾轉(zhuǎn)化率方面，C組隨著餐廚垃圾添加量的增加，其轉(zhuǎn)化率先增后減；S組隨著餐廚垃圾添加量的增加，其轉(zhuǎn)化率呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。對(duì)比2個(gè)組餐廚垃圾轉(zhuǎn)化率，高溫恒溫條件下（S組）明顯提高了餐廚垃圾的轉(zhuǎn)化率，S組（S1）的最低轉(zhuǎn)化效率比C組（C2）的最高轉(zhuǎn)化效率高2.10百分點(diǎn)，說(shuō)明高溫恒溫對(duì)黑水虻轉(zhuǎn)化餐廚垃圾有明顯的提高，S1、S2、S3的轉(zhuǎn)化率分別比C1、C2、C3提高了9.26%、10.73%、19.63%。試驗(yàn)結(jié)果表明C1組和S1組、C2組和S2組差異不顯著（P>0.05），但C3組和S3組差異顯著（P<0.05）。

在料蟲(chóng)比方面，其經(jīng)濟(jì)效益可觀，2.68～3.20 kg餐廚垃圾即可以轉(zhuǎn)化成1 kg的黑水虻幼蟲(chóng)，S組料蟲(chóng)比更為優(yōu)異，S1、S2、S3分別比C1、C2、C3降低了8.39%、9.67%、16.25%，C3組和S3組差異顯著（P<0.05），其余組別差異不顯著（P>0.05）。

2.2 不同溫度下不同量餐廚垃圾對(duì)黑水虻蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化性能的影響

從表3可以看出，餐廚垃圾的蛋白質(zhì)含量為24.46%，通過(guò)增加生物鏈有益昆蟲(chóng)黑水虻，轉(zhuǎn)化成黑水虻自身蟲(chóng)體蛋白質(zhì)，其蟲(chóng)體的蛋白質(zhì)C組、S組分別為43.12%、42.98%，蟲(chóng)體轉(zhuǎn)化的蛋白質(zhì)分別是蟲(chóng)糞蛋白質(zhì)的1.63、1.67倍，通過(guò)這種方式，把價(jià)值低的餐廚垃圾轉(zhuǎn)化為可以利用的高質(zhì)量蟲(chóng)體蛋白質(zhì)，這種利用餐廚垃圾生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飼料未來(lái)會(huì)有極大的潛力［6］。

蟲(chóng)體中C組、S組的蛋白質(zhì)含量分別為原餐廚垃圾中蛋白質(zhì)含量的58.32%和62.74%，但通過(guò)自動(dòng)控溫恒溫飼養(yǎng)，蟲(chóng)體蛋白質(zhì)總量、蟲(chóng)體蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化比例均比常溫提高了7.58%，增加了蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化效率。

從糞渣蛋白質(zhì)看出，C組、S組蟲(chóng)糞中的蛋白質(zhì)含量分別為26.47%、25.68%，蛋白質(zhì)含量與原餐廚垃圾的蛋白質(zhì)含量接近。C組、S組糞渣蛋白質(zhì)分別占總餐廚垃圾蛋白質(zhì)的31.14%、28.22%。損失蛋白質(zhì)含量分別占總餐廚垃圾蛋白質(zhì)含量的10.54%、9.04%。從蟲(chóng)體蛋白質(zhì)含量、糞渣蛋白質(zhì)含量、損失蛋白質(zhì)檢測(cè)結(jié)果看，損失蛋白質(zhì)含量約占餐廚垃圾蛋白質(zhì)含量的10%。

2.3 不同溫度下不同量餐廚垃圾對(duì)黑水虻蟲(chóng)體脂肪轉(zhuǎn)化性能的影響

從表4可以看出，餐廚垃圾的脂肪含量為21.24%，通過(guò)黑水虻過(guò)腹轉(zhuǎn)化，其蟲(chóng)體的脂肪含量C組、S組分別為28.58%、27.44%，脂肪含量超過(guò)餐廚垃圾的脂肪含量，僅就黑水虻蟲(chóng)體脂肪來(lái)看，是一種優(yōu)質(zhì)的高脂肪昆蟲(chóng)，為后期的生物油脂提取提供了一個(gè)很好的來(lái)源及途徑；其次，C組、S組蟲(chóng)體轉(zhuǎn)化的脂肪含量分別占餐廚垃圾原脂肪的63.47%、60.14%。從C組、S組試驗(yàn)結(jié)果看，一方面，飼養(yǎng)時(shí)間越長(zhǎng)，越有利于蟲(chóng)體脂肪的沉積；另一方面，從黑水虻自身脂肪含量、轉(zhuǎn)化餐廚垃圾脂肪比例看出，黑水虻有較強(qiáng)的脂肪轉(zhuǎn)化能力，在21 d內(nèi)可以快速地將餐廚垃圾的脂肪轉(zhuǎn)化為自身的脂肪。

從糞渣脂肪看出，蟲(chóng)糞中的脂肪含量C組、S組分別為6.98%、7.11%，損失脂肪含量分別占總餐廚垃圾脂肪含量的26.28%、28.14%。結(jié)果表明，通過(guò)自動(dòng)控溫恒溫飼養(yǎng)（S組），幼蟲(chóng)飼養(yǎng)周期降低了，但同時(shí)蟲(chóng)體脂肪總量降低了，與常溫飼養(yǎng)（C組）相比，蟲(chóng)體脂肪總量降低了5.25%?？傮w看來(lái)，黑水虻對(duì)餐廚垃圾脂肪的轉(zhuǎn)化效率比較可觀。

3 討論與結(jié)論

3.1 不同溫度下黑水虻對(duì)不同量餐廚垃圾減量率、轉(zhuǎn)化率及料蟲(chóng)比的影響

隨著餐廚垃圾添加量的增加，渣干重、蟲(chóng)體鮮重、干重逐漸增加，相同接種量情況下，餐廚垃圾添加越多，最終被轉(zhuǎn)化的部分呈逐漸下降趨勢(shì)。30～33 ℃高溫恒溫條件下，黑水虻明顯提高了餐廚垃圾的轉(zhuǎn)化率，試驗(yàn)組S1、S2、S3比對(duì)照組C1、C2、C3分別提高了9.26%、10.73%、19.63%，以S3組（添加7.2 kg餐廚垃圾）轉(zhuǎn)化率最高，且2.68～3.20∶1的料蟲(chóng)比顯示了其可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 不同溫度下不同量餐廚垃圾對(duì)黑水虻蟲(chóng)體蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化性能的影響

黑水虻能將24.46%低蛋白質(zhì)含量的餐廚垃圾轉(zhuǎn)化成高達(dá)43.12%高蛋白質(zhì)的優(yōu)質(zhì)蟲(chóng)體蛋白質(zhì)，其蟲(chóng)體蛋白質(zhì)含量低于二級(jí)魚(yú)粉（53.50%），稍低于特級(jí)豆粕（44.20%）［7-9］，是一種優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)飼料原料。C組、S組轉(zhuǎn)化后蟲(chóng)體蛋白質(zhì)分別是蟲(chóng)糞蛋白質(zhì)的1.63、1.67倍，轉(zhuǎn)化效率高，能在21 d將餐廚垃圾中58.32%～62.74%的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化成蟲(chóng)體蛋白質(zhì)，糞渣蛋白質(zhì)含量為25.68%～26.47%，轉(zhuǎn)化過(guò)程中損失9.04%～10.54%的蛋白質(zhì)，高溫恒溫比常溫提高了7.58%。

3.3 不同溫度下不同量餐廚垃圾對(duì)黑水虻脂肪轉(zhuǎn)化性能的影響

黑水虻是一種優(yōu)秀的昆蟲(chóng)轉(zhuǎn)化媒介，能將餐廚垃圾中60.14%～63.47%的脂肪在21 d就轉(zhuǎn)化成自身昆蟲(chóng)脂肪，殘存糞渣脂肪含量?jī)H為6.98%～7.11%，轉(zhuǎn)化過(guò)程中損失26.28%～28.14%的脂肪，形成自身高脂肪含量蟲(chóng)體，這種有較高的脂肪含量完全能作為提取無(wú)毒、可降解的生物柴油的原料［10-11］，同時(shí)也可以直接作為飼料原料，從該試驗(yàn)結(jié)果看，飼養(yǎng)時(shí)間越長(zhǎng)，越有利于蟲(chóng)體脂肪的沉積。

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