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黑水虻在飼料和處理廢棄物的應用

時間:2018-08-16 16:06:53 點擊:

黑水虻,腐生性的水虻科昆蟲,是一種全世界廣泛分布的資源昆蟲。其幼蟲在自然界以動物糞便、腐爛的有機物,如腐肉、腐爛的水果、蔬菜和植物性垃圾為食,被用于畜禽糞便的無害化處理。例如,在無需其他資源的情況下,黑水虻幼蟲可減少產蛋雞和豬糞便50%的積累(2005),哥斯達黎加試驗表明黑水虻可以分解家庭垃圾總量的65%-79%(2011)。因其繁殖迅速、生物量大、飼養成本低等特點,在全世界范圍內得到推廣。

黑水虻幼蟲在將餐廚垃圾、糞便等作為食物轉化為自身蛋白質等物質的同時,可以減輕垃圾造成的環境污染問題,還可將幼蟲加工成動物蛋白飼料添加劑投喂其他動物幼蟲,是一種理想的環保昆蟲。為此2013年10月,歐盟成立了PRPtelInsect的組織,旨在推動黑水虻在飼料蛋白替代中的應用。大部分魚蝦不能有效合成足夠鈣物質,而目前飼料添加劑幾乎都是無機鈣,可吸收量較少,黑水虻含有機鈣,將其做成活性飼料對于水產養殖方面帶來極大的好處。

黑水虻蟲粉中干物質含量≥92%,粗蛋白含量約45%,粗脂肪含量約33%,鈣含量約0.96%,總磷含量約0.80%。此外,黑水虻粗脂肪中,中鏈脂肪酸與多不飽和脂肪酸含量占脂肪酸總量的60%以上,其中月桂酸含量占脂肪酸的40%以上。盡管黑水虻富含豐富的營養物質,但關于黑水虻產品的研究相對較少。文章基于現有的文獻報道,簡述了黑水虻產品的開發前景及需要解決的問題。

左圖為黑水虻蟲干、右側為黑水虻蟲砂

黑水虻蟲粉中干物質含量≥92%,粗蛋白含量約45%,粗脂肪含量約33%,鈣含量約0.96%,總磷含量約0.80%。此外,黑水虻粗脂肪中,中鏈脂肪酸與多不飽和脂肪酸含量占脂肪酸總量的60%以上,其中月桂酸含量占脂肪酸的40%以上。盡管黑水虻富含豐富的營養物質,但關于黑水虻產品的研究相對較少。文章基于現有的文獻報道,簡述了黑水虻產品的開發前景及需要解決的問題。

黑水虻(Black solider fly)又名亮斑扁角水虻,屬雙翅目水虻科昆蟲,在適宜條件下,世代間隔為35d。一般一只成年雌性黑水虻可以產下900粒蟲卵,一粒蟲卵長成0.6~1.2 g蟲蛹需要消耗3.6~7.2 g的有機質且幼蟲可以利用餐廚垃圾、畜禽糞便作為有機質來源,故使用6 kg的畜禽糞便可生產出1 kg的黑水虻蟲蛹,因而被環境工作者作為高效的生物轉化器應用到再生能源循環系統中。此外,黑水虻成蟲棲息在室外,喜將卵產在有機質周圍的干燥縫隙,化蛹時幼蟲從有機質中爬出,生產者利用此特性收集蟲蛹。黑水虻蟲蛹具有很高的營養價值,然而國內外對如何利用這些營養物質的研究相對匱乏。本文通過檢索關于黑水虻及同類昆蟲的應用研究,綜述了黑水虻作為新型飼料資源開發的思路及前景。

1、作為添加劑產品的應用研究

1.1 黑水虻蛹殼生產殼聚糖研究

徐齊云等研究表明,黑水虻蛹殼中富含殼聚糖,可以作為生產殼聚糖的原料。殼聚糖是一類具有抗菌活性的天然多糖物質,其抗菌活性受種類、相對分子質量、脫乙酰度等影響。目前,應用昆蟲蛹殼生產殼聚糖的主要步驟是將蛹殼經酸處理脫鈣,堿處理去蛋白,次氯酸處理脫色素,干燥獲得幾丁質,再通過堿處理獲得殼聚糖。通過昆蟲獲取殼聚糖一方面受昆蟲自身品種的影響(見表1),另一方面受提取工藝的影響。

由表1可見,不同種類的昆蟲幾丁質和殼聚糖的提取率存在明顯差異。而黑水虻蛹殼幾丁質和殼聚糖的最高提取率分別為14.27%和86.31 %,高于市售蒼蠅、黃粉蟲產品。另外,不同的提取工藝,相對于同一品種的昆蟲,幾丁質和殼聚糖相差較大。王金華等報道指出,蠶蛹殼的幾丁質提取率為25%~30%;而劉倫杰使用其提取工藝獲得的幾丁質提取率為39.82%;趙維使蠶蛹殼幾丁質的提取率提高到91.07%,殼聚糖的提取率為56.98%。黃粉蟲蛹殼中殼聚糖提取率也可由9.51%提高至12.55。由此可見,隨著養蟲技術及提取工藝的改進,以黑水虻作為生產殼聚糖的昆蟲來源,應可獲得更多的殼聚糖產品。

1.2 黑水虻生產抗菌肽的研究

抗菌肽是由昆蟲體誘導后獲得的一類堿性多肽物質,其相對分子質量為2000~7000,首次由瑞典科學家G. Boman等人通過誘導天蠶蛹而獲得的名為天蠶素的抗菌肽。

李冠楠等報道指出,由昆蟲體獲得的抗菌肽可分為5種,分別是天蠶素、防御素、富含甘氨酸的抗菌肽、富含脯氨酸的抗菌肽、溶菌酶。其中雙翅殺菌肽、鞘翅殺菌肽均富含甘氨酸殘基。Y.H.Jung等從黃粉蟲中分離出抗菌肽tencin 3,富含43.6%(摩爾百分比)甘氨酸。

大量研究表明,抗菌肽具有明顯的抗菌效果,可作為抗生素的替代品應用于動物生產。張勇軍研究表明,在仔豬日糧中添加300 mg/kg抗菌肽,可替代金霉素而不影響仔豬的生產性能,且在一定程度上促進仔豬生長。姜珊等研究認為,在吉富羅非魚幼魚日糧中添加5~10 mg/kg抗菌肽,與添加氟苯尼考日糧相比,抗菌肽組促進了幼魚生長。劉莉如等使用抗菌肽飼喂海蘭褐蛋用雞,結果顯示,以350 mg/kg抗菌肽取代金霉素可獲得較理想的生產成績。

盡管抗菌肽具有明顯的抑菌作用,但其產量較低,為此D. H. Kim等通過重組技術開發了一種生產抗菌肽tencin 3的方法。隨著養蟲技術的改進,黃粉蟲的產量提高,直接從黃粉蟲蛹中分離獲得一定量的抗菌肽tencin 3,使抗菌肽tencin 3產量大大提高。雙翅目的黑水虻中也存在富含甘氨酸的抗菌肽物質,由上述黃粉蟲案例推測,黑水虻也可以作為生產抗菌肽的一種昆蟲來源。

1.3 黑水虻蟲蛋白生產抗氧化劑的研究

黑水虻幼蟲含40%~47%的粗蛋白,許彥騰等使用堿提酸沉法處理黑水虻幼蟲獲取蟲蛋白,檢測其相應指標發現,所提蛋白總還原力是卵清蛋白(OVA)的1.32倍,且羥基自由基清除活性(2.58 mg/mL),DPPH自由基清除活性(3.97mg/mL)、ABTS自由基清除活性(0.23 mg/rnL)、鰲合亞鐵離子能力(0.88 mg/mL)和亞油酸體系中抗氧化能力(5.05 mg/mL)均介于維生素C和OVA之間,說明黑水虻幼蟲提取的蟲蛋白具有較高的體外抗氧化活性,可開發為優質的抗氧化產品。

1.4 黑水虻蟲油生產抗菌類產品的研究

黑水虻干蟲含31 % ~ 35%的粗脂肪,且月桂酸含量約占脂肪酸的44%,具體脂肪酸組成見表2。梁準成等研究證明,月桂酸是一種高效的抗菌物質。此外,有研究報道昆蟲脂肪是優質的脂肪酸源,可作為魚類生產脂肪酸不足的補充原料。李生梅利用8種昆蟲作為開發脂肪源原料,結果表明,其選用的種昆蟲均為優質的脂肪源,且使用脲素包合與柱層析相結合的方法,分離純化臭椿皮蛾幼蟲油脂中的α-亞麻酸和亞油酸,使α-亞麻酸含量由35.46%提高到70.04%,亞油酸含量從11.25%增加到18.13% 。由表2可知,黑水虻蟲蛹含17.63%的亞油酸和32.03%的不飽和脂肪酸,且多不飽和脂肪酸與單不飽和脂肪比例約為1.36,可作為優質的脂肪酸源。此外,可通過改變黑水虻飼料進一步改善其脂肪組成,使其成為更高品質的脂肪源。S. H.Sophie等研究發現,添加一定比例的魚類加工企業的下腳料(10%、25%、50% ),可使黑水虻干蟲蛹脂肪含量提高到30.44%,多不飽和脂肪酸[α-亞麻酸、20碳5烯酸(EPA)、DHA]達到2.99%(占總脂肪),而完全,使用牛糞飼養黑水虻獲得的干蟲脂肪為21.42%,多不飽和脂肪酸為0.23 %。

2、作為高品質原料替代品應用的研究

目前,黑水虻幼蟲替代魚粉報道主要集中在水產飼料中的應用研究,畜禽生產中的研究相對較少。在泥鰍飼料中使用黑水虻幼蟲替代魚粉,結果發現,飼料中黑水虻蟲蛹添加量為9%~11%時,泥鰍的攝食狀態和成活率與含9%魚粉飼料相似。胡俊茹等人采用等氮等脂方法,將黃顙魚幼魚日糧中的魚粉用不同比例黑水虻蟲蛹替代,結果發現:替代率低于30%時,黃顙魚幼魚增重率不受影響,且能降低血清中谷丙轉氨酶、谷草轉氨酶、尿素和三酰甘油的含量;而替代率超過30%時,將會顯著降低黃顙魚幼魚增重率。使用餐廚剩余物飼養黑水虻,并將其按照不同比例替代雞飼料中的豆粕,結果發現,添加比例為12%時,飼料轉化率為2.26,平均日采食量為88.30g/d,平均日增重為39.48g/d(P<0.05)。以上研究表明,黑水虻可作為高品質原料魚粉、豆粕的替代品,但相關應用報道甚少。

3、展望

隨著黑水虻生產工藝的不斷改進,產量隨之增加,不僅可以處理餐廚垃圾、降低畜禽糞便中N、P、K、Ca、Mg、S、Cu含量,以解決環境污染問題,還可以利用黑水虻開發新型飼料添加劑產品及高品質飼料原料,為養殖戶帶來可觀的效益。然而黑水虻作為新型飼料添加劑及高品質原料的相關研究較少,甚至空白,還需進一步研究開發。

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