黑水虻對(duì)畜禽糞便的轉(zhuǎn)化以及在飼料中的應(yīng)用進(jìn)展

何紀(jì)塏 盧秋詠 鄒新華 張?jiān)鲇? 熊愛(ài)軍 邢孔萍 楊杏萍 倪冬姣

摘? 要：利用生物轉(zhuǎn)化方法不但能將畜禽糞便資源化，還能減少糞便對(duì)環(huán)境的污染，做到節(jié)能減排。作為飼用昆蟲(chóng)的一種，黑水虻的幼蟲(chóng)可以將畜禽糞便、餐廚垃圾等有機(jī)廢棄物通過(guò)生物轉(zhuǎn)化作用轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩?、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)的飼料資源。本文主要對(duì)黑水虻在畜禽糞便中的生物轉(zhuǎn)化作用，以及其在動(dòng)物飼料中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，以期為黑水虻規(guī)?；幚硇笄菁S便及日后產(chǎn)業(yè)化利用提供參考。

關(guān)鍵詞：黑水虻；畜禽糞便；生物轉(zhuǎn)化；蛋白飼料

我國(guó)是畜禽養(yǎng)殖大國(guó)，每年產(chǎn)生的畜禽糞便超過(guò)30億t，糞便蘊(yùn)含著大量未被畜禽有效利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。如果能將畜禽糞便資源化利用，不但節(jié)能減排，而且還可以作為優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)原料應(yīng)用于畜牧生產(chǎn)中，緩解魚(yú)粉進(jìn)口日益緊張的問(wèn)題。黑水虻學(xué)名光亮扁角水虻或亮斑扁角水虻，屬于雙翅目水虻科昆蟲(chóng)，起源于美洲，在我國(guó)境內(nèi)目前廣泛分布于湖北、湖南、廣東、廣西、云南、貴州等省份[1]。黑水虻可將有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)化為安全、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)的飼料資源。此外，黑水虻還具有繁殖迅速、易于飼養(yǎng)、環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)、氨排放量低等特點(diǎn)。因此，黑水虻目前在城市環(huán)境治理、畜禽糞便處理、動(dòng)物飼料原料應(yīng)用、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域都有較大的研究與利用價(jià)值[2]，尤其是對(duì)畜禽養(yǎng)殖業(yè)，黑水虻的資源化利用不但可以有效減少養(yǎng)殖污染物的排放，減輕環(huán)境污染，而且為畜禽糞便的資源化利用提供了一種經(jīng)濟(jì)且綠色環(huán)保的選擇[3]。黑水虻幼蟲(chóng)攝入畜禽糞便中的有機(jī)物以滿足自身生長(zhǎng)發(fā)育所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。黑水虻幼蟲(chóng)具有蛋白質(zhì)含量高、脂肪含量豐富等特點(diǎn)，大量研究表明，以黑水虻蟲(chóng)粉替代魚(yú)粉，飼喂豬、禽、魚(yú)是可行的。黑水虻產(chǎn)卵多、繁殖快、孵化時(shí)間短的特點(diǎn)預(yù)示著其具有規(guī)模化養(yǎng)殖并作為優(yōu)質(zhì)飼料資源的潛力。本文主要對(duì)黑水虻在畜禽糞便中的生物轉(zhuǎn)化作用，以及其在動(dòng)物飼料中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，以期為黑水虻規(guī)?；幚硇笄菁S便及日后產(chǎn)業(yè)化利用提供參考。

1? 黑水虻在處理畜禽糞便中的研究進(jìn)展

隨著我國(guó)畜禽養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大，集約化、規(guī)?；潭炔粩嗵嵘?，畜禽糞便的產(chǎn)量也與日俱增，大量的糞便如得不到妥善的處理，不但會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，而且也是一種資源浪費(fèi)。因此，如何科學(xué)合理地處置畜禽糞便是當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。目前，畜禽糞便的處理方式主要有發(fā)酵堆肥、發(fā)酵生產(chǎn)沼氣或者生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)飼料，其中堆肥與生產(chǎn)沼氣在技術(shù)上已經(jīng)相對(duì)成熟，并且已應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，而利用黑水虻將畜禽糞便轉(zhuǎn)化為畜禽、水產(chǎn)飼料，還停留在示范性研究階段[4]。

1.1 抑制有害微生物在畜禽糞便中增殖

黑水虻的生長(zhǎng)周期分為蟲(chóng)卵期、幼蟲(chóng)期、蛹期和成蟲(chóng)期，其中幼蟲(chóng)期又可分為６個(gè)齡期，其中３～５齡期的幼蟲(chóng)可以用來(lái)處理動(dòng)物糞便[5]。黑水虻幼蟲(chóng)的腸道微生物種類(lèi)豐富，能夠消化畜禽難以消化的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。研究表明，其腸道內(nèi)的微生物不但能維持腸道蠕動(dòng)和保護(hù)腸道黏膜的完整性，而且具有消化發(fā)酵植物聚合物、合成維生素、轉(zhuǎn)化有毒化合物的功能。黑水虻幼蟲(chóng)腸道強(qiáng)大的消化能力，豐富的腸道微生物菌群與消化酶的協(xié)同作用，使其能有效轉(zhuǎn)化畜禽糞便[6]。黑水虻和家蠅都是將蟲(chóng)卵孵化到糞便中，其中黑水虻幼蟲(chóng)能夠在糞便中競(jìng)爭(zhēng)性抑制家蠅的繁殖和產(chǎn)卵，從而減少病原微生物的滋生[7]。此外，黑水虻幼蟲(chóng)體內(nèi)含有大量的抗菌肽、己二酸和幾丁質(zhì)等抗菌物質(zhì)，這些物質(zhì)能夠抑制病原微生物的增殖，減少糞便中病原微生物的含量[8]。研究發(fā)現(xiàn)，在雞糞便中額外添加大腸桿菌和沙門(mén)菌，經(jīng)黑水虻幼蟲(chóng)處理后，糞便中有害菌的數(shù)量顯著減少[9]。

1.2 降解畜禽糞便殘留物質(zhì)

在對(duì)動(dòng)物糞便進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，黑水虻幼蟲(chóng)能夠減少糞便中殘留的有害物質(zhì)，降低糞便對(duì)環(huán)境的污染。黑水虻幼蟲(chóng)能夠減少糞便中重金屬的殘留，通過(guò)體內(nèi)的金屬硫蛋白，能有效螯合重金屬離子，將糞便中的鎘、鋅、銅、鉻、砷等重金屬富集到蟲(chóng)體中，減少離子態(tài)重金屬的毒性，降低重金屬對(duì)環(huán)境的污染[10]。研究表明，在豬糞中加入黑水虻幼蟲(chóng)能夠顯著降低糞便及環(huán)境土壤中的鎘含量[11]。此外，黑水虻幼蟲(chóng)對(duì)抗生素具有降解作用。黑水虻幼蟲(chóng)可以通過(guò)體內(nèi)微生物的水解、氧化、脫氨、去甲基化、開(kāi)環(huán)和修飾等化學(xué)反應(yīng)降解抗生素。研究發(fā)現(xiàn)，黑水虻幼蟲(chóng)可降解糞便內(nèi)殘留的97％的四環(huán)素和泰樂(lè)菌素，降解速度快于堆肥降解的，從而降低糞便中殘留抗生素對(duì)環(huán)境的污染[12-13]。畜禽糞便富含氮、磷、鉀等元素，糞水不經(jīng)處理排入河道，極易引起水體富營(yíng)養(yǎng)化，造成水體污染。研究發(fā)現(xiàn)，黑水虻幼蟲(chóng)可降低豬糞中氮、鉀、磷的含量，而糞便中含氮物質(zhì)濃度的降低又可減少氨氣等有害氣體和揮發(fā)性有機(jī)化合物的產(chǎn)生，此舉不但能減輕糞便對(duì)空氣的污染，還能改善畜禽舍空氣質(zhì)量[14-15]。

2? 不同畜禽糞便對(duì)黑水虻幼蟲(chóng)營(yíng)養(yǎng)成分的影響

黑水虻幼蟲(chóng)是優(yōu)質(zhì)的動(dòng)物源蛋白原料，其幼蟲(chóng)經(jīng)過(guò)冷凍、微波解凍破碎、酶解處理，再進(jìn)行烘干和粉碎，制得黑水虻幼蟲(chóng)蟲(chóng)粉。黑水虻幼蟲(chóng)粉具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，含有數(shù)量豐富的粗蛋白、粗脂肪以及鈣、磷。幼蟲(chóng)粉所含的粗蛋白、粗脂肪、鈣、磷的含量并不固定，研究表明營(yíng)養(yǎng)成分含量的多少與飼喂黑水虻所用的基質(zhì)組分成正相關(guān)[16]，不同畜禽糞便對(duì)黑水虻幼蟲(chóng)營(yíng)養(yǎng)成分的影響見(jiàn)表1。黑水虻還含有膽固醇、維生素B1、煙酸、脂肪酸、類(lèi)胡蘿卜素、幾丁質(zhì)、抗菌肽和微量元素等，此外，黑水虻還可用于提取生物柴油、生產(chǎn)飼料添加劑和治療藥物等[17]。

3? 黑水虻幼蟲(chóng)在飼料中的應(yīng)用

當(dāng)前黑水虻幼蟲(chóng)活體價(jià)格在3 500元/t左右，用餐廚垃圾生產(chǎn)的黑水虻幼蟲(chóng)干的生產(chǎn)成本目前為5 400～6 000元/t，黑水虻幼蟲(chóng)干的市售價(jià)則在6 000～8 000元/t[21]。根據(jù)中國(guó)飼料行業(yè)信息網(wǎng)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，2023年2月62％～68％的進(jìn)口魚(yú)粉價(jià)格在12 700～13 800元/t，國(guó)產(chǎn)魚(yú)粉的價(jià)格在12 000元/t左右。因此，在不影響畜禽生產(chǎn)性能和健康狀況的前提下，以黑水虻幼蟲(chóng)粉替代日糧中的魚(yú)粉，不但可以降低飼料成本，擴(kuò)大飼養(yǎng)效益，而且還能緩解魚(yú)粉供給緊張。其次，從黑水虻蟲(chóng)干的生產(chǎn)成本和市場(chǎng)售價(jià)來(lái)看，養(yǎng)殖黑水虻也有利潤(rùn)空間。

3.1 在家禽飼料中的應(yīng)用

趙燕等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在日糧中添加2％～6％的黑水虻幼蟲(chóng)干，不會(huì)影響肉雞的生產(chǎn)性能和器官指數(shù)，而且可以改善肉雞腸道絨毛形態(tài)，提高雞肉中蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪酸的含量。王斌等[23]研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加3％～6％黑水虻幼蟲(chóng)干，可以提高46～53周齡蛋雞所產(chǎn)雞蛋的品質(zhì)，還可以通過(guò)提高蛋雞的免疫功能、改善健康狀況來(lái)提高產(chǎn)蛋性能。車(chē)彥卓等[24]研究發(fā)現(xiàn)，用黑水虻蛋白替代日糧中的豆粕，并使日糧粗蛋白水平降低至14.85％，對(duì)雞蛋蛋清的品質(zhì)無(wú)不良影響。除肉雞和蛋雞外，有研究表明，在番鴨日糧中添加3％～5％的黑水虻幼蟲(chóng)粉，對(duì)肉鴨生長(zhǎng)性能、屠宰性能均無(wú)顯著影響[25]。此外，研究表明，日糧中添加黑水虻還能夠改善禽蛋品質(zhì)。在蛋雞生產(chǎn)中，用1％或5％的黑水虻幼蟲(chóng)粉替代日糧中的魚(yú)粉，可顯著提高360日齡蛋雞所產(chǎn)雞蛋的蛋殼質(zhì)量，改善蛋品質(zhì)和風(fēng)味[26]，用一定比例的黑水虻幼蟲(chóng)粉替代28～43周齡蛋雞日糧中的豆粕，能顯著提升蛋黃色度[27]，蛋品質(zhì)改善的原因可能是黑水虻幼蟲(chóng)粉含有較高水平的類(lèi)胡蘿卜素和生育酚，從而可提高蛋雞的生產(chǎn)性能和蛋品質(zhì)[28]。

3.2 在豬飼料中的應(yīng)用

黑水虻除了應(yīng)用于家禽飼料外，還可用于豬飼料中，用于替代仔豬飼料中常用的魚(yú)粉和噴霧干燥血漿蛋白粉。研究發(fā)現(xiàn)，在仔豬日糧中添加2％的黑水虻幼蟲(chóng)粉，不會(huì)對(duì)仔豬生長(zhǎng)性能產(chǎn)生負(fù)面影響[29]；陳巍等[30]研究發(fā)現(xiàn)，用黑水虻幼蟲(chóng)粉替代仔豬日糧中的魚(yú)粉和噴霧干燥血漿蛋白粉，不會(huì)影響仔豬的生長(zhǎng)性能。王斌等[31]研究發(fā)現(xiàn)，等能等氮的條件下在仔豬日糧中添加2％或3％的黑水虻幼蟲(chóng)粉不會(huì)影響仔豬的生長(zhǎng)性能，添加1％的黑水虻幼蟲(chóng)粉可以顯著提高仔豬的生長(zhǎng)性能，降低料肉比。豐富的細(xì)菌群落與腸道健康狀況緊密相關(guān)，而較低的細(xì)菌多樣性以及代謝、免疫和腸道保護(hù)功能的降低與多種疾病有關(guān)，生長(zhǎng)豬日糧中添加4％黑水虻幼蟲(chóng)粉，能夠通過(guò)改善生長(zhǎng)豬腸道微生物區(qū)系組成，提高豬腸道黏膜免疫穩(wěn)態(tài)，增加肝臟、胰臟和小腸等內(nèi)臟器官的重量，提高血液中總蛋白、球蛋白和白細(xì)胞介素等免疫指標(biāo)的水平[32]。黑水虻幼蟲(chóng)粉對(duì)仔豬生長(zhǎng)性能和腸道免疫功能的積極作用可能與其富含抗菌肽、己二酸和幾丁質(zhì)等抗菌物質(zhì)有關(guān)。幾丁質(zhì)是黑水虻蟲(chóng)體中天然存在的一種多糖，不易降解，但易被小腸吸收，且可被腸道微生物發(fā)酵。相關(guān)研究證實(shí)，幾丁質(zhì)可以恢復(fù)腸道微生物群落的組成平衡，此外幾丁質(zhì)或衍生物也有抗病毒、抗腫瘤、抗菌活性[33]。由此可見(jiàn)黑水虻幼蟲(chóng)粉可以部分替代豬飼料中的魚(yú)粉。

3.3 在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用

在魚(yú)飼料中，黑水虻幼蟲(chóng)粉主要用于替代魚(yú)粉。陳曉瑛等[34]研究發(fā)現(xiàn)，用黑水虻幼蟲(chóng)粉替代飼料中10％～30％的飼用魚(yú)粉，不會(huì)影響黃顙魚(yú)幼魚(yú)的生長(zhǎng)性能；替代比例超過(guò)30％后，會(huì)降低黃顙魚(yú)幼魚(yú)的生長(zhǎng)性能；10％～30％的替代比例能夠降低黃顙魚(yú)血清中谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶的活性，以及尿素和甘油三酯的含量。胡俊茹等[35]研究發(fā)現(xiàn)，等能等氮條件下，用黑水虻幼蟲(chóng)粉替代飼料中10％～50％的飼用魚(yú)粉，對(duì)鱸魚(yú)幼魚(yú)的終末體重、增重率、特定生長(zhǎng)率、攝食量、蛋白質(zhì)效率、飼料系數(shù)以及存活率均未產(chǎn)生顯著影響。除了魚(yú)飼料外，黑水虻還能用于蝦的飼養(yǎng)。用10％～30％的黑水虻幼蟲(chóng)粉替代凡納濱對(duì)蝦飼料中的魚(yú)粉，能促進(jìn)幼蝦的生長(zhǎng)，其中替代水平為15％時(shí)，凡納濱對(duì)蝦生長(zhǎng)性能最佳[36]。綜上，黑水虻在水產(chǎn)飼料上也有相當(dāng)大的應(yīng)用潛力。

4? 總結(jié)與展望

在蛋白質(zhì)原料供給愈發(fā)緊張、生態(tài)環(huán)境保護(hù)態(tài)勢(shì)日益嚴(yán)峻的當(dāng)下，用黑水虻幼蟲(chóng)處理畜禽糞便，不但能做到糞便資源化利用，緩解蛋白質(zhì)原料供應(yīng)日趨緊張的局面，而且還能保護(hù)環(huán)境，減少污染，做到節(jié)能減排，資源循環(huán)利用。黑水虻作為生物資源，其開(kāi)發(fā)與利用的潛力十分巨大。但是，目前黑水虻幼蟲(chóng)的資源化利用仍有一些需要深入研究和解決的問(wèn)題。例如，以不同有機(jī)廢棄物基質(zhì)為食物產(chǎn)出的黑水虻幼蟲(chóng)存在生產(chǎn)加工以及儲(chǔ)存的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題、黑水虻幼蟲(chóng)粉品質(zhì)保證以及安全檢測(cè)問(wèn)題、幼蟲(chóng)粉作為部分畜禽飼料原料其氨基酸平衡性問(wèn)題、脂肪酸含量過(guò)高等。因此，針對(duì)黑水虻幼蟲(chóng)生物轉(zhuǎn)化機(jī)理、加工工藝、實(shí)踐應(yīng)用的相關(guān)研究仍在繼續(xù)。筆者相信，在進(jìn)一步探明黑水虻對(duì)廢棄有機(jī)物的轉(zhuǎn)化機(jī)制，以及優(yōu)化產(chǎn)品加工工藝后，黑水虻加工產(chǎn)物終將投入實(shí)際生產(chǎn)，解決當(dāng)前困擾畜牧養(yǎng)殖行業(yè)的痛點(diǎn)問(wèn)題。

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