进境小麦下脚料养殖黑水虻幼虫的饲料配比研究

袁志能，徐 浪，尤珂珂，王冰洋，李 萍，黄庭发，余道坚*，周 强

(1.中山大学生命科学学院，广州 510275；2.深圳海关动植物检验检疫技术中心，深圳 518045)

粮食危机时刻威胁人类的生存和发展，农业用地与饲料用地之间的竞争就是粮食危机的体现。利用昆虫将常规废弃物再利用，即通过昆虫将常规废弃物转化为蛋白等资源，用于替代牲畜饲料中的蛋白成分，可缓解粮食危机，有广阔的应用前景(van Huis，2013)。进境小麦下脚料是对从国外进境的大宗小麦原粮进行工业加工过程中所产生的残渣、碎粒、麦麸麸皮废弃物以及机器收割带来的其他植物残体、杂草籽和尘土砾石等，不可避免的会掺入或附着植物病原菌及杂草种子。进境小麦加工残余下脚料存在重大的检疫风险，有可能把国外的检疫性病虫杂草引入国内生态环境。目前国内普遍采用焚烧、掩埋等方式进行检疫灭活处理，而没有进行再利用。国际谷物理事会(IGC)2019年1月发布的谷物市场报告中，2017/18年度全球的小麦总产量为7.67亿吨。麦麸在小麦籽粒重量中约占15%(Hemery，2010)，全球一年可产生约1.15亿吨小麦下脚料。相比于小麦麦粒及商品成品，其工业和商业价值较低，但仍有一定的营养价值。研究检疫灭活处理后进境小麦下脚料资源的再利用，可以解决下脚料直接弃置造成的环境问题，还可通过物质转化实现资源的循环利用。

养殖昆虫是一种极具潜力的废弃资源利用方法(Boveraetal.,2016)。昆虫体型小、营养成分高且对生活环境影响低；养殖昆虫产生的温室气体以及氨气等刺激性气味较少，又能高效的把饲料转化为有机物，如蛋白质、脂肪等(Makkaretal.,2014)；昆虫可由多种传统废弃资源进行养殖，无需耗用大量土地资源，无需与人类竞争本已有限的自然资源(Dieneretal.,2011)。目前已被用于资源利用的昆虫有黑水虻Hermetiaillucens、大头金蝇Chrysomyiamegacephala、家蝇MuscadomesticaL.、黄粉虫Tenebriomolitor等(van Huis，2013；Wang and Shelomi，2017)。

黑水虻是亮斑扁角水虻的俗称，隶属于双翅目水虻科扁角水虻属，最早由Linnaeus于1738年描述并定名。黑水虻是一种重要的资源昆虫，幼虫食性广、生长速度快，在27℃的室内培养条件下，整个幼虫生长历期约22～24 d(刘学林，2011)；幼虫在自然界经常会以动物粪便或尸体和腐烂的有机物为食(Nguyenetal.,2015)。由于黑水虻幼虫食性宽泛，易于饲养，体内含有较高含量的蛋白质以及油脂，其幼虫已用于多种传统废弃物的处理和资源再利用。黑水虻幼虫蛋白作为饲料成分喂养畜禽，可以部分替代动物源蛋白，并确保畜禽正常生长发育(Sophieetal.,2007；喻国辉等，2009；Rehmanetal.，2017)。黑水虻幼虫蛋白作为饲料饲喂肉鸡可提高肉鸡的非特异性免疫，可以提高肉鸡对沙门氏菌的抵抗能力和存活率(刘学林，2011；Schiavoneetal.,2016；Leeetal.,2018)；用黑水虻蛋白喂养鲤鱼对鲤鱼的生长无不良作用，不同黑水虻蛋白成分替代饲料对鲤鱼的生长性能未产生显著性变化(刘世胜，2016)；将黑水虻蛋白替代仔猪饲料血浆蛋白进行喂养仔猪，猪的生长性能及应激反应等各项指标无明显差异(陈巍等，2017)。

由于黑水虻幼虫具有杂食性、生存能力强、生长时间短以及其营养成分高的特点，目前已有大量研究将黑水虻用于分解废弃物质，如牲畜粪便、餐厨余和蔬菜水果垃圾等富含粗蛋白和粗植物纤维的废弃物(吕凯等，2001；吴爽，2016)，小麦下脚料和大豆下脚料与该类废弃物成分相近，但利用黑水虻处理进境小麦下脚料相关研究仍未见报道。本研究采用室内定量投喂的饲养方法，对黑水虻的存活率、预蛹率、黑水虻的体重等数据对比，选出最佳的黑水虻幼虫饲养配方，进而实现对小麦下脚料的资源再利用。

1 材料与方法

1.1 供试虫源

实验所用黑水虻幼虫由生物源生物技术(深圳)股份有限公司提供，以餐厨余垃圾作为黑水虻幼虫孵化开口料。

1.2 供试材料

进境小麦下脚料由深圳海关动植物检验检疫技术中心提供，主要成分为麦麸麸皮以及小麦碎粒；大豆下脚料由深圳光明维他奶公司提供。

1.3 实验器材

电子天平[Sartorius BSA423S (0.001 g～420 g)]、量筒(100 mL)、粉碎机(Blender HGB550)、烘箱(Binder ED-115)、市售带盖塑料餐盒[底径(5.5 cm)×高(5 cm)×顶径(7 cm)]、培养皿(直径9 cm)、网筛、吸水纸、冰箱、昆虫解剖针。

1.4 实验方法

1.4.1黑水虻幼虫饲料配制

用电子天平按配比称取大豆下脚料、小麦下脚料，加入市售带盖塑料餐盒，按表1饲料配方配制饲料，每个处理重复3次；将称取完成的饲料底料进行混合均匀，至盒内未有可见白色大豆下脚料板结块为宜；用100 mL量筒称取75 mL无菌水加入至混合均匀的饲料底料中，配制成含水率为60%的饲料。

表1 黑水虻幼虫的小麦下脚料饲料配方Table 1 Wheat offal feed formula of black soldier fly larvae

1.4.2黑水虻幼虫饲养

将孵化5 d的黑水虻幼虫计数，挑取体型大小相近的黑水虻幼虫进行分组，每组50头，分别加入至已经配制好的餐盒中，每个饲料配方3个重复，盖上用昆虫解剖针扎孔的餐盒盖子，防止黑水虻幼虫爬离餐盒；将加入黑水虻幼虫的餐盒放置于室内透光处，温度约25℃，无其他因素(如老鼠、捕食性昆虫、家蝇等双翅目昆虫)影响的地方，以防影响实验准确性；每隔24 h对实验材料进行观察，避免因人为因素致使实验失败。

1.4.3虫体及数据收集

饲养10 d后，用实验室常用镊子将黑水虻幼虫从饲料底料中夹取分离，置于直径为9 cm的培养皿中，做好标记，并记录各组的黑水虻幼虫数量以及预蛹数量；将分离出来的黑水虻幼虫用水清洗，洗干净其表面附着物，而后用吸水纸吸干黑水虻幼虫表面水分，用电子天平称取黑水虻幼虫鲜重，记录幼虫鲜重以及预蛹数。

1.4.4黑水虻幼虫及虫粪烘干处理

将黑水虻幼虫置于-20℃冰箱灭活5 min，然后放置于烘箱(Binder ED-115)，以105℃进行48 h，烘干完成后，用电子天平称取黑水虻幼虫干虫重量，每个处理3个重复；将养殖完成后的小麦下脚料的饲料底料混合物(虫粪)置于烘箱烘干，以120℃进行48 h，烘干后记录其残余干重，每个处理3个重复。

1.4.5黑水虻幼虫干虫营养成分检测

烘干后的黑水虻干虫收集分装，用于营养组分检测，检测蛋白、脂肪以及灰分成分，委托广东省测试分析研究所进行检测；蛋白质含量检测参照GB 2009.5-2016中第一法、脂肪含量参照GB 2009.6-2016中第一法、灰分含量检测参照GB2009.4-2016中第一法。

1.5 数据分析与统计

实验数据统计及作图用GraphPad Prism 7.00(GraphPad Software，美国)进行，用One-Way ANOVA对实验数据进行差异性分析，以P<0.05作为显著性差异检验值。

2 结果与分析

2.1 不同饲料底料配比对黑水虻幼虫的生存和发育的影响

不同含量进境小麦下脚料的饲料对黑水虻的存活率无明显影响，各组别幼虫的存活率皆高于95%，以70%组别的黑水虻幼虫存活率最低(96.67%)，其余4组的黑水虻幼虫存活率皆不低于98%(图1A)。用单因素方差检验对各组数据之间进行差异性检验，以P<0.05作为显著差异性指标，各组之间无显著差异性。不同小麦下脚料含量的组别养殖下，5日龄黑水虻幼虫养殖10 d后进入预蛹阶段的幼虫占比未随饲料中小麦下脚料的含量变化而呈现规律性的变化；小麦下脚料含量80%的组别黑水虻幼虫进入预蛹期的占比最高(61.95%)，而70%的组别最低(36.49%)，用单因素方差检验对预蛹率各组数据之间进行差异性检验，以P<0.05作为显著差异性指标，结果显示各组之间无显著性差异(图1B)。

2.2 黑水虻幼虫在不同含量的小麦下脚料饲料中的生长能力

小麦下脚料含量50%和60%的组别所养殖黑水虻幼虫单体鲜重高于其他3组，两组皆与90%的组别所得黑水虻幼虫单体鲜重具有显著性差异，而与70%和80%的组别没有显著差异；小麦下脚料含量70%和80%的组别低于50%和60%两组而高于90%的一组，但与3组皆无显著性差异(图2A)。同时，黑水虻幼虫的单体鲜重随着饲料中小麦下脚料含量的增加而有所降低。

图1 黑水虻幼虫存活率及预蛹率Fig.1 Survival rate and prepupal rate of black soldier fly larvae注：A，黑水虻幼虫的存活率；B，黑水虻幼虫的预蛹率，bar值为标准误，各组数据经过单因素方差检验，以 P<0.05为显著性差异检验值，不同字母的数据代表数据之间具有显著性差异。Note:A,Survival rate of black soldier fly larvae;B,Prepupal rate of the larvae of black soldier fly.Bar value in the figure is the standard error.Data of each group were tested by one-way ANOVA,P<0.05 was considered as the significant difference test value.The data with different letters represented the significant difference between the data (P<0.05).

以混合饲料所养殖的黑水虻幼虫单体干重随着饲料中小麦下脚料的含量增加而减少，其中小麦下脚料含量50%的组别所养殖的黑水虻幼虫单体干重最大，达到0.081 g，而小麦下脚料含量90%的组别所养殖的黑水虻幼虫单体干重最小，为0.059 g(图2B)。从差异性分析来看，小麦下脚料含量不同的组别所养殖的黑水虻幼虫单体干重主要分为3个集群，小麦下脚料含量为50%和60%的组别、小麦下脚料含量为60%、70%和80%的组别以及小麦下脚料含量为70%、80%和90%的组别，在3个集群中，组别两两之间无显著性差异；小麦下脚料含量为50%和60%的组别均与小麦下脚料含量为90%的组别呈现出显著性差异(图2B)。

黑水虻幼虫的干重含量，所体现的是不同饲料配比所养殖的黑水虻幼虫的干物质占鲜重含量，其数值越高，表明黑水虻幼虫干物质越高，所能再利用的价值便越高。各组别所养殖出的黑水虻做出干重占比均高于30%，小麦下脚料含量为50%和60%的两个组别的黑水虻幼虫干重率均超过34%，其他3组均在34%以下，小麦下脚料含量为90%的组别数值最低，为31.57%(图2C)。从差异性分析来看，小麦下脚料含量为50%和60%的组别之间并无显著性差异，但小麦下脚料含量为50%的组别所养殖黑水虻幼虫干重率较高于小麦下脚料含量为60%的组别；小麦下脚料含量为70%和80%的组别处于同一水平，且与小麦下脚料含量为90%的组别无显著性差异(图2C)。

2.3 黑水虻幼虫对不同含量的小麦下脚料饲料的利用能力分析

小麦下脚料含量为50%和60%的组别的饲料减少量高于其余3组，并与其它3组达到显著差异的水平(图3)。而50%的组别又稍高于60%的组别，两组之间无显著性差异；小麦下脚料含量为70%和80%的组别处于同一水平，高于40%而低于45%，两组之间无显著性差异，与其他3组皆具有显著性差异；小麦下脚料含量为90%的组别其饲料干物质减少量最少(37.87%)，与其他组别均具有显著性差异(图3)。

2.4 不同含量小麦下脚料饲养黑水虻干虫营养成分分析

小麦下脚料含量不同的组别所养殖出的黑水虻幼虫干虫的蛋白含量皆维持于45%左右，波动幅度在2%以内，且各组别蛋白含量并未随饲料成分变化而呈现出规律性变化(表2)。小麦下脚料含量不同的组别所养殖出的黑水虻幼虫干虫的脂肪含量差异较大，小麦下脚料含量50%的组别所养殖出的黑水虻幼虫干虫的脂肪含量最高(31.47%)，与小麦下脚料含量90%组别所养殖出的黑水虻幼虫干虫的脂肪含量具有显著性的差异，与其余3组之间无显著性差异，且脂肪含量随着饲料成分的变化而变化。小麦下脚料含量越高，脂肪含量则越低，表明黑水虻幼虫体内的脂肪含量可通过饲料成分的调整而变化。黑水虻体内灰分含量随饲料成分的变化而改变，总的趋势看，随饲料中小麦下脚料的增加而增加，在小麦下脚料含量为90%组别所饲养的黑水虻幼虫中灰分含量最高(5.9%)，与50%的组别具有显著性差异，与其它3组无显著性差异。表明黑水虻幼虫的生长受饲料的影响，其体内灰分含量可通过饲料成分的改变而改变，饲料中小麦下脚料的含量越高，则其体内所含的无机物质越多。

图2 不同比例小麦下脚料饲料对黑水虻幼虫重量的影响Fig.2 Effect of different proportion of wheat scraps feed on the weight of black soldier fly larvae注：A，黑水虻幼虫的单体鲜重；B，黑水虻幼虫烘干后的单体重量；C，黑水虻幼虫干重占鲜重比率。图中bar值为标准误，用单因素方差分析对各组数据进行检验，以 P<0.05作为显著性差异指标，不同字母的数据代表数据之间具有显著性差异(P<0.05)。Note:A,Individual weight of black soldier fly larvae;B,Individual dried weight of black soldier fly larvae;C,Percentage of dry weight of larvae of black soldier fly.The bar value in the figure is the standard error,and the data of each group were tested by one-way ANOVA.P<0.05 was used as the significant difference index.The data with different letters represented the significant difference between the data (P<0.05).

图3 不同比例黑水虻饲料的消解量 Fig.3 Percentage of feed digestion of different feed注：Bar值为标准误，以单因素方差检验进行差异性分析，以 P<0.05作为显著性差异指标，不同字母的数据代表数据之间具有显著性差异(P<0.05)。Note:Bar value is a standard error,and one-way ANOVA is used for difference analysis.P<0.05 is used as the significant difference index,and data with different letters represent significant differences between data (P<0.05).

表2 黑水虻幼虫干虫营养组分分析Table 2 Nutritional composition analysis of the dry insect of black soldier fly larvae

注：数据为平均值±标准误，数据后小写字母为方差分析检验结果，同一列中具有不同字母的数据代表该数据之间具有显著性差异(P<0.05)。Note:The data in the above table are means±standard error,and the letters after the data are the test results of ANOVA.The data with different letters in the same column means that there is a significant difference between the data (P<0.05).

3 结论与讨论

黑水虻幼虫可将多种有机物转化为生物资源(Jeonetal.,2011；Parraetal.,2015；Wang and Shelomi，2017)。许多研究用黑水虻幼虫处理牲畜粪便及餐厨余废弃物，再进一步利用黑水虻幼虫作为饲料蛋白源(Newtonetal.,2005；喻国辉等，2009)。本研究利用检疫风险高且难以再利用的进口小麦下脚料为主要饲料成分，配制成黑水虻幼虫饲料，从而将小麦下脚料进行废弃资源再利用。饲养结果表明，黑水虻幼虫在所配制的各组饲料中存活率皆较高，且各组之间的黑水虻幼虫在经过相同时间养殖后，黑水虻幼虫的预蛹率并无显著性差异，表明黑水虻幼虫的生存能力及抗逆性较强，与Holmes等人(2012)结果一致。从黑水虻幼虫干虫的成分分析来看，用进境小麦下脚料饲养的黑水虻幼虫体内蛋白含量约是45%，脂肪含量最高可达31.47%，灰分含量为5%～6%，与Newton(2005)用猪粪和牛粪饲养的黑水虻成分相比，其蛋白含量稍高，而灰分和脂肪含量稍低，且比常规蛋白饲料豆粕的44.2%蛋白含量稍高，表明以进境小麦下脚料饲养的黑水虻幼虫用作饲料蛋白源具有可行性。

从黑水虻幼虫鲜重、干重与饲料降解量来看，小麦下脚料含量为60%的组别具有最佳的养殖效果，与小麦下脚料含量70%、80%、90%的组别相比，该组别养殖所得黑水虻幼虫重量最高，干重和干重率亦高于该3组。小麦下脚料含量为60%的组别经过养殖后，饲料降解量为46.83%，比小麦下脚料含量70%、80%、90%的组别最少高4%，达到差异显著的水平。而与小麦下脚料含量为50%的组别相比，小麦下脚料含量为60%的组别所养殖得到的黑水虻幼虫鲜重更大，干重和干重率稍低，无显著性差异，饲料降解量略低于小麦下脚料含量为50%的组别的48.35%，无显著性差异。但小麦下脚料含量为60%的组别其饲料底料中所用小麦下脚料比小麦下脚料含量为50%的组别饲料底料中小麦下脚料含量多10%，即对目标降解物小麦下脚料含量更多。从干虫营养成分而言，小麦下脚料含量为60%的组别养殖所得的黑水虻干虫中蛋白质含量最高，油脂含量仅稍低于小麦下脚料含量为60%的组别，灰分含量仅5.5%。综上所述，小麦下脚料含量为60%饲料用于养殖黑水虻幼虫能够保证黑水虻幼虫的生长条件下，消耗更多的小麦下脚料，养殖所得的黑水虻幼虫蛋白含量最高，脂肪较高，而灰分含量处于中间水平，用作牲畜的饲料替代蛋白，优于其他配比饲料。

本研究利用进口小麦下脚料养殖资源昆虫黑水虻，以黑水虻幼虫的多项生理数据作为指标，研究黑水虻幼虫在进境小麦下脚料不同含量的情况下其生长能力及降解效果，进而获得养殖黑水虻幼虫的最佳配方。当小麦下脚料含量为60%时，其配方饲料用于养殖黑水虻幼虫具有更好的产出，其蛋白含量最高，脂肪含量较高，该配方在为了获得更多的黑水虻幼虫的条件下，尽可能地消解小麦下脚料。在大规模饲养时，饲料内部可能因板结致使水分缺失，可能对黑水虻幼虫生长有消极影响，这是大规模的黑水虻饲养可能面临的问题；试验未能将饲料完全消解，如何把残余虫粪充分利用是下一步亟待解决的问题。