黑水虻幼虫氨基酸及其微量元素分析

蔡 腾，李嘉希，李志强，毛 洪，李喜贵，单体江*

(1. 华南农业大学林学与风景园林学院/广东省森林植物种质创新与利用重点实验室，广州 510642；2. 广东省科学院动物研究所，广州 510260；3. 四川汇达通机械设备制造有限公司，成都 611230；4. 广州市中科微量元素科学研究院，广州 510075)

黑水虻Hermetiaillucens，又称亮斑扁角水虻，隶属于双翅目Diptera水虻科Stratiomyidae扁角水虻属Hermetia，原产于南美洲，目前在世界大部分地区都有分布，在我国主要分布在广东、海南、云南、四川、河北和湖北等省(柴志强等，2012；纪佳雨等，2020)。目前，对于黑水虻的研究主要集中在资源化利用和饲料替代等方面。资源化利用主要是利用其幼虫处理人和畜禽的粪便、餐厨垃圾等，处理后的剩余物质能够被用作有机肥(Lalanderetal., 2015; Mohd-Nooretal., 2017; 姜慧敏等，2020)。黑水虻能充分消解有机废弃物并进行转化，对废弃物中的重金属、抗生素和致病菌等均具有降解作用(梅瀚杰等，2019)。黑水虻可以将废弃物中高浓度黄曲霉毒素B1进行生物降解和利用(梁婷婷等，2020)；对大肠杆菌、鼠伤寒沙门氏菌产生体液免疫分子(姜慧敏等，2020)；其抗菌肽粗提物对HCT-8细胞较为敏感，在结肠癌药物的研发中具有良好的前景(冯群等，2020)。在饲料替代方面，黑水虻幼虫不仅含有丰富的粗蛋白和脂肪，还含有丰富的必需氨基酸与微量元素，同时还能提取几丁质和抗菌肽等生物活性物质，可作为动物饲料或饲料添加剂使用，是一种优质蛋白质饲料原料(Elhagetal., 2017; Seccietal., 2018; Danielietal., 2019; Liuetal., 2019)。近年来，黑水虻作为动物饲料原料被广泛用于农业和畜牧业。在饲粮中添加黑水虻幼虫粉饲喂猪、鸡、鹌鹑、鱼类、生猪和虾类，可以提高其生长性能或营养价值(Cumminsetal., 2017; Dabbouetal., 2018; Mawaddahetal., 2018; Xiaoetal., 2018; 余苗等，2020；张金金等，2020)。

微量元素是构成动物的必需成分，微量元素的添加对完善饲料营养成分、提高饲料效率和促进动物生长发育及维护健康具有积极的作用(胡俊茹等，2017)。黑水虻幼虫中的蛋白质和氨基酸含量高，营养价值丰富，但是具体含量却因黑水虻幼虫摄食不同基质而有所差异。目前对于采食餐余垃圾的黑水虻幼虫氨基酸和微量元素报道较少，为更好的开发和利用黑水虻幼虫资源，本研究以一种采食餐余垃圾的黑水虻幼虫为研究对象，采用多种分析技术检测黑水虻幼虫氨基酸和微量元素的组成及含量，以期为黑水虻幼虫作为营养补充剂提供数据支持，为黑水虻幼虫资源的进一步开发和利用提供重要的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

黑水虻幼虫由四川汇达通机械设备制造有限公司提供，喂养基质为餐余垃圾。黑水虻6龄幼虫，在用于烘干之前停止喂食1 d；烘干温度为80℃，干燥后的幼虫经粉碎机磨成粉后，在4℃条件下密封保存备用。

1.2 方法

精确称取黑水虻幼虫粉30 g，其中蛋白质含量的测定采用中华人民共和国国家标准(GB 5009.5-2016)中的凯氏定氮法，黑水虻幼虫氨基酸的测定是参照中华人民共和国国家标准(GB 5009.124-2016)中的方法进行，采用氨基酸分析仪(茚三酮柱后衍生离子交换色谱仪)测定黑水虻中的16种水解氨基酸，具体测定过程不再详叙。黑水虻幼虫中的元素分析采用ICP-MS半定量分析法，精确称取黑水虻幼虫粉0.4123 g，加10 mL硝酸微波处理；定溶至25 mL，而后用ICP-MS上机测定。

2 结果与分析

2.1 黑水虻幼虫蛋白质和氨基酸分析

采用凯氏定氮法测定黑水虻幼虫中蛋白质的含量，结果为40.60 g/100 g。黑水虻幼虫氨基酸的组成及含量测定结果如表1所示。在测定的16种氨基酸中含量最高的是谷氨酸(GLU)，为4.88 g/100 g，其次是天冬氨酸(ASP)，含量为3.31 g/100 g；此外，甘氨酸(GLY)、丙氨酸(ALA)、缬氨酸(VAL)、亮氨酸(LEU)、酪氨酸(TYR)、赖氨酸(LYS)和脯氨酸(PRO)的含量均超过2.00 g/100 g，其他氨基酸的含量在2.00 g/100 g以下。在分析的氨基酸中，必需氨基酸有9种，含量为16.76 g/100 g，非必需氨基酸有7种，含量为19.40 g/100 g，必需氨基酸在所有氨基酸中的占比为46.35 %，16种水解氨基酸的总和为36.16 g/100 g。

2.2 黑水虻幼虫微量元素分析

黑水虻幼虫作为饲料或饲料补充剂，不仅含有丰富的蛋白质和脂肪等营养成分，其丰富的微量元素对改善饲料营养成分具有重要意义，同时对提升动物生长发育速率与维护动物健康具有积极的作用。本研究采用ICP-MS半定量分析法测定黑水虻幼虫中的微量元素，其结果如表2所示。从黑水虻幼虫中共分析和检测到28种微量元素，其中含有较多的微量元素有4种，钙元素的含量最高，为25 787 mg/kg，其次是K、Na、Mg和Fe，含量分别为7 684、1 358、964和317 mg/kg；Al、Zn、Sr和Mn的含量在20～100 mg/kg之间，含量分别为98、69、53和25 mg/kg；其他微量元素的含量均在10 mg/kg以下。此外，黑水虻幼虫中Ag、Sn和Sb的含量均小于0.1 mg/kg，Hg的含量小于0.05 mg/kg。同时也含有一定量的Cr、As、Cd和Pb，其含量分别为：0.10、0.23、0.13和0.96 mg/kg。根据我国现行的饲料卫生标准(GB 13078-2017)，黑水虻幼虫中有害元素的含量均低于标准中规定的限量要求，符合饲料卫生标准。

表2 黑水虻幼虫微量元素分析结果

3 结论与讨论

本研究结果表明黑水虻幼虫中蛋白质含量高达40.60 g/100 g；氨基酸比例均衡，16种水解氨基酸的总量为36.16 g/100 g，必需氨基酸的总量为16.76 g/100 g，占总氨基酸含量的46.35 %，所有氨基酸中谷氨酸的含量最高，为4.88 g/100 g；含28种微量元素，有害元素含量均符合我国现行的饲料卫生标准(GB 13078-2017)。黑水虻虽营养丰富，但营养成分含量因养殖基质不同存在较大差异。郑丽卿等(2019)研究发现黑水虻幼虫蛋白质含量为47.30%，韩星星等(2020)测定了17种氨基酸含量，比本实验多胱氨酸，除胱氨酸之外的16种氨基酸总量为35.7 g/100 g，本研究中蛋白质的含量为40.6 g/100 g，为40.60%，16种水解氨基酸的总量为36.16 g/100 g，与文献报道基本一致。

黑水虻幼虫中的氨基酸比例均衡，谷氨酸和天冬氨酸可赋予食物更好的风味和口感(黄超等，2018)；赖氨酸可促进脂肪代谢，使动物的肉质更加鲜美；甲硫氨酸可以使禽类羽毛丰满，且有助于动物各项器官的发育，更好的抵抗疾病的侵袭(何书军，2016)；甘氨酸在家畜体内合成量低，如果雏鸡缺乏甘氨酸，可引起麻痹症及羽毛发育不良等(宋丽艳，2011)。黑水虻幼虫的氨基酸谱和鱼粉十分相似，所以黑水虻幼虫具有代替动物饲料的潜力(纪佳雨等，2020)。然黑水虻幼虫不宜作为饲料直接饲喂，应通过加工作为蛋白质替代物或者补充料添加到组合饲料中。钟明智等(2020)发现单独饲喂黑水虻幼虫粉时，多鳞白甲鱼仔鱼存活率最低，为60.00%±16.17%，补充商品饲料后存活率下降程度减弱。脱脂黑水虻虫粉替代饲料中80%的鱼粉并不影响大黄鱼的存活率，但完全替代则会显著降低存活率，而且过高替代水平(> 40%)对其生长产生负面影响(韩星星等，2020)。微量元素在动物的生长和发育过程中具有重要的作用，适量的Se可以提高家禽的抗氧化性能，增强免疫力和精子的活力(李蓉等，2019)；适量Fe和Mn参与体内载体组成和物质代谢，对预防新生动物腹泻具有重要意义；Cr具有类似胰岛素的生物活性，有助于动物体内代谢，减少应激反应，改善内分泌(单春花等，2018；范振港等，2019)；Cu是畜禽体内多种酶和激素的组成成分或激活剂(晏家友等，2016)；Zn是“生命元素”，能提高牛卵母细胞的成熟质量和体外受精胚胎的发育效率，而且能提高反刍动物对饲粮的利用率，从而促进反刍动物生长、提高繁殖性能、改善机体免疫力和增强抗病性等(俸云等，2019；李万栋等，2019)。本研究采用餐余垃圾饲喂黑水虻幼虫，但未对饲喂基质进行氨基酸和微量元素分析。幼虫所在的不同生长阶段以及饲喂基质的不同会影响黑水虻幼虫的营养成分(Liuetal., 2017; Spranghersetal., 2017)。国内外学者在研究黑水虻营养价值时，虽然对其来源、虫龄以及喂养方式作了详实的描述，但对饲喂基质的营养成分和比例均未作分析，黑水虻幼虫氨基酸和微量元素的组成和配比是否与饲喂基质的营养成分和组成有关还有待于进一步研究。本研究阐明了黑水虻幼虫中蛋白质和氨基酸以及微量元素的组成和比例，为饲料更好的配比和应用提供了理论依据。

综上所述，本研究结果有助于黑水虻幼虫粉在复合饲料中的合理配比和应用，消除饲料因氨基酸比例失衡和部分有害元素过量对禽畜产生的负面影响，为黑水虻幼虫的进一步开发和利用提供了重要的数据支撑。此外，黑水虻标准化的自动繁育体系也需要不断改进和完善，黑水虻幼虫功能性物质的提取、微生物的联合应用以及黑水虻生物安全性等方面的研究可以为黑水虻粪污资源化技术的产业化应用奠定基础。