昆虫的饲料化利用及其对生态环境的影响研究进展

2022-07-06王耀东

湖南饲料 2022年3期

王耀东

（1.湖南农业大学动物科学技术学院，湖南长沙 410125；2.湖南美可达生物资源股份有限公司，湖南浏阳 410300）

我国是养殖业大国，动物饲料产量持续增长，然而饲料原料却存在短缺问题，并且养殖过程中产生的畜禽粪便等废弃物会污染生态环境，这些都已成为我国养殖业发展的限制因素[1-3]。昆虫作为自然界中最大的动物类群，由于其丰富的动物蛋白含量，在饲料工业及畜牧养殖中备受关注[4]。目前在国内外饲料工业中使用较广泛的昆虫包括家蝇、黑水虻、黄粉虫等。这些昆虫具有成本低、繁殖速度快、营养价值高等优点，且其以畜禽粪便、餐厨垃圾等有机废弃物为食，有利于缓解畜禽养殖带来的环境污染问题，因而是一种优质的饲料资源[5-7]。本文以昆虫为研究对象，对其生物学特性、在畜禽养殖中的开发应用以及对生态环境的影响等方面进行综述，为昆虫的饲料化利用提供参考。

1 昆虫的生物学特性

黑水虻是腐生性水虻科昆虫，原产于美洲热带、亚热带等地区，后逐渐传入我国贵州、广西等。黑水虻生长周期较短，包括卵、幼虫、蛹、成虫4 个阶段，全程约35 d 左右，但生长周期会受到温度、食物和环境等的影响而有所差异，从几周到几个月不等。黑水虻卵呈长椭圆形，初产时呈淡黄色，随后颜色逐渐加深，孵化时间受温度、季节等影响为4-14 d；幼虫主要包括6个龄期，随龄期增加体色逐渐加深，末龄期幼虫即为预蛹，呈棕黑色，体长约达18 mm，幼虫期全程约15 d；蛹呈暗棕色；成虫体长12 mm 左右，灰黑翅，口器退化[8-10]。黑水虻具有良好的抗逆性，可在酒精毒性、高渗透压等不良环境下生存，养殖相对简单。值得注意的是，由于黑水虻缺乏功能性口器，不在有机废弃物上产卵，所以不会携带及传播病原微生物，对生态环境无影响[11-13]。黑水虻对有机废弃物的转化利用效率较高，邓舟等[14]以厨余垃圾养殖黑水虻幼虫，结果表明，养殖8 d 后，厨余垃圾减重率为43.13%-55.92%，料虫转化率为62.92%-85.74%。雷明港等[15]报道黑水虻幼虫对鸡粪、猪粪的干物质转化率分别为29.28%、28.76%，且转化效率受温度的影响。

家蝇在我国畜牧养殖中使用广泛。家蝇属于双翅目蝇科昆虫，广泛分布于我国各地，其生长周期也包括卵、幼虫、蛹、成虫4 个阶段[16]。家蝇生长速度快，繁殖能力强，但其生长周期在不同个体中差异较大，易受多种因素的影响。有研究发现，在供给适宜温度、食物等条件下，家蝇生长周期为12-15 d[17]。此外家蝇生长周期长短也与其品种有关。陈晓敏等[18]报道，不同地理种群孵化率、存活率、羽化率等存在明显差异，因此为保障经济效益，进行家蝇的大规模人工饲养前需选出优质品种。值得注意的是，家蝇主要生活在粪便、垃圾和有机质丰富的地方，主要以废弃有机物为食。与黑水虻不同的是，家蝇是一种卫生害虫，可携带并传播多种疾病，因而饲养时需注意加强人为干预及管控，避免造成疾病传播[19]。

2 昆虫的营养价值

近年来，粮食与饲料间的竞争愈发严重，据报道2018 年全球范围内约有三分之一的谷物用于动物饲料。动物饲料需求持续增长，饲料原料已出现严重匮乏现象，制约着养殖业的发展，因此有必要寻找其他合理的饲料资源以满足养殖需求[20-21]。昆虫是一种优质的蛋白质资源，幼虫、蛹及成虫体中均富含蛋白质。据国内外学者研究报道[22-24]，蚱蜢干物质中粗蛋白含量为29.0%-77.1%，其具体含量与物种、发育阶段以及处理加工技术等有关。黑水虻幼虫干物质中粗蛋白含量为41.1%-43.6%。家蝇幼虫干物质中粗蛋白含量为33.3%-64.0%，其含量随家蝇年龄增加而逐渐降低。黄粉虫幼虫干物质中粗蛋白含量约为44.9%-51.93%。相比于常规蛋白质饲料原料豆粕、鱼粉等，昆虫干物质中粗蛋白含量丰富、成本较低，且昆虫来源广泛，资源丰富，并具有生长周期短、繁殖能力强等优点，更适于畜禽养殖的发展。Onsongo 等[25]使用昆虫资源替代大豆和鱼粉饲养肉鸡，结果表明，相比于常规饲料饲养，昆虫饲料饲养在不影响每日采食量、每日体重增加、饲料转化率、熟胸肉的香气或味道等的情况下，成本效益比高出16.0%，投资回报率高出25.0%。

饲料日粮中氨基酸组成与动物生长关系密切，氨基酸不平衡会导致生长受限。昆虫体内的氨基酸组成平衡，其必需氨基酸的含量相对较高。Ham 等[26]报道，白星花金龟幼虫干物质中粗蛋白含量为54.2%-67.1%，其中含有8 种必需氨基酸，包括组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸和缬氨酸，必需氨基酸含量为38.45%-42.75%，相较于鱼粉等动物性蛋白饲料，含量更高。此外白星花金龟幼虫体内还富含磷酸丝氨酸、牛磺酸和γ-氨基丁酸等游离氨基酸，有利于促进动物生长及健康。Heuel 等[27]研究表明，黑水虻幼虫中蛋氨酸含量比豆粕中含量高。黄超等[28]分析发现，黑水虻幼虫中必需氨基酸含量为33.0%-34.6%，包含谷氨酸、天门冬氨酸、蛋氨酸、胱氨酸、酪氨酸以及苯丙氨酸等，含量均高于联合国粮农组织和世界卫生组织（FAO/WHO）标准。蝇蛆粉中含有17种氨基酸，其中必需氨基酸占比约为43.8%，高于鱼粉及FAO/WHO 标准的必需氨基酸含量[29]。Hong 等[30]报道，黄粉虫具有高质量和高数量的蛋白质和氨基酸谱，被认为是豆粕或鱼粉的高度可持续的蛋白质来源替代品，其蛋白质中含有18种氨基酸，包括10 种必需氨基酸，约占总氨基酸含量的40%。

昆虫中脂肪酸组成也较为丰富，其中包括高水平的不饱和脂肪酸，特别是亚油酸和α-亚麻酸等。此外昆虫脂质还含有母育酚、甾醇和类胡萝卜素等生物活性成分，对动物健康及生长有积极作用[31]。脂肪是黄粉虫中第二丰富的营养成分，富含n-6 和n-3 脂肪酸等不饱和脂肪酸[32]。Messina 等[33]报道，黄粉虫幼虫脂质含量约为26.2%，饱和脂肪酸含量约为23.7%，主要包括棕榈酸和硬脂酸，单不饱和脂肪酸约占48.1%，其中主要为油酸，多不饱和脂肪酸约占28.3%，其中主要为亚油酸，必需脂肪酸含量较高。Kim等[34]报道，黑水虻幼虫饱和脂肪酸含量为27.2%-28.7%，不饱和脂肪酸含量较高，黑水虻幼虫可以在不影响肉鸡生长性能的情况下，作为肉鸡的日粮脂肪来源替代品。蝇蛆和大麦虫干物质中粗脂肪含量分别为30.1%和41.7%，其中中长链脂肪酸含量占比最高，以棕榈酸为主，硬脂酸含量较低，可作为动物能量和必需脂肪酸的良好来源[35-36]。值得注意的是，昆虫饱和脂肪酸组成与鱼粉类似，单不饱和脂肪酸含量高于鱼粉及豆粕，其组成存在一定差异，而不饱和脂肪酸含量过高可能出现酸败影响肉品质及适口性，替代脂肪饲料时需采取措施进行调整。

除蛋白质、脂肪外，昆虫还含有较为丰富的矿物质元素，例如蝇蛆粉中含有锌、锰、镁、钠、磷等，其含量为豆粕和鱼粉中的几倍[37]。容庭等[38]分析大麦虫营养成分发现其中富含钾、磷、镁等常量元素和锌、铁等微量元素，其中常量元素含量比鱼粉和豆粕中的含量低，而微量元素含量相对较高，此外大麦虫幼虫粉中还含有鱼粉和豆粕中缺少的维生素A、维生素C 等营养物质。喻国辉等报道[39]，黑水虻幼虫及预蛹中钙、磷含量均高于鱼粉和豆粕。此外，除矿物质元素外，黑水虻幼虫还含有维生素A、B1、B2 以及C 等物质，对动物的生长性能及饲料利用有非常重要的作用[40]。黄粉虫也含有较多的磷、钾、铁、钠和钙等元素[41]。

3 昆虫在饲料中的开发应用

昆虫作为饲料资源替代品在动物养殖中的应用已取得一定进展。国内外有大量研究报道，昆虫作为饲料资源其安全性和营养价值均较好，且对动物产品质量无明显负面影响[42-44]。Kovitvadhi等[45]使用昆虫膳食饲喂肉鸡、黑肉鸡以及鹌鹑，研究结果表明昆虫物种具有巨大的潜力，可用作替代蛋白质来源，促进具有可持续性的动物生产。此外进一步分析发现，昆虫蛋白消化率明显高于植物蛋白。陈晓瑛等[46]试验结果表明，使用黑水虻幼虫粉部分替代鱼粉饲喂黄颡鱼幼鱼可以在一定程度上保护肝脏，并且不影响其生长性能和肌肉呈味氨基酸组成，具有良好应用价值。Józefiak 等[47]研究也发现，使用黄粉虫等替代鱼粉在不影响其生长性能和成活率的同时，还对其肠道功能有积极作用。昆虫替代常规饲料除可以用于水产养殖外，在畜禽养殖中也能发挥重要作用。大量研究表明，黑水虻幼虫粉等昆虫资源用于饲喂家禽和猪等动物，在不影响其生长性能和肉品质的同时，可以促进动物对营养物质的吸收，改善机体健康，其原因可能与昆虫氨基酸组成平衡以及昆虫含有几丁质等物质有关[48-50]。

4 昆虫对生态环境的影响

昆虫资源除可替代常规蛋白饲料外，也对生态环境有积极影响。昆虫摄食范围广泛，可以消化餐厨垃圾、腐烂动植物、畜禽粪便等大部分有机废弃物，被广泛应用于粪便及餐厨垃圾处理中[51]。如解慧梅等[52]报道，黑水虻处理猪粪便减重率约为61.67%～65.80%，处理效果良好。还有研究报道，黑水虻可以加速有机废弃物中药物的降解，减少有机废弃物中的药物污染[53]。

秸秆是我国农业生产中常见副产物，资源丰富，其主要是指农作物收获后残留的根、茎、叶等。据报道我国秸秆年出产量超过8 亿吨，约占世界秸秆总产量的20%-30%，但对秸秆的利用率较低，仅有少部分秸秆经加工处理后用于饲养，而大部分秸秆通常以焚烧等方法进行简单处理，不仅严重浪费资源，燃烧产生的化学气体还对环境造成了严重的污染[54]。而有研究报道[55-56]，黑水虻、家蝇等昆虫除可有效分解有机废弃物外，也可降解木质纤维素，因而昆虫的大规模养殖也有利于秸秆等的降解处理，更有利于维持生态环境。