黑水虻作为水产饲料蛋白质原料的研究进展

■ 吉 红 夏 濛 胡泽超

（西北农林科技大学动物科技学院，陕西杨凌 712100）

2020 年，全球水产养殖产量达到了1.226 亿吨[1]，且其未来市场将继续增长，这意味着需要生产足够的水产饲料来满足养殖产业发展需求，也就对饲料蛋白质来源提出了更高的要求。传统上，这种需求主要通过鱼粉和植物蛋白源来满足[2]。鱼粉具有营养丰富、适口性好、消化吸收率高等优点，一直是水产饲料最重要的优质蛋白源，特别在肉食性水产动物饲料中，鱼粉被认为不可或缺。然而，长期过度捕捞及海洋环境污染导致渔业资源日益衰竭，鱼粉产量逐年下降，市场价格迅速上涨，因此，鱼粉在水产养殖中的使用变得不再可持续[3]。豆粕产量高，氨基酸组成相较于其他植物性蛋白（棉籽粕和菜籽粕等）更为均衡，且适口性好和消化率高，在水产动物配合饲料中被广泛应用。近年来，豆粕价格上涨，供应不稳定问题突出[4-5]，此外，豆粕还存在易诱发水产动物肠道炎症，低适口性和含抗营养因子等缺陷[6-8]，影响了其在水产饲料中的正常使用。因此, 迫切需要开发营养价值丰富、生产可持续、成本低廉的新型蛋白源，以替代鱼粉、豆粕等传统原料。

昆虫具有资源丰富、可有效利用有机废弃物、饲料转化率高、水地利用率低等优点，可用于解决蛋白质缺乏和环境恶化问题[9-10]。黑水虻（Hermitia illucens）又名亮斑扁角水虻，起源于美洲热带、亚热带和温带地区，在我国华北、华南以及东南沿海地区也广泛分布，是一种典型的腐生性水虻科昆虫，其幼虫能够取食各种有机废弃物，具有繁殖力强、适应性广、生物量大、易于加工和营养全面等特点，是一种与蝇蛆、黄粉虫等齐名的资源型昆虫，也是联合国粮食及农业组织指定的资源昆虫之一[11-12]。黑水虻幼虫可以有效地将畜禽粪便、生活餐厨垃圾等有机废物转化为富含蛋白质和脂肪的生物质，还可作为生物柴油和几丁质等特殊原料的生产来源[11]，其开发利用有效地响应了国家碳排放政策以及可持续发展战略，可产生较高的经济效益及生态效益。黑水虻幼虫虫体含有丰富的蛋白质和脂肪，一般虫粉干物质中含有 35%～45%的粗蛋白，10%～40%的粗脂肪，脱脂后虫粉的蛋白水平高达56.9%，具有与鱼粉相似的必需氨基酸模式[13]，某些必需氨基酸（包括赖氨酸和蛋氨酸等）的含量高于豆粕[14-15]，作为水产动物饲料蛋白源具有广泛的应用前景[14，16]。2017 年，欧盟委员会法规中提出有七种昆虫的加工动物蛋白产品可用于水产饲料中，其中就包括黑水虻[17]。文章综述了黑水虻的营养价值、影响黑水虻生产的因素及不同形式黑水虻蛋白质原料在水产饲料中的应用研究进展，并就黑水虻资源开发应用所关注的问题进行了讨论。

1 黑水虻的生物学特性

黑水虻是完全变态发育的昆虫，其生命周期由卵、幼虫、蛹和成虫四个阶段组成，在养殖环境较为适宜时，黑水虻繁殖一代的周期为4 周左右，易于规模化养殖。

黑水虻卵外观光洁，呈半透明，在适宜环境下约2～4 d 可孵化出膜，干物质条件下虫卵有高达45%的粗蛋白和15.8%的粗脂肪。黑水虻幼虫呈乳白色，历时约14 d，根据蜕皮次数不同将其分为6个龄期，随着龄期的增加，幼虫体色逐渐加深，同时幼虫的蛋白质含量呈现先增加再降低的趋势（38.0%～56.2%干物质），而粗脂肪含量则相反（4.8%～28.4%干物质），而且在出膜后的1～6 d 的幼虫有高于54%的粗蛋白水平（干物质），粗脂肪在14 d 的幼虫中最高（28.4%干物质）。黑水虻蛹表皮较硬，呈深褐色，历时约7 d，在此时期仍然有较高的粗蛋白水平，达到46.2%（干物质），而粗脂肪含量迅速降低到7.2%（干物质）[18]。黑水虻成虫个体较大，呈黑色，历时长短与性别相关，雄成虫历时6～7 d，交配后即死亡，死后翅膀颜色变暗。雌成虫历时8～9 d，其产卵具有选择性，通常不产于饲料上，而会寻找新鲜的有机质作为产卵场所，将卵产于较为干燥的缝隙中，适宜生长条件下单雌产卵率高于700粒/雌，最高可达近千粒[19]。

黑水虻的生长在饲养过程中易受环境因素的影响。研究表明，在1 000 Lx 光照条件以及温度达到27～30 ℃时，黑水虻表现出较快的生长[20-21]；当湿度达到60%时，黑水虻才可进行产卵[22]。黑水虻的二龄幼虫能够以餐厨垃圾或禽畜粪便为食，取食广泛[23]。杨燕等[24]发现，黑水虻幼虫摄食带有病原菌的畜禽尸体后，在幼虫体内和虫体排泄物中均未检测出病原菌，这可能和幼虫含有大量抗菌肽类物质有关，该类物质对幼虫接触的病原菌具有抵抗和消灭的作用。Beskin 等[25]发现，黑水虻幼虫处理畜禽粪便后，粪便中挥发性有机物的排放量显著减少，大肠杆菌（Escherichia coli）、沙门氏杆菌（Salmonella）等有害微生物含量显著降低，说明该方法有效解决了粪便的恶臭和家蝇滋生的问题。在整个生物转化过程中，黑水虻幼虫的机械蠕动使有机废弃物处于有氧环境，水分蒸发加快，难闻气味减少，一些病原微生物载体根本性减少，并有效控制了家蝇的滋生。黑水虻幼虫还能加速降解有机废弃物中的卡马西平、罗红霉素和丙环唑等，避免此类药物在环境中扩散[26]。

2 营养特性与活性成分

适宜的养殖环境下，黑水虻所采食物料的营养组成影响了黑水虻幼虫的营养价值。黑水虻幼虫经烘干得到全脂虫干，粉碎后制得虫粉，均富含蛋白质和脂肪，再经过脱脂工艺，虫粉中蛋白质含量更高，此外幼虫体还富含铁、铜、锌、锰等微量元素和维生素，以及月桂酸、抗菌肽和几丁质等特殊功能性物质。

2.1 蛋白质和氨基酸

黑水虻幼虫蛋白质含量受养殖条件以及加工方式等因素影响，研究表明（见表1），全脂黑水虻幼虫粉（包含预蛹）干物质中粗蛋白含量为35%～52%[16，27]，脱脂后粗蛋白含量能达到52%以上[29-30]，高于豆粕[32]，甚至达到62.4%，与鱼粉相当[31]。

表1 黑水虻幼虫粉、鱼粉和豆粕的常规组分（%，干物质）

黑水虻幼虫氨基酸组成全面且均衡，富含鱼类生长所必需的缬氨酸、赖氨酸、蛋氨酸等氨基酸[33-34]。一般情况下，黑水虻幼虫氨基酸的绝对含量低于鱼粉，而幼虫氨基酸总量能占到粗蛋白含量的87%[33]，与鱼粉相近（氨基酸总量占粗蛋白含量的88.7%），有时幼虫氨基酸总量甚至可以占到总蛋白含量的98.3%[35]，远高于鱼粉的氨基酸相对比例，因此，在评价黑水虻幼虫蛋白质质量时，应该注意其氨基酸的绝对含量（真蛋白质含量）。相关饲料原料必需氨基酸组成数据见表2。

表2 黑水虻幼虫粉、鱼粉和豆粕的必需氨基酸组成（%总蛋白）

黑水虻幼虫氨基酸在组成方面接近鱼粉，其精氨酸、赖氨酸和蛋氨酸等必需氨基酸含量与鱼粉相似[35]，脱脂黑水虻幼虫不仅粗蛋白含量增加，对应的氨基酸含量也成比例升高，其必需氨基酸含量更接近鱼粉，色氨酸等必需氨基酸含量甚至高于鱼粉[30]。与豆粕相比，黑水虻幼虫赖氨酸、蛋氨酸和缬氨酸等必需氨基酸含量较高，其氨基酸模式也优于豆粕[30，32-33，35]。虽然不同饲养底物饲喂出的黑水虻幼虫蛋白质含量不同，但氨基酸组成较为稳定[36]。赖氨酸和蛋氨酸是鱼类生长的限制性氨基酸，因此添加适宜含量黑水虻幼虫有助于补充饲料中必需氨基酸，维持氨基酸平衡。

2.2 脂肪和脂肪酸

黑水虻幼虫粗脂肪含量由表1 可知，黑水虻幼虫脂肪含量在干物质条件下普遍能达到23%～38%[16，27-28，37]，甚至能高达47.85%，预蛹粗脂肪含量也能达到39.70%[38]。即使是同一类型的饲养基质，比如动物粪便，生产出的黑水虻幼虫体粗脂肪含量也存在较大差异，在干物质条件下，以猪粪为食的幼虫体内粗脂肪含量为31.4%[39]，而以牛粪为食的幼虫体内粗脂肪含量为34.8%[22]，完全以鹌鹑粪为食的幼虫体中粗脂肪含量仅为11.63%[40]。当以植物性有机物作为饲养基质时，摄食麦麸的幼虫体粗脂肪为32.08%，而在麦麸中混合橄榄渣后，幼虫体粗脂肪含量降低到23.69%～28.52%[41]，表明黑水虻幼虫粗脂肪含量易受基质影响。

黑水虻幼虫富含月桂酸、棕榈酸和亚油酸等重要脂肪酸[42]，此外，通过基质调节，如饲以裂殖壶藻渣，可提高其二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）含量[43]，而以海藻（Ascophyllum nodosum）为基质可主要增加其EPA 含量[44]。以鸡粪为食的黑水虻幼虫不饱和脂肪酸含量占总脂肪的34.61%，必需脂肪酸含量占总脂肪的8.2%；以厨余垃圾为食的黑水虻幼虫，不饱和脂肪酸占总脂肪酸的 60%，必需脂肪酸占总脂肪酸的23%，油酸和亚油酸分别可达30%和 21%[45]。月桂酸是含有12 个碳原子的中链饱和脂肪酸，具有多种生物学功能，可以调节动物肠道菌群，增强免疫功能并促进动物生长[46]，具有广谱的抑菌效果，对多种致病菌均有抑制作用[47]。黑水虻幼虫无论摄食何种类型的有机质，其虫体均富含月桂酸（占总脂肪酸的 39.9%）[42]，在采食麦麸后，幼虫体月桂酸含量可达到54.24%，在混合橄榄渣作为基质后，幼虫体月桂酸含量增加到56.32%～60.33%[41]。目前，黑水虻虫油已在建鲤（Cyprinus carpiovar Jian）[48]、大西洋鲑（Salmo salar）[49]、草鱼（Ctenopharyngodon idella）[50]、淇河鲫（Qihecrucian carp,Carsaaius auratus）[51]等鱼类上进行了评估，试验动物未产生明显的不良反应，且在降低肝脏脂肪沉积、促进生长以及丰富肠道菌群等方面表现积极影响。推测月桂酸作为黑水虻油重要组分，可能发挥了重要作用。

2.3 矿物质和维生素

黑水虻含有丰富的矿物质，包括Ca、Fe、Mg、Zn、Cu、Mn 等微量元素，其含量显著高于鱼粉和豆粕[22，34]。从黑水虻幼虫中共检测出28 种微量元素，其中钙元素的含量最高,为25 787 mg/kg，其次是K、Na、Mg 和Fe，含量分别为7 684、1 358、964 mg/kg 和317 mg/kg；Al、Zn、Sr 和Mn 的含量在20～100 mg/kg 之间，其他微量元素的含量均在10 mg/kg 以下。此外,黑水虻幼虫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,但有害元素含量均低于限量, 符合我国现行的饲料卫生标准GB 13078—2017[34]。此外，黑水虻幼虫还富含维生素B12、麦角脂醇、维生素B1、烟酸、视黄醇、维生素D3、维生素E 等维生素，但未检测到烟酰胺的存在，其中维生素B1、烟酸、视黄醇、维生素D3和维生素E 含量可分别达到0.235 mg/100 g、9.395 mg/100 g、1.18 μg/g、0.17 μg/g和86.08 μg/g[52-53]。

2.4 几丁质（chitin）

几丁质又称甲壳素、壳多糖，为单体N-乙酰葡糖胺（GlcNAc）通过β-1，4-糖苷键连接聚合而成的长而无支链的结构多糖，是自然界唯一发现的带正电荷的阳离子动物纤维，其含量仅次于纤维素[54]。几丁质除了存在于甲壳类动物的外壳和许多真菌的细胞壁中外，也是昆虫的外骨骼中重要的结构成分。

几丁质主要存在于黑水虻幼虫表皮、蛹壳和成虫外骨骼中，处于不同发育阶段的黑水虻的几丁质含量存在差异。干物质条件下，幼虫、预蛹、蛹和成虫的几丁质含量分别为3.6%、3.1%、14.1%和2.9%，黑水虻蛹期几丁质含量较高，而成虫的含量较低，这可能是由于从幼虫到成虫过渡到预蛹和蛹期，重量下降，身体的颜色也从乳白色变成黑棕色，体内色素增加，导致成虫几丁质的含量减少，此外，当预蛹化蛹，表皮变得更硬，几丁质化加强，蛹的几丁质的含量最高[55]。不同类型的饲养基质会影响黑水虻几丁质含量，Caligiani 等[56]测得几丁质占预蛹干重8%～9%。Spranghers 等[57]测得潲水饲养的幼虫体内干物质中含有6.7%的几丁质，而用蔬菜废弃物饲养的仅有5.7%，沼渣沼液饲养的仅有5.6%，营养丰富的饲养基质可能使得幼虫体内积累更多的几丁质。值得注意的是，在黑水虻幼虫作为水产饲料鱼粉和豆粕替代品的研究中，多位研究者发现当黑水虻幼虫粉添加超过一定水平后会降低鱼类生长和饲料利用[58-59]，究其原因的讨论多提及几丁质可能会影响营养物质的消化率，从而导致鱼类生长性能下降[60-61]。在虹鳟和大西洋鲑鱼的研究上已经证明，几丁质的添加会降低水产动物的生长速度、蛋白质和脂质等营养物质的消化性能，表明几丁质具有一定的抗营养作用[60-61]。

另一方面，几丁质中含有氮素，从而导致非蛋白氮的问题。研究中多使用氮-蛋白质的6.25转化因子来估算昆虫的粗蛋白含量，由于几丁质中氮素的存在，这一做法通常会高估昆虫原料的粗蛋白含量[62]。已有研究建议用4.76或5.60作为测量昆虫粉中粗蛋白含量的氮-蛋白质转化因子[62-63]。还有学者指出，氮-蛋白质转化因子具有昆虫物种特异性，只有从总氨基酸含量中获取的真蛋白质数据才更可信[64]。一项比较了在各种基质上饲养的黑水虻幼虫的几丁质组成的研究表明，黑水虻幼虫粉的粗蛋白含量在几丁质校正后降低了6%[57]。建议在相关研究工作中，以去除几丁质后的黑水虻幼虫粗蛋白含量作为基准，精确配比饲料粗蛋白含量，以提高黑水虻效价评估的准确性。

2.5 抗菌肽

昆虫抗菌肽是其进化过程中获得的具有抑菌功效的活性物质，而黑水虻是目前被发现具有较多抗菌肽基因的昆虫之一。黑水虻幼虫能够在富含有害微生物的有机废弃物（餐厨垃圾和粪便等）中生存，表明其机体具有强大的先天免疫能力，即黑水虻幼虫的免疫系统被病原微生物感染激活后，能够产生大量在先天免疫中起着关键作用的抗菌肽（AMPs）[65-66]。抗菌肽是先天免疫系统的效应分子，具有广泛的抗菌谱[67]。Moretta 等[68]借助生物信息学手段从黑水虻幼虫及雄雌成虫的转录组中推断出57 种不同的抗菌肽，包括防御素、抗菌肽、附着蛋白和溶菌酶等，不同抗菌肽的抑菌机制有所不同，目前较被认可的观点分别是抗菌肽对细菌膜作用和抗菌肽对细菌细胞内杀伤等两种机制。研究发现，黑水虻抗菌肽对沙门氏菌和黑曲霉有较好的抑制效果，对沙门氏菌的最低抑菌浓度为2.5 mg/mL，在此浓度下对黑曲霉也有较强的抑制效果[69]。冯群等[70]发现黑水虻抗菌肽粗提物对癌细胞的增殖也具有一定抑制作用。黑水虻抗菌肽种类繁多，且具有较广的抑菌谱，是未来生物医药研发的来源之一，其应用也是解决细菌耐药性的方案之一。黑水虻在不同饲养基质下可表达不同种类的抗菌肽，这为利用黑水虻定向生产抗菌肽提供了科学依据。此外，黑水虻抗菌肽的热稳定性较好，可以忍受饲料生产的温度[71]，因此，黑水虻抗菌肽用作饲料添加剂极具潜力和推广价值；另一方面，其应用安全性也需要充分考虑。目前，尚无使用黑水虻抗菌肽作为饲料添加剂在水产动物上的基础及应用评估报道，建立黑水虻抗菌肽评价体系的工作亟待开展[72]。

3 影响黑水虻作为水产饲料蛋白质原料生产的因素

3.1 生物发育阶段

不同发育阶段黑水虻的营养成分有所差异，Liu等[18]评估了黑水虻从卵到成虫的营养成分的变化，发现黑水虻的粗蛋白含量在幼虫发育过程中发生规律性变化，先由幼虫期（1 d）最高蛋白含量56.2%发育到幼虫期(12 d)粗蛋白含量达到最低为38.0%，然后到达蛹期早期后迅速增加到最高水平46.2%。肖旭全等[73]通过分析总结基于餐饮废弃固形物为培养基培养的黑水虻卵、苗虫、幼虫、育肥虫、预蛹的虫体营养成分，发现幼虫虫体粗蛋白含量随着虫龄的增长呈现先降低后升高的趋势，即由苗虫时期粗蛋白含量的45.58%降低到预蛹期的最低39.00%，随后又升高到蛹期的43.47%。

3.2 饲养基质

黑水虻幼虫能够将动物粪便、食物垃圾和农业残渣等有机物质转化成蛋白质[74]。黑水虻幼虫蛋白质含量的高低取决于基质种类（见表3），研究发现，使用豆腐加工副产品（蛋白含量29.2%）饲养的黑水虻幼虫具有最高的蛋白含量和蛋白转化效率，其次是用食物垃圾（蛋白含量20.2%），用蔬菜（蛋白含量11.2%）饲喂的蛋白含量最低[75]。李峰等[77]则发现豆腐渣饲养的黑水虻幼虫干粉的粗蛋白含量为42.85%，远高于餐厨垃圾组的29.26%。胡俊茹等[16]等测定发现采食餐厨垃圾的风干幼虫粉蛋白含量（35.1%）低于采食鸡粪的风干虫粉（39.1%）。基质对黑水虻蛋白含量的影响不完全是线性的，一项使用已知蛋白质和脂肪含量的食物垃圾混合物的试验发现，基质蛋白质含量越高会导致黑水虻幼虫含有更高的粗蛋白含量，但底物中的脂肪百分比与幼虫的脂肪百分比并不相关[79]，此外，饲养基质中碳水化合物水平会影响着黑水虻蛋白含量，当基质中碳水化合物含量较低时，随着饲粮蛋白质水平的增加，幼虫粗蛋白含量呈下降趋势。在高碳水化合物含量下，幼虫粗蛋白含量不随蛋白质含量的增加而变化[80]，说明幼虫的粗蛋白含量可能受到其他营养成分的影响。在基质对黑水虻氨基酸组成影响方面，Newton 等[81-82]发现，不同基质饲养的黑水虻预蛹中，色氨酸水平存在很大差异，然而，Spranghers等[57]研究认为基质对黑水虻预蛹的氨基酸组成没有实质性的影响。

表3 不同培养基条件下黑水虻幼虫的粗蛋白含量情况

大多数学者认为，黑水虻幼虫虫体的物质组成具有显著的“可塑性”，即黑水虻虫体物质组成与含量是与其摄食食物的物质组成、含量有直接的关系，表明黑水虻内在转化养分的能力有限，而更多的是利用食物物质合成虫体物质[16]。依据这种特性，可通过控制饲养基质培养特制黑水虻，定向制作产品，如黑水虻幼虫在采食一些特殊加工副产物例如裂殖壶藻渣（裂殖壶藻提油后的加工副产物）后，虫体营养成分明显被改变，尤其虫体ω-3脂肪酸含量随着裂殖壶藻渣基质的浓度增加而不断升高[40]。然而，摄食了富硒蚕蛹渣的黑水虻幼虫中发现，虫体多不饱和脂肪酸和硒含量随着蚕蛹渣添加在一定范围内增加，尤其是亚麻酸含量增加了10 倍以上，但预蛹中硒的存留率随着蚕蛹渣基质浓度的升高而趋于稳定，这表明黑水虻幼虫硒的保留具有上限，对硒的吸收具有自己的调控机制[40]，这一现象值得进一步关注。

3.3 加工工艺

当前，黑水虻蛋白质原料主要包括全脂虫粉、脱脂虫粉和预蛹粉等形态，主要的加工步骤包括干燥、脱脂、粉碎等，而加工工艺会影响黑水虻蛋白原料的品质。魏红芳等[83]用微波烘干、石油醚脱脂和酶解的方式加工处理黑水虻幼虫，发现三种不同加工方式对应的黑水虻产品粗蛋白含量分别为38.34%、48.18%、48.53%。在干燥工艺上，Huang 等[84]对比了传统干燥方法和微波干燥方法制备的黑水虻虫粉的营养价值，发现微波干燥会影响黑水虻幼虫蛋白质氨基酸组成，并且会导致蛋白质颗粒发生聚合，影响蛋白质消化率。此外，有研究通过对比冷冻干燥和日晒干燥对脱脂黑水虻预蛹粉的影响，发现冷冻干燥后的黑水虻预蛹粉水分和几丁质含量更低，粗蛋白含量更高[85]。在脱脂工艺上，Schiavone 等[86]通过挤压法获得高度脱脂的黑水虻虫粉，证实相对于部分脱脂虫粉，高度脱脂虫粉是脂肪含量更低，氨基酸浓度与粗蛋白含量则成比例增加。Laurent等[87]通过离心脱脂(CD)和超临界二氧化碳脱脂（SCO2D）法对黑水虻幼虫粉进行脱脂处理后，认为超临界CO2萃取工艺是最有效的脱脂技术，生产出的虫粉脂肪含量较低（6.0%），蛋白质含量较高（64.3%），与离心脱脂工艺相比，具有更高的脱脂效率。

4 黑水虻作为蛋白质原料在水产饲料中的应用

4.1 全脂虫粉

全脂黑水虻虫粉是由黑水虻鲜虫经高温或低温加热烘干或微波干燥后粉碎获得。由于黑水虻幼虫油脂含量较高，在加工过程因加工工艺的不同，其氧化程度不一样，在加工后储存的全脂虫粉也易氧化，但由于其较高的蛋白质和脂肪含量，在水产饲料中可以同时提供蛋白质和脂肪。另一方面，全脂黑水虻幼虫粉生产节省了脂肪提取这一加工流程，相较于脱脂的黑水虻幼虫粉在生产成本上具有优势。全脂的黑水虻幼虫粉被认为是满足饲料行业对新兴蛋白源需求的主要产品类型。

在植食性鱼类饲料中，饲料蛋白源以植物性蛋白源如豆粕等为主，一般不添加或较少添加鱼粉。目前，黑水虻在植食性鱼类中的应用研究较少，可能与草食性鱼类对蛋白质需求相对较低有关。黄文庆等[88]在草鱼饲料（基础鱼粉含量7.5%）中添加1.5%、3.0%和4.5%黑水虻全脂幼虫粉等质量分别替代20%、40%和60%鱼粉养殖草鱼，发现1.5%全脂虫粉添加可一定程度上提高草鱼种的生长性能和抗氧化能力，过量添加则产生抑生长效应，同时此水平下草鱼肌肉粗蛋白含量升高，但全脂虫粉添加并未影响草鱼肝脏和肠道蛋白酶活性。黑水虻蛋白源可能作为豆粕等植物蛋白源替代品更有潜力，但目前尚无使用全脂黑水虻幼虫粉作为植食性鱼类饲料中豆粕替代源的研究报道。

杂食性鱼类对蛋白源要求高于植食性鱼类，一般情况下，杂食性鱼类配合饲料中会添加一定水平的鱼粉，以保证良好的生长效果和健康状况。因此，黑水虻全脂虫粉作为杂食性鱼类饲料鱼粉蛋白替代品的相关研究较多，且较为深入。在大盖巨脂鲤（Piaractus brachypomus）的 饲 粮 中 加 入5.25%、10.50% 和15.75%的全脂黑水虻虫粉（用于提供饲料蛋白），发现10.5%全脂虫粉组生长最佳，同时该组经济盈利能力指数最高，且试验鱼对全脂虫粉的蛋白质和能量的消化利用率均达到88%，且添加高达15.75%的全脂虫粉也并没有损害鱼的生产性能[89]。全脂虫粉在金鱼（Carassius auratus）上也有较好的使用效果，饲料（基础鱼粉量35%）中使用4.3%、8.4%、14.5%和21.0%全脂黑水虻虫粉替代10%、20%、35%和50%鱼粉增加了金鱼的生长和饲料利用能力，而且在14.5%组效果最好；在添加8.4%及更高水平全脂虫粉后增加了全鱼粗脂肪含量，肌肉中C12∶0 和C14∶0 随全脂虫粉水平的增加，导致总饱和脂肪酸的增加，相比之下，C18∶3n-3、C20∶5n-3、C22∶6n-3 和总多不饱和脂肪酸含量随着全脂虫粉水平的增加而降低；全脂虫粉也显著影响了金鱼的体色，饲料中加入全脂虫粉后，金鱼腹部颜色指数（a*值）和头部区域L*值和a*值均下降，这可能与摄食含全脂虫粉饲料金鱼的鳍、皮肤和血清中总类胡萝卜素含量下降有关[90]。鱼的皮肤和肌肉颜色的变化取决于类胡萝卜素的摄入量，像其他动物一样，鱼不能自发合成类胡萝卜素，类胡萝卜素是红色色素细胞和黄色素细胞的颜色形成物质之一[91]。推测全脂黑水虻幼虫粉中可能缺乏类胡萝卜素。无论摄食植物培养基质源还是鱼废弃物培养基质源的全脂黑水虻幼虫粉，尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）的生长性能和蛋白质、脂质等营养物质表观消化率都下降，以摄食添加以植物性饲料为基质饲养的全脂虫粉的尼罗罗非鱼为最差，且肌肉EPA含量降低[92]。另一项研究将全脂黑水虻幼虫粉筛分为0～200、200～400 μm 和＞400 μm 的三种不同粒径的组分（几丁质含量分别为1.8%、2.7%和15.4%），在尼罗罗非鱼饲料添加25%的全脂虫粉导致干物质、粗蛋白和无氮提取物的表观消化率显著降低，而＞400 μm 全脂虫粉添加显著降低了鱼的几丁质表观消化率。尽管尼罗罗非鱼能消化几丁质，但其消化率随饲料几丁质水平升高而降低；此外，β-N-乙酰氨基葡萄糖酶活性（外几丁质酶）随着近端和远端肠道中几丁质含量的增加而增加，这表明外切几丁质酶的产生可以根据饲料几丁质摄入量而上调，几丁质虽然会对尼罗罗非鱼产生抗营养作用，但一定程度上也可成为尼罗罗非鱼的营养来源[93]。上述结果显示，饲料中全脂黑水虻幼虫粉添加水平和鱼种类密切相关，能消化几丁质的物种对全脂虫粉有更高的耐受力。在关注全脂黑水虻幼虫粉蛋白含量时，也需要注意其几丁质水平，几丁质可能是影响全脂虫粉在不同鱼种甚至同一种鱼上效果的关键，相关研究工作亟须加强。

肉食性鱼类对饲料中蛋白源要求较高，通常饲料中会加入较高水平的鱼粉，相关研究文献较为丰富。在大口黑鲈（Micropterus salmoides）饲料中添加10%、20%、30%和40%全脂虫粉，对大口黑鲈生长和饲料利用无显著影响，但作者认为黑水虻幼虫粉替代鱼粉的最佳比例应不高于30%，因为40%全脂虫粉添加会提高大口黑鲈饲料系数[94]。而Fischer等[38]发现，大口黑鲈饲料（基础鱼粉量19.76%）中添加11.95%全脂黑水虻虫粉（降低饲料67%鱼粉使用），显著降低了其生长和饲料利用。这种差异可能和研究所用的全脂虫粉的营养组成有关（前者粗蛋白48.5%、粗脂肪20%；后者粗蛋白35.3%、粗脂肪47.85%），全脂虫粉在肉食性鱼类饲料中的添加，会导致饲料鱼油含量降低，黑水虻油脂在EPA、DHA等多不饱和脂肪酸含量上与鱼油相比显著较低，一般较高水平的全脂虫粉添加会引发肉食性鱼类不良生长反应，可能与必需脂肪酸供应缺乏也有一定关系。在珍珠龙胆石斑鱼上也体现了这一观点，研究发现，在饲料（基础鱼粉量50%）中添加7%、14%、21%全脂黑水虻幼虫粉替代10%、20%、30%比例的鱼粉，并随着全脂虫粉水平的增加，珍珠龙胆石斑鱼（Epinephelus fuscoguttatus ♀×Epinephelus lanceolatus ♂）的生长和饲料转化率显著降低，同时还损伤了肠道结构，降低了远端肠肌层厚度和黏膜褶皱长度，而肠道几丁质酶和胰蛋白酶活性却显著升高，但降低了肠道菌群总丰度[28]。在斜带石斑鱼（Epinephelus coioides）中的研究结果与珍珠龙胆石斑鱼相似，在饲料中添加2.5%、5%和10%全脂黑水虻幼虫粉，不高于5%的全脂虫粉添加不会影响鱼的生长和饲料利用，当添加到10%水平时会增加饲料系数；而全脂虫粉并未影响斜带石斑鱼肝脏抗氧化能力和溶菌酶活性；此外，利用哈氏弧菌和刺激隐核虫感染石斑鱼发现，其累积死亡率和寄生虫丰度均无变化，结果表明，添加全脂虫粉的饲粮对石斑鱼的抗病性没有抑制作用[95]。但在欧洲海鲈（Lateolabrax japonicas）饲料（基础鱼粉量21%）中添加7.25%、10.10%和14.80%全脂虫粉分别替代25%、35%和50%鱼粉，血清过氧化氢酶、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性提高，丙二醛水平也升高了，且呈剂量依赖性；同时全脂虫粉添加也增强了欧洲海鲈鱼的非特异性免疫能力；在用溶藻弧菌攻击后，饲喂含全脂虫粉饲料的鱼的相对存活率显著增加[96]。在虹鳟饲料（基础鱼粉量32.65%）中添加15%和30%的全脂黑水虻虫粉分别替代25%、50%鱼粉，研究发现全脂虫粉增加了肌肉黄度，同时肌肉脂质过氧化反应显著降低，丙二醛水平也随之降低，全脂虫粉还提高了鱼片中的饱和脂肪酸含量和降低了单不饱和脂肪酸含量[97]。在大菱鲆（Scophthalmus maximus）饲料（基础鱼粉量45%）中添加13.69%和27.39%全脂虫粉替代20%、40%比例的鱼粉，27.39%全脂虫粉的添加不仅降低了鱼的生长和饲料利用，还降低了其背部体色L*值、a*值，但增加了背部体色b*值[98]。全脂虫粉对鱼肌肉和体色的改变可能和其含有的色素尤其是脂溶性色素有关，但目前尚无有关黑水虻色素的研究，其影响机制有待进一步研究。

有研究者利用筛分的方式获得了不同几丁质含量的全脂黑水虻幼虫粉（0～200、200～400 μm和＞400 μm的三种不同粒径全脂虫粉，几丁质含量分别为1.8%、2.7%和15.4%），在虹鳟饲料（基础鱼粉量35%）中各添加25%水平（降低25%鱼粉添加），发现添加＞400 μm的全脂虫粉导致干物质、粗蛋白、无氮提取物和几丁质的表观消化率显著降低，表明虹鳟虽能消化几丁质，但其消化率随添加水平升高而降低；此外，β-N-乙酰氨基葡萄糖酶活性（外切几丁质酶）随着近端和远端肠道中几丁质含量的增加而升高，这表明外切几丁质酶的产生可以根据饲料中几丁质摄入量而上调，几丁质虽然会对尼罗罗非鱼产生抗营养作用，但在一定添加范围内，也可成为尼罗罗非鱼的营养来源[93]。Bruni 等[99]发现，在虹鳟饲料（基础鱼粉量42%）中添加21%全脂黑水虻虫粉替代50%比例的鱼粉，显著增加了肠道支原体科的细菌类群Mycoplasmatacea，表明全脂黑水虻幼虫粉可影响虹鳟鱼肠道微生物群系，膳食脂质可以对微生物群产生影响，然而，关于这一主题的研究数据仍然缺乏。全脂虫粉对鱼类肠道菌群的影响，也可能受到虫粉中几丁质的调节，有研究发现，富含几丁质的蛹壳粉（1.6%添加水平）可以调节虹鳟肠道菌群，增加肠道细菌的丰富度和有益的几丁质降解细菌，如芽孢杆菌属（Bacillus cohn）、短杆菌属（Brevibacterium）等[100]。值得注意的是，添加虫粉也会影响饲料的物理特性，进而影响鱼对饲料的消化利用能力，一项在大西洋鲑鱼的研究中发现，饲料中添加8.07%、16.13%和32.27%全脂虫粉（用于补充饲料蛋白），饲粮的颗粒耐久性和硬度总体较高，且随着全脂虫粉的增加，饲料颗粒的膨胀、下沉速度和水稳定性降低，这也导致饲料的蛋白和脂肪表观消化率线性降低，该研究根据生长性能的结果，推荐添加16.13%全脂虫粉[101]。因此，在肉食性鱼类配合饲料中添加适宜比例的全脂黑水虻幼虫粉，不仅对鱼类生长无不良影响，还能增强其抗氧化能力和非特异性免疫能力。

黑水虻在甲壳动物中的应用也广受关注。陈永康等[102]发现在凡纳滨对虾（Litopenaeus vannamei）饲料（基础鱼粉量25%）中添加4.75%、9.50%和14.25%全脂虫粉分别替代10%、20%和30%比例的鱼粉，添加量达到14.25%会降低对虾的生长性能，也降低了血淋巴三酰甘油和总胆固醇水平，而添加4.75%和9.50%全脂虫粉也降低了对虾的全虾粗脂肪含量；同时，全脂虫粉添加不仅降低了对虾血淋巴谷丙转氨酶和谷草转氨酶活性，而且全脂虫粉添加量达到4.75%和9.50%时，分别增强了对虾肝胰腺超氧化物歧化酶活性和总抗氧化能力，此外，14.25%的虫粉添加降低了对虾肝胰腺酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活性。将全脂黑水虻虫粉应用于红爪螯虾饲料（基础鱼粉量23%）中，发现在添加1.6%、3.2%、5.0%和6.4%全脂黑水虻幼虫粉替代7%、14%、21%和28%比例的鱼粉后，3.2%全脂虫粉添加增加了红爪螯虾（Cherax quadricarinatus）的增重，降低了饲料系数，肝胰腺中超氧化物歧化酶活性增加，丙二醛含量降低，也增加了血细胞中谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化氢酶、酸性和碱性磷酸酶水平，降低了丙二醛（MDA）含量，极大地改善了虾的机体健康状况[103]。甲壳动物如凡纳滨对虾等一般都能够产生降解几丁质的酶，所以黑水虻虫粉应用在甲壳动物上一般比鱼类有更好的效果，或者说甲壳动物对全脂虫粉等一系列黑水虻蛋白源产品都有较好的耐受力[104]。

4.2 脱脂虫粉

黑水虻脱脂虫粉是使用物理挤压、萃取法或者超临界二氧化碳等方法脱脂处理后粉碎所得的产品，蛋白含量可达50%～60%[105]，较低的脂质含量有利于降低饲料原料脂质氧化风险，提高虫粉储存过程中的稳定性。目前，脱脂黑水虻虫粉在不同食性的水产动物上均有研究报道。

在对植食性鱼类的研究中，草鱼是报道最多的鱼类，余维鹏等[106]将4 种不同的昆虫蛋白粉（蚕蛹蛋白粉、脱脂黑水虻虫蛋白粉、黄粉虫蛋白粉、蝇蛆蛋白粉）替代草鱼饲料（基础豆粕水平36%）中的50%、50%、30%、25%的豆粕（添加水平分别为20%、20%、10.8%、10%），发现4 种昆虫粉均不会影响草鱼生长，Lu 等[107]在草鱼饲料（基础豆粕水平为36%）中使用脱脂黑水虻虫粉替代豆粕，发现脱脂黑水虻虫粉完全替代豆粕（实际添加水平为25.5%）对草鱼的生长性能没有负面影响，并且能够提高了草鱼的抗氧化能力，但替代量超过50%（添加水平为13.4%）时可能会损失肠道组织形态。另一个有关脱脂虫粉在草鱼饲料的应用试验则关注到了肌肉品质问题，Hu 等[33]发现在草鱼饲料（基础豆粕水平24%）中脱脂黑水虻虫粉可替代高达60%豆粕（实际添加水平为13.6%），且对草鱼生长性能无不利影响，并可改善草鱼的肌肉品质。

在对杂食性鱼类的研究中，胡玉峰[108]对鲫鱼（Carassius auratus）饵料的研究中发现了脱脂黑水虻虫粉对鱼体抗氧化能力的改善作用，并提出脱脂黑水虻幼虫粉对鱼体抗氧化能力的提升可能归功于其丰富的几丁质含量。Li 等[48]在建鲤的饲料（基础鱼粉水平25%）中使用脱脂黑水虻虫粉替代鱼粉，发现脱脂黑水虻虫粉不会对建鲤的生长性能和饲料利用产生负面影响，并且能降低肝胰脏的脂质沉积，且随着脱脂黑水虻虫粉添加浓度的提升，血清中CAT活性逐渐升高，但当替代水平超过75%时（实际添加水平为18.75%），会观察到饮食应激和肠道组织病理学损伤。在尖齿胡鲶（Clarias gariepinus）的研究中发现饲料（基础鱼粉水平20%）中使用黑水虻脱脂虫粉替代50% 鱼粉（实际添加水平为11.45%）能够提高（200.00±0.51）g 尖齿胡鲶生长性能和饲料利用，并且不会对其营养利用、抗氧化和健康状况产生负面影响[109]，然而在另一篇有关脱脂黑水虻幼虫粉在（4.00±0.01）g 尖齿胡鲶的应用研究中发现，饲料（基础鱼粉水平15%）中使用脱脂黑水虻虫粉替代鱼粉对鱼的生长性能和饲料利用率没有显著影响[110]，出现的差异可能与鱼的年龄和大小有关。Takakuwa 等[31]在真鲷（Pagrus major）的饲料（基础鱼粉水平64%）中使用脱脂黑水虻虫粉替代一定比例鱼粉，发现随着脱脂虫粉水平的增加，试验鱼末重、特定生长率、蛋白质和脂肪表观消化率、血清总胆固醇浓度均呈下降趋势，在不影响生长性能和饲料利用情况下，最多可替代饲料中41.7%的鱼粉（实际添加水平为29.32%）。

在对肉食性鱼类的研究中，邬伊田等[111]在大口黑鲈饲料（基础鱼粉水平40%）中利用脱脂黑水虻虫粉替代鱼粉，发现即使将饲料中75%鱼粉替换成脱脂虫粉（实际添加水平为33.2%）也不会对大口黑鲈生长性能造成显著影响，但是会增加氮废物排放，降低肝脏抗氧化能力。在大黄鱼（Larimichthys crocea）研究中发现，饲料（基础鱼粉水平42%）中脱脂黑水虻虫粉替代40%鱼粉（实际添加水平为14%）能够降低肝脏丙二醛(MDA)含量以及增加超氧化物歧化酶(SOD)活性[112]。Renna 等[113]在虹鳟饲料（基础鱼粉水平60%）中使用脱脂黑水虻虫粉替代0、25%和50%的鱼粉（实际添加水平分别为0、20%、40%），结果发现脱脂黑水虻虫粉替代饲料中50%的鱼粉不影响虹鳟生长性能，肌肉物理性质和肠道组织形态。Terova 等[114]在Renna等[113]的基础上则发现，在不添加蛋氨酸的情况下，脱脂黑水虻虫粉替代饲料中50%的鱼粉对虹鳟的肝脏蛋氨酸代谢没有负面影响。陈燕等[115]使用脱脂黑水虻虫粉替代大菱鲆饲料（基础鱼粉水平50%）中鱼粉，在替代比例为30%时（实际添加水平15%）提高了血清抗氧化和非特异性免疫能力，但替代过高会对大菱鲆生长性能产生负面作用，类似的结果也在乌鳢（Channa argus）的研究中被发现，马恒甲等[29]研究认为，脱脂黑水虻虫粉替代乌鳢饲料（基础鱼粉水平40%）中50%的鱼粉（实际添加水平20%）可以在不影响生长的情况下增强乌鳢抗氧化能力和免疫功能。

在对甲壳类的研究中，张文锐等[105]在青蟹（Scylla）饵料（基础鱼粉水平40%）中使用脱脂黑水虻虫粉等蛋白替代鱼粉，结果显示脱脂黑水虻虫粉替代饵料中25%～50% 的鱼粉（实际添加水平11.0%～22.4%）时，青蟹拥有最佳的生长性能，并且不会对蟹体的营养价值和鲜美度产生负面影响。Wang 等[116]在凡纳滨对虾的饲料（基础鱼粉水平25%）中分别添加0、15%、30%、45%、60%、80%脱脂黑水虻虫粉替代鱼粉（实际添加水平0、5.87%、11.75%、17.62%、23.49%、31.32%），结果表明脱脂黑水虻虫粉可以替代高达60%的鱼粉，而不会对凡纳滨对虾生长性能、抗氧化酶活性、免疫酶活性和消化酶活性产生不利影响，但过高的虫粉替代会导致肝细胞损伤。

以上研究表明高蛋白的脱脂黑水虻虫粉可以作为杂食性、草食性、肉食性鱼类和甲壳类饵料中的理想替代蛋白源。

4.3 预蛹粉

黑水虻幼虫有6 个主动进食的阶段。在7 龄时，它们会发育成不进食的预蛹[117]，将黑水虻预蛹经过烘箱或微波等方式干燥后再由机器制作成粉状原料就能得到黑水虻预蛹粉[118]。目前，黑水虻预蛹粉的研究主要集中在肉食性鱼类，用黑水虻虫粉或黑水虻预蛹粉替代鱼粉或将其作为膳食补充剂的可行性通常会有截然不同的研究结果。Fischer等[38]在大口黑鲈的饲料中分别添加了11.9%的全脂黑水虻虫粉和9.83%的黑水虻预蛹粉，结果表明全脂虫粉组比预蛹粉组具有更高的末重、增重率和摄食率，并且预蛹粉组的肝脏出现一定程度炎症和坏死，同时肠道肠绒毛明显变短和变宽，考虑到黑水虻预蛹粉的几丁质含量高于黑水虻幼虫粉[56]，该研究中预蛹粉对大口黑鲈的负面影响可能与其含有较高水平几丁质有关，类似的结果在大菱鲆[58]也有报道。然而，也有报道显示黑水虻预蛹粉对鱼类生长和摄食情况无负面影响[119-120]，在欧洲海鲈鱼的饲料（基础鱼粉水平32.4%）中，黑水虻预蛹粉的最高添加量为19.5%，替代了45%的鱼粉，对生长、消化率或采食量没有负面影响[119]。同样，用黑水虻预蛹粉替代50%鱼粉（实际添加水平为21%）的饲料（基础鱼粉水平42%）喂养虹鳟，对其生长和采食量也未受影响[120]。有关预蛹粉对杂食性鱼类的应用研究还比较缺乏，只在罗非鱼上有应用报道，Toriz-Roldan等[121]在罗非鱼饲料中添加不同梯度的黑水虻预蛹粉，发现添加6%的黑水虻预蛹粉对罗非鱼的生长不会造成负面影响。黑水虻虫粉在水产动物上的应用见表4。

表4 黑水虻全脂虫粉、脱脂虫粉和预蛹粉在水产动物上的应用研究

基于黑水虻幼虫特性，Ratti 等[122]通过在饲养基质中添加一种富含长链PUFA 的螺旋藻（Arthrospira platensis）养殖黑水虻，再用得到的黑水虻预蛹替代鱼粉，获得了富含多不饱和脂肪酸的虹鳟饲料（基础鱼粉水平42%），发现黑水虻预蛹粉对虹鳟生长性能，肠道和肝脏健康状况没有负面影响，而在替代20%鱼粉时（实际添加水平为12%）免疫相关基因表达增加，并且提高了肌肉中n-3和n-6 PUFA含量。

5 今后需要关注的问题

黑水虻作为一种新型优质饲料资源，在大口黑鲈、虹鳟、草鱼、大黄鱼、凡纳滨对虾等多种水产动物饲料中均有应用研究，显示出很好的应用前景，受到了产业界的普遍关注。与此同时，目前黑水虻蛋白质原料的应用和生产还存在若干需要重视的问题。

5.1 黑水虻蛋白质原料的评估体系问题

目前黑水虻在水产动物饲料上已有诸多研究，但评估体系并不完善，在许多指标和水产动物上还未涉及，后续研究需注重从多角度评估黑水虻蛋白原料的应用价值，例如生长和饲料利用（增重率、特定生长率和饲料系数等）、营养价值（蛋白质和氨基酸组成、脂肪和脂肪酸组成、矿物质等）、品质（感官品质、卫生品质、加工品质等）、消化利用率（干物质消化率、脂肪消化率、蛋白质消化率）、健康（血清生理生化、抗氧化指标、溶菌酶活性等）、生命周期评价（LCA）（资源消耗、全球变暖、臭氧层消耗量等）、成本控制（经济转化率、经济利润指数等）等方面，还应注重在多种水产动物上的评估。

5.2 黑水虻产品供应的稳定性问题

黑水虻作为一种新型饲料原料，其规模化生产还存在虫卵存活率低、养殖规模小、生产设备研发技术相对落后等问题，导致黑水虻供应量不稳定现象突出，应通过建立黑水虻种苗生产、养殖和加工标准，稳定品质，提高虫卵存活率，推动黑水虻养殖生产设备技术创新，降低养殖成本，扩大养殖规模，稳定供应量。此外不同厂家饲养黑水虻幼虫的基质不同导致黑水虻营养成分具有差异，黑水虻产品的生产需要规范化和产业化，如对餐厨垃圾进行精细化预处理，以及开发适合黑水虻的专用饲料等，以稳定黑水虻基质营养成分，生产质量稳定的黑水虻幼虫。

5.3 黑水虻产品的应用技术问题

文章重点讨论了全脂虫粉、脱脂虫粉和预蛹粉等三种黑水虻蛋白原料形态，而当前产业界由于顾虑掺假问题，常常直接购入虫干，自行粉碎后用于配合饲料生产。从精准营养及效率角度考虑，未来还是应该逐步细化产品，采取类似鱼粉、豆粕的适度加工后产品，同时，由于不同的黑水虻蛋白原料收获阶段和加工特性不同，在营养组成、几丁质含量等方面上有所差异，需要依据不同水产动物营养需求进行平衡使用。黑水虻蛋白含量评估上，如前所述，按照GB/T 6432—2018 中凯氏定氮法计算黑水虻产品粗蛋白水平，会因其含有几丁质等非蛋白氮导致数值偏高，应针对黑水虻特性重新评估其蛋白质含量。黑水虻虫粉的色氨酸、组氨酸、酪氨酸含量高于豆粕、鱼粉，但蛋氨酸、苯丙氨酸、精氨酸含量低于鱼粉、豆粕[123]，鉴于必需氨基酸的缺乏会影响水产动物对其蛋白质的利用率，可以通过与其他原料搭配使用消除饲料因黑水虻氨基酸比例失衡对水产动物的负面影响。

除全脂虫粉、脱脂虫粉和预蛹粉外，其他类型的黑水虻产品如鲜虫浆、酶解虫浆、虫油、虫沙等也亟待深入开发，以充分发挥黑水虻作为饲料原料的价值和效益。可以认为，黑水虻产品研发及其应用推广，乃至黑水虻产业建设将对降低水产饲料对不可持续原料的依赖，推进水产养殖绿色高质量发展做出积极贡献。