白星花金龟对竹笋加工剩余物的转化能力研究

赵正萍，颜学武，于 婷，夏永刚，张 敏，杨 明

(1.湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004； 2.国家林业和草原局南方天敌繁育与应用工程技术研究中心，湖南长沙 410004； 3.双牌县林业局，湖南 双牌 425200)

我国是竹子的主产国，有竹类植物37属500余种。全国现有竹林面积756.27万hm2，占森林面积的3.31%[1]。竹类资源面积、竹材蓄积量和产量及竹制品对外贸易量均居世界首位[2]。竹笋是我国的传统食品，因其清脆的口感和丰富的营养价值，深受人们青睐。据报道，我国每年竹笋产量超过500万t，但在其食品加工过程中，会产生50%以上笋头、笋壳等加工剩余物[3]。而竹笋加工剩余物含有较多的蛋白质、竹纤维和活性成分，具有较高的利用价值，作为废弃物丢弃，不仅会造成极大的资源浪费，同时因其易腐烂、霉变，还会造成严重的环境污染问题。

白星花金龟(ProtaetiabrevitarsisLewis)隶属于鞘翅目(Coleoptera)花金龟科(Cetoniidae)星花金龟属(Protaetia)，广泛分布于我国及周边国家。其幼虫为腐食性，主要生活在腐殖质丰富的土壤或腐熟的粪堆中，以腐烂的杂草、秸秆及畜禽粪便为食，对生态环境友好[4]。目前，许多国家和地区已经将白星花金龟作为一种重要的资源昆虫进行开发利用。研究表明，白星花金龟幼虫蛋白质、不饱和脂肪酸、铁、锌等含量高，具有极高的饲用价值和抗癌、抗菌、抗炎等药用价值；产生的虫粪砂富含腐殖质可用作有机肥料；成虫可提取甲壳素，在纺织、造纸、制药等行业具有非常广泛的应用价值[5]。近年来，有机废弃物随意丢弃造成的环境污染问题日趋严重，白星花金龟“大自然清道夫”的功能愈发受到关注。目前，白星花金龟已在农作物秸秆[4，6-8]、食用菌菌糠[9-11]、畜禽粪污[12-13]等有机废弃物处理及资源利用中发挥了重要作用，但尚未有其对竹笋加工剩余物转化方面的研究报道。本研究开展白星花金龟对不同时间发酵的笋头、笋壳等竹笋加工剩余物转化利用能力的研究，以期为竹笋加工剩余物资源高值化、无害化再利用提供新途径。

1 材料与方法

1.1 试验材料

白星花金龟幼虫(泰安市徂汶景区化马湾石家岭田园农场有限公司)，笋头、笋壳等竹笋加工剩余物(桃江县竹缘林科开发有限公司)，EM(Effective Microorganisms)菌原液(沧州市康壮生物发酵制品有限公司)。

1.2 主要试验仪器和器具

多功能粉碎机(WJX-800A型，上海缘沃工贸有限公司)，人工气候箱(ARMA-580，宁波江南仪器厂)，电热恒温鼓风干燥箱(GZX-9246MBE，上海博迅实业有限公司医疗设备厂)，电子天平(JA2003，上海舜宇恒平科学仪器有限公司)，冷藏柜(BC/BD-516SEA，青岛海尔特种电冰柜有限公司)，塑料养虫盒(长20cm、宽16cm、高10cm)。

1.3 试验方法

1.3.1 竹笋加工剩余物发酵处理

将100kg笋壳、笋头分别用粉碎机粉碎，粒径<3mm。取20mL EM原液，加入20g红糖，用水稀释500倍后，加入NaCl和FeCl2各10g，充分溶解混匀，配制成EM发酵菌液。将发酵菌液均匀喷洒在待发酵物中，调节含水量为60%～70%，充分混合堆料后，加盖塑料薄膜，并将四周压实，进行发酵处理。每5d于发酵物中心取样2kg，一直取到第35天。每次取样后翻堆，并再次加盖塑料薄膜。每次将样品标记后，置于-20℃冰箱中冷冻保存。所有取样工作结束后，将样品取出，在电热恒温鼓风干燥箱中50℃烘干至恒重，4℃冷藏备用。

1.3.2 白星花金龟幼虫对不同时间发酵竹笋加工剩余物的取食研究

挑选长势一致、健康活跃的白星花金龟3龄幼虫30头，称量鲜质量后放在塑料养虫盒中饲养，每盒中分别放入5、10、15、20、25、30、35d等7个不同时间发酵处理的笋头或笋壳干料500g，调节并控制发酵物含水量为50%，将养虫盒置于人工气候箱(温度27～29℃，光照时间16h·d-1，相对湿度50%～70%)中饲养。共14个处理，每个处理重复3次。每天观察白星花金龟幼虫取食及生长发育情况，及时清除死亡虫体，并补充发育一致的虫体。根据取食情况，每5d添加1次发酵物，连续饲喂15d。

1.3.3 生物量测定

第16天，将每个处理的白星花金龟幼虫分别挑出，称量并记录最终鲜质量，再将虫体烘干后，称量并计算虫体增加量；将未取食完的发酵物和虫粪分开后再分别烘干，称量计算累计取食量和累计排粪量。

参照刘玉升[14]的方法计算白星花金龟3龄幼虫对笋头、笋壳等竹笋加工剩余物的饲料利用率、虫体转化率、虫粪转化率以及近似消化率：饲料利用率=(总饲料量-剩余饲料量)∕总饲料量×100%;虫体转化率=虫体增加量∕(累计取食量-累计排粪量)×100%;虫粪转化率=累计排粪量∕(累计取食量-虫体增加量)×100%;近似消化率=(累计取食量-累计排粪量)∕累计取食量×100%。

1.4 数据处理

采用Excel 2020和SPSS 24.0对试验数据进行整理和分析。对不同处理进行单因素方差分析和Tukey多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 白星花金龟幼虫对不同时间发酵笋头、笋壳的转化量

由表1可知，随着笋头发酵时间的延长，白星花金龟3龄幼虫虫体增加量呈先升后降的趋势，取食发酵25d笋头的白星花金龟3龄幼虫虫体增加量为1.527g，显著高于其他处理组；累计取食量和累计排粪量均呈上升趋势，对发酵35d笋头的累计取食量和排粪量均最大，其中累计取食量与发酵25d的差异显著，累计排粪量与发酵25d的差异不显著；累计死亡率呈先降后升的趋势，发酵25d的最低，为2.22%，与发酵20、30和35d的处理间差异不显著，但显著低于其他处理组。综合比较，笋头的最佳发酵时间为25d，每消耗发酵笋头100g，可使白星花金龟3龄幼虫增加4.45g，并获得虫粪77.97g。

表1 白星花金龟3龄幼虫对不同时间发酵笋头的转化量Tab.1 Conversion quantity of 3rd instar larvae of Protaetia brevitarsis on bamboo shoot stumps fermented for different days发酵时间/d虫体增加量/g累计取食量/g累计排粪量/g累计死亡率/%50.783±0.023 e22.08±0.50 f15.46±0.60 e30.00±1.92 a100.870±0.035 e24.02±0.44 e17.20±0.30 d21.11±2.94 b151.023±0.035 d25.94±0.47 d18.71±0.37 c8.89±1.11 c201.200±0.026 c30.48±0.50 c22.48±0.73 b4.44±1.11 cd251.527±0.023 a34.31±0.39 b26.75±0.42 a2.22±1.11 d301.343±0.035 b34.98±0.46 ab26.20±0.48 a3.33±1.92 cd351.340±0.017 b35.78±0.27 a27.07±0.31 a3.33±1.92 cd注: 同列不同小写英文字母表示处理间在α=0.05水平上差异显著。下同。

由表2可知，随着笋壳发酵时间的延长，白星花金龟3龄幼虫虫体增加量、累计取食量和累计排粪量均呈上升趋势，累计死亡率则降低。发酵35d的处理，其虫体增加量1.333g、累计取食量34.82g、累计排粪量27.04g及累计死亡率2.22%，与其他处理组间均存在显著差异。综合比较，笋壳的最佳发酵时间为35d，每消耗发酵笋壳100g，可使白星花金龟3龄幼虫增加3.83g，并获得虫粪77.66g。

2.2 白星花金龟幼虫对不同发酵时间笋头、笋壳的转化效率

由图1可知，利用白星花金龟3龄幼虫转化笋头和笋壳，其饲料利用率随着食物发酵时间的延长而增加，近似消化率则相反，虫体转化率和虫粪转化率在最佳发酵时间下呈最大值。白星花金龟3龄幼虫对发酵25 d笋头的饲料利用率为68.62%，与发酵30 d和35 d的差异不显著，但显著高于其他处理组的；虫体转化率和虫粪转化率分别为20.21%和81.60%，显著高于其他处理组的；近似消化率为22.03%，显著低于其他处理组的。对发酵35 d笋壳的饲料利用率为69.64%，显著高于其他处理组的；虫体转化率和虫粪转化率分别为17.13%和80.73%，与发酵30 d的差异不显著，但显著高于其他处理组的；近似消化率为22.36%，与发酵30 d的差异不显著，但显著低于其他处理组的。由表3可知，经最佳发酵时间处理后，笋头的虫体转化率显著高于笋壳的(P<0.05)，但饲料利用率、虫粪转化率和近似消化率在两者之间均无显著差异。说明白星花金龟对发酵笋头和笋壳均有良好的转化效果。

表2 白星花金龟3龄幼虫对不同时间发酵笋壳的转化量Tab.2 Conversion quantity of 3rd instar larvae of Protaetia brevitarsis on bamboo shoot shells fermented for different days发酵时间/d虫体增加量/g累计取食量/g累计排粪量/g累计死亡率/%50.277±0.018 f16.04±0.24 g11.49±0.29 g33.33±1.92 a100.603±0.042 e19.91±0.35 f14.92±0.34 f23.33±1.92 b150.773±0.020 d23.31±0.66 e16.90±0.52 e11.11±1.11 c200.920±0.026 c25.79±0.47 d19.27±.024 d6.67±0.00 d251.103±0.012 b29.06±0.49 c21.97±0.34 c6.67±1.92 d301.210±0.029 b32.52±0.36 b24.83±0.34 b3.33±0.00 d351.333±0.041 a34.82±0.34 a27.04±0.36 a2.22±1.11 d

表3 最佳发酵时间下白星花金龟3龄幼虫对笋头和笋壳转化力比较Tab.3Conversion capabilities of 3rd instar larvae of Protaetia brevitarsis on bamboo shoot stumps and shells under opti-mal fermentation time%物料饲料利用率虫体转化率虫粪转化率近似消化率笋头68.62±0.7920.21±0.38∗81.60±0.3622.03±0.34笋壳69.64±0.6717.13±0.5680.73±0.3422.36±0.27注: ∗表示同列两组数据差异显著。

3 结论与讨论

白星花金龟幼虫肠道菌群具有降解吸收木质纤维素的能力，在微生物腐解的预处理下，能高效地将有机物料，尤其是富含纤维的秸秆类物料，转化成高价值的昆虫虫体和富含腐殖质与营养的虫粪砂[15-18]。竹笋加工剩余物含有丰富的纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、脂肪及多种矿物质[19-20]，其蛋白质含量是玉米秸秆的2倍，有机物和粗蛋白含量也都高于小麦秸秆和玉米秸秆的，目前在反刍动物饲料应用中效果良好，具有较高的利用价值[21]。

本研究表明，白星花金龟对竹笋加工剩余物同样具有良好的转化能力。笋头和笋壳的最佳发酵时间分别是25d和35d，在最佳发酵时间条件下，每转化发酵笋头100g，可收获白星花金龟3龄幼虫4.45g和虫粪77.97g；每转化发酵笋壳100g，可收获白星花金龟3龄幼虫3.83g和虫粪77.66g。白星花金龟3龄幼虫对发酵25d笋头的饲料利用率、虫体转化率、虫粪转化率和近似消化率分别为68.62%、20.21%、81.60%和22.03%；对发酵35 d笋壳的饲料利用率、虫体转化率、虫粪转化率和近似消化率分别为69.64%、17.13%、80.73%和22.36%。除了虫体转化率外，白星花金龟3龄幼虫对笋头和笋壳的饲料利用率、虫粪转化率和近似消化率均不存在显著差异。

利用资源昆虫对有机废弃物进行转化已成为近年来研究的热点。资源昆虫表现出极强的生物处理和转化能力，被广泛应用于有机废弃物处理。废弃物经昆虫过腹后，在昆虫肠道微生物、消化酶等的作用下，被消化吸收并转化成高附加值产品，实现废弃物资源循环高效利用。常见资源昆虫，如黄粉虫(Tenebriomolitor)、白星花金龟、黑水虻(Hermetiaillucens)、家蝇(Muscadomestica)和东亚飞蝗(Locustamigratoriamanilensis)等，在有机废弃物处理中发挥着重要作用。与其他生物相比，环境昆虫具有资源转化利用率高、繁殖周期短、饲养成本低、抗逆性强、可集约化养殖和生态安全等特点，同时可以收获优质昆虫蛋白和有机肥料等产物，在有机废弃物高值化处理上具有独特的优势[8]。白星花金龟作为目前处理有机废弃物的一种重要的环境昆虫，规模化繁育技术日趋成熟，近年来，随着其转化有机废弃物的生态功能和应用潜力被不断挖掘，在有机废弃物处理上具有广阔的应用前景。本研究从环保和资源利用的角度出发，对环境昆虫白星花金龟转化竹笋加工剩余物的能力进行了初步探索，证实其对竹笋加工剩余物具有良好的转化效果，下一步可深入开展转化机理及与其他环境昆虫、微生物联合的转化模式等方面的研究，以期为竹笋加工剩余物无害化、高值化利用以及资源昆虫产业化发展奠定理论基础并提供技术支撑。