随着全球人口持续增长和消费者对动物蛋白质需求的增加,豆粕、鱼粉等传统蛋白质饲料资源已难以完全满足养殖业所需,新型蛋白质饲料资源的开发利用成为当前热点。黑水虻(Hermetia illucens)因其高效的有机物转化能力和丰富的营养成分受到关注。黑水虻幼虫不仅能资源化处理农业副产物和有机废弃物,其生产的虫体还富含优质蛋白质、脂肪和矿物质,展现出作为饲料原料的巨大潜力。
目前,黑水虻幼虫在水产、家禽和生猪饲料中的应用效果已有广泛研究,但其在反刍动物饲料中的研究仍相对有限。部分试验结果表明,黑水虻在改善反刍动物生长性能、影响瘤胃发酵及减少甲烷排放方面具有一定的潜力[1]。根据国内现行法规,动物源性饲料产品禁止用于反刍动物,这在很大程度上限制了黑水虻在反刍动物饲料中的应用。因此,本文综述了黑水虻的营养特性及其饲料化应用现状,对比了国内外法规,探讨了其在反刍动物饲料中的应用前景与可行性,以期为黑水虻饲料化应用提供参考。
1 黑水虻的生物学特性及主要成分
1.1 黑水虻的生物学特性
黑水虻,又名亮斑扁角水虻,是一种腐食性昆虫,其生命周期包括卵、幼虫、蛹、成虫4个阶段。黑水虻幼虫食谱广泛、饲养成本低、生长周期短、生物转化率高,易于进行规模化养殖。其在资源化处理餐厨垃圾、农副产物,甚至畜禽粪便等有机废弃物方面优势明显。成虫因无功能性口器而无法摄食,寿命短,降低了传播疾病的风险。通过有机废弃物转化生产的黑水虻幼虫具有较高的蛋白质和脂肪含量,可以作为优质的蛋白质饲料原料用于动物生产。此外,黑水虻虫沙作为有机肥,养分丰富,能改善土壤结构,促进植物生长,有助于实现农业生产的闭环循环和可持续发展。
1.2 黑水虻幼虫的主要成分
1.2.1 黑水虻幼虫的营养组成
表1 不同饲养基质下黑水虻幼虫及豆粕、鱼粉的基本营养组成(干物质基础)Table 1 Basic nutritional composition of black soldier fly larvae under different feeding substrates and soybean meal, fish meal (DM basis)% |
| 项目 Items | 粗蛋白质 Crude protein | 粗脂肪 Crude fat | 粗灰分 Crude ash | 参考文献 References |
|---|---|---|---|---|
| 不同饲养基质下黑水虻幼虫 Black soldier fly larvae under different feeding substrates | ||||
| 餐厨垃圾 Food waste | 43.69 | 37.24 | 3.08 | [3] |
| 厨余垃圾 Kitchen waste | 39.52 | 38.07 | 7.16 | [4] |
| 鸡饲料 Chicken feed | 43.60 | 32.90 | 10.00 | [5] |
| 鸡粪 Chicken manure | 41.10 | 30.10 | 9.30 | [6] |
| 牛粪 Cattle manure | 30.17 | 11.39 | 17.32 | [7] |
| 果蔬混合物 Fruit and vegetable mix | 49.24 | 19.19 | 12.48 | [7] |
| 虾废料 Shrimp waste | 49.50 | 22.90 | [5] | |
| 豆腐渣 Tofu residue | 52.30 | 22.60 | 9.89 | [8] |
| 中药渣 Chinese herbal residue | 35.10 | 37.10 | 8.50 | [9] |
| 饲料原料 Feed ingredients | ||||
| 豆粕 Soybean meal | 44.30 | 1.50 | 6.00 | [10] |
| 鱼粉 Fish meal | 60.20 | 9.00 | 16.50 | [10] |
1.2.2 黑水虻幼虫的有害成分
以畜禽粪便为饲养基质时,黑水虻幼虫也可能会携带一些有害成分或出现重金属富集。研究表明,利用猪粪饲养的黑水虻幼虫,虫体中铅含量显著增加,镉含量有所降低[27]。Lin等[28]研究发现,利用猪粪饲养的黑水虻幼虫,虫体中铜、锌、铅、铬等重金属含量显著增加,其中,铜和锌含量分别达到918和932 mg/kg。Elechi等[29]研究发现,利用鸡饲料饲养的黑水虻幼虫,虫体中铅表现出一定的生物富集。Erickson等[30]研究发现,用鸡粪饲养的黑水虻幼虫,虫体中鼠伤寒沙门氏菌的数量显著增加。值得关注的是,黑水虻自身具备一定的生物防控能力,其体内的抗菌肽等物质可抑制病原菌生长,从而降低传播风险[31]。以农副产物如豆渣、玉米渣等为饲养基质时,黑水虻幼虫有害成分则相对较少[32],饲用安全性更高。综上所述,在选择饲养基质时,应充分考虑其安全性,并采取相应的预处理,以降低有害成分对黑水虻的影响,确保其作为饲料的安全性和可靠性。
2 黑水虻的饲料化应用现状
2.1 黑水虻的生产方式和主要产品类型
黑水虻幼虫的生产过程包括虫卵采集与孵化、幼虫养殖、收获与加工等多个环节。在常温条件下,虫卵可在25 ℃、相对湿度大于80%的环境中孵化,通常3 d左右完成孵化。黑水虻幼虫对温度和湿度较敏感,适宜温度为25 ℃,适宜相对湿度高于60%,每隔24 h换1次料。黑水虻幼虫成熟后,需要将其与剩余的饲料分离。根据黑水虻在预蛹期的迁食习性,可在容器内设置出口,使其在夜间自行分离,或使用相应孔径的筛子进行分离。
在产品形式上,欧洲等地以脱脂虫粉和虫油为主,广泛应用于畜禽、水产和宠物饲料中;国内目前以鲜虫或全脂虫干为主,脱脂虫粉、虫油和发酵/酶解虫浆等产品相对较少。这种差异主要源于法规要求和市场价格的不同。在法规层面,欧盟要求虫干必须经过加工处理,才可用于畜禽饲料中,因此多数产品会经过脱脂,不仅保证了产品品质,还能够减少脂肪氧化,延长虫粉的保质期。另外,欧洲市场对黑水虻产品的认可度较高,认定其生产过程带有绿色、低碳概念,因此更能够接受产品溢价,其终端市场价格甚至高于鱼粉。相比之下,由于国内终端市场价格较低,难以覆盖加工成本,因此国内企业更倾向于生产工艺简单的鲜虫,或通过微波、热风等方式干燥获得的全脂虫干。
2.2 黑水虻在动物生产中的应用
2.2.1 在水产养殖中的应用
在水产养殖业中,随着对可持续发展和饲料成本降低的关注,黑水虻作为替代蛋白质源逐渐受到重视。近年来,许多研究探讨了黑水虻幼虫及其油脂在水产动物饲料中的应用。绝大部分研究均表明,其适当替代鱼粉或豆油,不仅能够提高水产动物的生长性能,还能改善其免疫力和抗氧化能力,同时降低生产成本。根据现有研究,黑水虻产品(如幼虫粉和虫油)在不同水产动物的饲喂中展现出了不同的效果(表2)。
表2 饲喂黑水虻产品对水产动物的影响Table 2 Effects of feeding different products of black soldier fly on aquatic animals |
| 项目 Items | 饲喂对象 Feeding objects | 饲喂效果 Feeding effects | 参考文献 References |
|---|---|---|---|
| 黑水虻幼虫粉 Black soldier fly larvae meal | 克氏原螯虾 | 替代34.25%鱼粉时,生长性能最佳 | [33] |
| 黑水虻幼虫粉 Black soldier fly larvae meal | 锦鲤 | 显著提高了生长性能和抗氧化酶活性, 表现出较强的诱食性 | [34] |
| 黑水虻幼虫粉 Black soldier fly larvae meal | 凡滨河对虾 | 替代10%~20%鱼粉时, 显著提高了抗氧化能力 | [35] |
| 黑水虻幼虫粉 Black soldier fly larvae meal | 中华鳖 | 部分替代鱼粉可显著提高抗氧化能力, 并减少氧化应激损伤 | [36] |
| 脱脂黑水虻幼虫粉 Defatted black soldier fly larvae meal | 青蟹 | 替代饵料中25%~50%鱼粉时,生长性能最佳 | [37] |
| 脱脂黑水虻幼虫粉 Defatted black soldier fly larvae meal | 大黄鱼幼鱼 | 替代40%鱼粉时促进生长,替代超过40% 鱼粉时则抑制生长 | [38] |
| 脱脂黑水虻幼虫粉 Defatted black soldier fly larvae meal | 半滑舌鳎 | 替代不超过25%鱼粉时可提高半滑舌鳎 生长性能、饲料利用率及肌肉品质 | [39] |
| 虫油 Insect oil | 血鹦鹉鱼 | 75%替代豆油时,生长性能、体色及血清 生化指标改善效果最佳 | [40] |
| 虫油 Insect oil | 镜鲤 | 替代50%~100%豆油,促进生长,改善肠道 健康,提升免疫力和抗氧化能力 | [41] |
| 虫油 Insect oil | 草鱼 | 替代豆油,提高了抗氧化能力和肠道菌群丰度 | [42] |
| 虫油 Insect oil | 虹鳟鱼 | 添加16%的黑水虻油,增强了免疫功能 | [43] |
综合上述研究结果,无论黑水虻幼虫粉还是虫油,在水产饲料上都有很大的应用潜力,并且明确了适宜的替代比例。但其他产品类型,如发酵、酶解虫浆等在水产饲料上应用的报道相对较少,需要进一步研究。
2.2.2 畜禽养殖中的应用
在欧美等地,黑水虻幼虫已广泛应用于肉鸡和蛋鸡生产中。Moula等[44]研究表明,给30日龄雏鸡饲喂8%的黑水虻幼虫能够提高其体重;Raju等[45]研究发现,在肉鸡饲粮中添加5%的黑水虻幼虫粉能够促进1~3周的增重和采食量,并提高3~5周的饲料转化率;Lee等[46]研究进一步指出,在肉鸡饲粮中分别添加1%、2%和3%的黑水虻幼虫粉提高了血清溶菌酶活性,促进了脾脏淋巴细胞增殖,并提高了其在沙门氏菌感染中的存活率(3组的存活率分别为65%、75%、85%)。在蛋鸡的研究中发现,饲粮中添加适量黑水虻幼虫粉可改善鸡蛋的外观、味道和质地,并提高鸡蛋的蛋黄色度[47-48],这可能与黑水虻幼虫粉中含有的类胡萝卜素和生育酚有关[49]。此外,Tahamtani等[50]研究表明,在蛋鸡饲粮中添加20%的黑水虻活幼虫对蛋鸡的生长性能、健康状态及蛋品质无不良影响。关于黑水虻虫油的应用,有研究发现,在蛋鸡饲粮中用低于4.5%的黑水虻虫油替代豆油,对蛋鸡的产蛋性能和蛋黄颜色无负面影响[51-52]。此外,Gariglio等[53]研究表明,在肉鸭饲粮中添加33%的黑水虻虫粉替代玉米粉能够提高肉鸭的饲料转化率。上述研究结果表明,在家禽饲粮中添加适量的黑水虻虫粉或虫油对提高生长性能、维护肠道健康、增强免疫力和抗氧化能力、改善蛋品质均具有积极作用,这可能与黑水虻富含抗菌肽、几丁质等生物活性物质有关,未来需进一步研究这些物质对家禽体内物质代谢及肠道菌群调节的作用机制。
在生猪饲料应用方面,仔猪饲粮中添加2%黑水虻幼虫粉能够改善断奶仔猪的肠道健康,同时对生产性能无负面影响[54-55],然而,黑水虻幼虫的添加比例过高则不利于断奶仔猪的生长。Liu[56]研究表明,当黑水虻幼虫100%替代豆粕时,仔猪生长性能下降。推测其原因可能是仔猪机体功能发育尚未成熟,体内几丁质酶的数量较少,从而影响营养物质的消化利用,导致生长性能受损。针对生长育肥阶段,Yu等[55]研究发现,在生长猪饲粮中添加4%的黑水虻幼虫粉可增强其免疫力,改善肠道健康。Chia等[57]研究发现,在育肥猪饲粮中用黑水虻幼虫粉替代50%~100%的鱼粉能显著提高其生长性能和饲料转化率,并改善胴体性状。这表明黑水虻幼虫粉可替代豆粕或鱼粉作为育肥猪全价饲料的蛋白质来源,有望带来更大的经济效益。
2.2.3 在其他动物上的应用
3 黑水虻在反刍饲料中的研究进展及应用现状分析
3.1 国内外法规分析
2001年,欧盟颁布了第999号法规,规定第7条禁止向反刍动物饲喂动物源性蛋白质,以控制疯牛病的传播。我国于2004年7月在农业部第25次常务会议上审议并通过了《动物源性饲料产品安全卫生管理办法》,该办法第4章第18条明确规定,除乳及乳制品外,禁止在反刍动物饲料中使用动物源性产品。由于昆虫被归类为动物源产品,因此中国、欧洲、日本等国家目前均禁止在反刍饲料中使用。与国内相比,欧盟法规允许虫油和水解蛋白在反刍饲料中使用(第2017/1017号法令),其中水解蛋白指通过水解动物副产品获得的多肽、肽、氨基酸及其混合物,并通过干燥浓缩获得的产品。由于水解过程对导致疯牛病的朊病毒同样具有破坏作用,因此确保了水解蛋白在反刍动物饲料中的安全性和可行性。除中国、欧洲、日本等国家法规较为严格外,北美地区仅禁止将肉粉、骨粉、血粉及哺乳动物内脏作为反刍动物饲料,而对于加工、销售和使用昆虫蛋白质作为动物饲料,并没有明确的禁止或授权规定[61]。而在南美、澳洲和非洲地区一些国家,法规则允许虫粉和虫油在反刍动物饲料中使用。虽然在将昆虫蛋白质用作动物饲料方面的法律法规存在地域性差异[62],但全球范围内,研究人员与饲料企业在推动该领域研究与创新方面的合作日益加强。未来,这些努力可能推动法规修订,促进昆虫蛋白质在全球反刍动物饲料中的广泛应用。
3.2 黑水虻在反刍动物上的研究进展及其优势
尽管目前昆虫蛋白质在反刍动物上的应用研究相对较少,但部分结果还是发现,黑水虻幼虫在促进反刍动物生长、优化瘤胃发酵过程和降低甲烷排放等方面展现出一定的优势。Renna等[63]研究发现,在反刍动物饲粮中添加黑水虻幼虫粉后,其总气体产量和甲烷产量显著降低,且瘤胃液中氨态氮浓度较低,揭示黑水虻在优化反刍动物瘤胃发酵过程和提高氮利用率方面可能具有潜在优势。Kahraman等[64]在奶牛饲粮中用脱脂黑水虻幼虫替代20%~40%豆粕,发现瘤胃氨氮浓度显著下降,中性洗涤纤维消化率和48 h产气量显著提升,这表明黑水虻能通过优化蛋白质利用和纤维降解效率改善瘤胃发酵过程。Astuti等[65]研究发现,黑水虻可作为山羊代乳品、教槽料和育肥饲粮中的蛋白质源替代品,其添加对山羊的生理状况、血液学状态和生产性能无显著影响。Ningsih等[66]研究发现,黑水虻虫油对加鲁特绵羊瘤胃发酵特性并无显著影响。但Nekrasov等[67]研究却表明,饲粮中添加0.2%的黑水虻虫油显著提高了奶牛的生产性能,增强了机体免疫力并改善了乳品质,表明黑水虻虫油在奶牛生产中应用的潜力。值得注意的是,黑水虻虫油的功能可能与其独特的脂肪酸组成密切相关,其中月桂酸含量尤为突出,占总脂肪酸的50%[68],这种特殊的中链脂肪酸组成赋予其独特的营养调控价值。Rindsig等[69]在奶牛饲粮中添加月桂酸,发现能够显著影响奶牛瘤胃发酵特性,增加丙酸比例,并转化为葡萄糖提供能量。也有研究认为,在反刍动物饲粮中添加月桂酸能够降低瘤胃内原虫数量,提高反刍动物蛋白质利用率[70],减少甲烷产生[71]。这些研究为阐述黑水虻虫干及虫油的潜在功能提供了理论依据。此外,黑水虻外骨骼中的几丁质在增强反刍动物免疫力方面有一定作用。将黑水虻中的几丁质经过强碱脱乙酰化处理转化为壳聚糖后,能有效减少甲烷排放并提高有机物质的消化率[72]。但也有部分研究认为黑水虻作为反刍动物饲料有负面作用,Jayanegar等[73]通过体外试验,发现黑水虻替代豆粕对反刍动物瘤胃发酵和消化率产生不利影响,推测与黑水虻中较高的脂肪和几丁质含量有关。Lu等[74]研究发现,添加黑水虻对山羊肉品质产生了负面影响,但热处理后的黑水虻对山羊肌肉脂肪酸的组成有积极作用,这表明加工方式可能会对应用效果产生影响。综上所述,黑水虻在反刍动物养殖领域具有一定的应用潜力,需要进一步研究。
3.3 黑水虻在反刍动物上应用的可行性思考
现有研究结果显示,黑水虻作为一种营养丰富且具资源化潜力的昆虫,在影响反刍动物生产性能、瘤胃发酵以及甲烷减排等方面可能具有一定作用。但研究报道数量有限,且结论并不完全一致,因此仍需更多研究证实。此外,虫体富含月桂酸、抗菌肽等生物活性成分,未来也可以更多关注其作为饲料添加剂的应用潜力。由于国内法规较欧美等地区更加严格,因此目前在应用方面存在着诸多限制。一方面,与欧美等地不同,国内目前养殖黑水虻的主要原料为餐厨垃圾和畜禽粪便,原料来源复杂,成分差异较大,且原料通常不经过预处理直接使用,增加了重金属、病原菌等蓄积和传播的风险,导致黑水虻饲料产品有卫生安全不达标的隐患;另一方面,国内法规限制了任何动物源性蛋白质均不能用于反刍动物饲料,这与欧美等地区不限制虫油和水解蛋白在反刍中的应用有所不同。实际上,朊病毒是以蛋白质的结构存在,而水解蛋白能够将蛋白质水解为多肽、氨基酸及其复合物,能够降低朊病毒的传播和危害。
因此,国内推动昆虫蛋白质在反刍中的应用,还需要更多政策支持和研究数据支撑。对此,笔者认为,需要从以下几方面开展更多工作:1)原料方面。应鼓励使用污染风险低、成分稳定的农副资源,如蔬菜渣、果渣、粮食加工副产物、酒糟等,在实现副产物资源化利用的同时,又能确保黑水虻产品质量安全,满足饲料原料对卫生安全的严格要求。2)加工方面。可利用脱脂、酶解和发酵等技术手段,对黑水虻蛋白质进行预处理,提升消化率和生物利用度。3)产品方面。建立完善的产品质量控制体系和行业标准,是保障黑水虻产品安全性和有效性的关键。一方面,应加快制定黑水虻养殖和加工的技术标准,规范企业操作,减少行业内技术混乱;另一方面,建立严格的质量检测和追溯体系。对黑水虻产品的营养成分、微生物、病原菌、重金属含量等进行监测,确保符合产品标准。4)科研方面。目前,黑水虻在反刍动物饲料中的应用研究尚不足,亟需加强科学研究以明确黑水虻在反刍动物上应用的可行性及其最佳应用方式。通过大量的科学数据支撑,为推动昆虫产品在反刍上的应用提供依据。
4 小结
黑水虻作为一种具有高效有机废弃物转化能力和优质营养特性的昆虫,在饲料养殖领域展现出广泛的应用价值。但受国内法规限制,目前尚不能在反刍饲料中应用,且相关研究也不够系统深入。未来,需要在原料选择、加工工艺、产品标准、应用效果研究等方面开展更多工作,对其在反刍动物中应用的有效性、安全性、经济效益和环境效益进行深入系统地探索,为逐步推动政策和法规层面的进一步完善提供更多数据支撑。
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