昆蟲作為食物和飼料中的蛋白質(zhì)來源正變得越來越重要。 黑水虻(BSF) 是使用最多的一種，因為它能夠依靠多種不同的副產(chǎn)品生存。蔬菜加工業(yè)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品，如何高效地利用不同的基質(zhì)養(yǎng)殖黑水虻(BSF)，以確保生物轉(zhuǎn)化的經(jīng)濟優(yōu)勢并克服一些副產(chǎn)品的季節(jié)性非常重要的。

      本論文評估了不同的基質(zhì)如何影響 黑水虻(BSF)的蛋白質(zhì)和氨基酸含量。在不同基質(zhì)上飼養(yǎng)的黑水虻(BSF)預(yù)蛹（干物質(zhì)計）顯示總蛋白質(zhì)含量在 35% 和 49% 之間。利用水果副產(chǎn)品飼養(yǎng)的 BSF 檢測到明顯較低的蛋白質(zhì)含量，而在秋季使用副產(chǎn)品時觀察到較高的蛋白質(zhì)含量。黑水虻(BSF)蛋白質(zhì)含量主要與飲食中的纖維和蛋白質(zhì)含量相關(guān)。在氨基酸含量中，賴氨酸、纈氨酸和亮氨酸受基質(zhì)影響最大。必需氨基酸滿足聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織 (FAO) 對人類營養(yǎng)的要求，少數(shù)情況下賴氨酸除外。即使根據(jù)飼養(yǎng)基質(zhì)觀察到黑水虻(BSF)蛋白質(zhì)的顯著差異，黑水虻(BSF)仍然是一種可通過生物轉(zhuǎn)化多種不同季節(jié)蔬菜副產(chǎn)品而生產(chǎn)出高蛋白含量產(chǎn)品的靈活的工具。

      到2050年，世界將有超過90億人口，蛋白質(zhì)的供應(yīng)是養(yǎng)活不斷增長的人口的主要問題。目前，在西方飲食中，蛋白質(zhì)主要通過動物源性產(chǎn)品引入，從生態(tài)角度來看，畜牧生產(chǎn)對環(huán)境造成的影響已構(gòu)成了一個重要問題。一種有價值且更可持續(xù)的蛋白質(zhì)來源是昆蟲。它們具有很高的營養(yǎng)價值，與傳統(tǒng)的規(guī)模化養(yǎng)殖動物相比，昆蟲的轉(zhuǎn)化效率高得多，需要的水少得多，排放的溫室氣體也少得多。

      如今，生產(chǎn)的食物中超過三分之一的可食用部分會被丟棄或浪費了。昆蟲在管理和評估食物廢棄方面可發(fā)揮重要作用，因為它們可以在各種各樣的有機廢棄基質(zhì)上飼養(yǎng)，從而有助于減少廢棄物的數(shù)量并防止不必要的資源浪費和溫室氣體的進一步排放。因此，昆蟲非常適合利用有機廢棄物來創(chuàng)造可持續(xù)的食品和飼料生產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含循環(huán)經(jīng)濟和提高可持續(xù)性的概念。昆蟲可以將有機廢棄物轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的營養(yǎng)物質(zhì)的能力是眾所周知的，其中黑水虻（BSF）被稱為昆蟲中最有效的生物轉(zhuǎn)化器之一，能夠?qū)⒂袡C廢物減量達75%，并將其轉(zhuǎn)化為富含蛋白質(zhì)和油脂的生物質(zhì)。這使得黑水虻(BSF)適合作為養(yǎng)殖動物的飼料以及生物柴油的生產(chǎn)。由于黑水虻(BSF)富含幾丁質(zhì)，也適合于化妝品或制藥行業(yè)。另外，養(yǎng)殖后殘留的蟲糞也是優(yōu)良的土壤改良劑。

      許多研究表明，黑水虻(BSF)幼蟲可以生活在許多具有不同特性的基質(zhì)上，包括蘑菇和釀酒廠副產(chǎn)品、餐廚垃圾、城市垃圾、甚至動物及人類的糞便。然而，根據(jù)歐洲立法（法規(guī) (EC) No. 1069/2009），當(dāng)無脊椎動物被工業(yè)化養(yǎng)殖時，它們被視為“養(yǎng)殖動物”，因此，使用動物糞便、餐廚垃圾或含有肉和魚的食品作為飼養(yǎng)基質(zhì)是絕對禁止的。因此，盡管營養(yǎng)成分含量較低，但蔬菜和水果廢棄物越來越多地用作黑水虻(BSF)的飼養(yǎng)基質(zhì)，這也是因為它們在完全符合養(yǎng)殖動物飼料法規(guī)的工業(yè)化地區(qū)的高可用性。歐洲食品安全局 (EFSA) 強調(diào)，與其他動物養(yǎng)殖相比，在已被允許使用的基質(zhì)上飼養(yǎng)昆蟲預(yù)計不會產(chǎn)生額外的微生物風(fēng)險。

      此外，一些研究表明，在養(yǎng)殖過程后，殺蟲劑和霉菌毒素不會在黑水虻(BSF)體內(nèi)積累。使用植物基質(zhì)作為昆蟲養(yǎng)殖基質(zhì)需要考慮的一個重點是它們的季節(jié)可用性。事實上，大部分植物基質(zhì)并非全年都能供應(yīng)，因此從經(jīng)濟和技術(shù)角度來看，了解在各種基質(zhì)上飼養(yǎng)黑水虻(BSF) 及其組合的可行性非常重要，這樣才能保證黑水虻(BSF)的產(chǎn)量和成分全年能保持相對穩(wěn)定。

      許多文章研究了飼養(yǎng)底物對黑水虻(BSF)蛋白質(zhì)組分在總量和氨基酸組成方面的影響。在蛋白總量方面，以干物質(zhì)計含量有顯著差異，從32%到58%不等。而對于氨基酸組成，文獻中的研究往往不一致，對其他昆蟲物種的研究也是如此。本文收集了與所使用的飼養(yǎng)基質(zhì)相關(guān)的黑水虻(BSF)預(yù)蛹的蛋白含量和質(zhì)量的廣泛數(shù)據(jù)。總共測試了 49 種不同的蔬菜飼養(yǎng)基質(zhì)組合，以期獲得基質(zhì)對黑水虻(BSF)蛋白的影響以及使用不同基質(zhì)進行飼養(yǎng)的可能性的最完整的圖片。

養(yǎng)殖基質(zhì)：不同地區(qū)供應(yīng)的蔬菜廢棄物原料，在-20℃的條件下儲存，使用時進行研磨及混合。

黑水虻(BSF)養(yǎng)殖條件：27 ± 0.5 °C，相對濕度60-70%。

對照組基質(zhì)（CTR）：50% 麥麩、30% 苜蓿粉和 20% 玉米粉。

試驗對象：每組接種300條（二至三齡期）的BSF幼蟲。

試驗時間：最長持續(xù)65天。

處理方法：試驗結(jié)束后收集的預(yù)蛹被冷凍殺死并在-20°C條件下儲存。

1. 不同飼養(yǎng)基質(zhì)的組成以及對應(yīng)的BSF生物量

      表1 不同飼養(yǎng)基質(zhì)的成分組成以及獲得的BSF總生物量

2. 飼養(yǎng)基質(zhì)的組成對BSF蛋白含量的影響

      圖1 在所考量的 49 種養(yǎng)殖基質(zhì)中生長的每個黑水虻(BSF)樣品的總蛋白含量。

      圖3 基質(zhì)中的植物蛋白轉(zhuǎn)化為黑水虻蛋白的轉(zhuǎn)化率。

      從圖3我們可以看出，對于低蛋白含量的基質(zhì)，黑水虻的蛋白轉(zhuǎn)化率超過 90%，而對于高蛋白含量的基質(zhì)，這個比例下降到 10%。這表明對于黑水虻(BSF)幼蟲的生長和蛋白質(zhì)含量，飼養(yǎng)基質(zhì)中的蛋白質(zhì)含量非常重要，直到達到最低閾值，然后它變得不那么重要。因此，為了獲得高蛋白質(zhì)含量的黑水虻(BSF)預(yù)蛹，保持有利轉(zhuǎn)化率的一個很好的折衷方法是將它們飼養(yǎng)在蛋白含量為 7% 的基質(zhì)上。

3.黑水虻(BSF)氨基酸含量

      圖4 a）黑水虻(BSF)樣本在前兩個主成分上的得分圖。b）與前兩個主成分相關(guān)的變量的載荷值。

      表2.在不同基質(zhì)組上飼養(yǎng)的黑水虻(BSF)預(yù)蛹必需和非必需氨基酸的平均值。

      （氨基酸按順序分別為：組氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸、賴氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、蘇氨酸、色氨酸）。

      圖5 黑水虻(BSF)預(yù)蛹蛋白質(zhì)中亮氨酸含量的圖形模型變化與飼養(yǎng)基質(zhì)的脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和纖維組成有關(guān)。a) 碳水化合物 = 0 wt%；b) 碳水化合物 = 50 wt%，響應(yīng)最高值的區(qū)域以紅色顯示，而最低值以藍色顯示。

      為了了解黑水虻(BSF)預(yù)蛹的蛋白質(zhì)含量和組成，研究檢查了49 種不同的植物基質(zhì)，結(jié)果表明，預(yù)蛹的總蛋白質(zhì)含量在 35 % 和 49%（干物質(zhì)）之間。還觀察到，當(dāng)基質(zhì)中的蛋白質(zhì)含量越高時，獲得的預(yù)蛹的蛋白質(zhì)含量也會越高直到達到一定數(shù)值；隨著基質(zhì)中蛋白質(zhì)的增加，這種植物到動物的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率逐漸降低，這表明在基質(zhì)中必定存在最小臨界量的蛋白質(zhì)，并且一旦達到該臨界量，任何進一步添加到基質(zhì)中的蛋白質(zhì)則變得不那么重要。膳食纖維似乎也在獲得黑水虻(BSF)預(yù)蛹蛋白質(zhì)生物量方面發(fā)揮著積極作用。這項工作的一個重要成果集中在必需氨基酸上。觀察到用秋季組的基質(zhì)飼養(yǎng)的黑水虻(BSF)預(yù)蛹中的必需氨基酸含量更高。

      發(fā)現(xiàn)賴氨酸、亮氨酸和纈氨酸與基質(zhì)中營養(yǎng)成分的存在最相關(guān)。亮氨酸和纈氨酸強烈依賴于基質(zhì)中蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的含量，而賴氨酸與碳水化合物的含量相關(guān)。盡管存在這些重要差異，但必需氨基酸的組成幾乎總是完全滿足糧農(nóng)組織對人類的營養(yǎng)需求。

      總之，這項研究表明，通過為黑水虻(BSF)幼蟲提供基于廣泛的植物副產(chǎn)品組合的底物，可以獲得與對照組蛋白質(zhì)質(zhì)量非常相似的黑水虻(BSF)預(yù)蛹。但是當(dāng)使用的副產(chǎn)品的營養(yǎng)成分非常低時，黑水虻(BSF)飼養(yǎng)的效率較低，因此獲得的蛋白質(zhì)數(shù)量較少，在循環(huán)利用副產(chǎn)品及養(yǎng)殖效率間需要做一定的平衡。

 Fuso A , Barbi S , Macavei L I , et al. Effect of the Rearing Substrate on Total Protein and Amino Acid Composition in Black Soldier Fly[J]. Foods, 2021, 10(8):1773.