黑水虻的产业化开发应用研究进展

胡文举，宋艳画

（1.河南开放大学，河南郑州 450046；2.河南农业职业学院，河南中牟 451450）

黑水虻是食腐性昆虫，其幼虫繁殖周期短、数量多、生物转化率高，可将50%以上的畜禽粪便快速转化为可利用的生物物质。幼虫体内不仅富含粗蛋白质和粗脂肪，还含有丰富的必需氨基酸、必需脂肪酸和微量元素，是联合国粮农组织推荐的可饲用昆虫之一。利用黑水虻规模化处置畜禽粪便可有效减少环境污染，弥补我国蛋白质饲料的缺口，提高资源利用率。目前，国内外广泛研究黑水虻养殖技术开发、幼虫营养价值分析、幼虫活性成分分析与提取、幼虫饲用价值开发与利用等技术。本文综述了黑水虻幼虫的营养特性和药用价值，并对当前黑水虻产品开发应用的现状和难点进行分析，旨在为其进一步产业化开发提供参考。

1 黑水虻幼虫的营养成分

黑水虻幼虫干中粗蛋白质含量占42.0%～48.1%，粗脂肪含量占12.9%～35.0%。粗蛋白质含量与豆粕相当，低于鱼粉，粗脂肪含量均高于二者。从营养学角度讲，饲料品质除与粗蛋白质含量、粗脂肪含量有关外，还取决于其所含氨基酸和脂肪酸的种类、比例。蔡腾等（2021）对以餐厨垃圾为饲喂基质的黑水虻幼虫粉氨基酸成分进行研究发现，16种水解氨基酸占蛋白质总量的36.16%，其中必需氨基酸有9种，含量占16.76%。胡俊茹等（2017）对以餐厨垃圾为饲喂基质的黑水虻幼虫粉氨基酸组成进行分析，结果表明，虫粉中的精氨酸、缬氨酸、组氨酸含量高于鱼粉，异亮氨酸含量与鱼粉接近，赖氨酸、蛋氨酸等其余必需氨基酸含量较鱼粉低。黑水虻幼虫粉的粗脂肪中含21.99%～60.85%的不饱和脂肪酸和39.17%～44.89%必需脂肪酸，其中油酸和亚油酸含量分别达30.7%和21.3%（王慧娇等，2021）。黑水虻幼虫干中还含有丰富的钙、铁、锌等矿物质元素，其中钙和磷的含量高于鱼粉。另外，黑水虻幼虫干中还富含各类维生素和类胡萝卜素。基于此，研究者普遍认为，黑水虻幼虫具有代替豆粕和鱼粉作为饲料原料的潜力。

2 黑水虻的药用成分

抗菌肽主要是通过破坏病原微生物细胞膜的完整性而起到抑菌作用的，其不针对特定受体，不易引起病原微生物突变，可有效防止病原微生物产生耐药性，是最具潜力的抗生素替代产品。夏嫱等（2013）研究表明，黑水虻幼虫产生的抗菌肽对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌及白色念珠菌有明显的抑制作用。黑水虻幼虫脂肪中饱和脂肪酸主要是月桂酸（Xu等，2021），含量为16%～20%。研究发现，在一定浓度下，月桂酸可插入病毒囊膜，破坏病毒膜结构、瓦解有囊膜的病毒，抑制病毒在体内增殖。月桂酸还具有良好的抗菌作用，其对细菌有显著的抗菌活性。致敏性测试表明，月桂酸对人体皮肤没有致敏性，可以广泛应用在食品、化妆品、药品等领域。黑水虻幼虫中含有丰富的己二酸（陈巍等，2017），可以作为天然提取己二酸的重要来源之一。己二酸具有较强的广谱抗菌能力，可有效抑制痢疾杆菌和金黄色葡萄球菌的增殖。小鼠口服己二酸后，表现出较好的抗肺炎克雷伯氏菌作用，并未呈现毒性作用。黑水虻幼虫体内含有丰富的甲壳素，利用黑水虻幼虫提取甲壳素将成为制备壳聚糖的重要途径之一。

3 黑水虻的产业化开发应用

3.1 规模化处理有机废弃物黑水虻处理有机废弃物具有速度快、效率高、养殖技术简单、投资小和对环境友好等优势，已成为资源化利用有机废弃物研究和应用的热点。我国在不断探索如何实现黑水虻集约化、模块化、标准化和产业化养殖，让黑水虻资源化利用畜禽粪便和餐厨垃圾成为环境治理的重要措施。国际上已经有包括Ynsect公司（法国）、Agriprotein公司（南非）、EnviroFlight公司（美国）等在内的多家公司实现了黑水虻的规模化养殖（许丰孟等，2020）。目前，国内黑水虻养殖产业也呈现出蓬勃发展的态势，河南、山东、广东等地已经涌现出大批小规模养殖户，部分地方政府开始与相关企业合作利用黑水虻处理餐厨垃圾。河南大用集团、牧原集团等大型养殖公司也在进行黑水虻大规模资源化利用畜禽粪便的研究。据国家知识产权局中国专利公布公告网显示，自2010年第一个关于黑水虻养殖的专利申请以来，截至2021年10月已累计申请相关专利646条，从2010年申请3条到2020年申请139条，每年新申请的数量都在不断增加。当前，黑水虻养殖的相关研究主要集中在养殖方式、养殖程序优化、养殖设备、幼虫产品高附加值开发应用等方面。

3.2 饲料的开发应用黑水虻幼虫富含畜禽生长所需的营养成分，可以完全或部分代替鱼粉或豆粕用于饲料配制。王斌等（2021）研究表明，在蛋鸡饲料中添加3%～6%的黑水虻幼虫干，可显著提高蛋鸡的产蛋性能。在肉鸡饲料中添加黑水虻幼虫干可以提高鸡肉中蛋白质、氨基酸和脂肪酸的含量，并不会对肉鸡生产性能产生不良影响（Hartinger等，2021）。余苗等（2019）研究表明，黑水虻幼虫粉作为优质蛋白质饲料添加到育肥猪日粮中，可以提高猪的生产性能。大量研究表明，在水产动物饲料中用一定比例的黑水虻虫干粉代替鱼粉是可行的，甚至还能促进水产动物的生长，提高其肉质和免疫力。

除黑水虻幼虫全虫干粉、鲜虫被用于饲料原料外，还有进行脱脂处理后的脱脂虫干粉和幼虫油被用于饲料原料。车彦卓等（2020）使用黑水虻幼虫脱脂蛋白代替豆粕，在不降低蛋鸡生产性能和蛋品质的同时，可将饲粮粗蛋白质水平降低至14.85%，从而提高了饲料利用率。Secci等（2018）在蛋鸡日粮中添加17%高度脱脂黑水虻虫干，在不对产蛋性能产生显著影响的条件下，可以提高蛋黄颜色和蛋黄比。黑水虻脂肪主要是代替大豆油应用于水产养殖。研究表明，黑水虻油完全替代豆油添加到饲料中，对鱼的生长性能、饲料利用率、体成分和抗氧化性能均无显著影响。虽然黑水虻幼虫可以代替鱼粉或豆粕用于畜禽养殖，但受制于产量，其作为畜禽饲料还多限于中小规模的养殖场使用，还鲜有报道应用于大规模养殖企业。

3.3 药用价值的开发应用黑水虻幼虫体内含有抗菌肽、己二酸、甲壳素、月桂酸等活性物质，这些活性物质在体内具有抗菌消炎、抗病毒、调节免疫等作用，因此，在医药、食品、饲料和化妆品等领域有巨大的市场潜力。但由于从黑水虻幼虫体内分离、提取的抗菌肽产量低、成本高、耗时长，不足以达到规模化生产，从而限制了黑水虻抗菌肽的产业化应用。黑水虻幼虫体内月桂酸、己二酸、甲壳素等药用成分的提取和开发仍显不足，还没有商业化产品被开发出来。

3.4 虫粪的开发应用黑水虻幼虫在摄食后，未被吸收的食物残渣被排出体外成为虫粪。虫粪的pH、有机质、总养分含量及重金属含量均满足我国有机肥料标准，其含有较多的腐植酸和类胡敏酸，不仅能提高农作物产量，还能提高农产品质量。吴翔（2019）研究表明，施用黑水虻虫粪不仅能提高番茄产量，还能显著提高番茄内的叶绿素和维生素C含量，且效果优于鸡粪。龚小燕（2021）发现，将6%黑水虻虫粪加入水稻育秧基质中能提高秧苗叶片叶绿素含量和光合速率，促进秧苗生长。随着我国黑水虻养殖规模的不断扩大，以黑水虻虫粪为基础的有机肥生产正在向规模化方向发展。

4 产业化开发应用的难点

4.1 经济效益黑水虻幼虫能处理畜禽粪便、餐厨垃圾，并将其转化为可利用的生物物质，可以缓解环境压力、拓展饲料来源，具有良好的社会效益，已逐渐被相关部门所认可并广泛推广。但考虑到幼虫营养成分不一致，对致病菌、病毒、寄生虫的杀灭效果不稳定等因素，黑水虻幼虫最多是被应用在小型养殖场或在水产养殖中代替部分鱼粉，规模化养殖场的应用还鲜有报道。出于储存和安全性考虑，黑水虻幼虫往往需要进行高温烘干处理，导致生产成本偏高，生产黑水虻幼虫干的平均成本在0.9～1.1万元/ t（王斌等，2021），与鱼粉价格相当（1.17万元/t），用黑水虻幼虫干代替鱼粉的价格优势并不明显。此外，黑水虻生长需要经过卵-幼虫-蛹-成虫4个环节，各环节对温度、湿度、饲料水分、光照、pH等要求较高，常年持续养殖需要在室内恒温条件下进行，与鱼粉和豆粕相比，这些对黑水虻养殖推广应用都是不利的。

4.2 饲料安全性黑水虻幼虫的饲养基质主要是畜禽粪便、餐厨垃圾等容易受到微生物污染的有机废弃物，用其作为畜禽饲料，生物安全性不容忽视，特别是重金属、抗生素、霉菌毒素等难以降解的有害物质残留问题（Zhu等，2021）。虽然黑水虻幼虫被认为是优良的蛋白饲料来源，但畜禽粪便、餐厨垃圾中有害成分复杂，幼虫对有害物质的富集、降解能力与饲养基质、饲养环境有一定关系。研究表明，用富含汞、铅、镉等重金属的岩衣藻饲喂黑水虻与添加汞、铅、镉等重金属离子溶液混合饲料相比，前者更容易在幼虫体内富集和残留（Biancarosa等，2018）。黑水虻降解抗生素主要是依赖其复杂的肠道菌群，但黑水虻肠道菌群处于动态变化的过程，会受到外界环境影响。因此，黑水虻幼虫对抗生素的降解能力也可能随环境变化而变化，在体内残留也不稳定。

4.3 高附加值产品开发黑水虻体内富含抗菌肽、甲壳素、己二酸等高附加值的活性物质，这些活性物质的提取、开发和应用是当前研究的热点。如昆虫抗菌肽作为抗生素的替代品在食品工业、饲料工业、医药和化妆品等领域已成为研究热点。在抗菌肽药物研发方面，研究人员已开发出含有如GRN-1201、WT-2725、ITK-1等抗菌肽的药物，目前已进入临床或待批准上市阶段。但由于黑水虻抗菌肽天然提取难度大、成本高、工艺复杂，抗菌活性不稳定，应用效果有待进一步明确，这些都制约了其大规模的生产和应用。

5 小结与展望

作为一个新兴产业，黑水虻的产业化生产还面临诸多问题，如饲料来源不稳定、养殖过程复杂、经济效益低下、高附加值产品开发不足等问题。因此，今后还需要开展以下研究：一是制定完备的饲养标准和加工工艺，研究不同饲养底物虫体的营养价值，为大规模饲用化提供稳定的原料来源；二是加大高附加值产品的开发，不断优化虫体各种成分的提取工艺，可将提取高附加值产品后的虫体用于提取虫体蛋白和脂肪酸，形成高附加值产品—虫体蛋白—虫体脂肪酸—虫沙等完整的产业链，充分发挥黑水虻养殖的价值和效益；三是深入研究黑水虻幼虫对有害物质的富集和降解机制，系统评估黑水虻幼虫作为饲料原料的安全性；四是探索黑水虻虫体代替其他蛋白质饲料对各种动物生产性能的影响，为制定其在饲料中的最适添加比例提供依据。总之，黑水虻养殖是一个新兴产业，前景广阔，对相关工作的深入研究将有助于黑水虻养殖的产业化发展，进而实现经济效益和社会效益双赢。