叶远图教授以餐厨固体为原料的黑水虻养殖产业发展的制约因素及关键技术分析

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叶远图

苏州大学

教授

简介:黑水虻是目前最有前途的资源昆虫。 它的幼虫以动物粪便、腐烂的水果和蔬菜为食。 它们繁殖迅速,对压力有很强的抵抗力。 黑水虻作为饲料的优质蛋白和油脂原料,为其养殖业的发展提供了市场基础。 因此,利用黑水虻幼虫对畜禽粪便和餐厨垃圾进行无害化处理具有巨大的社会效益和经济效益。 本期我们特邀苏州大学叶远图教授以《黑水虻养殖产业发展制约因素及关键技术分析》为题,聚焦黑水虻养殖产业发展的资源基础以厨房固体为原料”的产业发展政策分析和规模化养殖的核心技术问题,为黑水虻养殖产业的健康发展提供了实际应用参考。 全文发表于《饲料工业》2023年第14期。

我国正在大规模养殖的黑水虻是Hermetia illucens L.,黑水虻,是双翅目、层蝇科、Hermetia illucens L. Hermatia属)昆虫的一种[1]。 关于黑水虻的饲养以及黑水虻在饲料中的应用,已有很多研究,也积累了大量的研究基础和文献。 但细看黑水虻养殖产业链的体系化、产品形态、产业发展方向和关键核心技术尚不明确,需要一系列政策的支持和核心技术的突破。 本文以“餐饮固体”为培养基质,养殖黑水虻及黑水虻加工品为饲料为视角,分析了黑水虻规模化养殖的产业链、相关政策和核心技术。 。 分析。

餐饮餐厨垃圾包括宾馆、饭店、大型食堂等饭店的餐厨垃圾,以及家庭的餐厨垃圾。 从食品和饮料剩余物中获得的固体称为厨房固体,从食物垃圾中获得的固体称为厨房废物固体。 厨房固体物含有大量的肉、油等,对养殖的黑水虻有较高的营养价值。 培养得到的黑水虻的粗蛋白和油脂含量也较高; 而厨房废物固体中含有蔬菜。 水果、果皮等很多,对于养殖黑水虻的营养价值较低,获得的黑水虻的粗蛋白和油脂也比较低。 厨房剩菜压榨后得到的固体物是大规模养殖黑水虻的培养基质,文章称之为“餐饮固体物”。

支持黑水虻养殖业发展的资源基地

人工养殖黑水虻为何能从零星分散养殖转变为规模养殖、发展前景巨大的产业? 我们认为以下几个方面已经形成了黑水虻养殖产业化发展的基础。

1.1 作为昆虫蛋白和昆虫油的新原料,是黑水虻养殖业发展的市场基础

以干物质计算,14日龄黑水虻的蛋白质含量为38%~50%,脂肪含量为28%~38%(黑水虻的蛋白质和油脂含量根据不同的饲料种类差异较大)培养基)。 “蛋白质”+油脂”含量超过70%,如果作为动物养殖的饲料原料,在新型饲料原料资源中具有非常大的优势,成为重要的蛋白质原料和油脂原料。作为全球最大的饲料原料饲料产销量方面,我国饲料工业总量已突破3亿吨,其中动物蛋白和油脂原料供应不足也是制约我国饲料工业发展的重要因素。经过几年的快速发展,鲜活黑水虻年产量已达数千万吨,那么鲜活黑水虻及其加工品的市场出路在哪里呢?

以水产配合饲料为例,我国水产饲料产量每年已超过2200万吨。 水产饲料中鱼粉用量较大,每年进口鱼粉约1.2~150万吨,国产鱼粉约60万吨~80万吨。 鱼粉总量的75%以上,即超过150万吨,用于水产饲料。 鱼粉资源量和价格波动也是影响水产饲料行业发展的重要因素。 此外,用于水产饲料的鸡粉、猪骨粉、牛骨粉等动物原料约有80万吨至100万吨。 即我国水产饲料每年需要各类动物蛋白原料约250万吨。 如果水产配合饲料加油按1%计算,2200万吨/年水产饲料需​​要22万吨/年油(植物油和动物油)。 若以1000万吨鲜活黑水虻虫按干物质含量33%计算,则有330万吨黑水虻干虫,将为水产饲料提供充足的昆虫蛋白和油脂原料,特别是减少对进口鱼粉的依赖程度很高。

因此,黑水虻作为昆虫蛋白和油脂的新原料,为饲料工业的发展提供了重要的选择。 也是规模化养殖黑水虻及其加工产品的主要应用市场,解决黑水虻养殖行业的产品出口。 问题。

1.2黑水虻是优质昆虫蛋白、油脂原料和功能性饲料原料

黑水虻的生命周期有四个阶段:卵、幼虫、蛹和成虫。 从受精卵到成虫需要30天。 用作饲料的黑水虻是幼虫(13-14天龄的幼虫)。 孵化后,受精卵约需培养13至14天,经历5次蜕皮、6龄幼虫期,然后进入预蛹和蛹期。 在一个生命周期中,不同时期的蠕虫的营养成分差异很大。 刘等人。 引用文献[2]的说法,不同发育阶段的蠕虫的蛋白质(CP)和脂肪(EE)含量如图1所示。14天龄(14th day)的黑水虻幼虫有蛋白质含量39.2%,脂肪含量28.4%,蛋白质+脂肪含量67.6%。 不同的培养基中幼虫的蛋白质和脂肪含量不同。 根据我们厨房固体培养基,14日龄黑水虻幼虫的蛋白质含量为39.0%,脂肪含量为39.5%。 蛋白质+脂肪含量为78.5%。

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厨房固体中培养的黑水虻的蛋白质含量为39%至45%,脂肪含量为36%至38%。 黑水虻的物质成分除了作为常规的昆虫蛋白和昆虫油原料外,还含有一些特殊物质,对养殖动物具有重要的生理和代谢功能作用。 黑水虻及其加工品不仅是常规的蛋白质、油脂原料,而且是一类具有特殊生理功能的功能性饲料原料。 典型的生物活性物质包括:①新鲜昆虫含有高含量的抗菌活性物质和抗氧化物质。 这方面有很多文档。 例如徐彦腾[3]利用分离的黑水虻幼虫蛋白进行体外试验,结果显示羟基自由基、DPPH和ABTs自由基清除活性、亚铁离子螯合能力、亚油酸体系的IC50值​​中等过氧化抑制能力分别为2.577、3.965、0.228、0.876和5.050 mg/mL,表现出较高的体外抗氧化活性。 ②黑水虻的脂肪酸组成中,1/3以上的脂肪酸是月桂酸。 这是黑水虻脂肪酸组成的显着特征。 月桂酸是一种具有抗菌活性的功能性脂肪酸,具有促进养殖动物生长速度的作用。 例如,当我们在斑点叉尾鮰饲料中添加1.5%的黑水虻油(将虫体干燥压榨得到的油)时,与等量的大豆油相比,生长率(SGR)增加了9.8%。豆油集团。 ③黑水虻的外壳主要由几丁质组成(占虫体的6%~8%)。 甲壳素经水解可得到壳聚糖、壳寡糖等具有增强免疫作用的功能物质。 ④黑水虻的生命周期需要变态(卵、幼虫、蛹和成虫)和蜕皮生长。 幼虫阶段需要五个蜕皮过程和六个龄期的生长。 昆虫体变态、蜕皮过程中,需要保幼激素和蜕皮激素的协同作用。 因此,新鲜黑水虻及其加工品中含有一定量的保幼激素和蜕皮激素,也是养殖虾蟹等甲壳类动物生长代谢所需的功能成分,可影响虾蟹的生长速度。 。 对新陈代谢有很好的促进作用。 ⑤黑水虻生长过程中,其机体及其肠道微生物可降解培养基中的部分抗生素。 例如,刘存成等[4]的研究表明,当黑水虻培养基中土霉素初始浓度为100、1 000和2 000 mg/kg时,黑水虻幼虫降解土霉素的效率为82.7分别为%、77.6%和69.3%,对培养基质的生态安全具有重要作用。

1.3 以厨房固体物为培养基是黑水虻养殖业发展的物质基础

黑水虻养殖要达到数千万吨的规模,需要供应数亿吨的培养基质(湿基)。 城市餐厨垃圾和餐厨垃圾不仅为黑水虻养殖业的发展提供了培养基质来源,而且解决了城市餐饮和餐厨垃圾处理问题。

在城市发展过程中,每天都会产生大量的餐饮垃圾、厨余垃圾。 据统计,我国餐厨垃圾年产量约为1.2×109 t,并保持快速增长趋势[5]。 城市餐厨垃圾处理的不同解决方案中,比较典型的一种是:将餐厨垃圾高温蒸煮、压榨,得到压榨液和压榨渣。 然后将压榨液与油和水分离,分别得到油和压榨水。 该油用作生物柴油。 压榨水采用沼气发酵处理,而压榨残渣(本文简称“食品固体”)在大部分地区则通过填埋、焚烧等方式进行无害化处理。 在黑水虻产业发展模式中,厨房固体物可作为黑水虻培养基质。 经过规模化养殖和虫体分离,得到鲜活的黑水虻尸体,然后将鲜活的虫体干燥粉碎得到黑水虻粉,压榨油即可得到黑水虻粉。黑水虻油、脱脂黑水虻粉,或以新鲜昆虫为原料,经酶解研磨,得到黑水虻酶浆等产品。 殷敬凯等. 文献[6]报道,利用黑水虻处理厨房残渣,材料减量率达74.0%,材料转化率达33.9%。 厨房固体物的巨大库存为黑水虻的繁殖提供了非常重要的物质基础。

因此,“厨房固体——黑水虻规模化养殖——黑水虻产品作为饲料的资源化利用”的产业链展现出巨大的有机物循环利用的资源效益、碳氮循环效益的生态效益、城市生活的巨大效益。环境保护。 社会效益,而这种效益将成为推动黑水虻产业发展的重要物质基础。

1.4 黑水虻是厨房固体生物转化的首选物种

大量养殖的昆虫主要有粉虫、蝇蛆、黑水虻幼虫等。 在这三类昆虫中,黑水虻具有繁殖和用作饲料原料的优势。 黄粉虫栽培的培养基含水量约为15%,而厨房固体物含水量约为70%,不适合直接用作黄粉虫培养基。 蝇蛆、黑水虻栽培的培养基含水量要求60%~70%,厨房固体物的含水量比较合适。 蝇幼虫的繁殖期为5至6天,黑水虻幼虫的繁殖期为6至7天。 没有太大区别; 大规模利用食物固体的活蝇蛆产出率约为16%,而活黑水虻幼虫繁殖期约为16%。 蠕虫的产率为22%,黑水虻的产率明显高于蝇蛆。 蝇蛆干物质的蛋白质含量与黑水虻相差不大,但油脂含量却比黑水虻低。 如果以“蛋白质+油脂”的总量来计算的话,黑水虻的脂肪酸组成比黑水虻要高,月桂酸含量较高,有作为功能性食品的优势。脂肪酸。 在另一个重要的生态环境和人居问题上,黑水虻具有更为明显的优势。 黑水虻和蝇幼虫都是食腐质昆虫,但黑水虻成虫一般不在人居环境中生存和产卵,而蝇蛆成虫(苍蝇)则经常在人居环境中活动,影响人居环境质量。 洞察力。

因此,在以厨房固体物为培养基质、规模化养殖昆虫为饲料资源方面,黑水虻具有明显的生态优势、生物转化优势和饲料产品价值优势。

“厨房固体 – 黑水虻育种 – 黑水虻产品

“饲料”产业发展政策分析

以餐厨固体物为培养基质的黑水虻产业化也存在明显的政策限制,主要表现为:①餐厨垃圾处理厂与黑水虻养殖厂分离。 餐厨垃圾的收集、储存、运输、加工享受政府补贴,不能跨地区转移。 大规模养殖黑水虻需要大量的厨房固体物,这可能需要从不同地区的餐厨垃圾处理厂收集厨房固体物,这涉及到厨房固体物的跨区域转移。 需要相应的政策支持,即餐厨垃圾的收集、储存、运输、加工不需要跨地区,但加工后的食品固体应允许跨地区运输。 这需要明确的政策支持。 如果一个1000万人口的大城市有5个餐厨垃圾处理行政区,可能有5个餐厨垃圾处理厂,但可能只需要1个大型黑水虻养殖厂。 大型黑水虻养殖工厂的投资是非常大的。 如果达不到一定的生产规模,投资压力和利润压力就会更大,甚至达不到投资的盈亏平衡点。 ②大型养殖工厂缺乏建厂所需的土地政策支持和政府财政支持。 黑水虻规模化养殖是昆虫的大规模人工养殖项目。 它可以处理大量的厨房固体。 养殖工厂本身也存在很大的环保压力。 养殖工厂不宜选择在城市地区。 最好的选择是靠近食物垃圾处理厂,也有利于食物固体的转移。 然而,餐厨垃圾处理厂很容易获得土地政策支持,而处理食物固体的大型黑水虻养殖厂则没有批准土地的政策支持,更不用说政策财政补贴了。 这些问题不是企业投资就能解决的问题,而是需要政府的政策调整和支持。 这部分管理权限由环保、国土、财政等部门管辖。

黑水虻产品作为饲料原料也有政策限制。 黑水虻粉、脱脂黑水虻粉已进入《饲料原料目录》(9.2.7、黑水虻虫粉和9.2.8、脱脂黑水虻虫粉),不属于“单一饲料”原料”(这意味着黑水虻养殖不需要生产许可证)。 但黑水虻作为饲料原料的产品形态并不限于昆虫粉或脱脂昆虫粉,还包括新鲜和冷冻的黑水虻昆虫(非活体昆虫)、酶解昆虫浆(糊状)。 ),还有黑兵飞。 马蝇发酵虫浆、黑水虻油等产品需补充《饲料原料目录》中黑水虻饲料产品类别。 同时,黑水虻的剩余培养基和昆虫排泄物,即虫砂,经过高温处理或发酵处理后也可以作为饲料原料,也需要进入“饲料原材料目录”。 本部分由农业农村部管理。 欧盟已批准黑水虻等昆虫作为动物饲料原料。

黑水虻养殖属于餐厨垃圾生物处理的循环产业,也属于碳氮循环产业。 其饲料原料产品能否像鱼粉产品一样享受一定的免税政策支持? 这也需要相应的政策支持,其管理权限归属于国税部门。

黑水虻规模化养殖的核心技术问题

黑水虻养殖多大规模合适? 以一个200万人口的城市(或地区)计算,测算一个200万人口的城市每天产生约100吨餐厨垃圾。 一座日处理100吨厨房固体的黑水虻养殖厂可作为大型养殖厂。 工厂基本规模。 对于大中城市来说,这种规模的养殖工厂可以复制一定数量的同类工厂。

根据目前比较先进的黑水虻养殖技术,采用厨房固体物作为培养基。 100吨厨房固体需要1.2×108个5-7日龄的幼苗。 黑水虻转化厨房固体效率22%,可产新鲜黑水虻虫(预蛹初期虫)22吨。 培养周期为从受精卵到7日龄幼苗,从7日龄幼苗到黑水虻预蛹(可收获的虫体)7天,共14天。 以如此规模的黑水虻养殖为例,需要解决的核心技术包括:①黑水虻产业链的兼容性。 例如,每天处理100吨厨房固体物,需要1.2×108株苗。 相应规模的黑水虻成虫(一只雌性产卵900粒左右)和受精卵采集孵化(孵化需2~5天)苗木繁育工厂,需要有一定的黑水虻成虫和苗木场地。 昆虫养殖工厂。 ② 如何设计黑水虻(从幼苗到预蛹)的养殖流程和配套设施至关重要,特别是如何实现机械化、自动化、智能化的流程和控制设备。 ③养殖工厂的环境控制技术是最大的技术难题。 此阶段的繁殖期为7天左右。 需要控制黑水虻生长环境条件,如温度(25℃)、湿度(相对湿度70%)、光照、通风等,并控制气体的排放养殖车间及整个养殖工厂的废气、污水等达到环保排放要求。 这成为黑水虻规模化养殖的核心技术,也是投资最大的部分。 ④黑水虻产品形态及加工工艺。 每天如何处理22吨活体黑水虻昆虫是一个核心问题。 活昆虫不适合直接销售。 如果直接冷冻(冷冻昆虫),则需要进行相应的速冻。 以及冷藏设施和仓库。 如果生产其他产品形态,如干虫、酶解虫浆等,还需要相应的设施和场地。

单个环节的技术加工相对容易,但将多个环节连接起来形成一个连续的流程,特别是形成自动化、智能化的流程或流水线,就需要技术集成,这是一个重要的核心技术问题。

黑水虻饲料产品生产过程中的抗氧化技术问题

出口的食物垃圾之一被加工成黑水虻的培养基质。 养殖黑水虻的出口主要用作养殖动物的饲料,但黑水虻作为饲料原料的产品形态值得关注。 活体黑水虻不适合直接作为养殖动物的饲料,特别是规模化养殖中黑水虻数量较多时,更不适合将活体昆虫作为动物饲料出售、运输和饲喂到养殖动物。 因此,黑水虻饲料产品需要考虑其他产品形式。

以新鲜黑水虻虫为原料的饲料产品形态主要有以下几种:①冷冻虫。 新鲜的黑水虻经过快速冷冻,然后冷藏并进行冷链运输。 可用于养殖场所,如虾、蟹、蛙、中华鳖等的饲料,或作为饲料原料。 产品基本保持了昆虫体的形状。 含水率67%左右; ② 昆虫干品或昆虫粉。 将新鲜虫体干燥成虫干(水分小于10%),将干虫粉碎得到黑水虻虫粉; ③脱脂虫粉、油。 以干昆虫为原料,将虫体粉碎或压碎,得到黑水虻脱脂昆虫粉,同时得到黑水虻油; ④保鲜昆虫浆。 鲜虫浆(膏)是将鲜虫体研磨、保存(保藏)后得到的,其水分含量基本与鲜虫体相同; ⑤发酵虫浆,将新鲜虫体研磨后,添加适量糖蜜等碳源,添加微生物菌种(如枯草芽孢杆菌、乳酸菌等)进行发酵,得到发酵黑水虻虫浆(膏状),含水量67%左右; ⑥昆虫浆的酶解。 将新鲜虫体粉碎后,加入外源水解酶,在55℃下酶解,减压浓缩至含水量50%左右,即得黑水虻酶解虫浆。 若干燥,可得到酶解昆虫粉。 。 上述产品主要为饲料企业提供饲料原料。 除脱脂昆虫粉提取的油外,其他产品基本保持了黑水虻的含油量。

活的黑水虻含有较多的抗氧化物质,具有较高的抗氧化能力。 一旦死亡,虫体暴露在空气(温度、氧气)下很容易被氧化,虫体明显变黑是肉眼可见的。 如果黑水虻的外壳受损,虫内物质更容易被氧化,这主要是因为黑水虻含有较高的油脂含量。 黑水虻油包括蜡酯(脂肪酸和高级醇的酯)、磷脂和三酰基甘油酯。 它们含有高比例(超过40%)的不饱和脂肪酸,如油酸和亚油酸。 暴露于空气中极易氧化、酸败。 油氧化和酸败的产物,如过氧化物和丙二醛,对动物有毒。 因此,活鲜无氧化酸败的黑水虻虫是优质动物蛋白和油脂原料,是功能性饲料原料。 然而,已氧化酸败的黑水虻产品可能对养殖动物产生毒副作用。 ,是一种劣质甚至劣质的饲料原料。

黑水虻饲料产品的加工过程和加工产品需要进行技术处理,防止氧化酸败。 由此带来的技术难点包括:①干燥方法值得研究。 黑水虻幼虫和预蛹含有 65% 至 67% 的水分。 如何将新鲜的黑水虻虫干燥成干虫并加工成虫粉? 或者提取油得到脱脂昆虫粉和黑水虻油? 热风干燥使油脂发生氧化酸败的可能性和程度都很高。 微波干燥的生产成本以及微波对脂肪酸的破坏也是难题。 冷冻干燥是最理想的干燥技术,但有设备投资和运行费用,以及需要处理的黑水量。 苍蝇数量有限也是一个问题。 ②黑水虻液体饲料产品,如酶解黑水虻浆、发酵黑水虻浆(膏)等,可能成为主要的饲料产品形态,也需要控制氧化方面的技术难点。

另一个值得关注的问题是,在我国现有的动物饲料用黑水虻的育种试验过程和文献中,黑水虻所用的原料包括活虫和实验室条件下获得的虫体。 或者油脂等,这些原料中油脂的氧化程度可能较低,所以得到的检测结果都是阳性结果,说明黑水虻及其加工品是优质的蛋白质原料和油脂原料。 其研究报告也没有对脂肪酸氧化程度和脂肪酸氧化产物进行检测和测定。 关于黑水虻及其加工饲料产品氧化酸败对养殖动物生长和健康的不利影响,几乎没有实验和文献报道。 但实际生产中可能会出现这样的情况,从而影响黑水虻饲料产品的应用。 ,更容易对养殖动物造成伤害,引发养殖事故。 因此,在黑水虻规模化养殖以及饲料产品的开发应用时,必须重视这一问题,开发相应的氧化控制技术和工艺。

急需制定黑水虻饲料产品质量标准

以餐厨固体物为原料规模化养殖黑水虻是一种值得推广和政府支持的生产方式,而以畜禽粪便、医疗垃圾等为原料的黑水虻养殖则需要进一步推广。受限制的。 黑水虻及其加工品作为饲料原料,受到《饲料原料目录》、《饲料添加剂目录》、《单一饲料生产许可证》、《饲料添加剂生产许可证》、《饲料卫生标准》等多项法规的约束”等。这些规定的实施可以通过黑水虻饲料产品质量标准来协调和实现。

不同的培养基直接影响养殖黑水虻的营养品质、卫生安全质量。 例如,Barragan-Fonseca 等人的研究成果。 [7]如表1所示,使用水果和蔬菜作为培养基。 黑水虻的蛋白质含量为38.5%,油脂含量为6.63%。 由鱼制成的黑水虻蛋白质含量为57.9%,油脂含量为34.6%。 两者的“蛋白质+油脂”含量相差2倍以上。

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更重要的是,黑水虻目前在全国各地都有养殖。 除了养殖技术的差异外,最重要的是所用培养基的安全性难以控制。 可以使用一些有机固体废物,例如抗生素。 以矿渣、畜禽粪便等为培养基质。 由于黑水虻养殖不需要生产许可证,理论上人人都可以养殖,到处都可以养殖,使得黑水虻养殖行业难以控制。 黑水虻及其加工产品的饲料原料产品质量标准可用于排除部分来源于有机危险废物、动物粪便等的黑水虻饲料产品。在实际生产中,以畜禽粪便为原料。培养基中,导致黑水虻粉中铁、铜等含量超出《饲料卫生标准》和中华人民共和国农业农村部公告第2625号《饲料添加剂安全使用规范》中国”。 不能作为饲料原料; 家禽粪便中药物(如鸡用球虫药)残留超标。 因此,用畜禽粪便培养的黑水虻产品不能用作饲料原料。

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