养殖基质对黑水虻总蛋白及氨基酸组成的影响

      昆虫作为食物和饲料中的蛋白质来源正变得越来越重要。 黑水虻(BSF) 是使用最多的一种，因为它能够依靠多种不同的副产品生存。蔬菜加工业产生大量的副产品，如何高效地利用不同的基质养殖黑水虻(BSF)，以确保生物转化的经济优势并克服一些副产品的季节性非常重要的。

      本论文评估了不同的基质如何影响 黑水虻(BSF)的蛋白质和氨基酸含量。在不同基质上饲养的黑水虻(BSF)预蛹（干物质计）显示总蛋白质含量在 35% 和 49% 之间。利用水果副产品饲养的 BSF 检测到明显较低的蛋白质含量，而在秋季使用副产品时观察到较高的蛋白质含量。黑水虻(BSF)蛋白质含量主要与饮食中的纤维和蛋白质含量相关。在氨基酸含量中，赖氨酸、缬氨酸和亮氨酸受基质影响最大。必需氨基酸满足联合国粮食及农业组织 (FAO) 对人类营养的要求，少数情况下赖氨酸除外。即使根据饲养基质观察到黑水虻(BSF)蛋白质的显着差异，黑水虻(BSF)仍然是一种可通过生物转化多种不同季节蔬菜副产品而生产出高蛋白含量产品的灵活的工具。

      到2050年，世界将有超过90亿人口，蛋白质的供应是养活不断增长的人口的主要问题。目前，在西方饮食中，蛋白质主要通过动物源性产品引入，从生态角度来看，畜牧生产对环境造成的影响已构成了一个重要问题。一种有价值且更可持续的蛋白质来源是昆虫。它们具有很高的营养价值，与传统的规模化养殖动物相比，昆虫的转化效率高得多，需要的水少得多，排放的温室气体也少得多。

      如今，生产的食物中超过三分之一的可食用部分会被丢弃或浪费了。昆虫在管理和评估食物废弃方面可发挥重要作用，因为它们可以在各种各样的有机废弃基质上饲养，从而有助于减少废弃物的数量并防止不必要的资源浪费和温室气体的进一步排放。因此，昆虫非常适合利用有机废弃物来创造可持续的食品和饲料生产系统，该系统包含循环经济和提高可持续性的概念。昆虫可以将有机废弃物转化为高质量的营养物质的能力是众所周知的，其中黑水虻（BSF）被称为昆虫中最有效的生物转化器之一，能够将有机废物减量达75%，并将其转化为富含蛋白质和油脂的生物质。这使得黑水虻(BSF)适合作为养殖动物的饲料以及生物柴油的生产。由于黑水虻(BSF)富含几丁质，也适合于化妆品或制药行业。另外，养殖后残留的虫粪也是优良的土壤改良剂。

      许多研究表明，黑水虻(BSF)幼虫可以生活在许多具有不同特性的基质上，包括蘑菇和酿酒厂副产品、餐厨垃圾、城市垃圾、甚至动物及人类的粪便。然而，根据欧洲立法（法规 (EC) No. 1069/2009），当无脊椎动物被工业化养殖时，它们被视为“养殖动物”，因此，使用动物粪便、餐厨垃圾或含有肉和鱼的食品作为饲养基质是绝对禁止的。因此，尽管营养成分含量较低，但蔬菜和水果废弃物越来越多地用作黑水虻(BSF)的饲养基质，这也是因为它们在完全符合养殖动物饲料法规的工业化地区的高可用性。欧洲食品安全局 (EFSA) 强调，与其他动物养殖相比，在已被允许使用的基质上饲养昆虫预计不会产生额外的微生物风险。

      此外，一些研究表明，在养殖过程后，杀虫剂和霉菌毒素不会在黑水虻(BSF)体内积累。使用植物基质作为昆虫养殖基质需要考虑的一个重点是它们的季节可用性。事实上，大部分植物基质并非全年都能供应，因此从经济和技术角度来看，了解在各种基质上饲养黑水虻(BSF) 及其组合的可行性非常重要，这样才能保证黑水虻(BSF)的产量和成分全年能保持相对稳定。

      许多文章研究了饲养底物对黑水虻(BSF)蛋白质组分在总量和氨基酸组成方面的影响。在蛋白总量方面，以干物质计含量有显着差异，从32%到58%不等。而对于氨基酸组成，文献中的研究往往不一致，对其他昆虫物种的研究也是如此。本文收集了与所使用的饲养基质相关的黑水虻(BSF)预蛹的蛋白含量和质量的广泛数据。总共测试了 49 种不同的蔬菜饲养基质组合，以期获得基质对黑水虻(BSF)蛋白的影响以及使用不同基质进行饲养的可能性的最完整的图片。

养殖基质：不同地区供应的蔬菜废弃物原料，在-20℃的条件下储存，使用时进行研磨及混合。

黑水虻(BSF)养殖条件：27 ± 0.5 °C，相对湿度60-70%。

对照组基质（CTR）：50% 麦麸、30% 苜蓿粉和 20% 玉米粉。

试验对象：每组接种300条（二至三龄期）的BSF幼虫。

试验时间：最长持续65天。

处理方法：试验结束后收集的预蛹被冷冻杀死并在-20°C条件下储存。

1. 不同饲养基质的组成以及对应的BSF生物量

      表1 不同饲养基质的成分组成以及获得的BSF总生物量

2. 饲养基质的组成对BSF蛋白含量的影响

      图1 在所考量的 49 种养殖基质中生长的每个黑水虻(BSF)样品的总蛋白含量。

      图3 基质中的植物蛋白转化为黑水虻蛋白的转化率。

      从图3我们可以看出，对于低蛋白含量的基质，黑水虻的蛋白转化率超过 90%，而对于高蛋白含量的基质，这个比例下降到 10%。这表明对于黑水虻(BSF)幼虫的生长和蛋白质含量，饲养基质中的蛋白质含量非常重要，直到达到最低阈值，然后它变得不那么重要。因此，为了获得高蛋白质含量的黑水虻(BSF)预蛹，保持有利转化率的一个很好的折衷方法是将它们饲养在蛋白含量为 7% 的基质上。

3.黑水虻(BSF)氨基酸含量

      图4 a）黑水虻(BSF)样本在前两个主成分上的得分图。b）与前两个主成分相关的变量的载荷值。

      表2.在不同基质组上饲养的黑水虻(BSF)预蛹必需和非必需氨基酸的平均值。

      （氨基酸按顺序分别为：组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸、赖氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸）。

      图5 黑水虻(BSF)预蛹蛋白质中亮氨酸含量的图形模型变化与饲养基质的脂质、蛋白质和纤维组成有关。a) 碳水化合物 = 0 wt%；b) 碳水化合物 = 50 wt%，响应最高值的区域以红色显示，而最低值以蓝色显示。

      为了了解黑水虻(BSF)预蛹的蛋白质含量和组成，研究检查了49 种不同的植物基质，结果表明，预蛹的总蛋白质含量在 35 % 和 49%（干物质）之间。还观察到，当基质中的蛋白质含量越高时，获得的预蛹的蛋白质含量也会越高直到达到一定数值；随着基质中蛋白质的增加，这种植物到动物的蛋白质转化率逐渐降低，这表明在基质中必定存在最小临界量的蛋白质，并且一旦达到该临界量，任何进一步添加到基质中的蛋白质则变得不那么重要。膳食纤维似乎也在获得黑水虻(BSF)预蛹蛋白质生物量方面发挥着积极作用。这项工作的一个重要成果集中在必需氨基酸上。观察到用秋季组的基质饲养的黑水虻(BSF)预蛹中的必需氨基酸含量更高。

      发现赖氨酸、亮氨酸和缬氨酸与基质中营养成分的存在最相关。亮氨酸和缬氨酸强烈依赖于基质中蛋白质和脂质的含量，而赖氨酸与碳水化合物的含量相关。尽管存在这些重要差异，但必需氨基酸的组成几乎总是完全满足粮农组织对人类的营养需求。

      总之，这项研究表明，通过为黑水虻(BSF)幼虫提供基于广泛的植物副产品组合的底物，可以获得与对照组蛋白质质量非常相似的黑水虻(BSF)预蛹。但是当使用的副产品的营养成分非常低时，黑水虻(BSF)饲养的效率较低，因此获得的蛋白质数量较少，在循环利用副产品及养殖效率间需要做一定的平衡。

 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.