黑水虻饲料化之路还有多远？

　　核心提示

　　黑水虻因其高蛋白、高脂肪的营养特性，显著的环境效益，对国家粮食安全的贡献，符合循环经济的理念，以及日益完善的昆虫饲料法规，在作为可持续性饲料资源方面展现出广阔的应用前景。在加工及保藏技术方面，本文详细论述了预处理、干燥、提取和保藏等关键技术，以确保黑水虻饲料的质量和长期稳定性。尽管如此，黑水虻饲料的推广仍面临消费者可接受度、安全性及法律法规等方面的挑战。通过对上述方面的系统分析，旨在为黑水虻作为饲料应用提供理论依据。

　　随着畜牧业的迅速扩张，其对人类可食用粮食作为饲料原料的依赖程度日益加深，进而加剧了“人畜争粮”问题。寻找更具创新性和可持续性的替代源以满足全球日益增长的动物饲料需求刻不容缓。

　　黑水虻作为一种腐生性昆虫，能够将各种“废物”转化为优质的蛋白质、脂肪和矿物质，同时在动物饲料领域规模化和高效生产方面展示出巨大潜力。相比传统的动物饲料生产方式，黑水虻的养殖过程不需要大量的土地资源，且对水资源的需求较低。此外，黑水虻幼虫所需的饲料主要是有机废物，如农业残留物和食品废弃物，其生产过程几乎不会竞争人类食物资源，符合循环经济的原则。

　　黑水虻在可持续饲料生产中的潜力

　　营养特性

　　黑水虻蛋白质含量约为40%，与豆粕和大多数常见的传统饲料蛋白源相比，黑水虻蛋白具有更好的氨基酸组成，特别是动物必需氨基酸含量丰富，如亮氨酸和赖氨酸。就非必需氨基酸而言，黑水虻幼虫蛋白的丙氨酸、脯氨酸和酪氨酸含量高于鱼粉和豆粕蛋白。除蛋白质外，黑水虻还含有26%~35%的脂肪，可用于替代饲料中的豆油、鱼油。黑水虻油脂中含有丰富的中链脂肪酸，如月桂酸(21%~49%)等。中链脂肪酸可被直接吸收进而快速提供能量，促进动物肠上皮细胞的更新和修复，维持其肠黏膜屏障功能的完整性，减少炎症和应激。研究表明，日粮中添加黑水虻油可提高肉鸡的饲料转化率，并增加中链脂肪酸进人腹部脂肪垫，提高其血清的抗氧化能力。矿物质是动物饲料中必不可少的无机成分，其中钙、镁、铁和锰对动物的生长发育至关重要。黑水虻富含多种矿物质，其钙含量为13~27g/kg，镁含量为2.5~3.6g/kg，而铁、锰和锌含量分别为300~689，135~163mg/kg和303~1210mg/kg。在一些动物饲喂试验中，已成功证明用黑水虻替代豆粕或鱼粉对动物的生长或生产性能没有负面影响。

　　环境效益

　　与其他具有循环废弃物能力的昆虫及传统饲料作物相比，黑水虻的环境足迹较低。我国每年产生约1亿吨的食物废弃物和38亿吨的畜禽粪便。大约90%的食物废弃物被视为城市固体垃圾进行焚烧或填埋处理。2020年，我国因处理食物废弃物造成了3750万吨的温室气体排放。另一方面，畜牧业转型导致种养分离加剧，粪便还田难度日益增大。由畜禽粪便管理产生的温室气体排放也达到了5900万吨。黑水虻对有机废弃物的转化可减少温室气体排放。曾永健等发现，以黑水虻处理每10kg干猪粪，可减少19.6kg的温室气体排放。利用黑水虻作为食物系统闭环的一部分，通过其生物转化，将有机废弃物中的养分转化为昆虫蛋白饲喂动物，可在有效管理废弃物的同时，减少传统蛋白饲料的种植，进而降低温室气体排放。Bai等研究表明，将我国的畜禽粪便饲喂黑水虻以替代传统蛋白饲料，可节约6.5兆公顷的耕地。将这些耕地用于种植能源作物进行碳封存，可减少约1.23亿吨的温室气体排放。以黑水虻幼虫作为蛋白饲料替代鱼粉，可将全球变暖潜能值降低约30%。

　　社会效益

　　2022年中央一号文件明确强调了我国对粮食安全的关注，主要体现在饲料需求的持续增长上。我国的重点由此从粮食安全转向饲料粮食安全。大豆是我国的主要饲料蛋白源之一，其饲用消费在我国粮食消费总量中占较大比例。目前我国是世界上最大的大豆消费国和进口国，大豆进口依赖度超过80%。预计到2030年，我国大豆消费量将达到1.417亿吨，而国内产量仅为2170万吨。尽管我国政府出台了一系列支持大豆生产的政策，但供应短缺的形势仍然严峻，严重威胁我国的粮食安全。

　　另一方面，我国大豆进口严重依赖少数国家，如美国和巴西，这使得我国大豆贸易在面临不确定因素时抗干扰能力下降。因此，提高饲用蛋白自给是应对国际市场波动、降低高度进口依赖的根本途径。黑水虻幼虫含有高达40%~50%的蛋白质，能够替代部分传统动物饲料中的大豆蛋白，从而降低我国对大豆进口的依赖，提高粮食系统的韧性和稳定性。此外，黑水虻利用有机废弃物转化为饲料，避免了“人畜争粮”问题，在保障国家粮食安全方面发挥着重要作用。

　　昆虫饲料法规日趋完善

　　2017年，欧盟通过《EURegulation 2017/893》，正式允许包括黑水虻在内的七种昆虫蛋白用于水产养殖饲料。2018年，美国食品药品监督管理局(FDA)批准黑水虻幼虫和蛹用于水产养殖饲料，随后扩展到家禽饲料。2019年，欧盟立法允许在植物源基质上饲养的黑水虻用作宠物食品。同年，加拿大食品检验局(CFIA)批准黑水虻作为水产养殖饲料成分。2020年欧盟进一步放宽黑水虻的使用范围，允许其用于猪和家禽饲料。2021年，美国正式批准黑水虻可用于狗粮，欧盟批准了在猪和家禽饲料中可使用昆虫成分。我国农业农村部也发布了一系列关于饲料安全的指导文件，鼓励包括黑水虻在内的昆虫蛋白用于水产和家禽饲料，虽然没有明确立法，但地方政府和科研机构积极推进相关应用。

　　符合循环生物经济

　　未来，在不耗尽地球资源或破坏生态系统的前提下，确保为不断增长的人口提供足够、安全且营养丰富的粮食已成为全球的关键挑战。循环经济被视为应对这一挑战的有效方法之一。昆虫作为自然界最强大的“升级循环者”，有助于建立循环的食物系统，使其从一个消耗资源的线性生产系统转向循环使用资源的生产系统。

　　一些可食性昆虫可将有机废弃物中的大分子营养物质降解为易吸收的小分子成分，进而被肠道吸收用于自身代谢，而且这些昆虫的蛋白质含量较高，富含动物所需的氨基酸和铁、锌、钙等多种矿物质，是理想的饲料蛋白来源。黑水虻被誉为昆虫饲料行业的“皇冠上的明珠”。其繁殖能力惊人且幼虫生长迅速，从虫卵孵化到预蛹阶段仅需11.3~17天。黑水虻具有极高的饲料转化效率，能将有机废物中50%的干物质转化为富含蛋白质和脂肪的昆虫生物量。对比采用堆肥和黑水虻生物转化对食物废弃物中氮素的回收率，可知食物废弃物中100个单位的活性氮素，通过堆肥回收养分，只有4%最终成为人类可消费的蛋白质。而通过黑水虻幼虫回收率可达8%。由此可见，黑水虻有助于建立基于资源回收的高效、可持续的循环食物系统。

　　黑水虻饲料的加工及保藏技术

　　预处理技术

　　在工业生产中选择合适的加工方法对于确保昆虫饲料产品质量至关重要。预处理是昆虫收获后必不可少的步骤，其中冷冻和漂烫是最常见的预处理方法。

　　冷冻可通过减少可用水量来抑制昆虫体内的微生物生长、酶活性和生化反应，从而延长其保质期。然而冷冻预处理不仅能耗高，还会影响昆虫产品的颜色、风味和质地。漂烫是一种经济、高效的预处理方法，适用于规模化的昆虫饲料生产，以减少微生物数量和抑制酶活性，从而减少昆虫脂质氧化，提高颜色稳定性，并保留风味。

　　此外，预处理技术还包括窒息(二氧化碳)、机械破碎、高静压和温水浸泡等。不同的预处理技术会影响最终产品的蛋白质质量、脂质氧化、颜色和微生物负荷。

　　干燥技术

　　干燥在整个昆虫加工链中至关重要。干燥技术可通过降低潜在的微生物、化学和过敏原风险来提高食用和饲用昆虫的安全性。此外，干燥可以通过减少水分含量来延长昆虫的保质期，而不会造成太多的营养损失。目前常用的昆虫干燥技术有热风干燥、微波干燥和冷冻干燥。在热风干燥中，热风接触湿物料的表面，通过热传导将热量传递给物料。随后，物料中的水分从内部迁移到表面，并被对流空气带走。虽然热风干燥操作简单、能耗低，但干燥后的昆虫会出现明显的褐变和皱缩，严重影响昆虫的感官品质。冷冻干燥技术通过在低温真空环境下利用冰晶的升华过程，有效地去除物料中的水分，从而在最大程度上保留了物料的原始颜色、形状和营养成分。

　　然而，冷冻干燥的效率低，能耗高，且与其他干燥方法相比，冷冻干燥后的昆虫脂质氧化程度更高。微波干燥基于介电加热原理，通过高频电磁振荡诱导分子运动和相互摩擦，使物料迅速加热。对于昆虫来说，微波干燥被认为是冷冻干燥的合适替代技术。然而微波干燥也存在加热不均匀、蛋白质消化率低的问题。

　　提取技术

　　新的昆虫提取加工技术主要用于提取蛋白质、脂肪和几丁质。昆虫蛋白质提取可通过水、有机溶剂和酶进行，提取率和蛋白质的物理化学性质、功能和生物活性特性通常取决于所使用的溶剂。Miron等探讨了不同水溶性蛋白提取工艺对黑水虻幼虫蛋白提取率的影响。根据缓冲液的不同，蛋白回收率在5.5%~17.2%。Mshayisa等研究了碱溶酸沉和碱液提取蛋白质对黑水虻粉和蛋白质浓缩物的营养、功能和结构特性的影响。结果表明，碱溶酸沉法提取的蛋白质含量最高，为73.35%。蛋白质提取方法影响了蛋白质浓缩物的结构和功能性质。目前常用的黑水虻脂质提取方法包括索式抽提、机械挤压、溶剂提取和超临界提取等。Ravi等利用2-甲基四氢呋喃作为溶剂提取黑水虻幼虫中的脂质。结果表明，所提取的黑水虻油的多酚含量和DPPH自由基清除能力高于正己烷提取的脂质。Chen等利用响应面法优化亚临界丁垸提取黑虻幼虫油脂的工艺条件，得出最佳提取条件为35℃、50分钟/次，提取5次，提取率可达31.19%。昆虫几丁质是饲料工业的副产品，作为一种不可消化的纤维，几丁质对蛋白质和脂质的消化率有负面影响。昆虫几丁质的提取方法主要包括化学法、生物法和物理化学结合法。化学法是最常用的几丁质提取方法，主要包括脱蛋白和脱矿物两个步骤。生物法利用微生物发酵和酶解进行处理，分解蛋白质和矿物质。物理化学结合法通过超声波和微波辅助提取，以提高效率和纯度。

　　Pedrazzani等对比了化学法、酶法、超声波辅助提取对几丁质提取效果的影响，结果表明，酶法得到的甲壳素纯度低于50g/100g，化学法得到的甲壳素纯度低于78g/100g，超声波预处理提高了几丁质的提取率，其原因可能是超声波的作用导致了昆虫组织中的蛋白质与几丁质之间的连接减弱或断裂，从而使得更多的蛋白质在后续的提取过程中被有效去除，进而提高了几丁质的纯度和提取率。

　　保藏技术

　　目前昆虫的贮藏技术主要包括低温贮藏、真空和气调包装贮藏等。低温贮藏分为冷藏和冷冻两种，通过降低温度延缓昆虫体内微生物的生长和酶活性。新鲜昆虫宜采用冷冻(-20℃)储存，而对虫干或虫粉而言，冷藏是避免氧化和微生物增殖的最佳方法。Kamau等发现，与冷藏相比，常温贮藏使得黑水虻粉的化学劣变和微生物增殖的速度分别增加了3倍和5倍。在真空包装中，产品被转移到对氧气、二氧化碳、氮气和水蒸气具有高阻隔性的包装材料中。由于空气和氧气的去除，好氧微生物的氧化过程及其生长被显著抑制。气调包装通过调整包装内的气体成分(如增加二氧化碳、降低氧气、填充氮气)，结合低温和湿度控制，抑制需氧微生物的生长和繁殖，从而延长产品的保质期。

　　面临的挑战

　　消费者接受度

　　虽然黑水虻作为蛋白饲料有诸多优势，但消费者对于昆虫饲喂的动物产品接受程度普遍较低。食物新异恐惧症和厌恶等情绪因素被认为是接受昆虫作为动物饲料的障碍。近期没有食用昆虫历史的国家的消费者对食用昆虫的态度尤为恐惧，这在很大程度上影响了他们不愿接受昆虫饲喂的动物产品。Szendro等调研了消费者对食用含有昆虫粉的动物产品的意愿。结果表明，受访者对以昆虫作为饲料的动物产品的评分远低于散养的动物产品。

　　Zamparo等探讨了食物新异恐惧症和食品技术新异恐惧症在接受昆虫作为动物饲料中的作用，该研究证实了新异感受在影响消费者对昆虫基饲料态度方面的重要性。Giotis和Drichoutis发现，受访者认为吃以昆虫为饲料的鸭子是“恶心的”，其中女性参与者更频繁地表达了厌恶感。为应对这一挑战，可通过科普宣传，提高公众对黑水虻作为饲料的认识和了解，增强其社会接受度。此外还可以组织专家讲座、研讨会等活动，向公众介绍黑水虻的营养价值、饲养方法、加工技术等知识，提高公众对其的认知度和信任度。

　　安全方面

　　在处理有机废弃物和畜禽粪便时，病原体、重金属、农药残留、抗生素和其他化学污染物等可能在黑水虻幼虫体内积累，并通过食物链传播，进而对动物和人类健康造成危害。此外，大规模养殖中，任何疏忽都可能导致黑水虻产品的安全隐患，如何确保基质和生产过程的质量控制也是一项挑战。目前许多国家和地区对昆虫饲料的监管和标准尚不完善，缺乏统一的质量和安全标准，增加了昆虫饲料生产和使用中的不确定性。为了应对这些安全隐患，黑水虻的养殖和加工过程中，应实施严格的卫生和检疫措施，防止病原体和寄生虫的传播。对饲喂基质和黑水虻产品进行定期检测，以确保重金属和其他有害物质不超标;通过漂烫和干燥等加工方法减少或消除微生物污染;建立黑水虻产品的流通追溯体系，使整个生产经营活动始终处于有效监控之下。简而言之，在将昆虫用作饲料之前，必须对其进行消毒，以消除潜在的风险。

　　法律法规方面

　　在昆虫作为饲料的立法方面，我国面临着法规制定滞后、监管体系不完善和技术标准及认证体系不足等主要挑战。首先，尽管昆虫饲料具有巨大的潜力，但我国在相关法规的制定上相对滞后，目前缺乏系统、全面的法律指导。这种滞后性导致企业在生产和使用昆虫饲料时面临较大的法律风险。其次，我国现有的饲料监管体系主要针对传统饲料，对昆虫饲料的监管存在明显空白，缺乏专门的监管机构和详细的监管标准，无法有效保障产品的安全和质量。这种不完善的监管体系增加了产业发展的不确定性和风险。此外，昆虫饲料的质量、安全性和营养价值需要通过科学的技术标准进行评估，但我国在这方面的研究和标准制定相对滞后。缺乏统一的技术标准导致不同地区和企业使用的标准不一致，影响了昆虫饲料的推广和应用。与此同时，认证体系的不健全限制了市场对昆虫饲料的信任度和接受度。这些问题的存在使得我国在昆虫饲料产业的发展中面临诸多障碍，需要通过加快法规制定、完善监管体系、加强科研投人等措施来解决，以推动昆虫饲料产业的健康有序发展，保障其在粮食安全和环境保护中的重要作用。

　　结论

　　黑水虻作为饲料在营养、环境效益和社会经济价值方面展现了巨大的潜力，其丰富的营养成分可以为畜禽和水产动物提供高质量的蛋白质来源，同时，利用黑水虻处理有机废弃物，不仅减少了环境污染，还促进了废物资源化利用，符合循环经济的发展理念。在加工及保藏技术方面，通过预处理、干燥、提取和保藏等技术手段，可以有效提高黑水虻饲料的质量和保质期。然而，黑水虻饲料在推广过程中仍需克服消费者的心理障碍，确保其安全性，并在不断变化的法律法规框架内寻找最佳解决方案。未来的研究和政策支持应集中于提高消费者对昆虫饲料的接受度，完善相关法规，确保黑水虻饲料的安全和规范使用。只有通过多方努力，才能充分发挥黑水虻饲料的潜力，为农业和环境的可持续发展做出贡献。