餐廚垃圾發酵殘渣的干法昆蟲養殖研究

劉名修 莊思行

張永強 ?高級教師，湖南省十佳科技教師。科普中國2021年十大科普人物獎獲得者，全國校園發明創意大賽、湖南省青少年科技創新大賽、湖南省創新編程與智能設計大賽、湖南省科學調查體驗活動評審專家組成員。

餐廚垃圾是人們在生活中形成的有機固體廢棄物，食物殘渣如肉類、蔬菜、油脂、米飯是餐廚垃圾的主要組成部分。目前，對餐廚垃圾的處理方式主要有填埋、焚燒、好氧堆肥、厭氧制沼、聯合生物加工、昆蟲養殖等。其中昆蟲養殖被認為是最有潛力的餐廚垃圾處理方式之一。

黃粉蟲和大麥蟲具備食譜廣、繁殖快等特點，但它們怕水。餐廚垃圾含水率較高，不適宜直接用來飼養黃粉蟲和大麥蟲。我們打算嘗試研究新的餐廚垃圾昆蟲處理方法，即采用黃粉蟲、大麥蟲等，探索在干燥養殖環境下利用昆蟲處理餐廚垃圾的可行性。

現有的大部分餐廚垃圾處理工藝，如好氧堆肥、厭氧制沼和聯合生物加工等都采用了微生物發酵技術，餐廚垃圾經過溫和發酵后，既不會改變主要營養成分，也不會產生對昆蟲有毒有害的物質。更重要的是，這幾種工藝后端的發酵殘渣作為副產品均經過了烘干處理，可直接用于昆蟲養殖試驗。

一、材料與方法

（一）餐廚垃圾發酵殘渣的來源

本實驗采用四川利興龍環保科技有限公司提供的，經由聯合生物加工工藝產生的餐廚垃圾發酵殘渣進行昆蟲飼養研究。其中的有機物主要包括蛋白質、脂肪和糖類，總糖含量的測定采用酸水解法，蛋白質含量的測定采用凱氏定氮法，油脂含量的測定采用索氏抽提法。

（二）蟲種的選擇

首先選用處于幼蟲中期且生長狀態良好的蟲體。黃粉蟲選體長1.5～2 cm的蟲體，大麥蟲選體長3～4 cm的蟲體。將黃粉蟲和大麥蟲分成兩個實驗組，每個實驗組分別稱取黃粉蟲和大麥蟲各50 g，加入餐廚垃圾發酵廢渣50 g進行喂養，按蟲重的5%提供青飼料（以提供水分），觀察蟲體的生長情況。

每24 h對相關數據進行測定，分別用10目、30目兩層篩網篩分剩余飼料和蟲體，10目篩網上保留的是蟲體，10目和30目篩網之間保留的是剩余飼料，30目篩網漏過的是蟲糞。挑出死蟲和剩余青料后，分別稱重活蟲、死蟲和剩余飼料的質量。每24 h更換等量新的飼料和青飼料繼續飼養，并計算兩組蟲體的增重率、料肉比、死亡率等。

（三）黃粉蟲最適青飼料用量的研究

用卷心菜作為青飼料，以補充黃粉蟲生長發育過程中必需的水分。為探究黃粉蟲生長發育所需的最適的青飼料用量，本研究進行了青飼料含量的梯度實驗，分別按蟲重的0、5%、10%、15%、20%提供青飼料，并每隔24 h更新一次。分別測定不同時間蟲體質量、活蟲質量、死蟲質量和剩余飼料的質量，并計算兩組蟲體的增重率、料肉比、死亡率等指標。

（四）最佳餐廚垃圾發酵殘渣用量的優化和摸索

為探究餐廚垃圾發酵殘渣在黃粉蟲飼養過程中的最適用量，本研究采用了正交實驗法。通過SPSSAU數據科學分析平臺對餐廚垃圾發酵殘渣含量、玉米粉含量、復合維生素含量三個因素設計3因素3水平的正交實驗。9組正交實驗成分添加比例見表1。

根據正交實驗設計的比例，配制好9種相應比例的飼料。每個實驗組稱取100 g黃粉蟲活蟲，分別加入各類飼料100 g、青料10 g。每飼養24 h補充一次青飼料，每隔48 h分別測定蟲體質量、活蟲質量、死蟲質量和剩余飼料的質量，并計算兩組蟲體的增重率、料肉比、死亡率等指標。

（五）最佳正交配比飼料與麥麩飼養對比實驗

設計兩組實驗，各稱重黃粉蟲100 g，分別加入含餐廚垃圾發酵殘渣的最佳正交配比飼料和麥麩各100 g，按蟲重的10%提供青飼料，分別以最佳正交配比飼料與麥麩為食物飼養黃粉蟲，每隔24 h補充一次青飼料。每隔48 h測定蟲體質量、活蟲質量、死蟲質量和剩余飼料的質量，并計算兩組蟲體的增重率、料肉比、死亡率等指標。

（六）用含餐廚垃圾發酵殘渣的飼料和麥麩飼喂的黃粉蟲蟲體成分測定

分別對兩種飼料喂養的黃粉蟲蟲體進行糖類、蛋白質、脂肪的成分含量測定，以及對蟲體有機物成分進行比較，探究餐廚垃圾發酵殘渣作為飼料能否影響蟲體的成分。

（七）實驗結果統計

本研究所有實驗都進行了兩組重復實驗，數據表示為平均值±標準偏差（SD）的形式。用SPSSAU數據科學分析平臺進行統計，使用指標求和、均值分析和單因素方差分析，結果在95%置信區間被認為具有統計學意義（p<0.05）。

二、結果和討論

（一）發酵后餐廚垃圾殘渣的特點

本研究采用的餐廚垃圾發酵殘渣呈棕黃色干粉狀態，其中蛋白質含量較高，為36.98%，總糖含量為3.26%，油脂含量為8.53%。

（二）用餐廚垃圾發酵殘渣養殖黃粉蟲和大麥蟲的對比實驗

黃粉蟲和大麥蟲的平均日增重率分別為5.29±0.14%和2.14±0.15%；黃粉蟲和大麥蟲的平均料肉比分別為2.46±0.03和6.91±0.25；黃粉蟲和大麥蟲的平均日死亡率分別為1.96±0.24%和0.92±0.34%。

除了平均日死亡率，黃粉蟲對餐廚垃圾發酵殘渣的吸收和利用效率遠高于大麥蟲，所以選用黃粉蟲進行后續研究。

（三）黃粉蟲的最適青飼料用量研究

實驗結果顯示，當青飼料用量為蟲重的10%時，黃粉蟲的平均日增重率達到最大值，平均料肉比達到最佳值，平均日死亡率接近最低值。

（四）通過正交實驗找出最佳飼料配比，并與麥麩養殖進行比較

選取餐廚垃圾發酵殘渣、玉米粉和維生素三個不同因素條件，每個條件設置三個不同水平進行正交實驗，對黃粉蟲的生長情況進行統計，結果見表2。

由統計結果可知，在9組實驗中，黃粉蟲均獲得了比較可觀的日增重率，其中蟲體平均日增重率最高為實驗六組，最低為實驗七組。平均料肉比最低也是實驗六組，最高為實驗七組。平均死亡率最低的為實驗九組，其次為實驗六組，最高為實驗一組。綜合考量，實驗六組是最適合黃粉蟲生長的飼料組合。

正交實驗結果顯示，在餐廚垃圾發酵殘渣含量為50%、玉米粉含量為20%時，飼養的黃粉蟲具有最大日增重率、最低料肉比，以及較低的死亡率，比用麥麩飼養的對照組具有明顯的優勢。

通過對正交最優組和麥麩兩種飼養條件下的黃粉蟲蟲體中的蛋白質、總糖和油脂進行測定發現，添加了餐廚垃圾發酵殘渣飼養的黃粉蟲總有機物含量為77.14%，高于麥麩飼養的55.09%。這表明，利用餐廚垃圾發酵殘渣飼養黃粉蟲，從表觀到內在都優于用麥麩飼養黃粉蟲。

三、研究結論

本研究首次將餐廚垃圾發酵殘渣用于黃粉蟲飼養研究，并通過正交實驗摸索出餐廚垃圾發酵殘渣在黃粉蟲飼養過程中的最佳添加比例。

在餐廚垃圾發酵殘渣中補充少量淀粉的情況下，蟲體增重率、料肉比、死亡率和蟲體營養成分均遠優于用麥麩飼養的黃粉蟲，證明利用黃粉蟲處理餐廚垃圾發酵殘渣簡單易行，能提升發酵殘渣的資源化利用效益，降低發酵殘渣二次處理的成本和潛在危害。

采用餐廚垃圾發酵殘渣飼養黃粉蟲，養殖成本低于用純麥麩飼養，是一種有效提升黃粉蟲養殖經濟效益的技術。同時，干法昆蟲養殖既能防止餐廚垃圾造成惡臭環境，又能延長餐廚垃圾的存放時間，保證其中的營養物質不因腐爛而流失，從而提供人們更充分的時間去處理和利用。

因此，在可見的未來，利用黃粉蟲在干燥環境下直接處理餐廚垃圾將成為一種具有潛力的新方向。

專家點評

本文具有如下優點：

一、選題具有創新性：將黃粉蟲應用于餐廚垃圾處理是一個創新性很強的思路，與當前主要采用的黑殼蜉蝣等濕法昆蟲處理方法相比，該研究方向具有明顯的優勢和應用前景；對餐廚垃圾產生的環境問題做了較好的概述，引出研究意義與創新點。

二、實驗設計科學合理：先確定最佳蟲種，再確定各影響因素的最佳水平，過程清晰；采用正交實驗方法對飼料組成進行優化，方法合理；設置了對照組進行比較，增強了結果的可靠性。

三、數據充分，統計分析到位：每個實驗重復進行，結果取平均值，確保了數據的可靠性；對數據進行了統計學分析，計算增重率、料肉比等指標，增強了說服力。

但本文的樣本量偏小，重復次數不明，今后應擴大樣本量。正交實驗設計可更全面，如實驗因素可增加溫度、濕度等，以獲得更全面的優化的飼料配方。討論部分建議更詳細，展望部分可進一步展示研究應用前景。