黑水虻處理餐廚垃圾工藝及養分轉化研究

摘要 ［目的］研究黑水虻轉化處理餐廚垃圾養分規律。［方法］采用黑水虻、餐廚垃圾作為研究對象，通過黑水虻在常溫（C1、C2、C3）、高溫恒溫（S1、S2、S3）下對餐廚垃圾進行轉化，并測定餐廚垃圾減量率、轉化率、蟲體蛋白質、脂肪等參數。［結果］黑水虻在30～33 ℃高溫恒溫比常溫下顯著提高了餐廚垃圾的轉化率，S1、S2、S3分別比C1、C2、C3提高了9.26%、10.73%、19.63%，以S3組（添加7.2 kg餐廚垃圾）轉化率最高，且2.68～3.20∶1的料蟲比顯示了其可觀的經濟效益。黑水虻在21 d內能將24.46%的低蛋白質、21.24%的低脂肪餐廚垃圾轉化成高達43.12%、28.58%高蛋白質、高脂肪的優質飼料、生物柴油原料；其次，餐廚垃圾中58.32%～62.74%的蛋白質、60.14%～63.47%的脂肪最終轉化為蟲體自身的蛋白質和脂肪。［結論］這種通過黑水虻轉化餐廚垃圾的利用方式未來會有極大的潛力。

關鍵詞 黑水虻；餐廚垃圾；養分轉化；蛋白質；脂肪

中圖分類號 X 799.3 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）23-0059-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.23.013

Study on the Treatment Technology and Nutrient Transformation of Kitchen Garbage by Hermetia illucens

CHEN Ji-hong，HU Qing-quan，YANG Ren-can et al

（Yunnan Academy of Animal Husbandry and Veterinary Sciences，Kunming，Yunnan 650224）

Abstract ［Objective］ To study the nutrient laws of Hermetia illucens transformation treatment of kitchen waste.［Method］Using Hermetia illucens and kitchen waste as research objects， Hermetia illucens were used to convert kitchen waste at normal temperature （C1， C2， C3） and high temperature constant temperature （S1， S2， S3）， and the reduction rate， conversion rate， insect protein， fat and other parameters of kitchen waste were measured.［Result］Hermetia illucens significantly increases the conversion rate of kitchen waste at temperatures ranging from 30 to 33℃ compared to normal temperature. S1， S2 and S3 increased the conversion rate by 9.26%， 10.73% and 19.63% compared to C1， C2 and C3， respectively. The S3 group with 7.2 kg added had the highest conversion rate， and a feed to insect ratio of 2.68 to 3.20∶1 showed its observable economic benefits. Hermetia illucens could convert 24.46% of low protein and 21.24% of low fat kitchen waste into high-quality feed and biodiesel raw materials with high protein and fat content of up to 43.12% and 28.58% in 21 days. 58.32%-62.74% of protein and 60.14%-63.47% of fat in kitchen waste were ultimately converted into the protein and fat of the insect itself. ［Conclusion］This utilization method of converting kitchen waste through Hermetia illucens will have great potential in the future.

Key words Hermetia illucens;Kitchen waste;Nutrient transformation;Protein;Fat

基金項目 云南省科技廳重大科技專項計劃項目（202302AE090009）。

作者簡介 陳吉紅（1974—），男，云南陸良人，副研究員，碩士，從事畜禽養殖廢棄物無害化處理和資源化利用研究。*通信作者，研究員，碩士，從事畜禽養殖廢棄物無害化處理和資源化利用研究。

收稿日期 2024-01-08

餐廚垃圾是一種隨著社會發展以及城市化進程產生的一種龐大的資源，作為一種在加工與食用過程中產生的殘留物與邊角料，在全球固體廢棄物中占比為30%～50%［1-2］。在我國，2022年我國餐廚垃圾年產量達到9 910萬t，而且在逐年增加，隨著國家提倡的光盤行動，近年基本維持在9 000萬t左右。目前，無論是國內還是國外，主要處理的方法和手段集中在填埋、焚燒、好氧堆肥、厭氧消化、加工飼料等［1-2］，這些方法存在著諸多缺陷，如填埋需要占用大量土地面積、容易產生滲漏，焚燒會排放有害氣體和污染環境等，影響餐廚垃圾的高效利用［3-4］。

餐廚垃圾具有高蛋白質、高脂肪的特點，有較高的生物轉化利用價值。目前的研究表明，利用黑水虻（Hermetia illucens）處理餐廚垃圾可以獲得可觀的經濟效益和環保效益［5］。黑水虻可以轉化餐廚垃圾、畜禽糞便、市政污泥、菜葉渣等有機廢棄物，最后產生優質的蟲體蛋白質和生物有機肥，其生物量大、轉化速度快、成蟲飛行能力較弱（相比家蠅）、飼養容易等。利用黑水虻處理餐廚垃圾有較多報道，但對餐廚垃圾中養分轉化利用的溫度要求、轉化效率研究鮮見報道。該研究篩選了黑水虻在南方夏季條件下幼蟲處理餐廚垃圾的最優生產性能，深入研究黑水虻處理對餐廚垃圾主要養分利用轉化情況，以期為利用資源昆蟲黑水虻處理餐廚垃圾提供參考數據。

1 材料與方法

1.1 供試黑水虻種蟲

利用云南省畜牧獸醫科學院畜禽養殖環境控制研究所建立的水虻種群開展試驗，種蟲孵化3 d，幼蟲前期飼養3 d，即幼蟲接種糞便為6日齡幼蟲。

1.2 供試餐廚垃圾來源

餐廚垃圾來自云南省畜牧獸醫科學院畜禽養殖環境控制研究所附近餐館，收集到餐廚垃圾挑出雜質（如廢菜葉、骨頭、塑料袋、筷子等），采用紗網自然沉降瀝除水分，大塊物料用菜刀、棒槌處理成小于5 cm，后用建筑用手提式膩子粉攪拌器充分攪拌成漿狀物備用，含水率為76.43%，0 ℃保存，飼喂前解凍。

1.3 試驗方法

1.3.1 不同溫度下生產性能篩選試驗。

（1）常溫組。常溫對照組（簡稱C組），在常溫下飼養，室溫：白天20～28 ℃，夜間20～22 ℃。按照餐廚垃圾添加量設3個組，即C1、C2、C3，每個組設3個處理。

（2）試驗組。高溫恒溫試驗組（簡稱S組），利用熱風機進行補溫，在人工干預溫度下飼養，溫度恒定在30～33 ℃。按照餐廚垃圾添加量設3個組，即S1、S2、S3，每個組設3個重復。

（3）餐廚垃圾和黑水虻添加量。以每1 t餐廚垃圾接種100 g黑水虻蟲卵孵化的6日齡幼蟲為基礎，上下浮動20%餐廚垃圾進行設計，即5 kg餐廚垃圾對應放入0.5 g黑水虻蟲卵孵化的幼蟲，黑水虻蟲卵固定不變，而餐廚垃圾量按照比例增加，設計分組如表1所示。

1.3.2 試驗飼養管理。濕度保持在65%～80%，試驗開始時，起始飼喂量為每個處理添加2 kg物料，放入25 cm×20 cm×14 cm塑料盒中進行飼養，5 d后轉入38 cm×27 cm×14 cm塑料箱繼續飼養，后續根據采食物料情況逐漸添加，飼養至出現30%預蛹期幼蟲結束，根據黑水虻幼蟲生長情況，按比例每個處理每天加入適量餐廚垃圾，養殖21 d后，停止加入餐廚垃圾物料，進行蟲糞分離，分離出來的黑水虻加紗網蓋（放置逃逸），空腹放置8 h，待蟲體排出體內部分殘余物后，再次進行蟲糞分離篩，并分別稱量蟲體和糞渣，采樣送實驗室分析化驗。

1.3.3 轉化性能研究。

分析處理前餐廚垃圾量、處理后餐廚糞渣量以及蟲體重量、蛋白質、脂肪，計算轉化比例、殘存比例、自然損耗量等，篩選最佳生產性能試驗研究。

1.4 試驗期管理

此次試驗共21 d，黑水虻蟲卵孵化后飼養6 d，在第7天時，幼蟲接種餐廚垃圾，飼養期為21 d，即飼養至30%幼蟲為預蛹期幼蟲。在試驗期內，根據物料的干濕程度進行物料噴灑水分保濕，使物料保持在70%左右的水分。

1.5 黑水虻蟲體、蟲沙營養成分測定

1.5.1

樣品的制備。對飼養至預蛹期老熟黑水虻幼蟲進行蟲糞分離后采樣，每個組取一個鮮蟲樣品，每個樣品大約500 g備用。

1.5.2

樣品測定。水分含量按照GB/T 6435—2006進行檢測；粗蛋白含量按照《飼料中粗蛋白的測定凱氏定氮法》（GB/T 6432—2018）進行檢測，粗蛋白測定結果采用總氮×粗蛋白轉化系數6.25得出；粗脂肪含量參照《飼料中粗脂肪的測定》（GB/T 6433—2006）進行檢測。并根據下列公式計算餐廚垃圾減量率、轉化率。

餐廚垃圾減量率=W1-W2W1×100%

餐廚垃圾轉化率=W4-W3W1-W2×100%

式中：W1為轉化前餐廚垃圾干重（g）；W2為轉化后餐廚垃圾干重（g）；W3為轉化前黑水虻幼蟲干重（g）；W4為轉化后黑水虻幼蟲干重（g）。

1.6 數據統計分析及處理

采用Excel 2007對試驗數據進行處理，利用SPSS 13.0進行統計分析和顯著性差異分析，結果用平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 不同溫度下黑水虻對不同量餐廚垃圾減量率、轉化率及料蟲比的影響

從表2可以看出，在接種相同黑水虻種蟲條件下，隨著餐廚垃圾添加量的增加，黑水虻轉化后C組、S組的渣干重、蟲體鮮重、干重逐漸增加的趨勢。渣干重方面，C1組和S1組、C2組和S2組差異不顯著（P>0.05），但C3組和S3組差異顯著（P<0.05），S3組比C3組降低了16.88%。在蟲體鮮重、干重方面，C1組和S1組、C2組和S2組差異不顯著（P>0.05），但C3組和S3組差異顯著（P<0.05），蟲體鮮重、干重S3組比C3組分別提高了22.52%、19.63%。

在餐廚垃圾減量率方面，C組、S組隨著餐廚垃圾添加量的增加，減量率逐漸降低，組間差異不顯著（P>0.05），說明在相同接種量情況下，餐廚垃圾添加越多，最終被轉化的部分呈逐漸下降趨勢。

在餐廚垃圾轉化率方面，C組隨著餐廚垃圾添加量的增加，其轉化率先增后減；S組隨著餐廚垃圾添加量的增加，其轉化率呈現逐漸增加的趨勢。對比2個組餐廚垃圾轉化率，高溫恒溫條件下（S組）明顯提高了餐廚垃圾的轉化率，S組（S1）的最低轉化效率比C組（C2）的最高轉化效率高2.10百分點，說明高溫恒溫對黑水虻轉化餐廚垃圾有明顯的提高，S1、S2、S3的轉化率分別比C1、C2、C3提高了9.26%、10.73%、19.63%。試驗結果表明C1組和S1組、C2組和S2組差異不顯著（P>0.05），但C3組和S3組差異顯著（P<0.05）。

在料蟲比方面，其經濟效益可觀，2.68～3.20 kg餐廚垃圾即可以轉化成1 kg的黑水虻幼蟲，S組料蟲比更為優異，S1、S2、S3分別比C1、C2、C3降低了8.39%、9.67%、16.25%，C3組和S3組差異顯著（P<0.05），其余組別差異不顯著（P>0.05）。

2.2 不同溫度下不同量餐廚垃圾對黑水虻蛋白質轉化性能的影響

從表3可以看出，餐廚垃圾的蛋白質含量為24.46%，通過增加生物鏈有益昆蟲黑水虻，轉化成黑水虻自身蟲體蛋白質，其蟲體的蛋白質C組、S組分別為43.12%、42.98%，蟲體轉化的蛋白質分別是蟲糞蛋白質的1.63、1.67倍，通過這種方式，把價值低的餐廚垃圾轉化為可以利用的高質量蟲體蛋白質，這種利用餐廚垃圾生產優質飼料未來會有極大的潛力［6］。

蟲體中C組、S組的蛋白質含量分別為原餐廚垃圾中蛋白質含量的58.32%和62.74%，但通過自動控溫恒溫飼養，蟲體蛋白質總量、蟲體蛋白質轉化比例均比常溫提高了7.58%，增加了蛋白質轉化效率。

從糞渣蛋白質看出，C組、S組蟲糞中的蛋白質含量分別為26.47%、25.68%，蛋白質含量與原餐廚垃圾的蛋白質含量接近。C組、S組糞渣蛋白質分別占總餐廚垃圾蛋白質的31.14%、28.22%。損失蛋白質含量分別占總餐廚垃圾蛋白質含量的10.54%、9.04%。從蟲體蛋白質含量、糞渣蛋白質含量、損失蛋白質檢測結果看，損失蛋白質含量約占餐廚垃圾蛋白質含量的10%。

2.3 不同溫度下不同量餐廚垃圾對黑水虻蟲體脂肪轉化性能的影響

從表4可以看出，餐廚垃圾的脂肪含量為21.24%，通過黑水虻過腹轉化，其蟲體的脂肪含量C組、S組分別為28.58%、27.44%，脂肪含量超過餐廚垃圾的脂肪含量，僅就黑水虻蟲體脂肪來看，是一種優質的高脂肪昆蟲，為后期的生物油脂提取提供了一個很好的來源及途徑；其次，C組、S組蟲體轉化的脂肪含量分別占餐廚垃圾原脂肪的63.47%、60.14%。從C組、S組試驗結果看，一方面，飼養時間越長，越有利于蟲體脂肪的沉積；另一方面，從黑水虻自身脂肪含量、轉化餐廚垃圾脂肪比例看出，黑水虻有較強的脂肪轉化能力，在21 d內可以快速地將餐廚垃圾的脂肪轉化為自身的脂肪。

從糞渣脂肪看出，蟲糞中的脂肪含量C組、S組分別為6.98%、7.11%，損失脂肪含量分別占總餐廚垃圾脂肪含量的26.28%、28.14%。結果表明，通過自動控溫恒溫飼養（S組），幼蟲飼養周期降低了，但同時蟲體脂肪總量降低了，與常溫飼養（C組）相比，蟲體脂肪總量降低了5.25%。總體看來，黑水虻對餐廚垃圾脂肪的轉化效率比較可觀。

3 討論與結論

3.1 不同溫度下黑水虻對不同量餐廚垃圾減量率、轉化率及料蟲比的影響

隨著餐廚垃圾添加量的增加，渣干重、蟲體鮮重、干重逐漸增加，相同接種量情況下，餐廚垃圾添加越多，最終被轉化的部分呈逐漸下降趨勢。30～33 ℃高溫恒溫條件下，黑水虻明顯提高了餐廚垃圾的轉化率，試驗組S1、S2、S3比對照組C1、C2、C3分別提高了9.26%、10.73%、19.63%，以S3組（添加7.2 kg餐廚垃圾）轉化率最高，且2.68～3.20∶1的料蟲比顯示了其可觀的經濟效益。

3.2 不同溫度下不同量餐廚垃圾對黑水虻蟲體蛋白質轉化性能的影響

黑水虻能將24.46%低蛋白質含量的餐廚垃圾轉化成高達43.12%高蛋白質的優質蟲體蛋白質，其蟲體蛋白質含量低于二級魚粉（53.50%），稍低于特級豆粕（44.20%）［7-9］，是一種優質的蛋白質飼料原料。C組、S組轉化后蟲體蛋白質分別是蟲糞蛋白質的1.63、1.67倍，轉化效率高，能在21 d將餐廚垃圾中58.32%～62.74%的蛋白質轉化成蟲體蛋白質，糞渣蛋白質含量為25.68%～26.47%，轉化過程中損失9.04%～10.54%的蛋白質，高溫恒溫比常溫提高了7.58%。

3.3 不同溫度下不同量餐廚垃圾對黑水虻脂肪轉化性能的影響

黑水虻是一種優秀的昆蟲轉化媒介，能將餐廚垃圾中60.14%～63.47%的脂肪在21 d就轉化成自身昆蟲脂肪，殘存糞渣脂肪含量僅為6.98%～7.11%，轉化過程中損失26.28%～28.14%的脂肪，形成自身高脂肪含量蟲體，這種有較高的脂肪含量完全能作為提取無毒、可降解的生物柴油的原料［10-11］，同時也可以直接作為飼料原料，從該試驗結果看，飼養時間越長，越有利于蟲體脂肪的沉積。

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