袁海林,李向策,孫秋璇,高紅燕,黃燕華*,周 萌*

(1. 仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院健康養(yǎng)殖創(chuàng)新研究院,廣州 510225;2. 仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院動物科技學(xué)院,廣州 510225;3. 廣東省水環(huán)境與水產(chǎn)品安全工程技術(shù)研究中心,廣州 510225;4. 廣州市水產(chǎn)病害與水禽養(yǎng)殖重點實驗室,廣州 510225)

黑水虻HermetiaillucensL.屬于雙翅目Diptera水虻科Stratiomyidaek昆蟲。作為一種腐生性昆蟲,其腸道內(nèi)較高的消化酶活性使其成為雙翅目昆蟲中最高效的生物反應(yīng)器(Kimetal., 2011)。利用黑水虻可以有機廢棄物為食這一特性,可有效解決城市餐廚垃圾、農(nóng)業(yè)垃圾、人類與動物糞便等廢棄物管理難度大的世界衛(wèi)生問題,同時獲得營養(yǎng)豐富的黑水虻生物產(chǎn)品(Banksetal., 2014)。與魚粉、大豆及其它昆蟲相比,黑水虻幼蟲及預(yù)蛹油脂含量尤其豐富(15%～49%),油脂中的不飽和脂肪酸組成主要受養(yǎng)殖基質(zhì)脂肪酸組成的影響,而以月桂酸為主的中鏈飽和脂肪酸含量則較穩(wěn)定而豐富,主要來自于養(yǎng)殖基質(zhì)中糖類的從頭合成及其它脂肪酸的生物轉(zhuǎn)化(Ushakovaetal., 2016; Lietal., 2022)。由于黑水虻油脂肪酸組成的鮮明特征,它同時具有作為飼用油或食用油,以及化妝品、生物柴油等工業(yè)用油的潛力。

1 影響黑水虻油產(chǎn)量和質(zhì)量的因素

1.1 發(fā)育階段的影響

黑水虻的一生包括卵、幼蟲、預(yù)蛹、蛹和成蟲5個發(fā)育時期,各期蟲體的營養(yǎng)組成各有差異。根據(jù)Liu等(2017)的研究,以雞飼料飼養(yǎng)的黑水虻卵的脂肪含量為15.8%,孵化后第1天降到4.8%,但到預(yù)蛹前期可一直增加至28.0%,到成蛹后急劇下降,直到成蟲后則可恢復(fù)至30.6%(雌)和32.2%(雄)。Zhu等(2019)也有類似的發(fā)現(xiàn),即黑水虻脂肪含量從孵化后第1、4、8、12天至預(yù)蛹期持續(xù)增加,并在預(yù)蛹后期達到最高,在成蛹后則急劇下降?？梢?黑水虻體脂的積累通常在預(yù)蛹期達到高峰,為變態(tài)為蛹和成蟲做物質(zhì)和能量儲備。因此,在黑水虻養(yǎng)殖生產(chǎn)實踐中,也多取5齡幼蟲或預(yù)蛹作為提取蟲油的原料。

1.2 環(huán)境因子的影響

環(huán)境因子主要通過影響黑水虻的生長發(fā)育來影響蟲體營養(yǎng)物質(zhì)的積累,包括脂肪的積累。目前已研究的環(huán)境因子包括光照、養(yǎng)殖密度、通氣量等。

竇永芳(2020a)研究了3種光照條件下黑水虻的生長性能,發(fā)現(xiàn)遮光組(白天遮光15 h)的生產(chǎn)性能優(yōu)于半光組(白天遮光7.5 h),其次是全光組。全光和半光條件下,蛹蟲體內(nèi)粗脂肪消耗顯著多于遮光模式。說明適當(dāng)減少光照時間,有利于黑水虻體脂的積累。此外竇永芳等(2020b)研究還發(fā)現(xiàn)隨著養(yǎng)殖密度的升高(0.13～0.51頭/cm3),黑水虻幼蟲的干物質(zhì)、粗蛋白和粗脂肪含量呈逐漸升高的趨勢,認(rèn)為這可能是蟲體代謝產(chǎn)熱使所處環(huán)境溫度升高、促進了機體對營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和積累所致。當(dāng)養(yǎng)殖密度升高至0.64頭/cm3時,幼蟲上述營養(yǎng)成分含量下降,表明空間脅迫導(dǎo)致幼蟲能獲得的單位營養(yǎng)濃度減少,體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)沉積不足,應(yīng)激消耗增加。Barragan-Fonseca等(2018)測試了3種營養(yǎng)濃度的養(yǎng)殖基質(zhì)及養(yǎng)殖密度(50、100、200、400頭/盒,養(yǎng)殖盒規(guī)格15.5 cm3×10.5 cm3×6 cm3)對黑水虻產(chǎn)量和質(zhì)量的影響,發(fā)現(xiàn)在3種營養(yǎng)濃度下,黑水虻的產(chǎn)量均隨養(yǎng)殖密度的升高而增加,但平均體重則隨養(yǎng)殖密度的增加而顯著下降,蟲體粗脂肪含量也隨之下降,而粗蛋白含量變化不大。以上研究表明,控制幼蟲的飼養(yǎng)密度,保證幼蟲獲得足夠的單位營養(yǎng)濃度,對其生長發(fā)育及體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)積累是有益的。

Abduh等(2022)研究了通氣量對黑水虻生物量和營養(yǎng)組成的影響,發(fā)現(xiàn)用豆腐渣培養(yǎng)幼蟲時,通氣量為0.84 m3/s時,黑水虻的生物量(52.85 g/m2/d)可達到最大,幼蟲的粗蛋白、粗脂肪分別達到37.20%～48.60%、9.61%～20.02%。

1.3 養(yǎng)殖基質(zhì)的影響

由于黑水虻可取食并生物轉(zhuǎn)化各種有機廢棄物,生產(chǎn)富含營養(yǎng)物質(zhì)的昆蟲產(chǎn)品,因此國內(nèi)外對不同養(yǎng)殖基質(zhì)對黑水虻生長性能和營養(yǎng)組成的影響進行了廣泛的研究。

楊霞等(2020)用含水率為40%、50%、60%、70%、80%的5種飼料去飼養(yǎng)3日齡的黑水虻幼蟲,結(jié)果發(fā)現(xiàn)黑水虻幼蟲體內(nèi)的粗脂肪含量隨水分增加呈線性上升。何釗等(2018)研究發(fā)現(xiàn),用豆腐渣、雞糞及發(fā)酵雞糞飼養(yǎng)剛孵化的黑水虻15 d,其脂肪含量分別為22.6%、5.13%和4.30%。Li等(2011)分別用牛糞、豬糞和雞糞飼養(yǎng)剛孵化的黑水虻幼蟲10 d,得到的粗脂肪含量相近,分別為29.9%、29.1%以及30.1%。胡俊茹等(2017)研究發(fā)現(xiàn)雞糞和餐廚垃圾飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲脂肪含量分別為10.58%、38.17%。胡俊茹(2017)、何釗(2018)和Li(2011)用雞糞養(yǎng)出來的黑水虻脂肪含量差異很大(分別為10.58%、5.13%和30.1%),這可能與雞糞的營養(yǎng)組成以及養(yǎng)殖條件和養(yǎng)殖的時間有關(guān)。Danieli等(2019)將玉米、大麥、小麥、麥麩、麥稈和脫水苜蓿按不同比列配成3種能量相近的高非纖維碳水化合物飼料、高纖維飼料和高蛋白質(zhì)飼料飼養(yǎng)6日齡黑水虻21 d,得到的蟲體脂肪含量分別為40%、44%和40%。Ewald等(2020)用面包、魚、食物垃圾、新鮮貽貝、青貯貽貝以及爛貽貝飼養(yǎng)黑水虻,所得的黑水虻脂肪含量分別為57.8%、46.7%、40.7%、33.1%、11.2%、29.7%,而用面包和貽貝(10%、20%、30%、40%、50%)組合飼養(yǎng)黑水虻,所得黑水虻脂肪含量分別為20.4%、19.6%、17.9%、17.9%、16.1%。Rachmawati等(2010)用棕櫚仁粉飼養(yǎng)剛孵化的黑水虻幼蟲 25 d,蟲體脂肪含量可達27.5%。Nguyen等(2015)用雞飼料、豬肝、蔬菜+水果以及魚作為養(yǎng)殖基質(zhì)飼養(yǎng)4日齡黑水虻至預(yù)蛹期,其蟲體脂肪含量分別為12%、25.1%、6.6%和34.6%。徐歆歆等(2019)分別在麥麩中添加0%、10%、20%、30%、40%富含多不飽和脂肪酸的裂殖壺藻藻渣,飼養(yǎng)8日齡的黑水虻至對照組均重100 mg,蟲體脂肪含量分別為6.27%、6.45%、6.09%、5.63%、5.10%(濕重)。尹靖凱等(2021)和Ebeneezar等(2021)用餐廚垃圾飼養(yǎng)7日齡的黑水虻幼蟲8 d和15～18 d,蟲體脂肪含量分別為48.10%和35.69%。袁志能等(2021)用大豆加工下腳料+小麥加工下腳料飼養(yǎng)5日齡的黑水虻幼蟲10 d,蟲體脂肪含量隨小麥下腳料占比升高(占比分別為50%、60%、70%、80%和90%)而下降,分別為31.47%、29.77%、27.83%、26.57%、24.90%。路延等(2021)為探究添加鈣和微生物對黑水虻富集油脂的能力的影響,在餐廚垃圾中分別添加濕重比例0%、2%、5%、7%、10%的CaCO3和0%、2%的Ca(OH)2,所得蟲體脂肪含量分別為40.66%、40.02%、44.84%、50.60%、38.28%和39.04%、27.37%,其中添加CaCO3對黑水虻脂肪含量無顯著影響,添加Ca(OH)2使其脂肪含量顯著下降;在餐廚垃圾+濕重比例5% CaCO3的基礎(chǔ)上添加餐廚垃圾濕重比例10%的枯草芽孢桿菌Bacillussubtilis、地衣芽孢桿菌Bacilluslicheniformis、植物乳桿菌Lactobacillusplantarum、鼠李糖乳桿菌Lactobacillusrhamnosus、魯梅利桿菌Rummeliibacillusstabekisii和耐久糞腸球菌Enterococcusdurans菌液,所得蟲體脂肪含量為45.52%、42.09%、45.20%、50.16%、44.99%、50.53%;而以餐廚垃圾為基礎(chǔ)分別添加濕重比例10%的枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、植物乳酸桿菌、鼠李糖乳酸桿菌、魯梅利桿菌和耐久糞腸球菌菌液,所得蟲體脂肪含量為52.77%、44.10%、52.26%、35.93%、32.53%、49.19%?？梢?黑水虻可有效利用各種養(yǎng)殖基質(zhì)的蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、纖維素、半纖維素,甚至木質(zhì)素等合成豐富的體脂,這可能與其消化道可適應(yīng)性地調(diào)整消化酶的分泌并協(xié)同腸道微生物進行轉(zhuǎn)化利用有關(guān)(Sunetal., 2022)。

除了營養(yǎng)組成,養(yǎng)殖基質(zhì)的pH值和重金屬也會影響黑水虻的體脂含量。曾小宇等(2021)研究發(fā)現(xiàn),堿性養(yǎng)殖基質(zhì)更有利于黑水虻幼蟲的脂肪沉積,而酸性培養(yǎng)基有利于蛋白質(zhì)的沉積。李逵(2019)發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖環(huán)境中鎘離子濃度越高,黑水虻脂肪細(xì)胞中脂肪滴數(shù)量越少,細(xì)胞體積越小,蟲體的脂肪積累也越少。這可能是由于高濃度的重金屬誘導(dǎo)昆蟲脂肪體產(chǎn)生了抗氧化防御作用,產(chǎn)生了丙二醛等過氧化物所致。

養(yǎng)殖基質(zhì)不但影響黑水虻蟲體的油脂含量,還影響其脂肪酸組成。胡俊茹等(2019)用餐廚垃圾和雞糞作為養(yǎng)殖基質(zhì)飼養(yǎng)黑水虻,得到的餐廚蟲粗脂肪含量為38.17%,不飽和脂肪酸與必需脂肪酸分別占總脂肪的60.85%和23.72%,其中油酸和亞油酸含量高達30.7%和21.3%;得到的雞糞蟲粗脂肪含量為10.58%,不飽和脂肪酸與必需脂肪酸分別占總脂肪的34.61%和8.2%,且還檢測到十三烷酸和十五碳一烯酸等奇數(shù)碳脂肪酸。徐歆歆等(2019)用不同水平的裂殖壺藻藻渣(10%、20%、30%和40%)飼養(yǎng)黑水虻,發(fā)現(xiàn)20%、30%和40%藻渣組黑水虻粗脂肪含量顯著低于對照組,且4個藻渣實驗組的單不飽和脂肪酸含量都顯著低于對照組,但n-3系列多不飽和脂肪酸含量皆顯著高于對照組。為了解黑水虻利用脂肪酸的規(guī)律,Li等(2022)分別含有用5%和10%的豬油、豆油、椰子油、花生油、亞麻籽油和魚油的飼料飼喂黑水虻,結(jié)果發(fā)現(xiàn),無論飼料脂肪源和水平如何,黑水虻始終能在體內(nèi)積累比例穩(wěn)定的月桂酸(17.4%～28.5%)、肉豆蔻酸(3.9%～8.0%)和棕櫚油酸(1.3%～4.3%),蟲體內(nèi)棕櫚酸、油酸、亞油酸、亞麻酸的比例則與飼料中的呈線性相關(guān),線性方程的斜率為0.39～0.60。為揭示黑水虻體內(nèi)高效生成月桂酸等飽和脂肪酸的機制,Hoc等(2020)用同位素氘(氘化水)飼養(yǎng)黑水虻,發(fā)現(xiàn)某些脂肪酸(癸酸、月桂酸或肉豆蔻酸)僅以氘化形式存在,而其它脂肪酸(棕櫚酸、棕櫚油酸或油酸)則以兩種形式存在(氘化或不氘化),而在添加氘的蟲體中幾乎沒有發(fā)現(xiàn)氘化多不飽和脂肪酸。該結(jié)果表明,黑水虻可利用碳水化合物從頭合成某些飽和脂肪酸,而不飽和脂肪酸則部分來自于生物合成,部分來自于食物供給。另外,盡管飲食中富含亞麻酸,但黑水虻只會生物積累約13%的亞麻酸,卻將其中約2/3用于代謝,或生成月桂酸或肉豆蔻酸等飽和脂肪酸?？梢?黑水虻體內(nèi)高比例的月桂酸等飽和脂肪酸,得益于脂肪酸的從頭合成和生物轉(zhuǎn)化途徑,即黑水虻可利用養(yǎng)殖基質(zhì)中的糖類和某些不飽和脂肪酸合成月桂酸等飽和脂肪酸。

1.4 制取工藝對黑水虻油質(zhì)量的影響

提取工藝主要影響黑水虻油的產(chǎn)量、物理和化學(xué)性能。首先,處死方式會影響其油脂儲存性能。Caligiani等(2019)發(fā)現(xiàn),被冷凍殺死的黑水虻油在儲存過程中顯示出?；视偷募眲p少,以及游離脂肪酸大量釋放,而經(jīng)熱水煮殺死黑水虻的油脂比較穩(wěn)定?？追驳?2021)用壓榨法、浸出法以及亞臨界丁烷萃取法3種方法提取黑水虻油,結(jié)果表明,浸出法的提油率最高(78.95%),而壓榨法最低(54.10%)。亞臨界丁烷萃取法所得的黑水虻油的酸值和過氧化值最低,浸出法所得的黑水虻油的水分含量最低,壓榨法的水分含量最高,但3種提取方法得到的黑水虻油脂肪酸組成變化不大,其中月桂酸含量為16%～20%,亞油酸和油酸分別約22%和20%。徐歆歆(2021)對浸提法與壓榨法2種方法提取的黑水虻油理化性質(zhì)進行了比較,并評估了浸提法相關(guān)參數(shù)對黑水虻油提取率的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),黑水虻粉與石油醚的比例為1∶12時,在50℃的條件下持續(xù)反應(yīng)5 h后,提取的油脂效率最高。提取的黑水虻油顏色為淡黃色或淺黃色,其酸價、過氧化值、碘價、皂化值等與壓榨法制備的黑水虻油之間無顯著性差異。Mai等(2019)用堿精制法處理黑水虻油,在保留了大部分有價值的脂肪酸外,還顯著降低了黑水虻油的粘度、濁度、密度、蛋白質(zhì)含量和游離脂肪酸指數(shù)。Smets等(2020)發(fā)現(xiàn)綠色溶劑2-甲基四氫呋喃可替代己烷從新鮮的黑水虻中提取脂質(zhì),兩者之間的最大溶劑效率沒有顯著差異,且2-甲基四氫呋喃提取了更多的游離脂肪酸和磷脂。

從目前的研究結(jié)果來看,黑水虻油的提取成本仍高于大多數(shù)植物油。比如,與油菜籽中提取菜油相比,從黑水虻中提取1 kg黑水虻油會增加9.8 MJ的能耗及0.2 kg二氧化碳(溫室氣體)當(dāng)量,但可減少6.44 m2的土地使用。因此,盡管目前黑水虻油的提取成本還較高,但考慮到未來生產(chǎn)傳統(tǒng)油脂(向日葵、油菜籽等)對土地占用導(dǎo)致的不可持續(xù)發(fā)展性,利用有機廢棄物生產(chǎn)黑水虻油仍具有資源和環(huán)境上的明顯優(yōu)勢(Salomoneetal., 2017)。

2 黑水虻油的綜合利用研究

2.1 黑水虻油作為飼用油脂的應(yīng)用研究

2.1.1畜禽飼用油

黑水虻油在畜禽飼料中的研究主要集中在雞飼料。Kim等(2021)研究發(fā)現(xiàn)黑水虻油可替代肉雞飼糧中50%和100%的豆油,對揮發(fā)性脂肪酸水平、血液學(xué)特性或健康參數(shù)無任何不良影響,且對腸道形態(tài)有積極影響。Dabbou等(2021)研究表明,用改良黑水虻油部分替代豆油飼喂肉雞可以正向調(diào)節(jié)肉雞腸道菌群,且不會影響其生長性能和腸道形態(tài),也沒表現(xiàn)出任何不良的組織病理變化。還有研究表明,可以用黑水虻油替代1.5%、3.0%和4.5%豆油飼養(yǎng)蛋雞,對蛋雞生長性能、采食量、料肉比、產(chǎn)蛋率以及蛋重等都無不良影響,并有利于蛋黃的著色(Pattersonetal., 2021)。

2.1.2水產(chǎn)飼用油

近年來,黑水虻油在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用研究十分豐富,研究對象包括建鯉Cyprinuscarpiovar、鏡鯉Cyprinuscarpio.var.specularis、草魚Ctenopharyngodonidella、黃顙魚Pelteobagrusfulvidraco、虹鱒Oncorhynchusmykiss、血鸚鵡魚Amphilophuscitrinellus×Cichlasomasynspilum、淇河鯽Carassiusauratus、泰國斗魚BettasplendensRegan、大西洋鮭Salmosalar和加利福尼亞石首魚Totoabamacdonaldi等養(yǎng)殖魚類。Li等(2016)用4個梯度(25%、50%、75%和100%)的黑水虻油替代豆油來飼養(yǎng)幼齡的建鯉,發(fā)現(xiàn)對建鯉的生長性能、餌料系數(shù)和營養(yǎng)沉積等沒有任何負(fù)面影響,并可以增加建鯉肌肉中n-3系列多不飽和脂肪酸的含量,降低腹膜內(nèi)脂肪的沉積。吉紅等(2016)用黑水虻油替代豆油,在添加量不超過25 g/kg的范圍內(nèi)對幼齡的建鯉生產(chǎn)性能不會產(chǎn)生顯著影響,并可以提高魚體肌肉二十二碳六烯酸(Docosahexaenoic acid,DHA)和飽和脂肪酸(Saturated fatty acid,SFA)的含量和降低魚體腹腔脂肪組織的沉積。Dumas等(2018)用黑水虻油替代虹鱒飼料中的魚油,發(fā)現(xiàn)不會對虹鱒的生長性能和餌料系數(shù)造成不良影響,且用黑水虻油替代魚油更優(yōu)于用脫脂黑水虻粉替代魚粉。Kumar等(2021)研究證實,用黑水虻油替代魚油和豆油并不會對虹鱒的生長性能、餌料系數(shù)和營養(yǎng)沉積產(chǎn)生負(fù)面影響,但在替代組添加膽汁酸會對生長性能產(chǎn)生負(fù)面影響,這可能是膽汁酸添加過量對肝細(xì)胞產(chǎn)生了毒性作用。此外,還有學(xué)者發(fā)現(xiàn),黑水虻油替代魚油或者豆油還可以提高虹鱒的免疫功能增強,降低炎癥發(fā)生率(Fawoleetal., 2021)。在鏡鯉幼魚飼料中,用黑水虻油替代豆油比用黃粉蟲油或者蠶蛹油替代豆油對鏡鯉的生長性能和餌料效率具有更好的效果,可降低鏡鯉幼魚腹腔脂肪組織中的脂質(zhì)沉積,提高肝臟的抗氧化能力(Xuetal., 2020a),用4個梯度(25%、50%、75%和100%)富含n-3系列多不飽和脂肪酸的黑水虻油替代豆油飼養(yǎng)幼齡鏡鯉,替代量為50%～100%時,對鏡鯉的生長性能、飼料利用率和腸道健康均有積極影響,還可調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝,提高抗氧化能力,并對免疫系統(tǒng)有積極作用(Xuetal., 2021)。石洪玥等(2020)用4個梯度(25%、50%、75%和100%)的黑水虻油替代豆油飼養(yǎng)血鸚鵡魚,發(fā)現(xiàn)對血鸚鵡的生長有促進作用,且對其非特異性免疫能力有積極作用。用黑水虻油完全替代魚油和豆油可以提高泰國斗魚的成活率,并顯著提高雄魚的特定生長率、增重率和肥滿度,此外還可以顯著提高泰國斗魚血清總蛋白、球蛋白及白蛋白的含量(謝醒達,2019)。Belghit等(2018)用黑水虻油全替代菜籽油,發(fā)現(xiàn)不會對大西洋鮭的生長性能、飼料轉(zhuǎn)化率、表觀消化率以及全魚體成分產(chǎn)生不良影響。胡俊茹等(2020)用5個梯度(20%、40%、60%、80%和100%)的黑水虻油替代豆油飼養(yǎng)黃顙魚,結(jié)果表明黑水虻油完全替代豆油對黃顙魚幼魚的生長性能、形體指標(biāo)、體成分、營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率和抗氧化指標(biāo)無顯著影響。以生長性能為評價指標(biāo),當(dāng)黃顙魚幼魚基礎(chǔ)飼料中添加4%豆油時,黑水虻蟲油可以完全替代豆油。陳延娜等(2019)用4個梯度(25%、50%、75%和100%)的黑水虻油替代豆油飼養(yǎng)草魚,發(fā)現(xiàn)草魚的生長性能不受影響,并且抗氧化能力、腸道菌群的豐度和多樣性得到顯著提高,但在替代量提高至100%時,草魚肝臟出現(xiàn)了一定程度的損傷,因此建議在草魚飼料中黑水虻油替代豆油的比例不宜超過75%。賈申宗等(2022)的研究與之相似,用4個梯度(25%、50%、75%和100%)的黑水虻油替代豆油飼養(yǎng)淇河鯽,當(dāng)替代比例不超過75%時,淇河鯽的生長性能不受顯著影響,并且可以提高魚體的抗氧化能力和腸道消化酶活力,但100%替代會增加血清中低密度脂蛋白含量。Maldonado-Othón等(2022)則發(fā)現(xiàn)用黑水虻油替代30%的魚油不會對加利福尼亞灣石首魚的生長性能產(chǎn)生負(fù)面影響,但替代60%會顯著降低末重和增重率,以及肌肉中二十碳五烯酸的含量。綜上,雖然不同水產(chǎn)動物對黑水虻油的利用率不一,但黑水虻油全部或部分替代魚油或豆油,對水產(chǎn)動物的生長性能、腸道健康和免疫力不會產(chǎn)生負(fù)面影響,甚至是有積極的影響。

2.2 黑水虻油作為食用油的應(yīng)用研究

盡管東南亞、非洲、拉丁美洲的某些國家已有以昆蟲為食的傳統(tǒng),但全球大部分國家或地區(qū)對昆蟲食品的接受度仍然有限。Higa等(2021)調(diào)查了美國成年人對食用黑水虻及其產(chǎn)品的意愿,結(jié)果表明,參與者明顯更愿意嘗試用黑水虻粉或黑水虻油制作的食物,而不是直接吃整個昆蟲,即間接消費途徑(食用吃過昆蟲的動物)比直接食用更容易被接受。盡管如此,由于黑水虻油在加工特性及營養(yǎng)性上具有優(yōu)勢,人們對其接受度比黑水虻的其它產(chǎn)品高。如Delicato等(2020)用25%和50%的黑水虻油替代黃油制作蛋糕、餅干和華夫餅供人們品嘗,結(jié)果發(fā)現(xiàn)25%的替代比例不會影響人們對食品的體驗感,在華夫餅上甚至可替代50%的黃油。Smetana等(2020)在中試生產(chǎn)試驗中用黑水虻油和黃粉蟲油替代人造黃油,發(fā)現(xiàn)在工藝上是可行的,且這兩種昆蟲油可替代75%的人造黃油,并能改善黃油的色澤。

此外,由于目前人們對黑水虻油安全性評價仍然不足,也是限制其開發(fā)作為食用油的原因之一。作為腐食性昆蟲,黑水虻可能會從環(huán)境中富集有毒物質(zhì)或者重金屬,因此需對黑水虻的養(yǎng)殖基質(zhì)作出要求,使用所謂的“清潔基質(zhì)”(Bessaetal., 2020),并加強食品安全性的檢測。

2.3 黑水虻油作為生物柴油的應(yīng)用研究

生物柴油作為一種清潔能源,可再生和生物降解,并且在燃燒時可以大大減少CO、碳?xì)浠衔镆约按箢w粒物的排放(Fonsecaetal., 2019),卻因其造價過高而未得到廣泛的運用。其中,主要成本來自于生產(chǎn)生物柴油的原料(Michaeletal., 1998; Atharetal., 2020)。黑水虻幼蟲的粗脂肪經(jīng)酯化可轉(zhuǎn)化為生物柴油,其主要酯類成分是月桂酸甲酯(35.6%)、油酸甲酯(23.6%)和棕櫚酸甲酯(14.8%),燃料性能如密度(885 kg/m3)、黏度(5.8 mm2/s)、酯含量(97.2%)、燃點(123°C)和十六烷值(53)與油基生物柴油的燃料性能相當(dāng)(Lietal., 2011),大部分性能符合歐盟生物柴油的標(biāo)準(zhǔn)(EN14214)。利用有機廢棄物生產(chǎn)黑水虻制備生物柴油的研究取得了積極的成果。Li等(2011)分別在1 kg的牛糞、豬糞和雞糞中接種1 000頭黑水虻幼蟲,飼養(yǎng)10 d分別可獲得35.6 g、57.8 g和91.4 g生物柴油。Zheng等(2012)用1 kg稻稈(30%)和餐廚固體垃圾(70%)混合飼料飼養(yǎng)6齡的黑水虻幼蟲(2 000頭)10 d可獲得約43.8 g生物柴油。Li等(2015)以400 g玉米芯沼渣飼養(yǎng)6齡的黑水虻幼蟲(500頭)可獲得約3.17 g生物柴油,以稻桿為養(yǎng)殖基質(zhì)的基礎(chǔ)上添加葡萄糖和果糖可以顯著提高黑水虻脂肪含量,從而也提高了生物柴油的產(chǎn)量。Rehman等(2018)首次將黑水虻生物柴油添加到純柴油中,應(yīng)用于共軌噴射系統(tǒng)的四缸輕型柴油機,檢測其燃燒性能與煙霧排放。結(jié)果發(fā)現(xiàn)低比例添加黑水虻生物柴油(10%),氮氧化物排放量可減少50%,而等效油耗(245～260 μg/kwh)和純柴油組相當(dāng)。因此,黑水虻生物柴油具有商業(yè)上的可行性。

2.4 黑水虻油作為化妝品用油的應(yīng)用研究

基于化妝品對油脂成分的營養(yǎng)和工藝需求,昆蟲油脂是良好的化妝品用油的來源(Francoetal., 2022),它可以部分替代某些動物油和植物油,比如會引起倫理問題的貂油,以及可供食用的澳洲堅果油(Plannthin, 2016; Verheyenetal., 2018)。無論養(yǎng)殖基質(zhì)如何,黑水虻油都富含月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸和油酸,這些脂肪酸組合及其衍生物很適合生產(chǎn)香皂,以及洗滌劑和洗發(fā)水中的表面活性劑。其中,亞油酸可以減少開放性燒傷傷口的水分流失,有助于保護皮膚免受干燥損傷,而月桂酸具有良好的抑菌和防腐效果,可以防止膏霜類化妝品發(fā)生氧化和腐敗,月桂酸衍生物(酯、乙氧基化合物等)則可以起到表面活性劑的作用,使水與油、污垢互溶,從而起到清潔皮膚和頭發(fā),以便沖洗干凈的作用(Francoetal., 2022)。Verheyen等(2018)用索氏抽提法提取3種昆蟲(黑水虻、蝗蟲和家蠶)的脂肪,做作為護手霜的配方成分之一,和含有5%水貂和澳洲堅果油的配方相比較,蝗蟲和家蠶油昆蟲油不飽和度高(61%),更適合生產(chǎn)化妝品,但其較低的棕櫚烯酸的含量會影響產(chǎn)品的穿透性。而黑水虻油的脂肪酸組成與棕櫚仁和椰子油相似,不飽和度低(21%),所以更適合制造沐浴露和肥皂等清潔產(chǎn)品。

目前,用黑水虻油制作的化妝品還不多,可能是因為毛油中富含磷脂和游離脂肪酸,其顏色和氣味會影響的產(chǎn)品的感官效果(Yew and Chung, 2015)。而要解決這些問題,需要進行油脂的精煉,包括中和、漂白及除臭等處理(Francoetal., 2022),以上工藝還需要進一步的研究。

3 小結(jié)與展望

目前,黑水虻作為一種環(huán)境昆蟲,已廣泛應(yīng)用于有機廢物的生物處理,由此獲得的黑水虻幼蟲或預(yù)蛹已成為最有潛力的昆蟲源飼料原料。但有關(guān)黑水虻的飼料化研究主要集中在將其作為蛋白質(zhì)原料方面,作為脂肪原料的研究與開發(fā)尚不成熟,相關(guān)研究主要集中在油脂的提取工藝及應(yīng)用技術(shù)方面。目前存在的主要問題是,黑水虻蟲體的油脂含量及脂肪酸組成受養(yǎng)殖基質(zhì)的影響較大,其優(yōu)點是可以通過調(diào)節(jié)養(yǎng)殖基質(zhì)的營養(yǎng)組成來獲得高脂及適宜脂肪酸的蟲油,缺點是黑水虻油產(chǎn)品難以標(biāo)準(zhǔn)化。

盡管如此,由于黑水虻廉價易得,其油脂含量高于很多經(jīng)濟昆蟲,且富含飽和脂肪酸、月桂酸等中鏈脂肪酸含量豐富,在作為飼用油、生物柴油、化妝品用油、甚至食用油開發(fā)方面都具有巨大潛力。未來需要在黑水虻養(yǎng)殖的無害化、功能化上作進一步的研究,以推進黑水虻油使用的安全化及合法化,為相關(guān)行業(yè)提供有價值的昆蟲油脂產(chǎn)品。