趙正萍，顏學(xué)武，于 婷，夏永剛，張 敏，楊 明

(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004； 2.國(guó)家林業(yè)和草原局南方天敵繁育與應(yīng)用工程技術(shù)研究中心，湖南長(zhǎng)沙 410004； 3.雙牌縣林業(yè)局，湖南 雙牌 425200)

我國(guó)是竹子的主產(chǎn)國(guó)，有竹類植物37屬500余種。全國(guó)現(xiàn)有竹林面積756.27萬(wàn)hm2，占森林面積的3.31%[1]。竹類資源面積、竹材蓄積量和產(chǎn)量及竹制品對(duì)外貿(mào)易量均居世界首位[2]。竹筍是我國(guó)的傳統(tǒng)食品，因其清脆的口感和豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，深受人們青睞。據(jù)報(bào)道，我國(guó)每年竹筍產(chǎn)量超過(guò)500萬(wàn)t，但在其食品加工過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生50%以上筍頭、筍殼等加工剩余物[3]。而竹筍加工剩余物含有較多的蛋白質(zhì)、竹纖維和活性成分，具有較高的利用價(jià)值，作為廢棄物丟棄，不僅會(huì)造成極大的資源浪費(fèi)，同時(shí)因其易腐爛、霉變，還會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。

白星花金龜(ProtaetiabrevitarsisLewis)隸屬于鞘翅目(Coleoptera)花金龜科(Cetoniidae)星花金龜屬(Protaetia)，廣泛分布于我國(guó)及周邊國(guó)家。其幼蟲為腐食性，主要生活在腐殖質(zhì)豐富的土壤或腐熟的糞堆中，以腐爛的雜草、秸稈及畜禽糞便為食，對(duì)生態(tài)環(huán)境友好[4]。目前，許多國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)將白星花金龜作為一種重要的資源昆蟲進(jìn)行開發(fā)利用。研究表明，白星花金龜幼蟲蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸、鐵、鋅等含量高，具有極高的飼用價(jià)值和抗癌、抗菌、抗炎等藥用價(jià)值；產(chǎn)生的蟲糞砂富含腐殖質(zhì)可用作有機(jī)肥料；成蟲可提取甲殼素，在紡織、造紙、制藥等行業(yè)具有非常廣泛的應(yīng)用價(jià)值[5]。近年來(lái)，有機(jī)廢棄物隨意丟棄造成的環(huán)境污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重，白星花金龜“大自然清道夫”的功能愈發(fā)受到關(guān)注。目前，白星花金龜已在農(nóng)作物秸稈[4，6-8]、食用菌菌糠[9-11]、畜禽糞污[12-13]等有機(jī)廢棄物處理及資源利用中發(fā)揮了重要作用，但尚未有其對(duì)竹筍加工剩余物轉(zhuǎn)化方面的研究報(bào)道。本研究開展白星花金龜對(duì)不同時(shí)間發(fā)酵的筍頭、筍殼等竹筍加工剩余物轉(zhuǎn)化利用能力的研究，以期為竹筍加工剩余物資源高值化、無(wú)害化再利用提供新途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

白星花金龜幼蟲(泰安市徂汶景區(qū)化馬灣石家?guī)X田園農(nóng)場(chǎng)有限公司)，筍頭、筍殼等竹筍加工剩余物(桃江縣竹緣林科開發(fā)有限公司)，EM(Effective Microorganisms)菌原液(滄州市康壯生物發(fā)酵制品有限公司)。

1.2 主要試驗(yàn)儀器和器具

多功能粉碎機(jī)(WJX-800A型，上海緣沃工貿(mào)有限公司)，人工氣候箱(ARMA-580，寧波江南儀器廠)，電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(GZX-9246MBE，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠)，電子天平(JA2003，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司)，冷藏柜(BC/BD-516SEA，青島海爾特種電冰柜有限公司)，塑料養(yǎng)蟲盒(長(zhǎng)20cm、寬16cm、高10cm)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 竹筍加工剩余物發(fā)酵處理

將100kg筍殼、筍頭分別用粉碎機(jī)粉碎，粒徑<3mm。取20mL EM原液，加入20g紅糖，用水稀釋500倍后，加入NaCl和FeCl2各10g，充分溶解混勻，配制成EM發(fā)酵菌液。將發(fā)酵菌液均勻噴灑在待發(fā)酵物中，調(diào)節(jié)含水量為60%～70%，充分混合堆料后，加蓋塑料薄膜，并將四周壓實(shí)，進(jìn)行發(fā)酵處理。每5d于發(fā)酵物中心取樣2kg，一直取到第35天。每次取樣后翻堆，并再次加蓋塑料薄膜。每次將樣品標(biāo)記后，置于-20℃冰箱中冷凍保存。所有取樣工作結(jié)束后，將樣品取出，在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中50℃烘干至恒重，4℃冷藏備用。

1.3.2 白星花金龜幼蟲對(duì)不同時(shí)間發(fā)酵竹筍加工剩余物的取食研究

挑選長(zhǎng)勢(shì)一致、健康活躍的白星花金龜3齡幼蟲30頭，稱量鮮質(zhì)量后放在塑料養(yǎng)蟲盒中飼養(yǎng)，每盒中分別放入5、10、15、20、25、30、35d等7個(gè)不同時(shí)間發(fā)酵處理的筍頭或筍殼干料500g，調(diào)節(jié)并控制發(fā)酵物含水量為50%，將養(yǎng)蟲盒置于人工氣候箱(溫度27～29℃，光照時(shí)間16h·d-1，相對(duì)濕度50%～70%)中飼養(yǎng)。共14個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。每天觀察白星花金龜幼蟲取食及生長(zhǎng)發(fā)育情況，及時(shí)清除死亡蟲體，并補(bǔ)充發(fā)育一致的蟲體。根據(jù)取食情況，每5d添加1次發(fā)酵物，連續(xù)飼喂15d。

1.3.3 生物量測(cè)定

第16天，將每個(gè)處理的白星花金龜幼蟲分別挑出，稱量并記錄最終鮮質(zhì)量，再將蟲體烘干后，稱量并計(jì)算蟲體增加量；將未取食完的發(fā)酵物和蟲糞分開后再分別烘干，稱量計(jì)算累計(jì)取食量和累計(jì)排糞量。

參照劉玉升[14]的方法計(jì)算白星花金龜3齡幼蟲對(duì)筍頭、筍殼等竹筍加工剩余物的飼料利用率、蟲體轉(zhuǎn)化率、蟲糞轉(zhuǎn)化率以及近似消化率：飼料利用率=(總飼料量-剩余飼料量)∕總飼料量×100%;蟲體轉(zhuǎn)化率=蟲體增加量∕(累計(jì)取食量-累計(jì)排糞量)×100%;蟲糞轉(zhuǎn)化率=累計(jì)排糞量∕(累計(jì)取食量-蟲體增加量)×100%;近似消化率=(累計(jì)取食量-累計(jì)排糞量)∕累計(jì)取食量×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2020和SPSS 24.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析。對(duì)不同處理進(jìn)行單因素方差分析和Tukey多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 白星花金龜幼蟲對(duì)不同時(shí)間發(fā)酵筍頭、筍殼的轉(zhuǎn)化量

由表1可知，隨著筍頭發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，白星花金龜3齡幼蟲蟲體增加量呈先升后降的趨勢(shì)，取食發(fā)酵25d筍頭的白星花金龜3齡幼蟲蟲體增加量為1.527g，顯著高于其他處理組；累計(jì)取食量和累計(jì)排糞量均呈上升趨勢(shì)，對(duì)發(fā)酵35d筍頭的累計(jì)取食量和排糞量均最大，其中累計(jì)取食量與發(fā)酵25d的差異顯著，累計(jì)排糞量與發(fā)酵25d的差異不顯著；累計(jì)死亡率呈先降后升的趨勢(shì)，發(fā)酵25d的最低，為2.22%，與發(fā)酵20、30和35d的處理間差異不顯著，但顯著低于其他處理組。綜合比較，筍頭的最佳發(fā)酵時(shí)間為25d，每消耗發(fā)酵筍頭100g，可使白星花金龜3齡幼蟲增加4.45g，并獲得蟲糞77.97g。

表1 白星花金龜3齡幼蟲對(duì)不同時(shí)間發(fā)酵筍頭的轉(zhuǎn)化量Tab.1 Conversion quantity of 3rd instar larvae of Protaetia brevitarsis on bamboo shoot stumps fermented for different days發(fā)酵時(shí)間/d蟲體增加量/g累計(jì)取食量/g累計(jì)排糞量/g累計(jì)死亡率/%50.783±0.023 e22.08±0.50 f15.46±0.60 e30.00±1.92 a100.870±0.035 e24.02±0.44 e17.20±0.30 d21.11±2.94 b151.023±0.035 d25.94±0.47 d18.71±0.37 c8.89±1.11 c201.200±0.026 c30.48±0.50 c22.48±0.73 b4.44±1.11 cd251.527±0.023 a34.31±0.39 b26.75±0.42 a2.22±1.11 d301.343±0.035 b34.98±0.46 ab26.20±0.48 a3.33±1.92 cd351.340±0.017 b35.78±0.27 a27.07±0.31 a3.33±1.92 cd注: 同列不同小寫英文字母表示處理間在α=0.05水平上差異顯著。下同。

由表2可知，隨著筍殼發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，白星花金龜3齡幼蟲蟲體增加量、累計(jì)取食量和累計(jì)排糞量均呈上升趨勢(shì)，累計(jì)死亡率則降低。發(fā)酵35d的處理，其蟲體增加量1.333g、累計(jì)取食量34.82g、累計(jì)排糞量27.04g及累計(jì)死亡率2.22%，與其他處理組間均存在顯著差異。綜合比較，筍殼的最佳發(fā)酵時(shí)間為35d，每消耗發(fā)酵筍殼100g，可使白星花金龜3齡幼蟲增加3.83g，并獲得蟲糞77.66g。

2.2 白星花金龜幼蟲對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間筍頭、筍殼的轉(zhuǎn)化效率

由圖1可知，利用白星花金龜3齡幼蟲轉(zhuǎn)化筍頭和筍殼，其飼料利用率隨著食物發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，近似消化率則相反，蟲體轉(zhuǎn)化率和蟲糞轉(zhuǎn)化率在最佳發(fā)酵時(shí)間下呈最大值。白星花金龜3齡幼蟲對(duì)發(fā)酵25 d筍頭的飼料利用率為68.62%，與發(fā)酵30 d和35 d的差異不顯著，但顯著高于其他處理組的；蟲體轉(zhuǎn)化率和蟲糞轉(zhuǎn)化率分別為20.21%和81.60%，顯著高于其他處理組的；近似消化率為22.03%，顯著低于其他處理組的。對(duì)發(fā)酵35 d筍殼的飼料利用率為69.64%，顯著高于其他處理組的；蟲體轉(zhuǎn)化率和蟲糞轉(zhuǎn)化率分別為17.13%和80.73%，與發(fā)酵30 d的差異不顯著，但顯著高于其他處理組的；近似消化率為22.36%，與發(fā)酵30 d的差異不顯著，但顯著低于其他處理組的。由表3可知，經(jīng)最佳發(fā)酵時(shí)間處理后，筍頭的蟲體轉(zhuǎn)化率顯著高于筍殼的(P<0.05)，但飼料利用率、蟲糞轉(zhuǎn)化率和近似消化率在兩者之間均無(wú)顯著差異。說(shuō)明白星花金龜對(duì)發(fā)酵筍頭和筍殼均有良好的轉(zhuǎn)化效果。

表2 白星花金龜3齡幼蟲對(duì)不同時(shí)間發(fā)酵筍殼的轉(zhuǎn)化量Tab.2 Conversion quantity of 3rd instar larvae of Protaetia brevitarsis on bamboo shoot shells fermented for different days發(fā)酵時(shí)間/d蟲體增加量/g累計(jì)取食量/g累計(jì)排糞量/g累計(jì)死亡率/%50.277±0.018 f16.04±0.24 g11.49±0.29 g33.33±1.92 a100.603±0.042 e19.91±0.35 f14.92±0.34 f23.33±1.92 b150.773±0.020 d23.31±0.66 e16.90±0.52 e11.11±1.11 c200.920±0.026 c25.79±0.47 d19.27±.024 d6.67±0.00 d251.103±0.012 b29.06±0.49 c21.97±0.34 c6.67±1.92 d301.210±0.029 b32.52±0.36 b24.83±0.34 b3.33±0.00 d351.333±0.041 a34.82±0.34 a27.04±0.36 a2.22±1.11 d

表3 最佳發(fā)酵時(shí)間下白星花金龜3齡幼蟲對(duì)筍頭和筍殼轉(zhuǎn)化力比較Tab.3Conversion capabilities of 3rd instar larvae of Protaetia brevitarsis on bamboo shoot stumps and shells under opti-mal fermentation time%物料飼料利用率蟲體轉(zhuǎn)化率蟲糞轉(zhuǎn)化率近似消化率筍頭68.62±0.7920.21±0.38?81.60±0.3622.03±0.34筍殼69.64±0.6717.13±0.5680.73±0.3422.36±0.27注: ?表示同列兩組數(shù)據(jù)差異顯著。

3 結(jié)論與討論

白星花金龜幼蟲腸道菌群具有降解吸收木質(zhì)纖維素的能力，在微生物腐解的預(yù)處理下，能高效地將有機(jī)物料，尤其是富含纖維的秸稈類物料，轉(zhuǎn)化成高價(jià)值的昆蟲蟲體和富含腐殖質(zhì)與營(yíng)養(yǎng)的蟲糞砂[15-18]。竹筍加工剩余物含有豐富的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、蛋白質(zhì)、脂肪及多種礦物質(zhì)[19-20]，其蛋白質(zhì)含量是玉米秸稈的2倍，有機(jī)物和粗蛋白含量也都高于小麥秸稈和玉米秸稈的，目前在反芻動(dòng)物飼料應(yīng)用中效果良好，具有較高的利用價(jià)值[21]。

本研究表明，白星花金龜對(duì)竹筍加工剩余物同樣具有良好的轉(zhuǎn)化能力。筍頭和筍殼的最佳發(fā)酵時(shí)間分別是25d和35d，在最佳發(fā)酵時(shí)間條件下，每轉(zhuǎn)化發(fā)酵筍頭100g，可收獲白星花金龜3齡幼蟲4.45g和蟲糞77.97g；每轉(zhuǎn)化發(fā)酵筍殼100g，可收獲白星花金龜3齡幼蟲3.83g和蟲糞77.66g。白星花金龜3齡幼蟲對(duì)發(fā)酵25d筍頭的飼料利用率、蟲體轉(zhuǎn)化率、蟲糞轉(zhuǎn)化率和近似消化率分別為68.62%、20.21%、81.60%和22.03%；對(duì)發(fā)酵35 d筍殼的飼料利用率、蟲體轉(zhuǎn)化率、蟲糞轉(zhuǎn)化率和近似消化率分別為69.64%、17.13%、80.73%和22.36%。除了蟲體轉(zhuǎn)化率外，白星花金龜3齡幼蟲對(duì)筍頭和筍殼的飼料利用率、蟲糞轉(zhuǎn)化率和近似消化率均不存在顯著差異。

利用資源昆蟲對(duì)有機(jī)廢棄物進(jìn)行轉(zhuǎn)化已成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。資源昆蟲表現(xiàn)出極強(qiáng)的生物處理和轉(zhuǎn)化能力，被廣泛應(yīng)用于有機(jī)廢棄物處理。廢棄物經(jīng)昆蟲過(guò)腹后，在昆蟲腸道微生物、消化酶等的作用下，被消化吸收并轉(zhuǎn)化成高附加值產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)廢棄物資源循環(huán)高效利用。常見資源昆蟲，如黃粉蟲(Tenebriomolitor)、白星花金龜、黑水虻(Hermetiaillucens)、家蠅(Muscadomestica)和東亞飛蝗(Locustamigratoriamanilensis)等，在有機(jī)廢棄物處理中發(fā)揮著重要作用。與其他生物相比，環(huán)境昆蟲具有資源轉(zhuǎn)化利用率高、繁殖周期短、飼養(yǎng)成本低、抗逆性強(qiáng)、可集約化養(yǎng)殖和生態(tài)安全等特點(diǎn)，同時(shí)可以收獲優(yōu)質(zhì)昆蟲蛋白和有機(jī)肥料等產(chǎn)物，在有機(jī)廢棄物高值化處理上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[8]。白星花金龜作為目前處理有機(jī)廢棄物的一種重要的環(huán)境昆蟲，規(guī)?；庇夹g(shù)日趨成熟，近年來(lái)，隨著其轉(zhuǎn)化有機(jī)廢棄物的生態(tài)功能和應(yīng)用潛力被不斷挖掘，在有機(jī)廢棄物處理上具有廣闊的應(yīng)用前景。本研究從環(huán)保和資源利用的角度出發(fā)，對(duì)環(huán)境昆蟲白星花金龜轉(zhuǎn)化竹筍加工剩余物的能力進(jìn)行了初步探索，證實(shí)其對(duì)竹筍加工剩余物具有良好的轉(zhuǎn)化效果，下一步可深入開展轉(zhuǎn)化機(jī)理及與其他環(huán)境昆蟲、微生物聯(lián)合的轉(zhuǎn)化模式等方面的研究，以期為竹筍加工剩余物無(wú)害化、高值化利用以及資源昆蟲產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)并提供技術(shù)支撐。