利用裂殖壶藻藻渣提升黑水虻油脂营养价值的研究

■徐歆歆 赵俊兰 窦永芳 李路路 Marco El-Dakar 吉 红*

(1.西北农林科技大学动物科技学院，陕西杨凌712100；2.青海畜牧兽医职业技术学院，青海西宁810000）

黑水虻（学名：亮斑扁角水虻，Hermetia illucens L.）水虻科双翅目昆虫[1]，具有生长周期短、繁殖速度快、养殖成本低、食性广泛及营养价值高等优点[2]。因其具有较强的生物转化能力常被用于处理餐厨垃圾[3-4]、畜禽粪便[5-7]及有机废弃物等[8]。自身营养较高，含有丰富的必需氨基酸，如亮氨酸、缬氨酸和赖氨酸等，粗蛋白质含量不低于干重的40%，与豆粕等植物性原料相似，但低于鱼粉[9]。含有较多的油酸及亚油酸等部分必需脂肪酸，不饱和脂肪酸含量在总脂肪酸比例中可高达60.85%，粗脂肪含量不低于干重的30%，显著高于鱼粉和豆粕[10]。虽然其营养成分不太稳定会随着饲养日粮的不同产生一定变化[11-12]，但目前仍被作为潜在的饲料原料广泛的应用在家禽[13]、家畜[14-15]、水产饲料[16-18]等行业。

EPA 及DHA 作为鱼类的必需脂肪酸，在鱼类的生长、健康等方面具有十分重要的作用[19]，鱼油因富含较多的EPA及DHA等n-3 PUFA是水产饲料行业主要的脂肪源，然而由于环境污染、过度捕捞等因素，出现鱼油资源紧张，价格居高不下的现象[20]，因此寻找新的富含n-3 PUFA的资源来满足生产及人类的需求是必要的[21]。裂殖壶藻藻渣为裂殖壶藻（Schizochytrium）油提取过程中的副产品，因工艺条件等限制，营养成分提取不充分，藻渣中依然含有大量的多不饱和脂肪酸（DHA）、多糖、微量元素等[22]。本研究拟利用黑水虻幼虫的生物转化能力，将含有10%、20%、30%及40%藻渣的日粮饲喂黑水虻幼虫，探究不同添加水平的裂殖壶藻藻渣对黑水虻幼虫生长及脂肪酸组成的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

黑水虻幼虫及麸皮（粒径为150 μm）由安康水产试验示范站提供；裂殖壶藻藻渣（粗蛋白质20%、粗脂肪8.5%）由山东临沂友康生物科技有限公司提供；规格为（299 mm×203 mm×86 mm）及（385 mm×247 mm×99 mm）的蓝色虻虫饲养盒各15 个。

1.2 试验设计

选择规格大小一致的8日龄幼虫(初始重12.74 mg，体长6.33 mm)，放在规格为299 mm×203 mm×86 mm的小型饲养盒中，并套在规格为385 mm×247 mm×99 mm的中号饲养盒内（防止虫子外逃），分别饲喂麸皮、含10%、20%、30%藻渣及40%藻渣的日粮(脂肪酸组成见表1)，每天定时投喂一次；每盒400 只，每组3个重复，试验开始前所有幼虫饥饿24 h，随后进行正式试验，养殖过程中用遮光布遮盖养殖盒使其避光并保持黑暗，养殖室温29～30 ℃，湿度65%～67%；试验过程中每3 d 测量幼虫体重及体长并记录数据，当对照组幼虫均重达到100 mg 时试验结束，分离幼虫[23-25]，将样品保存在-20 ℃待用。

表1 饲料常规成分及脂肪酸组成（%）

1.3 成分测定

将分离洗净的黑水虻幼虫晾晒至水分10%以下[26]，粉碎后测定水分（GB/T 6435—2014）、粗蛋白质（GB/T 6432—1994）、粗脂肪（GB-6433—2006）、灰分（GB/T 6438—2007），脂肪酸测定采用安捷伦7820A气相色谱仪（Agilent 7820a，Agilent Technologies，Santa Clara，CA，USA）测定饲料及幼虫脂肪酸组成。首先用氯仿甲醇混合溶液提取饲料及幼虫的脂肪。具体操作步骤为：称取0.3～0.5 g的样品，在氯仿/甲醇（2∶1，体积比）溶液中匀浆。静置1 h后，用定量滤纸过滤混合物，然后向滤液中加入4 ml的蒸馏水，在825×g条件下离心10 min以分离甲醇。吸取并丢弃上清液和中间层白色蛋白膜，下层液体在通风厨中，40 ℃条件下水浴抽风蒸干，管底所得物即为提取出来的油脂。向蒸干的管中加1 ml正己烷溶解脂肪，然后加入2 ml 0.4 mol/l的氢氧化钾甲醇溶液，混匀后静置1 h，使脂肪酸甲酯化。最后向混合物中添加1 ml蒸馏水，使其分层。吸取上层澄清液体，即为所得脂肪酸甲酯。最后用配备有火焰离子探测器的气象色谱仪进行检测分析。毛细管色谱柱产自美国，型号为HP-88，长度为100 m，内径为0.25 mm，薄膜厚度为0.2 μm。具体详细设置步骤如下：氢气作为承载气体，流速为1∶50 L/h；注射器和检测器温度分别设定为250 ℃和280 ℃。初始温度为175 ℃10 min，然后在20 min 内以3 ℃/min的速率将温度升高至220 ℃。然后再以4 ℃/min 的速度在10 min内使温度上升至240 ℃。吸取1 μl样品注射入火焰探测器中，通过与已知的标品（47015-U，Sigma-Aldrich，CA，USA）进行对比，来确定样品中的每一种脂肪酸甲酯。分析数据时，每一种脂肪酸的含量用其占总脂肪酸的百分比表示[27]。

1.4 数据处理

本试验数据结果均以“平均数±标准差(mean±SD)”表示，用SPSS18.0软件对试验数据进行单因素方差分析(One-way ANOVA)，若差异显著再做Duncan's法多重比较检验组间的差异，显著水平为P＜0.05。

2 结果

2.1 不同水平的裂殖壶藻藻渣对黑水虻幼虫生长的影响

养殖3 d 时，10%藻渣组幼虫的体重及体长[(20.01±4.42) mg、(7.32±0.20) mm]与对照组[(17.63±0.4) mg、(7.32±0.16) mm]无显著性差异（P＞0.05）；20%、30%及40%藻渣组幼虫的体重[(15.90±2.30)、(14.74±1.06)、(12.91±1.60) mg]及体长[(7.28±0.19)、(6.83±0.31)、(6.77±0.23) mm]显著低于对照组（P＜0.05）见（图1及图2）。

养殖6 d时，10%藻渣组幼虫体重及体长[(37.87±4.46) mg、(11.38±0.50) mm]与对照组[(36.58±3.99) mg、(11.17±0.74) mm]均无显著性差异（P＞0.05）；20%藻渣组体重[(30.25±1.44) mg]显著低于对照组，体长[(10.62±0.20) mm]与对照组无显著性差异，30%及40%藻渣组幼虫体重[(14.36±0.87)、(11.95±2.46) mg]及体长[(7.25±0.61)、(6.60±0.91) mm]显著低于20%藻渣组（P＜0.05）（见图3及图4）。

图1 藻渣对黑水虻幼虫体长的影响（第3 d）

图2 藻渣对黑水虻幼虫体重的影响（第3 d）

图4 藻渣对黑水虻幼虫体重的影响（第6 d）

养殖9 d时，10%藻渣组幼虫体重及体长[(107.73±6.16)mg、(12.97±1.35)mm]与对照组[(112.80±3.30)mg、（13.18±0.78）mm]均无显著性差异（P＞0.05）。20%藻渣组幼虫体重及体长[(89.56±1.93) mg、(10.63±0.59) mm]显著低于对照组（P＜0.05），30%及40%藻渣组体重[(18.07±1.13)、(11.73±2.48) mg]及体长[(7.28±0.32)、(6.43±0.75) mm]显著低于20%组（P＜0.05）（见图5及图6）。

图5 藻渣对黑水虻幼虫体长的影响（第9 d）

图6 藻渣对黑水虻幼虫体重的影响（第9 d）

2.2 不同水平的裂殖壶藻藻渣对黑水虻幼虫体成分的影响（见表2）

由表2 可知，10%藻渣组幼虫的粗蛋白质及粗脂肪含量与对照组无显著性差异（P＞0.05），20%、30%及40%藻渣组幼虫粗蛋白质及粗脂肪含量显著低于对照组（P＜0.05）；10%及20%藻渣组粗灰分含量显著高于对照组（P＜0.05），30%及40%藻渣组幼虫粗灰分含量与对照组无显著性差异（P＞0.05）。

表2 不同水平的裂殖壶藻藻渣对黑水虻幼虫常规成分的影响（%，湿重）

2.3 不同水平的裂殖壶藻藻渣对黑水虻幼虫脂肪酸组成的影响（见表3）

随着藻渣添加水平的升高，10%、20%、30%及40%藻渣组MUFA 含量显著低于对照组（P＜0.05）；10%、20%、30%组藻渣n-3 PUFA 含量显著高于对照组（P＜0.05），且20%、30%组藻渣n-3 PUFA 含量也显著高于10%藻渣组（P＜0.05）；20%、30%组藻渣PUFA含量显著高于对照组（P＜0.05），10%及40%藻渣组PUFA 含量无显著性差异（P＞0.05），但均显著低于20%及30%组，并显著高于对照组（P＜0.05）。

3 讨论

3.1 不同水平的裂殖壶藻藻渣对黑水虻幼虫生长及体成分的影响

当第9 d 进行抽测时发现麸皮组幼虫均重高于100 mg，所以养殖结束，养殖周期为9 d。前6 d中，当日粮中藻渣添加水平不高于10%时，10%藻渣组幼虫体重及体长虽与对照组无显著性差异（P＞0.05），但呈增加趋势。第9 d 时，30%及40%藻渣组幼虫体重及体长几乎没有增长，且体重不足对照组的17%。而30%及40%藻渣组幼虫在养殖满3 d时开始出现不同程度的死亡。在褐藻对黑水虻幼虫影响的研究中发现，当褐藻添加水平高于50%时，开始影响幼虫的生长及存活率，推测原因可能是褐藻中蛋白质含量的缘故，并指出日粮蛋白质水平小于7%时不利于幼虫生长，或日粮粒径过大（500～2 000 μm）不利于幼虫摄食[23]；本研究中日粮粒径在150 μm 左右且日粮粗蛋白质含量不低于12%，推测影响高水平藻渣组幼虫生长的原因可能是工业化生产过程中藻类表面携带大量的糖类等，藻渣糖类相对含量会更高，如硫酸脂多糖含量较高时会影响生长[28]。此外糖类在空气中暴露或者受潮会产生较大的黏性，会阻碍幼虫活动，导致摄食困难，影响生长，严重时会产生死亡。

有研究指出，用豆渣（粗蛋白质22.3%、粗脂肪9.1%）饲喂黑水虻幼虫，经检测幼虫粗蛋白质含量为干重的52.3%、脂肪含量为22.6%[29]。用鸡粪（粗蛋白质15.0%～31.7%、粗脂肪2.34～5.13%）饲喂黑水虻幼虫，幼虫最终蛋白质含量为干重的46.9%，脂肪含量为干重的5.1%[30]。用中药渣（粗蛋白质11.5%、粗脂肪3.62%）饲喂黑水虻幼虫，幼虫蛋白质含量为干重的35.1%，脂肪含量为干重的37.7%[31]。因此有学者指出黑水虻幼虫饲喂食物不同，其幼虫概略养分含量会产生不同[32]，且所摄食食物蛋白质含量在较低的情况下不利于营养成分积累[30]。本研究中用裂殖壶藻藻渣饲喂黑水虻幼虫，发现10%藻渣组幼虫（粗蛋白质及粗脂肪分别占干重的45.49%及12.30%）营养含量高，10%藻渣组日粮中粗蛋白质含量为12.6%，高于中药渣所含粗蛋白含量11.5%。因此10%藻渣组幼虫体内粗蛋白质会较中药渣高。同样，作者也指出饲喂食物的种类及养分不同也会造成幼虫发育时间不同，因此同一饲养时间内幼虫体内油脂积累情况也会不同[33]。

表3 不同水平的裂殖壶藻藻渣对黑水虻幼虫脂肪酸组成的影响（%）

3.2 不同水平的裂殖壶藻藻渣对黑水虻幼虫脂肪酸组成的影响

各组幼虫体内饱和脂肪酸含量在总脂肪酸中所占比例较大（50%～57%），尤其是月桂酸（C12∶0），月桂酸是一种典型的中链脂肪酸，在哺乳动物上的研究表明，中链脂肪酸不需要肉碱棕榈酰基转移酶1（CPT-1）的协助转运即可进入线粒体氧化供能[34-35]，同样有研究指出中链脂肪酸具有一定的抗炎效果，具有潜在营养和药用价值，目前多用于临床治疗[36]。DHA及EPA作为鱼类的必需脂肪酸在鱼类的生长及健康中具有重要作用，研究中通过饲喂黑水虻幼虫藻渣，发现20%及30%藻渣组幼虫体内的DHA 及EPA含量显著高于对照组（P＜0.05），尤其是DHA，表明日粮中添加30%以内的藻渣时，黑水虻幼虫能将n-3 PUFA进行沉积，而幼虫体内DHA测定值整体低于日粮中的相对含量，推测是因为幼虫所摄食到的部分DHA 发生氧化并用于机体生长代谢等途径的能量供应，剩余部分才能在体内进行沉积[23，32,37]。因此，黑水虻幼虫可以将含有一定水平的裂殖壶藻藻渣的日粮中的n-3PUFA进行有效富集，从而提高自身油脂品质。

4 结论

当黑水虻幼虫日粮中裂殖壶藻藻渣的添加水平不超过10%时，不会对幼虫的生长造成负面影响，当添加水平不超过30%时，可显著提高幼虫中n-3 PUFA的含量，结合生长、概略养分及脂肪酸组成变化的特点，综上所述，黑水虻幼虫日粮中藻渣的适宜添加水平在10%以内为宜，不仅对幼虫生长及体成分无负面影响，还能显著提高幼虫体内n-3 PUFA的含量。