餐厨垃圾发酵残渣的干法昆虫养殖研究

刘名修 庄思行

张永强  高级教师，湖南省十佳科技教师。科普中国2021年十大科普人物奖获得者，全国校园发明创意大赛、湖南省青少年科技创新大赛、湖南省创新编程与智能设计大赛、湖南省科学调查体验活动评审专家组成员。

餐厨垃圾是人们在生活中形成的有机固体废弃物，食物残渣如肉类、蔬菜、油脂、米饭是餐厨垃圾的主要组成部分。目前，对餐厨垃圾的处理方式主要有填埋、焚烧、好氧堆肥、厌氧制沼、联合生物加工、昆虫养殖等。其中昆虫养殖被认为是最有潜力的餐厨垃圾处理方式之一。

黄粉虫和大麦虫具备食谱广、繁殖快等特点，但它们怕水。餐厨垃圾含水率较高，不适宜直接用来饲养黄粉虫和大麦虫。我们打算尝试研究新的餐厨垃圾昆虫处理方法，即采用黄粉虫、大麦虫等，探索在干燥养殖环境下利用昆虫处理餐厨垃圾的可行性。

现有的大部分餐厨垃圾处理工艺，如好氧堆肥、厌氧制沼和联合生物加工等都采用了微生物发酵技术，餐厨垃圾经过温和发酵后，既不会改变主要营养成分，也不会产生对昆虫有毒有害的物质。更重要的是，这几种工艺后端的发酵残渣作为副产品均经过了烘干处理，可直接用于昆虫养殖试验。

一、材料与方法

（一）餐厨垃圾发酵残渣的来源

本实验采用四川利兴龙环保科技有限公司提供的，经由联合生物加工工艺产生的餐厨垃圾发酵残渣进行昆虫饲养研究。其中的有机物主要包括蛋白质、脂肪和糖类，总糖含量的测定采用酸水解法，蛋白质含量的测定采用凯氏定氮法，油脂含量的测定采用索氏抽提法。

（二）虫种的选择

首先选用处于幼虫中期且生长状态良好的虫体。黄粉虫选体长1.5～2 cm的虫体，大麦虫选体长3～4 cm的虫体。将黄粉虫和大麦虫分成两个实验组，每个实验组分别称取黄粉虫和大麦虫各50 g，加入餐厨垃圾发酵废渣50 g进行喂养，按虫重的5%提供青饲料（以提供水分），观察虫体的生长情况。

每24 h对相关数据进行测定，分别用10目、30目两层筛网筛分剩余饲料和虫体，10目筛网上保留的是虫体，10目和30目筛网之间保留的是剩余饲料，30目筛网漏过的是虫粪。挑出死虫和剩余青料后，分别称重活虫、死虫和剩余饲料的质量。每24 h更换等量新的饲料和青饲料继续饲养，并计算两组虫体的增重率、料肉比、死亡率等。

（三）黄粉虫最适青饲料用量的研究

用卷心菜作为青饲料，以补充黄粉虫生长发育过程中必需的水分。为探究黄粉虫生长发育所需的最适的青饲料用量，本研究进行了青饲料含量的梯度实验，分别按虫重的0、5%、10%、15%、20%提供青饲料，并每隔24 h更新一次。分别测定不同时间虫体质量、活虫质量、死虫质量和剩余饲料的质量，并计算两组虫体的增重率、料肉比、死亡率等指标。

（四）最佳餐厨垃圾发酵残渣用量的优化和摸索

为探究餐厨垃圾发酵残渣在黄粉虫饲养过程中的最适用量，本研究采用了正交实验法。通过SPSSAU数据科学分析平台对餐厨垃圾发酵残渣含量、玉米粉含量、复合维生素含量三个因素设计3因素3水平的正交实验。9组正交实验成分添加比例见表1。

根据正交实验设计的比例，配制好9种相应比例的饲料。每个实验组称取100 g黄粉虫活虫，分别加入各类饲料100 g、青料10 g。每饲养24 h补充一次青饲料，每隔48 h分别测定虫体质量、活虫质量、死虫质量和剩余饲料的质量，并计算两组虫体的增重率、料肉比、死亡率等指标。

（五）最佳正交配比饲料与麦麸饲养对比实验

设计两组实验，各称重黄粉虫100 g，分别加入含餐厨垃圾发酵残渣的最佳正交配比饲料和麦麸各100 g，按虫重的10%提供青饲料，分别以最佳正交配比飼料与麦麸为食物饲养黄粉虫，每隔24 h补充一次青饲料。每隔48 h测定虫体质量、活虫质量、死虫质量和剩余饲料的质量，并计算两组虫体的增重率、料肉比、死亡率等指标。

（六）用含餐厨垃圾发酵残渣的饲料和麦麸饲喂的黄粉虫虫体成分测定

分别对两种饲料喂养的黄粉虫虫体进行糖类、蛋白质、脂肪的成分含量测定，以及对虫体有机物成分进行比较，探究餐厨垃圾发酵残渣作为饲料能否影响虫体的成分。

（七）实验结果统计

本研究所有实验都进行了两组重复实验，数据表示为平均值±标准偏差（SD）的形式。用SPSSAU数据科学分析平台进行统计，使用指标求和、均值分析和单因素方差分析，结果在95%置信区间被认为具有统计学意义（p<0.05）。

二、结果和讨论

（一）发酵后餐厨垃圾残渣的特点

本研究采用的餐厨垃圾发酵残渣呈棕黄色干粉状态，其中蛋白质含量较高，为36.98%，总糖含量为3.26%，油脂含量为8.53%。

（二）用餐厨垃圾发酵残渣养殖黄粉虫和大麦虫的对比实验

黄粉虫和大麦虫的平均日增重率分别为5.29±0.14%和2.14±0.15%；黄粉虫和大麦虫的平均料肉比分别为2.46±0.03和6.91±0.25；黄粉虫和大麦虫的平均日死亡率分别为1.96±0.24%和0.92±0.34%。

除了平均日死亡率，黄粉虫对餐厨垃圾发酵残渣的吸收和利用效率远高于大麦虫，所以选用黄粉虫进行后续研究。

（三）黄粉虫的最适青饲料用量研究

实验结果显示，当青饲料用量为虫重的10%时，黄粉虫的平均日增重率达到最大值，平均料肉比达到最佳值，平均日死亡率接近最低值。

（四）通过正交实验找出最佳饲料配比，并与麦麸养殖进行比较

选取餐厨垃圾发酵残渣、玉米粉和维生素三个不同因素条件，每个条件设置三个不同水平进行正交实验，对黄粉虫的生长情况进行统计，结果见表2。

由统计结果可知，在9组实验中，黄粉虫均获得了比较可观的日增重率，其中虫体平均日增重率最高为实验六组，最低为实验七组。平均料肉比最低也是实验六组，最高为实验七组。平均死亡率最低的为实验九组，其次为实验六组，最高为实验一组。综合考量，实验六组是最适合黄粉虫生长的饲料组合。

正交实验结果显示，在餐厨垃圾发酵残渣含量为50%、玉米粉含量为20%时，饲养的黄粉虫具有最大日增重率、最低料肉比，以及较低的死亡率，比用麦麸饲养的对照组具有明显的优势。

通过对正交最优组和麦麸两种饲养条件下的黄粉虫虫体中的蛋白质、总糖和油脂进行测定发现，添加了餐厨垃圾发酵残渣饲养的黄粉虫总有机物含量为77.14%，高于麦麸饲养的55.09%。这表明，利用餐厨垃圾发酵残渣饲养黄粉虫，从表观到内在都优于用麦麸饲养黄粉虫。

三、研究结论

本研究首次将餐厨垃圾发酵残渣用于黄粉虫饲养研究，并通过正交实验摸索出餐厨垃圾发酵残渣在黄粉虫饲养过程中的最佳添加比例。

在餐厨垃圾发酵残渣中补充少量淀粉的情况下，虫体增重率、料肉比、死亡率和虫体营养成分均远优于用麦麸饲养的黄粉虫，证明利用黄粉虫处理餐厨垃圾发酵残渣简单易行，能提升发酵残渣的资源化利用效益，降低发酵残渣二次处理的成本和潜在危害。

采用餐厨垃圾发酵残渣饲养黄粉虫，养殖成本低于用纯麦麸饲养，是一种有效提升黄粉虫养殖经济效益的技术。同时，干法昆虫养殖既能防止餐厨垃圾造成恶臭环境，又能延长餐厨垃圾的存放时间，保证其中的营养物质不因腐烂而流失，从而提供人们更充分的时间去处理和利用。

因此，在可见的未来，利用黄粉虫在干燥环境下直接处理餐厨垃圾将成为一种具有潜力的新方向。

专家点评

本文具有如下优点：

一、选题具有创新性：将黄粉虫应用于餐厨垃圾处理是一个创新性很强的思路，与当前主要采用的黑壳蜉蝣等湿法昆虫处理方法相比，该研究方向具有明显的优势和应用前景；对餐厨垃圾产生的环境问题做了较好的概述，引出研究意义与创新点。

二、实验设计科学合理：先确定最佳虫种，再确定各影响因素的最佳水平，过程清晰；采用正交实验方法对饲料组成进行优化，方法合理；设置了对照组进行比较，增强了结果的可靠性。

三、数据充分，统计分析到位：每个实验重复进行，结果取平均值，确保了数据的可靠性；对数据进行了统计学分析，计算增重率、料肉比等指标，增强了说服力。

但本文的样本量偏小，重复次数不明，今后应扩大样本量。正交实验设计可更全面，如实验因素可增加温度、湿度等，以获得更全面的优化的饲料配方。討论部分建议更详细，展望部分可进一步展示研究应用前景。