黑水虻处理餐厨垃圾工艺及养分转化研究

摘要 ［目的］研究黑水虻转化处理餐厨垃圾养分规律。［方法］采用黑水虻、餐厨垃圾作为研究对象，通过黑水虻在常温（C1、C2、C3）、高温恒温（S1、S2、S3）下对餐厨垃圾进行转化，并测定餐厨垃圾减量率、转化率、虫体蛋白质、脂肪等参数。［结果］黑水虻在30～33 ℃高温恒温比常温下显著提高了餐厨垃圾的转化率，S1、S2、S3分别比C1、C2、C3提高了9.26%、10.73%、19.63%，以S3组（添加7.2 kg餐厨垃圾）转化率最高，且2.68～3.20∶1的料虫比显示了其可观的经济效益。黑水虻在21 d内能将24.46%的低蛋白质、21.24%的低脂肪餐厨垃圾转化成高达43.12%、28.58%高蛋白质、高脂肪的优质饲料、生物柴油原料；其次，餐厨垃圾中58.32%～62.74%的蛋白质、60.14%～63.47%的脂肪最终转化为虫体自身的蛋白质和脂肪。［结论］这种通过黑水虻转化餐厨垃圾的利用方式未来会有极大的潜力。

关键词 黑水虻；餐厨垃圾；养分转化；蛋白质；脂肪

中图分类号 X 799.3  文献标识码 A  文章编号 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

基金项目 云南省科技厅重大科技专项计划项目（202302AE090009）。

作者简介 陈吉红（1974—），男，云南陆良人，副研究员，硕士，从事畜禽养殖废弃物无害化处理和资源化利用研究。*通信作者，研究员，硕士，从事畜禽养殖废弃物无害化处理和资源化利用研究。

收稿日期 2024-01-08

餐厨垃圾是一种随着社会发展以及城市化进程产生的一种庞大的资源，作为一种在加工与食用过程中产生的残留物与边角料，在全球固体废弃物中占比为30%～50%［1-2］。在我国，2022年我国餐厨垃圾年产量达到9 910万t，而且在逐年增加，随着国家提倡的光盘行动，近年基本维持在9 000万t左右。目前，无论是国内还是国外，主要处理的方法和手段集中在填埋、焚烧、好氧堆肥、厌氧消化、加工饲料等［1-2］，这些方法存在着诸多缺陷，如填埋需要占用大量土地面积、容易产生渗漏，焚烧会排放有害气体和污染环境等，影响餐厨垃圾的高效利用［3-4］。

餐厨垃圾具有高蛋白质、高脂肪的特点，有较高的生物转化利用价值。目前的研究表明，利用黑水虻（Hermetia illucens）处理餐厨垃圾可以获得可观的经济效益和环保效益［5］。黑水虻可以转化餐厨垃圾、畜禽粪便、市政污泥、菜叶渣等有机废弃物，最后产生优质的虫体蛋白质和生物有机肥，其生物量大、转化速度快、成虫飞行能力较弱（相比家蝇）、饲养容易等。利用黑水虻处理餐厨垃圾有较多报道，但对餐厨垃圾中养分转化利用的温度要求、转化效率研究鲜见报道。该研究筛选了黑水虻在南方夏季条件下幼虫处理餐厨垃圾的最优生产性能，深入研究黑水虻处理对餐厨垃圾主要养分利用转化情况，以期为利用资源昆虫黑水虻处理餐厨垃圾提供参考数据。

1 材料与方法

1.1 供试黑水虻种虫

利用云南省畜牧兽医科学院畜禽养殖环境控制研究所建立的水虻种群开展试验，种虫孵化3 d，幼虫前期饲养3 d，即幼虫接种粪便为6日龄幼虫。

1.2 供试餐厨垃圾来源

餐厨垃圾来自云南省畜牧兽医科学院畜禽养殖环境控制研究所附近餐馆，收集到餐厨垃圾挑出杂质（如废菜叶、骨头、塑料袋、筷子等），采用纱网自然沉降沥除水分，大块物料用菜刀、棒槌处理成小于5 cm，后用建筑用手提式腻子粉搅拌器充分搅拌成浆状物备用，含水率为76.43%，0 ℃保存，饲喂前解冻。

1.3 试验方法

1.3.1 不同温度下生产性能筛选试验。

（1）常温组。常温对照组（简称C组），在常温下饲养，室温：白天20～28 ℃，夜间20～22 ℃。按照餐厨垃圾添加量设3个组，即C1、C2、C3，每个组设3个处理。

（2）试验组。高温恒温试验组（简称S组），利用热风机进行补温，在人工干预温度下饲养，温度恒定在30～33 ℃。按照餐厨垃圾添加量设3个组，即S1、S2、S3，每个组设3个重复。

（3）餐厨垃圾和黑水虻添加量。以每1 t餐厨垃圾接种100 g黑水虻虫卵孵化的6日龄幼虫为基础，上下浮动20%餐厨垃圾进行设计，即5 kg餐厨垃圾对应放入0.5 g黑水虻虫卵孵化的幼虫，黑水虻虫卵固定不变，而餐厨垃圾量按照比例增加，设计分组如表1所示。

1.3.2 试验饲养管理。湿度保持在65%～80%，试验开始时，起始饲喂量为每个处理添加2 kg物料，放入25 cm×20 cm×14 cm塑料盒中进行饲养，5 d后转入38 cm×27 cm×14 cm塑料箱继续饲养，后续根据采食物料情况逐渐添加，饲养至出现30%预蛹期幼虫结束，根据黑水虻幼虫生长情况，按比例每个处理每天加入适量餐厨垃圾，养殖21 d后，停止加入餐厨垃圾物料，进行虫粪分离，分离出来的黑水虻加纱网盖（放置逃逸），空腹放置8 h，待虫体排出体内部分残余物后，再次进行虫粪分离筛，并分别称量虫体和粪渣，采样送实验室分析化验。

1.3.3 转化性能研究。

分析处理前餐厨垃圾量、处理后餐厨粪渣量以及虫体重量、蛋白质、脂肪，计算转化比例、残存比例、自然损耗量等，筛选最佳生产性能试验研究。

1.4 试验期管理

此次试验共21 d，黑水虻虫卵孵化后饲养6 d，在第7天时，幼虫接种餐厨垃圾，饲养期为21 d，即饲养至30%幼虫为预蛹期幼虫。在试验期内，根据物料的干湿程度进行物料喷洒水分保湿，使物料保持在70%左右的水分。

1.5 黑水虻虫体、虫沙营养成分测定

1.5.1

样品的制备。对饲养至预蛹期老熟黑水虻幼虫进行虫粪分离后采样，每个组取一个鲜虫样品，每个样品大约500 g备用。

1.5.2

样品测定。水分含量按照GB/T 6435—2006进行检测；粗蛋白含量按照《饲料中粗蛋白的测定凯氏定氮法》（GB/T 6432—2018）进行检测，粗蛋白测定结果采用总氮×粗蛋白转化系数6.25得出；粗脂肪含量参照《饲料中粗脂肪的测定》（GB/T 6433—2006）进行检测。并根据下列公式计算餐厨垃圾减量率、转化率。

餐厨垃圾减量率=W1-W2W1×100%

餐厨垃圾转化率=W4-W3W1-W2×100%

式中：W1为转化前餐厨垃圾干重（g）；W2为转化后餐厨垃圾干重（g）；W3为转化前黑水虻幼虫干重（g）；W4为转化后黑水虻幼虫干重（g）。

1.6 数据统计分析及处理

采用Excel 2007对试验数据进行处理，利用SPSS 13.0进行统计分析和显著性差异分析，结果用平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 不同温度下黑水虻对不同量餐厨垃圾减量率、转化率及料虫比的影响

从表2可以看出，在接种相同黑水虻种虫条件下，随着餐厨垃圾添加量的增加，黑水虻转化后C组、S组的渣干重、虫体鲜重、干重逐渐增加的趋势。渣干重方面，C1组和S1组、C2组和S2组差异不显著（P>0.05），但C3组和S3组差异显著（P<0.05），S3组比C3组降低了16.88%。在虫体鲜重、干重方面，C1组和S1组、C2组和S2组差异不显著（P>0.05），但C3组和S3组差异显著（P<0.05），虫体鲜重、干重S3组比C3组分别提高了22.52%、19.63%。

在餐厨垃圾减量率方面，C组、S组随着餐厨垃圾添加量的增加，减量率逐渐降低，组间差异不显著（P>0.05），说明在相同接种量情况下，餐厨垃圾添加越多，最终被转化的部分呈逐渐下降趋势。

在餐厨垃圾转化率方面，C组随着餐厨垃圾添加量的增加，其转化率先增后减；S组随着餐厨垃圾添加量的增加，其转化率呈现逐渐增加的趋势。对比2个组餐厨垃圾转化率，高温恒温条件下（S组）明显提高了餐厨垃圾的转化率，S组（S1）的最低转化效率比C组（C2）的最高转化效率高2.10百分点，说明高温恒温对黑水虻转化餐厨垃圾有明显的提高，S1、S2、S3的转化率分别比C1、C2、C3提高了9.26%、10.73%、19.63%。试验结果表明C1组和S1组、C2组和S2组差异不显著（P>0.05），但C3组和S3组差异显著（P<0.05）。