白星花金龜對竹筍加工剩余物的轉化能力研究

趙正萍，顏學武，于 婷，夏永剛，張 敏，楊 明

(1.湖南省林業科學院，湖南 長沙 410004； 2.國家林業和草原局南方天敵繁育與應用工程技術研究中心，湖南長沙 410004； 3.雙牌縣林業局，湖南 雙牌 425200)

我國是竹子的主產國，有竹類植物37屬500余種。全國現有竹林面積756.27萬hm2，占森林面積的3.31%[1]。竹類資源面積、竹材蓄積量和產量及竹制品對外貿易量均居世界首位[2]。竹筍是我國的傳統食品，因其清脆的口感和豐富的營養價值，深受人們青睞。據報道，我國每年竹筍產量超過500萬t，但在其食品加工過程中，會產生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、竹纖維和活性成分，具有較高的利用價值，作為廢棄物丟棄，不僅會造成極大的資源浪費，同時因其易腐爛、霉變，還會造成嚴重的環境污染問題。

白星花金龜(ProtaetiabrevitarsisLewis)隸屬于鞘翅目(Coleoptera)花金龜科(Cetoniidae)星花金龜屬(Protaetia)，廣泛分布于我國及周邊國家。其幼蟲為腐食性，主要生活在腐殖質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，對生態環境友好[4]。目前，許多國家和地區已經將白星花金龜作為一種重要的資源昆蟲進行開發利用。研究表明，白星花金龜幼蟲蛋白質、不飽和脂肪酸、鐵、鋅等含量高，具有極高的飼用價值和抗癌、抗菌、抗炎等藥用價值；產生的蟲糞砂富含腐殖質可用作有機肥料；成蟲可提取甲殼素，在紡織、造紙、制藥等行業具有非常廣泛的應用價值[5]。近年來，有機廢棄物隨意丟棄造成的環境污染問題日趨嚴重，白星花金龜“大自然清道夫”的功能愈發受到關注。目前，白星花金龜已在農作物秸稈[4，6-8]、食用菌菌糠[9-11]、畜禽糞污[12-13]等有機廢棄物處理及資源利用中發揮了重要作用，但尚未有其對竹筍加工剩余物轉化方面的研究報道。本研究開展白星花金龜對不同時間發酵的筍頭、筍殼等竹筍加工剩余物轉化利用能力的研究，以期為竹筍加工剩余物資源高值化、無害化再利用提供新途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

白星花金龜幼蟲(泰安市徂汶景區化馬灣石家嶺田園農場有限公司)，筍頭、筍殼等竹筍加工剩余物(桃江縣竹緣林科開發有限公司)，EM(Effective Microorganisms)菌原液(滄州市康壯生物發酵制品有限公司)。

1.2 主要試驗儀器和器具

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

1.3 試驗方法

1.3.1 竹筍加工剩余物發酵處理

將100kg筍殼、筍頭分別用粉碎機粉碎，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發酵菌液。將發酵菌液均勻噴灑在待發酵物中，調節含水量為60%～70%，充分混合堆料后，加蓋塑料薄膜，并將四周壓實，進行發酵處理。每5d于發酵物中心取樣2kg，一直取到第35天。每次取樣后翻堆，并再次加蓋塑料薄膜。每次將樣品標記后，置于-20℃冰箱中冷凍保存。所有取樣工作結束后，將樣品取出，在電熱恒溫鼓風干燥箱中50℃烘干至恒重，4℃冷藏備用。

1.3.2 白星花金龜幼蟲對不同時間發酵竹筍加工剩余物的取食研究

挑選長勢一致、健康活躍的白星花金龜3齡幼蟲30頭，稱量鮮質量后放在塑料養蟲盒中飼養，每盒中分別放入5、10、15、20、25、30、35d等7個不同時間發酵處理的筍頭或筍殼干料500g，調節并控制發酵物含水量為50%，將養蟲盒置于人工氣候箱(溫度27～29℃，光照時間16h·d-1，相對濕度50%～70%)中飼養。共14個處理，每個處理重復3次。每天觀察白星花金龜幼蟲取食及生長發育情況，及時清除死亡蟲體，并補充發育一致的蟲體。根據取食情況，每5d添加1次發酵物，連續飼喂15d。

1.3.3 生物量測定

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

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

1.4 數據處理

采用Excel 2020和SPSS 24.0對試驗數據進行整理和分析。對不同處理進行單因素方差分析和Tukey多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 白星花金龜幼蟲對不同時間發酵筍頭、筍殼的轉化量

由表1可知，隨著筍頭發酵時間的延長，白星花金龜3齡幼蟲蟲體增加量呈先升后降的趨勢，取食發酵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；累計取食量和累計排糞量均呈上升趨勢，對發酵35d筍頭的累計取食量和排糞量均最大，其中累計取食量與發酵25d的差異顯著，累計排糞量與發酵25d的差異不顯著；累計死亡率呈先降后升的趨勢，發酵25d的最低，為2.22%，與發酵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，筍頭的最佳發酵時間為25d，每消耗發酵筍頭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齡幼蟲對不同時間發酵筍頭的轉化量Tab.1 Conversion quantity of 3rd instar larvae of Protaetia brevitarsis on bamboo shoot stumps fermented for different days發酵時間/d蟲體增加量/g累計取食量/g累計排糞量/g累計死亡率/%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，隨著筍殼發酵時間的延長，白星花金龜3齡幼蟲蟲體增加量、累計取食量和累計排糞量均呈上升趨勢，累計死亡率則降低。發酵35d的處理，其蟲體增加量1.333g、累計取食量34.82g、累計排糞量27.04g及累計死亡率2.22%，與其他處理組間均存在顯著差異。綜合比較，筍殼的最佳發酵時間為35d，每消耗發酵筍殼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 白星花金龜幼蟲對不同發酵時間筍頭、筍殼的轉化效率

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

表2 白星花金龜3齡幼蟲對不同時間發酵筍殼的轉化量Tab.2 Conversion quantity of 3rd instar larvae of Protaetia brevitarsis on bamboo shoot shells fermented for different days發酵時間/d蟲體增加量/g累計取食量/g累計排糞量/g累計死亡率/%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 最佳發酵時間下白星花金龜3齡幼蟲對筍頭和筍殼轉化力比較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化率蟲糞轉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: ?表示同列兩組數據差異顯著。

3 結論與討論

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

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

利用資源昆蟲對有機廢棄物進行轉化已成為近年來研究的熱點。資源昆蟲表現出極強的生物處理和轉化能力，被廣泛應用于有機廢棄物處理。廢棄物經昆蟲過腹后，在昆蟲腸道微生物、消化酶等的作用下，被消化吸收并轉化成高附加值產品，實現廢棄物資源循環高效利用。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，在有機廢棄物處理中發揮著重要作用。與其他生物相比，環境昆蟲具有資源轉化利用率高、繁殖周期短、飼養成本低、抗逆性強、可集約化養殖和生態安全等特點，同時可以收獲優質昆蟲蛋白和有機肥料等產物，在有機廢棄物高值化處理上具有獨特的優勢[8]。白星花金龜作為目前處理有機廢棄物的一種重要的環境昆蟲，規模化繁育技術日趨成熟，近年來，隨著其轉化有機廢棄物的生態功能和應用潛力被不斷挖掘，在有機廢棄物處理上具有廣闊的應用前景。本研究從環保和資源利用的角度出發，對環境昆蟲白星花金龜轉化竹筍加工剩余物的能力進行了初步探索，證實其對竹筍加工剩余物具有良好的轉化效果，下一步可深入開展轉化機理及與其他環境昆蟲、微生物聯合的轉化模式等方面的研究，以期為竹筍加工剩余物無害化、高值化利用以及資源昆蟲產業化發展奠定理論基礎并提供技術支撐。