一种利用餐余垃圾饲养黑水虻幼虫的方法及应用与流程

1.本发明涉及昆虫养殖领域，尤其涉及一种利用餐余垃圾饲养黑水虻幼虫的方法及应用。


背景技术：

2.黑水虻(hermertia illucens)又称亮斑扁角水虻，是双翅目水虻科扁角水虻属的一种昆虫，黑水虻的主要有卵期、幼虫期、蛹期和成虫期四个生长周期，整个生长周期会持续35天左右，黑水虻的卵呈长椭圆形，前期呈白色，外形干净，后期随时间变化颜色加深，以卵块的方式构成，卵孵化温度受季节、温度、湿度等的影响，一般持续4～14天，适宜孵化的温度在25～33℃，湿度在60％～80％之间。黑水虻的幼虫期根据蜕皮次数分为六个不同的龄期，一龄幼虫为乳白色，长度在1.7mm左右，几乎不取食，2～5龄幼虫开始大量取食，当黑水虻到达预蛹期(六龄期)后幼虫虫体呈现棕黑色，平均宽度可达18mm，此时不再取食，会去寻找温暖干燥的空隙进行化蛹。黑水虻幼虫体内蛋白质含量可达47.3％，脂肪含量可达32.6％，其中饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸之比为3：2，且必需脂肪酸占总脂肪酸的17％，除此还包括丰富的氨基酸、维生素和胆固醇，其蛋白质和氨基酸可用作鱼粉的替代品，生产具有营养价值的水产养殖饲料，油脂也可以用做生产具有良好性能的生物柴油，从黑水虻体内提取的抗菌肽和几丁质也具有很高的药用价值。
3.黑水虻大量取食有机废弃物，食谱广泛。利用这一特性，可以将黑水虻用于有机固体废弃物的减量化和资源化。但是现有技术中对于黑水虻的应用主要存在如下问题，例如生长温度和养殖密度，还有有机废弃物营养成份，这些因素都会对黑水虻的生长产生较大的影响。导致黑水虻存活率低，营养物质转换率小，生长缓慢。
4.中国发明专利cn109757440a公开一种利用餐余垃圾饲养黑水虻幼虫的方法。它将非技术手段进行前端分类得到的餐余垃圾直接与辅料以一定比例混为含水64.5％～68％的饲养料饲喂黑水虻幼虫，所述辅料为植物纤维类辅料麦麸。该发明与饲喂前粉碎餐余垃圾相比，未降解残料湿度低，重量仅占加料量的2％～6％，粉碎更方便、更容易；黑水虻卵的利用率比现有技术至少提高32％～56.5％；每吨餐余垃圾获得的黑水虻幼虫重量比现有技术至少增加24～118％，同时可有效减少餐余垃圾。但是该发明饲养方法，黑水虻存活率依然较低，营养物质浪费率高，黑水虻生长受限。


技术实现要素：

5.有鉴于现有技术中利用餐余垃圾饲养黑水虻幼虫的方法存在黑水虻存活率低，营养物质转换率小，生长缓慢的缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种具有较高存活率和较高的转换率，而且生长快速的利用餐余垃圾饲养黑水虻幼虫的方法及应用。
6.为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
7.一种利用餐余垃圾饲养黑水虻幼虫的方法，步骤如下：
8.步骤1、将培养液搅拌均匀，然后加入黑水虻虫卵，25～30℃孵育4～6d，将黑水虻
幼虫分离出来，得到黑水虻幼虫；
9.步骤2、将餐余垃圾切碎成小于1～5mm的颗粒，然后加入水，使用氢氧化钠水溶液和盐酸将ph调至7～9，用氮气净化，除去氧气，密封，置于摇箱中加热搅拌，得到餐余垃圾混料；
10.步骤3、将步骤2制备的餐余垃圾混料和矿物凝胶置于饲养盒中，再向饲养盒中加入水，搅拌均匀，然后加入步骤1培育的黑水虻幼虫；最后，用无菌纱布覆盖饲养盒，置于25～30℃的培养箱中培养，直到第一个黑水虻幼虫变成黑水虻预蛹停止培养，得到黑水虻。
11.一种利用餐余垃圾饲养黑水虻幼虫的方法，步骤如下，所述份数均为重量份：
12.步骤1、将15～20份培养液搅拌均匀，然后加入0.0005～0.002份黑水虻虫卵，25～30℃孵育4～6d，将黑水虻幼虫分离出来，得到黑水虻幼虫；
13.步骤2、将2～5份餐余垃圾切碎成小于1～5mm的颗粒，然后加入5～10份水，使用1～3mmol/l氢氧化钠水溶液和1～3mmol/l盐酸将ph调至7～9，用氮气净化4～10min，除去氧气，密封，置于摇箱中加热搅拌，加热温度为35～40℃，搅拌速度为100～200rpm，搅拌时间为1～3h，得到餐余垃圾混料；
14.步骤3、将步骤2制备的餐余垃圾混料和3～8份矿物凝胶置于的饲养盒中，再向饲养盒中加入8～20份水，搅拌均匀，然后加入步骤1培育的黑水虻幼虫；最后，用无菌纱布覆盖饲养盒，置于25～30℃的培养箱中培养，直到第一个黑水虻幼虫变成黑水虻预蛹停止培养，得到黑水虻。
15.优选的，所述培养液为麦麸与豆渣和水按重量比1:0.5～1.5：5～10混合而成。
16.优选的，所述饲养盒体积为46～80l，每个饲养盒中放入60～150条黑水虻幼虫。
17.优选的，所述矿物凝胶的制备方法如下：
18.s1、先将纤维加入n,n-二甲基乙酰胺中，150～170℃加热20～40min，然后加入6～10wt％氯化锂的n,n-二甲基乙酰胺溶液，在100～130℃下搅拌3～6h，搅拌速度为100～300rpm，得到无絮凝溶液，然后将无絮凝溶液在室温下储存4～6d，得纤维素溶液；
19.s2、将步骤s1制备的纤维素溶液加入n,n-二甲基甲酰胺，采用磁力搅拌20～40min，磁力搅拌速度为300～500rpm，加入水，得到均匀的静电纺丝溶液；
20.s3、将步骤s2制备的静电纺丝溶液注入15～20ml注射器中，进行静电纺丝，选用沾水透明玻璃作为接收板，纺丝时间为2～5h，最后用水洗涤纤维膜2～3次，冷冻干燥，得到电纺纤维膜；
21.s4、在水中加入海藻酸钠和明胶粉，搅拌20～40min，搅拌速度为100～300rpm，得到混合溶液，加入0.5～2wt％磷酸氢二钠水溶液，搅拌反应2～5h，搅拌速度为50～200rpm，用缓冲液调节溶液ph为7～8，消泡得到消泡液，将消泡液与1～5wt％的氯化钙水溶液倒入模具中，加入步骤s3制备的电纺纤维膜，静置过夜，得到矿物凝胶。
22.更优选的，所述矿物凝胶的制备方法如下，所述份数均为重量份：
23.s1、先将1～3份棉纤维加入20～40份n,n-二甲基乙酰胺中，150～170℃加热20～40min，然后加入15～30份6～10wt％氯化锂的n,n-二甲基乙酰胺溶液，在100～130℃下搅拌3～6h，搅拌速度为100～300rpm，得到无絮凝溶液，然后将无絮凝溶液在室温下储存4～6d，得纤维素溶液；
24.s2、将步骤s1制备的纤维素溶液加入15～30份n,n-二甲基甲酰胺，采用磁力搅拌
20～40min，磁力搅拌速度为300～500rpm，加入15～30份水，得到均匀的静电纺丝溶液；
25.s3、将步骤s2制备的静电纺丝溶液注入15～20ml注射器中，进行静电纺丝，选用水处理的透明玻璃作为接收板，纺丝时间为2～5h，最后用水洗涤纤维膜2～3次，冷冻干燥，得到电纺纤维膜；
26.s4、在8～12份水中加入3～5份海藻酸钠和1～3份明胶粉，搅拌20～40min，搅拌速度为100～300rpm，得到混合溶液，加入1～5份0.5～2wt％磷酸氢二钠水溶液，搅拌反应2～5h，搅拌速度为50～200rpm，用缓冲液调节溶液ph为7～8，消泡得到消泡液，将消泡液与5～10份1～5wt％的氯化钙水溶液倒入模具中，加入步骤s3制备的电纺纤维膜，静置过夜，得到矿物凝胶。
27.优选的，所述静电纺丝参数为静电纺丝机电压为15～20kv，流量为0.02～0.1ml/min。
28.优选的，所述缓冲液为将50～70重量份三羟甲基氨基甲烷采用350～500重量份水溶解，用33～37wt％盐酸或2～6wt％氢氧化钠水溶液将ph调至7～8，最后加水至总重量为900～1200份，得到缓冲液。
29.本发明还公开了一种利用餐余垃圾饲养黑水虻幼虫的应用为在餐余垃圾处理的应用。
30.本发明还进一步公开了一种利用餐余垃圾饲养黑水虻幼虫的应用为在黑水虻蛋白饲料生产的应用。
31.本发明制备的纤维素静电纺丝膜与水凝胶的内部交联紧密，可以提高水凝胶的强度和模量。将磷酸氢二钠加入水凝胶溶液中，与明胶反应，再与ca
2+
交联后，水凝胶内部生成磷灰石。磷灰石在水凝胶内部网络结构中分散形成应力节点，增加了水凝胶网络的抗拉性，并且降低了矿物凝胶的ph值，赋予了良好的生物降解性。磷灰石生长在凝胶内，提高了生物相容性，能有效促进黑水虻的增长，具有细胞的增长分化的引导作用，有利于细胞的再生。这也直接加强了餐余垃圾的降解效果及生物转化效果，提高了黑水虻虫体生长的体重增长率。
32.生成的矿物凝胶截面都呈现出相对规则的多孔结构。电纺纤维素纤维在水凝胶内部充分粘附，并在水凝胶内部形成新的一层网络结构，该结构具有良好的生物相容性，使黑水虻在复合材料表面具有更好的粘附和增长能力。常规的黑水虻取食后只有很少一部分存留在了黑水虻虫体内，更多的被用来维持幼虫的基本新陈代谢活动以及被微生物分解利用，而在矿物凝胶形成的网络结构下，由于黑水虻的代谢活动降低，取食后获得的能量被用作生长发育，因此产虫量得到提升。
33.矿物凝胶形成的网络结构中含有ca
2+
能够适应性调节黑水虻生长环境的ph值，矿化后的水凝胶在干湿条件下均具有良好的降解性能。纤维素静电纺丝膜对黑水虻在水凝胶基质中的生长没有明显的细胞毒性，而且网络结构有利于提高黑水虻幼虫对餐余垃圾中营养物质的吸收，增强的抗氧化性和免疫活性，免疫能力的提高有助于提升黑水虻适应外界环境能力，提高存活率。
34.与现有技术相比，本发明的有益效果：
35.1)本发明将磷酸氢二钠加入水凝胶溶液中，与明胶反应，再与ca
2+
交联后，水凝胶内部生成磷灰石，制备的纤维素静电纺丝膜进一步与水凝胶的内部紧密交联得到矿物凝
胶。与餐余垃圾混合培养黑水虻，具有较好的相容性，增强了抗氧化性和免疫活性，促进了黑水虻体型的生长，提高存活率；
36.2)本发明采用科学的配比和培养方法培养黑水虻，可以降低餐余垃圾的污染，变废为宝，将餐余垃圾转化为高效化肥和高蛋白饲料，具有可观的经济效益。
具体实施方式
37.下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，但是应该明确提出这些实施例用于举例说明，但是不解释为限制本发明的范围。
38.本发明实施例中部分原料的参数如下：
39.黑水虻虫卵，江苏安佑生物科技有限公司。
40.餐余垃圾，含水率：71.48％，粗蛋白：31.34％，粗脂肪：21.41％，粗纤维：7.21％，粗灰分：8.34％，碳水化合物：28.69％，除含水率之外，其他指标均以干基为标准，取自华中农业大学校园食堂。
41.棉纤维，货号：005，纤维长度：30mm，马克隆值：a级，新疆德尔丰棉业有限公司。
42.明胶粉，货号：019，级别：食品级，有效物质含量：99％，cas：9007-34-5，深圳恒生生物科技有限公司。
43.实施例1
44.一种利用餐余垃圾饲养黑水虻幼虫的方法，方法步骤如下：
45.步骤1、将塑料容器充入2kg麦麸、2kg豆渣和14kg水，搅拌均匀，然后在塑料容器中加入1g黑水虻虫卵，28℃孵育5d，用筛子将黑水虻幼虫从塑料容器中分离出来，得到黑水虻幼虫；
46.步骤2、将3kg餐余垃圾切碎成小于2mm的颗粒，然后加入7kg水，使用2mmol/l氢氧化钠水溶液和2mmol/l盐酸将ph调至7.5，用氮气净化5min，除去氧气，密封，置于摇箱中加热搅拌，加热温度为37℃，搅拌速度为120rpm，搅拌时间为2h，得到餐余垃圾混料；
47.步骤3、将步骤2制备的餐余垃圾混料和5kg矿物凝胶置于50l的饲养盒中，再向饲养盒中加入10kg水，搅拌均匀，然后加入步骤1培育的黑水虻幼虫100只；最后，用无菌纱布覆盖饲养盒，置于28℃的培养箱中培养，直到第一个黑水虻幼虫变成黑水虻预蛹停止培养，得到黑水虻。
48.所述矿物凝胶的制备方法如下：
49.s1、先将2kg棉纤维加入30kg n,n-二甲基乙酰胺中，160℃加热30min，然后加入20kg 8.5wt％氯化锂的n,n-二甲基乙酰胺溶液，在120℃下搅拌5h，搅拌速度为200rpm，得到无絮凝溶液，然后将无絮凝溶液在室温下储存5d，得纤维素溶液；
50.s2、将步骤s1制备的纤维素溶液加入20kg n,n-二甲基甲酰胺，采用磁力搅拌30min，磁力搅拌速度为400rpm，加入20kg水，得到均匀的静电纺丝溶液；
51.s3、将步骤s2制备的静电纺丝溶液注入15ml注射器中，调整静电纺丝机电压为18kv，流量为0.05ml/min，选用沾水透明玻璃作为接收板，纺丝时间为4h，最后用水洗涤纤维膜3次，冷冻干燥，
52.得到电纺纤维膜；
53.s4、在10kg水中加入4kg海藻酸钠和2kg明胶粉，搅拌30min，搅拌速度为200rpm，得
到混合溶液，加入3kg 1wt％磷酸氢二钠水溶液，搅拌反应3h，搅拌速度为100rpm，用缓冲液调节溶液ph为7，消泡得到消泡液，将消泡液与8kg 3wt％的氯化钙水溶液倒入模具中，加入步骤s3制备的电纺纤维膜，静置过夜，得到矿物凝胶。
54.所述缓冲液为将60g三羟甲基氨基甲烷采用400g水溶解，用35wt％盐酸或5wt％氢氧化钠水溶液将ph调至7.6，最后加水至总重量为1000g，得到缓冲液。
55.实施例2
56.一种利用餐余垃圾饲养黑水虻幼虫的方法与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述矿物凝胶的制备方法不同。
57.所述矿物凝胶采用如下方法制备而成：
58.在10kg水中加入4kg海藻酸钠和2kg明胶粉，搅拌30min，搅拌速度为200rpm，得到混合溶液，加入3kg 1wt％磷酸氢二钠水溶液，搅拌反应3h，搅拌速度为100rpm，用缓冲液调节溶液ph为7，消泡得到消泡液，将消泡液与8kg 3wt％的氯化钙水溶液倒入模具中，静置过夜，得到矿物凝胶。
59.所述缓冲液与实施例1的缓冲液制备方法相同。
60.实施例3
61.一种利用餐余垃圾饲养黑水虻幼虫的方法与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述矿物凝胶的制备方法不同。
62.所述矿物凝胶采用如下方法制备而成：
63.s1、先将2kg棉纤维加入30kgn,n-二甲基乙酰胺中，160℃加热30min，然后加入20kg 8.5wt％氯化锂的n,n-二甲基乙酰胺溶液，在120℃下搅拌5h，搅拌速度为200rpm，得到无絮凝溶液，然后将无絮凝溶液在室温下储存5d，得纤维素溶液；
64.s2、将步骤s1制备的纤维素溶液加入20kg n,n-二甲基甲酰胺，采用磁力搅拌30min，磁力搅拌速度为400rpm，加入20kg水，得到均匀的静电纺丝溶液；
65.s3、将步骤s2制备的静电纺丝溶液注入15ml注射器中，调整静电纺丝机电压为18kv，流量为0.05ml/min，选用沾水透明玻璃作为接收板，纺丝时间为4h，最后用水洗涤纤维膜3次，冷冻干燥，得到电纺纤维膜；
66.s4、在10kg水中加入2kg明胶粉，搅拌30min，搅拌速度为200rpm，得到混合溶液，加入3kg 1wt％磷酸氢二钠水溶液，搅拌反应3h，搅拌速度为100rpm，用缓冲液调节溶液ph为7，消泡得到消泡液，将消泡液与8kg 3wt％的氯化钙水溶液倒入模具中，加入步骤s3制备的电纺纤维膜，静置过夜，得到矿物凝胶。
67.所述缓冲液与实施例1的缓冲液制备方法相同。
68.实施例4
69.一种利用餐余垃圾饲养黑水虻幼虫的方法与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述矿物凝胶的制备方法不同。
70.所述矿物凝胶采用如下方法制备而成：
71.s1、先将2kg棉纤维加入30kg n,n-二甲基乙酰胺中，160℃加热30min，然后加入20kg 8.5wt％氯化锂的n,n-二甲基乙酰胺溶液，在120℃下搅拌5h，搅拌速度为200rpm，得到无絮凝溶液，然后将无絮凝溶液在室温下储存5d，得纤维素溶液；
72.s2、将步骤s1制备的纤维素溶液加入20kg n,n-二甲基甲酰胺，采用磁力搅拌
30min，磁力搅拌速度为400rpm，加入20kg水，得到均匀的静电纺丝溶液；
73.s3、将步骤s2制备的静电纺丝溶液注入15ml注射器中，调整静电纺丝机电压为18kv，流量为0.05ml/min，选用沾水透明玻璃作为接收板，纺丝时间为4h，最后用水洗涤纤维膜3次，冷冻干燥，得到电纺纤维膜；
74.s4、在10kg水中加入4kg海藻酸钠和2kg明胶粉，搅拌30min，搅拌速度为200rpm，得到混合溶液，用缓冲液调节溶液ph为7，消泡得到消泡液，将消泡液与8kg 3wt％的氯化钙水溶液倒入模具中，加入步骤s3制备的电纺纤维膜，静置过夜，得到矿物凝胶。
75.所述缓冲液与实施例1的缓冲液制备方法相同。
76.对比例1
77.一种利用餐余垃圾饲养黑水虻幼虫的方法与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述矿物凝胶的制备方法不同。
78.所述矿物凝胶采用如下方法制备而成：
79.在10kg水中加入2kg明胶粉，搅拌30min，搅拌速度为200rpm，得到混合溶液，用缓冲液调节溶液ph为7，消泡得到消泡液，将消泡液与8kg 3wt％的氯化钙水溶液倒入模具中，静置过夜，得到矿物凝胶。
80.所述缓冲液与实施例1的缓冲液制备方法相同。
81.对比例2
82.一种利用餐余垃圾饲养黑水虻幼虫的方法与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述一种利用餐余垃圾饲养黑水虻幼虫的方法中不添加矿物凝胶。
83.测试例1
84.黑水虻虫体生长检测
85.记录餐余垃圾开始培养黑水虻幼虫时黑水虻幼虫的体重和培养结束后黑水虻的体重，按照如下公式计算黑水虻的体重增长率。
[0086][0087]
式中的γ为黑水虻的体重增长率，％；
[0088]
m1为开始培养时黑水虻幼虫的体重，g；
[0089]
m2为培养结束后黑水虻的体重，g；
[0090]
每个实施例和对比例测试3次，去测试结果的平均值。测试结果见表1。
[0091]
表1：黑水虻虫体生长测试结果
[0092]
[0093][0094]
从表1的测试结果可以看出，实施例1的体重增长率最高，可能原因在于本发明制备的纤维素静电纺丝膜与水凝胶的内部交联紧密，可以提高水凝胶的强度和模量。将磷酸氢二钠加入水凝胶溶液中，与明胶反应，再与ca
2+
交联后，水凝胶内部生成磷灰石。磷灰石在水凝胶内部网络结构中分散形成应力节点，增加了水凝胶网络的抗拉性，并且降低了矿物凝胶的ph值，赋予了良好的生物降解性。磷灰石生长在凝胶内，提高了生物相容性，能有效促进黑水虻细胞的增长，进一步增强了细胞的增长和分化的引导作用，有利于细胞的再生。这也直接加强了餐余垃圾的降解效果及生物转化效果，提高了黑水虻虫体生长的体重增长率。
[0095]
测试例2
[0096]
产虫量测试
[0097]
产虫量反映的是黑水虻对餐厨垃圾中营养成分的利用程度，其计算公式如下。
[0098][0099]
其中m2为培养结束后黑水虻的体重g，m1为开始培养时黑水虻幼虫的体重g；w1代表的是初始餐厨垃圾的重量g，w2代表的是培育后餐厨垃圾的重量g。每个试样测试三次，取平均值，测试结果见表2。
[0100]
表2：产虫量测试结果
[0101][0102][0103]
从表2得测试结果可以看出，实施例1的产虫量测试结果最好，可能原因在于本发明中将磷酸氢二钠加入水凝胶溶液中，与明胶反应。再与ca
2+
交联后，在水凝胶内部生成磷灰石。水凝胶的截面都呈现出相对规则的多孔结构。电纺纤维素纤维在水凝胶内部充分粘
附，并在水凝胶内部形成新的一层网络结构，该结构具有良好的生物相容性，使黑水虻在复合材料表面具有更好的粘附和增长能力。常规的黑水虻取食后只有很少一部分存留在了黑水虻虫体内，更多的被用来维持幼虫的基本新陈代谢活动以及被微生物分解利用，而在矿物凝胶形成的网络结构下，由于黑水虻的代谢活动降低，取食后获得的能量被用作生长发育，因此产虫量得到提升。
[0104]
测试例3
[0105]
存活率测试
[0106]
存活率能直观的反应出底物等环境因素对幼虫生存状况的影响，其计算公式如下。
[0107][0108]
公式中s1为培育结束后存活黑水虻的总数量；s2为餐余垃圾开始培育时黑水虻幼虫的总数量。测试结果见表3。
[0109]
表3：存活率测试结果
[0110][0111][0112]
从表3得测试结果可以看出，实施例1的存活率最高，可能原因在于本发明制备的矿物凝胶形成的网络结构中含有ca
2+
能够适应性调节黑水虻生长环境的ph值，矿化后的水凝胶在干湿条件下均具有良好的降解性能。纤维素静电纺丝膜对黑水虻在水凝胶基质中的生长没有明显的细胞毒性，而且网络结构有利于提高黑水虻幼虫对餐余垃圾中营养物质的吸收，增强的抗氧化性和免疫活性，免疫能力的提高有助于提升黑水虻适应外界环境能力，提高存活率。