通过循环经济的方式生产昆虫蛋白质的第一次尝试外文翻译资料

通过循环经济的方式生产昆虫蛋白质的第一次尝试

原文作者 Silvia Cappellozza ^1,* , Maria Giovanna Leonardi ², Sara Savoldelli ², Domenico Carminati ³, Anna Rizzolo ⁴ , Giovanna Cortellino ⁴ , Genciana Terova ⁵ , Enzo Moretto ⁶,Andrea Badaile ⁶, Giuseppe Concheri ⁷ , Alessio Saviane ¹ , Daniele Bruno ⁵, Marco Bonelli ⁸ , Silvia Caccia ⁹, Morena Casartelli ^8,*and Gianluca Tettamanti⁸

单位1 Consiglio per la Ricerca in Agricoltura e lrsquo;Analisi dellrsquo;Economia Agraria, Centro di Ricerca Agricoltura e Ambiente (CREA-AA), 35143 Padua, Italy; alessio.saviane@crea.gov.it

2 Dipartimento Scienze per gli Alimenti, la Nutrizione e lrsquo;Ambiente, Universita degli Studi di Milano, 20133 Milan, Italy; mgiovanna.leonardi@unimi.it (M.G.L.); sara.savoldelli@unimi.it (S.S.)

3 Consiglio per la Ricerca in Agricoltura e lrsquo;Analisi dellrsquo;Economia Agraria, Centro di Ricerca Zootecnia e Acquacoltura (CREA-ZA), 26900 Lodi, Italy; domenico.carminati@crea.gov.it

4 Consiglio per la Ricerca in Agricoltura e lrsquo;Analisi dellrsquo;Economia Agraria, Centro di Ricerca Ingegneria e Trasformazioni Agroalimentari (CREA-IT), 20133 Milan, Italy; anna.rizzolo@crea.gov.it (A.R.); giovanna.cortellino@crea.gov.it (G.C.)

5 Dipartimento di Biotecnologie e Scienze della Vita, Universita dellrsquo;Insubria, 21100 Varese, Italy; genciana.terova@uninsubria.it (G.T.); d.bruno1@uninsubria.it (D.B.); gianluca.tettamanti@uninsubria.it (G.T.)

6 Museo Vivente degli Insetti “Esapolis”— Butterfly Arc, 35143 Padua, Italy; enzo@micromegamondo.com (E.M.); andrea.badaile@gmail.com (A.B.)

7 Dipartimento di Agronomia Animali Alimenti Risorse Naturali e Ambiente (DAFNAE), Universita degli Studi di Padova, 35020 Legnaro (Pd), Italy; giuseppe.concheri@unipd.it

8 Dipartimento di Bioscienze, Universita degli Studi di Milano, 20133 Milan, Italy; marco.bonelli@unimi.it

9 Dipartimento di Agraria, Universita degli Studi di Napoli, Federico II, 80055 Naples, Italy; silvia.caccia@unina.it

* Correspondence: silvia.cappellozza@crea.gov.it (S.C.); morena.casartelli@unimi.it (M.C.)

摘要：随着世界范围内人类和动物对蛋白质的需求不断增加，饲养昆虫引起了人们的极大关注。用有机废物饲养的昆虫，作为单胃动物的饲料，可以减少对环境的影响，并增加肉/鱼生产的可持续性。在本研究中，我们设计了一个食物供应的环境闭环，在这个闭环中，来自市场的水果和蔬菜废弃物成为了黑水虻（BSF-黑水虻）的饲养基质。以蔬菜和水果为基础的底物与双翅目昆虫的标准饲料进行了幼虫生长、废物减少指数和底物整体降解的比较。对昆虫器官进行形态学分析，以获得昆虫健康状况的指示。研究了BSF的干燥和油脂提取工艺。营养和微生物学分析证实了昆虫和昆虫粉的良好品质。然后将该昆虫粉用于生产鱼饲料，并利用鳟鱼来评估其是否适合这一目的。蚯蚓在BSF饲养的剩余物上生长，并与标准基质相比较。对蚯蚓堆肥进行了化学分析。目前的研究表明，昆虫可以用来减少有机废物，同时增加水产养殖的可持续性，并通过连接的生物系统的建立创造有趣的副产品。

关键词：减少废物指数；脂肪体；中肠；昆虫粉；彩虹鳟鱼；水产养殖；微生物分析；干燥过程；蚯蚓

1介绍

人类和动物营养所需的蛋白质在世界范围内不断增长，引起了人们对昆虫饲养的极大关注；部门利益相关者关注昆虫将低质量有机材料转化为高质量食品和饲料的潜力。利用昆虫，特别是黑水虻(Hermetia illucens)的幼虫将废物转化为饲料，这并是一个原创的想法。Wang和Shelomi^[1]他们详尽的评论中明确表示，利用人类不能食用的废物饲养昆虫和使用这些节肢动物作为家畜的蛋白质来源比使用本可以用来生产人类食物的土地、水和能源等资源更环保^[2]。然而，为了避免可能与欧盟立法和美国食品和药物管理局(FDA)的冲突，潜在的生物危险废物，如动物粪便和家庭废物不能作为饲养昆虫的基质。目前在欧洲昆虫生产中使用的主要基质包括以前不含肉和鱼的食品，以及非动物来源的食品初级生产的副产品^[3]。在欧洲食品安全局(EFSA)分类的基质中，除了欧盟^[4]目录中包含的动物饲料材料外，人类消费食品中的非动物来源的食品浪费也被考虑在内。特别是，从市场上丢弃的农作物副产品或水果和蔬菜的剩余物可能是饲养昆虫的良好基质，然后可以用来喂养家畜供人食用。利用食物或者废物副产品不仅是为动物和人生产蛋白质的一种手段。食物浪费是一个具有全球重要性的问题，直接关系到环境、经济和社会影响。不同的研究表明，世界上1/3到1/2的粮食生产被浪费了^[5,6]。欧洲议会通过了2012年1月19日^[7]决议，指出了避免食物浪费的必要性。造成食品浪费的部门有：初级生产、加工、批发和物流(结合零售和市场)、食品服务和家庭。本研究的目的是证明，通过将有机材料转化为进入循环价值链的产品，适当地减少水果和蔬菜市场产生的食物浪费是可能的。根据欧盟委员会的循环经济的一揽子2015计划“向更循环的经济转型，使产品、材料和资源的价值在经济中尽可能长时间地保持，并尽量减少浪费的产生，是欧盟努力发展可持续、低碳、资源高效和有竞争力的经济的重要贡献”^[8]。

根据这一声明，我们设计了一个连续再生系统，其中每个过程的副产品构成了另一个过程的粗糙材料。这个循环始于水果和蔬菜市场的剩菜，它们被用来饲养BSF幼虫。然后将昆虫生物量进行干燥、脱脂、粉碎，得到油脂和昆虫粉，昆虫粉用于配制鱼类饲料。然后用虹鳟鱼(Oncorhynchus mykiss)进行为期3个月的饲养试验。随后利用BSF饲养周期的剩余物种植蚯蚓(Eisenia fetida)，将蚯蚓生长垃圾转化为植物的土壤补剂。蚯蚓用作捕鱼的饵料。

在目前的研究中，我们考虑的不仅仅是在循环经济系统中的基本问题，例如，减少废物，开发不同的副产品，回收的材料，而且我们会评估使这种闭环可行、可靠和安全的重要方面例如，昆虫的健康，鱼类可接受的昆虫粉，昆虫的营养成分，微生物饲养的产品质量、加工产量。特别是，昆虫微生物与健康研究(后者评估通过显微镜分析昆虫的组织和器官)包含在本文根据最近发表的建议IPIFF(国际平台的昆虫食品和饲料)，专注于良好卫生规范完整的昆虫生产链和昆虫的健康^[9]。确实，正如IPIFF指南中所述:“用于食品和（或）饲料的昆虫具有养殖动物的法律地位。因此，动物卫生的一般要求也适用于昆虫。此外，还对果蔬市场的剩菜上BSF幼虫的生长和干燥等方面进行了实验室规模的研究，在方法标准化后，利用该技术完成了大量饲养。

上述所有活动都有助于建立一种利用昆虫在有机废物上生长的能力的循环活动。本研究改善了该领域的整体视野，并提供了一个知识平台，可用于进一步的工业应用。

2材料和方法

2.1在实验室条件下饲养昆虫

卵来自于2015年从意大利北部伦巴第采集的一群BSF，自那以后一直在米兰大学^[10]的标准条件下保存。卵的孵化器直接放置在两种试验饲料上：(1)标准饲料(SD)(盖恩斯维尔饲料)^[11]；(2)由水果和蔬菜(西葫芦、苹果、土豆、青豆、胡萝卜、辣椒、橘子、芹菜、猕猴桃、李子、茄子)混合而成的饲料，切成5毫米左右的小块(蔬菜混合饮食，VMD)；两种基材都放在塑料容器(500毫升)中，其中穿孔的底部确保了过度湿度的排泄。在产卵后24 h内采集卵，以获得均匀孵化。在16:8 (L:D)光周期下，卵和幼虫保持在27plusmn;1℃，50plusmn;0.5%的湿度下。为确定在上述饲养条件下的最佳投喂量，进行了一系列的初步试验。然后，在两种基质上分别饲养3个重复(200 mg每只幼虫每天)(湿重)，每次200尾。每隔2天称量3个样本，每个重复10只幼虫，直到40%的幼虫到达前蛹期，幼虫颜色由奶油色变为黑色。每隔两天，昆虫进食活动的剩余物被从每个容器中取出后称重。

2.2昆虫大规模饲养

为了获得足够的昆虫生物量，进行了大量饲养。保持了上述实验室条件。

3个重复大约5000个卵直接放在塑料容器(40times;60times;5 cm)的VMD饲料中，容器底部有孔洞，以确保排出过量的湿度。为确定该样本量的最佳投喂量，进行了一系列的初步试验，结果表明，该样品的最佳投喂量为120mg 每只VDM幼虫每天（湿重）；从孵化后第10天开始，每个重复采集10只幼虫3个样本，并称重。在饲养周期结束时，从每个容器中取出BSF和饲养剩菜并称重。在实验室条件下，BSF前蛹很容易从饲养基质中分离和丢弃，而在大量饲养条件下，阶段选择就不那么简单了；因此，本文中提到的BSF生物量主要是指幼虫的混合，偶尔是指前蛹的混合。

整个实验的废物减少指数(WRI)和总降解率(D)根据Diener等人的^[12]计算。

300个重复，大约5000个卵用于获得BSF的生物量，用于生产鱼类饲料。

2.3光学显微镜

将SD和VMD饲养的末龄幼虫冷冻麻醉后解剖。收集中肠和脂肪体，立即用4%戊二醛(0.1 M Na-cacodylate buffer, pH 7.4)在4℃下固定过夜，分别处理如下。中肠样品按照Bonelli等人的^[13]进行处理。简单地说，在2%四氧化锇室温下固定2小时后，标本在上升的乙醇系列中脱水，然后在树脂(Epon/Araldite 812混合物)中嵌入。脂肪体标本固定后，在室温下用2%四氧化锇固定1小时，然后脱水，然后用树脂包埋。获得的半薄切片如Franzetti 等人所述的^[15]，并使用装有DS-5 M-L1数码摄像系统的尼康Eclipse Ni-U显微镜进行观察。

2.4干燥过程

评估干燥过程在实验室条件下，以下类型的冷冻净水器了：SD饲养的生物量(600 g)、VMD饲养的带饲育基质剩余物的BSF (VMD1, 3 kg)和不带饲育基质剩余物的BSF (VMD2, 3 kg)。

在每次干燥实验之前，冷冻的净化水在4℃下解冻18小时。配备三个栅格的上下交替式空气循环干燥机(Thermolab, Codogno, Italy)，最大承载能力为3公斤。干燥条件为：温度，70℃(干球)；空气速度，8小时1.5 m/s，然后夜间1 m/s；时间，直到恒重。使用容量为25kg的高精度平台(Gibertini model PTF25D, Gibert

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