美洲大蠊为昆虫纲蜚蠊目蜚蠊科大蠊属昆虫，俗称蟑螂，起源于3亿5 000万年前的上石炭纪[1]。美洲大蠊食性广泛，喜食糖和淀粉，可污染食品，传播细菌和寄生虫，但其可入药。《神农本草经》记载，美洲大蠊味咸寒、治血痰症坚、寒热、破积聚、喉咽痹、内寒无子[2]。李树楠等[3]发现，以美洲大蠊为原料提取和分离出一种新型核苷类化合物制成“心脉龙注射液”二类中药可治疗心衰。近年来，美洲大蠊作为畜、禽、水生动物饲料蛋白替代原料在奶山羊[4]、雄羽肉鸡[5]、虹鳟鱼幼鱼[6]等养殖中广泛应用。随着水产和畜牧业发展，饲料资源缺乏的问题愈发严重，尤其是蛋白饲料资源缺乏最为明显，因此需要研发新型蛋白饲料资源。因此，探讨美洲大蠊的生物安全性十分重要。周琼等[7]分析了美洲大蠊的主要营养成分。本研究分析美洲大蠊的全成分及饲用安全性并与前人研究结果进行对比，旨为美洲大蠊作为新型饲料蛋白源提供参考。1材料与方法1.1试验材料试验所使用的美洲大蠊为室内人工饲养，处死后烘干，粉碎，过筛后供分析。1.2测定指标及方法常量营养成分含量分别采用GB/T 6345—2014、GB/T 6432—2018、GB/T 6433—2006、GB/T 6438—2007、GB/T 6434—2006测定；矿物元素含量分别采用GB/T 13885—2017、GB/T 6436—2018、GB/T 6437—2018、GB/T 1777—2009、GB/T 13882—2010、GB/T 13883—2008第一法、GB/T 17776—2016测定；氨基酸含量采用GB/T 18246—2019测定；重金属和微生物元素含量分别采用GB/T 13080—2018第二法、GB/T 13079—2006、GB/T 13088—2006、GB/T 13081—2006、GB/T 13082—1991、GB/Y 13092—2006、GB/T 13093—2006、GB/T 13091—2018测定；其他有害元素含量分别采用GB/T 13083—2018、GB/T 23884—2009、NY/T 2071—2011、NY/T 1970—2010、GB/T 13087—2020、GB/T 17814—2011、GB/T 17814—2011、GB/T 13085—2018、GB/T 13084—2006、GB/T 13086—2020、GB/T 13089—2020、GB/T 26426—2010测定；其他成分含量测定分别采用GB/T 8622—2006、SC/T 1077—2004、GB/T 17811—2008、GB/T 6439—2007、GB/T 17813—2018、GB/T 18397—2014、农业农村部2483号公告-5-2016测定。2结果与分析2.1美洲大蠊的常规营养成分含量（见表1）由表1可知，含水率为4.9%的美洲大蠊粗蛋白为71.2%、粗脂肪为18.4%、粗纤维为7.0%、粗灰分占比为8.8%，与周琼等[7]测定含水率为9.8%的美洲大蠊营养成分相差较小。美洲大蠊粗蛋白和粗脂肪含量均高于秘鲁鱼粉[8]。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.11.024.T001表1美洲大蠊的常量营养成分含量项目本研究秘鲁鱼粉[8]（CP 65%）周琼等[7]试验粗蛋白71.265.363.1粗脂肪18.48.917.2粗灰分8.816.25.7粗纤维7.0——含水率4.98.39.8盐酸不溶灰分0.10.2—注：“—”表示文献未列出；下表同。%2.2美洲大蠊的矿物元素含量（见表2）由表2可知，美洲大蠊含多种矿物元素，与秘鲁鱼粉[8]相比，其体内K、Zn、Fe、Mn、Cu、I和Mo含量较高，Se含量相似。与周琼等[7]研究结果相比，本研究测得美洲大蠊Ca、P、Zn、Fe、Mn、Cu、Se含量较高。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.11.024.T002表2美洲大蠊的矿物元素含量项目本研究秘鲁鱼粉[8]（CP 65%）周琼等[7]试验K13 3009 70014 800Ca6 70038 500100Na6 60011 300—P6 50025 2005 300Zn101.0085.0096.11Fe1 193.00351.00103.25Mg56.002 200.00400.00Cl9.0017.70—Mn18.3013.003.17Cu16.007.0014.39S2.807.10—I2.682.00—Mo0.490.21—Se0.440.400.05mg/kg2.3美洲大蠊的氨基酸种类与含量（见表3）由表3可知，美洲大蠊含有18种氨基酸，属于完全蛋白质。本研究测得美洲大蠊氨基酸含量与周琼等[7]测定结果基本一致，美洲大蠊氨基酸总量（TAA）为48.72%，其中8种必需氨基酸总量（EAA）为19.28%，EAA与TAA之比为39.57%。根据FAO/WHO的理想模式[9]，优质蛋白质的氨基酸组成EAA/TAA约40%，表明美洲大蠊是一种优良的蛋白质资源。美洲大蠊氨基酸含量最高的是谷氨酸（6.19%），其次是丙氨酸（4.13%）和天冬氨酸（3.85%），均为呈味氨基酸，含量最高的谷氨酸和第三的天门冬氨酸还是鲜味氨基酸，对动物起诱食作用。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.11.024.T003表3美洲大蠊的氨基酸种类与含量项目本研究秘鲁鱼粉[8]（CP 65%）周琼等[7]试验天门冬氨酸3.856.024.70苏氨酸*1.962.702.39丝氨酸2.032.542.39谷氨酸6.198.267.07脯氨酸2.372.652.60甘氨酸3.324.293.77缬氨酸*3.093.244.00异亮氨酸*1.912.732.16亮氨酸*3.534.684.17酪氨酸2.931.982.70苯丙氨酸*1.842.552.44丙氨酸4.134.125.17赖氨酸*2.784.893.56组氨酸1.351.601.72精氨酸2.533.883.82胱氨酸0.740.540.41蛋氨酸*2.861.791.21色氨酸*1.310.651.19必需氨基酸（EAA）19.2823.2321.00氨基酸总量（TAA）48.7259.1155.33EAA/TAA39.5739.3037.95注：“*”表示必需氨基酸。%2.4美洲大蠊的重金属元素和微生物含量（见表4）由表4可知，将美洲大蠊重金属元素和微生物含量与饲料卫生标准[10]中鱼粉的各项指标进行比较，结果表明，美洲大蠊的重金属含量均在安全范围内。微生物含量远低于饲料卫生标准，其中美洲大蠊Pb、Cr、Cd含量以及霉菌总数、细菌总数均低于周琼等[7]测定结果，表明美洲大蠊具有较高的饲用安全性。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.11.024.T004表4美洲大蠊的重金属和微生物含量项目本研究周琼等[7]试验安全范围[10]Pb/(mg/kg)0.2208.37≤10As/(mg/kg)0.470未检出≤2Cr/(mg/kg)0.7002.51≤5Hg/(mg/kg)0.0790.02≤0.5Cd/(mg/kg)0.0501.64≤2霉菌总数/(CFU/g)40400＜20 000细菌总数/(CFU/g)3 50035 000＜2 000 000沙门氏菌/(CFU/25 g)未检出未检出不得检出2.5美洲大蠊的其他有害成分含量（见表5）由表5可知，本研究分析了美洲大蠊中氟、组胺、T-2毒素、伏马毒素B1、异硫氰酸酯等其他有害元素的含量，表明有害元素含量均在安全范围内。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.11.024.T005表5美洲大蠊的其他有害成分含量项目含量检出限安全范围[10]氟/(mg/kg)未检出3.00≤500.00组胺/(mg/kg)未检出0.50—T-2毒素/(μg/kg)未检出2.00≤0.50伏马毒素B1/(mg/kg)未检出0.05—异硫氰酸酯/(mg/kg)未检出2.00≤100.00丁基羟基茴香醚/(mg/kg)未检出1.10—乙氧喹/(mg/kg)未检出1.80—亚硝酸盐（以亚硝酸钠计）/(mg/kg)2.10—≤15.00氰化物/(mg/kg)未检出15≤50游离棉酚/(mg/kg)35—≤150恶唑烷硫酮/(mg/kg)10.60—≤800.00副溶血性弧菌/(CFU/25 g)未检出——2.6美洲大蠊中其他成分含量（见表6）如表6可知，美洲大蠊中牛磺酸含量较高，为1 220 mg/kg。毛盼等[11]发现，在饵料中添加牛磺酸能够改善水产动物诱食效果、提升抗氧能力和免疫力，还能够促进生长。烟酸（检出限：300.00 mg/kg）和叶酸（定量限：50.00 mg/kg）均未检出。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.11.024.T006表6美洲大蠊中其他成分含量项目含量项目含量尿素酶活性/(U/g)0.49牛磺酸/(mg/kg)1 220.00溶失率/%1.30烟酸/(mg/kg)未检出胃蛋白酶消化率/%54.10泛酸/(mg/kg)75.60水溶性氯化物/%0.90叶酸/(mg/kg)未检出3讨论3.1美洲大蠊中常量营养成分分析本研究测得美洲大蠊粗蛋白含量为71.2%，粗脂肪含量为18.4%，高于猪肉（17.0%）、牛肉（20.0%）、鸡肉（23.0%）[12]的粗蛋白含量，与蚯蚓[13]的粗蛋白（60.4%）、粗脂肪（8.5%）的含量相似，可见美洲大蠊是一种高蛋白的生物资源。3.2美洲大蠊中矿物元素分析美洲大蠊体内矿物元素丰富多样，本研究测得Ca、P、Zn、Fe、Mn、Cu、Se含量均高于周琼等[7]测定结果。K含量在动物体内超过0.01%，属于常量矿物元素，是动物体内仅低于Ca和P含量的第三大矿物元素[14]。Deshimaru等[15]研究发现，斑节对虾幼体对饵料中K的需求量为10 g/kg，成体对饵料中K的需求量为12 g/kg。Wilson等[16]研究发现，斑点叉尾对饵料K的需求量为2.6 g/kg。梁键钧[17]研究发现，草鱼对饵料中K的需求量为9.99 g/kg。本研究测得美洲大蠊中K含量为13 300 mg/kg，能够满足上述水产动物对饵料中K的需求量。P是维持甲壳动物生长发育所需的重要矿物元素之一，是构成骨骼、鳞片、牙齿的必要成分。研究表明，淡水鱼对饵料中P的需求量为0.30%~1.48%，大多集中于0.50%~1.10%，海水鱼对饵料中P的需求量为0.51%~0.96%[18]。本研究测得美洲大蠊P含量为0.65%，能够满足部分水产动物对饵料中P的需求量。Zn是水产动物维持生长繁殖、生理功能的关键因素之一，是水产动物必需的微量元素[19]，确定水产动物饵料中Zn的最适添加量具有重要意义[20]。研究表明，饵料中添加94.46 mg/kg Zn可显著改善凡纳滨对虾幼虾的生长。以抗病力作为评价依据，凡纳滨对虾幼虾饵料中Zn最适添加量为80 mg/kg[21]。以增重率和肝脏铜锌超氧化物歧化酶活性为评价指标，分别得出卵形鲳鲹幼鱼对饲料中Zn的适宜需求量分别为57.04、65.95 mg/kg[22]。本研究测得美洲大蠊中Zn含量为101 mg/kg，可见其作为饵料中Zn元素的供给存在一定优势。Fe属于微量元素的一种，参与体内多种代谢活动。血红素、肌红蛋白、细胞色素酶和多种氧化酶的组成成分均包含Fe元素[23]；大口黑鲈食用饵料和半纯化饵料中总铁含量分别为263.7、186.7 mg/kg[24]。萧培珍[25]建议异育银鲫二饵料中Fe的最适补充量为301.68 mg/kg。本研究测得美洲大蠊铁含量为1 193.00 mg/kg，高于多数水产动物对饵料中Fe的需求量。饲料中添加适量Mn可提高养殖动物的增重率、饲料利用率和机体免疫力。饵料中Mn含量为4 mg/kg时虹鳟生长缓慢，提高至12~13 mg/kg时生长速度加快[26]。本研究测得美洲大蠊锰含量为18.30 mg/kg，足够提供动物所需Mn含量。3.3美洲大蠊中氨基酸的种类与含量分析氨基酸是动物营养所需蛋白的基本成分，还兼有呈味氨基酸功能，多数具有酸、甜、苦和鲜味，是动物主要的诱食剂，能够改善饲料风味[27]。日粮中蛋白质或氨基酸水平会影响动物的采食量，畜禽采食量可通过中枢和外周机制受到部分氨基酸的调控，表明氨基酸对水产和畜禽动物的摄食具有刺激作用[28]。本研究测得美洲大蠊EAA/TAA为39.57%，与姬玉娇[13]测得黄粉虫、蝇蛆和大麦虫EAA/TAA分别为42.03%、41.71%、40.35%的结果一致。3.4美洲大蠊中重金属元素和微生物分析本研究测得美洲大蠊重金属元素和微生物含量均在安全范围内，与周琼[29]研究结果一致。周琼[29]对大鼠进行急性毒性试验和30 d喂养美洲大蠊粉试验，结果发现，受试大鼠的体重、食物利用率、全血常规、血液生化指标等均无显著性差异；脏器系数肝体比、肾体比、脾体比无显著性差异；病理组织学检查也无显著性差异，试验表明美洲大蠊粉无毒性作用。3.5美洲大蠊中其他有害成分分析本研究测得美洲大蠊所含其他有害成分含量均在安全范围内，证实美洲大蠊饲用安全无毒。T-2毒素广泛分布于自然界中，是常见污染农田作物和库存谷物的主要毒素，妨害人、畜，是粮食行业和畜牧业重点防治之一[30]。T-2毒素性质稳定，耐热、耐紫外线，在200~210 ℃下处理约40 min或浸泡在NaClO-NaOH溶液中至少4 h才可以灭活[31]。因此，饲用过程中对T-2毒素的防范尤为重要。伏马毒素具有很强的神经毒性、肠道毒性和肝毒性等[32]，世界卫生组织和癌症研究机构在1993年将其划为2B类致癌物。伏马毒素广泛存在于玉米、小麦、水稻等谷类作物中，而这些作物及其制品又是饲料的主要来源，导致其成为污染饲料的主要毒素之一，对人和动物的健康均存在潜在危害[33]。3.6美洲大蠊中其他成分分析本研究测得美洲大蠊维生素类别中泛酸含量较高，为75.60 mg/kg。鱼类对饵料中的泛酸需求量为10~50 mg/kg[34]。Shiau等[34]得出，斑节对虾对饲料中泛酸的需求量为101~139 mg/kg。但中国明对虾饵料中泛酸需求量为100 mg/kg[35-36]。饵料中添加适量泛酸能够提高凡纳滨对虾的饵料效率和存活率，增强凡纳滨对虾的抗氧化能力[37]。综上所述，拥有高含量泛酸的美洲大蠊是一种优质的水产饵料蛋白原料。王联珠等[38]用胃蛋白酶法测定国产鱼粉消化率得出，国产鱼粉特级品消化率不低于90%，一级品不低于88%，二级品不低于85%。本研究测得美洲大蠊胃蛋白酶消化率为54.10%，仍低于其他国产鱼粉最低值（62.2%）；因此仍需进一步探索美洲大蠊人工养殖的关键技术。3.7美洲大蠊的饲用应用前景分析据中国饲料工业协会统计，2021年全国工业饲料总产量29 344.3万t，同比增长16.1%。鱼粉作为饵料蛋白的主要原料，2021年进口184万t，比2020年增加28%。昆虫蛋白是一种新型的动物饲料蛋白源。有研究发现，蚯蚓[39]、黑水虻[40-41]、黄粉虫[42-43]等是高蛋白、高脂肪、氨基酸含量丰富的昆虫蛋白，是十分优质的饲料蛋白资源。美洲大蠊富含蛋白质，氨基酸种类齐全，且必需氨基酸、脂肪含量高，脂肪酸中以不饱和脂肪酸为主，含有动物体内必需微量元素[44]；不仅对免疫力低下的小鼠具有非特异性免疫调节作用，提高细胞特异性免疫和体液特异性免疫；还能够提高腹泻小白鼠的肠道功能，修复病理变化的肠黏膜及绒毛[29]。本研究结果表明，美洲大蠊粉可作为营养价值高、生物效应明显的饲料蛋白新资源。但有关美洲大蠊作为蛋白源的应用研究报道较少，张建明等[4]研究表明，日粮中添加美洲大蠊粉对羊群采食量无显著影响，但可提高奶山羊群的日增重量和血清总蛋白含量。刘昊等[45]用低于2%的美洲大蠊虫粉等量替代鱼粉饲喂肉鸡，发现美洲大蠊虫粉对日粮适口性和肉鸡日采食量无显著影响，可降低肉鸡死亡率，添加量达2%时可显著降低料重比，改善肉鸡的生产性能。佘韶峰等[44]研究发现，在日粮中添加美洲大蠊虫粉可提高肉鸡平均日增重和平均日采食量，降低料重比；当美洲大蠊虫粉的添加水平提高到5%时，效果会减弱，表明适量的美洲大蠊虫粉对肉鸡的生长性能才具有促进效果。周琼[29]研究表明，美洲大蠊粉能够增加鸡小肠绒毛长度，降低肠道内大肠杆菌数量，改善肉鸡的肠道功能，增强肉鸡的抗病力，提高生产性能。姜旭[5]使用美洲大蠊粉替代雄羽肉鸡日粮中部分鱼粉可提高雄羽肉鸡生长性能、免疫器官指数及血清蛋白水平。饵料中添加200~300 g/kg美洲大蠊可提高虹鳟幼鱼的生长性能、抗氧化能力和免疫力[6]。研究发现，美洲大蠊水提取物对吉富罗非鱼增重率、饵料转化率、特定生长率、肥满度及存活率无明显影响，但能够改善其代谢功能和抗氧化能力[46]。近年来，美洲大蠊已成为人工养殖银带鱼、红龙及甲鱼等名贵水产品的一种天然理想饵料[47]。研究表明，美洲大蠊替代部分鱼粉具有一定可行性，并且对养殖动物产生了积极效应[46]。美洲大蠊繁殖速度快、抗病能力强、食性杂、易饲养，其饵料来源广泛，饲养成本较低。据网络报道，济南市章丘区宁家埠街道明家村餐厨垃圾生物处理中心于2017年使用美洲大蠊处理餐厨垃圾，养殖量达300多t，日处理餐厨垃圾15 t。2019年，美洲大蠊养殖基地规模可达4 000 t，数量约40亿只，每天处理餐厨垃圾200 t。因此，利用美洲大蠊处理餐厨垃圾技术实现了产业化发展，充分印证了利用美洲大蠊可高效、快速、无公害地转化餐厨垃圾，实现餐厨垃圾高效回收，可促进美洲大蠊产业的规模化发展[48]。4结论本试验发现，美洲大蠊的营养价值高、矿物元素含量丰富、含有18种氨基酸，EAA/TAA达到了FAO/WHO的理想模式。美洲大蠊可作为畜、禽、水生动物饲料的蛋白替代原料，实现废物循环利用，还可处理餐厨垃圾，节能减排、环保。美洲大蠊作为新型饲料蛋白资源具有广阔的应用前景。