國立臺灣大學環境工程學研究所 于昌平教授
國立臺灣大學昆蟲學系 石正人兼任教授
國立臺灣大學環境工程學研究所博士後研究員 吳佩勳
國立臺灣大學環境工程學研究所博士生 吳秉學
一、黑水虻的歷史
黑水虻(Hermetia illucens)是一種原產於中美洲的擬態性昆蟲，擁有一對狹長的翅膀、體態漆黑，成蟲平均長度為16 mm，黑水虻成蟲纖細的腰部及膨大的尾巴足以讓掠食者望而卻步，但本身並沒有任何可以螫刺的毒針和嚙咬用的口器(ITIS, 2009)。最早對黑水虻的形態學描述由Linnaeus建立於1758年(Tomberlin & Van Huis, 2020)，並隨著十八世紀的殖民地建設與全球貿易拓展到世界各地，現在已經是一個分布廣泛的全球性物種(全球生物多樣性資料庫, 2024)。
在1960年代之前，由於其生長在垃圾堆中，並以腐敗的食物和糞便為食，黑水虻被廣泛視為一種危害人類健康與環境安全的害蟲(Canavan, 1936)，但隨著針對其展開的公共衛生研究，人們逐漸發現黑水虻的幼蟲，不但能透過種間競爭抑制其他鱗翅目幼蟲的生長，其成蟲的主食亦為糖蜜和花粉(Bruno et al., 2019)，不會再以堆肥為食，打消了其散播病媒的疑慮(Goddard, 2012)；出於黑水虻和普通家蠅(Musca domestica)的競爭關係(Furman et al., 1959)，以及其蟲蛹會自動聚集的特性，學者開始對此類昆蟲進行研究，發現其蟲蛹富含蛋白質與脂質，是良好的飼料來源。
二、人工飼育的黑水虻
從1980年代晚期開始，黑水虻被視為一種能協助廚餘、農業廢棄物、禽畜糞便等污染物無害化，且能做為動物飼料的益蟲被人為飼育(Tomberlin & Van Huis, 2020)。人工飼育的黑水虻生命週期為1到2個月，成蟲可以產下200到600個卵，蟲卵通常會在被產下後的4到5日內孵化，幼蟲以廚餘、農業廢棄物等基質為食，並在大約18到36天後轉化為蟲蛹，並在蟲蛹狀態保持1至2週，孵化後的成蟲在擁有適當食物來源的情況下，最長可存活70餘日(Sheppard et al., 2002)。由於黑水虻在形成蟲蛹時，會自行從生長的基質中轉移到基質表面，以利在轉為成蟲後飛行，因此養殖者可以利用這種特性將蟲蛹收集。
黑水虻的蟲蛹中具有約60-70 %的蛋白質和約20-30 %的脂肪，其中蛋白質可作為動物飼料、土壤改良劑、生物塑膠(Barbi et al., 2019)等原料，脂肪則可在精煉之後作為潤滑油、藥妝品原料或是當作生質柴油的原料使用，除此之外，黑水虻養殖的剩餘廢棄物如蟲糞、幼蟲褪殼、蟲屍等亦可作為堆肥的原料來進行土壤改良(Kaczor et al., 2022)。
三、黑水虻的應用
對於魚類、雞和爬蟲類動物而言，黑水虻是優良的動物性蛋白質來源，富含微量元素如Na、Mn、Zn、Cu等，且帶有些許的抑菌和抗氧化作用(Kaczor et al., 2022)，可以改善動物的腸道菌群，但由於黑水虻蟲蛹具有相當高的脂肪含量，會對保存和動物的營養平衡造成影響，通常必須經過脫脂才能作為飼料使用，除此之外，由於黑水虻對於基質中的金屬元素具有生物累積的特性(Diener et al., 2015)，若要作為飼料使用，必須慎選其基質來源，目前歐盟將「飼料用昆蟲蛋白」視為動物衍生產品，依歐盟條例(EU) No 142/2011管理，為了避免狂牛症的可能來源，限定昆蟲蛋白只能餵飼給水產與毛皮動物，且必須由該條例附件IV之加工方法（壓力滅菌等）所製成，也不能使用糞便、廚餘或其他廢棄物養殖昆蟲，整個生產過程也都必須避免狂牛症可能因素；而台灣為推動飼料用黑水虻，於2019年年底農委會在「飼料物質表」新增水虻粉，由黑水虻或黃金水虻製成，且限定只能以植物性飼料餵養（台灣經濟研究月刊第43卷第7期，2020）。若礙於法規或基質來源，使黑水虻產出之蛋白質無法作為飼料使用，黑水虻的蛋白質亦可透過聚合反應，作為生物可降解性生物塑膠的來源(Barbi et al., 2019)，在此反應中，會以甘油作為增塑劑形成均勻且穩定的薄膜，而甘油則是黑水虻脂肪製作生質柴油的副產物之一，兩者相輔相成，能有效降低生物塑膠的原料成本。
在早期由於黑水虻的粗脂肪的黏度較高，作為飼料副產物的產量龐大，常常被視為廢棄物丟棄，或經過簡單精煉之後，增添到潤滑油內使用；隨著近年生物可降解性和環境永續的風潮吹起，相關的研究也蓬勃發展，目前已有技術可將黑水虻蟲油脫硫轉化為環保的生物可降解性潤滑油(Xiong et al., 2020)。除了作為潤滑油之外，黑水虻蟲油在添加甲醇經過酯化、轉酯化等催化程序之後，亦可轉化為具有高附加價值的生質柴油(Mohan et al., 2023)，產量可高達投入粗蟲油的90-98 %，是一個具有前瞻性的新興產業，惟整體轉換仍取決於黑水虻的油脂量，在生質柴油製作過程中，產生的副產物：含水粗甘油(90 %甘油和10 %水)，可在精煉後作為生物塑膠的增塑劑，減少了廢棄物的產出，達成工業園區生態化的永續目標。
隨著全球多國提出的「2050淨零排放」宣示與行動，能源轉型、資源循環零廢棄、自然碳匯、淨零綠生活等戰略的提出，儘管台灣已經開放黑水虻可作為飼料原料，但以此方法發展農業循環經濟，仍需要主管機關權責與其他法規進行釐清與調整，另黑水虻處理有機物產製生質柴油，雖具有其作為生質燃料的潛勢，但亦仍需相關法源完整規範及支持。
目前不少專家學者政府單位皆積極探索黑水虻處理有機固體廢棄物及其能資源化的應用潛力，藉由完善的飼養、分析及評估技術，期待未來能有更完善的了解及規畫，為台灣的資源循環利用及能源轉型應用提供助力。
參考文獻
Barbi, S., Messori, M., Manfredini, T., Pini, M., & Montorsi, M. (2019). Rational design and characterization of bioplastics from Hermetia illucens prepupae proteins. Biopolymers, 110(5), e23250.
Bruno, D., Bonelli, M., Cadamuro, A. G., Reguzzoni, M., Grimaldi, A., Casartelli, M., & Tettamanti, G. (2019). The digestive system of the adult Hermetia illucens (Diptera: Stratiomyidae): morphological features and functional properties. Cell and Tissue Research, 378, 221-238.
Canavan, W. P. N. (1936). Occurrence of Intestinal and Nasal Myiasis in Oklahoma.
Diener, S., Zurbrügg, C., & Tockner, K. (2015). Bioaccumulation of heavy metals in the black soldier fly, Hermetia illucens and effects on its life cycle. Journal of insects as food and feed, 1(4), 261-270.
Furman, D. P., Young, R. D., & Catts, P. E. (1959). Hermetia illucens (Linnaeus) as a factor in the natural control of Musca domestica Linnaeus. Journal of economic entomology, 52(5), 917-921.
Goddard, J. (2012). Physician’s guide to arthropods of medical importance. CRC press.
全球生物多樣性資料庫(Global Biodiversity Information Facility). (2024). https://www.gbif.org/zh-tw/species/1577153
ITIS. (2009). Hermetia illucens Linnaeus. Integrated Taxonomic Information System. http://www.itis.gov/servlet/SingleRpt/SingleRpt?search_topic=TSN&search_value=130298 (14 July 2009).
Kaczor, M., Bulak, P., Proc-Pietrycha, K., Kirichenko-Babko, M., & Bieganowski, A. (2022). The variety of applications of Hermetia illucens in industrial and agricultural areas. Biology, 12(1), 25.
Mohan, K., Sathishkumar, P., Rajan, D. K., Rajarajeswaran, J., & Ganesan, A. R. (2023). Black soldier fly (Hermetia illucens) larvae as potential feedstock for the biodiesel production: Recent advances and challenges. Science of The Total Environment, 859, 160235.
Sheppard, D. C., Tomberlin, J. K., Joyce, J. A., Kiser, B. C., & Sumner, S. M. (2002). Rearing methods for the black soldier fly (Diptera: Stratiomyidae). Journal of medical entomology, 39(4), 695-698.
Tomberlin, J. K., & Van Huis, A. (2020). Black soldier fly from pest to ‘crown jewel’of the insects as feed industry: an historical perspective. Journal of Insects as Food and Feed, 6(1), 1-4.
Xiong, J., Mao, J., Wang, T., Feng, W., Wang, W., Yang, C., … & Wang, C. (2020). Refining and sulfurization of oil from black soldier fly and its application as biodegradable lubricant additive. Journal of the American Oil Chemists’ Society, 97(11), 1243-1251.
精選圖片來源：https://entomologytoday.org/