食物垃圾处理能手:黑兵蝇幼虫变废为宝过程中的技术问题

全球每年浪费超过10亿吨粮食，占所有粮食产量的三分之一，许多城市都在为如何处理垃圾而头痛。用食物垃圾饲养黑兵蝇幼虫，可作为一种重要的动物蛋白质来源（动物饲料），这个过程中也大有学问：研究人员分析了如何解决饲养黑兵蝇幼虫中过热的问题。

　　

人类每年浪费超过10亿吨粮食，占所有粮食产量的三分之一，许多国家正在开发各种方法处理这些废物——填埋占用宝贵的土地资源，焚烧污染空气，都会造成环境污染。“黑兵蝇幼虫被广泛应用于新兴的食品回收行业。我们的想法是用食物垃圾喂养幼虫，然后把它们变成鸡饲料。。。这些幼虫是这个过程中很好的候选者，因为它们几乎什么都吃。”该研究的第一作者、乔治·w·伍德拉夫机械工程学院博士生Ko这样解释。幼虫每天可以吃掉两倍于自身体重的食物残渣和其他有机物，帮助分解从腐烂的农产品到动物的遗骸和粪便等各种有机物质，通常能长到它们体型的1000倍左右。幼虫从卵到成虫的成长过程就像从一个人的大小变成一辆大卡车的大小。

黑兵蝇幼虫60%的成分（干物质）是蛋白质，在农业中是一种有吸引力的可持续食物来源。 但这里面也有技术问题：很多的黑兵蝇幼虫在到达牲畜饲料标准之前就死亡了。佐治亚理工学院的研究人员研究发现罪魁祸首是蛆在拥挤的环境中进食时产生的集体热量——当这些蛆被紧紧地塞在容器里进食时，它们会产生代谢热，这些热合在一起就会对它们致命。研究人员发现输送适量的气流有助于解决过热问题。他们的发现发表在本月的《物理学前沿》杂志上，作为“社会互动物理学”特刊的一部分。

空气流动问题

Ko和Hu与物理学院邓恩家族教授Daniel Goldman合作，开展实验。研究人员将幼虫放置在一个容器中，容器中有规律的空气流动，温度保持一致。然后，他们安装了一个叶片鼓风机，将空气输送到舱内，在5分钟的试验中手动提高和降低气流速度。在第二个实验中，研究小组使用x射线成像和恒定的空气速度来观察幼虫进食的速度。Ko测量了幼虫的平均速度和压力，以及在不同气流速度下它们吃了多少食物。“当你继续增加流量，你会到达一个点，气流太快，它们吃不好，”他说。最佳的空气速度将确保幼虫得到适当的冷却，并仍能有效地进食。“探索最佳流速将是下一步的工作。此外，从工程角度来看，我们需要考虑其他方法来冷却幼虫，包括使用热传递。”

“这项工作的一个有趣的方面是，它探索了一种‘动物紧密地聚集在一起，而不是由广泛分离的、互不碰撞的飞行鸟类和昆虫组成的群体。”

研究人员希望这项成果能让黑兵蝇幼虫更容易地被用于回收食物垃圾。根据联合国粮农组织(food and Agriculture Organization of United Nations)的数据，每年的食物垃圾总量为13亿吨。根据9月份发表在《自然食品》(Nature food)杂志上的一项研究，全球粮食生产每年造成170多亿吨人为温室气体排放。动物性食品产生的排放量是植物性食品的两倍多。这些富含蛋白质的昆虫在减少喂养动物的碳影响方面很有潜力。