面向不同温控目标的黑水虻幼虫转化参数调控策略OA

【目的】基料温度是黑水虻Hermetia illucens转化体系的重要影响因素之一,调控黑水虻转化过程中温度的相对稳定性是确保高效转化的关键。然而,目前针对黑水虻转化过程的温度调控方式鲜有报道,多重温控目标下的指导调控策略也相对缺乏,一定程度制约了黑水虻规模转化废弃物工业化体系的构建。本研究旨在聚焦基料温度的调控及其对黑水虻转化效能的关键作用。【方法】通过四因素三水平正交试验设计,评估因素A基料水饱和度(substrate water saturation,RMC)(85%,95%和105%)、因素D环境温度(ambient temperature,T)(25,30和35℃)、因素C单头虫喂料量(single-maggot feeding rate,d)(0.1,0.3和0.5 g)及因素B基料厚度(substrate thickness,H)(2,5和8 cm)对基料温度的影响及对转化效能的耦合作用:采用响应曲面分析法建立基料最高温度(maximum substrate temperature,T_(max))与转化效能指标的定量关系模型,并基于基料产虫率(larval production rate from substrate,PRL)、10头鲜虫重(10-insect fresh weight,FW_(10))和干物质减量率(dry matter reduction rate,DMRR)构建多目标优化的调控方案。【结果】在测试条件范围内,T_(max)与转化效能预测模型为T_(max)=38.24-5.17A-2.08B+0.42C+2.33D+3AB-1.25AC+0.25AD+2BD,其中RMC是调控T_(max)的关键影响因子,其次为T和d,且RMC和d有显著的交互作用,说明基料温度调控是主要受水分介导的热调控,同时受环境参数协同效应影响,使得基料的热量呈非线性积累,应根据具体生产目标分段调控工况。以PRL为生产目标时,最优调整工况为高湿-中温-低幼虫密度(RMC=99%,T=28℃,d=0.1 g,H≤2 cm),可获得最优PRL(37.40%);以FW_(10)为生产目标时,调整工况为高湿-中温-高H(RMC=104%,T=28℃,d=0.5 g,H≥8 cm),可获得最优FW_(10)(2.31 g);而以DMRR为目标时,最优调整工况为中湿-高温-薄料层(RMC=94%,T=32℃,d=0.2 g,H≤3.6 cm),可实现最高DMRR(73.5%)。【结论】本研究构建了基于基料温度特征的黑水虻转化多参数耦合温控模型,建立了不同目标下的多参数协同耦合温控策略,为黑水虻生物转化废弃物体系的稳定运行提供科学依据。