نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی
عنوان مقاله English
نویسنده English
The escalating production of organic waste, the rapidly growing demand for protein for both human consumption and animal feed, and the intensifying pressure on water resources, soil, and conventional agricultural inputs have collectively underscored the urgent need for the development of low-input, biological solutions. In this regard, the black soldier fly (Hermetia illucens) has attracted considerable attention in recent years owing to its relatively short life cycle, its capacity to consume a wide spectrum of organic materials, and its ability to convert a significant fraction of these substrates into insect biomass. The larvae of this species are capable of transforming food waste and various organic streams into biomass that is exceptionally rich in protein and lipids, while simultaneously generating a valuable by-product known as frass. The present review examines the potential of black soldier fly-based technology, focusing on its biology and life cycle, rearing conditions, the distinction between open and closed systems, substrate and feed management, the range of harvestable products, and the insect's role within the circular bioeconomy. Furthermore, it discusses the applications of larval meal, oil, frass, and compounds such as chitin and chitosan, together with the opportunities and limitations of their utilisation in animal feed, aquaculture, agriculture, and biotechnology. Within the conceptual framework derived from current research, the black soldier fly should not be viewed exclusively as a waste management tool; rather, it can be conceived as an intrinsic element of a closed-loop system wherein waste is transformed into biomass and subsequently into feed, fertiliser, and other high-value products. However, factors including substrate safety, consistency in feed composition, production costs, standardisation, regulatory frameworks, pathogen control, and market acceptance constitute the most critical obstacles to the industrial-scale deployment of this technology. In Iran, establishing clear standards, advancing indigenous technical expertise, creating sustainable supply chains, and conducting research adapted to the local climate and socio-economic context can facilitate the responsible expansion of this nascent industry.
کلیدواژه‌ها English
مقدمه
جهان امروز با بحران‌های جدی در زمینۀ تولید پسماند و امنیت غذایی روبه‌رو است. سالانه مقادیر انبوهی از مواد غذایی، ضایعات کشاورزی و کودهای دامی تولید می‌شوند که افزون بر ایجاد چالش‌های فراوان در زمینۀ دفع، نقش بسزایی در افزایش انتشار گازهای گلخانه‌ای دارند. رشد جمعیت، گسترش شهرنشینی و افزایش مصرف مواد غذایی، به‌طور همزمان دو چالش اساسی را تشدید کرده‌اند: از یک‌سو، بر حجم جریان‌های پسماند آلی افزوده شده و از دیگر سو، تقاضا برای منابع پروتئینی فزونی یافته است. تولید دام، طیور و آبزیان به نهاده‌هایی همچون کنجاله سویا و پودر ماهی وابسته است که تأمین آن‌ها معمولاً با مصرف گستردۀ زمین و آب، تغییر کاربری اراضی و فشار بر ذخایر طبیعی همراه است. منابع پروتئینی مرسوم با محدودیت‌های جدی مواجه‌اند و بهره‌برداری از آن‌ها با چالش‌های زیست‌محیطی نظیر جنگل‌زدایی، صید بی‌رویه و تغییرات اقلیمی گره خورده است (FAO, 2013; Van Huis, 2013; Alfarano et al., 2026).
ازاین‌رو، توسعۀ منابع پروتئینی جایگزین و به‌کارگیری روش‌هایی که بتوانند مواد آلی کم‌ارزش را به محصولاتی با ارزش افزوده تبدیل کنند، به‌عنوان بخشی از راهبردهای نوین پایداری مورد توجه قرار گرفته‌اند. پیش‌بینی می‌شود جمعیت جهان تا سال ۲۰۵۰ از مرز 7/9 میلیارد نفر فراتر رود و این امر فشارهای مضاعفی بر سیستم‌های غذایی، زنجیره‌های تأمین پروتئین و مدیریت پسماند وارد خواهد ساخت. در این میان، حشرات به‌دلیل نیاز نسبتاً محدود به فضا و توانایی بهره‌گیری از برخی جریان‌های آلی، به‌عنوان یکی از گزینه‌های مورد بررسی مطرح شده‌اند (Mei et al., 2024; Putri et al., 2026).
در میان گونه‌های مطالعه‌شده، لارو مگس سرباز سیاه (Hermetia illucens) از خانوادۀ Stratiomyidae از جایگاهی ویژه برخوردار است؛ چنان‌که مرحلۀ لاروی آن مهم‌ترین دوره از نظر مصرف بستر و تولید زیست‌توده محسوب می‌شود. یافته‌های مروری و پژوهشی نشان داده‌اند که لاروهای این گونه قادرند طیف گسترده‌ای از مواد آلی را مصرف کرده و بخش قابل‌توجهی از مواد مغذی آن‌ها را در زیست‌تودۀ خود ذخیره کنند (Wang & Shelomi, 2017; Singh & Kumari, 2019; Baptista da Silva et al., 2026).
با این‌حال، توانایی زیست‌تبدیل بالای مگس سرباز سیاه به معنای مناسب‌بودن هر نوع پسماند برای تولید خوراک نیست. نوع بستر، آلودگی‌های شیمیایی و میکروبی، کیفیت تغذیه‌ای، میزان رطوبت و شرایط فرآوری، همگی عواملی هستند که می‌توانند بر رشد لارو و ایمنی محصول نهایی تأثیر بگذارند. ازاین‌رو، توسعۀ صنعت مبتنی بر مگس سرباز سیاه باید همزمان بر دو محور کارایی زیستی و نظام کنترل کیفیت و ایمنی استوار باشد (Camperio et al., 2026; European Commission, 2021).
در ایران نیز مگس سرباز سیاه موضوع پایان‌نامه‌ها و طرح‌های پژوهشی متعددی در دانشگاه‌ها و مراکز علمی، از جمله دانشگاه‌های گیلان، تهران و تربیت مدرس و مراکز پژوهشی وابسته به وزارت جهاد کشاورزی، بوده است. محور اصلی این مطالعات، بررسی تأثیر پسماندهای آلی موجود در کشور، از جمله ضایعات برنج، تفاله‌های صنایع غذایی و کودهای دامی، بر سرعت رشد و میزان چربی و پروتئین لاروها بوده است. بررسی روند تولید مقالات علمی در ارتباط با مگس سرباز سیاه نیز نشان‌دهندۀ افزایش چشمگیر توجه پژوهشی به این گونه در سطح جهان و ایران است. این حوزه که پیش از سال ۲۰۱۰ موضوعی نسبتاً محدود بود، طی سال‌های اخیر به یکی از موضوعات مورد توجه در علوم کشاورزی، محیط‌زیست و بیوتکنولوژی تبدیل شده است. در ایران نیز مطالعات مربوط به H. illucens در رشته‌هایی مانند حشره‌شناسی کشاورزی، تغذیۀ دام و طیور، مهندسی محیط‌زیست و بیوتکنولوژی گسترش یافته است.
در کنار فعالیت‌های دانشگاهی، شرکت‌های دانش‌بنیان، استارت‌آپ‌ها و مجموعه‌های تخصصی نیز در زمینه‌هایی مانند آموزش، طراحی خطوط تولید، راه‌اندازی مزرعه، تأمین تجهیزات و تولید تخم و لارو فعالیت می‌کنند. همچنین برخی پروژه‌های مدیریت پسماند شهری در مناطقی از کشور، از جمله خراسان شمالی و بجنورد، به استفاده از مگس سرباز سیاه برای تبدیل بخشی از ضایعات و پسماندهای آلی به محصولات قابل استفاده پرداخته‌اند.
با توجه به گسترش مطالعات علمی و فعالیت‌های تجاری، بررسی جامع زیست‌شناسی، نیازهای پرورشی، محصولات، کاربردها، ظرفیت اقتصاد چرخشی و چالش‌های توسعه این فناوری در ایران ضروری است. بنابراین، هدف این مطالعه بررسی ویژگی‌های زیستی و چرخه زندگی مگس سرباز سیاه، شرایط محیطی و مدیریت پرورش، سیستم‌های تولید، ارزش تغذیه‌ای و فرآورده‌های حاصل، نقش آن در اقتصاد زیستی چرخشی، الزامات ایمنی و کیفیت و در نهایت فرصت‌ها و چالش‌های توسعه این فناوری در ایران است.
روش‌شناسی پژوهش
این مطالعه به‌صورت یک مرور توصیفی ـ تحلیلی انجام شد و شواهد موجود دربارۀ زیست‌شناسی، پرورش، تغذیه، فرآوری، کاربردها، ایمنی، پایداری و ظرفیت توسعه‌ای مگس سرباز سیاه مورد بررسی و تلفیق قرار گرفت. اطلاعات گردآوری‌شده بر اساس محورهای اصلی زنجیرۀ تولید BSF دسته‌بندی شد.
در بخش زیست‌شناسی، مطالعات مربوط به چرخه زندگی، مراحل تخم، لارو، پیش‌شفیره، شفیره و حشرۀ بالغ و عوامل مؤثر بر رشد و بقا بررسی شدند. سپس نیازهای محیطی و مدیریتی شامل دما، رطوبت، نور، ویژگی‌های بستر، میزان رطوبت بستر، تغذیه و تراکم لارو مورد بررسی قرار گرفت. همچنین، سیستم‌های پرورش باز و بسته از نظر میزان کنترل شرایط محیطی، نیاز به سرمایه‌گذاری، امنیت زیستی، قابلیت تکرارپذیری و امکان توسعه در مقیاس صنعتی مقایسه شدند. فرآورده‌های اصلی حاصل از پرورش BSF شامل زیست‌تودۀ لاروی و پودر پروتئینی، روغن، فرس، کیتین، کیتوزان و ترکیبات زیست‌فعال نیز از نظر ویژگی‌ها و کاربردهای بالقوه بررسی شدند.
در ادامه، ظرفیت مگس سرباز سیاه در اقتصاد زیستی چرخشی از طریق تبدیل پسماندهای آلی به زیست‌توده حشره‌ای و بازگرداندن مواد مغذی به سامانه‌های کشاورزی ارزیابی شد. موضوعات مرتبط با ایمنی بستر و محصول، آلودگی‌های شیمیایی و میکروبی، استانداردسازی و محدودیت‌های اقتصادی و فنی نیز مورد توجه قرار گرفتند.
در نهایت، شواهد مرتبط با وضعیت ایران، شامل فعالیت‌های پژوهشی، ظرفیت پسماندهای آلی، وابستگی به نهاده‌های پروتئینی وارداتی، فعالیت کسب‌وکارهای نوپا، پروژه‌های آزمایشی، محدودیت‌های فنی، اقتصادی و نظارتی و نیازهای پژوهشی آینده، به‌صورت جداگانه بررسی و تلفیق شد.
یافتهها و بحث
زیست‌شناسی و چرخه زندگی مگس سرباز سیاه
Hermetia illucens حشره‌ای با دگردیسی کامل است و چرخه زندگی آن شامل چهار مرحلۀ تخم، لارو، پیش‌شفیره/شفیره و حشرۀ بالغ می‌شود. طول این چرخه تحت تأثیر دما، رطوبت، رژیم غذایی و سایر عوامل محیطی تغییر می‌کند. اهمیت صنعتی این گونه عمدتاً به مرحلۀ لاروی بازمی‌گردد، زیرا لاروها با تغذیۀ فعال، زیست‌تودۀ قابل برداشت تولید می‌کنند (Tomberlin et al., 2002; Diener et al., 2009).
این گونه از نظر فیزیولوژیکی و اکولوژیکی سازگاری بالایی دارد و برخلاف بسیاری از مگس‌ها، حشرۀ بالغ آن فاقد قطعات دهانی کارآمد برای تغذیه از مواد جامد است. مگس سرباز سیاه بومی مناطق گرمسیری و نیمه‌گرمسیری قاره آمریکا است، اما امروزه در بسیاری از مناطق گرم، معتدل و استوایی جهان مستقر شده‌است
(Wang & Shelomi, 2017; Traore et al., 2024).
مرحله تخم
حشرۀ بالغ ماده معمولاً تخم‌های خود را در شکاف‌ها و سطوح خشک و در مجاورت منابع مواد آلی قرار می‌دهد و مستقیماً درون بسترهای بسیار مرطوب تخم‌گذاری نمی‌کند. ماده‌ها پس از جفت‌گیری می‌توانند دسته‌هایی شامل حدود ۲۰۰ تا ۹۰۰ تخم کوچک و بیضی‌شکل تولید کنند. این رفتار امکان استفاده از تله‌های تخم‌گذاری را در سامانه‌های پرورش کنترل‌شده فراهم می‌کند. در شرایط مناسب، تخم‌ها معمولاً طی ۳ تا ۴ روز تفریخ می‌شوند (Klüber et al., 2024).
مرحله لاروی
مرحلۀ لاروی مهم‌ترین بخش چرخه از دیدگاه تولید صنعتی است. لاروها در شش سن لاروی رشد می‌کنند و با مصرف مواد آلی، بخشی از پروتئین، چربی و سایر مواد مغذی را در بدن خود ذخیره می‌کنند. ترکیب غذایی لارو به گونه، سن، نوع بستر و روش فرآوری وابسته است و نمی‌توان مقدار ثابتی را برای تمام جمعیت‌های پرورشی در نظر گرفت. مطالعات مختلف نشان داده‌اند که لارو BSF از نظر پروتئین و چربی ظرفیت مناسبی برای استفاده به‌عنوان مادۀ اولیه خوراک دارد (Lu et al., 2022). لاروها قادرند طیف وسیعی از پسماندهای تر، برخی فضولات دامی و بقایای گیاهی را مصرف کنند. کوتیکول لارو نیز حاوی مقادیر قابل توجهی کیتین و مواد معدنی است و نقش حفاظتی دارد.
پیش‌شفیره و شفیره
پس از پایان تغذیۀ فعال، لارو وارد مرحلۀ پیش‌شفیرگی می‌شود. حرکت پیش‌شفیره‌ها به سمت محیط‌های خشک‌تر امکان استفاده از رفتار طبیعی آن‌ها را برای برداشت خودکار فراهم می‌کند. در سامانه‌های صنعتی، رمپ‌ها و سازوکارهای خودبرداشت از این رفتار استفاده می‌کنند. مرحلۀ شفیرگی حدود یک تا دو هفته طول می‌کشد و طی آن ساختار بدن حشرۀ بالغ شکل می‌گیرد (Sheppard et al., 2002; Fawzy et al., 2026).
حشرۀ بالغ
حشرۀ بالغ عمدتاً برای تولیدمثل اهمیت دارد و انرژی مورد نیاز آن تا حد زیادی از ذخایری تأمین می‌شود که در مرحلۀ لاروی ایجاد شده‌اند. بالغ‌ها از مواد جامد تغذیه نمی‌کنند و عمدتاً آب یا شهد دریافت می‌کنند. طول عمر حشرات بالغ معمولاً کوتاه است و جفت‌گیری آن‌ها به شرایط نوری مناسب وابسته است. مطالعات نشان داده‌اند که کیفیت و طیف نور می‌تواند بر موفقیت جفت‌گیری تأثیر بگذارد (Liu et al., 2020; Zulkifli et al., 2022). ازاین‌رو، مدیریت بخش مولد در سیستم‌های صنعتی به اندازۀ مدیریت مرحلۀ لاروی اهمیت دارد.
شرایط محیطی و مدیریت پرورش
دما و رطوبت
دما یکی از عوامل اصلی تعیین‌کنندۀ سرعت رشد و طول چرخه زندگی BSF است. محدوده‌های حدود ۲۷ تا ۳۲ درجۀ سانتی‌گراد برای رشد و نمو مناسب گزارش شده‌اند. دماهای پایین‌تر می‌توانند چرخه زندگی را طولانی کنند، درحالی‌که دماهای بسیار بالا ممکن است موجب افزایش تلفات شوند. پاسخ حشره به دما به سن، رژیم غذایی و سایر شرایط محیطی وابسته است و بنابراین نباید یک مقدار ثابت را برای تمام مراحل رشد به‌عنوان مقدار مطلق توصیه کرد (Diener et al., 2009; Harnden & Tomberlin, 2016).
رطوبت نسبی نیز نقش مهمی در تفریخ تخم و بقای لارو دارد و محدوده‌های حدود ۶۰ تا ۸۰ درصد برای بسیاری از شرایط پرورش مناسب گزارش شده‌اند. رطوبت بسیار بالا می‌تواند رشد قارچ و شرایط نامطلوب بستر را افزایش دهد، درحالی‌که رطوبت پایین موجب خشک‌شدن تخم‌ها و محدود شدن دسترسی لارو به مواد غذایی می‌شود.
نور و مدیریت کلونی
نور برای رفتار جفت‌گیری و تولیدمثل حشرات بالغ اهمیت دارد. طیف و شدت نور می‌تواند بر موفقیت جفت‌گیری تأثیرگذار باشد و در سیستم‌های بسته، استفاده از نور مصنوعی امکان ایجاد شرایط یکنواخت‌تر را فراهم می‌کند. فراهم‌کردن محل مناسب تخم‌گذاری و جمع‌آوری منظم تخم‌ها نیز برای حفظ تولید پایدار ضروری است (Liu et al., 2020; Klüber et al., 2024).
مدیریت بستر و تغذیه
لارو BSF قادر به مصرف طیف وسیعی از مواد آلی است، اما قابلیت مصرف یک ماده با مناسب‌بودن آن برای تولید خوراک ایمن یکسان نیست. نوع بستر باید بر اساس هدف نهایی محصول، کیفیت تغذیه‌ای و خطرات شیمیایی و میکروبی انتخاب شود. میزان رطوبت بستر معمولاً باید در محدوده‌ای قرار گیرد که امکان تغذیۀ مناسب لارو را فراهم کند؛ رطوبت بیش از حد می‌تواند موجب ایجاد شرایط بی‌هوازی و بوی نامطبوع شود و بستر بسیار خشک نیز رشد لارو را محدود می‌کند. ترکیب بستر بر رشد، زمان برداشت و ترکیب شیمیایی لارو اثر می‌گذارد (Jucker et al., 2017; Lu et al., 2022).
تراکم لارو
تراکم لارو بر رشد، مصرف بستر و راندمان تبدیل مواد اثر می‌گذارد. تراکم بسیار بالا می‌تواند رقابت برای منابع و کاهش رشد را به همراه داشته باشد، درحالی‌که تراکم بسیار پایین ممکن است موجب مصرف ناکافی بستر شود. بنابراین، تراکم مناسب باید با توجه به نوع ظرف، ترکیب بستر، سن لارو و هدف تولید تعیین شود و استفاده از یک مقدار ثابت برای تمام سامانه‌ها مناسب نیست.
سیستم‌های پرورش: باز و بسته
سیستم‌های تولید BSF را می‌توان به دو گروه کلی باز و بسته تقسیم کرد. سیستم‌های باز معمولاً سرمایه‌گذاری اولیه کمتری نیاز دارند و در مناطق دارای شرایط اقلیمی مناسب می‌توانند برای تولید کوچک‌مقیاس مورد استفاده قرار گیرند؛ بااین‌حال، کنترل شرایط محیطی، کیفیت محصول و امنیت زیستی در آن‌ها دشوارتر است.
در سیستم‌های بسته، واحد مولد از واحد پرورش و زیست‌تبدیل پسماند تفکیک می‌شود و شرایطی مانند دما، رطوبت، نور، تراکم و تغذیه تحت کنترل بیشتری قرار می‌گیرند. این سیستم‌ها قابلیت تکرارپذیری و مقیاس‌پذیری بیشتری دارند، اما سرمایه‌گذاری و هزینه انرژی و تجهیزات در آن‌ها بالاتر است. انتخاب سیستم باید بر اساس اقلیم، منابع، نیروی انسانی، مقیاس تولید و بازار هدف انجام شود (Bruno et al., 2019; Dortmans et al., 2021).
ارزش تغذیه‌ای و فرآورده‌های حاصل
پرورش BSF را می‌توان یک سامانه چندمحصولی در نظر گرفت که در آن علاوه بر لارو یا پودر پروتئینی، روغن، فرس، کیتین، کیتوزان و ترکیبات زیست‌فعال نیز قابلیت ایجاد ارزش افزوده دارند (Camille et al., 2020; Ewald et al., 2020).
زیست‌تودۀ لاروی و پودر پروتئینی
لاروها پس از برداشت می‌توانند به‌صورت تازه یا پس از خشک‌کردن و فرآوری به شکل پودر پروتئینی مورد استفاده قرار گیرند. مقدار پروتئین و چربی به بستر، سن برداشت و روش فرآوری وابسته است (Henry et al., 2015; Tan & Teoh, 2026).
نتیجه‌گیری
مگس سرباز سیاه به‌عنوان یک راهکار زیستی امیدبخش، ظرفیت قابل‌توجهی برای تلفیق ارزش‌افزایی پسماندهای آلی، تولید پروتئین جایگزین و بازیافت مواد مغذی در چارچوب اقتصاد زیستی چرخشی دارد. بررسی شواهد موجود نشان می‌دهد که لاروهای این گونه می‌توانند طیف متنوعی از بسترهای آلی مناسب را به زیست‌توده‌ای غنی از پروتئین و چربی تبدیل کنند و در کنار آن، فرآورده‌های باارزشی مانند فرس، روغن، کیتین و کیتوزان تولید نمایند. با این حال، کارایی و ایمنی این سامانه به عواملی همچون کیفیت بستر، شرایط محیطی، مدیریت پرورش، روش‌های فرآوری و اجرای نظام‌های مناسب کنترل کیفیت وابسته است (Lai-Foenander et al., 2024; Lock et al., 2015).
در ایران، وجود مقادیر قابل‌توجهی از پسماندهای کشاورزی و صنایع غذایی، در کنار افزایش نیاز به منابع پروتئینی جایگزین، زمینه مناسبی برای توسعه فناوری مگس سرباز سیاه فراهم می‌کند. افزایش فعالیت‌های پژوهشی دانشگاهی و شکل‌گیری برخی فعالیت‌های تجاری و دانش‌بنیان نیز نشان‌دهنده رشد توجه علمی و اقتصادی به این فناوری است. با این‌حال، گذار از تولید آزمایشگاهی و مقیاس کوچک به یک صنعت پایدار و قابل‌اعتماد، نیازمند توجه جدی‌تر به ایمنی بستر، استانداردسازی فرآیند تولید، کنترل کیفیت محصولات، توجیه‌پذیری اقتصادی و تدوین چارچوب‌های نظارتی است.
از این‌رو، پژوهش‌های آینده باید بر بهینه‌سازی و خودکارسازی سامانه‌های پرورش، ارزیابی بسترهای آلی بومی، بهبود عملکرد زیستی و اصلاح نژاد، بررسی دقیق ایمنی و کیفیت تغذیه‌ای محصولات و تدوین پروتکل‌های استاندارد برای زیست‌توده لارو و فرس متمرکز شوند. همچنین، انجام ارزیابی چرخه حیات و مطالعات اقتصادی متناسب با شرایط ایران برای تعیین عملکرد واقعی زیست‌محیطی و اقتصادی سامانه‌های مختلف ضروری است. ایجاد استانداردهای ملی و چارچوب‌های قانونی شفاف، همراه با تقویت آموزش‌های تخصصی و همکاری میان دانشگاه‌ها، صنعت، سیاست‌گذاران و نهادهای نظارتی، از الزامات توسعه مسئولانه این حوزه خواهد بود. در مجموع، مگس سرباز سیاه را نباید صرفاً به‌عنوان یک منبع پروتئینی جایگزین در نظر گرفت، بلکه می‌توان آن را به‌عنوان یکی از اجزای یک سامانه یکپارچه برای ارزش‌افزایی پسماند، بازیافت منابع و تولید پایدار در ایران مورد توجه قرار داد.
