Благодарим ви, че посетихте Nature.com. Версията на браузъра, която използвате, има ограничена поддръжка на CSS. За най-добри резултати препоръчваме да използвате по-нов браузър (или да деактивирате режима на съвместимост в Internet Explorer). Междувременно, за да осигурим постоянна поддръжка, ще показваме сайта без стилове и JavaScript.
Отглеждането на насекоми е потенциален начин за посрещане на нарастващото глобално търсене на протеини и е нова дейност в западния свят, където остават много въпроси относно качеството и безопасността на продуктите. Насекомите могат да играят важна роля в кръговата икономика, като превръщат биоотпадъците в ценна биомаса. Около половината от хранителния субстрат за брашнести червеи идва от мокър фураж. Това може да се получи от биологични отпадъци, което прави отглеждането на насекоми по-устойчиво. Тази статия докладва за хранителния състав на червеите (Tenebrio molitor), хранени с органични добавки от странични продукти. Те включват непродадени зеленчуци, резени картофи, ферментирали корени от цикория и градински листа. Оценява се чрез анализиране на приблизителния състав, профила на мастни киселини, съдържанието на минерали и тежки метали. Брашнените червеи, хранени с резени картофи, имат двойно съдържание на мазнини и увеличение на наситените и мононенаситените мастни киселини. Използването на ферментирал корен от цикория повишава минералното съдържание и натрупва тежки метали. В допълнение, усвояването на минерали от брашнения червей е избирателно, тъй като се повишават само концентрациите на калций, желязо и манган. Добавянето на зеленчукови смеси или градински листа към диетата няма да промени значително хранителния профил. В заключение, потокът от странични продукти беше успешно преобразуван в богата на протеини биомаса, чието хранително съдържание и бионаличност повлия на състава на брашнестите червеи.
Очаква се растящото човешко население да достигне 9,7 милиарда до 2050 г.2, което оказва натиск върху нашето производство на храни, за да се справи с голямото търсене на храна. Изчислено е, че търсенето на храна ще се увеличи със 70-80% между 2012 г. и 2050 г.3,4,5. Природните ресурси, използвани в настоящото производство на храни, се изчерпват, застрашавайки нашите екосистеми и хранителни запаси. Освен това големи количества биомаса се губят във връзка с производството и консумацията на храни. Изчислено е, че до 2050 г. годишният глобален обем на отпадъците ще достигне 27 милиарда тона, повечето от които са биологични отпадъци6,7,8. В отговор на тези предизвикателства бяха предложени иновативни решения, хранителни алтернативи и устойчиво развитие на селското стопанство и хранителните системи9,10,11. Един такъв подход е използването на органични остатъци за производство на суровини като ядливи насекоми като устойчиви източници на храна и фуражи12,13. Отглеждането на насекоми произвежда по-ниски емисии на парникови газове и амоняк, изисква по-малко вода от традиционните източници на протеини и може да се произвежда във вертикални системи за отглеждане, изискващи по-малко пространство14,15,16,17,18,19. Проучванията показват, че насекомите са в състояние да превърнат биоотпадъците с ниска стойност в ценна, богата на протеини биомаса със съдържание на сухо вещество до 70%20,21,22. Освен това биомасата с ниска стойност в момента се използва за производство на енергия, депониране или рециклиране и следователно не се конкурира с настоящия сектор на храните и фуражите23,24,25,26. Брашненият червей (T. molitor)27 се счита за един от най-обещаващите видове за широкомащабно производство на храни и фуражи. И ларвите, и възрастните се хранят с различни материали като зърнени продукти, животински отпадъци, зеленчуци, плодове и др. 28,29. В западните общества T. molitor се отглежда в плен в малък мащаб, главно като храна за домашни животни като птици или влечуги. Понастоящем техният потенциал в производството на храни и фуражи получава повече внимание30,31,32. Например T. molitor е одобрен с нов хранителен профил, включително употреба в замразени, сушени и прахообразни форми (Регламент (ЕС) № 258/97 и Регламент (ЕС) 2015/2283) 33. Въпреки това, широкомащабното производство на насекоми за храна и фураж е все още сравнително нова концепция в западните страни. Индустрията е изправена пред предизвикателства като пропуски в знанията относно оптималните диети и производство, хранителното качество на крайния продукт и проблеми с безопасността като натрупване на токсични вещества и микробни опасности. За разлика от традиционното животновъдство, отглеждането на насекоми няма подобен исторически опит17,24,25,34.
Въпреки че са проведени много изследвания върху хранителната стойност на брашнените червеи, факторите, влияещи върху тяхната хранителна стойност, все още не са напълно разбрани. Предишни проучвания показват, че диетата на насекомите може да има някакъв ефект върху неговия състав, но не е открит ясен модел. В допълнение, тези проучвания се фокусираха върху протеиновите и липидните компоненти на брашнените червеи, но имаха ограничен ефект върху минералните компоненти 21,22,32,35,36,37,38,39,40. Необходими са повече изследвания, за да се разбере способността за абсорбиране на минерали. Скорошно проучване заключава, че ларвите на червеите, хранени с репички, имат леко повишени концентрации на определени минерали. Въпреки това, тези резултати са ограничени до тествания субстрат и са необходими допълнителни промишлени опити41. Съобщава се, че натрупването на тежки метали (Cd, Pb, Ni, As, Hg) в брашнените червеи значително корелира със съдържанието на метал в матрицата. Въпреки че концентрациите на метали, открити в храната в храната за животни, са под законовите граници42, установено е също, че арсенът се биоакумулира в ларвите на брашнен червей, докато кадмият и оловото не се биоакумулират43. Разбирането на ефектите от диетата върху хранителния състав на брашнестите червеи е от решаващо значение за безопасното им използване в храни и фуражи.
Проучването, представено в тази статия, се фокусира върху въздействието на използването на странични селскостопански продукти като източник на мокър фураж върху хранителния състав на червеите. В допълнение към сухия фураж трябва да се осигури и мокър фураж на ларвите. Източникът на мокър фураж осигурява необходимата влага и също така служи като хранителна добавка за брашнести червеи, като увеличава скоростта на растеж и максималното телесно тегло44,45. Според нашите стандартни данни за отглеждане на брашнени червеи в проекта Interreg-Valusect, общият фураж с брашнени червеи съдържа 57% w/w мокър фураж. Обикновено пресни зеленчуци (напр. моркови) се използват като източник на мокър фураж35,36,42,44,46. Използването на странични продукти с ниска стойност като източници на мокър фураж ще донесе по-устойчиви и икономически ползи за отглеждането на насекоми17. Целите на това проучване бяха (1) да се изследват ефектите от използването на биоотпадъци като мокър фураж върху хранителния състав на брашнестите червеи, (2) да се определи съдържанието на макро- и микроелементи в ларвите на брашнените червеи, отглеждани върху богати на минерали биоотпадъци, за да се тества осъществимостта на подсилване на минерали и (3) оценява безопасността на тези странични продукти при отглеждането на насекоми чрез анализиране на присъствието и натрупване на тежки метали Pb, Cd и Cr. Това проучване ще предостави допълнителна информация за ефектите от добавянето на биоотпадъци върху диетите с ларви на брашнени червеи, хранителната стойност и безопасността.
Съдържанието на сухо вещество в страничния поток е по-високо в сравнение с контролния мокър хранителен агар. Съдържанието на сухо вещество в зеленчуковите смеси и градинските листа е по-малко от 10%, докато то е по-високо в резките от картофи и ферментиралите корени от цикория (13,4 и 29,9 g/100 g прясно вещество, FM).
Зеленчуковата смес има по-високо съдържание на сурова пепел, мазнини и протеини и по-ниско съдържание на невлакнести въглехидрати в сравнение с контролния фураж (агар), докато съдържанието на фибри с неутрален детергент, третирано с амилаза, е подобно. Съдържанието на въглехидрати в резените картофи е най-високото от всички странични потоци и е сравнимо с това на агара. Като цяло неговият суров състав беше най-сходен с контролния фураж, но беше допълнен с малки количества протеин (4,9%) и сурова пепел (2,9%) 47,48. pH на картофите варира от 5 до 6 и си струва да се отбележи, че този страничен поток от картофи е по-киселинен (4,7). Ферментиралият корен от цикория е богат на пепел и е най-киселият от всички странични потоци. Тъй като корените не са били почистени, по-голямата част от пепелта се очаква да се състои от пясък (силициев диоксид). Градинските листа са единственият алкален продукт в сравнение с контролните и други странични потоци. Съдържа високи нива на пепел и протеини и много по-ниски въглехидрати от контролата. Суровият състав е най-близо до ферментирал корен от цикория, но концентрацията на суров протеин е по-висока (15,0%), което е сравнимо с протеиновото съдържание на зеленчуковата смес. Статистическият анализ на горните данни показва значителни разлики в суровия състав и рН на страничните потоци.
Добавянето на зеленчукови смеси или градински листа към храната за брашнени червеи не повлиява състава на биомасата на ларвите на брашнените червеи в сравнение с контролната група (Таблица 1). Добавянето на резници от картофи доведе до най-значителната разлика в състава на биомасата в сравнение с контролната група, получаваща ларви на брашнен червей и други източници на мокър фураж. Що се отнася до протеиновото съдържание на брашнестите червеи, с изключение на картофените резници, различният приблизителен състав на страничните потоци не оказва влияние върху протеиновото съдържание на ларвите. Храненето на резници от картофи като източник на влага доведе до двукратно увеличаване на съдържанието на мазнини в ларвите и намаляване на съдържанието на протеини, хитин и невлакнести въглехидрати. Ферментиралият корен от цикория повишава съдържанието на пепел в ларвите на брашнения червей с един и половина пъти.
Минералните профили са изразени като съдържание на макроминерални (Таблица 2) и микроелементи (Таблица 3) във влажна храна и биомаса от ларви на брашнен червей.
Като цяло селскостопанските странични потоци са по-богати на макроминерали в сравнение с контролната група, с изключение на картофените резници, които имат по-ниско съдържание на Mg, Na и Ca. Концентрацията на калий беше висока във всички странични потоци в сравнение с контролата. Агарът съдържа 3 mg/100 g DM K, докато концентрацията на K в страничния поток варира от 1070 до 9909 mg/100 g DM. Съдържанието на макроминерали в зеленчуковата смес е значително по-високо от това в контролната група, но съдържанието на Na е значително по-ниско (88 срещу 111 mg/100 g DM). Концентрацията на макроминерал в картофените изрезки е най-ниската от всички странични потоци. Съдържанието на макроминерали в картофените изрезки е значително по-ниско, отколкото в други странични потоци и контрола. С изключение на това, че съдържанието на Mg е сравнимо с контролната група. Въпреки че ферментиралият корен от цикория няма най-високата концентрация на макроминерали, съдържанието на пепел в този страничен поток е най-високото от всички странични потоци. Това може да се дължи на факта, че те не са пречистени и могат да съдържат високи концентрации на силициев диоксид (пясък). Съдържанията на Na и Ca са сравними с тези на зеленчуковата смес. Ферментиралият корен от цикория съдържа най-високата концентрация на Na от всички странични потоци. С изключение на Na, градинарските листа имат най-високи концентрации на макроминерали от всички мокри фуражи. Концентрацията на K (9909 mg/100 g DM) е три хиляди пъти по-висока от контролата (3 mg/100 g DM) и 2,5 пъти по-висока от зеленчуковата смес (4057 mg/100 g DM). Съдържанието на Ca е най-високото от всички странични потоци (7276 mg/100 g DM), 20 пъти по-високо от контролата (336 mg/100 g DM) и 14 пъти по-високо от концентрацията на Ca във ферментирали корени от цикория или зеленчукова смес (530 и 496 mg/100 g DM).
Въпреки че имаше значителни разлики в макроминералния състав на диетите (Таблица 2), не бяха открити значителни разлики в макроминералния състав на брашнените червеи, отглеждани със зеленчукови смеси и контролни диети.
Ларвите, хранени с картофени трохи, имат значително по-ниски концентрации на всички макроминерали в сравнение с контролата, с изключение на Na, който има сравними концентрации. Освен това, храненето с картофен чипс причинява най-голямо намаляване на съдържанието на макроминерални ларви в сравнение с другите странични потоци. Това е в съответствие с по-ниската пепел, наблюдавана в близките състави с брашнени червеи. Въпреки това, въпреки че P и K са значително по-високи в тази мокра диета в сравнение с другите странични потоци и контролата, съставът на ларвите не отразява това. Ниските концентрации на Ca и Mg, открити в биомасата на брашнен червей, може да са свързани с ниските концентрации на Ca и Mg, присъстващи в самата мокра диета.
Храненето с ферментирали корени от цикория и листа от овощна градина води до значително по-високи нива на калций в сравнение с контролите. Листата на овощната градина съдържат най-високите нива на P, Mg, K и Ca от всички мокри диети, но това не е отразено в биомасата на брашнен червей. Концентрациите на Na са най-ниски в тези ларви, докато концентрациите на Na са по-високи в листата на овощната градина, отколкото в резниците от картофи. Съдържанието на Ca се повишава в ларвите (66 mg/100 g DM), но концентрациите на Ca не са толкова високи, колкото тези в биомасата на брашнен червей (79 mg/100 g DM) при опитите с ферментирал корен от цикория, въпреки че концентрацията на Ca в културите от овощни листа е била 14 пъти повече, отколкото в корена на цикорията.
Въз основа на микроелементния състав на мокрите фуражи (Таблица 3), минералният състав на зеленчуковата смес е подобен на контролната група, с изключение на това, че концентрацията на Mn е значително по-ниска. Концентрациите на всички анализирани микроелементи са по-ниски в разфасовките от картофи в сравнение с контролата и други странични продукти. Ферментиралият корен от цикория съдържа почти 100 пъти повече желязо, 4 пъти повече мед, 2 пъти повече цинк и приблизително същото количество манган. Съдържанието на цинк и манган в листата на градинските култури е значително по-високо, отколкото в контролната група.
Не са открити значителни разлики между съдържанието на микроелементи в ларвите, хранени с контрола, зеленчукова смес и мокри картофени остатъци. Въпреки това, съдържанието на Fe и Mn в ларвите, хранени с диета с ферментирал корен от цикория, е значително различно от това на червеите, хранени с контролната група. Увеличаването на съдържанието на Fe може да се дължи на стократното увеличение на концентрацията на микроелементите в самата мокра диета. Въпреки това, въпреки че няма значителна разлика в концентрациите на Mn между ферментиралите корени от цикория и контролната група, нивата на Mn се увеличават в ларвите, хранени с ферментирали корени от цикория. Трябва също да се отбележи, че концентрацията на Mn е по-висока (3 пъти) в диетата с мокри листа на диетата за градинарство в сравнение с контролата, но няма значителна разлика в състава на биомасата на брашнестите червеи. Единствената разлика между контролните и градинарските листа е съдържанието на Cu, което е по-ниско в листата.
Таблица 4 показва концентрациите на тежки метали, открити в субстратите. Европейските максимални концентрации на Pb, Cd и Cr в пълноценни фуражи за животни са преобразувани в mg/100 g сухо вещество и добавени към таблица 4, за да се улесни сравнението с концентрациите, открити в страничните потоци47.
Не е открито Pb в контролните мокри фуражи, зеленчукови смеси или картофени трици, докато градинските листа съдържат 0,002 mg Pb/100 g DM, а ферментиралите корени от цикория съдържат най-високата концентрация от 0,041 mg Pb/100 g DM. Концентрациите на C в контролните фуражи и градинските листа са сравними (0,023 и 0,021 mg/100 g DM), докато са по-ниски в зеленчуковите смеси и картофените трици (0,004 и 0,007 mg/100 g DM). В сравнение с другите субстрати, концентрацията на Cr във ферментиралите корени от цикория е значително по-висока (0,135 mg/100 g DM) и шест пъти по-висока, отколкото в контролния фураж. Cd не беше открит нито в контролния поток, нито в някой от използваните странични потоци.
Значително по-високи нива на Pb и Cr са открити в ларви, хранени с ферментирали корени от цикория. Въпреки това, Cd не е открит в никакви ларви на брашнен червей.
Беше извършен качествен анализ на мастните киселини в суровата мазнина, за да се определи дали мастнокиселинният профил на ларвите на брашнен червей може да бъде повлиян от различните компоненти на страничния поток, с който са били хранени. Разпределението на тези мастни киселини е показано в таблица 5. Мастните киселини са изброени с тяхното общо име и молекулна структура (означени като "Cx:y", където x съответства на броя на въглеродните атоми, а y на броя на ненаситените връзки ).
Профилът на мастните киселини на червеите, хранени с нарязани картофи, е значително променен. Те съдържат значително по-високи количества миристинова киселина (C14:0), палмитинова киселина (C16:0), палмитолеинова киселина (C16:1) и олеинова киселина (C18:1). Концентрациите на пентадеканова киселина (C15:0), линолова киселина (C18:2) и линоленова киселина (C18:3) са значително по-ниски в сравнение с други червеи. В сравнение с други профили на мастни киселини, съотношението C18:1 към C18:2 е обърнато в нарязаните картофи. Брашнените червеи, хранени с градински листа, съдържат по-високи количества пентадеканова киселина (C15:0), отколкото брашнените червеи, хранени с други мокри диети.
Мастните киселини се разделят на наситени мастни киселини (SFA), мононенаситени мастни киселини (MUFA) и полиненаситени мастни киселини (PUFA). Таблица 5 показва концентрациите на тези групи мастни киселини. Като цяло профилите на мастни киселини на брашнени червеи, хранени с картофени отпадъци, са значително различни от контролните и други странични потоци. За всяка група мастни киселини червеите, хранени с картофен чипс, се различават значително от всички останали групи. Те съдържат повече SFA и MUFA и по-малко PUFA.
Няма значителни разлики между степента на оцеляване и общото тегло на добива на ларвите, отглеждани на различни субстрати. Общата средна степен на преживяемост е 90%, а общото средно тегло на добива е 974 грама. Брашнените червеи успешно преработват странични продукти като източник на мокър фураж. Мокрият фураж с брашнени червеи представлява повече от половината от общото тегло на фуража (сух + мокър). Замяната на пресни зеленчуци със странични земеделски продукти като традиционен мокър фураж има икономически и екологични ползи за отглеждането на брашнени червеи.
Таблица 1 показва, че съставът на биомасата на ларвите на брашнен червей, отглеждани на контролна диета, е приблизително 72% влага, 5% пепел, 19% липиди, 51% протеин, 8% хитин и 18% сухо вещество като невлакнести въглехидрати. Това е сравнимо със стойностите, докладвани в литературата.48,49 Въпреки това, други компоненти могат да бъдат намерени в литературата, често в зависимост от използвания аналитичен метод. Например, използвахме метода на Kjeldahl за определяне на съдържанието на суров протеин със съотношение N към P от 5,33, докато други изследователи използват по-широко използваното съотношение от 6,25 за проби от месо и фуражи.50,51
Добавянето на картофени остатъци (богата на въглехидрати мокра диета) към диетата доведе до удвояване на съдържанието на мазнини в червеите. Очаква се съдържанието на въглехидрати в картофите да се състои главно от нишесте, докато агарът съдържа захари (полизахариди)47,48. Това откритие е в контраст с друго проучване, което установи, че съдържанието на мазнини намалява, когато червеите са хранени с диета, допълнена с обелени на пара картофи, които са с ниско съдържание на протеин (10,7%) и високо съдържание на нишесте (49,8%)36. Когато кюспето от маслини беше добавено към диетата, съдържанието на протеини и въглехидрати в брашнените червеи съвпада с това на мократа диета, докато съдържанието на мазнини остава непроменено35. За разлика от това, други проучвания показват, че протеиновото съдържание на ларвите, отглеждани в странични потоци, претърпява фундаментални промени, както и съдържанието на мазнини 22,37.
Ферментиралият корен от цикория значително повишава съдържанието на пепел в ларвите на брашнен червей (Таблица 1). Изследванията върху ефектите на страничните продукти върху пепелта и минералния състав на ларвите на червеите са ограничени. Повечето проучвания за хранене на странични продукти са фокусирани върху съдържанието на мазнини и протеини в ларвите, без да се анализира съдържанието на пепел21,35,36,38,39. Въпреки това, когато се анализира съдържанието на пепел в ларви, хранени със странични продукти, се установява увеличение на съдържанието на пепел. Например, храненето на брашнени червеи с градински отпадъци повишава тяхното съдържание на пепел от 3,01% на 5,30%, а добавянето на отпадъци от диня към диетата повишава съдържанието на пепел от 1,87% на 4,40%.
Въпреки че всички източници на мокра храна варират значително в техния приблизителен състав (Таблица 1), разликите в състава на биомасата на ларвите на брашнен червей, хранени със съответните източници на мокра храна, са незначителни. Само ларвите на брашнен червей, хранени с парчета картофи или ферментирал корен от цикория, показват значителни промени. Едно възможно обяснение за този резултат е, че в допълнение към корените на цикорията, парчетата картофи също са частично ферментирали (рН 4,7, таблица 1), което прави нишестето/въглехидратите по-смилаеми/достъпни за ларвите на червеите. Как ларвите на брашнените червеи синтезират липиди от хранителни вещества като въглехидрати е от голям интерес и трябва да бъде напълно проучено в бъдещи проучвания. Предишно проучване върху ефекта на рН на мократа диета върху растежа на ларвите на брашнен червей заключава, че не са наблюдавани значителни разлики при използване на агарови блокове с мокри диети в диапазон на рН от 3 до 9. Това показва, че ферментирали мокри диети могат да се използват за култивиране на Tenebrio molitor53 . Подобно на Coudron et al.53, контролните експерименти са използвали агарови блокове в предоставените мокри диети, тъй като са имали дефицит на минерали и хранителни вещества. Тяхното проучване не изследва ефекта от по-разнообразни в хранително отношение източници на мокра диета като зеленчуци или картофи върху подобряването на смилаемостта или бионаличността. Необходими са по-нататъшни проучвания върху ефектите от ферментацията на източници на мокра диета върху ларвите на червеите, за да се проучи по-нататък тази теория.
Минералното разпределение на контролната биомаса на брашнен червей, открито в това проучване (Таблици 2 и 3), е сравнимо с набора от макро- и микроелементи, открити в литературата48,54,55. Осигуряването на брашнените червеи с ферментирал корен от цикория като източник на мокра диета увеличава максимално минералното им съдържание. Въпреки че повечето макро- и микроелементи са по-високи в зеленчуковите смеси и градинските листа (Таблици 2 и 3), те не повлияват съдържанието на минерали в биомасата на брашнен червей в същата степен, както ферментиралите корени от цикория. Едно възможно обяснение е, че хранителните вещества в алкалните градински листа са по-малко бионалични от тези в другите, по-киселинни мокри диети (Таблица 1). Предишни проучвания хранеха ларви на брашнен червей с ферментирала оризова слама и установиха, че те се развиват добре в този страничен поток и също така показаха, че предварителната обработка на субстрата чрез ферментация предизвиква усвояване на хранителни вещества. 56 Използването на ферментирали корени от цикория повишава съдържанието на Ca, Fe и Mn в биомасата на брашнен червей. Въпреки че този страничен поток също съдържа по-високи концентрации на други минерали (P, Mg, K, Na, Zn и Cu), тези минерали не са значително по-изобилни в биомасата на брашнен червей в сравнение с контролата, което показва селективност на усвояването на минерали. Увеличаването на съдържанието на тези минерали в биомасата от брашнен червей има хранителна стойност за хранителни и фуражни цели. Калцият е основен минерал, който играе жизненоважна роля в нервно-мускулната функция и много ензимно-медиирани процеси като съсирване на кръвта, образуване на кости и зъби. 57,58 Дефицитът на желязо е често срещан проблем в развиващите се страни, като децата, жените и възрастните хора често не получават достатъчно желязо от диетата си. 54 Въпреки че манганът е основен елемент в човешката диета и играе централна роля във функционирането на много ензими, прекомерният му прием може да бъде токсичен. По-високите нива на манган в брашнените червеи, хранени с ферментирал корен от цикория, не предизвикват безпокойство и са сравними с тези при пилета. 59
Концентрациите на тежки метали, открити в страничния поток, са под европейските стандарти за пълноценна храна за животни. Анализът на тежки метали на ларвите на брашнен червей показва, че нивата на Pb и Cr са значително по-високи в брашнените червеи, хранени с ферментирал корен от цикория, отколкото в контролната група и други субстрати (Таблица 4). Корените на цикорията растат в почвата и е известно, че абсорбират тежки метали, докато другите странични потоци произхождат от контролирано производство на човешка храна. Брашнените червеи, хранени с ферментирал корен от цикория, също съдържат по-високи нива на Pb и Cr (Таблица 4). Изчислените коефициенти на биоакумулация (BAF) бяха 2,66 за Pb и 1,14 за Cr, т.е. по-големи от 1, което показва, че брашнестите червеи имат способността да натрупват тежки метали. По отношение на Pb, ЕС определя максимално съдържание на Pb от 0,10 mg на килограм прясно месо за консумация от човека61. При нашата оценка на експериментални данни максималната концентрация на Pb, открита във ферментирали червеи от корен от цикория, е 0,11 mg/100 g DM. Когато стойността беше преобразувана в съдържание на сухо вещество от 30,8% за тези червеи, съдържанието на Pb беше 0,034 mg/kg прясно вещество, което беше под максималното ниво от 0,10 mg/kg. В европейските разпоредби за храните не е посочено максимално съдържание на Cr. Cr се среща често в околната среда, хранителните продукти и хранителните добавки и е известно, че е основно хранително вещество за хората в малки количества62,63,64. Тези анализи (Таблица 4) показват, че ларвите на T. molitor могат да натрупват тежки метали, когато в храната присъстват тежки метали. Въпреки това нивата на тежки метали, открити в биомасата на брашнен червей в това проучване, се считат за безопасни за консумация от човека. Препоръчва се редовно и внимателно наблюдение, когато се използват странични потоци, които могат да съдържат тежки метали, като мокър източник на храна за T. molitor.
Най-разпространените мастни киселини в общата биомаса на ларвите на T. molitor са палмитинова киселина (C16:0), олеинова киселина (C18:1) и линолова киселина (C18:2) (Таблица 5), което е в съответствие с предишни проучвания на T. molitor. Резултатите от спектъра на мастните киселини са последователни36,46,50,65. Профилът на мастните киселини на T. molitor обикновено се състои от пет основни компонента: олеинова киселина (C18:1), палмитинова киселина (C16:0), линолова киселина (C18:2), миристинова киселина (C14:0) и стеаринова киселина (С18:0). Съобщава се, че олеиновата киселина е най-разпространената мастна киселина (30–60%) в ларвите на брашнен червей, следвана от палмитинова киселина и линолова киселина22,35,38,39. Предишни проучвания показват, че този профил на мастни киселини се влияе от диетата на ларвите на брашнен червей, но разликите не следват същите тенденции като диетата38. В сравнение с други профили на мастни киселини, съотношението C18:1–C18:2 в картофените обелки е обърнато. Подобни резултати са получени за промени в профила на мастни киселини на брашнени червеи, хранени с картофени обелки на пара36. Тези резултати показват, че въпреки че мастнокиселинният профил на маслото от брашнен червей може да бъде променен, то все още остава богат източник на ненаситени мастни киселини.
Целта на това проучване беше да се оцени ефектът от използването на четири различни потока от агро-промишлени биоотпадъци като мокър фураж върху състава на червеите. Въздействието се оценява въз основа на хранителната стойност на ларвите. Резултатите показват, че страничните продукти са успешно превърнати в богата на протеини биомаса (съдържание на протеини 40,7-52,3%), която може да се използва като източник на храна и фураж. Освен това проучването показа, че използването на вторичните продукти като мокър фураж влияе върху хранителната стойност на биомасата от брашнен червей. По-специално, осигуряването на ларвите с висока концентрация на въглехидрати (напр. разфасовки от картофи) увеличава тяхното съдържание на мазнини и променя техния състав на мастни киселини: по-ниско съдържание на полиненаситени мастни киселини и по-високо съдържание на наситени и мононенаситени мастни киселини, но не и концентрации на ненаситени мастни киселини . Все още доминират мастните киселини (мононенаситени + полиненаситени). Проучването също така показа, че брашнените червеи селективно натрупват калций, желязо и манган от странични потоци, богати на киселинни минерали. Бионаличността на минералите изглежда играе важна роля и са необходими допълнителни изследвания, за да се разбере напълно това. Тежките метали, присъстващи в страничните потоци, могат да се натрупат в червеите. Въпреки това, крайните концентрации на Pb, Cd и Cr в биомасата на ларвите са под приемливите нива, което позволява тези странични потоци да бъдат безопасно използвани като източник на мокър фураж.
Ларвите на брашнен червей бяха отгледани от Radius (Giel, Белгия) и Inagro (Rumbeke-Beitem, Белгия) в Университета за приложни науки Thomas More при 27 °C и 60% относителна влажност. Плътността на брашнестите червеи, отглеждани в аквариум с размери 60 x 40 cm, е 4,17 червеи/cm2 (10 000 брашнени червеи). Ларвите първоначално бяха хранени с 2,1 kg пшенични трици като суха храна на резервоар за отглеждане и след това бяха допълнени, ако е необходимо. Агарните блокове бяха използвани като контролна обработка на мокра храна. От седмица 4 страничните потоци (също източник на влага) се хранят като мокра храна вместо агар ad libitum. Процентът на сухото вещество за всяка странична струя беше предварително определен и записан, за да се осигурят равни количества влага за всички насекоми при различните обработки. Храната се разпределя равномерно в терариума. Ларвите се събират, когато се появят първите какавиди в опитната група. Събирането на ларви се извършва с помощта на механичен шейкър с диаметър 2 mm. С изключение на експеримента с картофени кубчета. Големи порции сушени картофи, нарязани на кубчета, също се отделят, като се позволи на ларвите да пропълзят през това сито и се събират в метална тава. Общото тегло на реколтата се определя чрез претегляне на общото тегло на реколтата. Преживяемостта се изчислява чрез разделяне на общото тегло на реколтата на теглото на ларвите. Теглото на ларвите се определя, като се изберат поне 100 ларви и общото им тегло се раздели на броя. Събраните ларви се оставят на глад в продължение на 24 часа, за да се изпразнят червата им преди анализ. Накрая ларвите се пресяват отново, за да се отделят от остатъка. Те се подлагат на етаназиране чрез замразяване и се съхраняват при -18°C до анализа.
Сухият фураж беше пшенични трици (белгийски Molens Joye). Пшеничните трици се пресяват предварително до размер на частиците под 2 mm. В допълнение към сух фураж, ларвите на брашнените червеи също се нуждаят от мокър фураж за поддържане на влага и минерални добавки, необходими на брашнените червеи. Мокрият фураж съставлява повече от половината от общия фураж (сух фураж + мокър фураж). В нашите експерименти агар (Brouwland, Белгия, 25 g/l) беше използван като контролен мокър фураж45. Както е показано на Фигура 1, четири селскостопански странични продукта с различно съдържание на хранителни вещества бяха тествани като мокър фураж за ларви на брашнен червей. Тези вторични продукти включват (a) листа от отглеждане на краставици (Inagro, Белгия), (b) обрезки от картофи (Duigny, Белгия), (c) ферментирали корени от цикория (Inagro, Белгия) и (d) непродадени плодове и зеленчуци от търгове . (Белорта, Белгия). Страничната струя се нарязва на парчета, подходящи за използване като мокра храна за брашнени червеи.
Странични селскостопански продукти като мокър фураж за червеи; (а) градински листа от отглеждане на краставици, (б) изрезки от картофи, (в) корени от цикория, (г) непродадени зеленчуци на търг и (д) блокчета агар. Като контроли.
Съставът на фуража и ларвите на брашнен червей се определят три пъти (n = 3). Бяха оценени бърз анализ, минерален състав, съдържание на тежки метали и състав на мастни киселини. Хомогенизирана проба от 250 g се взема от събраните и изгладнели ларви, изсушава се при 60°C до постоянно тегло, смила се (IKA, Tube mill 100) и се пресява през 1 mm сито. Изсушените проби се затварят в тъмни контейнери.
Съдържанието на сухо вещество (DM) се определя чрез сушене на пробите в пещ при 105°C в продължение на 24 часа (Memmert, UF110). Процентът сухо вещество се изчислява въз основа на загубата на тегло на пробата.
Суровото съдържание на пепел (CA) се определя от загубата на маса след изгаряне в муфелна пещ (Nabertherm, L9/11/SKM) при 550°C в продължение на 4 часа.
Екстракцията със съдържание на сурова мазнина или диетилов етер (EE) се извършва с петролев етер (т.к. 40–60 °C), като се използва оборудване за екстракция на Soxhlet. Приблизително 10 g проба се поставят в екстракционната глава и се покриват с керамична вата, за да се предотврати загуба на проба. Пробите се екстрахират една нощ със 150 ml петролев етер. Екстрактът се охлажда, органичният разтворител се отстранява и се възстановява чрез ротационно изпаряване (Büchi, R-300) при 300 mbar и 50 °C. Суровите липидни или етерни екстракти се охлаждат и претеглят на аналитична везна.
Съдържанието на суров протеин (CP) се определя чрез анализиране на азота, присъстващ в пробата, като се използва методът на Kjeldahl BN EN ISO 5983-1 (2005). Използвайте подходящите фактори N до P, за да изчислите съдържанието на протеин. За стандартен сух фураж (пшенични трици) използвайте общ коефициент 6,25. За страничен поток се използва коефициент 4,2366, а за зеленчукови смеси се използва коефициент 4,3967. Съдържанието на суров протеин в ларвите се изчислява, като се използва фактор N към P от 5,3351.
Съдържанието на влакна включва определяне на неутрални детергентни влакна (NDF) въз основа на протокола за екстракция на Gerhardt (ръчен анализ на влакната в торби, Gerhardt, Германия) и метода van Soest 68. За определяне на NDF проба от 1 g се поставя в специална фиброва торба (Gerhardt, ADF/NDF торба) със стъклена облицовка. Влакнестите торби, пълни с проби, първо се обезмасляват с петролев етер (точка на кипене 40–60 ° C) и след това се сушат при стайна температура. Обезмаслената проба се екстрахира с разтвор на детергент с неутрални влакна, съдържащ термостабилна а-амилаза при температура на кипене в продължение на 1, 5 часа. След това пробите се промиват три пъти с вряща дейонизирана вода и се сушат при 105 ° C за една нощ. Торбите от сухи влакна (съдържащи остатъци от влакна) се претеглят с помощта на аналитична везна (Sartorius, P224-1S) и след това се изгарят в муфелна пещ (Nabertherm, L9/11/SKM) при 550°C в продължение на 4 часа. Пепелта се претегля отново и съдържанието на влакна се изчислява въз основа на загубата на тегло между сушенето и изгарянето на пробата.
За да определим съдържанието на хитин в ларвите, ние използвахме модифициран протокол, базиран на анализа на суровите влакна от van Soest 68 . Проба от 1 g се поставя в специална фиброва торбичка (Gerhardt, CF Bag) и се затваря стъклено. Пробите бяха опаковани във влакнести торби, обезмаслени в петролев етер (около 40–60 °C) и изсушени на въздух. Обезмаслената проба първо се екстрахира с кисел разтвор на 0,13 М сярна киселина при температура на кипене в продължение на 30 минути. Торбата от екстракционни влакна, съдържаща пробата, се промива три пъти с вряща дейонизирана вода и след това се екстрахира с 0, 23 М разтвор на калиев хидроксид в продължение на 2 часа. Торбата от екстракционни влакна, съдържаща пробата, отново се изплаква три пъти с вряща дейонизирана вода и се суши при 105°C за една нощ. Сухата торба, съдържаща остатъците от влакна, се претегля на аналитична везна и се изгаря в муфелна пещ при 550°C в продължение на 4 часа. Пепелта беше претеглена и съдържанието на фибри беше изчислено въз основа на загубата на тегло на изгорената проба.
Изчислява се общото съдържание на въглехидрати. Концентрацията на невлакнести въглехидрати (NFC) във фуража се изчислява с помощта на NDF анализ, а концентрацията на насекоми се изчислява с помощта на анализ на хитин.
pH на матрицата се определя след екстракция с дейонизирана вода (1:5 v/v) съгласно NBN EN 15933.
Пробите се приготвят, както е описано от Broeckx et al. Минералните профили бяха определени с помощта на ICP-OES (Optima 4300™ DV ICP-OES, Perkin Elmer, MA, USA).
Тежките метали Cd, Cr и Pb бяха анализирани чрез атомно-абсорбционна спектрометрия в графитна пещ (AAS) (Thermo Scientific, серия ICE 3000, оборудвана с автоматичен пробоотборник GFS). Около 200 mg от пробата се смила в кисела HNO3/HCl (1:3 обем/обем) с помощта на микровълни (CEM, MARS 5). Микровълново смилане се извършва при 190°C за 25 минути при 600 W. Разрежда се екстрактът с ултрачиста вода.
Мастните киселини се определят чрез GC-MS (Agilent Technologies, 7820A GC система с 5977 E MSD детектор). Съгласно метода на Джоузеф и Акман70, 20% разтвор на BF3/MeOH се добавя към метанолов разтвор на КОН и метилов естер на мастна киселина (FAME) се получава от етерния екстракт след естерификация. Мастните киселини могат да бъдат идентифицирани чрез сравняване на техните времена на задържане с 37 стандарта за смес от FAME (Chemical Lab) или чрез сравняване на техните MS спектри с онлайн библиотеки като базата данни на NIST. Качественият анализ се извършва чрез изчисляване на площта на пика като процент от общата площ на пика на хроматограмата.
Анализът на данните беше извършен с помощта на софтуер JMP Pro 15.1.1 от SAS (Buckinghamshire, UK). Оценката беше извършена с помощта на еднопосочен анализ на дисперсията с ниво на значимост 0,05 и HSD на Tukey като post hoc тест.
Коефициентът на бионатрупване (BAF) се изчислява чрез разделяне на концентрацията на тежки метали в биомасата на ларвите на брашнен червей (DM) на концентрацията във мокрия фураж (DM) 43 . BAF, по-голям от 1, показва, че тежките метали се биоакумулират от мокър фураж в ларвите.
Наборите от данни, генерирани и/или анализирани по време на настоящото проучване, са достъпни от съответния автор при разумно искане.
Департамент на ООН по икономически и социални въпроси, отдел „Население“. Перспективи за световното население 2019: Акценти (ST/ESA/SER.A/423) (2019).
Коул, MB, Августин, Масачузетс, Робъртсън, MJ и Manners, JM, Наука за безопасността на храните. NPJ Sci. Храна 2018, 2. https://doi.org/10.1038/s41538-018-0021-9 (2018).
Време на публикуване: 25 декември 2024 г