Gràcies per visitar Nature.com. La versió del navegador que utilitzeu té un suport CSS limitat. Per obtenir els millors resultats, us recomanem que utilitzeu un navegador més nou (o desactiveu el mode de compatibilitat a Internet Explorer). Mentrestant, per garantir un suport continuat, mostrarem el lloc sense estils ni JavaScript.
La mosca soldada negra (Hermetia illucens, L. 1758) és un insecte detritívor omnívor amb un alt potencial per utilitzar subproductes orgànics rics en carbohidrats. Entre els hidrats de carboni, les mosques soldats negres depenen dels sucres solubles per al creixement i la síntesi de lípids. L'objectiu d'aquest estudi era avaluar els efectes dels sucres solubles comuns sobre el desenvolupament, la supervivència i el perfil d'àcids grassos de les mosques soldats negres. Complementeu l'alimentació de pollastre amb monosacàrids i disacàrids per separat. La cel·lulosa es va utilitzar com a control. Les larves alimentades amb glucosa, fructosa, sacarosa i maltosa van créixer més ràpidament que les larves control. En canvi, la lactosa va tenir un efecte antinutricional sobre les larves, alentint el creixement i reduint el pes corporal final individual. Tanmateix, tots els sucres solubles van engreixar les larves que les alimentades amb la dieta de control. En particular, els sucres provats van donar forma al perfil d'àcids grassos. La maltosa i la sacarosa van augmentar el contingut d'àcids grassos saturats en comparació amb la cel·lulosa. En canvi, la lactosa va augmentar la bioacumulació d'àcids grassos insaturats en la dieta. Aquest estudi és el primer que demostra l'efecte del sucre soluble sobre la composició d'àcids grassos de les larves de mosca soldat negre. Els nostres resultats indiquen que els hidrats de carboni provats tenen un efecte significatiu en la composició d'àcids grassos de les larves de mosca soldat negre i, per tant, poden determinar la seva aplicació final.
La demanda mundial d'energia i proteïnes animals continua augmentant1. En el context de l'escalfament global, és imprescindible trobar alternatives més ecològiques a l'energia fòssil i als mètodes tradicionals de producció d'aliments alhora que augmenta la producció. Els insectes són candidats prometedors per abordar aquests problemes a causa de la seva menor composició química i impacte ambiental en comparació amb la ramaderia tradicional2. Entre els insectes, un excel·lent candidat per abordar aquests problemes és la mosca soldat negre (BSF), Hermetia illucens (L. 1758), una espècie detritívora capaç d'alimentar-se de diversos substrats orgànics3. Per tant, la valorització d'aquests substrats mitjançant la cria de BSF podria crear una nova font de matèries primeres per satisfer les necessitats de diverses indústries.
Les larves de BSF (BSFL) poden alimentar-se de subproductes agrícoles i agroindustrials com ara gra de cervesa, residus vegetals, polpa de fruita i pa ranci, que són especialment adequats per al creixement de BSFL a causa del seu alt contingut en carbohidrats (CH)4,5, 6 contingut. La producció a gran escala de BSFL dóna com a resultat la formació de dos productes: femta, una barreja de residus de substrat i femta que es pot utilitzar com a fertilitzant per al cultiu de plantes7, i larves, que es componen principalment de proteïnes, lípids i quitina. Les proteïnes i els lípids s'utilitzen principalment en ramaderia, biocombustible i cosmètica8,9. Pel que fa a la quitina, aquest biopolímer troba aplicacions en el sector agroalimentari, biotecnològic i sanitari10.
BSF és un insecte holometàbolo autògen, el que significa que la seva metamorfosi i reproducció, especialment les etapes que consumeixen energia del cicle vital de l'insecte, es poden recolzar completament per les reserves de nutrients generades durant el creixement larvari11. Més concretament, la síntesi de proteïnes i lípids condueix al desenvolupament del cos de greix, un important òrgan d'emmagatzematge que allibera energia durant les fases de no alimentació de la BSF: prepupa (és a dir, l'etapa larvària final durant la qual les larves de BSF es tornen negres mentre s'alimenten i busquen). per a un entorn adequat per a la metamorfosi), pupes (és a dir, l'etapa immòbil durant la qual l'insecte experimenta la metamorfosi) i adults12,13. El CH és la principal font d'energia de la dieta de BSF14. Entre aquests nutrients, el CH fibrós com l'hemicel·lulosa, la cel·lulosa i la lignina, a diferència dels disacàrids i polisacàrids (com el midó), no pot ser digerit per BSFL15,16. La digestió del CH és un pas preliminar important per a l'absorció dels hidrats de carboni, que finalment s'hidrolitzen a sucres simples a l'intestí16. Els sucres simples poden ser absorbits (és a dir, a través de la membrana peritròfica intestinal) i metabolitzats per produir energia17. Com s'ha esmentat anteriorment, les larves emmagatzemen l'excés d'energia com a lípids al cos gras12,18. Els lípids d'emmagatzematge consisteixen en triglicèrids (lípids neutres formats a partir d'una molècula de glicerol i tres àcids grassos) sintetitzats per les larves a partir de sucres simples de la dieta. Aquests CH proporcionen els substrats d'acetil-CoA necessaris per a la biosíntesi d'àcids grassos (FA) mitjançant les vies de la sintasa dels àcids grassos i la tioesterasa19. El perfil d'àcids grassos dels lípids de H. illucens està dominat de manera natural pels àcids grassos saturats (SFA) amb una alta proporció d'àcid làuric (C12:0)19,20. Per tant, l'alt contingut en lípids i la composició d'àcids grassos s'estan convertint ràpidament en factors limitants per a l'ús de larves senceres en l'alimentació animal, especialment en l'aqüicultura on es necessiten àcids grassos poliinsaturats (PUFA)21.
Des del descobriment del potencial del BSFL per reduir els residus orgànics, els estudis sobre el valor de diversos subproductes han demostrat que la composició del BSFL està en part regulada per la seva dieta. Actualment, la regulació del perfil FA de H. illucens continua millorant. La capacitat del BSFL per bioacumular PUFA s'ha demostrat en substrats rics en PUFA, com ara algues, residus de peixos o menjars com ara la llinosa, que proporciona un perfil de FA de més qualitat per a la nutrició animal19,22,23. En canvi, per als subproductes que no estan enriquits en PUFA, no sempre hi ha una correlació entre els perfils de FA dietètics i els FA larvaris, cosa que indica la influència d'altres nutrients24,25. De fet, l'efecte del CH digerible sobre els perfils de FA continua sent poc conegut i poc investigat24,25,26,27.
Segons el que sabem, tot i que els monosacàrids i disacàrids totals són abundants a la dieta d'H. illucens, el seu paper nutricional continua sent poc conegut en la nutrició de H. illucens. L'objectiu d'aquest estudi era dilucidar els seus efectes sobre la nutrició de BSFL i la composició lipídica. Avaluarem el creixement, la supervivència i la productivitat de les larves en diferents condicions nutricionals. A continuació, descriurem el contingut de lípids i el perfil d'àcids grassos de cada dieta per destacar els efectes del CH sobre la qualitat nutricional de BSFL.
Vam plantejar la hipòtesi que la naturalesa del CH provat afectaria (1) el creixement larvari, (2) els nivells totals de lípids i (3) modularia el perfil FA. Els monosacàrids es poden absorbir directament, mentre que els disacàrids s'han d'hidrolitzar. Per tant, els monosacàrids estan més disponibles com a fonts d'energia directes o precursors de la lipogènesi a través de les vies de la FA sintasa i la tioesterasa, millorant així el creixement larvari de H. illucens i afavorint l'acumulació de lípids de reserva (especialment àcid làuric).
El CH provat va afectar el pes corporal mitjà de les larves durant el creixement (Fig. 1). FRU, GLU, SUC i MAL van augmentar el pes corporal de larva de manera similar a la dieta de control (CEL). En canvi, LAC i GAL semblaven retardar el desenvolupament larvari. En particular, el LAC va tenir un efecte negatiu significatiu sobre el creixement larvari en comparació amb el SUC durant tot el període de creixement: 9,16 ± 1,10 mg versus 15,00 ± 1,01 mg el dia 3 (F6,21 = 12,77, p <0,001; Fig. 1), 125,11 ± 4. mg i 211,79 ± 14,93 mg, respectivament, el dia 17 (F6,21 = 38,57, p <0,001; Fig. 1).
Utilitzant diferents monosacàrids (fructosa (FRU), galactosa (GAL), glucosa (GLU)), disacàrids (lactosa (LAC), maltosa (MAL), sacarosa (SUC)) i cel·lulosa (CEL) com a controls. Creixement de larves alimentades amb larves de mosca soldat negre. Cada punt de la corba representa el pes individual mitjà (mg) calculat pesant 20 larves seleccionades aleatòriament d'una població de 100 larves (n = 4). Les barres d'error representen SD.
La dieta CEL va proporcionar una supervivència larvària excel·lent del 95,5 ± 3,8%. A més, es va reduir la supervivència de les dietes alimentades amb H. illucens que contenien CH soluble (GLM: χ = 107,13, df = 21, p <0,001), causada per MAL i SUC (disacàrids) en el CH estudiat. La mortalitat va ser inferior a la de GLU, FRU, GAL (monosacàrid) i LAC (EMM: p <0,001, figura 2).
Boxplot de supervivència de larves de mosca soldat negre tractades amb diversos monosacàrids (fructosa, galactosa, glucosa), disacàrids (lactosa, maltosa, sacarosa) i cel·lulosa com a controls. Els tractaments amb la mateixa lletra no són significativament diferents entre si (EMM, p > 0,05).
Totes les dietes provades van permetre que les larves arribessin a l'etapa prepupal. Tanmateix, els CHs provats van tendir a allargar el desenvolupament larvari (F6,21=9,60, p<0,001; Taula 1). En particular, les larves alimentades amb GAL i LAC van trigar més a arribar a l'etapa prepupal en comparació amb les larves criades amb CEL (CEL-GAL: p<0,001; CEL-LAC: p<0,001; Taula 1).
El CH provat també va tenir diferents efectes sobre el pes corporal de larves, amb el pes corporal de les larves alimentades amb la dieta CEL arribant a 180,19 ± 11,35 mg (F6,21 = 16,86, p <0,001; Fig. 3). FRU, GLU, MAL i SUC van donar lloc a un pes corporal final mitjà de larva de més de 200 mg, que va ser significativament superior al de CEL (p <0, 05). En canvi, les larves alimentades amb GAL i LAC tenien pes corporals més baixos, amb una mitjana de 177,64 ± 4,23 mg i 156,30 ± 2,59 mg, respectivament (p <0,05). Aquest efecte va ser més pronunciat amb LAC, on el pes corporal final va ser més baix que amb la dieta control (CEL-LAC: diferència = 23,89 mg; p = 0,03; Figura 3).
El pes final mitjà de les larves individuals expressat com a taques larvàries (mg) i les mosques soldats negres expressades com a histograma (g) alimentades amb diferents monosacàrids (fructosa, galactosa, glucosa), disacàrids (lactosa, maltosa, sacarosa) i cel·lulosa (com a control). Les lletres en columna representen grups significativament diferents en el pes total de larva (p <0,001). Les lletres associades a taques larvàries representen grups amb pesos larvaris individuals significativament diferents (p <0,001). Les barres d'error representen SD.
El pes màxim individual era independent del pes màxim final de la colònia larvària. De fet, les dietes que contenien FRU, GLU, MAL i SUC no van augmentar el pes total de larva produït al tanc en comparació amb CEL (Figura 3). Tanmateix, LAC va disminuir significativament el pes total (CEL-LAC: diferència = 9,14 g; p <0,001; Figura 3).
La taula 1 mostra el rendiment (larves/dia). Curiosament, els rendiments òptims de CEL, MAL i SUC eren similars (taula 1). En canvi, FRU, GAL, GLU i LAC van reduir el rendiment en comparació amb CEL (taula 1). GAL i LAC van tenir el pitjor rendiment: el rendiment es va reduir a la meitat fins a només 0,51 ± 0,09 g de larves/dia i 0,48 ± 0,06 g de larves/dia, respectivament (taula 1).
Els monosacàrids i els disacàrids van augmentar el contingut de lípids de les larves de CF (taula 1). Amb la dieta CLE, es van obtenir larves amb un contingut en lípids del 23,19 ± 0,70% del contingut de MS. Per comparació, el contingut mitjà de lípids a les larves alimentades amb sucre soluble va ser superior al 30% (taula 1). Tanmateix, els CHs provats van augmentar el seu contingut de greix en la mateixa mesura.
Com era d'esperar, els subjectes CG van afectar el perfil FA de les larves en diferents graus (Fig. 4). El contingut de SFA era alt en totes les dietes i arribava a més del 60%. MAL i SUC van desequilibrar el perfil FA, la qual cosa va provocar un augment del contingut de SFA. En el cas del MAL, d'una banda, aquest desequilibri va comportar predominantment una disminució del contingut d'àcids grassos monoinsaturats (MUFA) (F6,21 = 7,47; p < 0,001; Fig. 4). En canvi, per al SUC, la disminució va ser més uniforme entre MUFA i PUFA. LAC i MAL van tenir efectes oposats en l'espectre FA (SFA: F6,21 = 8,74; p <0,001; MUFA: F6,21 = 7,47; p <0,001; PUFA: χ2 = 19,60; Df = 6; p <0,001; figura; 4). La menor proporció de SFA a les larves alimentades amb LAC sembla augmentar el contingut de MUFA. En particular, els nivells de MUFA eren més alts a les larves alimentades amb LAC en comparació amb altres sucres solubles, excepte GAL (F6,21 = 7,47; p <0,001; Figura 4).
Utilitzant diferents monosacàrids (fructosa (FRU), galactosa (GAL), glucosa (GLU)), disacàrids (lactosa (LAC), maltosa (MAL), sacarosa (SUC)) i cel·lulosa (CEL) com a controls, diagrama de caixa d'àcids grassos composició alimentada a larves de mosca soldat negre. Els resultats s'expressen com a percentatge del FAME total. Els tractaments marcats amb lletres diferents són significativament diferents (p < 0,001). (a) Proporció d'àcids grassos saturats; (b) Àcids grassos monoinsaturats; (c) Àcids grassos poliinsaturats.
Entre els àcids grassos identificats, l'àcid làuric (C12:0) va ser dominant en tots els espectres observats (més del 40%). Altres SFA presents eren l'àcid palmític (C16:0) (menys del 10%), l'àcid esteàric (C18:0) (menys del 2,5%) i l'àcid capric (C10:0) (menys de l'1,5%). Els MUFA estaven representats principalment per àcid oleic (C18: 1n9) (menys del 9,5%), mentre que els PUFA estaven compostos principalment per àcid linoleic (C18: 2n6) (menys del 13,0%) (vegeu la taula complementària S1). A més, no es va poder identificar una petita proporció de compostos, especialment en els espectres de les larves CEL, on el compost número 9 no identificat (UND9) representava una mitjana del 2,46 ± 0,52% (vegeu la taula complementària S1). L'anàlisi GC × GC-FID va suggerir que podria ser un àcid gras de 20 carbonis amb cinc o sis dobles enllaços (vegeu la figura suplementària S5).
L'anàlisi PERMANOVA va revelar tres grups diferents basats en els perfils d'àcids grassos (F6,21 = 7,79, p <0,001; Figura 5). L'anàlisi de components principals (PCA) de l'espectre TBC ho il·lustra i s'explica per dos components (figura 5). Els components principals van explicar el 57,9% de la variància i van incloure, per ordre d'importància, àcid làuric (C12:0), àcid oleic (C18:1n9), àcid palmític (C16:0), àcid esteàric (C18:0) i àcid linolènic (C18:3n3) (vegeu la figura S4). El segon component explicava el 26,3% de la variància i incloïa, per ordre d'importància, l'àcid decanoic (C10:0) i l'àcid linoleic (C18:2n6 cis) (vegeu la figura suplementària S4). Els perfils de dietes que contenen sucres simples (FRU, GAL i GLU) van mostrar característiques similars. En canvi, els disacàrids van donar diferents perfils: MAL i SUC d'una banda i LAC de l'altra. En particular, MAL va ser l'únic sucre que va canviar el perfil FA en comparació amb CEL. A més, el perfil MAL era significativament diferent dels perfils FRU i GLU. En particular, el perfil MAL va mostrar la proporció més alta de C12:0 (54,59 ± 2,17%), fent-lo comparable al CEL (43,10 ± 5,01%), LAC (43,35 ± 1,31%), FRU (48,90 ± 1,97%) i Perfils GLU (48,38 ± 2,17%) (vegeu la taula complementària S1). L'espectre MAL també va mostrar el contingut C18:1n9 més baix (9,52 ± 0,50%), cosa que el va diferenciar encara més dels espectres LAC (12,86 ± 0,52%) i CEL (12,40 ± 1,31%). Es va observar una tendència similar per a C16:0. En el segon component, l'espectre LAC va mostrar el contingut més alt de C18:2n6 (17,22 ± 0,46%), mentre que MAL va mostrar el més baix (12,58 ± 0,67%). C18: 2n6 també va diferenciar LAC del control (CEL), que mostrava nivells més baixos (13,41 ± 2,48%) (vegeu la taula complementària S1).
Gràfic PCA del perfil d'àcids grassos de larves de mosca soldat negre amb diferents monosacàrids (fructosa, galactosa, glucosa), disacàrids (lactosa, maltosa, sacarosa) i cel·lulosa com a control.
Per estudiar els efectes nutricionals dels sucres solubles sobre les larves de H. illucens, la cel·lulosa (CEL) en l'alimentació de pollastres es va substituir per glucosa (GLU), fructosa (FRU), galactosa (GAL), maltosa (MAL), sacarosa (SUC) i lactosa (LAC). Tanmateix, els monosacàrids i els disacàrids van tenir efectes diferents sobre el desenvolupament, la supervivència i la composició de les larves d'HF. Per exemple, GLU, FRU i les seves formes disacàrids (MAL i SUC) van exercir efectes de suport positius sobre el creixement de larves, cosa que els va permetre aconseguir pes corporals finals més elevats que CEL. A diferència de CEL, GLU, FRU i SUC no digeribles poden evitar la barrera intestinal i servir com a fonts de nutrients importants en dietes formulades16,28. El MAL no té transportadors animals específics i es creu que s'hi hidrolitza a dues molècules de glucosa abans de l'assimilació15. Aquestes molècules s'emmagatzemen al cos de l'insecte com a font d'energia directa o com a lípids18. En primer lloc, pel que fa a aquest últim, algunes de les diferències intramodals observades poden ser degudes a petites diferències en les proporcions de sexes. De fet, a H. illucens, la reproducció pot ser totalment espontània: les femelles adultes tenen naturalment suficients reserves per a la posta d'ous i són més pesades que els mascles29. Tanmateix, l'acumulació de lípids a BSFL es correlaciona amb la ingesta de CH2 soluble en la dieta, tal com s'ha observat anteriorment per a GLU i xilosa26,30. Per exemple, Li et al.30 van observar que quan es va afegir un 8% de GLU a la dieta de larves, el contingut de lípids de les larves de BSF va augmentar un 7,78% en comparació amb els controls. Els nostres resultats són coherents amb aquestes observacions, que mostren que el contingut de greix de les larves alimentades amb sucre soluble era superior al de les larves alimentades amb la dieta CEL, en comparació amb un augment del 8,57% amb la suplementació de GLU. Sorprenentment, es van observar resultats similars en larves alimentades amb GAL i LAC, malgrat els efectes adversos sobre el creixement de larves, el pes corporal final i la supervivència. Les larves alimentades amb LAC eren significativament més petites que les alimentades amb la dieta CEL, però el seu contingut de greix era comparable al de les larves alimentades amb els altres sucres solubles. Aquests resultats posen de manifest els efectes antinutricionals de la lactosa sobre BSFL. En primer lloc, la dieta conté una gran quantitat de CH. Els sistemes d'absorció i hidròlisi de monosacàrids i disacàrids, respectivament, poden arribar a la saturació, provocant colls d'ampolla en el procés d'assimilació. Pel que fa a la hidròlisi, és realitzada per α- i β-glucosidases 31 . Aquests enzims tenen substrats preferits en funció de la seva mida i dels enllaços químics (enllaços α o β) entre els seus monosacàrids constituents 15 . La hidròlisi de LAC a GLU i GAL es realitza mitjançant la β-galactosidasa, un enzim l'activitat del qual s'ha demostrat a l'intestí de BSF 32 . Tanmateix, la seva expressió pot ser insuficient en comparació amb la quantitat de LAC consumida per les larves. En canvi, l'α-glucosidasa maltasa i la sacarosa 15, que se sap que s'expressen abundantment en els insectes, són capaços de descompondre grans quantitats de MAL i sacarosa SUC, limitant així aquest efecte saciant. En segon lloc, els efectes antinutricionals poden ser deguts a la reducció de l'estimulació de l'activitat amilasa intestinal dels insectes i la desacceleració del comportament alimentari en comparació amb altres tractaments. De fet, els sucres solubles s'han identificat com a estimuladors de l'activitat enzimàtica importants per a la digestió dels insectes, com l'amilasa, i com a desencadenants de la resposta d'alimentació33,34,35. El grau d'estimulació varia en funció de l'estructura molecular del sucre. De fet, els disacàrids requereixen hidròlisi abans de l'absorció i tendeixen a estimular l'amilasa més que els seus monosacàrids constituents34. En canvi, LAC té un efecte més suau i s'ha trobat que és incapaç de suportar el creixement d'insectes en diverses espècies33,35. Per exemple, a la plaga Spodoptera exigua (Boddie 1850), no es va detectar cap activitat hidrolítica de LAC en extractes d'enzims de l'intestí mitjà de l'eruga36.
Pel que fa a l'espectre FA, els nostres resultats indiquen efectes moduladors significatius del CH provat. Notablement, tot i que l'àcid làuric (C12: 0) representava menys de l'1% del total de FA a la dieta, va dominar en tots els perfils (vegeu la taula complementària S1). Això és coherent amb les dades anteriors que l'àcid làuric es sintetitza a partir de CH dietètic a H. illucens mitjançant una via que implica acetil-CoA carboxilasa i FA sintasa19,27,37. Els nostres resultats confirmen que el CEL és en gran mesura indigestible i actua com a "agent de càrrega" en les dietes de control de BSF, tal com es discuteix en diversos estudis de BSFL38,39,40. La substitució de CEL per monosacàrids i disacàrids diferents de LAC va augmentar la relació C12: 0, cosa que indica una major captació de CH per les larves. Curiosament, els disacàrids MAL i SUC afavoreixen la síntesi d'àcid làuric de manera més eficient que els seus monosacàrids constituents, cosa que suggereix que, malgrat el major grau de polimerització de GLU i FRU, i com que Drosophila és l'únic transportador de sacarosa que s'ha identificat en espècies de proteïnes animals, transportadors de disacàrids. pot no estar present a l'intestí de les larves d'H. illucens15, la utilització de GLU i FRU s'incrementa. Tanmateix, tot i que teòricament GLU i FRU es metabolitzen més fàcilment per BSF, també són metabolitzats més fàcilment pels substrats i els microorganismes intestinals, cosa que pot provocar una degradació més ràpida i una disminució de la utilització per part de les larves en comparació amb els disacàrids.
A primera vista, el contingut en lípids de les larves alimentades amb LAC i MAL era comparable, cosa que indica una biodisponibilitat similar d'aquests sucres. Tanmateix, sorprenentment, el perfil FA de LAC era més ric en SFA, especialment amb un contingut C12: 0 més baix, en comparació amb MAL. Una hipòtesi per explicar aquesta diferència és que LAC pot estimular la bioacumulació de FA dietètics mitjançant acetil-CoA FA sintasa. Donant suport a aquesta hipòtesi, les larves de LAC tenien la proporció de decanoat (C10:0) més baixa (0,77 ± 0,13%) que la dieta CEL (1,27 ± 0,16%), cosa que indica una reducció de les activitats de la FA sintasa i la tioesterasa19. En segon lloc, es considera que els àcids grassos de la dieta són el principal factor que influeix en la composició de SFA de H. illucens27. En els nostres experiments, l'àcid linoleic (C18:2n6) va representar el 54,81% dels àcids grassos dietètics, sent la proporció en larves de LAC del 17,22 ± 0,46% i en el MAL del 12,58 ± 0,67%. L'àcid oleic (cis + trans C18:1n9) (23,22% a la dieta) va mostrar una tendència similar. La proporció d'àcid α-linolènic (C18:3n3) també dóna suport a la hipòtesi de la bioacumulació. Se sap que aquest àcid gras s'acumula en BSFL després de l'enriquiment del substrat, com ara l'addició de pastís de llinosa, fins a un 6-9% dels àcids grassos totals de les larves19. En dietes enriquides, C18:3n3 pot representar fins a un 35% del total d'àcids grassos dietètics. Tanmateix, al nostre estudi, C18: 3n3 només representava el 2,51% del perfil d'àcids grassos. Tot i que la proporció trobada a la natura era menor a les nostres larves, aquesta proporció era més alta a les larves de LAC (0,87 ± 0,02%) que a MAL (0,49 ± 0,04%) (p <0,001; vegeu la taula complementària S1). La dieta CEL tenia una proporció intermèdia de 0,72 ± 0,18%. Finalment, la proporció d'àcid palmític (C16:0) a les larves de CF reflecteix la contribució de les vies sintètiques i la FA19 dietètica. Hoc et al. 19 van observar que la síntesi de C16: 0 es va reduir quan la dieta s'enriquia amb farina de llinosa, cosa que es va atribuir a una disminució de la disponibilitat del substrat acetil-CoA a causa d'una disminució de la proporció de CH. Sorprenentment, tot i que ambdues dietes tenien un contingut similar de CH i MAL mostrava una biodisponibilitat més alta, les larves de MAL mostraven la proporció C16:0 més baixa (10,46 ± 0,77%), mentre que LAC mostrava una proporció més alta, que representa el 12,85 ± 0,27% (p <0,05; vegeu). Taula complementària S1). Aquests resultats posen de manifest la complexa influència dels nutrients en la digestió i el metabolisme de BSFL. Actualment, la investigació sobre aquest tema és més exhaustiva en els lepidòpters que en els dípters. A les erugues, el LAC es va identificar com un estimulant feble del comportament alimentari en comparació amb altres sucres solubles com el SUC i el FRU34,35. En particular, a Spodopteralittoralis (Boisduval 1833), el consum de MAL va estimular l'activitat amilolítica a l'intestí en major mesura que LAC34. Efectes similars a BSFL poden explicar l'estimulació millorada de la via sintètica C12: 0 a les larves de MAL, que s'associa amb un augment de la CH absorbida intestinalment, una alimentació prolongada i l'acció de l'amilasa intestinal. Menys estimulació del ritme d'alimentació en presència de LAC també pot explicar el creixement més lent de les larves de LAC. A més, Liu Yanxia et al. 27 va assenyalar que la vida útil dels lípids en substrats de H. illucens era més llarga que la de CH. Per tant, les larves de LAC poden dependre més dels lípids dietètics per completar el seu desenvolupament, cosa que pot augmentar el seu contingut final de lípids i modular el seu perfil d'àcids grassos.
Segons el que sabem, només uns quants estudis han provat els efectes de l'addició de monosacàrids i disacàrids a les dietes de BSF en els seus perfils de FA. En primer lloc, Li et al. 30 van avaluar els efectes de GLU i xilosa i van observar nivells de lípids similars als nostres a una taxa d'addició del 8%. El perfil de FA no es va detallar i consistia principalment en SFA, però no es van trobar diferències entre els dos sucres ni quan es van presentar simultàniament30. A més, Cohn et al. 41 no va mostrar cap efecte de l'addició del 20% de GLU, SUC, FRU i GAL a l'alimentació de pollastre en els perfils FA respectius. Aquests espectres es van obtenir a partir de rèpliques tècniques més que no biològiques, que, tal com expliquen els autors, poden limitar l'anàlisi estadística. A més, la manca de control dels isosucres (utilitzant CEL) limita la interpretació dels resultats. Recentment, dos estudis de Nugroho RA et al. van demostrar anomalies en l'espectre FA42,43. En el primer estudi, Nugroho RA et al. 43 van provar l'efecte d'afegir FRU a la farina de nucli de palma fermentada. El perfil de FA de les larves resultants mostrava nivells anormalment alts de PUFA, més del 90% dels quals derivaven de la dieta que contenia un 10% de FRU (similar al nostre estudi). Tot i que aquesta dieta contenia pellets de peix rics en PUFA, els valors del perfil FA reportats de les larves de la dieta de control que consistia en PCM fermentat al 100% no eren coherents amb cap perfil reportat anteriorment, en particular el nivell anormal de C18: 3n3 de 17,77. ± 1,67% i 26,08 ± 0,20% per a àcid linoleic conjugat (C18:2n6t), un isòmer rar de l'àcid linoleic. El segon estudi va mostrar resultats similars incloent FRU, GLU, MAL i SUC42 en farina de palma fermentada. Aquests estudis, com el nostre, posen de manifest greus dificultats per comparar els resultats dels assaigs de la dieta larval de BSF, com ara opcions de control, interaccions amb altres fonts de nutrients i mètodes d'anàlisi de FA.
Durant els experiments, vam observar que el color i l'olor del substrat variaven en funció de la dieta utilitzada. Això suggereix que els microorganismes poden tenir un paper en els resultats observats al substrat i al sistema digestiu de les larves. De fet, els monosacàrids i els disacàrids es metabolitzen fàcilment pels microorganismes colonitzadors. El consum ràpid de sucres solubles per part dels microorganismes pot donar lloc a l'alliberament de grans quantitats de productes metabòlics microbians com ara etanol, àcid làctic, àcids grassos de cadena curta (per exemple, àcid acètic, àcid propiònic, àcid butíric) i diòxid de carboni44. Alguns d'aquests compostos poden ser responsables dels efectes tòxics letals sobre les larves també observats per Cohn et al.41 en condicions de desenvolupament similars. Per exemple, l'etanol és perjudicial per als insectes45. Les grans quantitats d'emissions de diòxid de carboni poden provocar la seva acumulació a la part inferior del dipòsit, la qual cosa pot privar l'atmosfera d'oxigen si la circulació d'aire no permet el seu alliberament. Pel que fa als SCFA, els seus efectes sobre els insectes, especialment H. illucens, segueixen sent poc coneguts, tot i que s'ha demostrat que l'àcid làctic, l'àcid propiònic i l'àcid butíric són letals a Callosobruchus maculatus (Fabricius 1775)46. A Drosophila melanogaster Meigen 1830, aquests SCFA són marcadors olfactius que guien les femelles als llocs d'oviposició, cosa que suggereix un paper beneficiós en el desenvolupament larvari47. No obstant això, l'àcid acètic es classifica com una substància perillosa i pot inhibir significativament el desenvolupament larvari47. En canvi, recentment s'ha trobat que el lactat derivat de microbis té un efecte protector contra els microbis intestinals invasius a Drosophila48. A més, els microorganismes del sistema digestiu també tenen un paper en la digestió del CH en els insectes49. Els efectes fisiològics dels SCFA sobre la microbiota intestinal, com ara la taxa d'alimentació i l'expressió gènica, s'han descrit en vertebrats 50 . També poden tenir un efecte tròfic sobre les larves de H. illucens i poden contribuir en part a la regulació dels perfils de FA. Els estudis sobre els efectes nutricionals d'aquests productes de fermentació microbiana aclariran els seus efectes sobre la nutrició de H. illucens i proporcionaran una base per a futurs estudis sobre microorganismes beneficiosos o perjudicials pel que fa al seu desenvolupament i al valor dels substrats rics en FA. En aquest sentit, s'està estudiant cada cop més el paper dels microorganismes en els processos digestius dels insectes de granja massiva. Els insectes es comencen a veure com a bioreactors, que proporcionen condicions de pH i oxigenació que faciliten el desenvolupament de microorganismes especialitzats en la degradació o desintoxicació de nutrients difícils de digerir pels insectes 51 . Recentment, Xiang et al.52 van demostrar que, per exemple, la inoculació de residus orgànics amb una barreja bacteriana permet que la FC atragui bacteris especialitzats en la degradació de la lignocel·lulosa, millorant la seva degradació en el substrat en comparació amb els substrats sense larves.
Finalment, pel que fa a l'ús beneficiós dels residus orgànics per part de H. illucens, les dietes CEL i SUC van produir el major nombre de larves per dia. Això significa que, malgrat el pes final més baix dels individus individuals, el pes total de larva produït en un substrat que consisteix en CH indigestible és comparable al obtingut en una dieta homosacàrid que conté monosacàrids i disacàrids. En el nostre estudi, és important assenyalar que els nivells d'altres nutrients són suficients per suportar el creixement de la població larvària i que l'addició de CEL hauria de ser limitada. Tanmateix, la composició final de les larves difereix, destacant la importància d'escollir l'estratègia adequada per a la valorització dels insectes. Les larves CEL alimentades amb pinsos sencers són més adequades per al seu ús com a alimentació animal a causa del seu menor contingut en greix i nivells d'àcid làuric més baixos, mentre que les larves alimentades amb dietes SUC o MAL requereixen desgreixatge mitjançant premsat per augmentar el valor de l'oli, especialment en el biocombustible. sector. LAC es troba en subproductes de la indústria làctia com el sèrum de llet procedent de la producció de formatge. Recentment, el seu ús (3,5% de lactosa) va millorar el pes corporal final de la larva53. Tanmateix, la dieta de control en aquest estudi contenia la meitat del contingut de lípids. Per tant, els efectes antinutricionals de LAC poden haver estat contrarestats per la bioacumulació larvària de lípids dietètics.
Tal com mostren estudis anteriors, les propietats dels monosacàrids i disacàrids afecten significativament el creixement de BSFL i modulen el seu perfil FA. En particular, LAC sembla tenir un paper antinutricional durant el desenvolupament larvari limitant la disponibilitat de CH per a l'absorció de lípids en la dieta, promovent així la bioacumulació d'UFA. En aquest context, seria interessant realitzar bioassaigs amb dietes que combinen PUFA i LAC. A més, el paper dels microorganismes, especialment el paper dels metabòlits microbians (com els SCFA) derivats dels processos de fermentació del sucre, segueix sent un tema d'investigació digne d'investigació.
Els insectes es van obtenir de la colònia BSF del Laboratori d'Entomologia Funcional i Evolutiva establert el 2017 a Agro-Bio Tech, Gembloux, Bèlgica (per a més detalls sobre els mètodes de cria, vegeu Hoc et al. 19). Per a assaigs experimentals, es van recollir aleatòriament 2, 0 g d'ous BSF diaris de gàbies de cria i es van incubar en 2, 0 kg de pinso de pollastre humit al 70% (Aveve, Leuven, Bèlgica). Cinc dies després de l'eclosió, es van separar les larves del substrat i es van comptar manualment amb finalitats experimentals. Es va mesurar el pes inicial de cada lot. El pes mitjà individual va ser de 7,125 ± 0,41 mg, i la mitjana de cada tractament es mostra a la taula complementària S2.
La formulació de la dieta es va adaptar de l'estudi de Barragan-Fonseca et al. 38 . Breument, es va trobar un compromís entre la mateixa qualitat d'alimentació per a pollastres larvaris, contingut de matèria seca (MS) similar, CH elevat (10% basat en la dieta fresca) i textura, ja que els sucres simples i els disacàrids no tenen propietats texturals. Segons la informació del fabricant (Chicken Feed, AVEVE, Leuven, Bèlgica), el CH provat (és a dir, sucre soluble) es va afegir per separat com a solució aquosa autoclau (15,9%) a una dieta que consta d'un 16,0% de proteïnes, un 5,0% de lípids totals, Un 11,9% de pinso per a pollastres mòlts format per cendra i un 4,8% de fibra. A cada pot de 750 ml (17,20 × 11,50 × 6,00 cm, AVA, Tempsee, Bèlgica), es van barrejar 101,9 g de solució de CH autoclau amb 37,8 g de pinso de pollastre. Per a cada dieta, el contingut de matèria seca va ser del 37,0%, incloent proteïnes homogènies (11,7%), lípids homogenis (3,7%) i sucres homogenis (26,9% del CH afegit). Els CH provats van ser glucosa (GLU), fructosa (FRU), galactosa (GAL), maltosa (MAL), sacarosa (SUC) i lactosa (LAC). La dieta de control consistia en cel·lulosa (CEL), que es considera indigerible per a les larves d'H. illucens 38 . Es van col·locar cent larves de 5 dies en una safata equipada amb una tapa amb un forat d'1 cm de diàmetre al mig i coberta amb una mosquitera de plàstic. Cada dieta es va repetir quatre vegades.
El pes de les larves es va mesurar tres dies després de l'inici de l'experiment. Per a cada mesura, es van treure 20 larves del substrat amb aigua tèbia estèril i pinces, es van assecar i es van pesar (STX223, Ohaus Scout, Parsippany, EUA). Després de pesar, les larves es van tornar al centre del substrat. Les mesures es van prendre regularment tres cops per setmana fins que va sorgir la primera prepupa. En aquest punt, recollir, comptar i pesar totes les larves tal com s'ha descrit anteriorment. Separeu les larves de l'etapa 6 (és a dir, les larves blanques corresponents a l'etapa larvària anterior a l'etapa prepupal) i les prepupes (és a dir, l'última etapa larvària durant la qual les larves de BSF es tornen negres, deixen d'alimentar-se i busquen un entorn adequat per a la metamorfosi) i emmagatzemeu-les a - 18 °C per a l'anàlisi de la composició. El rendiment es va calcular com la relació entre la massa total d'insectes (larves i prepupes de l'etapa 6) obtinguda per plat (g) i el temps de desenvolupament (d). Tots els valors mitjans del text s'expressen com: mitjana ± SD.
Tots els passos posteriors amb dissolvents (hexà (Hex), cloroform (CHCl3), metanol (MeOH)) es van realitzar sota una campana de fum i van requerir l'ús de guants de nitril, davantals i ulleres de seguretat.
Les larves blanques es van assecar en un assecador de congelació FreeZone6 (Labconco Corp., Kansas City, MO, EUA) durant 72 hores i després es van triturar (IKA A10, Staufen, Alemanya). Els lípids totals es van extreure de ± 1 g de pols mitjançant el mètode Folch 54. El contingut d'humitat residual de cada mostra liofilitzada es va determinar per duplicat mitjançant un analitzador d'humitat (MA 150, Sartorius, Göttiggen, Alemanya) per corregir els lípids totals.
Els lípids totals es van transesterificar en condicions àcides per obtenir èsters metílics d'àcids grassos. Breument, aproximadament 10 mg de lípids/100 µl de solució de CHCl3 (100 µl) es van evaporar amb nitrogen en un tub Pyrex© de 8 ml (SciLabware – DWK Life Sciences, Londres, Regne Unit). El tub es va col·locar en Hex (0,5 ml) (PESTINORM®SUPRATRACE n-Hexane > 95% per a l'anàlisi de traces orgàniques, VWR Chemicals, Radnor, PA, EUA) i solució Hex/MeOH/BF3 (20/25/55) (0,5). ml) al bany maria a 70 °C durant 90 min. Després del refredament, es van afegir una solució aquosa d'H2SO4 al 10% (0,2 ml) i una solució saturada de NaCl (0,5 ml). Barregeu el tub i ompliu la barreja amb Hex net (8,0 ml). Una part de la fase superior es va transferir a un vial i es va analitzar per cromatografia de gasos amb un detector d'ionització de flama (GC-FID). Les mostres es van analitzar mitjançant un Trace GC Ultra (Thermo Scientific, Waltham, MA, EUA) equipat amb un injector split/splitless (240 °C) en mode split (flux dividit: 10 ml/min), una columna Stabilwax®-DA ( 30 m, 0,25 mm id, 0,25 μm, Restek Corp., Bellefonte, PA, EUA) i un FID (250 °C). El programa de temperatura es va establir de la següent manera: 50 °C durant 1 min, augmentant a 150 °C a 30 °C/min, augmentant a 240 °C a 4 °C/min i continuant a 240 °C durant 5 min. Es va utilitzar Hex com a blanc i es va utilitzar un estàndard de referència que contenia 37 èsters metílics d'àcids grassos (Supelco 37-component FAMEmix, Sigma-Aldrich, Overijse, Bèlgica) per a la identificació. La identificació d'àcids grassos insaturats (UFA) es va confirmar mitjançant GC bidimensional integral (GC × GC-FID) i la presència d'isòmers es va determinar amb precisió mitjançant una lleugera adaptació del mètode de Ferrara et al. 55. Els detalls de l'instrument es poden trobar a la taula complementària S3 i els resultats a la figura complementària S5.
Les dades es presenten en format de full de càlcul Excel (Microsoft Corporation, Redmond, WA, EUA). L'anàlisi estadística es va realitzar mitjançant R Studio (versió 2023.12.1+402, Boston, EUA) 56 . Les dades sobre el pes de la larva, el temps de desenvolupament i la productivitat es van estimar mitjançant el model lineal (LM) (ordre "lm", paquet R "stats" 56) ja que s'ajusten a una distribució gaussiana. Les taxes de supervivència mitjançant l'anàlisi del model binomial es van estimar mitjançant el model lineal general (GLM) (ordre "glm", paquet R "lme4" 57). La normalitat i l'homoscedasticitat es van confirmar mitjançant la prova de Shapiro (ordre "shapiro.test", paquet R "stats" 56) i anàlisi de la variància de dades (ordre betadisper, paquet R "vegan" 58). Després de l'anàlisi per parelles dels valors p significatius (p < 0,05) de la prova LM o GLM, es van detectar diferències significatives entre grups mitjançant la prova EMM (comanda "emmeans", paquet R "emmeans" 59).
Els espectres FA complets es van comparar mitjançant l'anàlisi de permutació multivariant de la variància (és a dir, permMANOVA; ordre "adonis2", paquet R "vegan" 58) mitjançant la matriu de distància euclidiana i 999 permutacions. Això ajuda a identificar els àcids grassos que estan influenciats per la naturalesa dels hidrats de carboni de la dieta. Es van analitzar més diferències significatives en els perfils FA mitjançant comparacions per parelles. A continuació, es van visualitzar les dades mitjançant l'anàlisi de components principals (PCA) (ordre "PCA", paquet R "FactoMineR" 60). L'AF responsable d'aquestes diferències es va identificar interpretant els cercles de correlació. Aquests candidats es van confirmar mitjançant una anàlisi unidireccional de la variància (ANOVA) (ordre "aov", paquet R "stats" 56) seguida de la prova post hoc de Tukey (ordre TukeyHSD, paquet R "stats" 56). Abans de l'anàlisi, es va avaluar la normalitat mitjançant la prova de Shapiro-Wilk, l'homoscedasticitat es va comprovar mitjançant la prova de Bartlett (ordre "bartlett.test", paquet R "stats" 56) i es va utilitzar un mètode no paramètric si no es complia cap dels dos supòsits. . Es van comparar les anàlisis (ordre "kruskal.test", paquet R "stats" 56 ) i després es van aplicar les proves post hoc de Dunn (ordre dunn.test, paquet R "dunn.test" 56 ).
La versió final del manuscrit es va comprovar utilitzant Grammarly Editor com a corrector d'anglès (Grammarly Inc., San Francisco, Califòrnia, EUA) 61 .
Els conjunts de dades generats i analitzats durant l'estudi actual estan disponibles a l'autor corresponent a petició raonable.
Kim, SW, et al. Satisfer la demanda global de proteïnes d'alimentació: reptes, oportunitats i estratègies. Annals of Animal Biosciences 7, 221–243 (2019).
Caparros Megido, R., et al. Revisió de l'estat i perspectives de la producció mundial d'insectes comestibles. Entomol. Gen. 44, (2024).
Rehman, K. ur, et al. Mosca soldada negra (Hermetia illucens) com a eina potencialment innovadora i ecològica per a la gestió de residus orgànics: una breu revisió. Waste Management Research 41, 81–97 (2023).
Skala, A., et al. El substrat de cria influeix en el creixement i l'estat de macronutrients de les larves de mosca soldat negre produïdes industrialment. Ciència. Rep. 10, 19448 (2020).
Shu, MK, et al. Propietats antimicrobianes dels extractes d'oli de larves de mosca soldat negre criades amb pa ratllat. Animal Food Science, 64, (2024).
Schmitt, E. i de Vries, W. (2020). Beneficis potencials d'utilitzar fems de mosca soldat negre com a esmena del sòl per a la producció d'aliments i reducció de l'impacte ambiental. Opinió actual. Green Sustain. 25, 100335 (2020).
Franco A. et al. Lípids de la mosca soldat negre: una font innovadora i sostenible. Desenvolupament sostenible, vol. 13, (2021).
Van Huis, A. Els insectes com a aliments i pinsos, un camp emergent en l'agricultura: una revisió. J. Insect Feed 6, 27–44 (2020).
Kachor, M., Bulak, P., Prots-Petrikha, K., Kirichenko-Babko, M. i Beganovsky, A. Diversos usos de la mosca del soldat negre a la indústria i l'agricultura: una revisió. Biologia 12, (2023).
Hock, B., Noel, G., Carpentier, J., Francis, F. i Caparros Megido, R. Optimization of artificial propagation of Hermetia illucens. PLOS ONE 14, (2019).
Hora de publicació: 25-12-2024