Děkujeme, že jste navštívili Nature.com. Verze prohlížeče, kterou používáte, má omezenou podporu CSS. Pro dosažení nejlepších výsledků doporučujeme použít novější prohlížeč (nebo vypnout režim kompatibility v Internet Exploreru). Mezitím, abychom zajistili nepřetržitou podporu, budeme web zobrazovat bez stylů a JavaScriptu.
Chov hmyzu je potenciální způsob, jak uspokojit rostoucí celosvětovou poptávku po bílkovinách, a je novou aktivitou v západním světě, kde zůstává mnoho otázek týkajících se kvality a bezpečnosti produktů. Hmyz může hrát důležitou roli v oběhovém hospodářství přeměnou biologického odpadu na cennou biomasu. Asi polovina krmného substrátu pro moučné červy pochází z mokrého krmiva. To lze získat z biologického odpadu, díky čemuž je chov hmyzu udržitelnější. Tento článek informuje o nutričním složení moučných červů (Tenebrio molitor) krmených organickými doplňky z vedlejších produktů. Patří mezi ně neprodaná zelenina, plátky brambor, fermentované kořeny čekanky a zahradní listy. Hodnotí se analýzou přibližného složení, profilu mastných kyselin, obsahu minerálů a těžkých kovů. Mouční červi krmení plátky brambor měli dvojnásobný obsah tuku a zvýšený obsah nasycených a mononenasycených mastných kyselin. Použití fermentovaného kořene čekanky zvyšuje obsah minerálních látek a akumuluje těžké kovy. Absorpce minerálů moučným červem je navíc selektivní, protože jsou zvýšeny pouze koncentrace vápníku, železa a manganu. Přidáním zeleninových směsí nebo zahradního listí do jídelníčku se nutriční profil výrazně nezmění. Závěrem lze říci, že proud vedlejších produktů byl úspěšně přeměněn na biomasu bohatou na bílkoviny, jejíž obsah živin a biologická dostupnost ovlivnily složení moučných červů.
Očekává se, že rostoucí lidská populace dosáhne do roku 2050 9,7 miliardy12, což bude tlačit na naši produkci potravin, aby se vyrovnala s vysokou poptávkou po potravinách. Odhaduje se, že poptávka po potravinách vzroste v letech 2012 až 2050 o 70–80 %3,4,5. Přírodní zdroje používané při současné produkci potravin se vyčerpávají, což ohrožuje naše ekosystémy a zásoby potravin. Kromě toho dochází k plýtvání velkým množstvím biomasy v souvislosti s výrobou a spotřebou potravin. Odhaduje se, že do roku 2050 dosáhne roční celosvětový objem odpadu 27 miliard tun, z nichž většinu tvoří biologický odpad6,7,8. V reakci na tyto výzvy byla navržena inovativní řešení, potravinové alternativy a udržitelný rozvoj zemědělství a potravinových systémů9,10,11. Jedním z takových přístupů je použití organických zbytků k výrobě surovin, jako je jedlý hmyz, jako udržitelné zdroje potravin a krmiv12,13. Chov hmyzu produkuje nižší emise skleníkových plynů a amoniaku, vyžaduje méně vody než tradiční zdroje bílkovin a lze jej produkovat ve vertikálních zemědělských systémech, které vyžadují méně prostoru14,15,16,17,18,19. Studie prokázaly, že hmyz je schopen přeměnit bioodpad nízké hodnoty na hodnotnou biomasu bohatou na bílkoviny s obsahem sušiny až 70 %20,21,22. Kromě toho se biomasa s nízkou hodnotou v současnosti využívá k výrobě energie, skládkování nebo recyklaci, a proto nekonkuruje současnému odvětví potravin a krmiv23,24,25,26. Moučný červ (T. molitor)27 je považován za jeden z nejslibnějších druhů pro velkovýrobu potravin a krmiv. Larvy i dospělci se živí různými materiály, jako jsou obilné produkty, živočišný odpad, zelenina, ovoce atd. 28,29. V západních společnostech je T. molitor chován v zajetí v malém měřítku, hlavně jako krmivo pro domácí zvířata, jako jsou ptáci nebo plazi. V současnosti je jejich potenciálu ve výrobě potravin a krmiv věnována větší pozornost30,31,32. Například T. molitor byl schválen s novým profilem potravin, včetně použití ve mražených, sušených a práškových formách (nařízení (EU) č. 258/97 a nařízení (EU) 2015/2283) 33. Výroba ve velkém hmyz pro potraviny a krmivo je v západních zemích stále relativně novým konceptem. Průmysl čelí výzvám, jako jsou mezery ve znalostech ohledně optimální stravy a výroby, nutriční kvalita konečného produktu a bezpečnostní problémy, jako je hromadění toxických látek a mikrobiální rizika. Na rozdíl od tradičního chovu hospodářských zvířat nemá chov hmyzu podobný historický záznam17,24,25,34.
Přestože bylo provedeno mnoho studií o nutriční hodnotě moučných červů, faktory ovlivňující jejich nutriční hodnotu nebyly dosud plně pochopeny. Předchozí studie ukázaly, že strava hmyzu může mít určitý vliv na její složení, ale nebyl nalezen žádný jasný vzorec. Kromě toho se tyto studie zaměřily na proteinové a lipidové složky moučných červů, ale měly omezené účinky na minerální složky21,22,32,35,36,37,38,39,40. K pochopení absorpční kapacity minerálů je zapotřebí více výzkumu. Nedávná studie dospěla k závěru, že larvy moučných červů krmené ředkvičkou měly mírně zvýšené koncentrace některých minerálů. Tyto výsledky jsou však omezeny na testovaný substrát a jsou zapotřebí další průmyslové zkoušky41. Bylo popsáno, že akumulace těžkých kovů (Cd, Pb, Ni, As, Hg) v moučných červech významně koreluje s obsahem kovu v matrici. Přestože koncentrace kovů ve stravě v krmivech pro zvířata nedosahují zákonných limitů42, bylo zjištěno, že arsen se také bioakumuluje v larvách moučných červů, zatímco kadmium a olovo se bioakumulují ne43. Pochopení účinků stravy na nutriční složení moučných červů je zásadní pro jejich bezpečné použití v potravinách a krmivech.
Studie prezentovaná v tomto příspěvku se zaměřuje na dopad používání zemědělských vedlejších produktů jako zdroje vlhkého krmiva na nutriční složení moučných červů. Kromě suchého krmiva by mělo být larvám podáváno také mokré krmivo. Mokrý zdroj krmiva poskytuje potřebnou vlhkost a slouží také jako doplněk výživy pro moučné červy, zvyšuje rychlost růstu a maximální tělesnou hmotnost44,45. Podle našich standardních údajů o chovu moučných červů v projektu Interreg-Valusect obsahuje celkové krmivo pro moučné červy 57 % w/w vlhkého krmiva. Obvykle se jako zdroj mokrého krmiva používá čerstvá zelenina (např. mrkev)35,36,42,44,46. Používání vedlejších produktů nízké hodnoty jako zdrojů mokrého krmiva přinese chovu hmyzu udržitelnější a ekonomické výhody17. Cílem této studie bylo (1) prozkoumat účinky používání biologického odpadu jako mokrého krmiva na nutriční složení moučných červů, (2) určit obsah makro- a mikroživin larev moučných červů chovaných na biologickém odpadu bohatém na minerály, aby se otestovala proveditelnost minerální fortifikace a (3) vyhodnotit bezpečnost těchto vedlejších produktů při chovu hmyzu analýzou přítomnosti a akumulace těžkých kovů Pb, Cd a Cr. Tato studie poskytne další informace o účincích doplňování bioodpadu na stravu larev moučných červů, nutriční hodnotu a bezpečnost.
Obsah sušiny v laterálním toku byl vyšší ve srovnání s kontrolním vlhkým živným agarem. Obsah sušiny v zeleninových směsích a zahradním listí byl nižší než 10 %, zatímco u bramborových řízků a fermentovaných kořenů čekanky byl vyšší (13,4 a 29,9 g/100 g čerstvé hmoty, FM).
Zeleninová směs měla vyšší obsah hrubého popela, tuku a bílkovin a nižší obsah nevláknitých sacharidů než kontrolní krmivo (agar), zatímco obsah neutrální detergentní vlákniny ošetřené amylázou byl podobný. Obsah sacharidů v bramborových plátcích byl nejvyšší ze všech vedlejších proudů a byl srovnatelný s obsahem agaru. Celkově bylo jeho surové složení nejvíce podobné kontrolnímu krmivu, ale bylo doplněno malým množstvím bílkovin (4,9 %) a hrubého popela (2,9 %)47,48. Hodnota pH brambor se pohybuje od 5 do 6 a stojí za zmínku, že tento vedlejší proud brambor je kyselejší (4,7). Fermentovaný kořen čekanky je bohatý na popel a je nejkyselejší ze všech vedlejších toků. Protože kořeny nebyly vyčištěny, očekává se, že většinu popela bude tvořit písek (oxid křemičitý). Zahradní listí bylo jediným zásaditým produktem ve srovnání s kontrolním a jinými vedlejšími proudy. Obsahuje vysoké množství popela a bílkovin a mnohem méně sacharidů než kontrola. Surovým složením se nejvíce blíží fermentovanému kořenu čekanky, ale koncentrace hrubých bílkovin je vyšší (15,0 %), což je srovnatelné s obsahem bílkovin v zeleninové směsi. Statistická analýza výše uvedených dat ukázala významné rozdíly v surovém složení a pH postranních proudů.
Přidání zeleninových směsí nebo zahradního listí do krmiva pro moučné červy neovlivnilo složení biomasy larev moučných červů ve srovnání s kontrolní skupinou (tab. 1). Přidání bramborových řízků vedlo k nejvýraznějšímu rozdílu ve složení biomasy ve srovnání s kontrolní skupinou, která dostávala larvy moučných červů a jiné zdroje vlhkého krmiva. Pokud jde o obsah bílkovin moučných červů, s výjimkou bramborových řízků, rozdílné přibližné složení vedlejších proudů neovlivnilo obsah bílkovin larev. Zkrmování bramborových řízků jako zdroje vlhkosti vedlo k dvojnásobnému zvýšení obsahu tuku u larev a snížení obsahu bílkovin, chitinu a nevláknitých sacharidů. Fermentovaný kořen čekanky zvýšil obsah popela u larev moučných červů jedenapůlkrát.
Minerální profily byly vyjádřeny jako obsahy makrominerálů (Tabulka 2) a mikroživin (Tabulka 3) ve vlhkém krmivu a v biomase larev moučných červů.
Obecně byly zemědělské vedlejší proudy bohatší na makrominerály ve srovnání s kontrolní skupinou, s výjimkou bramborových řízků, které měly nižší obsah Mg, Na a Ca. Koncentrace draslíku byla vysoká ve všech vedlejších proudech ve srovnání s kontrolou. Agar obsahuje 3 mg/100 g DM K, zatímco koncentrace K ve vedlejším proudu se pohybovala od 1070 do 9909 mg/100 g DM. Obsah makrominerálů v zeleninové směsi byl významně vyšší než v kontrolní skupině, ale obsah Na byl významně nižší (88 vs. 111 mg/100 g sušiny). Koncentrace makrominerálů v bramborových řízcích byla nejnižší ze všech vedlejších proudů. Obsah makrominerálů v bramborových řízcích byl významně nižší než v jiných vedlejších proudech a kontrole. Až na to, že obsah Mg byl srovnatelný s kontrolní skupinou. Přestože fermentovaný kořen čekanky neměl nejvyšší koncentraci makrominerálů, obsah popela v tomto vedlejším proudu byl nejvyšší ze všech vedlejších proudů. To může být způsobeno tím, že nejsou čištěny a mohou obsahovat vysoké koncentrace oxidu křemičitého (písku). Obsahy Na a Ca byly srovnatelné s obsahem rostlinné směsi. Fermentovaný kořen čekanky obsahoval nejvyšší koncentraci Na ze všech vedlejších proudů. S výjimkou Na měly zahradnické listy nejvyšší koncentrace makrominerálů ze všech vlhkých pícnin. Koncentrace K (9909 mg/100 g sušiny) byla třitisíckrát vyšší než u kontroly (3 mg/100 g sušiny) a 2,5krát vyšší než u zeleninové směsi (4057 mg/100 g sušiny). Obsah Ca byl nejvyšší ze všech vedlejších proudů (7276 mg/100 g sušiny), 20krát vyšší než u kontroly (336 mg/100 g sušiny) a 14krát vyšší než koncentrace Ca ve fermentovaných kořenech čekanky nebo zeleninové směsi (530 a 496 mg/100 g sušiny).
Přestože byly významné rozdíly v makrominerálním složení stravy (tab. 2), nebyly zjištěny významné rozdíly v makrominerálním složení moučných červů chovaných na zeleninových směsích a kontrolních dietách.
Larvy krmené bramborovou strouhankou měly výrazně nižší koncentrace všech makrominerálů ve srovnání s kontrolou, s výjimkou Na, který měl srovnatelné koncentrace. Krmení křupavými bramborami navíc způsobilo největší snížení obsahu makrominerálních látek v larvách ve srovnání s ostatními vedlejšími proudy. To je v souladu s nižším popelem pozorovaným v blízkých přípravcích s moučnými červy. Nicméně, ačkoli P a K byly významně vyšší v této vlhké stravě než ostatní vedlejší proudy a kontrola, složení larev to neodráželo. Nízké koncentrace Ca a Mg nalezené v biomase moučných červů mohou souviset s nízkými koncentracemi Ca a Mg přítomnými v samotné mokré stravě.
Krmení fermentovanými kořeny čekanky a listy sadů vedlo k významně vyšším hladinám vápníku než u kontrol. Sadové listy obsahovaly nejvyšší hladiny P, Mg, K a Ca ze všech vlhkých diet, což se však neprojevilo v biomase moučných červů. Koncentrace Na byly nejnižší u těchto larev, zatímco koncentrace Na byly vyšší v listech sadů než v řízcích brambor. Obsah Ca se zvýšil u larev (66 mg/100 g sušiny), ale koncentrace Ca nebyly tak vysoké jako v biomase moučných červů (79 mg/100 g sušiny) ve zkouškách fermentovaných kořenů čekanky, ačkoli koncentrace Ca v listových plodinách sadů byla 14krát vyšší než u kořene čekanky.
Minerální složení zeleninové směsi bylo na základě složení mikroprvků mokrých krmiv (tabulka 3) podobné jako u kontrolní skupiny s tím rozdílem, že koncentrace Mn byla výrazně nižší. Koncentrace všech analyzovaných mikroprvků byly nižší v bramborových řezech ve srovnání s kontrolou a jinými vedlejšími produkty. Fermentovaný kořen čekanky obsahoval téměř 100x více železa, 4x více mědi, 2x více zinku a přibližně stejné množství manganu. Obsah zinku a manganu v listech zahradních plodin byl výrazně vyšší než u kontrolní skupiny.
Nebyly nalezeny žádné signifikantní rozdíly mezi obsahem stopových prvků u larev krmených kontrolní, zeleninovou směsí a mokrým bramborovým šrotem. Obsah Fe a Mn v larev krmených fermentovanou kořenovou potravou čekanky byl však významně odlišný od obsahu moučných červů krmených kontrolní skupinou. Zvýšení obsahu Fe může být způsobeno stonásobným zvýšením koncentrace stopových prvků v samotné mokré stravě. Nicméně, ačkoli nebyl žádný významný rozdíl v koncentracích Mn mezi fermentovanými kořeny čekanky a kontrolní skupinou, hladiny Mn se zvýšily u larev krmených fermentovanými kořeny čekanky. Je třeba také poznamenat, že koncentrace Mn byla vyšší (3krát) ve vlhké listové stravě zahradnické stravy ve srovnání s kontrolou, ale nebyl zde žádný významný rozdíl ve složení biomasy moučných červů. Jediným rozdílem mezi kontrolními a zahradnickými listy byl obsah Cu, který byl v listech nižší.
Tabulka 4 ukazuje koncentrace těžkých kovů nalezených v substrátech. Evropské maximální koncentrace Pb, Cd a Cr v kompletních krmivech pro zvířata byly převedeny na mg/100 g sušiny a přidány do tabulky 4 pro usnadnění srovnání s koncentracemi zjištěnými ve vedlejších tocích47.
V kontrolních vlhkých krmivech, zeleninových směsích nebo bramborových otrubách nebylo zjištěno žádné Pb, zatímco zahradní listí obsahovalo 0,002 mg Pb/100 g sušiny a fermentované kořeny čekanky obsahovaly nejvyšší koncentraci 0,041 mg Pb/100 g sušiny. Koncentrace C v kontrolních krmivech a zahradním listí byly srovnatelné (0,023 a 0,021 mg/100 g sušiny), nižší byly u zeleninových směsí a bramborových otrub (0,004 a 0,007 mg/100 g sušiny). Ve srovnání s ostatními substráty byla koncentrace Cr ve fermentovaných kořenech čekanky významně vyšší (0,135 mg/100 g sušiny) a šestkrát vyšší než v kontrolním krmivu. Cd nebylo detekováno ani v kontrolním proudu, ani v žádném z použitých vedlejších proudů.
U larev krmených fermentovanými kořeny čekanky byly zjištěny významně vyšší hladiny Pb a Cr. Cd však nebylo zjištěno u žádné larvy moučných červů.
Byla provedena kvalitativní analýza mastných kyselin v surovém tuku, aby se zjistilo, zda profil mastných kyselin larev moučných červů může být ovlivněn různými složkami bočního proudu, kterým byly krmeny. Distribuce těchto mastných kyselin je uvedena v tabulce 5. Mastné kyseliny jsou uvedeny podle jejich běžného názvu a molekulární struktury (označené jako „Cx:y“, kde x odpovídá počtu atomů uhlíku a y počtu nenasycených vazeb ).
Profil mastných kyselin u moučných červů krmených bramborovými kousky byl významně změněn. Obsahovaly výrazně vyšší množství kyseliny myristové (C14:0), kyseliny palmitové (C16:0), kyseliny palmitolejové (C16:1) a kyseliny olejové (C18:1). Koncentrace kyseliny pentadekanové (C15:0), kyseliny linolové (C18:2) a kyseliny linolenové (C18:3) byly významně nižší ve srovnání s jinými moučnými červy. Ve srovnání s jinými profily mastných kyselin byl poměr C18:1 k C18:2 u bramborových kousků obrácený. Mouční červi krmení zahradnickými listy obsahovali vyšší množství kyseliny pentadekanové (C15:0) než mouční červi krmení jinou mokrou stravou.
Mastné kyseliny se dělí na nasycené mastné kyseliny (SFA), mononenasycené mastné kyseliny (MUFA) a polynenasycené mastné kyseliny (PUFA). Tabulka 5 ukazuje koncentrace těchto skupin mastných kyselin. Celkově byly profily mastných kyselin u moučných červů krmených bramborovým odpadem významně odlišné od kontrolních a jiných vedlejších toků. U každé skupiny mastných kyselin se mouční červi krmení bramborovými lupínky významně lišili od všech ostatních skupin. Obsahovaly více SFA a MUFA a méně PUFA.
Nebyly zjištěny žádné významné rozdíly mezi mírou přežití a celkovou hmotností výnosu larev chovaných na různých substrátech. Celková průměrná míra přežití byla 90 % a celková průměrná hmotnost na výtěžku byla 974 gramů. Mouční červi úspěšně zpracovávají vedlejší produkty jako zdroj vlhkého krmiva. Mokré krmivo moučných červů tvoří více než polovinu celkové hmotnosti krmiva (suché + mokré). Nahrazení čerstvé zeleniny vedlejšími zemědělskými produkty jako tradiční mokré krmivo má pro chov moučných červů ekonomické a ekologické výhody.
Tabulka 1 ukazuje, že složení biomasy larev moučných červů chovaných na kontrolní stravě bylo přibližně 72 % vlhkosti, 5 % popela, 19 % lipidů, 51 % proteinu, 8 % chitinu a 18 % sušiny jako nevláknité sacharidy. To je srovnatelné s hodnotami uváděnými v literatuře.48,49 V literatuře však lze nalézt i jiné složky, často v závislosti na použité analytické metodě. Například jsme použili Kjeldahlovu metodu ke stanovení obsahu hrubých bílkovin s poměrem N ku P 5,33, zatímco jiní výzkumníci používají pro vzorky masa a krmiv více používaný poměr 6,25.50,51
Přidání bramborových šrotů (vlhká strava bohatá na sacharidy) do stravy vedlo ke zdvojnásobení obsahu tuku u moučných červů. Očekává se, že obsah sacharidů v bramborách bude sestávat hlavně ze škrobu, zatímco agar obsahuje cukry (polysacharidy)47,48. Toto zjištění je v kontrastu s jinou studií, která zjistila, že obsah tuku se snížil, když byli mouční červi krmeni stravou doplněnou o brambory loupané v páře, které měly nízký obsah bílkovin (10,7 %) a vysoký obsah škrobu (49,8 %)36. Když byly do stravy přidány olivové výlisky, obsah bílkovin a sacharidů u moučných červů odpovídal obsahu vlhké stravy, zatímco obsah tuku zůstal nezměněn35. Naproti tomu jiné studie ukázaly, že obsah bílkovin u larev chovaných ve vedlejších tocích prochází zásadními změnami, stejně jako obsah tuku22,37.
Fermentovaný kořen čekanky významně zvýšil obsah popela u larev moučných červů (tab. 1). Výzkum účinků vedlejších produktů na složení popela a minerálů larev moučných červů je omezený. Většina studií krmení vedlejších produktů se zaměřila na obsah tuku a bílkovin v larev bez analýzy obsahu popela21,35,36,38,39. Nicméně, když byl analyzován obsah popela larev krmených vedlejšími produkty, bylo zjištěno zvýšení obsahu popela. Například krmení zahradního odpadu moučných červů zvýšilo jejich obsah popela z 3,01 % na 5,30 % a přidání odpadu z melounu do stravy zvýšilo obsah popela z 1,87 % na 4,40 %.
Ačkoli se všechny zdroje vlhké potravy významně lišily ve svém přibližném složení (tabulka 1), rozdíly ve složení biomasy larev moučných červů krmených příslušnými zdroji vlhké potravy byly malé. Významné změny vykazovaly pouze larvy moučných červů krmené kousky brambor nebo fermentovaným kořenem čekanky. Jedním z možných vysvětlení tohoto výsledku je, že kromě kořenů čekanky byly bramborové kousky také částečně fermentovány (pH 4,7, tabulka 1), díky čemuž je škrob/sacharidy stravitelnější/dostupnější pro larvy moučných červů. Jak larvy moučných červů syntetizují lipidy z živin, jako jsou sacharidy, je velmi zajímavé a mělo by být plně prozkoumáno v budoucích studiích. Předchozí studie o vlivu pH vlhké stravy na růst larev moučných červů dospěla k závěru, že nebyly pozorovány žádné významné rozdíly při použití agarových bloků s mokrou stravou v rozmezí pH 3 až 9. To naznačuje, že fermentovanou mokrou stravu lze použít ke kultivaci Tenebrio molitor53 . Podobně jako u Coudrona et al.53, kontrolní experimenty používaly agarové bloky v poskytované vlhké stravě, protože měly nedostatek minerálů a živin. Jejich studie nezkoumala vliv nutričně rozmanitějších zdrojů vlhké stravy, jako je zelenina nebo brambory, na zlepšení stravitelnosti nebo biologické dostupnosti. K dalšímu prozkoumání této teorie jsou zapotřebí další studie o účincích fermentace zdrojů vlhké stravy na larvy moučných červů.
Minerální distribuce kontrolní biomasy moučných červů nalezená v této studii (tabulky 2 a 3) je srovnatelná s řadou makro- a mikroživin nalezených v literatuře48,54,55. Poskytování moučných červů s fermentovaným kořenem čekanky jako zdroje vlhké stravy maximalizuje jejich minerální obsah. Přestože většina makro- a mikroživin byla vyšší v zeleninových směsích a zahradním listí (tabulky 2 a 3), neovlivnily obsah minerálních látek v biomase moučných červů v takové míře jako fermentované kořeny čekanky. Jedním z možných vysvětlení je, že živiny v alkalických zahradních listech jsou méně biologicky dostupné než v jiných, kyselejších vlhkých dietách (tabulka 1). Předchozí studie krmily larvy moučných červů fermentovanou rýžovou slámou a zjistily, že se dobře vyvíjely v tomto vedlejším proudu a také ukázaly, že předúprava substrátu fermentací vyvolala příjem živin. 56 Použití fermentovaných kořenů čekanky zvýšilo obsah Ca, Fe a Mn v biomase moučných červů. Přestože tento vedlejší proud obsahoval také vyšší koncentrace jiných minerálů (P, Mg, K, Na, Zn a Cu), nebyly tyto minerály v biomase moučných červů významně zastoupeny ve srovnání s kontrolou, což ukazuje na selektivitu příjmu minerálů. Zvýšení obsahu těchto minerálů v biomase moučných červů má nutriční hodnotu pro potravinářské a krmné účely. Vápník je základní minerál, který hraje zásadní roli v nervosvalové funkci a mnoha enzymy zprostředkovaných procesech, jako je srážení krve, tvorba kostí a zubů. 57,58 Nedostatek železa je běžným problémem v rozvojových zemích, kde děti, ženy a starší lidé často nedostávají dostatek železa ze své stravy. 54 Ačkoli je mangan základním prvkem v lidské stravě a hraje ústřední roli ve fungování mnoha enzymů, nadměrný příjem může být toxický. Vyšší hladiny manganu u moučných červů krmených fermentovaným kořenem čekanky nebyly znepokojivé a byly srovnatelné s hladinami u kuřat. 59
Koncentrace těžkých kovů nalezené ve vedlejším proudu byly pod evropskými normami pro kompletní krmivo pro zvířata. Analýza těžkých kovů larev moučných červů ukázala, že hladiny Pb a Cr byly významně vyšší u moučných červů krmených fermentovaným kořenem čekanky než v kontrolní skupině a jiných substrátech (tabulka 4). Kořeny čekanky rostou v půdě a je známo, že absorbují těžké kovy, zatímco ostatní vedlejší proudy pocházejí z kontrolované lidské produkce potravin. Mouční červi krmení fermentovaným kořenem čekanky také obsahovali vyšší hladiny Pb a Cr (tabulka 4). Vypočtené bioakumulační faktory (BAF) byly 2,66 pro Pb a 1,14 pro Cr, tj. větší než 1, což naznačuje, že mouční červi mají schopnost akumulovat těžké kovy. Pokud jde o Pb, EU stanoví maximální obsah Pb na 0,10 mg na kilogram čerstvého masa pro lidskou spotřebu61. V našem vyhodnocení experimentálních dat byla maximální koncentrace Pb zjištěná u fermentovaných moučných červů čekanky 0,11 mg/100 g sušiny. Při přepočtu hodnoty na obsah sušiny 30,8 % u těchto moučných červů byl obsah Pb 0,034 mg/kg čerstvé hmoty, což bylo pod maximální hodnotou 0,10 mg/kg. V evropských potravinářských předpisech není stanoven žádný maximální obsah Cr. Cr se běžně vyskytuje v životním prostředí, potravinách a potravinářských přídatných látkách a je známo, že je v malých množstvích základní živinou pro lidi62,63,64. Tyto analýzy (tabulka 4) ukazují, že larvy T. molitor mohou akumulovat těžké kovy, pokud jsou těžké kovy přítomny ve stravě. Nicméně hladiny těžkých kovů nalezené v biomase moučných červů v této studii jsou považovány za bezpečné pro lidskou spotřebu. Při použití bočních proudů, které mohou obsahovat těžké kovy jako zdroje mokrého krmiva pro T. molitor, se doporučuje pravidelné a pečlivé monitorování.
Nejhojnější mastné kyseliny v celkové biomase larev T. molitor byly kyselina palmitová (C16:0), kyselina olejová (C18:1) a kyselina linolová (C18:2) (tabulka 5), což je v souladu s předchozími studiemi na T. molitor. Výsledky spektra mastných kyselin jsou konzistentní36,46,50,65. Profil mastných kyselin T. molitor se obecně skládá z pěti hlavních složek: kyselina olejová (C18:1), kyselina palmitová (C16:0), kyselina linolová (C18:2), kyselina myristová (C14:0) a kyselina stearová (C18:0). Kyselina olejová je uváděna jako nejhojnější mastná kyselina (30–60 %) u larev moučných červů, následuje kyselina palmitová a kyselina linolová22,35,38,39. Předchozí studie ukázaly, že tento profil mastných kyselin je ovlivněn stravou larev moučných červů, ale rozdíly nesledují stejné trendy jako dieta38. Ve srovnání s jinými profily mastných kyselin je poměr C18:1–C18:2 u slupek brambor obrácený. Podobné výsledky byly získány pro změny v profilu mastných kyselin u moučných červů krmených dušenou slupkou brambor36. Tyto výsledky naznačují, že ačkoli profil mastných kyselin oleje z moučných červů může být změněn, stále zůstává bohatým zdrojem nenasycených mastných kyselin.
Cílem této studie bylo zhodnotit vliv použití čtyř různých agroprůmyslových toků bioodpadu jako mokrého krmiva na složení moučných červů. Dopad byl hodnocen na základě nutriční hodnoty larev. Výsledky ukázaly, že vedlejší produkty byly úspěšně přeměněny na biomasu bohatou na bílkoviny (obsah bílkovin 40,7-52,3 %), kterou lze použít jako zdroj potravin a krmiv. Kromě toho studie ukázala, že použití vedlejších produktů jako mokrého krmiva ovlivňuje nutriční hodnotu biomasy moučných červů. Zejména poskytnutí vysoké koncentrace sacharidů larvám (např. odřezky z brambor) zvyšuje jejich obsah tuku a mění složení mastných kyselin: nižší obsah polynenasycených mastných kyselin a vyšší obsah nasycených a mononenasycených mastných kyselin, nikoli však koncentrace nenasycených mastných kyselin . Stále dominují mastné kyseliny (mononenasycené + polynenasycené). Studie také ukázala, že mouční červi selektivně akumulují vápník, železo a mangan z vedlejších toků bohatých na kyselé minerály. Zdá se, že biologická dostupnost minerálů hraje důležitou roli a k plnému pochopení této skutečnosti jsou zapotřebí další studie. Těžké kovy přítomné v bočních proudech se mohou hromadit v moučných červech. Konečné koncentrace Pb, Cd a Cr v biomase larev však byly pod přijatelnou úrovní, což umožnilo bezpečné použití těchto postranních proudů jako zdroje mokrého krmiva.
Larvy moučných červů byly chovány společnostmi Radius (Giel, Belgie) a Inagro (Rumbeke-Beitem, Belgie) na Thomas More University of Applied Sciences při 27 °C a 60% relativní vlhkosti. Hustota moučných červů chovaných v akváriu o rozměrech 60 x 40 cm byla 4,17 červů/cm2 (10 000 moučných červů). Larvy byly zpočátku krmeny 2,1 kg pšeničných otrub jako suché krmivo na chovnou nádrž a poté doplněny podle potřeby. Agarové bloky byly použity jako kontrolní mokré ošetření potravin. Od 4. týdne byly vedlejší proudy (také zdroj vlhkosti) krmeny jako mokrá potrava místo agaru ad libitum. Procento sušiny pro každý boční proud bylo předem stanoveno a zaznamenáno, aby se zajistilo stejné množství vlhkosti pro všechen hmyz v průběhu ošetření. Krmivo je rozmístěno rovnoměrně po celém teráriu. Larvy se sbírají, když se v experimentální skupině objeví první kukly. Odběr larev se provádí pomocí mechanické třepačky o průměru 2 mm. Kromě experimentu na kostičky brambor. Velké porce sušených brambor nakrájených na kostičky se také oddělí tak, že se larvy nechá prolézt přes toto síto a shromáždí se do kovového tácu. Celková hmotnost sklizně se určí zvážením celkové hmotnosti sklizně. Přežití se vypočítá vydělením celkové hmotnosti sklizně hmotností larev. Hmotnost larev se určí tak, že se vybere alespoň 100 larev a jejich celková hmotnost se vydělí počtem. Shromážděné larvy se nechají 24 hodin hladovět, aby se před analýzou vyprázdnily jejich střeva. Nakonec se larvy znovu prohlédnou, aby se oddělily od zbytku. Jsou lyofilizovány a skladovány při -18 °C až do analýzy.
Suchým krmivem byly pšeničné otruby (belgický Molens Joye). Pšeničné otruby byly předem prosévány na velikost částic menší než 2 mm. Kromě suchého krmiva potřebují larvy moučných červů také vlhké krmivo pro udržení vlhkosti a minerální doplňky vyžadované moučnými červy. Mokré krmivo tvoří více než polovinu celkového krmiva (suché krmivo + mokré krmivo). V našich experimentech byl jako kontrolní vlhké krmivo použit agar (Brouwland, Belgie, 25 g/l)45. Jak je znázorněno na obrázku 1, byly testovány čtyři zemědělské vedlejší produkty s různým obsahem živin jako vlhké krmivo pro larvy moučných červů. Mezi tyto vedlejší produkty patří a) listy z pěstování okurek (Inagro, Belgie), b) odřezky brambor (Duigny, Belgie), c) fermentované kořeny čekanky (Inagro, Belgie) a d) neprodané ovoce a zelenina z aukcí . (Belorta, Belgie). Boční proud se naseká na kousky vhodné pro použití jako mokré krmivo pro moučné červy.
Vedlejší zemědělské produkty jako mokré krmivo pro moučné červy; a) zahradní listí z pěstování okurek, b) bramborové řízky, c) kořeny čekanky, d) neprodaná zelenina v aukci ae) agarové bloky. Jako ovládací prvky.
Složení krmiva a larev moučných červů bylo stanoveno třikrát (n = 3). Byla hodnocena rychlá analýza, minerální složení, obsah těžkých kovů a složení mastných kyselin. Z odebraných a vyhladovělých larev byl odebrán homogenizovaný vzorek 250 g, vysušen při 60 °C do konstantní hmotnosti, rozemlet (IKA, Tube Mill 100) a proset přes 1 mm síto. Vysušené vzorky byly uzavřeny v tmavých nádobách.
Obsah sušiny (DM) byl stanoven sušením vzorků v sušárně při 105 °C po dobu 24 hodin (Memmert, UF110). Procento sušiny bylo vypočteno na základě ztráty hmotnosti vzorku.
Obsah surového popela (CA) byl stanoven ztrátou hmoty po spalování v muflové peci (Nabertherm, L9/11/SKM) při 550 °C po dobu 4 hodin.
Extrakce obsahu hrubého tuku nebo diethyletheru (EE) byla provedena petroletherem (bp 40–60 °C) za použití Soxhletova extrakčního zařízení. Přibližně 10 g vzorku bylo umístěno do extrakční hlavy a pokryto keramickou vlnou, aby se zabránilo ztrátě vzorku. Vzorky byly extrahovány přes noc 150 ml petroletheru. Extrakt byl ochlazen, organické rozpouštědlo bylo odstraněno a získáno rotačním odpařováním (Büchi, R-300) při 300 mbar a 50 °C. Surové lipidové nebo etherové extrakty byly ochlazeny a zváženy na analytických vahách.
Obsah surového proteinu (CP) byl stanoven analýzou dusíku přítomného ve vzorku pomocí Kjeldahlovy metody BN EN ISO 5983-1 (2005). Pro výpočet obsahu bílkovin použijte příslušné N až P faktory. Pro standardní suché krmivo (pšeničné otruby) použijte celkový faktor 6,25. Pro vedlejší proud se používá faktor 4,2366 a pro zeleninové směsi se používá faktor 4,3967. Obsah surového proteinu larev byl vypočten s použitím N až P faktoru 5,3351.
Obsah vlákniny zahrnoval stanovení neutrální detergentní vlákniny (NDF) na základě Gerhardtova extrakčního protokolu (manuální analýza vláken v pytlích, Gerhardt, Německo) a van Soest 68 metodou. Pro stanovení NDF byl 1 g vzorek umístěn do speciálního vláknitého sáčku (Gerhardt, ADF/NDF sáček) se skleněnou vložkou. Vláknité sáčky naplněné vzorky byly nejprve odtučněny petroletherem (bod varu 40–60 °C) a poté vysušeny při pokojové teplotě. Odtučněný vzorek byl extrahován neutrálním vláknitým detergentním roztokem obsahujícím tepelně stabilní a-amylázu při teplotě varu po dobu 1,5 hodiny. Vzorky byly poté třikrát promyty vroucí deionizovanou vodou a sušeny při 105 °C přes noc. Suché sáčky z vláken (obsahující zbytky vláken) byly zváženy pomocí analytických vah (Sartorius, P224-1S) a poté vypáleny v muflové peci (Nabertherm, L9/11/SKM) při 550 °C po dobu 4 hodin. Popel byl znovu zvážen a obsah vlákniny byl vypočten na základě ztráty hmotnosti mezi sušením a spálením vzorku.
Ke stanovení obsahu chitinu v larvách jsme použili upravený protokol založený na analýze hrubé vlákniny od van Soesta 68 . Vzorek 1 g byl umístěn do speciálního vláknitého vaku (Gerhardt, CF Bag) a skleněného uzávěru. Vzorky byly zabaleny do vláknitých sáčků, odtučněny v petroletheru (cca 40–60 °C) a vysušeny na vzduchu. Odtučněný vzorek byl nejprve extrahován kyselým roztokem 0,13 M kyseliny sírové při teplotě varu po dobu 30 minut. Extrakční vláknitý vak obsahující vzorek byl třikrát promyt vroucí deionizovanou vodou a poté extrahován 0,23 M roztokem hydroxidu draselného po dobu 2 hodin. Vak z extrakčních vláken obsahující vzorek byl znovu třikrát propláchnut vroucí deionizovanou vodou a sušen při 105 °C přes noc. Suchý pytel obsahující zbytky vláken byl zvážen na analytických vahách a spálen v muflové peci při 550 °C po dobu 4 hodin. Popel byl zvážen a na základě úbytku hmotnosti spáleného vzorku byl vypočten obsah vlákniny.
Byl vypočten celkový obsah sacharidů. Koncentrace nevláknitých sacharidů (NFC) v krmivu byla vypočtena pomocí NDF analýzy a koncentrace hmyzu byla vypočtena pomocí analýzy chitinu.
Hodnota pH matrice byla stanovena po extrakci deionizovanou vodou (1:5 obj./obj.) podle NBN EN 15933.
Vzorky byly připraveny tak, jak je popsáno v Broeckx et al. Minerální profily byly stanoveny pomocí ICP-OES (Optima 4300™ DV ICP-OES, Perkin Elmer, MA, USA).
Těžké kovy Cd, Cr a Pb byly analyzovány atomovou absorpční spektrometrií v grafitové peci (AAS) (Thermo Scientific, řada ICE 3000, vybavená pecním autosamplerem GFS). Asi 200 mg vzorku bylo štěpeno v kyselé HN03/HCl (1:3 obj./obj.) za použití mikrovln (CEM, MARS 5). Mikrovlnná digesce byla provedena při 190 °C po dobu 25 minut při 600 W. Extrakt zřeďte ultračistou vodou.
Mastné kyseliny byly stanoveny pomocí GC-MS (Agilent Technologies, 7820A GC systém s 5977 E MSD detektorem). Podle způsobu Josepha a Akmana70 se 20% roztok BF3/MeOH přidal k methanolickému roztoku KOH a z etherového extraktu se po esterifikaci získal methylester mastné kyseliny (FAME). Mastné kyseliny lze identifikovat porovnáním jejich retenčních časů s 37 standardy směsi FAME (Chemical Lab) nebo porovnáním jejich MS spekter s online knihovnami, jako je databáze NIST. Kvalitativní analýza se provádí výpočtem plochy píku jako procenta z celkové plochy píku chromatogramu.
Analýza dat byla provedena pomocí softwaru JMP Pro 15.1.1 od SAS (Buckinghamshire, UK). Hodnocení bylo provedeno pomocí jednosměrné analýzy rozptylu s hladinou významnosti 0,05 a Tukeyho HSD jako post hoc testu.
Bioakumulační faktor (BAF) byl vypočten vydělením koncentrace těžkých kovů v biomase larev moučných červů (DM) koncentrací ve vlhkém krmivu (DM)43. BAF větší než 1 znamená, že se těžké kovy bioakumulují z vlhkého krmiva v larvách.
Soubory dat vygenerované a/nebo analyzované během aktuální studie jsou na přiměřenou žádost k dispozici od odpovídajícího autora.
Ministerstvo hospodářství a sociálních věcí OSN, Divize populace. World Population Prospects 2019: Highlights (ST/ESA/SER.A/423) (2019).
Cole, MB, Augustine, MA, Robertson, MJ, a Manners, JM, Věda o bezpečnosti potravin. NPJ Sci. Jídlo 2018, 2. https://doi.org/10.1038/s41538-018-0021-9 (2018).
Čas odeslání: 25. prosince 2024