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Die Insektenzucht ist eine potenzielle Möglichkeit, den weltweit wachsenden Bedarf an Proteinen zu decken, und stellt eine neue Aktivität in der westlichen Welt dar, bei der noch viele Fragen zur Produktqualität und -sicherheit bestehen. Insekten können eine wichtige Rolle in der Kreislaufwirtschaft spielen, indem sie Bioabfälle in wertvolle Biomasse umwandeln. Etwa die Hälfte des Futtersubstrats für Mehlwürmer stammt aus Nassfutter. Dieser kann aus Bioabfällen gewonnen werden, wodurch die Insektenzucht nachhaltiger wird. Dieser Artikel berichtet über die Nährstoffzusammensetzung von Mehlwürmern (Tenebrio molitor), die mit organischen Nahrungsergänzungsmitteln aus Nebenprodukten gefüttert werden. Dazu gehören unverkauftes Gemüse, Kartoffelscheiben, fermentierte Zichorienwurzeln und Gartenblätter. Die Beurteilung erfolgt durch Analyse der ungefähren Zusammensetzung, des Fettsäureprofils sowie des Mineral- und Schwermetallgehalts. Mehlwürmer, die mit Kartoffelscheiben gefüttert wurden, hatten einen doppelt so hohen Fettgehalt und einen Anstieg an gesättigten und einfach ungesättigten Fettsäuren. Die Verwendung fermentierter Zichorienwurzel erhöht den Mineralstoffgehalt und reichert Schwermetalle an. Darüber hinaus erfolgt die Aufnahme von Mineralien durch den Mehlwurm selektiv, da lediglich die Kalzium-, Eisen- und Mangankonzentration erhöht wird. Die Zugabe von Gemüsemischungen oder Gartenblättern zur Ernährung wird das Nährwertprofil nicht wesentlich verändern. Zusammenfassend konnte festgestellt werden, dass der Nebenproduktstrom erfolgreich in eine proteinreiche Biomasse umgewandelt wurde, deren Nährstoffgehalt und Bioverfügbarkeit die Zusammensetzung der Mehlwürmer beeinflussten.
Es wird erwartet, dass die wachsende menschliche Bevölkerung bis zum Jahr 2050 9,7 Milliarden Menschen erreichen wird1,2 was unsere Nahrungsmittelproduktion unter Druck setzt, den hohen Bedarf an Nahrungsmitteln zu decken. Es wird geschätzt, dass die Nahrungsmittelnachfrage zwischen 2012 und 2050 um 70–80 % steigen wird3,4,5. Die natürlichen Ressourcen, die für die derzeitige Nahrungsmittelproduktion verwendet werden, werden erschöpft, was unsere Ökosysteme und Nahrungsmittelvorräte bedroht. Darüber hinaus werden im Zusammenhang mit der Lebensmittelproduktion und dem Lebensmittelkonsum große Mengen an Biomasse verschwendet. Es wird geschätzt, dass bis 2050 das jährliche weltweite Abfallvolumen 27 Milliarden Tonnen erreichen wird, wobei es sich größtenteils um Bioabfälle handelt6,7,8. Als Reaktion auf diese Herausforderungen wurden innovative Lösungen, Lebensmittelalternativen und eine nachhaltige Entwicklung der Landwirtschaft und Lebensmittelsysteme vorgeschlagen9,10,11. Ein solcher Ansatz besteht darin, organische Reststoffe zur Produktion von Rohstoffen wie essbaren Insekten als nachhaltige Nahrungs- und Futtermittel zu nutzen12,13. Die Insektenzucht verursacht geringere Treibhausgas- und Ammoniakemissionen, benötigt weniger Wasser als herkömmliche Proteinquellen und kann in vertikalen Landwirtschaftssystemen produziert werden, die weniger Platz benötigen14,15,16,17,18,19. Studien haben gezeigt, dass Insekten in der Lage sind, geringwertige Bioabfälle in wertvolle proteinreiche Biomasse mit Trockenmassegehalten von bis zu 70 % umzuwandeln20,21,22. Darüber hinaus wird minderwertige Biomasse derzeit zur Energieerzeugung, zur Deponierung oder zum Recycling verwendet und konkurriert daher nicht mit dem aktuellen Lebens- und Futtermittelsektor23,24,25,26. Der Mehlwurm (T. molitor)27 gilt als eine der vielversprechendsten Arten für die großtechnische Nahrungs- und Futtermittelproduktion. Sowohl Larven als auch Erwachsene ernähren sich von einer Vielzahl von Materialien wie Getreideprodukten, tierischen Abfällen, Gemüse, Früchten usw. 28,29. In westlichen Gesellschaften wird T. molitor in kleinem Maßstab in Gefangenschaft gezüchtet, hauptsächlich als Futter für Haustiere wie Vögel oder Reptilien. Derzeit wird ihrem Potenzial in der Lebensmittel- und Futtermittelproduktion mehr Aufmerksamkeit geschenkt30,31,32. Beispielsweise wurde T. molitor mit einem neuen Lebensmittelprofil zugelassen, einschließlich der Verwendung in gefrorener, getrockneter und pulverisierter Form (Verordnung (EU) Nr. 258/97 und Verordnung (EU) 2015/2283) 33. Allerdings erfolgt die Produktion in großem Maßstab von Insekten als Nahrungs- und Futtermittel ist in westlichen Ländern noch ein relativ neues Konzept. Die Branche steht vor Herausforderungen wie Wissenslücken hinsichtlich optimaler Ernährung und Produktion, der Nährwertqualität des Endprodukts und Sicherheitsproblemen wie der Ansammlung toxischer Stoffe und mikrobieller Gefahren. Im Gegensatz zur traditionellen Viehhaltung gibt es bei der Insektenzucht keine vergleichbare historische Erfolgsgeschichte17,24,25,34.
Obwohl viele Studien zum Nährwert von Mehlwürmern durchgeführt wurden, sind die Faktoren, die ihren Nährwert beeinflussen, noch nicht vollständig geklärt. Frühere Studien haben gezeigt, dass die Ernährung von Insekten einen gewissen Einfluss auf ihre Zusammensetzung haben könnte, es wurde jedoch kein klares Muster gefunden. Darüber hinaus konzentrierten sich diese Studien auf die Protein- und Lipidkomponenten von Mehlwürmern, hatten jedoch begrenzte Auswirkungen auf die Mineralkomponenten21,22,32,35,36,37,38,39,40. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um die Mineralabsorptionskapazität zu verstehen. Eine kürzlich durchgeführte Studie kam zu dem Schluss, dass Mehlwurmlarven, die mit Rettich gefüttert wurden, leicht erhöhte Konzentrationen bestimmter Mineralien aufwiesen. Diese Ergebnisse beschränken sich jedoch auf das getestete Substrat und weitere industrielle Versuche sind erforderlich41. Es wurde berichtet, dass die Anreicherung von Schwermetallen (Cd, Pb, Ni, As, Hg) in Mehlwürmern signifikant mit dem Metallgehalt der Matrix korreliert. Obwohl die Metallkonzentrationen in der Nahrung von Tierfutter unter den gesetzlichen Grenzwerten liegen42, wurde auch eine Bioakkumulation von Arsen in Mehlwurmlarven festgestellt, während Cadmium und Blei nicht bioakkumuliert werden43. Das Verständnis der Auswirkungen der Ernährung auf die Nährstoffzusammensetzung von Mehlwürmern ist für ihre sichere Verwendung in Lebens- und Futtermitteln von entscheidender Bedeutung.
Die in diesem Artikel vorgestellte Studie konzentriert sich auf die Auswirkungen der Verwendung landwirtschaftlicher Nebenprodukte als Nassfutterquelle auf die Nährstoffzusammensetzung von Mehlwürmern. Neben Trockenfutter sollte den Larven auch Nassfutter zur Verfügung gestellt werden. Die Nassfutterquelle liefert die nötige Feuchtigkeit und dient auch als Nahrungsergänzung für Mehlwürmer, wodurch die Wachstumsrate und das maximale Körpergewicht gesteigert werden44,45. Gemäß unseren Standarddaten zur Mehlwurmaufzucht im Interreg-Valusect-Projekt enthält das gesamte Mehlwurmfutter 57 Gew.-% Nassfutter. Normalerweise wird frisches Gemüse (z. B. Karotten) als Nassfutterquelle verwendet35,36,42,44,46. Die Verwendung minderwertiger Nebenprodukte als Nassfutterquellen wird der Insektenzucht nachhaltigere und wirtschaftlichere Vorteile bringen17. Die Ziele dieser Studie bestanden darin, (1) die Auswirkungen der Verwendung von Bioabfällen als Nassfutter auf die Nährstoffzusammensetzung von Mehlwürmern zu untersuchen, (2) den Makro- und Mikronährstoffgehalt von Mehlwurmlarven zu bestimmen, die auf mineralstoffreichen Bioabfällen aufgezogen wurden, um die Machbarkeit zu testen Mineralanreicherung und (3) Bewertung der Sicherheit dieser Nebenprodukte in der Insektenzucht durch Analyse des Vorhandenseins und der Anreicherung der Schwermetalle Pb, Cd und Cr. Diese Studie wird weitere Informationen über die Auswirkungen der Bioabfallergänzung auf die Ernährung, den Nährwert und die Sicherheit von Mehlwurmlarven liefern.
Der Trockensubstanzgehalt im Lateral Flow war höher als im Kontroll-Nassnähragar. Der Trockenmassegehalt lag in den Gemüsemischungen und Gartenblättern unter 10 %, während er in Kartoffelstecklingen und fermentierten Zichorienwurzeln höher war (13,4 bzw. 29,9 g/100 g Frischmasse, FM).
Die Gemüsemischung hatte einen höheren Rohasche-, Fett- und Proteingehalt und einen geringeren Gehalt an nichtfaserigen Kohlenhydraten als das Kontrollfutter (Agar), während der Gehalt an mit Amylase behandelten neutralen Detergensfasern ähnlich war. Der Kohlenhydratgehalt der Kartoffelscheiben war von allen Seitenströmen am höchsten und mit dem des Agars vergleichbar. Insgesamt war seine Rohzusammensetzung der des Kontrollfutters am ähnlichsten, wurde jedoch durch geringe Mengen an Protein (4,9 %) und Rohasche (2,9 %) ergänzt 47,48 . Der pH-Wert von Kartoffeln liegt zwischen 5 und 6, und es ist erwähnenswert, dass dieser Kartoffelnebenstrom saurer ist (4,7). Fermentierte Zichorienwurzel ist reich an Asche und von allen Nebenströmen am sauersten. Da die Wurzeln nicht gereinigt wurden, dürfte der Großteil der Asche aus Sand (Kieselsäure) bestehen. Gartenblätter waren im Vergleich zur Kontrolle und anderen Nebenströmen das einzige alkalische Produkt. Es enthält einen hohen Asche- und Proteingehalt und viel weniger Kohlenhydrate als die Kontrolle. Die Rohzusammensetzung kommt der fermentierten Zichorienwurzel am nächsten, die Rohproteinkonzentration ist jedoch höher (15,0 %), was mit dem Proteingehalt der Gemüsemischung vergleichbar ist. Die statistische Analyse der oben genannten Daten zeigte signifikante Unterschiede in der Rohölzusammensetzung und dem pH-Wert der Nebenströme.
Die Zugabe von Gemüsemischungen oder Gartenblättern zum Mehlwurmfutter hatte keinen Einfluss auf die Biomassezusammensetzung der Mehlwurmlarven im Vergleich zur Kontrollgruppe (Tabelle 1). Die Zugabe von Kartoffelstecklingen führte zu dem signifikantesten Unterschied in der Biomassezusammensetzung im Vergleich zur Kontrollgruppe, die Mehlwurmlarven und andere Nassfutterquellen erhielt. Was den Proteingehalt von Mehlwürmern betrifft, mit Ausnahme von Kartoffelstecklingen, hatten unterschiedliche ungefähre Zusammensetzungen der Nebenströme keinen Einfluss auf den Proteingehalt der Larven. Die Fütterung von Kartoffelstecklingen als Feuchtigkeitsquelle führte zu einer Verdoppelung des Fettgehalts der Larven und einer Verringerung des Gehalts an Protein, Chitin und nichtfaserigen Kohlenhydraten. Fermentierte Zichorienwurzeln erhöhten den Aschegehalt der Mehlwurmlarven um das Eineinhalbfache.
Mineralprofile wurden als Gehalt an Makromineralien (Tabelle 2) und Mikronährstoffen (Tabelle 3) im Nassfutter und in der Biomasse der Mehlwurmlarven ausgedrückt.
Im Allgemeinen waren landwirtschaftliche Nebenströme im Vergleich zur Kontrollgruppe reicher an Makromineralien, mit Ausnahme der Kartoffelstecklinge, die einen geringeren Mg-, Na- und Ca-Gehalt aufwiesen. Die Kaliumkonzentration war in allen Seitenströmen im Vergleich zur Kontrolle hoch. Agar enthält 3 mg/100 g TM K, während die K-Konzentration im Seitenstrom zwischen 1070 und 9909 mg/100 g TM lag. Der Makromineralgehalt in der Gemüsemischung war deutlich höher als in der Kontrollgruppe, der Na-Gehalt war jedoch deutlich niedriger (88 vs. 111 mg/100 g TM). Die Makromineralkonzentration in Kartoffelstecklingen war von allen Nebenströmen am niedrigsten. Der Gehalt an Makromineralien in Kartoffelstecklingen war deutlich niedriger als in anderen Nebenströmen und der Kontrolle. Abgesehen davon, dass der Mg-Gehalt mit dem der Kontrollgruppe vergleichbar war. Obwohl fermentierte Zichorienwurzeln nicht die höchste Konzentration an Makromineralien aufwiesen, war der Aschegehalt dieses Seitenstroms der höchste von allen Seitenströmen. Dies kann daran liegen, dass sie nicht gereinigt sind und hohe Konzentrationen an Kieselsäure (Sand) enthalten können. Die Na- und Ca-Gehalte waren vergleichbar mit denen der Gemüsemischung. Die fermentierte Zichorienwurzel enthielt von allen Nebenströmen die höchste Na-Konzentration. Mit Ausnahme von Na wiesen Gartenblätter von allen Nassfuttermitteln die höchsten Konzentrationen an Makromineralien auf. Die K-Konzentration (9909 mg/100 g TM) war dreitausendmal höher als bei der Kontrolle (3 mg/100 g TM) und 2,5-mal höher als bei der Gemüsemischung (4057 mg/100 g TM). Der Ca-Gehalt war der höchste aller Nebenströme (7276 mg/100 g TM), 20-mal höher als bei der Kontrolle (336 mg/100 g TM) und 14-mal höher als die Ca-Konzentration in fermentierten Zichorienwurzeln oder Gemüsemischungen (530). und 496 mg/100 g TM).
Obwohl es signifikante Unterschiede in der makromineralischen Zusammensetzung der Futtermittel gab (Tabelle 2), wurden keine signifikanten Unterschiede in der makromineralischen Zusammensetzung von Mehlwürmern gefunden, die mit Gemüsemischungen und Kontrollfuttermitteln gezüchtet wurden.
Mit Larven gefütterte Kartoffelkrümel wiesen im Vergleich zur Kontrolle deutlich geringere Konzentrationen aller Makromineralien auf, mit Ausnahme von Na, das vergleichbare Konzentrationen aufwies. Darüber hinaus führte die Fütterung mit Kartoffelchips im Vergleich zu den anderen Nebenströmen zu der größten Reduzierung des Makromineraliengehalts der Larven. Dies steht im Einklang mit der geringeren Aschemenge, die in den nahegelegenen Mehlwurmformulierungen beobachtet wurde. Obwohl P und K in dieser Nassnahrung deutlich höher waren als in den anderen Nebenströmen und der Kontrolle, spiegelte die Zusammensetzung der Larven dies nicht wider. Die niedrigen Ca- und Mg-Konzentrationen in der Mehlwurmbiomasse können mit den niedrigen Ca- und Mg-Konzentrationen in der Nassnahrung selbst zusammenhängen.
Die Fütterung von fermentierten Zichorienwurzeln und Obstgartenblättern führte zu deutlich höheren Kalziumwerten als bei den Kontrollen. Obstgartenblätter enthielten von allen Nassfuttermitteln die höchsten Mengen an P, Mg, K und Ca, was sich jedoch nicht in der Mehlwurmbiomasse widerspiegelte. Die Na-Konzentrationen waren bei diesen Larven am niedrigsten, während die Na-Konzentrationen in Obstgartenblättern höher waren als in Kartoffelstecklingen. Der Ca-Gehalt stieg in den Larven (66 mg/100 g TM), aber die Ca-Konzentrationen waren nicht so hoch wie die in der Mehlwurm-Biomasse (79 mg/100 g TM) in den Versuchen mit fermentierten Zichorienwurzeln, obwohl die Ca-Konzentration in Obstgarten-Blattkulturen hoch war 14-mal höher als in der Zichorienwurzel.
Basierend auf der Mikroelementzusammensetzung der Nassfuttermittel (Tabelle 3) war die Mineralstoffzusammensetzung der Gemüsemischung ähnlich der der Kontrollgruppe, außer dass die Mn-Konzentration deutlich niedriger war. Die Konzentrationen aller analysierten Mikroelemente waren in Kartoffelstücken niedriger als in der Kontrolle und anderen Nebenprodukten. Fermentierte Zichorienwurzel enthielt fast 100-mal mehr Eisen, 4-mal mehr Kupfer, 2-mal mehr Zink und etwa die gleiche Menge Mangan. Der Zink- und Mangangehalt in den Blättern von Gartenfrüchten war deutlich höher als in der Kontrollgruppe.
Es wurden keine signifikanten Unterschiede zwischen den Spurenelementgehalten der Larven festgestellt, die mit der Kontrollnahrung, der Gemüsemischung und der Nahrung mit feuchten Kartoffelresten gefüttert wurden. Der Fe- und Mn-Gehalt der Larven, die mit der fermentierten Zichorienwurzelnahrung gefüttert wurden, unterschied sich jedoch deutlich von denen der Mehlwürmer, die mit der Kontrollgruppe gefüttert wurden. Der Anstieg des Fe-Gehalts kann auf die hundertfache Erhöhung der Spurenelementkonzentration im Nassfutter selbst zurückzuführen sein. Obwohl es keinen signifikanten Unterschied in der Mn-Konzentration zwischen den fermentierten Zichorienwurzeln und der Kontrollgruppe gab, stiegen die Mn-Werte in den Larven an, die mit den fermentierten Zichorienwurzeln gefüttert wurden. Es ist auch zu beachten, dass die Mn-Konzentration in der Nassblattnahrung der Gartenbaudiät im Vergleich zur Kontrolle höher (dreifach) war, es jedoch keinen signifikanten Unterschied in der Biomassezusammensetzung der Mehlwürmer gab. Der einzige Unterschied zwischen den Kontroll- und Gartenbaublättern war der Cu-Gehalt, der in den Blättern niedriger war.
Tabelle 4 zeigt die Konzentrationen von Schwermetallen in Substraten. Die europäischen Höchstkonzentrationen von Pb, Cd und Cr in Alleinfuttermitteln für Tiere wurden in mg/100 g Trockenmasse umgerechnet und zu Tabelle 4 hinzugefügt, um den Vergleich mit den in Nebenströmen gefundenen Konzentrationen zu erleichtern47.
In den Kontrollnassfuttermitteln, Gemüsemischungen oder Kartoffelkleien wurde kein Pb nachgewiesen, während Gartenblätter 0,002 mg Pb/100 g TS enthielten und fermentierte Zichorienwurzeln die höchste Konzentration von 0,041 mg Pb/100 g TS enthielten. Die C-Konzentrationen in den Kontrollfuttermitteln und Gartenblättern waren vergleichbar (0,023 und 0,021 mg/100 g TM), während sie in den Gemüsemischungen und Kartoffelkleien niedriger waren (0,004 und 0,007 mg/100 g TM). Im Vergleich zu den anderen Substraten war die Cr-Konzentration in den fermentierten Zichorienwurzeln deutlich höher (0,135 mg/100 g TM) und sechsmal höher als im Kontrollfutter. Cd wurde weder im Kontrollstrom noch in einem der verwendeten Nebenströme nachgewiesen.
In Larven, die mit fermentierten Zichorienwurzeln gefüttert wurden, wurden deutlich höhere Pb- und Cr-Werte gefunden. Allerdings wurde Cd in keiner Mehlwurmlarve nachgewiesen.
Eine qualitative Analyse der Fettsäuren im Rohfett wurde durchgeführt, um festzustellen, ob das Fettsäureprofil der Mehlwurmlarven durch die verschiedenen Komponenten des Seitenstroms, mit dem sie gefüttert wurden, beeinflusst werden kann. Die Verteilung dieser Fettsäuren ist in Tabelle 5 dargestellt. Die Fettsäuren sind nach ihrem gebräuchlichen Namen und ihrer Molekülstruktur aufgeführt (bezeichnet als „Cx:y“, wobei x der Anzahl der Kohlenstoffatome und y der Anzahl der ungesättigten Bindungen entspricht). ).
Das Fettsäureprofil von Mehlwürmern, die mit Kartoffelschnitzeln gefüttert wurden, war deutlich verändert. Sie enthielten deutlich höhere Mengen an Myristinsäure (C14:0), Palmitinsäure (C16:0), Palmitoleinsäure (C16:1) und Ölsäure (C18:1). Die Konzentrationen von Pentadecansäure (C15:0), Linolsäure (C18:2) und Linolensäure (C18:3) waren im Vergleich zu anderen Mehlwürmern deutlich niedriger. Im Vergleich zu anderen Fettsäureprofilen war das Verhältnis von C18:1 zu C18:2 in Kartoffelschnitzeln umgekehrt. Mehlwürmer, die mit Gartenblättern gefüttert wurden, enthielten höhere Mengen an Pentadecansäure (C15:0) als Mehlwürmer, die mit anderen Nassfuttermitteln gefüttert wurden.
Fettsäuren werden in gesättigte Fettsäuren (SFA), einfach ungesättigte Fettsäuren (MUFA) und mehrfach ungesättigte Fettsäuren (PUFA) unterteilt. Tabelle 5 zeigt die Konzentrationen dieser Fettsäuregruppen. Insgesamt unterschieden sich die Fettsäureprofile der mit Mehlwürmern gefütterten Kartoffelabfälle deutlich von denen der Kontrolle und anderer Nebenströme. Für jede Fettsäuregruppe unterschieden sich die mit Kartoffelchips gefütterten Mehlwürmer deutlich von allen anderen Gruppen. Sie enthielten mehr SFA und MUFA und weniger PUFA.
Es gab keine signifikanten Unterschiede zwischen der Überlebensrate und dem Gesamtertragsgewicht der auf verschiedenen Substraten gezüchteten Larven. Die durchschnittliche Gesamtüberlebensrate betrug 90 % und das durchschnittliche Gesamtertragsgewicht betrug 974 Gramm. Mehlwürmer verarbeiten Nebenprodukte erfolgreich als Nassfutterquelle. Mehlwurm-Nassfutter macht mehr als die Hälfte des Gesamtfuttergewichts (trocken + nass) aus. Der Ersatz von frischem Gemüse durch landwirtschaftliche Nebenprodukte als traditionelles Nassfutter hat wirtschaftliche und ökologische Vorteile für die Mehlwurmzucht.
Tabelle 1 zeigt, dass die Biomassezusammensetzung der mit der Kontrollnahrung aufgezogenen Mehlwurmlarven etwa 72 % Feuchtigkeit, 5 % Asche, 19 % Lipid, 51 % Protein, 8 % Chitin und 18 % Trockenmasse als nichtfaserige Kohlenhydrate betrug. Dies ist vergleichbar mit den in der Literatur angegebenen Werten.48,49 Allerdings können in der Literatur auch andere Komponenten gefunden werden, oft abhängig von der verwendeten Analysemethode. Beispielsweise verwendeten wir die Kjeldahl-Methode zur Bestimmung des Rohproteingehalts mit einem N-P-Verhältnis von 5,33, während andere Forscher für Fleisch- und Futtermittelproben das weiter verbreitete Verhältnis von 6,25 verwenden.50,51
Die Zugabe von Kartoffelresten (kohlenhydratreiches Nassfutter) zur Nahrung führte zu einer Verdoppelung des Fettgehalts der Mehlwürmer. Man geht davon aus, dass der Kohlenhydratgehalt von Kartoffeln hauptsächlich aus Stärke besteht, während Agar Zucker (Polysaccharide) enthält47,48. Dieses Ergebnis steht im Gegensatz zu einer anderen Studie, in der festgestellt wurde, dass der Fettgehalt abnahm, wenn Mehlwürmer mit einer Nahrung gefüttert wurden, die mit dampfgeschälten Kartoffeln ergänzt wurde, die wenig Eiweiß (10,7 %) und viel Stärke (49,8 %) enthielten36. Wenn der Nahrung Oliventrester hinzugefügt wurde, entsprachen die Protein- und Kohlenhydratgehalte der Mehlwürmer denen der Nassnahrung, während der Fettgehalt unverändert blieb35. Im Gegensatz dazu haben andere Studien gezeigt, dass sich der Proteingehalt von in Nebenflüssen aufgezogenen Larven grundlegend verändert, ebenso wie der Fettgehalt22,37.
Fermentierte Zichorienwurzeln erhöhten den Aschegehalt der Mehlwurmlarven deutlich (Tabelle 1). Die Forschung zu den Auswirkungen von Nebenprodukten auf die Asche- und Mineralzusammensetzung von Mehlwurmlarven ist begrenzt. Die meisten Studien zur Fütterung von Nebenprodukten konzentrierten sich auf den Fett- und Proteingehalt der Larven, ohne den Aschegehalt zu analysieren21,35,36,38,39. Bei der Analyse des Aschegehalts der mit Nebenprodukten gefütterten Larven wurde jedoch ein Anstieg des Aschegehalts festgestellt. Beispielsweise erhöhte die Fütterung von Mehlwürmern mit Gartenabfällen ihren Aschegehalt von 3,01 % auf 5,30 %, und die Zugabe von Wassermelonenabfällen zur Nahrung erhöhte den Aschegehalt von 1,87 % auf 4,40 %.
Obwohl sich alle Nassfutterquellen in ihrer ungefähren Zusammensetzung erheblich unterschieden (Tabelle 1), waren die Unterschiede in der Biomassezusammensetzung der Mehlwurmlarven, die mit den jeweiligen Nassfutterquellen gefüttert wurden, gering. Nur Mehlwurmlarven, die mit Kartoffelstücken oder fermentierter Zichorienwurzel gefüttert wurden, zeigten signifikante Veränderungen. Eine mögliche Erklärung für dieses Ergebnis ist, dass zusätzlich zu den Zichorienwurzeln auch die Kartoffelstücke teilweise fermentiert wurden (pH 4,7, Tabelle 1), wodurch die Stärke/Kohlenhydrate für die Mehlwurmlarven besser verdaulich/verfügbar wurden. Die Art und Weise, wie Mehlwurmlarven Lipide aus Nährstoffen wie Kohlenhydraten synthetisieren, ist von großem Interesse und sollte in zukünftigen Studien vollständig erforscht werden. Eine frühere Studie über die Auswirkung des pH-Werts von Nassfutter auf das Larvenwachstum von Mehlwürmern kam zu dem Schluss, dass bei der Verwendung von Agarblöcken mit Nassfutter über einen pH-Bereich von 3 bis 9 keine signifikanten Unterschiede beobachtet wurden. Dies weist darauf hin, dass fermentierte Nassfutter zur Kultivierung von Tenebrio molitor verwendet werden kann53 . Ähnlich wie bei Coudron et al.53 wurden in Kontrollexperimenten Agarblöcke in den bereitgestellten Nassfuttermitteln verwendet, da diese einen Mangel an Mineralien und Nährstoffen aufwiesen. Ihre Studie untersuchte nicht die Wirkung von ernährungsphysiologisch vielfältigeren Nassnahrungsquellen wie Gemüse oder Kartoffeln auf die Verbesserung der Verdaulichkeit oder Bioverfügbarkeit. Weitere Studien zu den Auswirkungen der Fermentation feuchter Nahrungsquellen auf Mehlwurmlarven sind erforderlich, um diese Theorie weiter zu erforschen.
Die in dieser Studie gefundene Mineralstoffverteilung der Biomasse des Kontrollmehlwurms (Tabellen 2 und 3) ist vergleichbar mit dem in der Literatur gefundenen Spektrum an Makro- und Mikronährstoffen48,54,55. Die Versorgung von Mehlwürmern mit fermentierter Zichorienwurzel als Nassfutterquelle maximiert ihren Mineralstoffgehalt. Obwohl die meisten Makro- und Mikronährstoffe in den Gemüsemischungen und Gartenblättern höher waren (Tabellen 2 und 3), beeinflussten sie den Mineralstoffgehalt der Mehlwurm-Biomasse nicht im gleichen Maße wie fermentierte Zichorienwurzeln. Eine mögliche Erklärung ist, dass die Nährstoffe in den alkalischen Gartenblättern weniger bioverfügbar sind als die in den anderen, saureren Nassfuttermitteln (Tabelle 1). Frühere Studien fütterten Mehlwurmlarven mit fermentiertem Reisstroh und stellten fest, dass sie sich in diesem Nebenstrom gut entwickelten, und zeigten außerdem, dass die Vorbehandlung des Substrats durch Fermentation die Nährstoffaufnahme induzierte. 56 Die Verwendung fermentierter Zichorienwurzeln erhöhte den Ca-, Fe- und Mn-Gehalt der Mehlwurmbiomasse. Obwohl dieser Nebenstrom auch höhere Konzentrationen anderer Mineralien (P, Mg, K, Na, Zn und Cu) enthielt, waren diese Mineralien in der Mehlwurmbiomasse im Vergleich zur Kontrolle nicht wesentlich häufiger anzutreffen, was auf eine selektive Mineralaufnahme hinweist. Die Erhöhung des Gehalts dieser Mineralien in der Mehlwurmbiomasse hat einen Nährwert für Lebens- und Futtermittelzwecke. Calcium ist ein essentieller Mineralstoff, der eine wichtige Rolle bei der neuromuskulären Funktion und vielen enzymvermittelten Prozessen wie Blutgerinnung, Knochen- und Zahnbildung spielt. 57,58 Eisenmangel ist in Entwicklungsländern ein häufiges Problem, da Kinder, Frauen und ältere Menschen oft nicht genügend Eisen über die Nahrung aufnehmen. 54 Obwohl Mangan ein wesentlicher Bestandteil der menschlichen Ernährung ist und eine zentrale Rolle bei der Funktion vieler Enzyme spielt, kann eine übermäßige Aufnahme toxisch sein. Höhere Manganwerte bei Mehlwürmern, die mit fermentierter Zichorienwurzel gefüttert wurden, stellten kein Problem dar und waren mit denen bei Hühnern vergleichbar. 59
Die im Nebenstrom gefundenen Schwermetallkonzentrationen lagen unter den europäischen Standards für Alleinfuttermittel. Die Schwermetallanalyse von Mehlwurmlarven zeigte, dass die Pb- und Cr-Werte bei Mehlwürmern, die mit fermentierter Zichorienwurzel gefüttert wurden, signifikant höher waren als in der Kontrollgruppe und anderen Substraten (Tabelle 4). Zichorienwurzeln wachsen im Boden und absorbieren bekanntermaßen Schwermetalle, während die anderen Nebenströme aus der kontrollierten menschlichen Nahrungsmittelproduktion stammen. Mehlwürmer, die mit fermentierter Zichorienwurzel gefüttert wurden, enthielten auch höhere Mengen an Pb und Cr (Tabelle 4). Die berechneten Bioakkumulationsfaktoren (BAF) lagen für Pb bei 2,66 und für Cr bei 1,14, also größer als 1, was darauf hindeutet, dass Mehlwürmer die Fähigkeit haben, Schwermetalle anzureichern. Bezüglich Pb legt die EU einen maximalen Pb-Gehalt von 0,10 mg pro Kilogramm Frischfleisch für den menschlichen Verzehr fest61. In unserer experimentellen Datenauswertung betrug die maximale Pb-Konzentration, die in fermentierten Chicorée-Wurzelmehlwürmern nachgewiesen wurde, 0,11 mg/100 g TS. Bei der Umrechnung auf einen Trockenmassegehalt von 30,8 % für diese Mehlwürmer ergab sich ein Pb-Gehalt von 0,034 mg/kg Frischmasse, was unter dem Höchstwert von 0,10 mg/kg lag. In den europäischen Lebensmittelvorschriften ist kein maximaler Cr-Gehalt festgelegt. Cr kommt häufig in der Umwelt, in Lebensmitteln und Lebensmittelzusatzstoffen vor und gilt in geringen Mengen als essentieller Nährstoff für den Menschen62,63,64. Diese Analysen (Tabelle 4) deuten darauf hin, dass T. molitor-Larven Schwermetalle ansammeln können, wenn Schwermetalle in der Nahrung vorhanden sind. Allerdings gelten die in dieser Studie in der Biomasse von Mehlwürmern gefundenen Schwermetallgehalte als unbedenklich für den menschlichen Verzehr. Bei der Verwendung von Nebenströmen, die Schwermetalle enthalten können, als Nassfutterquelle für T. molitor wird eine regelmäßige und sorgfältige Überwachung empfohlen.
Die am häufigsten vorkommenden Fettsäuren in der Gesamtbiomasse von T. molitor-Larven waren Palmitinsäure (C16:0), Ölsäure (C18:1) und Linolsäure (C18:2) (Tabelle 5), was mit früheren Studien übereinstimmt auf T. molitor. Die Ergebnisse des Fettsäurespektrums sind konsistent36,46,50,65. Das Fettsäureprofil von T. molitor besteht im Allgemeinen aus fünf Hauptkomponenten: Ölsäure (C18:1), Palmitinsäure (C16:0), Linolsäure (C18:2), Myristinsäure (C14:0) und Stearinsäure (C18:0). Berichten zufolge ist Ölsäure die in Mehlwurmlarven am häufigsten vorkommende Fettsäure (30–60 %), gefolgt von Palmitinsäure und Linolsäure22,35,38,39. Frühere Studien haben gezeigt, dass dieses Fettsäureprofil durch die Ernährung der Mehlwurmlarven beeinflusst wird, die Unterschiede folgen jedoch nicht den gleichen Trends wie die Ernährung38. Im Vergleich zu anderen Fettsäureprofilen ist das Verhältnis C18:1–C18:2 in Kartoffelschalen umgekehrt. Ähnliche Ergebnisse wurden für Veränderungen im Fettsäureprofil von Mehlwürmern erzielt, die mit gedämpften Kartoffelschalen gefüttert wurden36. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Fettsäureprofil von Mehlwurmöl zwar verändert sein kann, es jedoch immer noch eine reichhaltige Quelle an ungesättigten Fettsäuren bleibt.
Ziel dieser Studie war es, die Auswirkung der Verwendung von vier verschiedenen agroindustriellen Bioabfallströmen als Nassfutter auf die Zusammensetzung von Mehlwürmern zu bewerten. Die Auswirkungen wurden anhand des Nährwerts der Larven beurteilt. Die Ergebnisse zeigten, dass die Nebenprodukte erfolgreich in proteinreiche Biomasse (Proteingehalt 40,7–52,3 %) umgewandelt wurden, die als Nahrungs- und Futtermittelquelle genutzt werden kann. Darüber hinaus zeigte die Studie, dass die Verwendung der Nebenprodukte als Nassfutter den Nährwert der Mehlwurmbiomasse beeinflusst. Insbesondere die Versorgung der Larven mit einer hohen Konzentration an Kohlenhydraten (z. B. Kartoffelstücke) erhöht ihren Fettgehalt und verändert ihre Fettsäurezusammensetzung: geringerer Gehalt an mehrfach ungesättigten Fettsäuren und höherer Gehalt an gesättigten und einfach ungesättigten Fettsäuren, jedoch keine Konzentrationen an ungesättigten Fettsäuren . Nach wie vor dominieren die Fettsäuren (einfach ungesättigt + mehrfach ungesättigt). Die Studie zeigte auch, dass Mehlwürmer selektiv Kalzium, Eisen und Mangan aus Nebenflüssen ansammeln, die reich an sauren Mineralien sind. Die Bioverfügbarkeit von Mineralien scheint eine wichtige Rolle zu spielen und weitere Studien sind erforderlich, um dies vollständig zu verstehen. In den Nebenströmen vorhandene Schwermetalle können sich in Mehlwürmern anreichern. Allerdings lagen die Endkonzentrationen von Pb, Cd und Cr in der Larvenbiomasse unter akzeptablen Werten, sodass diese Nebenströme sicher als Nassfutterquelle verwendet werden konnten.
Mehlwurmlarven wurden von Radius (Giel, Belgien) und Inagro (Rumbeke-Beitem, Belgien) an der Thomas More University of Applied Sciences bei 27 °C und 60 % relativer Luftfeuchtigkeit aufgezogen. Die Dichte der in einem 60 x 40 cm großen Aquarium gezüchteten Mehlwürmer betrug 4,17 Würmer/cm2 (10.000 Mehlwürmer). Pro Aufzuchtbecken wurden den Larven zunächst 2,1 kg Weizenkleie als Trockenfutter gefüttert und bei Bedarf ergänzt. Agarblöcke wurden als Kontroll-Nassfutterbehandlung verwendet. Ab Woche 4 wurden Nebenströme (ebenfalls eine Feuchtigkeitsquelle) als Nassfutter anstelle von Agar ad libitum gefüttert. Der Trockenmasseanteil für jeden Seitenstrom wurde vorab ermittelt und aufgezeichnet, um bei allen Behandlungen gleiche Feuchtigkeitsmengen für alle Insekten sicherzustellen. Das Futter wird gleichmäßig im Terrarium verteilt. Die Larven werden gesammelt, wenn in der Versuchsgruppe die ersten Puppen schlüpfen. Die Larvenernte erfolgt mit einem mechanischen Schüttler mit 2 mm Durchmesser. Mit Ausnahme des Experiments mit Kartoffelwürfeln. Große Portionen getrockneter Kartoffelwürfel werden ebenfalls abgetrennt, indem die Larven durch dieses Sieb kriechen und in einer Metallschale gesammelt werden. Das Gesamterntegewicht wird durch Wiegen des Gesamterntegewichts ermittelt. Das Überleben wird berechnet, indem das gesamte Erntegewicht durch das Larvengewicht dividiert wird. Das Larvengewicht wird bestimmt, indem man mindestens 100 Larven auswählt und ihr Gesamtgewicht durch die Anzahl dividiert. Gesammelte Larven werden vor der Analyse 24 Stunden lang ausgehungert, um ihre Eingeweide zu entleeren. Abschließend werden die Larven noch einmal gescreent, um sie vom Rest zu trennen. Sie werden einer Gefrierethanasierung unterzogen und bis zur Analyse bei -18 °C gelagert.
Trockenfutter war Weizenkleie (belgisch Molens Joye). Weizenkleie wurde auf eine Partikelgröße von weniger als 2 mm vorgesiebt. Mehlwurmlarven benötigen neben Trockenfutter auch Nassfutter zur Aufrechterhaltung der Feuchtigkeit und Mineralstoffzusätze, die Mehlwürmer benötigen. Nassfutter macht mehr als die Hälfte des Gesamtfutters aus (Trockenfutter + Nassfutter). In unseren Experimenten wurde Agar (Brouwland, Belgien, 25 g/l) als Kontroll-Nassfutter verwendet45. Wie in Abbildung 1 dargestellt, wurden vier landwirtschaftliche Nebenprodukte mit unterschiedlichen Nährstoffgehalten als Nassfutter für Mehlwurmlarven getestet. Zu diesen Nebenprodukten gehören (a) Blätter aus dem Gurkenanbau (Inagro, Belgien), (b) Kartoffelreste (Duigny, Belgien), (c) fermentierte Zichorienwurzeln (Inagro, Belgien) und (d) nicht verkauftes Obst und Gemüse aus Auktionen . (Belorta, Belgien). Der Nebenstrom wird in Stücke geschnitten, die sich zur Verwendung als feuchtes Mehlwurmfutter eignen.
Landwirtschaftliche Nebenprodukte als Nassfutter für Mehlwürmer; (a) Gartenblätter aus dem Gurkenanbau, (b) Kartoffelstecklinge, (c) Zichorienwurzeln, (d) nicht verkauftes Gemüse auf Auktionen und (e) Agarblöcke. Als Kontrollen.
Die Zusammensetzung des Futters und der Mehlwurmlarven wurde dreimal bestimmt (n = 3). Bewertet wurden Schnellanalyse, Mineralstoffzusammensetzung, Schwermetallgehalt und Fettsäurezusammensetzung. Den gesammelten und ausgehungerten Larven wurde eine homogenisierte Probe von 250 g entnommen, bei 60 °C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet, gemahlen (IKA, Rohrmühle 100) und durch ein 1-mm-Sieb gesiebt. Die getrockneten Proben wurden in dunklen Behältern verschlossen.
Der Trockenmassegehalt (TM) wurde durch 24-stündiges Trocknen der Proben in einem Ofen bei 105 °C (Memmert, UF110) bestimmt. Der Trockenmasseanteil wurde anhand des Gewichtsverlusts der Probe berechnet.
Der Rohaschegehalt (CA) wurde durch den Massenverlust nach der Verbrennung in einem Muffelofen (Nabertherm, L9/11/SKM) bei 550 °C für 4 Stunden bestimmt.
Die Extraktion des Rohfettgehalts oder des Diethylethers (EE) wurde mit Petrolether (Siedepunkt 40–60 °C) unter Verwendung einer Soxhlet-Extraktionsausrüstung durchgeführt. Ungefähr 10 g Probe wurden in den Extraktionskopf gegeben und mit Keramikwolle abgedeckt, um Probenverlust zu verhindern. Die Proben wurden über Nacht mit 150 ml Petrolether extrahiert. Der Extrakt wurde abgekühlt, das organische Lösungsmittel entfernt und durch Rotationsverdampfung (Büchi, R-300) bei 300 mbar und 50 °C zurückgewonnen. Die rohen Lipid- oder Etherextrakte wurden abgekühlt und auf einer Analysenwaage gewogen.
Der Rohproteingehalt (CP) wurde durch Analyse des in der Probe vorhandenen Stickstoffs mit der Kjeldahl-Methode BN EN ISO 5983-1 (2005) bestimmt. Verwenden Sie die entsprechenden N- bis P-Faktoren, um den Proteingehalt zu berechnen. Für Standard-Trockenfutter (Weizenkleie) verwenden Sie einen Gesamtfaktor von 6,25. Für Seitenströme wird ein Faktor von 4,2366 und für Gemüsemischungen ein Faktor von 4,3967 verwendet. Der Rohproteingehalt der Larven wurde mit einem N-zu-P-Faktor von 5,3351 berechnet.
Der Fasergehalt umfasste die Bestimmung neutraler Waschmittelfasern (NDF) basierend auf dem Gerhardt-Extraktionsprotokoll (manuelle Faseranalyse in Beuteln, Gerhardt, Deutschland) und der van Soest 68-Methode. Zur NDF-Bestimmung wurde eine 1-g-Probe in einen speziellen Faserbeutel (Gerhardt, ADF/NDF-Beutel) mit Glasauskleidung gegeben. Die mit Proben gefüllten Faserbeutel wurden zunächst mit Petrolether (Siedepunkt 40–60 °C) entfettet und anschließend bei Raumtemperatur getrocknet. Die entfettete Probe wurde mit einer neutralen Faserwaschmittellösung, die hitzestabile α-Amylase enthielt, 1,5 Stunden lang bei Siedetemperatur extrahiert. Anschließend wurden die Proben dreimal mit kochendem entionisiertem Wasser gewaschen und über Nacht bei 105 °C getrocknet. Die trockenen Faserbeutel (die Faserreste enthielten) wurden mit einer Analysenwaage (Sartorius, P224-1S) gewogen und anschließend in einem Muffelofen (Nabertherm, L9/11/SKM) bei 550 °C für 4 Stunden gebrannt. Die Asche wurde erneut gewogen und der Fasergehalt anhand des Gewichtsverlusts zwischen Trocknung und Verbrennung der Probe berechnet.
Um den Chitingehalt der Larven zu bestimmen, verwendeten wir ein modifiziertes Protokoll, das auf der Rohfaseranalyse von van Soest 68 basierte. Eine 1-g-Probe wurde in einen speziellen Faserbeutel (Gerhardt, CF Bag) und eine Glasversiegelung gegeben. Die Proben wurden in Faserbeutel verpackt, in Petrolether (ca. 40–60 °C) entfettet und an der Luft getrocknet. Die entfettete Probe wurde zunächst 30 Minuten lang mit einer sauren Lösung von 0,13 M Schwefelsäure bei Siedetemperatur extrahiert. Der Extraktionsfaserbeutel mit der Probe wurde dreimal mit kochendem entionisiertem Wasser gewaschen und dann 2 Stunden lang mit 0,23 M Kaliumhydroxidlösung extrahiert. Der Extraktionsfaserbeutel mit der Probe wurde erneut dreimal mit kochendem entionisiertem Wasser gespült und über Nacht bei 105 °C getrocknet. Der Trockenbeutel mit den Faserrückständen wurde auf einer Analysenwaage gewogen und in einem Muffelofen 4 Stunden lang bei 550 °C verbrannt. Die Asche wurde gewogen und der Fasergehalt anhand des Gewichtsverlusts der verbrannten Probe berechnet.
Der Gesamtkohlenhydratgehalt wurde berechnet. Die Konzentration nichtfaseriger Kohlenhydrate (NFC) im Futter wurde mithilfe der NDF-Analyse und die Insektenkonzentration mithilfe der Chitinanalyse berechnet.
Der pH-Wert der Matrix wurde nach Extraktion mit entionisiertem Wasser (1:5 v/v) gemäß NBN EN 15933 bestimmt.
Die Proben wurden wie von Broeckx et al. beschrieben vorbereitet. Mineralprofile wurden mit ICP-OES (Optima 4300™ DV ICP-OES, Perkin Elmer, MA, USA) bestimmt.
Die Schwermetalle Cd, Cr und Pb wurden mittels Graphitofen-Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) (Thermo Scientific, ICE 3000-Serie, ausgestattet mit einem GFS-Ofen-Autosampler) analysiert. Etwa 200 mg Probe wurden in saurer HNO3/HCl (1:3 v/v) unter Verwendung von Mikrowellen (CEM, MARS 5) aufgeschlossen. Der Mikrowellenaufschluss wurde 25 Minuten lang bei 190 °C und 600 W durchgeführt. Verdünnen Sie den Extrakt mit hochreinem Wasser.
Die Fettsäuren wurden mittels GC-MS (Agilent Technologies, 7820A GC-System mit 5977 E MSD-Detektor) bestimmt. Nach der Methode von Joseph und Akman70 wurde eine 20 %ige BF3/MeOH-Lösung zu einer methanolischen KOH-Lösung gegeben und aus dem Etherextrakt nach der Veresterung Fettsäuremethylester (FAME) gewonnen. Fettsäuren können durch Vergleich ihrer Retentionszeiten mit 37 FAME-Mischstandards (Chemical Lab) oder durch Vergleich ihrer MS-Spektren mit Online-Bibliotheken wie der NIST-Datenbank identifiziert werden. Die qualitative Analyse erfolgt durch Berechnung der Peakfläche als Prozentsatz der gesamten Peakfläche des Chromatogramms.
Die Datenanalyse wurde mit der Software JMP Pro 15.1.1 von SAS (Buckinghamshire, UK) durchgeführt. Die Auswertung erfolgte mittels einseitiger Varianzanalyse mit einem Signifikanzniveau von 0,05 und Tukeys HSD als Post-hoc-Test.
Der Bioakkumulationsfaktor (BAF) wurde berechnet, indem die Schwermetallkonzentration in der Biomasse der Mehlwurmlarven (DM) durch die Konzentration im Nassfutter (DM) dividiert wurde 43 . Ein BAF von mehr als 1 weist darauf hin, dass sich Schwermetalle aus dem Nassfutter in den Larven bioakkumulieren.
Die während der aktuellen Studie generierten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.
Abteilung für wirtschaftliche und soziale Angelegenheiten der Vereinten Nationen, Abteilung Bevölkerung. Weltbevölkerungsaussichten 2019: Höhepunkte (ST/ESA/SER.A/423) (2019).
Cole, MB, Augustine, MA, Robertson, MJ und Manners, JM, Lebensmittelsicherheitswissenschaft. NPJ Sci. Essen 2018, 2. https://doi.org/10.1038/s41538-018-0021-9 (2018).
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 25. Dezember 2024