Σας ευχαριστούμε που επισκεφτήκατε το Nature.com. Η έκδοση του προγράμματος περιήγησης που χρησιμοποιείτε έχει περιορισμένη υποστήριξη CSS. Για καλύτερα αποτελέσματα, συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε ένα νεότερο πρόγραμμα περιήγησης (ή να απενεργοποιήσετε τη λειτουργία συμβατότητας στον Internet Explorer). Στο μεταξύ, για να διασφαλίσουμε τη συνεχή υποστήριξη, θα εμφανίσουμε τον ιστότοπο χωρίς στυλ και JavaScript.
Η εκτροφή εντόμων είναι ένας πιθανός τρόπος για την κάλυψη της αυξανόμενης παγκόσμιας ζήτησης για πρωτεΐνη και είναι μια νέα δραστηριότητα στον δυτικό κόσμο όπου παραμένουν πολλά ερωτήματα σχετικά με την ποιότητα και την ασφάλεια των προϊόντων. Τα έντομα μπορούν να παίξουν σημαντικό ρόλο στην κυκλική οικονομία μετατρέποντας τα βιοαπόβλητα σε πολύτιμη βιομάζα. Περίπου το ήμισυ του υποστρώματος τροφής για αλευροσκούληκες προέρχεται από υγρή τροφή. Αυτό μπορεί να ληφθεί από τα βιολογικά απόβλητα, καθιστώντας την εντομοκαλλιέργεια πιο βιώσιμη. Αυτό το άρθρο αναφέρεται στη θρεπτική σύνθεση των αλευροφόρων (Tenebrio molitor) που τρέφονται με βιολογικά συμπληρώματα από υποπροϊόντα. Αυτά περιλαμβάνουν απούλητα λαχανικά, φέτες πατάτας, ρίζες κιχωρίου που έχουν υποστεί ζύμωση και φύλλα κήπου. Αξιολογείται αναλύοντας την εγγύς σύνθεση, το προφίλ λιπαρών οξέων, την περιεκτικότητα σε μέταλλα και βαρέα μέταλλα. Τα αλευροσκουλήκια που ταΐζονταν με φέτες πατάτας είχαν διπλή περιεκτικότητα σε λιπαρά και αύξηση σε κορεσμένα και μονοακόρεστα λιπαρά οξέα. Η χρήση ζυμωμένης ρίζας κιχωρίου αυξάνει την περιεκτικότητα σε μεταλλικά στοιχεία και συσσωρεύει βαρέα μέταλλα. Επιπλέον, η απορρόφηση των μετάλλων από τον αλευροειδή είναι επιλεκτική, καθώς αυξάνονται μόνο οι συγκεντρώσεις ασβεστίου, σιδήρου και μαγγανίου. Η προσθήκη μειγμάτων λαχανικών ή φύλλων κήπου στη διατροφή δεν θα αλλάξει σημαντικά το διατροφικό προφίλ. Συμπερασματικά, το ρεύμα υποπροϊόντων μετατράπηκε επιτυχώς σε βιομάζα πλούσια σε πρωτεΐνες, η περιεκτικότητα σε θρεπτικά συστατικά και η βιοδιαθεσιμότητα της οποίας επηρέασαν τη σύνθεση των αλευροφόρων σκουληκιών.
Ο αυξανόμενος ανθρώπινος πληθυσμός αναμένεται να φτάσει τα 9,7 δισεκατομμύρια μέχρι το 20501,2 ασκώντας πίεση στην παραγωγή τροφίμων μας για να ανταπεξέλθουμε στην υψηλή ζήτηση για τρόφιμα. Υπολογίζεται ότι η ζήτηση τροφίμων θα αυξηθεί κατά 70-80% μεταξύ 2012 και 20503,4,5. Οι φυσικοί πόροι που χρησιμοποιούνται στην τρέχουσα παραγωγή τροφίμων εξαντλούνται, απειλώντας τα οικοσυστήματα και τις προμήθειες τροφίμων μας. Επιπλέον, μεγάλες ποσότητες βιομάζας σπαταλούνται σε σχέση με την παραγωγή και την κατανάλωση τροφίμων. Υπολογίζεται ότι μέχρι το 2050, ο ετήσιος παγκόσμιος όγκος αποβλήτων θα φτάσει τους 27 δισεκατομμύρια τόνους, εκ των οποίων τα περισσότερα είναι βιολογικά απόβλητα6,7,8. Ως απάντηση σε αυτές τις προκλήσεις, έχουν προταθεί καινοτόμες λύσεις, εναλλακτικές λύσεις τροφίμων και βιώσιμη ανάπτυξη της γεωργίας και των συστημάτων τροφίμων9,10,11. Μια τέτοια προσέγγιση είναι η χρήση οργανικών υπολειμμάτων για την παραγωγή πρώτων υλών, όπως βρώσιμα έντομα, ως βιώσιμες πηγές τροφής και ζωοτροφών12,13. Η εκτροφή εντόμων παράγει χαμηλότερες εκπομπές αερίων θερμοκηπίου και αμμωνίας, απαιτεί λιγότερο νερό από τις παραδοσιακές πηγές πρωτεϊνών και μπορεί να παραχθεί σε συστήματα κάθετης καλλιέργειας, που απαιτούν λιγότερο χώρο14,15,16,17,18,19. Μελέτες έχουν δείξει ότι τα έντομα είναι σε θέση να μετατρέψουν βιοαπόβλητα χαμηλής αξίας σε πολύτιμη βιομάζα πλούσια σε πρωτεΐνες με περιεκτικότητα σε ξηρή ουσία έως και 70%20,21,22. Επιπλέον, η βιομάζα χαμηλής αξίας χρησιμοποιείται επί του παρόντος για παραγωγή ενέργειας, υγειονομική ταφή ή ανακύκλωση και επομένως δεν ανταγωνίζεται τον τρέχοντα τομέα τροφίμων και ζωοτροφών23,24,25,26. Ο αλευροσκουλήκι (T. molitor)27 θεωρείται ένα από τα πιο πολλά υποσχόμενα είδη για μεγάλης κλίμακας παραγωγή τροφίμων και ζωοτροφών. Τόσο οι προνύμφες όσο και τα ενήλικα τρέφονται με μια ποικιλία υλικών όπως προϊόντα σιτηρών, ζωικά απορρίμματα, λαχανικά, φρούτα κ.λπ. 28,29. Στις δυτικές κοινωνίες, το T. molitor εκτρέφεται σε αιχμαλωσία σε μικρή κλίμακα, κυρίως ως τροφή για οικόσιτα ζώα όπως πτηνά ή ερπετά. Επί του παρόντος, οι δυνατότητές τους στην παραγωγή τροφίμων και ζωοτροφών τυγχάνουν μεγαλύτερης προσοχής30,31,32. Για παράδειγμα, το T. molitor έχει εγκριθεί με νέο προφίλ τροφίμων, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης σε κατεψυγμένες, αποξηραμένες και κονιοποιημένες μορφές (Κανονισμός (ΕΕ) αριθ. 258/97 και κανονισμός (ΕΕ) 2015/2283) 33. Ωστόσο, μεγάλης κλίμακας παραγωγή των εντόμων για τροφή και ζωοτροφές εξακολουθεί να είναι μια σχετικά νέα έννοια στις δυτικές χώρες. Ο κλάδος αντιμετωπίζει προκλήσεις όπως κενά γνώσης σχετικά με τη βέλτιστη δίαιτα και την παραγωγή, τη διατροφική ποιότητα του τελικού προϊόντος και ζητήματα ασφάλειας, όπως η συσσώρευση τοξικών και μικροβιακών κινδύνων. Σε αντίθεση με την παραδοσιακή κτηνοτροφία, η εντομοκαλλιέργεια δεν έχει παρόμοιο ιστορικό ιστορικό17,24,25,34.
Αν και έχουν διεξαχθεί πολλές μελέτες σχετικά με τη θρεπτική αξία των αλευροφόρων σκουληκιών, οι παράγοντες που επηρεάζουν τη θρεπτική τους αξία δεν έχουν ακόμη πλήρως κατανοηθεί. Προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι η διατροφή των εντόμων μπορεί να έχει κάποια επίδραση στη σύνθεσή του, αλλά δεν βρέθηκε σαφές μοτίβο. Επιπλέον, αυτές οι μελέτες επικεντρώθηκαν στα πρωτεϊνικά και λιπιδικά συστατικά των αλευροφόρων σκουληκιών, αλλά είχαν περιορισμένες επιδράσεις στα μεταλλικά συστατικά21,22,32,35,36,37,38,39,40. Απαιτείται περισσότερη έρευνα για την κατανόηση της ικανότητας απορρόφησης ορυκτών. Μια πρόσφατη μελέτη κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι προνύμφες των αλευροφόρων που τρέφονταν με ραπανάκι είχαν ελαφρώς αυξημένες συγκεντρώσεις ορισμένων μετάλλων. Ωστόσο, αυτά τα αποτελέσματα περιορίζονται στο υπόστρωμα που δοκιμάστηκε και απαιτούνται περαιτέρω βιομηχανικές δοκιμές41. Η συσσώρευση βαρέων μετάλλων (Cd, Pb, Ni, As, Hg) στους αλευροσκούληκες έχει αναφερθεί ότι συσχετίζεται σημαντικά με την περιεκτικότητα σε μέταλλα της μήτρας. Αν και οι συγκεντρώσεις μετάλλων που βρίσκονται στη διατροφή στις ζωοτροφές είναι κάτω από τα νόμιμα όρια42, το αρσενικό έχει επίσης βρεθεί ότι βιοσυσσωρεύεται στις προνύμφες των αλευροφόρων, ενώ το κάδμιο και ο μόλυβδος δεν βιοσυσσωρεύονται43. Η κατανόηση των επιπτώσεων της δίαιτας στη διατροφική σύνθεση των αλευροφόρων είναι κρίσιμη για την ασφαλή χρήση τους σε τρόφιμα και ζωοτροφές.
Η μελέτη που παρουσιάζεται σε αυτό το έγγραφο επικεντρώνεται στον αντίκτυπο της χρήσης γεωργικών υποπροϊόντων ως πηγής υγρής τροφής στη θρεπτική σύνθεση των αλευροφόρων σκουληκιών. Εκτός από την ξηρή τροφή, θα πρέπει να παρέχεται και υγρή τροφή στις προνύμφες. Η υγρή πηγή τροφοδοσίας παρέχει την απαραίτητη υγρασία και χρησιμεύει επίσης ως συμπλήρωμα διατροφής για τους αλευροσκούληκες, αυξάνοντας τον ρυθμό ανάπτυξης και το μέγιστο σωματικό βάρος44,45. Σύμφωνα με τα τυπικά μας δεδομένα για την εκτροφή αλευροφόρων στο έργο Interreg-Valusect, η συνολική τροφή αλευροφόρων σκουληκιών περιέχει 57% w/w υγρή τροφή. Συνήθως, τα φρέσκα λαχανικά (π.χ. καρότα) χρησιμοποιούνται ως πηγή υγρής τροφής35,36,42,44,46. Η χρήση υποπροϊόντων χαμηλής αξίας ως πηγές υγρής τροφής θα αποφέρει περισσότερα βιώσιμα και οικονομικά οφέλη στην εντομοκαλλιέργεια17. Οι στόχοι αυτής της μελέτης ήταν (1) η διερεύνηση των επιπτώσεων της χρήσης βιοαποβλήτων ως υγρής τροφής στη θρεπτική σύνθεση των αλευροφόρων σκουληκιών, (2) ο προσδιορισμός των μακρο- και μικροθρεπτικών περιεχομένων των προνυμφών των αλευροφόρων που εκτρέφονται σε βιολογικά απόβλητα πλούσια σε μέταλλα για να δοκιμαστεί η σκοπιμότητα οχύρωση ορυκτών και (3) αξιολόγηση της ασφάλειας αυτών των υποπροϊόντων στην εκτροφή εντόμων αναλύοντας την παρουσία και τη συσσώρευση βαρέων μέταλλα Pb, Cd και Cr. Αυτή η μελέτη θα παράσχει περαιτέρω πληροφορίες σχετικά με τις επιπτώσεις της συμπλήρωσης βιοαποβλήτων στη δίαιτα των προνυμφών με αλευροσκουλήκια, τη θρεπτική αξία και την ασφάλεια.
Η περιεκτικότητα σε ξηρή ουσία στην πλευρική ροή ήταν υψηλότερη σε σύγκριση με το υγρό θρεπτικό άγαρ ελέγχου. Η περιεκτικότητα σε ξηρή ουσία στα μείγματα λαχανικών και στα φύλλα κήπου ήταν μικρότερη από 10%, ενώ ήταν υψηλότερη στα μοσχεύματα πατάτας και στις ρίζες κιχωρίου που έχουν υποστεί ζύμωση (13,4 και 29,9 g/100 g φρέσκιας ύλης, FM).
Το φυτικό μείγμα είχε υψηλότερη περιεκτικότητα σε ακατέργαστη τέφρα, λίπος και πρωτεΐνη και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε μη ινώδεις υδατάνθρακες από την τροφή ελέγχου (άγαρ), ενώ η περιεκτικότητα σε ουδέτερες απορρυπαντικές ίνες που είχαν υποστεί επεξεργασία με αμυλάση ήταν παρόμοια. Η περιεκτικότητα σε υδατάνθρακες των φετών πατάτας ήταν η υψηλότερη από όλες τις πλευρικές ροές και ήταν συγκρίσιμη με αυτή του άγαρ. Συνολικά, η ακατέργαστη σύνθεσή του ήταν περισσότερο παρόμοια με την τροφή ελέγχου, αλλά συμπληρώθηκε με μικρές ποσότητες πρωτεΐνης (4,9%) και ακατέργαστης τέφρας (2,9%) 47,48. Το pH της πατάτας κυμαίνεται από 5 έως 6, και αξίζει να σημειωθεί ότι αυτό το πλευρικό ρεύμα πατάτας είναι πιο όξινο (4,7). Η ζυμωμένη ρίζα κιχωρίου είναι πλούσια σε στάχτη και είναι η πιο όξινη από όλες τις πλευρικές ροές. Δεδομένου ότι οι ρίζες δεν καθαρίστηκαν, το μεγαλύτερο μέρος της τέφρας αναμένεται να αποτελείται από άμμο (πυρίτιο). Τα φύλλα κήπου ήταν το μόνο αλκαλικό προϊόν σε σύγκριση με τον έλεγχο και τα άλλα πλαϊνά ρεύματα. Περιέχει υψηλά επίπεδα τέφρας και πρωτεΐνης και πολύ χαμηλότερους υδατάνθρακες από τον έλεγχο. Η ακατέργαστη σύνθεση είναι πιο κοντά στη ρίζα κιχωρίου που έχει υποστεί ζύμωση, αλλά η συγκέντρωση της ακατέργαστης πρωτεΐνης είναι υψηλότερη (15,0%), η οποία είναι συγκρίσιμη με την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη του μείγματος λαχανικών. Η στατιστική ανάλυση των παραπάνω δεδομένων έδειξε σημαντικές διαφορές στην ακατέργαστη σύνθεση και το pH των πλευρικών ρευμάτων.
Η προσθήκη μειγμάτων λαχανικών ή φύλλων κήπου στην τροφή αλευροφόρων σκουληκιών δεν επηρέασε τη σύνθεση βιομάζας των προνυμφών αλευροφόρων σκουληκιών σε σύγκριση με την ομάδα ελέγχου (Πίνακας 1). Η προσθήκη μοσχευμάτων πατάτας οδήγησε στην πιο σημαντική διαφορά στη σύνθεση της βιομάζας σε σύγκριση με την ομάδα ελέγχου που έλαβε προνύμφες αλευροσκούληκα και άλλες πηγές υγρής τροφής. Όσον αφορά την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες των αλευροφόρων σκουληκιών, με εξαίρεση τα μοσχεύματα πατάτας, η διαφορετική κατά προσέγγιση σύνθεση των πλευρικών ρευμάτων δεν επηρέασε την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη των προνυμφών. Η διατροφή των μοσχευμάτων πατάτας ως πηγή υγρασίας οδήγησε σε διπλάσια αύξηση της περιεκτικότητας σε λίπος των προνυμφών και μείωση της περιεκτικότητας σε πρωτεΐνη, χιτίνη και μη ινώδεις υδατάνθρακες. Η ζυμωμένη ρίζα κιχωρίου αύξησε την περιεκτικότητα σε τέφρα των προνυμφών αλευροφόρων κατά μιάμιση φορά.
Τα προφίλ ορυκτών εκφράστηκαν ως περιεχόμενα μακρομετάλλων (Πίνακας 2) και μικροθρεπτικών συστατικών (Πίνακας 3) σε υγρή τροφή και βιομάζα προνυμφών αλευροφόρων σκουληκιών.
Γενικά, τα γεωργικά πλευρικά ρεύματα ήταν πλουσιότερα σε μακρομεταλλικά σε σύγκριση με την ομάδα ελέγχου, εκτός από τα μοσχεύματα πατάτας, τα οποία είχαν χαμηλότερη περιεκτικότητα σε Mg, Na και Ca. Η συγκέντρωση καλίου ήταν υψηλή σε όλα τα πλευρικά ρεύματα σε σύγκριση με τον έλεγχο. Το άγαρ περιέχει 3 mg/100 g DM K, ενώ η συγκέντρωση Κ στο πλευρικό ρεύμα κυμαινόταν από 1070 έως 9909 mg/100 g DM. Η περιεκτικότητα μακρομετάλλων στο μείγμα λαχανικών ήταν σημαντικά υψηλότερη από ό,τι στην ομάδα ελέγχου, αλλά η περιεκτικότητα σε Na ήταν σημαντικά χαμηλότερη (88 έναντι 111 mg/100 g DM). Η συγκέντρωση μακρομετάλλων στα μοσχεύματα πατάτας ήταν η χαμηλότερη από όλες τις πλευρικές ροές. Η περιεκτικότητα μακρομετάλλων στα μοσχεύματα πατάτας ήταν σημαντικά χαμηλότερη από ό,τι σε άλλα πλαϊνά ρεύματα και τον έλεγχο. Εκτός από το ότι η περιεκτικότητα σε Mg ήταν συγκρίσιμη με την ομάδα ελέγχου. Αν και η ζυμωμένη ρίζα κιχωρίου δεν είχε την υψηλότερη συγκέντρωση μακρομετάλλων, η περιεκτικότητα σε τέφρα αυτού του πλευρικού ρεύματος ήταν η υψηλότερη από όλα τα πλευρικά ρεύματα. Αυτό μπορεί να οφείλεται στο γεγονός ότι δεν είναι καθαρισμένα και μπορεί να περιέχουν υψηλές συγκεντρώσεις πυριτίου (άμμου). Οι περιεκτικότητες σε Na και Ca ήταν συγκρίσιμες με αυτές του μείγματος λαχανικών. Η ζυμωμένη ρίζα κιχωρίου περιείχε την υψηλότερη συγκέντρωση Na από όλα τα πλευρικά ρεύματα. Με εξαίρεση το Na, τα κηπευτικά φύλλα είχαν τις υψηλότερες συγκεντρώσεις μακρομετάλλων από όλες τις υγρές ζωοτροφές. Η συγκέντρωση Κ (9909 mg/100 g DM) ήταν τρεις χιλιάδες φορές υψηλότερη από τον έλεγχο (3 mg/100 g DM) και 2,5 φορές υψηλότερη από το μείγμα λαχανικών (4057 mg/100 g DM). Η περιεκτικότητα σε Ca ήταν η υψηλότερη από όλες τις πλευρικές ροές (7276 mg/100 g DM), 20 φορές υψηλότερη από τον έλεγχο (336 mg/100 g DM) και 14 φορές υψηλότερη από τη συγκέντρωση Ca σε ζυμωμένες ρίζες κιχωρίου ή μείγμα λαχανικών ( 530 και 496 mg/100 g DM).
Αν και υπήρχαν σημαντικές διαφορές στη μακρομεταλλική σύνθεση των δίαιτων (Πίνακας 2), δεν βρέθηκαν σημαντικές διαφορές στη μακρομεταλλική σύνθεση των αλευροφόρων σκουληκιών που εκτρέφονται σε μείγματα λαχανικών και δίαιτες ελέγχου.
Οι προνύμφες που τρέφονταν με ψίχουλα πατάτας είχαν σημαντικά χαμηλότερες συγκεντρώσεις όλων των μακροορυκτών σε σύγκριση με τον έλεγχο, με εξαίρεση το Na, το οποίο είχε συγκρίσιμες συγκεντρώσεις. Επιπλέον, η τροφή με τραγανή πατάτα προκάλεσε τη μεγαλύτερη μείωση της περιεκτικότητας σε μακρομεταλλικά στοιχεία των προνυμφών σε σύγκριση με τα άλλα πλευρικά ρεύματα. Αυτό είναι σύμφωνο με τη χαμηλότερη τέφρα που παρατηρείται στα γειτονικά σκευάσματα αλευροφόρων σκουληκιών. Ωστόσο, αν και το Ρ και το Κ ήταν σημαντικά υψηλότερα σε αυτή την υγρή δίαιτα από τα άλλα πλευρικά ρεύματα και τον έλεγχο, η σύνθεση των προνυμφών δεν αντικατοπτρίζει αυτό. Οι χαμηλές συγκεντρώσεις Ca και Mg που βρίσκονται στη βιομάζα των αλευροφόρων μπορεί να σχετίζονται με τις χαμηλές συγκεντρώσεις Ca και Mg που υπάρχουν στην ίδια την υγρή διατροφή.
Η διατροφή με ρίζες κιχωρίου και φύλλα οπωρώνα που είχαν υποστεί ζύμωση είχε ως αποτέλεσμα σημαντικά υψηλότερα επίπεδα ασβεστίου από τους ελέγχους. Τα φύλλα του οπωρώνα περιείχαν τα υψηλότερα επίπεδα P, Mg, K και Ca από όλες τις υγρές δίαιτες, αλλά αυτό δεν αντικατοπτρίστηκε στη βιομάζα των αλευροφόρων σκουληκιών. Οι συγκεντρώσεις Na ήταν χαμηλότερες σε αυτές τις προνύμφες, ενώ οι συγκεντρώσεις Na ήταν υψηλότερες στα φύλλα του οπωρώνα από ότι στα μοσχεύματα πατάτας. Η περιεκτικότητα σε ασβέστιο αυξήθηκε στις προνύμφες (66 mg/100 g DM), αλλά οι συγκεντρώσεις Ca δεν ήταν τόσο υψηλές όσο αυτές στη βιομάζα αλευροφόρων (79 mg/100 g DM) στα πειράματα ρίζας κιχωρίου που είχαν υποστεί ζύμωση, αν και η συγκέντρωση Ca στις καλλιέργειες φύλλων οπωρώνων ήταν 14 φορές υψηλότερο από ό,τι στη ρίζα κιχωρίου.
Με βάση τη σύνθεση μικροστοιχείων των υγρών ζωοτροφών (Πίνακας 3), η σύσταση των ανόργανων συστατικών του μείγματος λαχανικών ήταν παρόμοια με την ομάδα ελέγχου, εκτός από το ότι η συγκέντρωση Mn ήταν σημαντικά χαμηλότερη. Οι συγκεντρώσεις όλων των μικροστοιχείων που αναλύθηκαν ήταν χαμηλότερες στα τεμάχια πατάτας σε σύγκριση με τον έλεγχο και άλλα παραπροϊόντα. Η ζυμωμένη ρίζα κιχωρίου περιείχε σχεδόν 100 φορές περισσότερο σίδηρο, 4 φορές περισσότερο χαλκό, 2 φορές περισσότερο ψευδάργυρο και περίπου την ίδια ποσότητα μαγγανίου. Η περιεκτικότητα σε ψευδάργυρο και μαγγάνιο στα φύλλα των καλλιεργειών κήπου ήταν σημαντικά υψηλότερη από ό,τι στην ομάδα ελέγχου.
Δεν βρέθηκαν σημαντικές διαφορές μεταξύ των περιεχομένων ιχνοστοιχείων των προνυμφών που τροφοδοτήθηκαν με δίαιτα ελέγχου, μείγμα λαχανικών και υγρών υπολειμμάτων πατάτας. Ωστόσο, τα περιεχόμενα σε Fe και Mn των προνυμφών που τροφοδοτήθηκαν με τη δίαιτα ρίζας κιχωρίου που έχουν υποστεί ζύμωση ήταν σημαντικά διαφορετικά από εκείνα των αλευροσκώληκων που ταΐστηκαν με την ομάδα ελέγχου. Η αύξηση της περιεκτικότητας σε Fe μπορεί να οφείλεται στην εκατονταπλάσια αύξηση της συγκέντρωσης ιχνοστοιχείων στην ίδια την υγρή διατροφή. Ωστόσο, αν και δεν υπήρχε σημαντική διαφορά στις συγκεντρώσεις Mn μεταξύ των ζυμωμένων ριζών κιχωρίου και της ομάδας ελέγχου, τα επίπεδα Mn αυξήθηκαν στις προνύμφες που τάισαν τις ζυμωμένες ρίζες κιχωρίου. Θα πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι η συγκέντρωση Mn ήταν υψηλότερη (3 φορές) στη δίαιτα υγρών φύλλων της δίαιτας κηπευτικών σε σύγκριση με τον έλεγχο, αλλά δεν υπήρχε σημαντική διαφορά στη σύνθεση βιομάζας των αλευροφόρων σκουληκιών. Η μόνη διαφορά μεταξύ των φύλλων ελέγχου και κηπουρικής ήταν η περιεκτικότητα σε Cu, η οποία ήταν χαμηλότερη στα φύλλα.
Ο Πίνακας 4 δείχνει τις συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων που βρίσκονται στα υποστρώματα. Οι ευρωπαϊκές μέγιστες συγκεντρώσεις Pb, Cd και Cr σε πλήρεις ζωοτροφές έχουν μετατραπεί σε mg/100 g ξηρής ύλης και προστέθηκαν στον Πίνακα 4 για να διευκολυνθεί η σύγκριση με τις συγκεντρώσεις που βρέθηκαν στα πλευρικά ρεύματα47.
Δεν ανιχνεύτηκε Pb στις υγρές τροφές ελέγχου, στα μείγματα λαχανικών ή στα πίτουρα πατάτας, ενώ τα φύλλα κήπου περιείχαν 0,002 mg Pb/100 g DM και οι ζυμωμένες ρίζες κιχωρίου περιείχαν την υψηλότερη συγκέντρωση 0,041 mg Pb/100 g DM. Οι συγκεντρώσεις C στις τροφές ελέγχου και στα φύλλα κήπου ήταν συγκρίσιμες (0,023 και 0,021 mg/100 g DM), ενώ ήταν χαμηλότερες στα μείγματα λαχανικών και τα πίτουρα πατάτας (0,004 και 0,007 mg/100 g DM). Σε σύγκριση με τα άλλα υποστρώματα, η συγκέντρωση Cr στις ζυμωμένες ρίζες κιχωρίου ήταν σημαντικά υψηλότερη (0,135 mg/100 g DM) και έξι φορές υψηλότερη από ό,τι στην τροφή ελέγχου. Το Cd δεν ανιχνεύθηκε ούτε στο ρεύμα ελέγχου ούτε σε κανένα από τα πλευρικά ρεύματα που χρησιμοποιήθηκαν.
Σημαντικά υψηλότερα επίπεδα Pb και Cr βρέθηκαν σε προνύμφες που τρέφονταν με ρίζες κιχωρίου με ζύμωση. Ωστόσο, το Cd δεν ανιχνεύθηκε σε καμία προνύμφη αλευροσκουλήκι.
Πραγματοποιήθηκε μια ποιοτική ανάλυση των λιπαρών οξέων στο ακατέργαστο λίπος για να προσδιοριστεί εάν το προφίλ λιπαρών οξέων των προνυμφών αλευροσκουλήκια θα μπορούσε να επηρεαστεί από τα διάφορα συστατικά του πλευρικού ρεύματος με το οποίο τρέφονταν. Η κατανομή αυτών των λιπαρών οξέων φαίνεται στον Πίνακα 5. Τα λιπαρά οξέα παρατίθενται με την κοινή τους ονομασία και τη μοριακή τους δομή (που ορίζεται ως «Cx:y», όπου το x αντιστοιχεί στον αριθμό των ατόμων άνθρακα και το y στον αριθμό των ακόρεστων δεσμών ).
Το προφίλ λιπαρών οξέων των αλευροσκώληκων που τρέφονταν με κομματάκια πατάτας άλλαξε σημαντικά. Περιείχαν σημαντικά υψηλότερες ποσότητες μυριστικού οξέος (C14:0), παλμιτικού οξέος (C16:0), παλμιτολεϊκού οξέος (C16:1) και ελαϊκού οξέος (C18:1). Οι συγκεντρώσεις του πενταδεκανοϊκού οξέος (C15:0), του λινελαϊκού οξέος (C18:2) και του λινολενικού οξέος (C18:3) ήταν σημαντικά χαμηλότερες σε σύγκριση με άλλους αλευροσκούληκες. Σε σύγκριση με άλλα προφίλ λιπαρών οξέων, η αναλογία C18:1 προς C18:2 αντιστράφηκε σε κομματάκια πατάτας. Οι αλευροσκούληκες που τρέφονταν με φύλλα κηπευτικών περιείχαν υψηλότερες ποσότητες πενταδεκανοϊκού οξέος (C15:0) από τους αλευροσκούληκες που τρέφονταν με άλλες υγρές δίαιτες.
Τα λιπαρά οξέα χωρίζονται σε κορεσμένα λιπαρά οξέα (SFA), μονοακόρεστα λιπαρά οξέα (MUFA) και πολυακόρεστα λιπαρά οξέα (PUFA). Ο Πίνακας 5 δείχνει τις συγκεντρώσεις αυτών των ομάδων λιπαρών οξέων. Συνολικά, τα προφίλ λιπαρών οξέων των αλευροσκώληκων που τρέφονταν με υπολείμματα πατάτας ήταν σημαντικά διαφορετικά από το μάρτυρα και τα άλλα πλευρικά ρεύματα. Για κάθε ομάδα λιπαρών οξέων, οι σκώληκες που τρέφονταν με πατατάκια ήταν σημαντικά διαφορετικοί από όλες τις άλλες ομάδες. Περιείχαν περισσότερα SFA και MUFA και λιγότερα PUFA.
Δεν υπήρχαν σημαντικές διαφορές μεταξύ του ποσοστού επιβίωσης και του συνολικού βάρους απόδοσης των προνυμφών που εκτράφηκαν σε διαφορετικά υποστρώματα. Το συνολικό μέσο ποσοστό επιβίωσης ήταν 90%, και το συνολικό μέσο βάρος απόδοσης ήταν 974 γραμμάρια. Οι αλευροσκώληκες επεξεργάζονται με επιτυχία τα υποπροϊόντα ως πηγή υγρής τροφής. Η υγρή τροφή με αλευροσκουλήκια αντιπροσωπεύει περισσότερο από το μισό του συνολικού βάρους της τροφής (ξηρή + υγρή). Η αντικατάσταση των φρέσκων λαχανικών με γεωργικά υποπροϊόντα ως παραδοσιακή υγρή τροφή έχει οικονομικά και περιβαλλοντικά οφέλη για την εκτροφή αλευροφόρων σκουληκιών.
Ο Πίνακας 1 δείχνει ότι η σύνθεση βιομάζας των προνυμφών αλευροφόρων που εκτρέφονταν στη δίαιτα ελέγχου ήταν περίπου 72% υγρασία, 5% τέφρα, 19% λιπίδια, 51% πρωτεΐνη, 8% χιτίνη και 18% ξηρή ύλη ως μη ινώδεις υδατάνθρακες. Αυτό είναι συγκρίσιμο με τιμές που αναφέρονται στη βιβλιογραφία.48,49 Ωστόσο, άλλα στοιχεία μπορούν να βρεθούν στη βιβλιογραφία, συχνά ανάλογα με την αναλυτική μέθοδο που χρησιμοποιείται. Για παράδειγμα, χρησιμοποιήσαμε τη μέθοδο Kjeldahl για να προσδιορίσουμε την περιεκτικότητα σε ακατέργαστη πρωτεΐνη με αναλογία N προς P 5,33, ενώ άλλοι ερευνητές χρησιμοποιούν την πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη αναλογία 6,25 για δείγματα κρέατος και ζωοτροφών.50,51
Η προσθήκη υπολειμμάτων πατάτας (μια υγρή διατροφή πλούσια σε υδατάνθρακες) στη δίαιτα είχε ως αποτέλεσμα τον διπλασιασμό της περιεκτικότητας σε λίπος των αλευροφόρων σκουληκιών. Η περιεκτικότητα της πατάτας σε υδατάνθρακες αναμένεται να αποτελείται κυρίως από άμυλο, ενώ το άγαρ περιέχει σάκχαρα (πολυσακχαρίτες)47,48. Αυτό το εύρημα έρχεται σε αντίθεση με μια άλλη μελέτη που διαπίστωσε ότι η περιεκτικότητα σε λίπος μειώθηκε όταν τα σκουλήκια του αλευριού τρέφονταν με δίαιτα συμπληρωμένη με πατάτες καθαρισμένες στον ατμό που είχαν χαμηλή περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη (10,7%) και υψηλή σε άμυλο (49,8%)36. Όταν ο πυρήνας της ελιάς προστέθηκε στη δίαιτα, η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες και υδατάνθρακες των αλευροσκώληκων ταίριαζε με αυτά της υγρής δίαιτας, ενώ η περιεκτικότητα σε λίπος παρέμεινε αμετάβλητη35. Αντίθετα, άλλες μελέτες έχουν δείξει ότι η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες των προνυμφών που εκτρέφονται σε πλευρικά ρεύματα υφίσταται θεμελιώδεις αλλαγές, όπως και η περιεκτικότητα σε λίπος22,37.
Η ζυμωμένη ρίζα κιχωρίου αύξησε σημαντικά την περιεκτικότητα σε τέφρα των προνυμφών αλευροφόρων (Πίνακας 1). Η έρευνα σχετικά με τις επιδράσεις των υποπροϊόντων στην τέφρα και τη σύνθεση ορυκτών των προνυμφών αλευροφόρων είναι περιορισμένη. Οι περισσότερες μελέτες σίτισης υποπροϊόντων έχουν επικεντρωθεί στην περιεκτικότητα σε λίπος και πρωτεΐνη των προνυμφών χωρίς να αναλύεται η περιεκτικότητα σε τέφρα21,35,36,38,39. Ωστόσο, όταν αναλύθηκε η περιεκτικότητα σε τέφρα των προνυμφών που τρέφονται με παραπροϊόντα, διαπιστώθηκε αύξηση της περιεκτικότητας σε τέφρα. Για παράδειγμα, η σίτιση των σκουληκιών με σκουλήκια κήπων αύξησε την περιεκτικότητά τους σε τέφρα από 3,01% σε 5,30%, και η προσθήκη υπολειμμάτων καρπουζιού στη διατροφή αύξησε την περιεκτικότητα σε τέφρα από 1,87% σε 4,40%.
Αν και όλες οι πηγές υγρής τροφής διέφεραν σημαντικά ως προς την κατά προσέγγιση σύνθεσή τους (Πίνακας 1), οι διαφορές στη σύνθεση βιομάζας των προνυμφών αλευροφόρων που τρέφονταν με τις αντίστοιχες πηγές υγρής τροφής ήταν μικρές. Μόνο οι προνύμφες αλευροφόρων που ταΐστηκαν με κομμάτια πατάτας ή ζυμωμένη ρίζα κιχωρίου παρουσίασαν σημαντικές αλλαγές. Μια πιθανή εξήγηση για αυτό το αποτέλεσμα είναι ότι εκτός από τις ρίζες κιχωρίου, τα κομμάτια της πατάτας υποβλήθηκαν επίσης σε μερική ζύμωση (pH 4,7, Πίνακας 1), καθιστώντας το άμυλο/υδατάνθρακες πιο εύπεπτες/διαθέσιμες στις προνύμφες του αλευροσκουλήκι. Ο τρόπος με τον οποίο οι προνύμφες των αλευροφόρων συνθέτουν λιπίδια από θρεπτικά συστατικά όπως οι υδατάνθρακες έχει μεγάλο ενδιαφέρον και θα πρέπει να διερευνηθεί πλήρως σε μελλοντικές μελέτες. Μια προηγούμενη μελέτη σχετικά με την επίδραση του pH της υγρής δίαιτας στην ανάπτυξη των προνυμφών των αλευροφόρων σκουληκιών κατέληξε στο συμπέρασμα ότι δεν παρατηρήθηκαν σημαντικές διαφορές κατά τη χρήση μπλοκ άγαρ με υγρές δίαιτες σε ένα εύρος pH από 3 έως 9. Αυτό δείχνει ότι οι υγρές δίαιτες που έχουν υποστεί ζύμωση μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την καλλιέργεια Tenebrio molitor53. Παρόμοια με τους Coudron et al.53, τα πειράματα ελέγχου χρησιμοποίησαν μπλοκ άγαρ στις υγρές δίαιτες που παρέχονται επειδή ήταν ανεπαρκείς σε μέταλλα και θρεπτικά συστατικά. Η μελέτη τους δεν εξέτασε την επίδραση πιο ποικίλων διατροφικά πηγών υγρής διατροφής όπως τα λαχανικά ή οι πατάτες στη βελτίωση της πεπτικότητας ή της βιοδιαθεσιμότητας. Απαιτούνται περαιτέρω μελέτες σχετικά με τις επιδράσεις της ζύμωσης των πηγών υγρής διατροφής στις προνύμφες των αλευροφόρων σκουληκιών για περαιτέρω διερεύνηση αυτής της θεωρίας.
Η κατανομή ορυκτών της βιομάζας αλευροσκουλήκια ελέγχου που βρέθηκε σε αυτή τη μελέτη (Πίνακες 2 και 3) είναι συγκρίσιμη με το εύρος των μακρο- και μικροθρεπτικών συστατικών που βρέθηκαν στη βιβλιογραφία48,54,55. Η παροχή στους αλευροσκούληκες με ρίζα κιχωρίου που έχει υποστεί ζύμωση ως πηγή υγρής διατροφής μεγιστοποιεί την περιεκτικότητά τους σε ανόργανα άλατα. Αν και τα περισσότερα μακροθρεπτικά και μικροθρεπτικά συστατικά ήταν υψηλότερα στα μείγματα λαχανικών και στα φύλλα κήπου (Πίνακες 2 και 3), δεν επηρέασαν την περιεκτικότητα σε ανόργανα άλατα της βιομάζας αλευροφόρων στον ίδιο βαθμό με τις ρίζες κιχωρίου που έχουν υποστεί ζύμωση. Μια πιθανή εξήγηση είναι ότι τα θρεπτικά συστατικά στα αλκαλικά φύλλα του κήπου είναι λιγότερο βιοδιαθέσιμα από εκείνα στις άλλες, πιο όξινες υγρές δίαιτες (Πίνακας 1). Προηγούμενες μελέτες τάισαν προνύμφες αλευροφόρων με ζυμωμένο άχυρο ρυζιού και διαπίστωσαν ότι αναπτύχθηκαν καλά σε αυτό το πλευρικό ρεύμα και επίσης έδειξαν ότι η προεπεξεργασία του υποστρώματος με ζύμωση προκάλεσε την πρόσληψη θρεπτικών ουσιών. 56 Η χρήση ζυμωμένων ριζών κιχωρίου αύξησε τις περιεκτικότητες σε Ca, Fe και Mn στη βιομάζα των αλευροφόρων σκουληκιών. Παρόλο που αυτή η παράπλευρη ροή περιείχε επίσης υψηλότερες συγκεντρώσεις άλλων ορυκτών (P, Mg, K, Na, Zn και Cu), αυτά τα ανόργανα άλατα δεν ήταν σημαντικά πιο άφθονα στη βιομάζα αλευροφόρων σκουληκιών σε σύγκριση με τον έλεγχο, υποδεικνύοντας την επιλεκτικότητα της πρόσληψης ορυκτών. Η αύξηση της περιεκτικότητας αυτών των ορυκτών στη βιομάζα των αλευροφόρων έχει θρεπτική αξία για σκοπούς τροφής και ζωοτροφών. Το ασβέστιο είναι ένα απαραίτητο μέταλλο που παίζει κρίσιμο ρόλο στη νευρομυϊκή λειτουργία και σε πολλές διεργασίες που προκαλούνται από ένζυμα, όπως η πήξη του αίματος, ο σχηματισμός οστών και δοντιών. 57,58 Η έλλειψη σιδήρου είναι ένα κοινό πρόβλημα στις αναπτυσσόμενες χώρες, καθώς τα παιδιά, οι γυναίκες και οι ηλικιωμένοι συχνά δεν λαμβάνουν αρκετό σίδηρο από τη διατροφή τους. 54 Αν και το μαγγάνιο είναι απαραίτητο στοιχείο στη διατροφή του ανθρώπου και παίζει κεντρικό ρόλο στη λειτουργία πολλών ενζύμων, η υπερβολική πρόσληψη μπορεί να είναι τοξική. Τα υψηλότερα επίπεδα μαγγανίου σε αλευροσκούληκες που τρέφονταν με ζυμωμένη ρίζα κιχωρίου δεν ήταν ανησυχητικά και ήταν συγκρίσιμα με εκείνα στα κοτόπουλα. 59
Οι συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων που βρέθηκαν στο πλευρικό ρεύμα ήταν χαμηλότερες από τα ευρωπαϊκά πρότυπα για πλήρεις ζωοτροφές. Η ανάλυση βαρέων μετάλλων των προνυμφών αλευροσκουλήκια έδειξε ότι τα επίπεδα Pb και Cr ήταν σημαντικά υψηλότερα σε αλευροσκούληκες που τρέφονταν με ζυμωμένη ρίζα κιχωρίου σε σχέση με την ομάδα ελέγχου και άλλα υποστρώματα (Πίνακας 4). Οι ρίζες του κιχωρίου αναπτύσσονται στο έδαφος και είναι γνωστό ότι απορροφούν βαρέα μέταλλα, ενώ οι άλλες πλευρικές ροές προέρχονται από ελεγχόμενη ανθρώπινη παραγωγή τροφής. Οι αλευροσκούληκες που τρέφονταν με ζυμωμένη ρίζα κιχωρίου περιείχαν επίσης υψηλότερα επίπεδα Pb και Cr (Πίνακας 4). Οι υπολογισμένοι συντελεστές βιοσυσσώρευσης (BAF) ήταν 2,66 για το Pb και 1,14 για το Cr, δηλαδή μεγαλύτεροι από 1, υποδεικνύοντας ότι οι σκώληκες αλευριού έχουν την ικανότητα να συσσωρεύουν βαρέα μέταλλα. Όσον αφορά το Pb, η ΕΕ ορίζει μέγιστη περιεκτικότητα σε Pb 0,10 mg ανά κιλό νωπού κρέατος για ανθρώπινη κατανάλωση61. Σε μια αξιολόγηση πειραματικών δεδομένων, η μέγιστη συγκέντρωση Pb που βρέθηκε σε ζυμωμένους σκώληκες ριζών κιχωρίου ήταν 0,11 mg/100 g DM. Όταν η τιμή υπολογίστηκε εκ νέου σε περιεκτικότητα σε ξηρή ουσία 30,8% για αυτούς τους αλευροσκούληκες, η περιεκτικότητα σε Pb ήταν 0,034 mg/kg φρέσκιας ύλης, η οποία ήταν κάτω από το μέγιστο επίπεδο των 0,10 mg/kg. Δεν καθορίζεται μέγιστη περιεκτικότητα σε Cr στους ευρωπαϊκούς κανονισμούς για τα τρόφιμα. Το Cr βρίσκεται συνήθως στο περιβάλλον, στα τρόφιμα και στα πρόσθετα τροφίμων και είναι γνωστό ότι είναι απαραίτητο θρεπτικό συστατικό για τον άνθρωπο σε μικρές ποσότητες62,63,64. Αυτές οι αναλύσεις (Πίνακας 4) δείχνουν ότι οι προνύμφες T. molitor μπορούν να συσσωρεύσουν βαρέα μέταλλα όταν υπάρχουν βαρέα μέταλλα στη διατροφή. Ωστόσο, τα επίπεδα των βαρέων μετάλλων που βρέθηκαν στη βιομάζα των αλευροφόρων σκουληκιών σε αυτή τη μελέτη θεωρούνται ασφαλή για ανθρώπινη κατανάλωση. Συνιστάται τακτική και προσεκτική παρακολούθηση όταν χρησιμοποιείτε πλευρικά ρεύματα που μπορεί να περιέχουν βαρέα μέταλλα ως πηγή υγρής τροφοδοσίας για το T. molitor.
Τα πιο άφθονα λιπαρά οξέα στη συνολική βιομάζα των προνυμφών T. molitor ήταν το παλμιτικό οξύ (C16:0), το ελαϊκό οξύ (C18:1) και το λινολεϊκό οξύ (C18:2) (Πίνακας 5), το οποίο είναι σύμφωνο με προηγούμενες μελέτες επί Τ. molitor. Τα αποτελέσματα του φάσματος των λιπαρών οξέων είναι συνεπή36,46,50,65. Το προφίλ λιπαρών οξέων του T. molitor αποτελείται γενικά από πέντε κύρια συστατικά: ελαϊκό οξύ (C18:1), παλμιτικό οξύ (C16:0), λινολεϊκό οξύ (C18:2), μυριστικό οξύ (C14:0) και στεατικό οξύ (C18:0). Το ελαϊκό οξύ αναφέρεται ότι είναι το πιο άφθονο λιπαρό οξύ (30-60%) στις προνύμφες των αλευροφόρων, ακολουθούμενο από το παλμιτικό οξύ και το λινολεϊκό οξύ22,35,38,39. Προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι αυτό το προφίλ λιπαρών οξέων επηρεάζεται από τη διατροφή των προνυμφών με αλευροσκουλήκια, αλλά οι διαφορές δεν ακολουθούν τις ίδιες τάσεις με τη δίαιτα38. Σε σύγκριση με άλλα προφίλ λιπαρών οξέων, η αναλογία C18:1–C18:2 στις φλούδες πατάτας αντιστρέφεται. Παρόμοια αποτελέσματα λήφθηκαν για αλλαγές στο προφίλ λιπαρών οξέων των αλευροφόρων σκουληκιών που τρέφονταν με φλούδες πατάτας στον ατμό36. Αυτά τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι αν και το προφίλ λιπαρών οξέων του ελαιολάδου από αλευροσκουλήκια μπορεί να αλλοιωθεί, εξακολουθεί να παραμένει μια πλούσια πηγή ακόρεστων λιπαρών οξέων.
Ο στόχος αυτής της μελέτης ήταν να αξιολογήσει την επίδραση της χρήσης τεσσάρων διαφορετικών ροών αγροβιομηχανικών βιοαποβλήτων ως υγρής τροφής στη σύνθεση των αλευροφόρων σκουληκιών. Ο αντίκτυπος εκτιμήθηκε με βάση τη θρεπτική αξία των προνυμφών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα υποπροϊόντα μετατράπηκαν επιτυχώς σε βιομάζα πλούσια σε πρωτεΐνες (περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη 40,7-52,3%), η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως τροφή και πηγή ζωοτροφών. Επιπλέον, η μελέτη έδειξε ότι η χρήση των υποπροϊόντων ως υγρή τροφή επηρεάζει τη θρεπτική αξία της βιομάζας αλευροφόρων σκουληκιών. Ειδικότερα, η παροχή στις προνύμφες με υψηλή συγκέντρωση υδατανθράκων (π.χ. κομματάκια πατάτας) αυξάνει την περιεκτικότητά τους σε λιπαρά και αλλάζει τη σύστασή τους σε λιπαρά οξέα: χαμηλότερη περιεκτικότητα σε πολυακόρεστα λιπαρά οξέα και υψηλότερη περιεκτικότητα σε κορεσμένα και μονοακόρεστα λιπαρά οξέα, αλλά όχι συγκεντρώσεις ακόρεστων λιπαρών οξέων . Εξακολουθούν να κυριαρχούν τα λιπαρά οξέα (μονοακόρεστα + πολυακόρεστα). Η μελέτη έδειξε επίσης ότι οι αλευροσκούληκες συσσωρεύουν επιλεκτικά ασβέστιο, σίδηρο και μαγγάνιο από πλευρικά ρεύματα πλούσια σε όξινα μέταλλα. Η βιοδιαθεσιμότητα των ορυκτών φαίνεται να παίζει σημαντικό ρόλο και απαιτούνται περαιτέρω μελέτες για την πλήρη κατανόηση αυτού. Τα βαρέα μέταλλα που υπάρχουν στα πλαϊνά ρεύματα μπορεί να συσσωρευτούν στα αλευροσκουλήκια. Ωστόσο, οι τελικές συγκεντρώσεις Pb, Cd και Cr στη βιομάζα των προνυμφών ήταν κάτω από τα αποδεκτά επίπεδα, επιτρέποντας σε αυτά τα πλευρικά ρεύματα να χρησιμοποιηθούν με ασφάλεια ως πηγή υγρής τροφοδοσίας.
Οι προνύμφες του Mealworm εκτράφηκαν από τους Radius (Giel, Βέλγιο) και Inagro (Rumbeke-Beitem, Βέλγιο) στο Πανεπιστήμιο Εφαρμοσμένων Επιστημών Thomas More στους 27 °C και σχετική υγρασία 60%. Η πυκνότητα των αλευροφόρων σκουληκιών που εκτρέφονταν σε ένα ενυδρείο 60 x 40 cm ήταν 4,17 σκουλήκια/cm2 (10.000 αλευροσκουλήκια). Οι προνύμφες τρέφονταν αρχικά με 2,1 kg πίτουρου σιταριού ως ξηρή τροφή ανά δεξαμενή εκτροφής και στη συνέχεια συμπληρώθηκαν ανάλογα με τις ανάγκες. Χρησιμοποιήστε μπλοκ άγαρ ως θεραπεία υγρής τροφής ελέγχου. Ξεκινώντας από την εβδομάδα 4, ξεκινήστε να τροφοδοτείτε πλευρικά ρεύματα (επίσης πηγή υγρασίας) ως υγρή τροφή αντί για άγαρ ad libitum. Το ποσοστό ξηρής ύλης για κάθε πλευρικό ρεύμα προκαθορίστηκε και καταγράφηκε για να εξασφαλιστούν ίσες ποσότητες υγρασίας για όλα τα έντομα σε όλες τις επεξεργασίες. Το φαγητό κατανέμεται ομοιόμορφα σε όλο το terrarium. Οι προνύμφες συλλέγονται όταν εμφανιστούν οι πρώτες νύμφες στην πειραματική ομάδα. Η συγκομιδή των προνυμφών γίνεται με μηχανικό αναδευτήρα διαμέτρου 2 mm. Εκτός από το πείραμα σε κύβους πατάτας. Μεγάλες μερίδες αποξηραμένης πατάτας κομμένη σε κύβους διαχωρίζονται επίσης αφήνοντας τις προνύμφες να σέρνουν μέσα από αυτό το πλέγμα και συλλέγοντάς τις σε μεταλλικούς δίσκους. Το συνολικό βάρος συγκομιδής προσδιορίζεται με ζύγιση του συνολικού βάρους συγκομιδής. Η επιβίωση υπολογίζεται διαιρώντας το συνολικό βάρος συγκομιδής με το βάρος της προνύμφης. Το βάρος των προνυμφών προσδιορίζεται επιλέγοντας τουλάχιστον 100 προνύμφες και διαιρώντας το συνολικό τους βάρος με τον αριθμό. Οι προνύμφες που συλλέγονται λιμοκτονούν για 24 ώρες για να αδειάσουν τα έντερά τους πριν από την ανάλυση. Τέλος, οι προνύμφες ελέγχονται ξανά για να διαχωριστούν από τις υπόλοιπες. Καταψύχονται και υποβάλλονται σε ευθανασία και αποθηκεύονται στους -18°C μέχρι την ανάλυση.
Η ξηρή τροφή ήταν πίτουρο σιταριού (βελγικό Molens Joye). Το πίτουρο σίτου κοσκινίστηκε εκ των προτέρων σε μέγεθος σωματιδίων μικρότερο από 2 mm. Εκτός από την ξηρή τροφή, οι προνύμφες των αλευροφόρων σκουληκιών χρειάζονται επίσης υγρή τροφή για να διατηρήσουν την υγρασία και τα συμπληρώματα μετάλλων που απαιτούνται από τους αλευροσκούληκες. Η υγρή τροφοδοσία αντιπροσωπεύει περισσότερο από το ήμισυ της συνολικής τροφοδοσίας (ξηρή τροφή + υγρή τροφοδοσία). Στα πειράματά μας, άγαρ (Brouwland, Βέλγιο, 25 g/l) χρησιμοποιήθηκε ως υγρή τροφοδοσία ελέγχου45. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 1, τέσσερα αγροτικά υποπροϊόντα με διαφορετική περιεκτικότητα σε θρεπτικά συστατικά δοκιμάστηκαν ως υγρή τροφή για προνύμφες αλευροφόρων σκουληκιών. Αυτά τα υποπροϊόντα περιλαμβάνουν (α) φύλλα από την καλλιέργεια αγγουριού (Inagro, Βέλγιο), (β) τρίμματα πατάτας (Duigny, Βέλγιο), (γ) ζυμωμένες ρίζες κιχωρίου (Inagro, Βέλγιο) και (δ) απούλητα φρούτα και λαχανικά από δημοπρασίες . (Belorta, Βέλγιο). Το πλαϊνό ρεύμα τεμαχίζεται σε κομμάτια κατάλληλα για χρήση ως υγρή τροφή αλευροσκούληκα.
Γεωργικά υποπροϊόντα ως υγρή τροφή για αλευροσκούληκες. (α) φύλλα κήπου από την καλλιέργεια αγγουριού, (β) μοσχεύματα πατάτας, (γ) ρίζες κιχωρίου, (δ) απούλητα λαχανικά σε δημοπρασία και (ε) μπλοκ άγαρ. Ως έλεγχοι.
Η σύνθεση της τροφής και των προνυμφών αλευροφόρων προσδιορίστηκε τρεις φορές (n = 3). Αξιολογήθηκε η ταχεία ανάλυση, η σύσταση ανόργανων αλάτων, η περιεκτικότητα σε βαρέα μέταλλα και η σύνθεση λιπαρών οξέων. Ένα ομογενοποιημένο δείγμα 250 g λήφθηκε από τις συλλεγόμενες και λιμοκτονικές προνύμφες, ξηράνθηκε στους 60°C σε σταθερό βάρος, αλέστηκε (ΙΚΑ, Tube mill 100) και κοσκινίστηκε μέσω κόσκινου 1 mm. Τα αποξηραμένα δείγματα σφραγίστηκαν σε σκούρα δοχεία.
Η περιεκτικότητα σε ξηρή ύλη (DM) προσδιορίστηκε με ξήρανση των δειγμάτων σε φούρνο στους 105°C για 24 ώρες (Memmert, UF110). Το ποσοστό της ξηρής ύλης υπολογίστηκε με βάση την απώλεια βάρους του δείγματος.
Η περιεκτικότητα σε ακατέργαστη τέφρα (CA) προσδιορίστηκε με απώλεια μάζας κατά την καύση σε κλίβανο σιγαστήρα (Nabertherm, L9/11/SKM) στους 550°C για 4 ώρες.
Η εκχύλιση ακατέργαστου λίπους ή διαιθυλαιθέρας (EE) πραγματοποιήθηκε με πετρελαϊκό αιθέρα (bp 40–60 °C) χρησιμοποιώντας εξοπλισμό εκχύλισης Soxhlet. Περίπου 10 g δείγματος τοποθετήθηκαν στην κεφαλή εκχύλισης και καλύφθηκαν με κεραμικό μαλλί για να αποφευχθεί η απώλεια δείγματος. Τα δείγματα εκχυλίστηκαν όλη τη νύχτα με 150 ml πετρελαϊκού αιθέρα. Το εκχύλισμα ψύχθηκε, ο οργανικός διαλύτης απομακρύνθηκε και ανακτήθηκε με περιστροφική εξάτμιση (Büchi, R-300) στα 300 mbar και στους 50°C. Τα ακατέργαστα λιπιδικά ή αιθερικά εκχυλίσματα ψύχθηκαν και ζυγίστηκαν σε αναλυτικό ζυγό.
Η περιεκτικότητα σε ακατέργαστη πρωτεΐνη (CP) προσδιορίστηκε με ανάλυση του αζώτου που υπάρχει στο δείγμα χρησιμοποιώντας τη μέθοδο Kjeldahl BN EN ISO 5983-1 (2005). Χρησιμοποιήστε τους κατάλληλους παράγοντες N έως P για να υπολογίσετε την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη. Για τυπική ξηρή τροφή (πίτουρο σιταριού) χρησιμοποιήστε συνολικό συντελεστή 6,25. Για πλευρική ροή χρησιμοποιείται συντελεστής 4,2366 και για μείγματα λαχανικών χρησιμοποιείται συντελεστής 4,3967. Η περιεκτικότητα σε ακατέργαστη πρωτεΐνη των προνυμφών υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας έναν παράγοντα Ν έως Ρ 5,3351.
Η περιεκτικότητα σε ίνες περιελάμβανε προσδιορισμό ουδέτερων απορρυπαντικών ινών (NDF) με βάση το πρωτόκολλο εκχύλισης Gerhardt (χειροκίνητη ανάλυση ινών σε σάκους, Gerhardt, Γερμανία) και τη μέθοδο van Soest 68. Για τον προσδιορισμό του NDF, ένα δείγμα 1 g τοποθετήθηκε σε ειδική σακούλα ινών (Gerhardt, ADF/NDF σάκος) με γυάλινη επένδυση. Οι σάκοι ινών που γεμίστηκαν με δείγματα απολιπάνθηκαν αρχικά με πετρελαϊκό αιθέρα (σημείο βρασμού 40–60 °C) και στη συνέχεια ξηράνθηκαν σε θερμοκρασία δωματίου. Το απολιπανθέν δείγμα εκχυλίστηκε με ένα απορρυπαντικό διάλυμα ουδέτερων ινών που περιείχε σταθερή στη θερμότητα α-αμυλάση σε θερμοκρασία βρασμού για 1,5 ώρα. Τα δείγματα στη συνέχεια πλύθηκαν τρεις φορές με βραστό απιονισμένο νερό και ξηράνθηκαν στους 105°C όλη τη νύχτα. Οι σάκοι από ξηρές ίνες (που περιέχουν υπολείμματα ινών) ζυγίστηκαν χρησιμοποιώντας αναλυτικό ζυγό (Sartorius, P224-1S) και στη συνέχεια κάηκαν σε κλίβανο σιγαστήρα (Nabertherm, L9/11/SKM) στους 550°C για 4 ώρες. Η τέφρα ζυγίστηκε ξανά και η περιεκτικότητα σε ίνες υπολογίστηκε με βάση την απώλεια βάρους μεταξύ ξήρανσης και καύσης του δείγματος.
Για να προσδιορίσουμε την περιεκτικότητα των προνυμφών σε χιτίνη, χρησιμοποιήσαμε ένα τροποποιημένο πρωτόκολλο βασισμένο στην ανάλυση ακατέργαστων ινών από τον van Soest 68 . Δείγμα 1 g τοποθετήθηκε σε ειδική σακούλα ινών (Gerhardt, CF Bag) και γυάλινη σφράγιση. Τα δείγματα συσκευάστηκαν σε σάκους ινών, απολιπάνθηκαν σε πετρελαϊκό αιθέρα (περίπου 40–60 °C) και ξηράνθηκαν στον αέρα. Το απολιπανθέν δείγμα εκχυλίστηκε αρχικά με όξινο διάλυμα θειικού οξέος 0,13 Μ σε θερμοκρασία βρασμού για 30 λεπτά. Η σακούλα ινών εκχύλισης που περιείχε το δείγμα πλύθηκε τρεις φορές με βραστό απιονισμένο νερό και στη συνέχεια εκχυλίστηκε με διάλυμα υδροξειδίου του καλίου 0,23 Μ για 2 ώρες. Ο σάκκος ινών εκχύλισης που περιείχε το δείγμα ξεπλύθηκε και πάλι τρεις φορές με βραστό απιονισμένο νερό και ξηράνθηκε στους 105°C όλη τη νύχτα. Η ξηρή σακούλα που περιείχε το υπόλειμμα ινών ζυγίστηκε σε αναλυτικό ζυγό και αποτεφρώθηκε σε κλίβανο σιγαστήρα στους 550°C για 4 ώρες. Η τέφρα ζυγίστηκε και η περιεκτικότητα σε ίνες υπολογίστηκε με βάση την απώλεια βάρους του αποτεφρωμένου δείγματος.
Υπολογίστηκε η συνολική περιεκτικότητα σε υδατάνθρακες. Η συγκέντρωση μη ινωδών υδατανθράκων (NFC) στην τροφή υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας ανάλυση NDF και η συγκέντρωση εντόμου υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας ανάλυση χιτίνης.
Το pH της μήτρας προσδιορίστηκε μετά από εκχύλιση με απιονισμένο νερό (1:5 v/v) σύμφωνα με το NBN EN 15933.
Τα δείγματα παρασκευάστηκαν όπως περιγράφεται από τους Broeckx et al. Τα προφίλ ορυκτών προσδιορίστηκαν χρησιμοποιώντας ICP-OES (Optima 4300™ DV ICP-OES, Perkin Elmer, ΜΑ, ΗΠΑ).
Τα βαρέα μέταλλα Cd, Cr και Pb αναλύθηκαν με φασματομετρία ατομικής απορρόφησης σε φούρνο γραφίτη (AAS) (Thermo Scientific, σειρά ICE 3000, εξοπλισμένο με αυτόματο δειγματολήπτη φούρνου GFS). Περίπου 200 mg δείγματος υπέστησαν πέψη σε όξινο HNO3/HCl (1:3 ν/ν) χρησιμοποιώντας μικροκύματα (CEM, MARS 5). Πραγματοποιήθηκε πέψη με μικροκύματα στους 190°C για 25 λεπτά στα 600 W. Αραιώστε το εκχύλισμα με υπερκαθαρό νερό.
Τα λιπαρά οξέα προσδιορίστηκαν με GC-MS (Agilent Technologies, 7820A σύστημα GC με ανιχνευτή 5977 E MSD). Σύμφωνα με τη μέθοδο των Joseph και Akman70, διάλυμα 20% BF3/MeOH προστέθηκε σε μεθανολικό διάλυμα ΚΟΗ και ελήφθη μεθυλεστέρας λιπαρού οξέος (FAME) από το αιθερικό εκχύλισμα μετά την εστεροποίηση. Τα λιπαρά οξέα μπορούν να αναγνωριστούν συγκρίνοντας τους χρόνους διατήρησής τους με 37 πρότυπα μείγματος FAME (Chemical Lab) ή συγκρίνοντας τα φάσματα MS τους με διαδικτυακές βιβλιοθήκες όπως η βάση δεδομένων NIST. Η ποιοτική ανάλυση πραγματοποιείται με τον υπολογισμό του εμβαδού κορυφής ως ποσοστό της συνολικής επιφάνειας κορυφής του χρωματογράμματος.
Η ανάλυση δεδομένων πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας λογισμικό JMP Pro 15.1.1 από την SAS (Buckinghamshire, UK). Η αξιολόγηση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας μονόδρομη ανάλυση διακύμανσης με επίπεδο σημαντικότητας 0,05 και Tukey HSD ως post hoc τεστ.
Ο παράγοντας βιοσυσσώρευσης (BAF) υπολογίστηκε διαιρώντας τη συγκέντρωση των βαρέων μετάλλων στη βιομάζα της προνύμφης των αλευροφόρων σκουληκιών (DM) με τη συγκέντρωση σε υγρή τροφή (DM) 43 . BAF μεγαλύτερο από 1 υποδεικνύει ότι τα βαρέα μέταλλα βιοσυσσωρεύονται από την υγρή τροφή στις προνύμφες.
Τα σύνολα δεδομένων που δημιουργήθηκαν ή/και αναλύθηκαν κατά τη διάρκεια της τρέχουσας μελέτης είναι διαθέσιμα από τον αντίστοιχο συγγραφέα κατόπιν εύλογου αιτήματος.
Τμήμα Οικονομικών και Κοινωνικών Υποθέσεων των Ηνωμένων Εθνών, Τμήμα Πληθυσμού. World Population Prospects 2019: Highlights (ST/ESA/SER.A/423) (2019).
Cole, MB, Augustine, MA, Robertson, MJ και Manners, JM, Επιστήμη για την ασφάλεια των τροφίμων. NPJ Sci. Φαγητό 2018, 2. https://doi.org/10.1038/s41538-018-0021-9 (2018).
Ώρα δημοσίευσης: Δεκ-19-2024