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El cultivo de insectos es una forma potencial de satisfacer la creciente demanda mundial de proteínas y es una actividad nueva en el mundo occidental donde quedan muchas preguntas sobre la calidad y seguridad del producto. Los insectos pueden desempeñar un papel importante en la economía circular al convertir los biorresiduos en biomasa valiosa. Aproximadamente la mitad del sustrato alimentario para los gusanos de la harina proviene de piensos húmedos. Esto se puede obtener a partir de residuos biológicos, lo que hace que el cultivo de insectos sea más sostenible. Este artículo informa sobre la composición nutricional de gusanos de la harina (Tenebrio molitor) alimentados con suplementos orgánicos a partir de subproductos. Entre ellos se incluyen hortalizas no vendidas, rodajas de patata, raíces de achicoria fermentadas y hojas de huerta. Se evalúa analizando la composición aproximada, el perfil de ácidos grasos y el contenido de minerales y metales pesados. Los gusanos de la harina alimentados con rodajas de patata tenían el doble de contenido de grasa y un aumento de ácidos grasos saturados y monoinsaturados. El uso de raíz de achicoria fermentada aumenta el contenido mineral y acumula metales pesados. Además, la absorción de minerales por parte del gusano de la harina es selectiva, ya que sólo aumentan las concentraciones de calcio, hierro y manganeso. La adición de mezclas de verduras u hojas de jardín a la dieta no cambiará significativamente el perfil nutricional. En conclusión, el flujo de subproductos se convirtió con éxito en una biomasa rica en proteínas, cuyo contenido de nutrientes y biodisponibilidad influyeron en la composición de los gusanos de la harina.
Se espera que la creciente población humana alcance los 9.700 millones para 205012, lo que ejercerá presión sobre nuestra producción de alimentos para hacer frente a la alta demanda de alimentos. Se estima que la demanda de alimentos aumentará entre un 70% y un 80% entre 2012 y 20503,4,5. Los recursos naturales utilizados en la producción actual de alimentos se están agotando, lo que amenaza nuestros ecosistemas y suministros de alimentos. Además, se desperdician grandes cantidades de biomasa en relación con la producción y el consumo de alimentos. Se estima que para 2050, el volumen mundial anual de residuos alcanzará los 27 mil millones de toneladas, la mayoría de los cuales serán biorresiduos6,7,8. En respuesta a estos desafíos, se han propuesto soluciones innovadoras, alternativas alimentarias y desarrollo sostenible de la agricultura y los sistemas alimentarios9,10,11. Uno de esos enfoques es utilizar residuos orgánicos para producir materias primas, como insectos comestibles, como fuentes sostenibles de alimentos y piensos12,13. El cultivo de insectos produce menores emisiones de gases de efecto invernadero y de amoníaco, requiere menos agua que las fuentes tradicionales de proteínas y puede producirse en sistemas agrícolas verticales, que requieren menos espacio14,15,16,17,18,19. Los estudios han demostrado que los insectos son capaces de convertir residuos biológicos de bajo valor en biomasa valiosa rica en proteínas con contenidos de materia seca de hasta el 70%20,21,22. Además, la biomasa de bajo valor se utiliza actualmente para la producción de energía, los vertederos o el reciclaje y, por lo tanto, no compite con el actual sector de alimentos y piensos23,24,25,26. El gusano de la harina (T. molitor)27 se considera una de las especies más prometedoras para la producción de alimentos y piensos a gran escala. Tanto las larvas como los adultos se alimentan de una variedad de materiales como productos de cereales, desechos animales, verduras, frutas, etc. 28,29. En las sociedades occidentales, T. molitor se cría en cautiverio a pequeña escala, principalmente como alimento para animales domésticos como aves o reptiles. Actualmente, su potencial en la producción de alimentos y piensos está recibiendo más atención30,31,32. Por ejemplo, se ha aprobado T. molitor con un nuevo perfil alimentario, incluido el uso en forma congelada, seca y en polvo (Reglamento (UE) n.º 258/97 y Reglamento (UE) 2015/2283) 33. Sin embargo, la producción a gran escala La utilización de insectos como alimento y pienso es todavía un concepto relativamente nuevo en los países occidentales. La industria enfrenta desafíos como lagunas de conocimiento sobre dietas y producción óptimas, calidad nutricional del producto final y problemas de seguridad como acumulación de tóxicos y peligros microbianos. A diferencia de la ganadería tradicional, la cría de insectos no tiene un historial histórico similar17,24,25,34.
Aunque se han realizado muchos estudios sobre el valor nutricional de los gusanos de la harina, aún no se han comprendido completamente los factores que afectan su valor nutricional. Estudios anteriores han demostrado que la dieta de los insectos puede tener algún efecto sobre su composición, pero no se ha encontrado un patrón claro. Además, estos estudios se centraron en los componentes proteicos y lipídicos de los gusanos de la harina, pero tuvieron efectos limitados sobre los componentes minerales21,22,32,35,36,37,38,39,40. Se necesita más investigación para comprender la capacidad de absorción de minerales. Un estudio reciente concluyó que las larvas del gusano de la harina alimentadas con rábano tenían concentraciones ligeramente elevadas de ciertos minerales. Sin embargo, estos resultados se limitan al sustrato probado y se necesitan más ensayos industriales41. Se ha informado que la acumulación de metales pesados (Cd, Pb, Ni, As, Hg) en los gusanos de la harina está significativamente correlacionada con el contenido de metal de la matriz. Aunque las concentraciones de metales encontradas en la dieta de los piensos animales están por debajo de los límites legales42, también se ha descubierto que el arsénico se bioacumula en las larvas del gusano de la harina, mientras que el cadmio y el plomo no se bioacumulan43. Comprender los efectos de la dieta sobre la composición nutricional de los gusanos de la harina es fundamental para su uso seguro en alimentos y piensos.
El estudio presentado en este artículo se centra en el impacto del uso de subproductos agrícolas como fuente de alimento húmedo en la composición nutricional de los gusanos de la harina. Además del alimento seco, también se debe proporcionar a las larvas alimento húmedo. La fuente de alimento húmedo proporciona la humedad necesaria y también sirve como suplemento nutricional para los gusanos de la harina, aumentando la tasa de crecimiento y el peso corporal máximo44,45. Según nuestros datos estándar de cría de gusanos de la harina en el proyecto Interreg-Valusect, el alimento total para los gusanos de la harina contiene un 57% p/p de alimento húmedo. Por lo general, se utilizan verduras frescas (por ejemplo, zanahorias) como fuente de alimento húmedo35,36,42,44,46. El uso de subproductos de bajo valor como fuentes de alimento húmedo aportará beneficios más sostenibles y económicos al cultivo de insectos17. Los objetivos de este estudio fueron (1) investigar los efectos del uso de residuos biológicos como alimento húmedo en la composición nutricional de los gusanos de la harina, (2) determinar el contenido de macro y micronutrientes de las larvas de gusanos de la harina criadas en residuos biológicos ricos en minerales para probar la viabilidad de fortificación mineral, y (3) evaluar la seguridad de estos subproductos en el cultivo de insectos mediante el análisis de la presencia y acumulación de metales pesados Pb, Cd y Cr. Este estudio proporcionará más información sobre los efectos de la suplementación con residuos biológicos en las dietas, el valor nutricional y la seguridad de las larvas del gusano de la harina.
El contenido de materia seca en el flujo lateral fue mayor en comparación con el agar nutritivo húmedo de control. El contenido de materia seca en las mezclas de hortalizas y hojas de huerta fue inferior al 10%, mientras que fue mayor en esquejes de patata y raíces de achicoria fermentadas (13,4 y 29,9 g/100 g de materia fresca, MG).
La mezcla de vegetales tenía mayores contenidos de cenizas crudas, grasas y proteínas y menores contenidos de carbohidratos no fibrosos que el alimento de control (agar), mientras que el contenido de fibra detergente neutro tratado con amilasa fue similar. El contenido de carbohidratos de las rodajas de patata fue el más alto de todas las corrientes secundarias y comparable al del agar. En general, su composición cruda fue muy similar a la del alimento de control, pero se complementó con pequeñas cantidades de proteína (4,9%) y ceniza cruda (2,9%) 47,48. El pH de la papa varía de 5 a 6, y vale la pena señalar que esta corriente secundaria de la papa es más ácida (4,7). La raíz de achicoria fermentada es rica en cenizas y es la más ácida de todas las corrientes secundarias. Dado que las raíces no se limpiaron, se espera que la mayor parte de la ceniza consista en arena (sílice). Las hojas de jardín fueron el único producto alcalino en comparación con el control y otras corrientes secundarias. Contiene altos niveles de cenizas y proteínas y carbohidratos mucho más bajos que el control. La composición cruda es más cercana a la raíz de achicoria fermentada, pero la concentración de proteína cruda es mayor (15,0%), lo que es comparable al contenido de proteína de la mezcla de vegetales. El análisis estadístico de los datos anteriores mostró diferencias significativas en la composición del crudo y el pH de las corrientes laterales.
La adición de mezclas de vegetales u hojas de jardín al alimento para gusanos de la harina no afectó la composición de la biomasa de las larvas de gusanos de la harina en comparación con el grupo de control (Tabla 1). La adición de esquejes de papa resultó en la diferencia más significativa en la composición de la biomasa en comparación con el grupo de control que recibió larvas de gusano de la harina y otras fuentes de alimento húmedo. En cuanto al contenido de proteínas de los gusanos de la harina, con excepción de los esquejes de patata, la diferente composición aproximada de las corrientes laterales no afectó el contenido de proteínas de las larvas. La alimentación con esquejes de papa como fuente de humedad provocó un aumento del doble en el contenido de grasa de las larvas y una disminución en el contenido de proteínas, quitina y carbohidratos no fibrosos. La raíz de achicoria fermentada aumentó una vez y media el contenido de cenizas de las larvas del gusano de la harina.
Los perfiles minerales se expresaron como contenidos de macrominerales (Tabla 2) y micronutrientes (Tabla 3) en el alimento húmedo y la biomasa de larvas de gusanos de la harina.
En general, las corrientes secundarias agrícolas fueron más ricas en macrominerales en comparación con el grupo de control, excepto los esquejes de papa, que tuvieron contenidos más bajos de Mg, Na y Ca. La concentración de potasio fue alta en todas las corrientes laterales en comparación con el control. El agar contiene 3 mg/100 g MS K, mientras que la concentración de K en la corriente lateral osciló entre 1070 y 9909 mg/100 g MS. El contenido de macrominerales en la mezcla de vegetales fue significativamente mayor que en el grupo de control, pero el contenido de Na fue significativamente menor (88 vs. 111 mg/100 g MS). La concentración de macrominerales en los esquejes de papa fue la más baja de todas las corrientes secundarias. El contenido de macrominerales en los esquejes de papa fue significativamente menor que en otras corrientes secundarias y control. Excepto que el contenido de Mg fue comparable al del grupo de control. Aunque la raíz de achicoria fermentada no tenía la mayor concentración de macrominerales, el contenido de cenizas de esta corriente secundaria fue el más alto de todas las corrientes secundarias. Esto puede deberse a que no están purificados y pueden contener altas concentraciones de sílice (arena). Los contenidos de Na y Ca fueron comparables a los de la mezcla de verduras. La raíz de achicoria fermentada contenía la mayor concentración de Na de todas las corrientes secundarias. Con excepción del Na, las hojas hortícolas tuvieron las mayores concentraciones de macrominerales de todos los forrajes húmedos. La concentración de K (9909 mg/100 g MS) fue tres mil veces mayor que la del control (3 mg/100 g MS) y 2,5 veces mayor que la de la mezcla vegetal (4057 mg/100 g MS). El contenido de Ca fue el más alto de todas las corrientes secundarias (7276 mg/100 g MS), 20 veces mayor que el control (336 mg/100 g MS) y 14 veces mayor que la concentración de Ca en las raíces de achicoria fermentadas o en la mezcla de vegetales ( 530 y 496 mg/100 g MS).
Aunque hubo diferencias significativas en la composición macromineral de las dietas (Tabla 2), no se encontraron diferencias significativas en la composición macromineral de los gusanos de la harina criados con mezclas de vegetales y dietas de control.
Las larvas alimentadas con migas de papa tenían concentraciones significativamente más bajas de todos los macrominerales en comparación con el control, con la excepción de Na, que tenía concentraciones comparables. Además, la alimentación con patatas fritas provocó la mayor reducción en el contenido de macrominerales de las larvas en comparación con las otras corrientes secundarias. Esto es consistente con la menor cantidad de cenizas observada en las formulaciones de gusanos de la harina cercanas. Sin embargo, aunque P y K fueron significativamente más altos en esta dieta húmeda que las otras corrientes secundarias y el control, la composición larvaria no reflejó esto. Las bajas concentraciones de Ca y Mg encontradas en la biomasa del gusano de la harina pueden estar relacionadas con las bajas concentraciones de Ca y Mg presentes en la propia dieta húmeda.
La alimentación con raíces de achicoria fermentadas y hojas de huerto dio como resultado niveles de calcio significativamente más altos que los controles. Las hojas de los huertos contenían los niveles más altos de P, Mg, K y Ca de todas las dietas húmedas, pero esto no se reflejó en la biomasa del gusano de la harina. Las concentraciones de Na fueron más bajas en estas larvas, mientras que las concentraciones de Na fueron mayores en las hojas de los huertos que en los esquejes de papa. El contenido de Ca aumentó en las larvas (66 mg/100 g MS), pero las concentraciones de Ca no fueron tan altas como las de la biomasa del gusano de la harina (79 mg/100 g MS) en los experimentos con raíces de achicoria fermentadas, aunque la concentración de Ca en los cultivos de hojas de los huertos fue 14 veces mayor que en la raíz de achicoria.
Según la composición de microelementos de los alimentos húmedos (Tabla 3), la composición mineral de la mezcla de vegetales fue similar a la del grupo de control, excepto que la concentración de Mn fue significativamente menor. Las concentraciones de todos los microelementos analizados fueron menores en los cortes de papa en comparación con el control y otros subproductos. La raíz de achicoria fermentada contenía casi 100 veces más hierro, 4 veces más cobre, 2 veces más zinc y aproximadamente la misma cantidad de manganeso. El contenido de zinc y manganeso en las hojas de los cultivos de huerta fue significativamente mayor que en el grupo de control.
No se encontraron diferencias significativas entre el contenido de oligoelementos de las larvas alimentadas con las dietas de control, mezcla de vegetales y restos húmedos de papa. Sin embargo, los contenidos de Fe y Mn de las larvas alimentadas con la dieta de raíz de achicoria fermentada fueron significativamente diferentes de los de los gusanos de la harina alimentados con el grupo de control. El aumento en el contenido de Fe puede deberse al aumento de cien veces en la concentración de oligoelementos en la propia dieta húmeda. Sin embargo, aunque no hubo diferencias significativas en las concentraciones de Mn entre las raíces de achicoria fermentadas y el grupo de control, los niveles de Mn aumentaron en las larvas alimentadas con raíces de achicoria fermentadas. También cabe señalar que la concentración de Mn fue mayor (3 veces) en la dieta de hojas húmedas de la dieta hortícola en comparación con el control, pero no hubo diferencias significativas en la composición de la biomasa de los gusanos de la harina. La única diferencia entre las hojas de control y las de horticultura fue el contenido de Cu, que fue menor en las hojas.
La Tabla 4 muestra las concentraciones de metales pesados encontrados en los sustratos. Las concentraciones máximas europeas de Pb, Cd y Cr en piensos completos para animales se han convertido a mg/100 g de materia seca y se han añadido a la Tabla 4 para facilitar la comparación con las concentraciones encontradas en las corrientes secundarias47.
No se detectó Pb en los alimentos húmedos de control, mezclas de vegetales o salvado de papa, mientras que las hojas de jardín contenían 0,002 mg Pb/100 g MS y las raíces de achicoria fermentadas contenían la concentración más alta de 0,041 mg Pb/100 g MS. Las concentraciones de C en los alimentos de control y las hojas de jardín fueron comparables (0,023 y 0,021 mg/100 g MS), mientras que fueron más bajas en las mezclas de vegetales y salvado de papa (0,004 y 0,007 mg/100 g MS). En comparación con los otros sustratos, la concentración de Cr en las raíces de achicoria fermentadas fue significativamente mayor (0,135 mg/100 g MS) y seis veces mayor que en el alimento de control. No se detectó Cd ni en la corriente de control ni en ninguna de las corrientes secundarias utilizadas.
Se encontraron niveles significativamente más altos de Pb y Cr en larvas alimentadas con raíces de achicoria fermentadas. Sin embargo, no se detectó Cd en ninguna larva de gusano de la harina.
Se llevó a cabo un análisis cualitativo de los ácidos grasos en la grasa cruda para determinar si el perfil de ácidos grasos de las larvas del gusano de la harina podría verse influenciado por los diferentes componentes de la corriente lateral con la que se alimentaban. La distribución de estos ácidos grasos se muestra en la Tabla 5. Los ácidos grasos se enumeran por su nombre común y estructura molecular (designada como “Cx:y”, donde x corresponde al número de átomos de carbono e y al número de enlaces insaturados ).
El perfil de ácidos grasos de los gusanos de la harina alimentados con patatas ralladas se alteró significativamente. Contenían cantidades significativamente mayores de ácido mirístico (C14:0), ácido palmítico (C16:0), ácido palmitoleico (C16:1) y ácido oleico (C18:1). Las concentraciones de ácido pentadecanoico (C15:0), ácido linoleico (C18:2) y ácido linolénico (C18:3) fueron significativamente más bajas en comparación con otros gusanos de la harina. En comparación con otros perfiles de ácidos grasos, la proporción de C18:1 a C18:2 se invirtió en las patatas ralladas. Los gusanos de la harina alimentados con hojas hortícolas contenían mayores cantidades de ácido pentadecanoico (C15:0) que los gusanos de la harina alimentados con otras dietas húmedas.
Los ácidos grasos se dividen en ácidos grasos saturados (AGS), ácidos grasos monoinsaturados (MUFA) y ácidos grasos poliinsaturados (PUFA). La Tabla 5 muestra las concentraciones de estos grupos de ácidos grasos. En general, los perfiles de ácidos grasos de los gusanos de la harina alimentados con desechos de papa fueron significativamente diferentes del control y de otras corrientes secundarias. Para cada grupo de ácidos grasos, los gusanos de la harina alimentados con patatas fritas fueron significativamente diferentes de todos los demás grupos. Contenían más SFA y MUFA y menos PUFA.
No hubo diferencias significativas entre la tasa de supervivencia y el peso productivo total de las larvas criadas en diferentes sustratos. La tasa de supervivencia promedio general fue del 90% y el peso productivo promedio total fue de 974 gramos. Los gusanos de la harina procesan con éxito los subproductos como fuente de alimento húmedo. El alimento húmedo para los gusanos de la harina representa más de la mitad del peso total del alimento (seco + húmedo). Reemplazar vegetales frescos con subproductos agrícolas como alimento húmedo tradicional tiene beneficios económicos y ambientales para el cultivo de gusanos de la harina.
La Tabla 1 muestra que la composición de la biomasa de las larvas de gusanos de la harina criadas con la dieta de control fue aproximadamente 72% de humedad, 5% de cenizas, 19% de lípidos, 51% de proteínas, 8% de quitina y 18% de materia seca como carbohidratos no fibrosos. Esto es comparable con los valores informados en la literatura.48,49 Sin embargo, se pueden encontrar otros componentes en la literatura, a menudo dependiendo del método analítico utilizado. Por ejemplo, utilizamos el método Kjeldahl para determinar el contenido de proteína cruda con una proporción de N a P de 5,33, mientras que otros investigadores utilizan la proporción más utilizada de 6,25 para muestras de carne y piensos.50,51
La adición de restos de papa (una dieta húmeda rica en carbohidratos) a la dieta resultó en una duplicación del contenido de grasa de los gusanos de la harina. Se esperaría que el contenido de carbohidratos de la papa consistiera principalmente en almidón, mientras que el agar contiene azúcares (polisacáridos)47,48. Este hallazgo contrasta con otro estudio que encontró que el contenido de grasa disminuía cuando los gusanos de la harina eran alimentados con una dieta suplementada con patatas peladas al vapor que eran bajas en proteínas (10,7%) y altas en almidón (49,8%)36. Cuando se añadió orujo de oliva a la dieta, el contenido de proteínas y carbohidratos de los gusanos de la harina coincidió con los de la dieta húmeda, mientras que el contenido de grasa permaneció sin cambios35. Por el contrario, otros estudios han demostrado que el contenido de proteínas de las larvas criadas en arroyos laterales sufre cambios fundamentales, al igual que el contenido de grasa22,37.
La raíz de achicoria fermentada aumentó significativamente el contenido de cenizas de las larvas del gusano de la harina (Tabla 1). La investigación sobre los efectos de los subproductos en la composición mineral y de cenizas de las larvas del gusano de la harina es limitada. La mayoría de los estudios de alimentación con subproductos se han centrado en el contenido de grasa y proteína de las larvas sin analizar el contenido de cenizas21,35,36,38,39. Sin embargo, cuando se analizó el contenido de cenizas de las larvas alimentadas con subproductos, se encontró un aumento en el contenido de cenizas. Por ejemplo, alimentar a los gusanos de la harina con desechos de jardín aumentó su contenido de cenizas del 3,01% al 5,30%, y agregar desechos de sandía a la dieta aumentó el contenido de cenizas del 1,87% al 4,40%.
Aunque todas las fuentes de alimento húmedo variaron significativamente en su composición aproximada (Tabla 1), las diferencias en la composición de la biomasa de las larvas de gusanos de la harina alimentadas con las respectivas fuentes de alimento húmedo fueron menores. Sólo las larvas de gusanos de la harina alimentadas con trozos de patata o raíz de achicoria fermentada mostraron cambios significativos. Una posible explicación para este resultado es que, además de las raíces de achicoria, los trozos de papa también se fermentaron parcialmente (pH 4,7, Tabla 1), lo que hizo que el almidón y los carbohidratos fueran más digeribles y disponibles para las larvas del gusano de la harina. La forma en que las larvas del gusano de la harina sintetizan lípidos a partir de nutrientes como los carbohidratos es de gran interés y debería explorarse a fondo en estudios futuros. Un estudio previo sobre el efecto del pH de la dieta húmeda sobre el crecimiento de las larvas del gusano de la harina concluyó que no se observaron diferencias significativas cuando se utilizaron bloques de agar con dietas húmedas en un rango de pH de 3 a 9. Esto indica que las dietas húmedas fermentadas se pueden utilizar para el cultivo de Tenebrio molitor53. Al igual que Coudron et al.53, los experimentos de control utilizaron bloques de agar en las dietas húmedas proporcionadas porque eran deficientes en minerales y nutrientes. Su estudio no examinó el efecto de fuentes de dieta húmeda con mayor diversidad nutricional, como verduras o patatas, para mejorar la digestibilidad o la biodisponibilidad. Se necesitan más estudios sobre los efectos de la fermentación de fuentes de dieta húmeda en las larvas del gusano de la harina para explorar más a fondo esta teoría.
La distribución mineral de la biomasa de gusanos de la harina de control encontrada en este estudio (Tablas 2 y 3) es comparable a la gama de macro y micronutrientes encontrada en la literatura48,54,55. Proporcionar a los gusanos de la harina raíz de achicoria fermentada como fuente de dieta húmeda maximiza su contenido mineral. Aunque la mayoría de los macro y micronutrientes eran más altos en las mezclas de vegetales y en las hojas del jardín (Tablas 2 y 3), no afectaron el contenido mineral de la biomasa del gusano de la harina en la misma medida que las raíces de achicoria fermentadas. Una posible explicación es que los nutrientes de las hojas alcalinas del jardín son menos biodisponibles que los de otras dietas húmedas más ácidas (Tabla 1). Estudios anteriores alimentaron larvas de gusanos de la harina con paja de arroz fermentada y descubrieron que se desarrollaban bien en esta corriente secundaria y también demostraron que el tratamiento previo del sustrato mediante fermentación inducía la absorción de nutrientes. 56 El uso de raíces de achicoria fermentadas aumentó los contenidos de Ca, Fe y Mn en la biomasa del gusano de la harina. Aunque esta corriente secundaria también contenía concentraciones más altas de otros minerales (P, Mg, K, Na, Zn y Cu), estos minerales no fueron significativamente más abundantes en la biomasa del gusano de la harina en comparación con el control, lo que indica selectividad en la absorción de minerales. Aumentar el contenido de estos minerales en la biomasa de los gusanos de la harina tiene valor nutricional para la alimentación y los piensos. El calcio es un mineral esencial que desempeña un papel fundamental en la función neuromuscular y en muchos procesos mediados por enzimas, como la coagulación sanguínea y la formación de huesos y dientes. 57,58 La deficiencia de hierro es un problema común en los países en desarrollo, donde los niños, las mujeres y los ancianos a menudo no obtienen suficiente hierro de sus dietas. 54 Aunque el manganeso es un elemento esencial en la dieta humana y desempeña un papel central en el funcionamiento de muchas enzimas, su ingesta excesiva puede ser tóxica. Los niveles más altos de manganeso en los gusanos de la harina alimentados con raíz de achicoria fermentada no fueron motivo de preocupación y fueron comparables a los de los pollos. 59
Las concentraciones de metales pesados encontradas en el flujo secundario estaban por debajo de los estándares europeos para piensos completos para animales. El análisis de metales pesados de las larvas de gusanos de la harina mostró que los niveles de Pb y Cr eran significativamente más altos en los gusanos de la harina alimentados con raíz de achicoria fermentada que en el grupo de control y otros sustratos (Tabla 4). Las raíces de achicoria crecen en el suelo y se sabe que absorben metales pesados, mientras que las otras corrientes secundarias se originan en la producción controlada de alimentos humanos. Los gusanos de la harina alimentados con raíz de achicoria fermentada también contenían niveles más altos de Pb y Cr (Tabla 4). Los factores de bioacumulación (BAF) calculados fueron 2,66 para Pb y 1,14 para Cr, es decir, mayores que 1, lo que indica que los gusanos de la harina tienen la capacidad de acumular metales pesados. En cuanto al Pb, la UE fija un contenido máximo de Pb de 0,10 mg por kilogramo de carne fresca para consumo humano61. En una evaluación de datos experimentales, la concentración máxima de Pb encontrada en los gusanos de la harina de raíz de achicoria fermentados fue de 0,11 mg/100 g de MS. Cuando el valor se volvió a calcular a un contenido de materia seca del 30,8 % para estos gusanos de la harina, el contenido de Pb fue de 0,034 mg/kg de materia fresca, que estaba por debajo del nivel máximo de 0,10 mg/kg. En la normativa alimentaria europea no se especifica ningún contenido máximo de Cr. El Cr se encuentra comúnmente en el medio ambiente, los alimentos y los aditivos alimentarios y se sabe que es un nutriente esencial para los humanos en pequeñas cantidades62,63,64. Estos análisis (Tabla 4) indican que las larvas de T. molitor pueden acumular metales pesados cuando hay metales pesados presentes en la dieta. Sin embargo, los niveles de metales pesados encontrados en la biomasa del gusano de la harina en este estudio se consideran seguros para el consumo humano. Se recomienda un monitoreo regular y cuidadoso cuando se utilizan corrientes laterales que pueden contener metales pesados como fuente de alimento húmedo para T. molitor.
Los ácidos grasos más abundantes en la biomasa total de larvas de T. molitor fueron el ácido palmítico (C16:0), el ácido oleico (C18:1) y el ácido linoleico (C18:2) (Tabla 5), lo que concuerda con estudios previos. en T. molitor. Los resultados del espectro de ácidos grasos son consistentes36,46,50,65. El perfil de ácidos grasos de T. molitor generalmente consta de cinco componentes principales: ácido oleico (C18:1), ácido palmítico (C16:0), ácido linoleico (C18:2), ácido mirístico (C14:0) y ácido esteárico. (C18:0). Se informa que el ácido oleico es el ácido graso más abundante (30–60%) en las larvas del gusano de la harina, seguido del ácido palmítico y el ácido linoleico22,35,38,39. Estudios anteriores han demostrado que este perfil de ácidos grasos está influenciado por la dieta de las larvas del gusano de la harina, pero las diferencias no siguen las mismas tendencias que la dieta38. En comparación con otros perfiles de ácidos grasos, la proporción C18:1–C18:2 en las cáscaras de patatas está invertida. Se obtuvieron resultados similares para los cambios en el perfil de ácidos grasos de los gusanos de la harina alimentados con cáscaras de papa al vapor36. Estos resultados indican que, aunque el perfil de ácidos grasos del aceite de gusano de la harina puede verse alterado, sigue siendo una rica fuente de ácidos grasos insaturados.
El objetivo de este estudio fue evaluar el efecto del uso de cuatro corrientes diferentes de residuos biológicos agroindustriales como alimento húmedo sobre la composición de los gusanos de la harina. El impacto se evaluó en función del valor nutricional de las larvas. Los resultados mostraron que los subproductos se convirtieron con éxito en biomasa rica en proteínas (contenido de proteína entre 40,7 y 52,3%), que puede utilizarse como fuente de alimentos y piensos. Además, el estudio demostró que el uso de subproductos como alimento húmedo afecta el valor nutricional de la biomasa del gusano de la harina. En particular, proporcionar a las larvas una alta concentración de carbohidratos (por ejemplo, cortes de patata) aumenta su contenido de grasa y cambia su composición de ácidos grasos: menor contenido de ácidos grasos poliinsaturados y mayor contenido de ácidos grasos saturados y monoinsaturados, pero no concentraciones de ácidos grasos insaturados. . Los ácidos grasos (monoinsaturados + poliinsaturados) siguen dominando. El estudio también demostró que los gusanos de la harina acumulan selectivamente calcio, hierro y manganeso de corrientes secundarias ricas en minerales ácidos. La biodisponibilidad de los minerales parece desempeñar un papel importante y se necesitan más estudios para comprenderlo completamente. Los metales pesados presentes en las corrientes laterales pueden acumularse en los gusanos de la harina. Sin embargo, las concentraciones finales de Pb, Cd y Cr en la biomasa larval estuvieron por debajo de los niveles aceptables, lo que permitió que estas corrientes laterales se utilizaran de forma segura como fuente de alimento húmedo.
Las larvas del gusano de la harina fueron criadas por Radius (Giel, Bélgica) e Inagro (Rumbeke-Beitem, Bélgica) en la Universidad de Ciencias Aplicadas Thomas More a 27 °C y 60% de humedad relativa. La densidad de gusanos de la harina criados en un acuario de 60 x 40 cm fue de 4,17 gusanos/cm2 (10.000 gusanos de la harina). Inicialmente, las larvas fueron alimentadas con 2,1 kg de salvado de trigo como alimento seco por tanque de cría y luego se suplementaron según fuera necesario. Utilice bloques de agar como tratamiento de control con alimentos húmedos. A partir de la semana 4, comience a alimentar con corrientes laterales (también una fuente de humedad) como alimento húmedo en lugar de agar ad libitum. El porcentaje de materia seca para cada corriente lateral se predeterminó y registró para garantizar cantidades iguales de humedad para todos los insectos en todos los tratamientos. La comida se distribuye uniformemente por todo el terrario. Las larvas se recolectan cuando emergen las primeras pupas en el grupo experimental. La recolección de larvas se realiza mediante un agitador mecánico de 2 mm de diámetro. Excepto por el experimento de la patata cortada en cubitos. También se separan grandes porciones de patatas secas cortadas en cubitos permitiendo que las larvas se arrastren a través de esta malla y recogiéndolas en bandejas metálicas. El peso total de cosecha se determina pesando el peso total de cosecha. La supervivencia se calcula dividiendo el peso total de la cosecha por el peso de las larvas. El peso de las larvas se determina seleccionando al menos 100 larvas y dividiendo su peso total por el número. Las larvas recolectadas se matan de hambre durante 24 h para vaciar sus intestinos antes del análisis. Finalmente, las larvas se vuelven a cribar para separarlas del resto. Se congelan, se sacrifican y se almacenan a -18°C hasta su análisis.
El alimento seco fue salvado de trigo (belga Molens Joye). El salvado de trigo se tamizó previamente hasta un tamaño de partícula inferior a 2 mm. Además del alimento seco, las larvas del gusano de la harina también necesitan alimento húmedo para mantener la humedad y los suplementos minerales que necesitan los gusanos de la harina. El pienso húmedo representa más de la mitad del pienso total (pienso seco + pienso húmedo). En nuestros experimentos, se utilizó agar (Brouwland, Bélgica, 25 g/l) como alimento húmedo de control45. Como se muestra en la Figura 1, se probaron cuatro subproductos agrícolas con diferentes contenidos de nutrientes como alimento húmedo para larvas de gusanos de la harina. Estos subproductos incluyen (a) hojas del cultivo de pepino (Inagro, Bélgica), (b) recortes de papa (Duigny, Bélgica), (c) raíces de achicoria fermentadas (Inagro, Bélgica) y (d) frutas y verduras no vendidas de subastas. . (Belorta, Bélgica). La corriente lateral se corta en trozos adecuados para su uso como alimento húmedo para gusanos de la harina.
Subproductos agrícolas como alimento húmedo para gusanos de la harina; (a) hojas de huerta procedentes del cultivo de pepinos, (b) esquejes de patatas, (c) raíces de achicoria, (d) hortalizas no vendidas en subasta y (e) bloques de agar. Como controles.
La composición del alimento y de las larvas de gusanos de la harina se determinó tres veces (n = 3). Se evaluaron análisis rápidos, composición mineral, contenido de metales pesados y composición de ácidos grasos. Se tomó una muestra homogeneizada de 250 g de las larvas recolectadas y muertas de hambre, se secó a 60°C hasta peso constante, se molió (IKA, molino tubular 100) y se tamizó a través de un tamiz de 1 mm. Las muestras secas se sellaron en recipientes oscuros.
El contenido de materia seca (MS) se determinó secando las muestras en estufa a 105°C durante 24 horas (Memmert, UF110). El porcentaje de materia seca se calculó en base a la pérdida de peso de la muestra.
El contenido de ceniza bruta (CA) se determinó mediante la pérdida de masa durante la combustión en un horno de mufla (Nabertherm, L9/11/SKM) a 550°C durante 4 horas.
El contenido de grasa cruda o la extracción con éter dietílico (EE) se realizó con éter de petróleo (pe 40–60 °C) utilizando un equipo de extracción Soxhlet. Se colocaron aproximadamente 10 g de muestra en el cabezal de extracción y se cubrieron con lana cerámica para evitar la pérdida de muestra. Las muestras se extrajeron durante la noche con 150 ml de éter de petróleo. Se enfrió el extracto, se eliminó el disolvente orgánico y se recuperó mediante evaporación rotatoria (Büchi, R-300) a 300 mbar y 50 °C. Los extractos lipídicos o etéreos brutos se enfriaron y se pesaron en una balanza analítica.
El contenido de proteína bruta (PB) se determinó analizando el nitrógeno presente en la muestra mediante el método Kjeldahl BN EN ISO 5983-1 (2005). Utilice los factores N a P apropiados para calcular el contenido de proteína. Para alimento seco estándar (salvado de trigo), utilice un factor total de 6,25. Para corriente lateral se utiliza un factor de 4,2366 y para mezclas de vegetales se utiliza un factor de 4,3967. El contenido de proteína bruta de las larvas se calculó utilizando un factor N a P de 5,3351.
El contenido de fibra incluyó la determinación de fibra detergente neutra (FND) basada en el protocolo de extracción de Gerhardt (análisis manual de fibra en bolsas, Gerhardt, Alemania) y el método de van Soest 68. Para la determinación de FDN, se colocó una muestra de 1 g en una bolsa de fibra especial (Gerhardt, bolsa ADF/NDF) con un revestimiento de vidrio. Las bolsas de fibra llenas con muestras se desgrasaron primero con éter de petróleo (punto de ebullición 40-60 °C) y luego se secaron a temperatura ambiente. La muestra desgrasada se extrajo con una solución detergente de fibra neutra que contenía α-amilasa termoestable a temperatura de ebullición durante 1,5 h. Luego, las muestras se lavaron tres veces con agua desionizada hirviendo y se secaron a 105 °C durante la noche. Las bolsas de fibra seca (que contenían residuos de fibra) se pesaron usando una balanza analítica (Sartorius, P224-1S) y luego se quemaron en un horno de mufla (Nabertherm, L9/11/SKM) a 550°C durante 4 horas. Se pesó nuevamente la ceniza y se calculó el contenido de fibra en base a la pérdida de peso entre el secado y la quema de la muestra.
Para determinar el contenido de quitina de las larvas utilizamos un protocolo modificado basado en el análisis de fibra cruda realizado por van Soest 68 . Se colocó una muestra de 1 g en una bolsa de fibra especial (Gerhardt, CF Bag) y un sello de vidrio. Las muestras se empaquetaron en bolsas de fibra, se desgrasaron en éter de petróleo (c. 40–60 °C) y se secaron al aire. La muestra desgrasada se extrajo primero con una solución ácida de ácido sulfúrico 0,13 M a temperatura de ebullición durante 30 min. La bolsa de fibra de extracción que contenía la muestra se lavó tres veces con agua desionizada hirviendo y luego se extrajo con una solución de hidróxido de potasio 0,23 M durante 2 h. La bolsa de fibra de extracción que contenía la muestra se enjuagó nuevamente tres veces con agua desionizada hirviendo y se secó a 105°C durante la noche. La bolsa seca que contenía el residuo de fibra se pesó en una balanza analítica y se incineró en un horno de mufla a 550°C durante 4 horas. Se pesó la ceniza y se calculó el contenido de fibra en base a la pérdida de peso de la muestra incinerada.
Se calculó el contenido total de carbohidratos. La concentración de carbohidratos no fibrosos (NFC) en el alimento se calculó mediante análisis NDF y la concentración de insectos se calculó mediante análisis de quitina.
El pH de la matriz se determinó después de la extracción con agua desionizada (1:5 v/v) según NBN EN 15933.
Las muestras se prepararon como lo describen Broeckx et al. Los perfiles minerales se determinaron utilizando ICP-OES (Optima 4300™ DV ICP-OES, Perkin Elmer, MA, EE. UU.).
Los metales pesados Cd, Cr y Pb se analizaron mediante espectrometría de absorción atómica (AAS) en horno de grafito (Thermo Scientific, serie ICE 3000, equipado con un muestreador automático de horno GFS). Se digirieron aproximadamente 200 mg de muestra en HNO3/HCl ácido (1:3 v/v) usando microondas (CEM, MARS 5). La digestión por microondas se realizó a 190°C durante 25 min a 600 W. Diluir el extracto con agua ultrapura.
Los ácidos grasos se determinaron mediante GC-MS (Agilent Technologies, sistema GC 7820A con detector MSD 5977 E). Según el método de Joseph y Akman70, se añadió una solución de BF3/MeOH al 20 % a una solución de KOH metanólica y se obtuvo éster metílico de ácido graso (FAME) a partir del extracto etéreo después de la esterificación. Los ácidos grasos se pueden identificar comparando sus tiempos de retención con 37 estándares de mezcla FAME (Chemical Lab) o comparando sus espectros de MS con bibliotecas en línea como la base de datos NIST. El análisis cualitativo se realiza calculando el área del pico como porcentaje del área total del pico del cromatograma.
El análisis de los datos se realizó utilizando el software JMP Pro 15.1.1 de SAS (Buckinghamshire, Reino Unido). La evaluación se realizó mediante análisis de varianza unidireccional con un nivel de significancia de 0,05 y Tukey HSD como prueba post hoc.
El factor de bioacumulación (BAF) se calculó dividiendo la concentración de metales pesados en la biomasa de las larvas (MS) del gusano de la harina por la concentración en el alimento húmedo (MS) 43 . Un BAF superior a 1 indica que los metales pesados se bioacumulan a partir del alimento húmedo en las larvas.
Los conjuntos de datos generados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.
Departamento de Asuntos Económicos y Sociales de las Naciones Unidas, División de Población. Perspectivas de la población mundial 2019: aspectos destacados (ST/ESA/SER.A/423) (2019).
Cole, MB, Augustine, MA, Robertson, MJ y Manners, JM, Ciencia de la seguridad alimentaria. Ciencia del NPJ. Alimentación 2018, 2. https://doi.org/10.1038/s41538-018-0021-9 (2018).
Hora de publicación: 19 de diciembre de 2024