Kiitos vierailustasi Nature.comissa. Käyttämässäsi selainversiossa on rajoitettu CSS-tuki. Parhaan tuloksen saavuttamiseksi suosittelemme käyttämään uudempaa selainta (tai poistamalla yhteensopivuustilan käytöstä Internet Explorerissa). Sillä välin, jotta voimme varmistaa jatkuvan tuen, näytämme sivuston ilman tyylejä ja JavaScriptiä.
Hyönteisviljely on mahdollinen tapa vastata kasvavaan globaaliin proteiinin kysyntään, ja se on uusi toiminta länsimaissa, jossa on edelleen monia kysymyksiä tuotteiden laadusta ja turvallisuudesta. Hyönteisillä voi olla tärkeä rooli kiertotaloudessa muuntamalla biojätteitä arvokkaaksi biomassaksi. Noin puolet jauhomadon rehusubstraatista tulee märkärehusta. Sitä voidaan saada biojätteestä, mikä tekee hyönteisviljelystä kestävämpää. Tässä artikkelissa kerrotaan jauhomatojen (Tenebrio molitor) ravintokoostumuksesta, kun niitä on ruokittu sivutuotteista orgaanisilla lisäravinteilla. Näitä ovat myymättömät vihannekset, perunaviipaleet, fermentoidut juurisikurin juuret ja puutarhan lehdet. Sitä arvioidaan analysoimalla läheinen koostumus, rasvahappoprofiili, mineraali- ja raskasmetallipitoisuus. Perunaviipaleilla ruokittujen ateriamatojen rasvapitoisuus oli kaksinkertainen ja tyydyttyneiden ja kertatyydyttymättömien rasvahappojen määrä lisääntyi. Fermentoidun juurisikurin käyttö lisää mineraalipitoisuutta ja kerää raskasmetalleja. Lisäksi kivennäisaineiden imeytyminen jauhomatossa on valikoivaa, sillä vain kalsiumin, raudan ja mangaanin pitoisuudet lisääntyvät. Kasvisseosten tai puutarhalehtien lisääminen ruokavalioon ei muuta merkittävästi ravintoprofiilia. Yhteenvetona voidaan todeta, että sivutuotevirta muutettiin onnistuneesti proteiinipitoiseksi biomassaksi, jonka ravinnepitoisuus ja hyötyosuus vaikuttivat jauhomatojen koostumukseen.
Kasvavan ihmisväestön odotetaan saavuttavan 9,7 miljardia vuoteen 2050 mennessä1,2 mikä asettaa elintarviketuotannollemme paineita selviytyä ruuan suuresta kysynnästä. Ruoan kysynnän arvioidaan kasvavan 70–80 % vuosina 2012–20503,4,5. Nykyisessä elintarviketuotannossa käytettävät luonnonvarat ovat ehtymässä, mikä uhkaa ekosysteemejämme ja elintarvikevarantojamme. Lisäksi suuria määriä biomassaa menee hukkaan ruoan tuotannossa ja kulutuksessa. Vuoteen 2050 mennessä maailmanlaajuisen jätemäärän arvioidaan nousevan 27 miljardiin tonniin, josta suurin osa on biojätettä6,7,8. Vastauksena näihin haasteisiin on ehdotettu innovatiivisia ratkaisuja, ruokavaihtoehtoja sekä maatalouden ja elintarvikejärjestelmien kestävää kehitystä9,10,11. Yksi tällainen lähestymistapa on käyttää orgaanisia jäämiä raaka-aineiden, kuten syötävien hyönteisten, tuottamiseen kestävinä elintarvikkeiden ja rehun lähteinä12,13. Hyönteisviljely tuottaa vähemmän kasvihuonekaasu- ja ammoniakkipäästöjä, vaatii vähemmän vettä kuin perinteiset proteiinilähteet, ja sitä voidaan tuottaa vertikaalisissa viljelyjärjestelmissä, jotka vaativat vähemmän tilaa14,15,16,17,18,19. Tutkimukset ovat osoittaneet, että hyönteiset pystyvät muuttamaan vähäarvoisen biojätteen arvokkaaksi proteiinipitoiseksi biomassaksi, jonka kuiva-ainepitoisuus on jopa 70 %20,21,22. Lisäksi vähäarvoista biomassaa käytetään tällä hetkellä energiantuotantoon, kaatopaikalle tai kierrätykseen, eikä se siksi kilpaile nykyisen elintarvike- ja rehualan kanssa23,24,25,26. Jauhomatoja (T. molitor)27 pidetään yhtenä lupaavimmista lajeista laajamittaisessa elintarvike- ja rehutuotannossa. Sekä toukat että aikuiset syövät erilaisia materiaaleja, kuten viljatuotteita, eläinjätteitä, vihanneksia, hedelmiä jne. 28,29. Länsimaisissa yhteiskunnissa T. molitoria kasvatetaan vankeudessa pienessä mittakaavassa, pääasiassa kotieläinten, kuten lintujen tai matelijoiden, rehuksi. Tällä hetkellä niiden potentiaaliin elintarvike- ja rehutuotannossa kiinnitetään enemmän huomiota30,31,32. Esimerkiksi T. molitor on hyväksytty uudella elintarvikeprofiililla, mukaan lukien käyttö pakastetussa, kuivatussa ja jauhetussa muodossa (asetus (EU) N:o 258/97 ja asetus (EU) 2015/2283) 33. Kuitenkin laajamittaista tuotantoa hyönteisten vähentäminen elintarvikkeissa ja rehuissa on vielä suhteellisen uusi käsite länsimaissa. Teollisuus kohtaa haasteita, kuten tiedon puutteita optimaalisista ruokavalioista ja tuotannosta, lopputuotteen ravitsemuksellisista laadusta ja turvallisuuskysymyksistä, kuten myrkyllisistä kertymistä ja mikrobivaaroista. Toisin kuin perinteisessä karjankasvatuksessa, hyönteisviljelyllä ei ole samanlaista historiallista ennätystä17,24,25,34.
Vaikka jauhomatojen ravintoarvosta on tehty monia tutkimuksia, niiden ravintoarvoon vaikuttavia tekijöitä ei ole vielä täysin ymmärretty. Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että hyönteisten ruokavaliolla voi olla jonkin verran vaikutusta sen koostumukseen, mutta selkeää mallia ei löytynyt. Lisäksi nämä tutkimukset keskittyivät jauhomatojen proteiini- ja lipidikomponentteihin, mutta niillä oli rajoitettu vaikutus mineraalikomponentteihin21,22,32,35,36,37,38,39,40. Lisää tutkimusta tarvitaan mineraalien absorptiokyvyn ymmärtämiseksi. Äskettäisessä tutkimuksessa todettiin, että retiisillä ruokittujen jauhomadon toukkien tiettyjen kivennäisaineiden pitoisuus oli hieman kohonnut. Nämä tulokset rajoittuvat kuitenkin testattuun alustaan, ja lisäkokeita tarvitaan41. Raskasmetallien (Cd, Pb, Ni, As, Hg) kertymisen jauhomatoissa on raportoitu korreloivan merkittävästi matriisin metallipitoisuuden kanssa. Vaikka ravinnon metallipitoisuudet eläinrehuissa ovat alle lakisääteisten rajojen42, arseenin on myös todettu kertyvän jauhomadon toukkuun, kun taas kadmium ja lyijy eivät kerry biokertymään43. Ruokavalion vaikutusten ymmärtäminen jauhomatojen ravintokoostumukseen on ratkaisevan tärkeää niiden turvallisen käytön kannalta elintarvikkeissa ja rehuissa.
Tässä artikkelissa esitelty tutkimus keskittyy maatalouden sivutuotteiden käytön vaikutuksiin märkärehulähteenä jauhomatojen ravintokoostumukseen. Kuivarehun lisäksi toukille tulisi antaa myös märkärehua. Märkärehulähde tarjoaa tarvittavan kosteuden ja toimii myös ravintolisänä jauhomatoille, lisää kasvunopeutta ja maksimipainoa44,45. Interreg-Valusect-projektin standardijauhomatokasvatustietojemme mukaan jauhomatorehu sisältää 57 % w/w märkärehua. Tavallisesti märkärehun lähteenä käytetään tuoreita vihanneksia (esim. porkkanaa)35,36,42,44,46. Vähäarvoisten sivutuotteiden käyttö märkärehulähteenä tuo kestävämpää ja taloudellista hyötyä hyönteisviljelylle17. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli (1) tutkia biojätteen käytön vaikutuksia märkärehuna jauhomatojen ravintokoostumukseen, (2) määrittää mineraalipitoisella biojätteellä kasvatettujen jauhomadon toukkien makro- ja mikroravinnepitoisuudet testatakseen mineraalirikastus ja (3) arvioida näiden sivutuotteiden turvallisuutta hyönteisviljelyssä analysoimalla raskaiden aineiden esiintymistä ja kertymistä. metallit Pb, Cd ja Cr. Tämä tutkimus antaa lisätietoa biojätteen lisäyksen vaikutuksista jauhomadon toukkien ruokavalioon, ravintoarvoon ja turvallisuuteen.
Kuiva-ainepitoisuus lateraalisessa virtauksessa oli korkeampi verrattuna kontrollimärkäravinneagariin. Vihannesseoksissa ja puutarhalehdissä kuiva-ainepitoisuus oli alle 10 %, kun taas perunan pistokkaissa ja fermentoiduissa juurisikurin juurissa se oli korkeampi (13,4 ja 29,9 g/100 g tuoreainetta, FM).
Kasvisseoksessa oli korkeammat raakatuhka-, rasva- ja proteiinipitoisuudet ja alhaisemmat ei-kuituiset hiilihydraattipitoisuudet kuin vertailurehussa (agar), kun taas amylaasikäsitellyn neutraalin pesuaineen kuitupitoisuus oli samanlainen. Perunaviipaleiden hiilihydraattipitoisuus oli suurin kaikista sivuvirroista ja oli verrattavissa agarin pitoisuuteen. Kaiken kaikkiaan sen raakakoostumus vastasi eniten kontrollirehua, mutta sitä täydennettiin pienillä määrillä proteiinia (4,9 %) ja raakatuhkaa (2,9 %) 47,48 . Perunan pH vaihtelee välillä 5-6, ja on syytä huomata, että tämä perunan sivuvirta on happamampaa (4,7). Fermentoitu juurisikurin juuri sisältää runsaasti tuhkaa ja on happamin kaikista sivuvirroista. Koska juuria ei puhdistettu, suurimman osan tuhkasta oletetaan koostuvan hiekasta (piidioksidista). Puutarhanlehdet olivat ainoa emäksinen tuote verrattuna kontrolliin ja muihin sivuvirtoihin. Se sisältää paljon tuhkaa ja proteiinia ja paljon vähemmän hiilihydraatteja kuin kontrolli. Raakakoostumus on lähimpänä fermentoitua juurisikuria, mutta raakaproteiinipitoisuus on korkeampi (15,0 %), mikä on verrattavissa kasvisseoksen proteiinipitoisuuteen. Yllä olevien tietojen tilastollinen analyysi osoitti merkittäviä eroja sivuvirtojen raakakoostumuksessa ja pH:ssa.
Kasvisseosten tai puutarhalehtien lisääminen jauhomatorehuun ei vaikuttanut jauhomatotoukkien biomassakoostumukseen verrokkiryhmään verrattuna (taulukko 1). Perunapistokkaiden lisääminen johti merkittävimpään eroon biomassan koostumuksessa verrattuna vertailuryhmään, joka sai jauhomadon toukkia ja muita märkärehulähteitä. Jauhomatojen proteiinipitoisuuden osalta perunapistokkaita lukuun ottamatta sivuvirtojen erilainen likimääräinen koostumus ei vaikuttanut toukkien proteiinipitoisuuteen. Perunan pistokkaiden ruokinta kosteuden lähteenä johti kaksinkertaiseen toukkien rasvapitoisuuden nousuun ja proteiinin, kitiinin ja kuitupitoisten hiilihydraattien pitoisuuden laskuun. Fermentoitu juurisikurin juuri lisäsi jauhomadon toukkien tuhkapitoisuutta puolitoista kertaa.
Mineraaliprofiilit ilmaistiin makromineraalipitoisuuksina (taulukko 2) ja mikroravinnepitoisuuksina (taulukko 3) märkärehussa ja jauhomadon toukkien biomassassa.
Yleisesti ottaen maatalouden sivuvirrat olivat runsaampia makromineraaleja verrattuna kontrolliryhmään, lukuun ottamatta perunapistokkaita, joiden Mg-, Na- ja Ca-pitoisuus oli pienempi. Kaliumpitoisuus oli korkea kaikissa sivuvirroissa kontrolliin verrattuna. Agar sisältää 3 mg/100 g DM K:a, kun taas K-pitoisuus sivuvirrassa vaihteli välillä 1070 - 9909 mg/100 g DM. Kasvisseoksen makromineraalipitoisuus oli merkittävästi korkeampi kuin kontrolliryhmässä, mutta Na-pitoisuus oli merkittävästi pienempi (88 vs. 111 mg/100 g DM). Makromineraalipitoisuus perunapistokkeissa oli alhaisin kaikista sivuvirroista. Makromineraalipitoisuus perunoissa oli merkittävästi pienempi kuin muissa sivuvirroissa ja kontrollissa. Paitsi että Mg-pitoisuus oli verrattavissa kontrolliryhmään. Vaikka fermentoidussa juurisikurin juuressa ei ollut suurinta makromineraalien pitoisuutta, tämän sivuvirran tuhkapitoisuus oli suurin kaikista sivuvirroista. Tämä voi johtua siitä, että niitä ei ole puhdistettu ja ne voivat sisältää suuria pitoisuuksia piidioksidia (hiekkaa). Na- ja Ca-pitoisuudet olivat vertailukelpoisia kasviseoksen vastaaviin. Fermentoitu sikurijuuri sisälsi kaikista sivuvirroista korkeimman Na-pitoisuuden. Puutarhalehdissä oli Naa lukuun ottamatta kaikista märkärehuista korkeimmat makromineraalipitoisuudet. K-pitoisuus (9909 mg/100 g DM) oli kolme tuhatta kertaa suurempi kuin kontrolli (3 mg/100 g DM) ja 2,5 kertaa suurempi kuin kasviseoksessa (4057 mg/100 g DM). Ca-pitoisuus oli korkein kaikista sivuvirroista (7276 mg/100 g DM), 20 kertaa korkeampi kuin kontrollissa (336 mg/100 g DM) ja 14 kertaa korkeampi kuin Ca-pitoisuus fermentoiduissa juurisikurin juurissa tai kasvisseoksessa (530 ja 496 mg/100 g DM).
Vaikka ruokavalioiden makromineraalikoostumuksessa oli merkittäviä eroja (taulukko 2), kasviseoksilla ja kontrolliruokavalioilla kasvatettujen jauhomatojen makromineraalikoostumuksessa ei havaittu merkittäviä eroja.
Perunamuruilla ruokittujen toukkien kaikkien makromineraalien pitoisuudet olivat merkittävästi alhaisemmat verrattuna kontrolliin, lukuun ottamatta Na:ta, jonka pitoisuudet olivat vertailukelpoisia. Lisäksi perunalastujen ruokinta aiheutti suurimman vähennyksen toukkien makromineraalipitoisuuteen verrattuna muihin sivuvirtoihin. Tämä on yhdenmukainen lähellä olevissa jauhomatovalmisteissa havaitun alhaisemman tuhkan kanssa. Vaikka P ja K olivat merkittävästi korkeampia tässä märässä ruokavaliossa kuin muissa sivuvirroissa ja kontrollissa, toukkien koostumus ei heijastanut tätä. Jauhomatobiomassan alhaiset Ca- ja Mg-pitoisuudet voivat liittyä itse märän ruokavalion alhaisiin Ca- ja Mg-pitoisuuksiin.
Fermentoitujen juurisikurien ja hedelmätarhan lehtien ruokinta johti merkittävästi korkeampiin kalsiumtasoihin kuin kontrollit. Puutarhan lehdet sisälsivät kaikista märkäravinnoista eniten P-, Mg-, K- ja Ca-pitoisuuksia, mutta tämä ei näkynyt jauhomatobiomassassa. Na-pitoisuudet olivat alhaisimmat näissä toukissa, kun taas Na-pitoisuudet olivat korkeammat hedelmätarhan lehdissä kuin perunan pistokkaissa. Ca-pitoisuus nousi toukissa (66 mg/100 g DM), mutta Ca-pitoisuudet eivät olleet yhtä korkeita kuin jauhomatobiomassassa (79 mg/100 g DM) fermentoidun juurisikurin kokeissa, vaikka hedelmätarhan lehtisatojen Ca-pitoisuus oli 14 kertaa korkeampi kuin sikurijuuressa.
Märkärehujen hivenainekoostumuksen perusteella (taulukko 3) kasviseoksen mineraalikoostumus oli samanlainen kuin kontrolliryhmässä, paitsi että Mn-pitoisuus oli merkittävästi pienempi. Kaikkien analysoitujen hivenaineiden pitoisuudet olivat perunapaloissa pienempiä verrattuna kontrolliin ja muihin sivutuotteisiin. Fermentoitu juurisikuri sisälsi lähes 100 kertaa enemmän rautaa, 4 kertaa enemmän kuparia, 2 kertaa enemmän sinkkiä ja suunnilleen saman määrän mangaania. Puutarhakasvien lehtien sinkki- ja mangaanipitoisuus oli merkittävästi korkeampi kuin vertailuryhmässä.
Merkittäviä eroja ei havaittu kontrolli-, kasvisseos- ja märkäperunajätteillä ruokittujen toukkien hivenainepitoisuuksissa. Fermentoidulla juurisikurin juuriruokavaliolla ruokittujen toukkien Fe- ja Mn-pitoisuudet olivat kuitenkin merkittävästi erilaiset kuin kontrolliryhmälle ruokittujen jauhomatojen pitoisuudet. Fe-pitoisuuden kasvu voi johtua itse märän ruokavalion hivenainepitoisuuden satakertaisesta kasvusta. Vaikka Mn-pitoisuuksissa ei ollut merkittävää eroa fermentoidun juurisikurin ja kontrolliryhmän välillä, Mn-tasot nousivat fermentoiduilla juurisikurin juurilla ruokituissa toukissa. On myös huomattava, että Mn-pitoisuus oli korkeampi (3-kertainen) puutarharuokavalion märän lehtien ruokavaliossa verrattuna kontrolliin, mutta jauhomatojen biomassakoostumuksessa ei ollut merkittävää eroa. Ainoa ero kontrolli- ja puutarhalehtien välillä oli Cu-pitoisuus, joka oli lehtien pienempi.
Taulukko 4 esittää substraateissa esiintyvien raskasmetallien pitoisuudet. Euroopan täysrehujen Pb-, Cd- ja Cr-enimmäispitoisuudet on muutettu mg/100 g kuiva-ainetta kohden ja lisätty taulukkoon 4 helpottamaan vertailua sivuvirroissa havaittuihin pitoisuuksiin47.
Vertailumärkärehuissa, kasvisseoksissa tai perunaleseissä ei havaittu Pb:tä, kun taas puutarhan lehdet sisälsivät 0,002 mg Pb/100 g DM ja fermentoidut juurisikurin juuret sisälsivät korkeimman pitoisuuden 0,041 mg Pb/100 g DM. C-pitoisuudet vertailurehuissa ja puutarhan lehdissä olivat vertailukelpoisia (0,023 ja 0,021 mg/100 g DM), kun taas kasvisseoksissa ja perunaleseissä ne olivat alhaisemmat (0,004 ja 0,007 mg/100 g DM). Verrattuna muihin substraatteihin, Cr-pitoisuus fermentoiduissa juurisikurin juurissa oli merkittävästi korkeampi (0,135 mg/100 g DM) ja kuusi kertaa suurempi kuin kontrollirehussa. Cd:tä ei havaittu kontrollivirrassa eikä missään käytetyistä sivuvirroista.
Merkittävästi korkeammat Pb- ja Cr-tasot havaittiin toukissa, joita ruokittiin fermentoiduilla juurisikurin juurilla. Cd:tä ei kuitenkaan havaittu missään jauhomadon toukissa.
Raakarasvan rasvahappojen kvalitatiivinen analyysi suoritettiin sen määrittämiseksi, voisivatko jauhomadon toukkien rasvahappoprofiiliin vaikuttaa sivuvirran eri komponentit, joilla niitä ruokittiin. Näiden rasvahappojen jakautuminen on esitetty taulukossa 5. Rasvahapot on lueteltu niiden yleisnimellä ja molekyylirakenteella (merkitty "Cx:y", missä x vastaa hiiliatomien lukumäärää ja y tyydyttymättömien sidosten lukumäärää ).
Jauhomatoilla ruokittujen perunaviipaleiden rasvahappoprofiili muuttui merkittävästi. Ne sisälsivät merkittävästi suurempia määriä myristiinihappoa (C14:0), palmitiinihappoa (C16:0), palmitoleiinihappoa (C16:1) ja öljyhappoa (C18:1). Pentadekaanihapon (C15:0), linolihapon (C18:2) ja linoleenihapon (C18:3) pitoisuudet olivat merkittävästi alhaisemmat verrattuna muihin jauhomatoihin. Verrattuna muihin rasvahappoprofiileihin C18:1:n suhde C18:2:een oli päinvastainen perunan siivuissa. Puutarhalehdillä ruokitut jauhomatot sisälsivät enemmän pentadekaanihappoa (C15:0) kuin muilla märkäravinnoilla ruokitut jauhomatot.
Rasvahapot jaetaan tyydyttyneisiin rasvahappoihin (SFA), kertatyydyttymättömiin rasvahappoihin (MUFA) ja monityydyttymättömiin rasvahappoihin (PUFA). Taulukko 5 esittää näiden rasvahapporyhmien pitoisuudet. Kaiken kaikkiaan perunajätteellä ruokittujen jauhomatojen rasvahappoprofiilit poikkesivat merkittävästi kontrolli- ja muista sivuvirroista. Jokaisessa rasvahapporyhmässä perunalastuilla syötetyt jauhomatot erosivat merkittävästi kaikista muista ryhmistä. Ne sisälsivät enemmän SFA:ta ja MUFA:ta ja vähemmän PUFA:ta.
Eri substraateilla kasvatettujen toukkien eloonjäämisasteen ja kokonaissaantopainon välillä ei ollut merkittäviä eroja. Keskimääräinen kokonaiseloonjäämisaste oli 90 % ja kokonaissaantopaino oli 974 grammaa. Jauhomadot käsittelevät sivutuotteita menestyksekkäästi märkärehun lähteenä. Jauhomatomärkärehun osuus on yli puolet rehun kokonaispainosta (kuiva + märkä). Tuoreiden vihannesten korvaaminen maatalouden sivutuotteilla perinteisenä märkärehuna tuo taloudellisia ja ympäristöllisiä etuja jauhomadon viljelylle.
Taulukko 1 osoittaa, että kontrolliruokavaliolla kasvatettujen jauhomatotoukkien biomassakoostumus oli noin 72 % kosteutta, 5 % tuhkaa, 19 % lipidejä, 51 % proteiinia, 8 % kitiiniä ja 18 % kuiva-ainetta kuituttomina hiilihydraatteina. Tämä on verrattavissa kirjallisuudessa raportoituihin arvoihin.48,49 Kirjallisuudesta löytyy kuitenkin muita komponentteja, usein riippuen käytetystä analyysimenetelmästä. Esimerkiksi, käytimme Kjeldahlin menetelmää raakaproteiinipitoisuuden määrittämiseen N/P-suhteella 5,33, kun taas muut tutkijat käyttävät liha- ja rehunäytteissä yleisemmin käytettyä suhdetta 6,25.50,51
Perunajätteiden (hiilihydraattipitoinen märkäruokavalio) lisääminen ruokavalioon johti jauhomatojen rasvapitoisuuden kaksinkertaistumiseen. Perunan hiilihydraattipitoisuuden oletetaan koostuvan pääasiassa tärkkelyksestä, kun taas agar sisältää sokereita (polysakkarideja)47,48. Tämä havainto poikkeaa toisesta tutkimuksesta, jossa havaittiin, että rasvapitoisuus laski, kun jauhomatoja ruokittiin ruokavaliolla, jota täydennettiin höyryllä kuoritulla perunalla, jossa oli vähän proteiinia (10,7 %) ja paljon tärkkelystä (49,8 %)36. Kun oliivin puristemassaa lisättiin ruokavalioon, jauhomadon proteiini- ja hiilihydraattipitoisuudet vastasivat märän ruokavalion proteiini- ja hiilihydraattipitoisuuksia, kun taas rasvapitoisuus pysyi ennallaan35. Sitä vastoin muut tutkimukset ovat osoittaneet, että sivuvirroissa kasvatettujen toukkien proteiinipitoisuus muuttuu perusteellisesti, samoin kuin rasvapitoisuus22,37.
Fermentoitu juurisikurin juuri lisäsi merkittävästi jauhomadon toukkien tuhkapitoisuutta (taulukko 1). Tutkimus sivutuotteiden vaikutuksista jauhomadon toukkien tuhkaan ja mineraalikoostumukseen on rajallista. Suurin osa sivutuoteruokintatutkimuksista on keskittynyt toukkien rasva- ja proteiinipitoisuuteen ilman tuhkapitoisuuden analysointia21,35,36,38,39. Kuitenkin, kun analysoitiin sivutuotteilla ruokittujen toukkien tuhkapitoisuutta, todettiin tuhkapitoisuuden nousu. Esimerkiksi jauhomadon puutarhajätteen ruokkiminen nosti niiden tuhkapitoisuuden 3,01 prosentista 5,30 prosenttiin ja vesimelonijätteen lisääminen ruokavalioon nosti tuhkapitoisuutta 1,87 prosentista 4,40 prosenttiin.
Vaikka kaikkien märkien ravintolähteiden likimääräinen koostumus vaihteli merkittävästi (taulukko 1), erot vastaavista märkäravintolähteistä ruokittujen jauhomadon toukkien biomassakoostumuksessa olivat vähäisiä. Ainoastaan jauhomadon toukissa, joita ruokittiin perunapaloilla tai fermentoidulla juurisikurin juurella, havaittiin merkittäviä muutoksia. Eräs mahdollinen selitys tälle tulokselle on, että juurisikurin lisäksi myös perunapalat fermentoitiin osittain (pH 4,7, taulukko 1), mikä teki tärkkelyksestä/hiilihydraateista paremmin sulavaa/saatavilla jauhomadon toukille. Se, miten jauhomadon toukat syntetisoivat lipidejä ravintoaineista, kuten hiilihydraateista, on erittäin mielenkiintoista, ja sitä tulisi tutkia täysin tulevissa tutkimuksissa. Aikaisemmassa tutkimuksessa märän ruokavalion pH:n vaikutuksesta jauhomadon toukkien kasvuun pääteltiin, että merkittäviä eroja ei havaittu käytettäessä agarlohkoja märkäruokavalion kanssa pH-alueella 3–9. Tämä osoittaa, että fermentoitua märkäruokavaliota voidaan käyttää Tenebrio molitorin viljelemiseen53. . Samoin kuin Coudron et al.53, kontrollikokeet käyttivät agar-lohkoja tarjotuissa märkäruokavalioissa, koska ne olivat puutteellisia mineraaleista ja ravintoaineista. Heidän tutkimuksessaan ei tutkittu ravitsemuksellisesti monipuolisempien märkäruokavalion lähteiden, kuten vihannesten tai perunoiden, vaikutusta sulavuuden tai biologisen hyötyosuuden parantamiseen. Lisätutkimuksia märkäruokavalion lähteiden käymisen vaikutuksista jauhomadon toukeihin tarvitaan tämän teorian tutkimiseksi edelleen.
Tässä tutkimuksessa (taulukot 2 ja 3) löydetty vertailujauhomatobiomassan mineraalijakauma on verrattavissa kirjallisuudesta löytyneiden makro- ja mikroravinteiden valikoimaan48,54,55. Tarjoamalla jauhomatoille fermentoitua juurisikuria märkäruokavalion lähteenä maksimoi niiden mineraalipitoisuuden. Vaikka useimmat makro- ja hivenravinteet olivat korkeampia vihannessekoituksissa ja puutarhan lehdissä (taulukot 2 ja 3), ne eivät vaikuttaneet jauhomatobiomassan mineraalipitoisuuteen samalla tavalla kuin fermentoidut juurisikurin juuret. Yksi mahdollinen selitys on, että emäksisten puutarhalehtien ravintoaineet ovat vähemmän biologisesti saatavia kuin muissa, happamemmissa märkäruokavalioissa (taulukko 1). Aiemmat tutkimukset ruokkivat jauhomadon toukkia fermentoidulla riisin oljella ja havaitsivat, että ne kehittyivät hyvin tässä sivuvirrassa ja osoittivat myös, että substraatin esikäsittely fermentaatiolla indusoi ravinteiden ottoa. 56 Fermentoidun juurisikurin käyttö lisäsi jauhomatobiomassan Ca-, Fe- ja Mn-pitoisuuksia. Vaikka tämä sivuvirta sisälsi myös suurempia pitoisuuksia muita mineraaleja (P, Mg, K, Na, Zn ja Cu), nämä mineraalit eivät olleet merkittävästi runsaampia jauhomatobiomassassa verrattuna kontrolliin, mikä osoittaa mineraalien oton selektiivisyyttä. Näiden kivennäisaineiden pitoisuuden lisäämisellä jauhomatobiomassassa on ravintoarvoa elintarvike- ja rehutarkoituksiin. Kalsium on välttämätön kivennäisaine, jolla on tärkeä rooli hermo-lihastoiminnassa ja monissa entsyymivälitteisissä prosesseissa, kuten veren hyytymisessä, luun ja hampaiden muodostumisessa. 57,58 Raudanpuute on yleinen ongelma kehitysmaissa, sillä lapset, naiset ja vanhukset eivät usein saa tarpeeksi rautaa ruokavaliostaan. 54 Vaikka mangaani on olennainen osa ihmisen ruokavaliota ja sillä on keskeinen rooli monien entsyymien toiminnassa, liiallinen saanti voi olla myrkyllistä. Korkeammat mangaanipitoisuudet jauhomatoissa, joille ruokittiin fermentoitua juurisikuria, eivät olleet huolestuttavia, ja ne olivat verrattavissa kanojen vastaaviin. 59
Sivuvirrassa löydetyt raskasmetallipitoisuudet olivat alle eurooppalaisen täysrehustandardin. Jauhomadon toukkien raskasmetallianalyysi osoitti, että Pb- ja Cr-tasot olivat merkittävästi korkeammat fermentoidulla juurisikurin juurella ruokitussa jauhomatossa kuin kontrolliryhmässä ja muissa substraateissa (taulukko 4). Sikurijuuret kasvavat maaperässä ja niiden tiedetään imevän raskasmetalleja, kun taas muut sivuvirrat ovat peräisin kontrolloidusta ihmisten ravinnontuotannosta. Fermentoidulla juurisikurin juurella ruokitut ateriamatot sisälsivät myös korkeampia Pb- ja Cr-pitoisuuksia (taulukko 4). Lasketut bioakkumulaatiokertoimet (BAF) olivat Pb:lle 2,66 ja Cr:lle 1,14 eli yli 1, mikä osoittaa, että jauhomatoilla on kyky kerätä raskasmetalleja. EU asettaa Pb:n enimmäispitoisuudeksi 0,10 mg ihmisravinnoksi tarkoitetun tuoreen lihan kilogrammaa kohden61. Kokeellisen tiedon arvioinnissamme fermentoiduissa juurisikurin jauhomatoissa havaittu maksimi Pb-pitoisuus oli 0,11 mg/100 g DM. Kun arvo muutettiin näille jauhomadoille 30,8 %:n kuiva-ainepitoisuudeksi, Pb-pitoisuus oli 0,034 mg/kg tuoreainetta, mikä oli alle enimmäisrajan 0,10 mg/kg. Eurooppalaisissa elintarvikemääräyksissä ei ole määritelty enimmäis Cr-pitoisuutta. Cr:a esiintyy yleisesti ympäristössä, elintarvikkeissa ja elintarvikelisäaineissa, ja sen tiedetään olevan ihmiselle välttämätön ravintoaine pieninä määrinä62,63,64. Nämä analyysit (taulukko 4) osoittavat, että T. molitor -toukat voivat kerääntyä raskasmetalleja, kun raskasmetalleja on läsnä ruokavaliossa. Tässä tutkimuksessa jauhomatobiomassasta löydettyjä raskasmetallipitoisuuksia pidetään kuitenkin turvallisina ihmisravinnoksi. Säännöllistä ja huolellista seurantaa suositellaan käytettäessä sivuvirtoja, jotka voivat sisältää raskasmetalleja T. molitorin märkäsyöttölähteenä.
Yleisimmät rasvahapot T. molitor -toukkien kokonaisbiomassassa olivat palmitiinihappo (C16:0), öljyhappo (C18:1) ja linolihappo (C18:2) (taulukko 5), mikä on yhdenmukaista aiempien tutkimusten kanssa. T. molitorilla. Rasvahappospektrin tulokset ovat yhdenmukaiset36,46,50,65. T. molitorin rasvahappoprofiili koostuu yleensä viidestä pääkomponentista: öljyhappo (C18:1), palmitiinihappo (C16:0), linolihappo (C18:2), myristiinihappo (C14:0) ja steariinihappo (C18:0). Öljyhapon on raportoitu olevan runsain rasvahappo (30–60 %) jauhomadon toukissa, jota seuraavat palmitiinihappo ja linolihappo22,35,38,39. Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että madon toukkien ruokavalio vaikuttaa tähän rasvahappoprofiiliin, mutta erot eivät noudata samoja suuntauksia kuin ruokavaliossa38. Muihin rasvahappoprofiileihin verrattuna perunankuorien C18:1–C18:2-suhde on päinvastainen. Samanlaisia tuloksia saatiin höyrytetyillä perunankuorilla ruokittujen jauhomatojen rasvahappoprofiilin muutoksilla36. Nämä tulokset osoittavat, että vaikka jauhomatoöljyn rasvahappoprofiili saattaa muuttua, se on silti rikas tyydyttymättömien rasvahappojen lähde.
Tämän tutkimuksen tavoitteena oli arvioida neljän erilaisen maatalouden teollisuuden biojätevirran käyttöä märkärehuna vaikutusta jauhomadon koostumukseen. Vaikutus arvioitiin toukkien ravintoarvon perusteella. Tulokset osoittivat, että sivutuotteet muunnettiin onnistuneesti proteiinipitoiseksi biomassaksi (proteiinipitoisuus 40,7-52,3 %), jota voidaan käyttää elintarvike- ja rehulähteenä. Lisäksi tutkimus osoitti, että sivutuotteiden käyttö märkärehuna vaikuttaa jauhomatobiomassan ravintoarvoon. Erityisesti toukkien tarjoaminen korkealla hiilihydraattipitoisuudella (esim. perunapalat) lisää niiden rasvapitoisuutta ja muuttaa niiden rasvahappokoostumusta: pienempi monityydyttymättömien rasvahappojen pitoisuus ja korkeampi tyydyttyneiden ja kertatyydyttymättömien rasvahappojen pitoisuus, mutta ei tyydyttymättömien rasvahappojen pitoisuuksia. . Rasvahapot (yksityydyttymättömät + monityydyttymättömät) hallitsevat edelleen. Tutkimus osoitti myös, että jauhomatot keräävät selektiivisesti kalsiumia, rautaa ja mangaania sivuvirroista, joissa on runsaasti happamia mineraaleja. Mineraalien biologisella hyötyosuudella näyttää olevan tärkeä rooli, ja tämän ymmärtämiseksi tarvitaan lisätutkimuksia. Sivuvirroissa olevat raskasmetallit voivat kertyä jauhomatoihin. Pb:n, Cd:n ja Cr:n lopulliset pitoisuudet toukkien biomassassa olivat kuitenkin alle hyväksyttäviä tasoja, mikä mahdollisti näiden sivuvirtojen turvallisen käytön märkänä syöttölähteenä.
Jauhomadon toukkia kasvattivat Radius (Giel, Belgia) ja Inagro (Rumbeke-Beitem, Belgia) Thomas Moren ammattikorkeakoulussa 27 °C:ssa ja 60 %:n suhteellisessa kosteudessa. 60 x 40 cm:n akvaariossa kasvatettujen jauhomatojen tiheys oli 4,17 matoa/cm2 (10 000 jauhomatoa). Toukille syötettiin aluksi 2,1 kg vehnälesettä kuivaruokana kasvatussäiliötä kohden ja täydennettiin sitten tarpeen mukaan. Agar-lohkoja käytettiin kontrollimärkäruokakäsittelynä. Viikosta 4 lähtien sivuvirtoja (myös kosteuden lähde) syötettiin märkäruokana agar ad libitum sijaan. Kuiva-aineprosentti kullekin sivuvirralle määritettiin ennalta ja kirjattiin, jotta varmistettiin yhtäläiset kosteusmäärät kaikille hyönteisille käsittelyjen aikana. Ruoka jakautuu tasaisesti terraarioon. Toukat kerätään, kun ensimmäiset pennut ilmestyvät koeryhmään. Toukkien sato tehdään halkaisijaltaan 2 mm:n mekaanisella ravistimella. Lukuun ottamatta perunan kuutioiksi leikattua kokeilua. Suuret annokset kuutioitua kuivattua perunaa erotetaan myös antamalla toukkien ryömiä tämän siivilän läpi ja keräämällä ne metallikaukaloon. Kokonaissadon paino määritetään punnitsemalla sadon kokonaispaino. Eloonjääminen lasketaan jakamalla sadon kokonaispaino toukkien painolla. Toukkien paino määritetään valitsemalla vähintään 100 toukkia ja jakamalla niiden kokonaispaino lukumäärällä. Kerättyjä toukkia nälkään 24 tuntia, jotta niiden suoli tyhjenee ennen analysointia. Lopuksi toukat seulotaan uudelleen niiden erottamiseksi muusta. Ne jäädytetään-etaanisoidaan ja säilytetään -18 °C:ssa analyysiin asti.
Kuivarehu oli vehnälesettä (belgialainen Molens Joye). Vehnälese esiseulottiin alle 2 mm:n hiukkaskokoon. Jauhomadon toukat tarvitsevat kuivarehun lisäksi myös märkärehua ylläpitääkseen kosteutta ja jauhomadon tarvitsemia kivennäisravinteita. Märkärehujen osuus kokonaisrehusta on yli puolet (kuivarehu + märkärehu). Kokeissamme käytettiin agaria (Brouwland, Belgia, 25 g/l) kontrollimärkärehuna45. Kuten kuvasta 1 näkyy, neljää maatalouden sivutuotetta, joiden ravinnepitoisuus oli erilainen, testattiin märkärehuna jauhomadon toukille. Näitä sivutuotteita ovat a) kurkkuviljelyn lehdet (Inagro, Belgia), b) perunan leikkuujätteet (Duigny, Belgia), c) fermentoidut juurisikurin juuret (Inagro, Belgia) ja d) huutokaupoista myymättömät hedelmät ja vihannekset. . (Belorta, Belgia). Sivuvirta pilkotaan paloiksi, jotka soveltuvat käytettäväksi märkäjauhomadon rehuksi.
Maatalouden sivutuotteet märkärehuna jauhomadoille; a) kurkunviljelystä saadut puutarhalehdet, b) perunan pistokkaat, c) juurisikurin juuret, d) huutokaupassa myymättömät vihannekset ja e) agarpalat. Ohjauksina.
Rehun ja jauhomadon toukkien koostumus määritettiin kolme kertaa (n = 3). Nopea analyysi, mineraalikoostumus, raskasmetallipitoisuus ja rasvahappokoostumus arvioitiin. Kerätyistä ja nälkiintyneistä toukista otettiin 250 g:n homogenoitu näyte, kuivattiin 60 °C:ssa vakiopainoon, jauhettiin (IKA, Tube Mill 100) ja seulottiin 1 mm:n seulan läpi. Kuivatut näytteet suljettiin tummiin astioihin.
Kuiva-ainepitoisuus (DM) määritettiin kuivaamalla näytteitä uunissa 105 °C:ssa 24 tuntia (Memmert, UF110). Kuiva-aineprosentti laskettiin näytteen painohäviön perusteella.
Raakatuhkapitoisuus (CA) määritettiin massahäviöllä polton jälkeen muhveliuunissa (Nabertherm, L9/11/SKM) 550 °C:ssa 4 tunnin ajan.
Raakarasvapitoisuuden tai dietyylieetterin (EE) uutto suoritettiin petrolieetterillä (kp. 40–60 °C) Soxhlet-uuttolaitteistolla. Noin 10 g näytettä laitettiin uuttopäähän ja peitettiin keraamisella villalla näytteen häviämisen estämiseksi. Näytteitä uutettiin yön yli 150 ml:lla petrolieetteriä. Uute jäähdytettiin, orgaaninen liuotin poistettiin ja otettiin talteen pyöröhaihdutuksella (Büchi, R-300) 300 mbar:ssa ja 50 °C:ssa. Raaka lipidi- tai eetteriuutteet jäähdytettiin ja punnittiin analyyttisellä vaa'alla.
Raakaproteiinipitoisuus (CP) määritettiin analysoimalla näytteessä olevaa typpeä Kjeldahlin menetelmällä BN EN ISO 5983-1 (2005). Käytä asianmukaisia N-P-kertoimia proteiinipitoisuuden laskemiseen. Käytä normaalille kuivarehulle (vehnäleseet) kokonaiskerrointa 6,25. Sivuvirralle käytetään kerrointa 4,2366 ja kasvisseoksille kerrointa 4,3967. Toukkien raakaproteiinipitoisuus laskettiin käyttämällä N - P -tekijää 5,3351.
Kuitupitoisuuteen sisältyi neutraalien pesuainekuitujen (NDF) määritys Gerhardtin uuttoprotokollan perusteella (manuaalinen kuituanalyysi pusseissa, Gerhardt, Saksa) ja van Soest 68 -menetelmällä. NDF-määritystä varten 1 g:n näyte laitettiin erityiseen kuitupussiin (Gerhardt, ADF/NDF-pussi), jossa oli lasivuoraus. Näytteillä täytetyistä kuitupusseista poistettiin ensin rasva petrolieetterillä (kiehumispiste 40–60 °C) ja kuivattiin sitten huoneenlämmössä. Näyte, josta rasva oli poistettu, uutettiin neutraalikuituisella pesuaineliuoksella, joka sisälsi lämpöstabiilia a-amylaasia kiehumislämpötilassa 1,5 tunnin ajan. Näytteet pestiin sitten kolme kertaa kiehuvalla deionisoidulla vedellä ja kuivattiin 105 °C:ssa yön yli. Kuivat kuitupussit (sisältävät kuitujäännöksiä) punnittiin käyttämällä analyyttistä vaakaa (Sartorius, P224-1S) ja poltettiin sitten muhveliuunissa (Nabertherm, L9/11/SKM) 550 °C:ssa 4 tuntia. Tuhka punnittiin uudelleen ja kuitupitoisuus laskettiin kuivauksen ja näytteen polton välisen painohäviön perusteella.
Toukkien kitiinipitoisuuden määrittämiseksi käytimme modifioitua protokollaa, joka perustui van Soest 68:n raakakuituanalyysiin. 1 g:n näyte laitettiin erityiseen kuitupussiin (Gerhardt, CF Bag) ja lasisinettiin. Näytteet pakattiin kuitupusseihin, rasvat poistettiin petrolieetterissä (n. 40–60 °C) ja ilmakuivattiin. Näyte, josta rasva oli poistettu, uutettiin ensin happamalla 0,13 M rikkihapon liuoksella kiehumislämpötilassa 30 minuutin ajan. Näytteen sisältävä uutokuitupussi pestiin kolme kertaa kiehuvalla deionisoidulla vedellä ja uutettiin sitten 0,23 M kaliumhydroksidiliuoksella 2 tunnin ajan. Näytteen sisältävä uutokuitupussi huuhdeltiin jälleen kolme kertaa kiehuvalla deionisoidulla vedellä ja kuivattiin 105 °C:ssa yön yli. Kuitujäännöksen sisältävä kuivapussi punnittiin analyyttisellä vaa'alla ja poltettiin muhveliuunissa 550 °C:ssa 4 tuntia. Tuhka punnittiin ja kuitupitoisuus laskettiin poltetun näytteen painohäviön perusteella.
Kokonaishiilihydraattipitoisuus laskettiin. Non-fibrous carbohydrate (NFC) -pitoisuus rehussa laskettiin käyttämällä NDF-analyysiä ja hyönteispitoisuus laskettiin kitiinianalyysillä.
Matriisin pH määritettiin deionisoidulla vedellä (1:5 v/v) uuttamisen jälkeen standardin NBN EN 15933 mukaisesti.
Näytteet valmistettiin kuten ovat kuvanneet Broeckx et ai. Mineraaliprofiilit määritettiin käyttämällä ICP-OES:ää (Optima 4300™ DV ICP-OES, Perkin Elmer, MA, USA).
Raskasmetallit Cd, Cr ja Pb analysoitiin grafiittiuunin atomiabsorptiospektrometrialla (AAS) (Thermo Scientific, ICE 3000 -sarja, varustettu GFS-uunin automaattisella näytteenottimella). Noin 200 mg näytettä digestoitiin happamassa HN03/HCl:ssä (1:3 tilavuus/tilavuus) käyttämällä mikroaaltoja (CEM, MARS 5). Mikroaaltohajotus suoritettiin 190 °C:ssa 25 minuutin ajan 600 W:lla. Laimenna uute ultrapuhtaalla vedellä.
Rasvahapot määritettiin GC-MS:llä (Agilent Technologies, 7820A GC-järjestelmä 5977 E MSD-detektorilla). Josephin ja Akmanin70 menetelmän mukaan 20-prosenttista BF3/MeOH-liuosta lisättiin metanoliseen KOH-liuokseen ja eetteriuutteesta saatiin esteröinnin jälkeen rasvahappometyyliesteriä (FAME). Rasvahapot voidaan tunnistaa vertaamalla niiden retentioaikoja 37 FAME-seosstandardiin (Chemical Lab) tai vertaamalla niiden MS-spektrejä online-kirjastoihin, kuten NIST-tietokantaan. Kvalitatiivinen analyysi suoritetaan laskemalla piikin pinta-ala prosentteina kromatogrammin piikin kokonaispinta-alasta.
Tietojen analyysi suoritettiin käyttämällä SAS:n (Buckinghamshire, UK) JMP Pro 15.1.1 -ohjelmistoa. Arviointi suoritettiin käyttämällä yksisuuntaista varianssianalyysiä, jonka merkitsevyystaso oli 0,05, ja Tukeyn HSD:tä post hoc -testinä.
Bioakkumulaatiokerroin (BAF) laskettiin jakamalla raskasmetallien pitoisuus jauhomadon toukkien biomassassa (DM) märkärehun pitoisuudella (DM) 43 . BAF, joka on suurempi kuin 1, osoittaa, että raskasmetallit kertyvät biokertymään toukissa märkärehusta.
Tämän tutkimuksen aikana luodut ja/tai analysoidut aineistot ovat saatavilla vastaavalta tekijältä kohtuullisesta pyynnöstä.
Yhdistyneiden kansakuntien talous- ja sosiaaliministeriö, väestöosasto. Maailman väestöennusteet 2019: kohokohdat (ST/ESA/SER.A/423) (2019).
Cole, MB, Augustine, MA, Robertson, MJ, ja Manners, JM, elintarviketurvallisuustiede. NPJ Sei. Ruoka 2018, 2. https://doi.org/10.1038/s41538-018-0021-9 (2018).
Postitusaika: 25.12.2024