Grazas por visitar Nature.com. A versión do navegador que estás a usar ten soporte CSS limitado. Para obter os mellores resultados, recomendamos utilizar un navegador máis recente (ou desactivar o modo de compatibilidade en Internet Explorer). Mentres tanto, para garantir o apoio continuo, mostraremos o sitio sen estilos e JavaScript.
A mosca soldado negra (Hermetia illucens, L. 1758) é un insecto detritívoro omnívoro cun alto potencial para utilizar subprodutos orgánicos ricos en carbohidratos. Entre os carbohidratos, as moscas soldados negras dependen dos azucres solubles para o crecemento e a síntese de lípidos. O obxectivo deste estudo foi avaliar os efectos dos azucres solubles comúns no desenvolvemento, supervivencia e perfil de ácidos graxos das moscas soldados negras. Complementa a alimentación de polo con monosacáridos e disacáridos por separado. Utilizouse celulosa como control. As larvas alimentadas con glicosa, frutosa, sacarosa e maltosa creceron máis rápido que as larvas control. Pola contra, a lactosa tivo un efecto antinutricional sobre as larvas, retardando o crecemento e reducindo o peso corporal final individual. Non obstante, todos os azucres solubles fixeron que as larvas fosen máis gordas que as alimentadas coa dieta de control. En particular, os azucres probados moldearon o perfil de ácidos graxos. A maltosa e a sacarosa aumentaron o contido de ácidos graxos saturados en comparación coa celulosa. Pola contra, a lactosa aumentou a bioacumulación de ácidos graxos insaturados na dieta. Este estudo é o primeiro en demostrar o efecto do azucre soluble na composición de ácidos graxos das larvas de mosca soldado negra. Os nosos resultados indican que os carbohidratos probados teñen un efecto significativo na composición de ácidos graxos das larvas de mosca soldado negra e, polo tanto, poden determinar a súa aplicación final.
A demanda mundial de enerxía e proteína animal segue aumentando1. No contexto do quecemento global, é imperativo atopar alternativas máis ecolóxicas ás enerxías fósiles e aos métodos tradicionais de produción de alimentos ao tempo que se aumenta a produción. Os insectos son candidatos prometedores para abordar estes problemas debido á súa menor composición química e impacto ambiental en comparación coa gandería tradicional2. Entre os insectos, unha excelente candidata para abordar estes problemas é a mosca soldado negra (BSF), Hermetia illucens (L. 1758), unha especie detritívora capaz de alimentarse de diversos substratos orgánicos3. Polo tanto, a posta en valor destes substratos mediante a creación de BSF podería crear unha nova fonte de materias primas para satisfacer as necesidades de varias industrias.
As larvas de BSF (BSFL) poden alimentarse de subprodutos agrícolas e agroindustriais, como grans de cervexa, residuos vexetais, polpa de froitas e pan duro, que son especialmente axeitados para o crecemento de BSFL debido ao seu alto contido en carbohidratos (CH)4,5, 6 contido. A produción a gran escala de BSFL dá lugar á formación de dous produtos: feces, unha mestura de residuos de substrato e feces que se poden utilizar como fertilizantes para o cultivo de plantas7, e larvas, que están compostas principalmente por proteínas, lípidos e quitina. As proteínas e os lípidos empréganse principalmente na gandería, biocombustibles e cosmética8,9. En canto á quitina, este biopolímero atopa aplicacións no sector agroalimentario, biotecnolóxico e sanitario10.
BSF é un insecto holometábolo autóxeno, o que significa que a súa metamorfose e reprodución, en particular as etapas que consumen enerxía do ciclo vital do insecto, poden estar totalmente soportadas polas reservas de nutrientes xeradas durante o crecemento das larvas11. Máis concretamente, a síntese de proteínas e lípidos conduce ao desenvolvemento do corpo de graxa, un importante órgano de almacenamento que libera enerxía durante as fases de non alimentación da BSF: prepupa (é dicir, a fase larvaria final durante a cal as larvas de BSF vólvense negras mentres se alimentan e buscan). para un ambiente axeitado para a metamorfose), as pupas (é dicir, a fase non móbil durante a cal o insecto sofre a metamorfose) e os adultos12,13. O CH é a principal fonte de enerxía na dieta de BSF14. Entre estes nutrientes, o CH fibroso como a hemicelulosa, a celulosa e a lignina, a diferenza dos disacáridos e polisacáridos (como o amidón), non pode ser dixerido polo BSFL15,16. A dixestión do CH é un paso preliminar importante para a absorción dos carbohidratos, que finalmente se hidrolizan en azucres simples no intestino16. Os azucres simples pódense entón absorber (é dicir, a través da membrana peritrófica intestinal) e metabolizarse para producir enerxía17. Como se mencionou anteriormente, as larvas almacenan o exceso de enerxía como lípidos no corpo graxo12,18. Os lípidos de almacenamento consisten en triglicéridos (lípidos neutros formados por unha molécula de glicerol e tres ácidos graxos) sintetizados polas larvas a partir de azucres simples da dieta. Estes CH proporcionan os substratos de acetil-CoA necesarios para a biosíntese de ácidos graxos (AG) a través das vías dos ácidos graxos sintase e da tioesterase19. O perfil de ácidos graxos dos lípidos de H. illucens está dominado naturalmente por ácidos graxos saturados (SFA) cunha alta proporción de ácido láurico (C12:0)19,20. Polo tanto, o alto contido en lípidos e a composición de ácidos graxos están a converterse rapidamente en factores limitantes para o uso de larvas enteiras na alimentación animal, especialmente na acuicultura onde se necesitan ácidos graxos poliinsaturados (PUFA)21.
Desde o descubrimento do potencial do BSFL para reducir os residuos orgánicos, os estudos sobre o valor de varios subprodutos demostraron que a composición do BSFL está parcialmente regulada pola súa dieta. Actualmente, a regulación do perfil FA de H. illucens segue mellorando. A capacidade de BSFL para bioacumular PUFA demostrouse en substratos ricos en PUFA como algas, residuos de peixe ou fariñas como a linhaça, que proporciona un perfil de AG de maior calidade para a nutrición animal19,22,23. Pola contra, para os subprodutos que non están enriquecidos en AGPI, non sempre existe unha correlación entre os perfís de AG dietético e os AG larvario, o que indica a influencia doutros nutrientes24,25. De feito, o efecto do CH dixerible nos perfís de FA segue sendo pouco entendido e pouco investigado24,25,26,27.
Segundo o que sabemos, aínda que os monosacáridos e disacáridos totais son abundantes na dieta de H. illucens, o seu papel nutricional segue sendo pouco coñecido na nutrición de H. illucens. O obxectivo deste estudo foi dilucidar os seus efectos sobre a nutrición e a composición lipídica de BSFL. Avaliaremos o crecemento, a supervivencia e a produtividade das larvas en diferentes condicións nutricionais. Despois, describiremos o contido lipídico e o perfil de ácidos graxos de cada dieta para destacar os efectos do CH na calidade nutricional de BSFL.
A hipótese de que a natureza do CH probado afectaría (1) o crecemento das larvas, (2) os niveis de lípidos totais e (3) modularía o perfil de FA. Os monosacáridos poden ser absorbidos directamente, mentres que os disacáridos deben ser hidrolizados. Os monosacáridos están, polo tanto, máis dispoñibles como fontes de enerxía directa ou precursores da lipoxénese a través das vías da FA sintase e da tioesterase, mellorando así o crecemento das larvas de H. illucens e promovendo a acumulación de lípidos de reserva (especialmente ácido láurico).
O CH probado afectou ao peso corporal medio das larvas durante o crecemento (Fig. 1). FRU, GLU, SUC e MAL aumentaron o peso corporal das larvas de forma similar á dieta de control (CEL). Pola contra, LAC e GAL parecían retardar o desenvolvemento larvario. Notablemente, LAC tivo un efecto negativo significativo no crecemento das larvas en comparación co SUC durante todo o período de crecemento: 9,16 ± 1,10 mg fronte a 15,00 ± 1,01 mg o día 3 (F6,21 = 12,77, p <0,001; Fig. 1), 125,11 ± 4, 125,11 ± 4. mg e 211,79 ± 14,93 mg, respectivamente, o día 17 (F6,21 = 38,57, p <0,001; Fig. 1).
Usando diferentes monosacáridos (fructosa (FRU), galactosa (GAL), glicosa (GLU)), disacáridos (lactosa (LAC), maltosa (MAL), sacarosa (SUC)) e celulosa (CEL) como controis. Crecemento de larvas alimentadas con larvas de mosca soldado negra. Cada punto da curva representa o peso individual medio (mg) calculado pesando 20 larvas seleccionadas ao azar dunha poboación de 100 larvas (n = 4). As barras de erro representan SD.
A dieta CEL proporcionou unha excelente supervivencia larvaria de 95,5 ± 3,8%. Ademais, reduciuse a supervivencia das dietas alimentadas con H. illucens que conteñen CH soluble (GLM: χ = 107,13, df = 21, p < 0,001), o que foi causado por MAL e SUC (disacáridos) no CH estudado. A mortalidade foi menor que a de GLU, FRU, GAL (monosacárido) e LAC (EMM: p < 0,001, Figura 2).
Boxplot de supervivencia de larvas de mosca soldado negra tratadas con varios monosacáridos (fructosa, galactosa, glicosa), disacáridos (lactosa, maltosa, sacarosa) e celulosa como controis. Os tratamentos coa mesma letra non son significativamente diferentes entre si (EMM, p > 0,05).
Todas as dietas probadas permitiron que as larvas alcanzaran a fase prepupal. Non obstante, os CHs probados tenden a prolongar o desenvolvemento larvario (F6,21=9,60, p<0,001; Táboa 1). En particular, as larvas alimentadas con GAL e LAC tardaron máis en alcanzar o estadio prepupal en comparación coas larvas criadas en CEL (CEL-GAL: p<0,001; CEL-LAC: p<0,001; Táboa 1).
O CH probado tamén tivo diferentes efectos sobre o peso corporal da larva, co peso corporal das larvas alimentadas coa dieta CEL acadando 180,19 ± 11,35 mg (F6,21 = 16,86, p <0,001; Fig. 3). FRU, GLU, MAL e SUC deron como resultado un peso corporal final medio de larvas de máis de 200 mg, que foi significativamente superior ao de CEL (p < 0,05). Pola contra, as larvas alimentadas con GAL e LAC tiñan menor peso corporal, cunha media de 177,64 ± 4,23 mg e 156,30 ± 2,59 mg, respectivamente (p < 0,05). Este efecto foi máis pronunciado con LAC, onde o peso corporal final foi menor que coa dieta control (CEL-LAC: diferenza = 23,89 mg; p = 0,03; Figura 3).
Peso final medio de larvas individuais expresado como manchas larvarias (mg) e moscas soldados negras expresado como histograma (g) alimentados con diferentes monosacáridos (fructosa, galactosa, glicosa), disacáridos (lactosa, maltosa, sacarosa) e celulosa (como control). As letras en columna representan grupos significativamente diferentes no peso total das larvas (p < 0,001). As letras asociadas a manchas larvarias representan grupos con pesos larvarios individuais significativamente diferentes (p < 0,001). As barras de erro representan SD.
O peso individual máximo foi independente do peso final máximo da colonia de larvas. De feito, as dietas que conteñen FRU, GLU, MAL e SUC non aumentaron o peso total das larvas producidas no tanque en comparación co CEL (Figura 3). Non obstante, LAC diminuíu significativamente o peso total (CEL-LAC: diferenza = 9,14 g; p <0,001; Figura 3).
A táboa 1 mostra o rendemento (larvas/día). Curiosamente, os rendementos óptimos de CEL, MAL e SUC foron similares (táboa 1). Pola contra, FRU, GAL, GLU e LAC reduciron o rendemento en comparación co CEL (táboa 1). GAL e LAC resultaron peor: o rendemento reduciuse á metade a só 0,51 ± 0,09 g de larvas/día e 0,48 ± 0,06 g de larvas/día, respectivamente (táboa 1).
Os monosacáridos e os disacáridos aumentaron o contido de lípidos das larvas de CF (táboa 1). Coa dieta CLE obtivéronse larvas cun contido en lípidos do 23,19 ± 0,70% do contido en MS. A modo de comparación, o contido medio de lípidos nas larvas alimentadas con azucre soluble foi superior ao 30% (táboa 1). Non obstante, os CH probados aumentaron o seu contido de graxa na mesma medida.
Como era de esperar, os suxeitos CG afectaron o perfil FA das larvas en diferentes graos (Fig. 4). O contido de SFA foi alto en todas as dietas e alcanzou máis do 60%. MAL e SUC desequilibraron o perfil de FA, o que provocou un aumento do contido de SFA. No caso do MAL, por unha banda, este desequilibrio levou predominantemente a unha diminución do contido de ácidos graxos monoinsaturados (AGMI) (F6,21 = 7,47; p < 0,001; Fig. 4). Por outra banda, para o SUC, a diminución foi máis uniforme entre MUFA e PUFA. LAC e MAL tiveron efectos opostos no espectro FA (SFA: F6,21 = 8,74; p < 0,001; MUFA: F6,21 = 7,47; p < 0,001; PUFA: χ2 = 19,60; Df = 6; p < 0,001; Figura); 4). A menor proporción de SFA nas larvas alimentadas con ALC parece aumentar o contido de MUFA. En particular, os niveis de MUFA foron máis altos nas larvas alimentadas con LAC en comparación con outros azucres solubles excepto GAL (F6,21 = 7,47; p <0,001; Figura 4).
Usando diferentes monosacáridos (fructosa (FRU), galactosa (GAL), glicosa (GLU)), disacáridos (lactosa (LAC), maltosa (MAL), sacarosa (SUC)) e celulosa (CEL) como controis, diagrama de caixa de ácidos graxos. composición alimentada a larvas de mosca soldado negro. Os resultados exprésanse como porcentaxe do FAME total. Os tratamentos marcados con letras diferentes son significativamente diferentes (p < 0,001). (a) Proporción de ácidos graxos saturados; (b) Ácidos graxos monoinsaturados; c) Ácidos graxos poliinsaturados.
Entre os ácidos graxos identificados, o ácido láurico (C12:0) foi dominante en todos os espectros observados (máis do 40%). Outros SFA presentes foron o ácido palmítico (C16:0) (menos do 10%), o ácido esteárico (C18:0) (menos do 2,5%) e o ácido cáprico (C10:0) (menos do 1,5%). Os MUFA estaban representados principalmente polo ácido oleico (C18: 1n9) (menos do 9,5%), mentres que os PUFA estaban compostos principalmente por ácido linoleico (C18: 2n6) (menos do 13,0%) (consulte a táboa complementaria S1). Ademais, non se puido identificar unha pequena proporción de compostos, especialmente nos espectros das larvas CEL, onde o composto non identificado número 9 (UND9) representaba unha media de 2,46 ± 0,52% (consulta a táboa complementaria S1). A análise GC×GC-FID suxeriu que podería tratarse dun ácido graxo de 20 carbonos con cinco ou seis dobres enlaces (consulte a figura complementaria S5).
A análise de PERMANOVA revelou tres grupos distintos en función dos perfís de ácidos graxos (F6,21 = 7,79, p <0,001; Figura 5). A análise de compoñentes principais (PCA) do espectro TBC ilustra isto e explícase por dous compoñentes (Figura 5). Os compoñentes principais explicaron o 57,9% da varianza e incluíron, por orde de importancia, ácido láurico (C12:0), ácido oleico (C18:1n9), ácido palmítico (C16:0), ácido esteárico (C18:0) e ácido linolénico (C18:3n3) (ver Figura S4). O segundo compoñente explicou o 26,3% da varianza e incluíu, por orde de importancia, o ácido decanoico (C10: 0) e o ácido linoleico (C18: 2n6 cis) (ver figura complementaria S4). Os perfís das dietas que conteñen azucres simples (FRU, GAL e GLU) mostraron características similares. Pola contra, os disacáridos deron diferentes perfís: MAL e SUC por unha banda e LAC por outra. En particular, MAL foi o único azucre que cambiou o perfil de FA en comparación co CEL. Ademais, o perfil MAL era significativamente diferente dos perfís FRU e GLU. En particular, o perfil MAL mostrou a maior proporción de C12:0 (54,59 ± 2,17%), facéndoo comparable ao CEL (43,10 ± 5,01%), LAC (43,35 ± 1,31%), FRU (48,90 ± 1,97%) e Perfís GLU (48,38 ± 2,17%) (ver táboa complementaria S1). O espectro MAL tamén mostrou o menor contido de C18:1n9 (9,52 ± 0,50%), o que o diferenciou aínda máis dos espectros LAC (12,86 ± 0,52%) e CEL (12,40 ± 1,31%). Observouse unha tendencia similar para C16:0. No segundo compoñente, o espectro LAC mostrou o contido máis alto de C18:2n6 (17,22 ± 0,46%), mentres que MAL mostrou o menor (12,58 ± 0,67%). C18: 2n6 tamén diferenciou LAC do control (CEL), que mostrou niveis máis baixos (13,41 ± 2,48%) (consulte a táboa complementaria S1).
Gráfico PCA do perfil de ácidos graxos de larvas de mosca soldado negro con diferentes monosacáridos (fructosa, galactosa, glicosa), disacáridos (lactosa, maltosa, sacarosa) e celulosa como control.
Para estudar os efectos nutricionais dos azucres solubles nas larvas de H. illucens, a celulosa (CEL) no alimento de polo foi substituída por glicosa (GLU), frutosa (FRU), galactosa (GAL), maltosa (MAL), sacarosa (SUC) e lactosa (LAC). Non obstante, os monosacáridos e os disacáridos tiveron diferentes efectos no desenvolvemento, supervivencia e composición das larvas de HF. Por exemplo, GLU, FRU e as súas formas disacáridas (MAL e SUC) exerceron efectos de apoio positivos no crecemento das larvas, o que lles permitiu acadar pesos corporais finais superiores aos CEL. A diferenza de CEL, GLU, FRU e SUC indigestibles poden evitar a barreira intestinal e servir como fontes de nutrientes importantes nas dietas formuladas16,28. O MAL carece de transportadores animais específicos e pénsase que se hidroliza a dúas moléculas de glicosa antes da asimilación15. Estas moléculas almacénanse no corpo do insecto como fonte de enerxía directa ou como lípidos18. En primeiro lugar, no que respecta a estes últimos, algunhas das diferenzas intramodais observadas poden deberse a pequenas diferenzas nas proporcións de sexos. De feito, en H. illucens, a reprodución pode ser totalmente espontánea: as femias adultas teñen naturalmente suficientes reservas para a posta de ovos e son máis pesadas que os machos29. Non obstante, a acumulación de lípidos en BSFL correlaciona coa inxestión de CH2 soluble na dieta, como se observou anteriormente para GLU e xilosa26,30. Por exemplo, Li et al.30 observaron que cando se engadía un 8% de GLU á dieta das larvas, o contido de lípidos das larvas de BSF aumentou un 7,78% en comparación cos controis. Os nosos resultados son consistentes con estas observacións, mostrando que o contido de graxa nas larvas alimentadas co azucre soluble era maior que o das larvas alimentadas coa dieta CEL, en comparación cun aumento do 8,57% coa suplementación con GLU. Sorprendentemente, observáronse resultados similares en larvas alimentadas con GAL e LAC, a pesar dos efectos adversos sobre o crecemento das larvas, o peso corporal final e a supervivencia. As larvas alimentadas con LAC eran significativamente máis pequenas que as alimentadas coa dieta CEL, pero o seu contido en graxa era comparable ao das larvas alimentadas cos outros azucres solubles. Estes resultados destacan os efectos antinutricionais da lactosa sobre BSFL. En primeiro lugar, a dieta contén unha gran cantidade de CH. Os sistemas de absorción e hidrólise de monosacáridos e disacáridos, respectivamente, poden alcanzar a saturación, provocando embotellamentos no proceso de asimilación. En canto á hidrólise, realízase mediante α- e β-glucosidases 31 . Estes encimas teñen substratos preferidos dependendo do seu tamaño e dos enlaces químicos (enlaces α ou β) entre os seus monosacáridos constituíntes 15 . A hidrólise de LAC a GLU e GAL realízase pola β-galactosidase, un encima cuxa actividade se demostrou no intestino do BSF 32 . Non obstante, a súa expresión pode ser insuficiente en comparación coa cantidade de LAC consumida polas larvas. Pola contra, a α-glucosidase maltase e a sacarase 15, que se sabe que se expresan abundantemente nos insectos, son capaces de descompoñer grandes cantidades de MAL e sacarosa SUC, limitando así este efecto saciante. En segundo lugar, os efectos antinutricionais poden deberse á reducida estimulación da actividade da amilasa intestinal dos insectos e á desaceleración do comportamento alimentario en comparación con outros tratamentos. De feito, os azucres solubles identificáronse como estimuladores da actividade enzimática importantes para a dixestión dos insectos, como a amilasa, e como desencadenantes da resposta alimentaria33,34,35. O grao de estimulación varía dependendo da estrutura molecular do azucre. De feito, os disacáridos requiren hidrólise antes da absorción e tenden a estimular a amilase máis que os seus monosacáridos constituíntes34. Pola contra, LAC ten un efecto máis suave e descubriuse que é incapaz de soportar o crecemento de insectos en varias especies33,35. Por exemplo, na praga Spodoptera exigua (Boddie 1850), non se detectou actividade hidrolítica de LAC en extractos de encimas do intestino medio da eiruga36.
No que respecta ao espectro FA, os nosos resultados indican efectos moduladores significativos do CH probado. Notablemente, aínda que o ácido láurico (C12: 0) representou menos do 1% do total de FA na dieta, dominou en todos os perfís (consulte a táboa complementaria S1). Isto é consistente con datos anteriores de que o ácido láurico se sintetiza a partir de CH da dieta en H. illucens a través dunha vía que implica a acetil-CoA carboxilase e a FA sintase19,27,37. Os nosos resultados confirman que a CEL é en gran parte indixestíbel e actúa como un "axente de carga" nas dietas de control de BSF, como se discutiu en varios estudos de BSFL38,39,40. A substitución de CEL por monosacáridos e disacáridos distintos de LAC aumentou a relación C12:0, o que indica un aumento da captación de CH polas larvas. Curiosamente, os disacáridos MAL e SUC promoven a síntese de ácido láurico de forma máis eficiente que os seus monosacáridos constituíntes, o que suxire que a pesar do maior grao de polimerización de GLU e FRU, e dado que Drosophila é o único transportador de sacarosa que se identificou en especies de proteínas animais, os transportadores de disacáridos. pode non estar presente no intestino das larvas de H. illucens15, a utilización de GLU e FRU increméntase. Non obstante, aínda que GLU e FRU son teoricamente metabolizados máis facilmente pola BSF, tamén son metabolizados máis facilmente por substratos e microorganismos intestinais, o que pode producir unha degradación máis rápida e unha diminución da utilización por parte das larvas en comparación cos disacáridos.
A primeira vista, o contido en lípidos das larvas alimentadas con LAC e MAL era comparable, o que indica unha biodisponibilidade similar destes azucres. Non obstante, sorprendentemente, o perfil de FA de LAC era máis rico en SFA, especialmente cun menor contido de C12:0, en comparación co MAL. Unha hipótese para explicar esta diferenza é que o LAC pode estimular a bioacumulación de FA na dieta a través da acetil-CoA FA sintase. Apoiando esta hipótese, as larvas de LAC tiñan a proporción de decanoato (C10:0) máis baixa (0,77 ± 0,13 %) que a dieta CEL (1,27 ± 0,16 %), o que indica unha actividade reducida da FA sintase e da tioesterase19. En segundo lugar, considérase que os ácidos graxos da dieta son o principal factor que inflúe na composición de SFA de H. illucens27. Nos nosos experimentos, o ácido linoleico (C18:2n6) representou o 54,81% dos ácidos graxos da dieta, sendo a proporción nas larvas de LAC do 17,22 ± 0,46% e en MAL do 12,58 ± 0,67%. O ácido oleico (cis + trans C18:1n9) (23,22% na dieta) mostrou unha tendencia similar. A proporción de ácido α-linolénico (C18:3n3) tamén apoia a hipótese da bioacumulación. Sábese que este ácido graxo se acumula no BSFL tras o enriquecemento do substrato, como a adición de bolo de linhaça, ata un 6-9% do total de ácidos graxos nas larvas19. Nas dietas enriquecidas, o C18:3n3 pode representar ata o 35% do total de ácidos graxos da dieta. Non obstante, no noso estudo, C18:3n3 representou só o 2,51% do perfil de ácidos graxos. Aínda que a proporción atopada na natureza foi menor nas nosas larvas, esta proporción foi maior nas larvas de LAC (0,87 ± 0,02 %) que en MAL (0,49 ± 0,04 %) (p < 0,001; ver a táboa complementaria S1). A dieta CEL tivo unha proporción intermedia de 0,72 ± 0,18%. Finalmente, a proporción de ácido palmítico (C16:0) nas larvas de CF reflicte a contribución das vías sintéticas e da FA19 dietética. Hoc et al. 19 observaron que a síntese de C16:0 reduciuse cando a dieta se enriquecía con fariña de linhaça, o que se atribuíu a unha diminución da dispoñibilidade do substrato de acetil-CoA debido a unha diminución da proporción de CH. Sorprendentemente, aínda que ambas dietas tiñan un contido similar en CH e o MAL mostrou unha maior biodisponibilidade, as larvas de MAL mostraron a menor proporción de C16:0 (10,46 ± 0,77 %), mentres que LAC mostrou unha maior proporción, representando o 12,85 ± 0,27 % (p < 0,05; ver. Táboa complementaria S1). Estes resultados destacan a complexa influencia dos nutrientes na dixestión e metabolismo de BSFL. Actualmente, a investigación sobre este tema é máis exhaustiva nos Lepidópteros que nos Diptera. Nas eirugas, o LAC identificouse como un estimulante débil do comportamento alimentario en comparación con outros azucres solubles como SUC e FRU34,35. En particular, en Spodopteralittoralis (Boisduval 1833), o consumo de MAL estimulou a actividade amilolítica no intestino en maior medida que LAC34. Efectos similares en BSFL poden explicar a estimulación mellorada da vía sintética C12:0 nas larvas de MAL, que se asocia cun aumento da CH absorbida intestinalmente, unha alimentación prolongada e a acción da amilasa intestinal. A menor estimulación do ritmo de alimentación en presenza de LAC tamén pode explicar o crecemento máis lento das larvas de LAC. Ademais, Liu Yanxia et al. 27 observaron que a vida útil dos lípidos nos substratos de H. illucens era máis longa que a do CH. Polo tanto, as larvas de LAC poden depender máis dos lípidos da dieta para completar o seu desenvolvemento, o que pode aumentar o seu contido final en lípidos e modular o seu perfil de ácidos graxos.
Segundo o noso coñecemento, só algúns estudos probaron os efectos da adición de monosacáridos e disacáridos ás dietas de BSF nos seus perfís de FA. En primeiro lugar, Li et al. 30 avaliaron os efectos do GLU e da xilosa e observaron niveis de lípidos similares aos nosos cunha taxa de adición do 8%. O perfil de AG non foi detallado e consistiu principalmente en SFA, pero non se atoparon diferenzas entre os dous azucres nin cando se presentaron simultáneamente30. Ademais, Cohn et al. 41 non mostrou ningún efecto da adición do 20% de GLU, SUC, FRU e GAL á alimentación de polos nos respectivos perfís de FA. Estes espectros obtivéronse a partir de réplicas técnicas e non biolóxicas, o que, segundo explicaron os autores, pode limitar a análise estatística. Ademais, a falta de control de iso-azucres (usando CEL) limita a interpretación dos resultados. Recentemente, dous estudos de Nugroho RA et al. anomalías demostradas no espectro FA42,43. No primeiro estudo, Nugroho RA et al. 43 probaron o efecto de engadir FRU á fariña de núcleo de palma fermentada. O perfil de FA das larvas resultantes mostrou niveis anormalmente altos de PUFA, máis do 90% dos cales foron derivados da dieta que contiña un 10% de FRU (semellante ao noso estudo). Aínda que esta dieta contiña gránulos de peixe ricos en PUFA, os valores informados do perfil de FA das larvas na dieta control consistente en PCM fermentado ao 100 % non foron consistentes con ningún perfil informado anteriormente, en particular o nivel anormal de C18: 3n3 de 17,77. ± 1,67 % e 26,08 ± 0,20 % para o ácido linoleico conxugado (C18:2n6t), un isómero raro do ácido linoleico. O segundo estudo mostrou resultados similares, incluíndo FRU, GLU, MAL e SUC42 en fariña fermentada de núcleo de palma. Estes estudos, como o noso, destacan serias dificultades para comparar os resultados dos ensaios de dieta de larvas de BSF, como opcións de control, interaccións con outras fontes de nutrientes e métodos de análise de FA.
Durante os experimentos, observamos que a cor e o cheiro do substrato variaban dependendo da dieta utilizada. Isto suxire que os microorganismos poden xogar un papel nos resultados observados no substrato e no sistema dixestivo das larvas. De feito, os monosacáridos e os disacáridos son facilmente metabolizados polos microorganismos colonizadores. O rápido consumo de azucres solubles por parte dos microorganismos pode producir a liberación de grandes cantidades de produtos metabólicos microbianos como etanol, ácido láctico, ácidos graxos de cadea curta (por exemplo, ácido acético, ácido propiónico, ácido butírico) e dióxido de carbono44. Algúns destes compostos poden ser responsables dos efectos tóxicos letais sobre as larvas observados tamén por Cohn et al.41 en condicións similares de desenvolvemento. Por exemplo, o etanol é prexudicial para os insectos45. As grandes cantidades de emisións de dióxido de carbono poden producir a súa acumulación no fondo do tanque, o que pode privar a atmosfera de osíxeno se a circulación do aire non permite a súa liberación. No que respecta aos SCFA, os seus efectos sobre os insectos, especialmente H. illucens, seguen sendo pouco entendidos, aínda que se demostrou que o ácido láctico, propiónico e butírico son letais en Callosobruchus maculatus (Fabricius 1775)46. En Drosophila melanogaster Meigen 1830, estes SCFA son marcadores olfativos que guían ás femias aos lugares de oviposición, o que suxire un papel beneficioso no desenvolvemento das larvas47. Non obstante, o ácido acético está clasificado como unha substancia perigosa e pode inhibir significativamente o desenvolvemento larvario47. Pola contra, descubriuse recentemente que o lactato de orixe microbiana ten un efecto protector contra os microbios intestinais invasivos en Drosophila48. Ademais, os microorganismos do sistema dixestivo tamén xogan un papel na dixestión do CH nos insectos49. Os efectos fisiolóxicos dos SCFA sobre a microbiota intestinal, como a taxa de alimentación e a expresión xénica, foron descritos en vertebrados 50 . Tamén poden ter un efecto trófico sobre as larvas de H. illucens e poden contribuír en parte á regulación dos perfís de FA. Os estudos sobre os efectos nutricionais destes produtos de fermentación microbiana aclararán os seus efectos sobre a nutrición de H. illucens e proporcionarán unha base para futuros estudos sobre microorganismos beneficiosos ou prexudiciais en canto ao seu desenvolvemento e ao valor dos substratos ricos en AG. Neste sentido, estase a estudar cada vez máis o papel dos microorganismos nos procesos dixestivos dos insectos cultivados en masa. Os insectos comezan a ser vistos como biorreactores, que proporcionan condicións de pH e osixenación que facilitan o desenvolvemento de microorganismos especializados na degradación ou desintoxicación de nutrientes de difícil dixestión para os insectos 51 . Recentemente, Xiang et al.52 demostraron que, por exemplo, a inoculación de residuos orgánicos cunha mestura bacteriana permite a FQ atraer bacterias especializadas na degradación da lignocelulosa, mellorando a súa degradación no substrato en comparación con substratos sen larvas.
Finalmente, no que respecta ao aproveitamento beneficioso dos residuos orgánicos por parte de H. illucens, as dietas CEL e SUC produciron o maior número de larvas ao día. Isto significa que, a pesar do menor peso final dos individuos individuais, o peso total das larvas producida nun substrato constituído por CH indigestible é comparable ao obtido nunha dieta homosacárida que contén monosacáridos e disacáridos. No noso estudo, é importante ter en conta que os niveis doutros nutrientes son suficientes para soportar o crecemento da poboación larvaria e que a adición de CEL debería limitarse. Non obstante, a composición final das larvas difire, destacando a importancia de escoller a estratexia adecuada para a posta en valor dos insectos. As larvas CEL alimentadas con penso enteiro son máis adecuadas para o seu uso como alimento animal debido ao seu menor contido en graxa e niveis máis baixos de ácido láurico, mentres que as larvas alimentadas con dietas SUC ou MAL requiren desgraxa mediante prensado para aumentar o valor do aceite, especialmente no biocombustible. sector. O LAC atópase en subprodutos da industria láctea, como o soro de leite procedente da produción de queixo. Recentemente, o seu uso (3,5% de lactosa) mellorou o peso corporal final da larva53. Non obstante, a dieta de control neste estudo contiña a metade do contido en lípidos. Polo tanto, os efectos antinutricionais de LAC puideron ser contrarrestados pola bioacumulación larvaria de lípidos da dieta.
Como mostran estudos anteriores, as propiedades dos monosacáridos e disacáridos afectan significativamente ao crecemento de BSFL e modulan o seu perfil de FA. En particular, o LAC parece desempeñar un papel antinutricional durante o desenvolvemento larvario ao limitar a dispoñibilidade de CH para a absorción de lípidos na dieta, promovendo así a bioacumulación de UFA. Neste contexto, sería interesante realizar bioensaios mediante dietas que combinen PUFA e LAC. Ademais, o papel dos microorganismos, especialmente o dos metabolitos microbianos (como os SCFA) derivados dos procesos de fermentación do azucre, segue sendo un tema de investigación digno de investigación.
Os insectos obtivéronse da colonia BSF do Laboratorio de Entomoloxía Funcional e Evolutiva establecido en 2017 en Agro-Bio Tech, Gembloux, Bélxica (para máis detalles sobre os métodos de cría, consulte Hoc et al. 19). Para os ensaios experimentais, recolléronse aleatoriamente 2,0 g de ovos BSF diariamente de gaiolas de reprodución e incubáronse en 2,0 kg de alimento húmido para galiñas ao 70 % (Aveve, Leuven, Bélxica). Cinco días despois da eclosión, separáronse as larvas do substrato e contáronse manualmente con fins experimentais. Mediuse o peso inicial de cada lote. O peso medio individual foi de 7,125 ± 0,41 mg, e a media de cada tratamento móstrase na táboa complementaria S2.
A formulación da dieta foi adaptada do estudo de Barragan-Fonseca et al. 38 . En resumo, atopouse un compromiso entre a mesma calidade do alimento para as larvas de polos, contido de materia seca (MS) similar, alto CH (10% en función da dieta fresca) e textura, xa que os azucres simples e os disacáridos non teñen propiedades texturais. Segundo a información do fabricante (Chicken Feed, AVEVE, Leuven, Bélxica), o CH probado (é dicir, azucre soluble) engadiuse por separado como solución acuosa esterilizada en autoclave (15,9%) a unha dieta composta por 16,0% de proteínas, 5,0% de lípidos totais, Un 11,9% de pienso de polo moído composto por cinza e un 4,8% de fibra. En cada frasco de 750 ml (17,20 × 11,50 × 6,00 cm, AVA, Tempsee, Bélxica), mesturáronse 101,9 g de solución de CH esterilizada en autoclave con 37,8 g de alimento para galiñas. Para cada dieta, o contido en materia seca foi do 37,0%, incluíndo proteínas homoxéneas (11,7%), lípidos homoxéneos (3,7%) e azucres homoxéneos (26,9% do CH engadido). Os CH probados foron glicosa (GLU), frutosa (FRU), galactosa (GAL), maltosa (MAL), sacarosa (SUC) e lactosa (LAC). A dieta de control consistía en celulosa (CEL), que se considera indixerible para as larvas de H. illucens 38 . Colocáronse cen larvas de 5 días nunha bandexa provista dunha tapa cun burato de 1 cm de diámetro no medio e cuberta cunha mosquitera de plástico. Cada dieta repetiuse catro veces.
Os pesos das larvas foron medidos tres días despois do inicio do experimento. Para cada medición, elimináronse 20 larvas do substrato usando auga morna estéril e fórceps, secáronse e pesáronse (STX223, Ohaus Scout, Parsippany, EUA). Despois de pesar, as larvas foron devoltas ao centro do substrato. Tomáronse medicións regularmente tres veces por semana ata que xurdiu a primeira prepupa. Neste punto, recolle, conta e pesa todas as larvas como se describiu anteriormente. Separe as larvas da fase 6 (é dicir, as larvas brancas correspondentes á fase larvaria anterior á fase prepupal) e as prepupas (é dicir, a última fase larvaria durante a cal as larvas de BSF se volven negras, deixan de alimentarse e buscan un ambiente axeitado para a metamorfose) e almacénanse en - 18 °C para análise de composición. O rendemento calculouse como a relación entre a masa total de insectos (larvas e prepupas da etapa 6) obtida por prato (g) e o tempo de desenvolvemento (d). Todos os valores medios no texto exprésanse como: media ± SD.
Todos os pasos posteriores empregando disolventes (hexano (Hex), cloroformo (CHCl3), metanol (MeOH)) realizáronse baixo unha campana e requiriron o uso de luvas de nitrilo, mandil e lentes de seguridade.
As larvas brancas secáronse nun secador conxelador FreeZone6 (Labconco Corp., Kansas City, MO, EUA) durante 72 h e despois moíronse (IKA A10, Staufen, Alemaña). Os lípidos totais foron extraídos de ± 1 g de po mediante o método Folch 54. O contido de humidade residual de cada mostra liofilizada determinouse por duplicado mediante un analizador de humidade (MA 150, Sartorius, Göttiggen, Alemaña) para corrixir os lípidos totais.
Os lípidos totais transesterificáronse en condicións ácidas para obter ésteres metílicos de ácidos graxos. Brevemente, aproximadamente 10 mg de lípidos/100 µl de solución de CHCl3 (100 µl) evaporáronse con nitróxeno nun tubo Pyrex© de 8 ml (SciLabware – DWK Life Sciences, Londres, Reino Unido). O tubo colocouse en Hex (0,5 ml) (PESTINORM®SUPRATRACE n-Hexane > 95% para análise de trazas orgánicas, VWR Chemicals, Radnor, PA, EUA) e solución Hex/MeOH/BF3 (20/25/55) (0,5). ml) nun baño maría a 70 °C durante 90 min. Despois do arrefriamento, engadíronse solución acuosa de H2SO4 ao 10% (0,2 ml) e solución saturada de NaCl (0,5 ml). Mestura o tubo e enche a mestura con Hex limpo (8,0 ml). Unha parte da fase superior foi transferida a un vial e analizada por cromatografía de gases cun detector de ionización de chama (GC-FID). As mostras foron analizadas usando un Trace GC Ultra (Thermo Scientific, Waltham, MA, EUA) equipado cun inxector split/splitless (240 °C) en modo split (fluxo dividido: 10 ml/min), unha columna Stabilwax®-DA ( 30 m, 0,25 mm de diámetro interior, 0,25 μm, Restek Corp., Bellefonte, PA, EUA) e un FID (250 °C). O programa de temperatura estableceuse do seguinte xeito: 50 °C durante 1 min, aumentando a 150 °C a 30 °C/min, aumentando a 240 °C a 4 °C/min e continuando a 240 °C durante 5 min. Utilizouse Hex como branco e un patrón de referencia que contén 37 ésteres metílicos de ácidos graxos (Supelco 37-component FAMEmix, Sigma-Aldrich, Overijse, Bélxica) utilizouse para a identificación. A identificación de ácidos graxos insaturados (UFA) foi confirmada mediante GC bidimensional completa (GC×GC-FID) e a presenza de isómeros determinouse con precisión mediante unha lixeira adaptación do método de Ferrara et al. 55. Os detalles do instrumento pódense atopar na táboa complementaria S3 e os resultados na figura complementaria S5.
Os datos preséntanse en formato de folla de cálculo Excel (Microsoft Corporation, Redmond, WA, EUA). A análise estatística realizouse mediante R Studio (versión 2023.12.1+402, Boston, EUA) 56 . Os datos sobre o peso das larvas, o tempo de desenvolvemento e a produtividade estimáronse mediante o modelo lineal (LM) (comando “lm”, paquete R “stats” 56) xa que se axustan a unha distribución gaussiana. As taxas de supervivencia mediante a análise do modelo binomial estimáronse mediante o modelo lineal xeral (GLM) (comando “glm”, paquete R “lme4” 57). A normalidade e a homocedasticidade confirmáronse mediante a proba de Shapiro (comando “shapiro.test”, paquete R “stats” 56) e análise da varianza dos datos (comando betadisper, paquete R “vegan” 58). Despois da análise por parellas dos valores p significativos (p < 0,05) da proba LM ou GLM, detectáronse diferenzas significativas entre os grupos mediante a proba EMM (comando "emmeans", paquete R "emmeans" 59).
Comparáronse os espectros completos de FA mediante a análise de permutación multivariada da varianza (é dicir, permMANOVA; comando “adonis2”, paquete R “vegan” 58) utilizando a matriz de distancias euclidianas e 999 permutacións. Isto axuda a identificar os ácidos graxos que están influenciados pola natureza dos carbohidratos da dieta. Analizáronse aínda máis as diferenzas significativas nos perfís de FA mediante comparacións por parellas. Despois visualizáronse os datos mediante análise de compoñentes principais (PCA) (comando "PCA", paquete R "FactoMineR" 60). A FA responsable destas diferenzas identificouse interpretando os círculos de correlación. Estes candidatos confirmáronse mediante unha análise de varianza unidireccional (ANOVA) (comando "aov", paquete R "stats" 56 ) seguido da proba post hoc de Tukey (comando TukeyHSD, paquete R "stats" 56 ). Antes da análise, avaliouse a normalidade mediante a proba de Shapiro-Wilk, a homoscedasticidade comprobouse coa proba de Bartlett (comando “bartlett.test”, paquete R “stats” 56) e utilizouse un método non paramétrico se non se cumpría ningunha das dúas suposicións. . Comparáronse as análises (comando “kruskal.test”, paquete R “stats” 56 ), e despois aplicáronse as probas post hoc de Dunn (comando dunn.test, paquete R “dunn.test” 56 ).
A versión final do manuscrito comprobouse usando Grammarly Editor como corrector de inglés (Grammarly Inc., San Francisco, California, EUA) 61 .
Os conxuntos de datos xerados e analizados durante o estudo actual están dispoñibles do autor correspondente previa solicitude razoable.
Kim, SW, et al. Atender a demanda global de proteínas alimentarias: desafíos, oportunidades e estratexias. Annals of Animal Biosciences 7, 221–243 (2019).
Caparros Megido, R., et al. Revisión do estado e perspectivas da produción mundial de insectos comestibles. Entomol. Xén. 44, (2024).
Rehman, K. ur, et al. Mosca soldado negra (Hermetia illucens) como ferramenta potencialmente innovadora e ecolóxica para a xestión de residuos orgánicos: unha breve revisión. Waste Management Research 41, 81–97 (2023).
Skala, A., et al. O substrato de cría inflúe no crecemento e no estado de macronutrientes das larvas de mosca soldado negra producidas industrialmente. Sci. Rep. 10, 19448 (2020).
Shu, MK, et al. Propiedades antimicrobianas dos extractos de aceite de larvas de mosca soldado negra criadas en pan relado. Animal Food Science, 64, (2024).
Schmitt, E. e de Vries, W. (2020). Beneficios potenciais do uso de esterco de mosca soldado negro como emenda do solo para a produción de alimentos e redución do impacto ambiental. Opinión actual. Green Sustain. 25, 100335 (2020).
Franco A. et al. Lípidos da mosca soldado negro: unha fonte innovadora e sostible. Desenvolvemento sostible, vol. 13, (2021).
Van Huis, A. Insectos como alimento e penso, un campo emerxente na agricultura: unha revisión. J. Insect Feed 6, 27–44 (2020).
Kachor, M., Bulak, P., Prots-Petrikha, K., Kirichenko-Babko, M. e Beganovsky, A. Varios usos da mosca soldado negro na industria e na agricultura: unha revisión. Bioloxía 12, (2023).
Hock, B., Noel, G., Carpentier, J., Francis, F. e Caparros Megido, R. Optimization of artificial propagation of Hermetia illucens. PLOS ONE 14, (2019).
Hora de publicación: 25-12-2024