Hvala što ste posjetili Nature.com. Verzija preglednika koju koristite ima ograničenu podršku za CSS. Za najbolje rezultate preporučujemo korištenje novijeg preglednika (ili isključivanje načina rada kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali kontinuiranu podršku, prikazat ćemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Uzgoj insekata potencijalni je način da se zadovolji rastuća globalna potražnja za proteinima i nova je aktivnost u zapadnom svijetu gdje ostaju mnoga pitanja u vezi s kvalitetom i sigurnošću proizvoda. Insekti mogu igrati važnu ulogu u kružnom gospodarstvu pretvarajući biootpad u vrijednu biomasu. Otprilike polovica hranidbenog supstrata za crve brašnare dolazi iz mokre hrane. To se može dobiti iz biootpada, što uzgoj insekata čini održivijim. Ovaj članak izvještava o nutritivnom sastavu crva brašnara (Tenebrio molitor) hranjenih organskim dodacima iz nusproizvoda. To uključuje neprodano povrće, kriške krumpira, fermentirano korijenje cikorije i vrtno lišće. Procjenjuje se analizom neposrednog sastava, profila masnih kiselina, sadržaja minerala i teških metala. Crvi brašnari hranjeni kriškama krumpira imali su dvostruki udio masti i povećanje zasićenih i mononezasićenih masnih kiselina. Korištenje fermentiranog korijena cikorije povećava sadržaj minerala i akumulira teške metale. Osim toga, crvi brašnari apsorbiraju minerale selektivno, jer se povećavaju samo koncentracije kalcija, željeza i mangana. Dodavanje mješavina povrća ili vrtnog lišća u prehranu neće značajno promijeniti nutritivni profil. Zaključno, tok nusproizvoda uspješno je pretvoren u biomasu bogatu proteinima, čiji su sadržaj hranjivih tvari i bioraspoloživost utjecali na sastav crva brašnara.
Očekuje se da će rastuća ljudska populacija dosegnuti 9,7 milijardi do 20501. godine,2 što će dovesti do pritiska na našu proizvodnju hrane da se nosi s velikom potražnjom za hranom. Procjenjuje se da će se potražnja za hranom povećati za 70-80% između 2012. i 2050. godine3,4,5. Prirodni resursi koji se koriste u trenutnoj proizvodnji hrane iscrpljuju se, prijeteći našim ekosustavima i zalihama hrane. Osim toga, velike količine biomase se rasipaju u odnosu na proizvodnju i potrošnju hrane. Procjenjuje se da će do 2050. godišnji globalni volumen otpada dosegnuti 27 milijardi tona, od čega je većina biootpad6,7,8. Kao odgovor na te izazove predložena su inovativna rješenja, prehrambene alternative i održivi razvoj poljoprivrede i prehrambenih sustava9,10,11. Jedan takav pristup je korištenje organskih ostataka za proizvodnju sirovina kao što su jestivi kukci kao održivi izvori hrane i hrane za životinje12,13. Uzgoj insekata proizvodi niže emisije stakleničkih plinova i amonijaka, zahtijeva manje vode od tradicionalnih izvora proteina i može se proizvoditi u vertikalnim sustavima uzgoja, zahtijevajući manje prostora14,15,16,17,18,19. Istraživanja su pokazala da kukci mogu pretvoriti biootpad male vrijednosti u vrijednu biomasu bogatu proteinima s udjelom suhe tvari do 70%20,21,22. Nadalje, biomasa male vrijednosti trenutno se koristi za proizvodnju energije, odlaganje otpada ili recikliranje i stoga se ne natječe s trenutnim sektorom hrane i hrane za životinje23,24,25,26. Crv brašnar (T. molitor)27 smatra se jednom od vrsta koje najviše obećavaju za veliku proizvodnju hrane i stočne hrane. I ličinke i odrasle jedinke hrane se raznim materijalima kao što su proizvodi od žitarica, životinjski otpad, povrće, voće itd. 28,29. U zapadnim društvima, T. molitor se uzgaja u zatočeništvu u malim razmjerima, uglavnom kao hrana za domaće životinje kao što su ptice ili gmazovi. Trenutačno se više pažnje posvećuje njihovom potencijalu u proizvodnji hrane i stočne hrane30,31,32. Na primjer, T. molitor je odobren s novim profilom hrane, uključujući upotrebu u smrznutom, osušenom i obliku u prahu (Uredba (EU) br. 258/97 i Uredba (EU) 2015/2283) 33. Međutim, velika proizvodnja insekata za hranu i stočnu hranu još uvijek je relativno nov koncept u zapadnim zemljama. Industrija se suočava s izazovima kao što su praznine u znanju o optimalnoj prehrani i proizvodnji, nutritivnoj kvaliteti konačnog proizvoda i sigurnosnim problemima poput nakupljanja toksičnih tvari i opasnosti od mikroba. Za razliku od tradicionalnog uzgoja stoke, uzgoj kukaca nema sličnu povijesnu evidenciju17,24,25,34.
Iako su provedena mnoga istraživanja o prehrambenoj vrijednosti crva brašnara, čimbenici koji utječu na njihovu prehrambenu vrijednost još nisu u potpunosti razjašnjeni. Prethodne studije pokazale su da prehrana insekata može imati neki utjecaj na njegov sastav, ali nije pronađen jasan uzorak. Osim toga, te su se studije usredotočile na proteinske i lipidne komponente crva brašnara, ali su imale ograničene učinke na mineralne komponente21,22,32,35,36,37,38,39,40. Potrebno je više istraživanja kako bi se razumio kapacitet apsorpcije minerala. Nedavna studija zaključila je da su ličinke brašnara hranjene rotkvom imale blago povišene koncentracije određenih minerala. Međutim, ti su rezultati ograničeni na testirani supstrat i potrebna su daljnja industrijska ispitivanja41. Zabilježeno je da je nakupljanje teških metala (Cd, Pb, Ni, As, Hg) u crvima brašnarima u značajnoj korelaciji sa sadržajem metala u matriksu. Iako su koncentracije metala pronađene u hrani za životinje ispod zakonskih granica42, također je utvrđeno da se arsen bioakumulira u ličinkama crva brašnara, dok se kadmij i olovo ne bioakumuliraju43. Razumijevanje učinaka prehrane na nutritivni sastav crva brašnara ključno je za njihovu sigurnu upotrebu u hrani i hrani za životinje.
Studija predstavljena u ovom radu usredotočuje se na utjecaj korištenja poljoprivrednih nusproizvoda kao izvora mokre hrane na nutritivni sastav crva brašnara. Osim suhe hrane ličinkama treba dati i mokru hranu. Mokri izvor hrane osigurava potrebnu vlagu i također služi kao dodatak prehrani za crve brašnare, povećavajući brzinu rasta i maksimalnu tjelesnu težinu44,45. Prema našim standardnim podacima o uzgoju crva brašnara u projektu Interreg-Valusect, ukupna hrana za crve brašnare sadrži 57% težine mokre hrane. Obično se svježe povrće (npr. mrkva) koristi kao izvor mokre hrane35,36,42,44,46. Korištenje nusproizvoda niske vrijednosti kao izvora mokre hrane donijet će održivije i ekonomske koristi uzgoju insekata17. Ciljevi ove studije bili su (1) istražiti učinke korištenja biootpada kao mokre hrane na nutritivni sastav crva brašnara, (2) odrediti sadržaj makro- i mikronutrijenata ličinki crva brašnara uzgojenih na biootpadu bogatom mineralima kako bi se ispitala izvedivost obogaćivanje mineralima, i (3) ocijeniti sigurnost ovih nusproizvoda u uzgoju insekata analizom prisutnosti i nakupljanje teških metala Pb, Cd i Cr. Ova će studija pružiti daljnje informacije o učincima dodavanja biološkog otpada na prehranu ličinkama crva brašnara, nutritivnu vrijednost i sigurnost.
Sadržaj suhe tvari u bočnom protoku bio je veći u usporedbi s kontrolnim vlažnim hranjivim agarom. Udio suhe tvari u mješavinama povrća i lišću bio je manji od 10%, dok je bio veći u reznicama krumpira i fermentiranom korijenu cikorije (13,4 i 29,9 g/100 g svježe tvari, FM).
Mješavina povrća imala je veći udio sirovog pepela, masti i proteina te niži udio nevlaknastih ugljikohidrata od kontrolne krmne smjese (agar), dok je udio vlakana neutralnog deterdženta tretiranog amilazom bio sličan. Sadržaj ugljikohidrata u kriškama krumpira bio je najveći od svih sporednih tokova i bio je usporediv s onim u agaru. Sve u svemu, njen sirovi sastav bio je najsličniji kontrolnoj hrani, ali je dopunjen malim količinama proteina (4,9%) i sirovog pepela (2,9%) 47,48. pH krumpira kreće se od 5 do 6, a vrijedi napomenuti da je ovaj krumpirov sporedni tok kiseliji (4,7). Fermentirani korijen cikorije bogat je pepelom i najkiseliji je od svih sporednih tokova. Budući da korijenje nije očišćeno, očekuje se da se većina pepela sastoji od pijeska (silika). Vrtno lišće bilo je jedini alkalni proizvod u usporedbi s kontrolnim i drugim sporednim strujama. Sadrži visoku razinu pepela i bjelančevina i mnogo manje ugljikohidrata od kontrole. Sirovi sastav najbliži je fermentiranom korijenu cikorije, ali je koncentracija sirovih bjelančevina viša (15,0%), što je usporedivo s udjelom bjelančevina u mješavini povrća. Statistička analiza gornjih podataka pokazala je značajne razlike u sirovom sastavu i pH sporednih tokova.
Dodavanje mješavina povrća ili vrtnog lišća hrani za brašnare nije utjecalo na sastav biomase ličinki brašnara u usporedbi s kontrolnom skupinom (Tablica 1). Dodatak reznica krumpira rezultirao je najznačajnijom razlikom u sastavu biomase u usporedbi s kontrolnom skupinom koja je primala ličinke crva brašnara i druge izvore mokre hrane. Što se tiče sadržaja bjelančevina u crvima brašnarima, s izuzetkom reznica krumpira, različiti približni sastavi bočnih struja nisu utjecali na sadržaj bjelančevina u ličinkama. Hranjenje reznicama krumpira kao izvorom vlage dovelo je do dvostrukog povećanja sadržaja masti u ličinkama i smanjenja sadržaja proteina, hitina i nevlaknastih ugljikohidrata. Fermentirani korijen cikorije povećao je sadržaj pepela ličinki brašnara za jedan i pol puta.
Profili minerala izraženi su kao sadržaj makrominerala (tablica 2) i mikronutrijenata (tablica 3) u mokroj hrani i biomasi ličinki crva brašnara.
Općenito, poljoprivredni potoci bili su bogatiji makromineralima u usporedbi s kontrolnom skupinom, osim reznica krumpira, koje su imale niži sadržaj Mg, Na i Ca. Koncentracija kalija bila je visoka u svim bočnim mlazovima u usporedbi s kontrolom. Agar sadrži 3 mg/100 g DM K, dok se koncentracija K u bočnom mlazu kretala od 1070 do 9909 mg/100 g DM. Udio makrominerala u mješavini povrća bio je značajno viši nego u kontrolnoj skupini, ali je udio Na bio značajno niži (88 prema 111 mg/100 g suhe tvari). Koncentracija makrominerala u reznicama krumpira bila je najniža od svih sporednih tokova. Sadržaj makrominerala u reznicama krumpira bio je značajno niži nego u drugim sporednim tokovima i kontroli. Osim što je sadržaj Mg bio usporediv s kontrolnom skupinom. Iako fermentirani korijen cikorije nije imao najvišu koncentraciju makrominerala, udio pepela u ovom sporednom mlazu bio je najveći od svih sporednih mlazova. To može biti zbog činjenice da nisu pročišćeni i mogu sadržavati visoke koncentracije silicija (pijeska). Sadržaji Na i Ca bili su usporedivi s onima u mješavini povrća. Fermentirani korijen cikorije sadržavao je najveću koncentraciju Na od svih sporednih tokova. S izuzetkom Na, hortikulturno lišće je imalo najviše koncentracije makrominerala od svih mokrih krmiva. Koncentracija K (9909 mg/100 g SU) bila je tri tisuće puta veća od kontrole (3 mg/100 g SU) i 2,5 puta veća od biljne mješavine (4057 mg/100 g SU). Sadržaj Ca bio je najveći od svih sporednih tokova (7276 mg/100 g DM), 20 puta veći od kontrole (336 mg/100 g DM) i 14 puta veći od koncentracije Ca u fermentiranom korijenu cikorije ili mješavini povrća ( 530 i 496 mg/100 g DM).
Iako su postojale značajne razlike u makromineralnom sastavu obroka (Tablica 2), nisu pronađene značajne razlike u makromineralnom sastavu crva brašnara uzgojenih na mješavinama povrća i kontrolnih obroka.
Ličinke hranjene krumpirovim mrvicama imale su značajno niže koncentracije svih makrominerala u odnosu na kontrolu, s izuzetkom Na koji je imao usporedive koncentracije. Dodatno, hranjenje krumpirovim čipsom uzrokovalo je najveće smanjenje sadržaja makrominerala u ličinkama u usporedbi s drugim sporednim tokovima. To je u skladu s nižim pepelom uočenim u obližnjim formulacijama crva brašnara. Međutim, iako su P i K bili značajno viši u ovoj mokroj prehrani nego u drugim sporednim tokovima i kontroli, sastav ličinki to nije odražavao. Niske koncentracije Ca i Mg pronađene u biomasi crva brašnara mogu biti povezane s niskim koncentracijama Ca i Mg prisutnim u samoj mokroj prehrani.
Hranjenje fermentiranim korijenjem cikorije i lišćem voćnjaka rezultiralo je značajno višim razinama kalcija od kontrolnih. Lišće voćnjaka sadržavalo je najviše razine P, Mg, K i Ca od svih mokrih obroka, ali to se nije odrazilo na biomasu crva brašnara. Koncentracije Na bile su najniže u tim ličinkama, dok su koncentracije Na bile veće u lišću voćnjaka nego u reznicama krumpira. Sadržaj Ca se povećao u ličinkama (66 mg/100 g DM), ali koncentracije Ca nisu bile tako visoke kao one u biomasi brašnara (79 mg/100 g DM) u pokusima s fermentiranim korijenom cikorije, iako je koncentracija Ca u usjevima lišća voćnjaka bila 14 puta veći nego u korijenu cikorije.
Na temelju mikroelementarnog sastava vlažnih krmiva (tablica 3), mineralni sastav biljne smjese bio je sličan kao iu kontrolnoj skupini, osim što je koncentracija Mn bila značajno niža. Koncentracije svih analiziranih mikroelemenata bile su niže u komadima krumpira u odnosu na kontrolu i ostale nusproizvode. Fermentirani korijen cikorije sadržavao je gotovo 100 puta više željeza, 4 puta više bakra, 2 puta više cinka i približno istu količinu mangana. Sadržaj cinka i mangana u lišću vrtnih kultura bio je značajno viši nego u kontrolnoj skupini.
Nisu pronađene značajne razlike između sadržaja elemenata u tragovima ličinki hranjenih kontrolnom hranom, mješavinom povrća i mokrim ostacima krumpira. Međutim, sadržaj Fe i Mn u ličinkama koje su hranjene hranom s fermentiranim korijenom cikorije značajno se razlikovao od sadržaja crva brašnara hranjenih kontrolnom skupinom. Povećanje sadržaja Fe može biti posljedica stostrukog povećanja koncentracije elemenata u tragovima u samoj mokroj hrani. Međutim, iako nije bilo značajne razlike u koncentracijama Mn između fermentiranih korijena cikorije i kontrolne skupine, razine Mn su se povećale u ličinkama hranjenim fermentiranim korijenima cikorije. Također treba napomenuti da je koncentracija Mn bila viša (3 puta) u prehrani mokrim lišćem hortikulturne prehrane u usporedbi s kontrolom, ali nije bilo značajne razlike u sastavu biomase crva brašnara. Jedina razlika između kontrolnog i hortikulturnog lišća bio je sadržaj Cu, koji je bio manji u lišću.
Tablica 4 prikazuje koncentracije teških metala pronađenih u supstratima. Maksimalne europske koncentracije Pb, Cd i Cr u potpunoj hrani za životinje pretvorene su u mg/100 g suhe tvari i dodane u tablicu 4 kako bi se olakšala usporedba s koncentracijama pronađenim u sporednim tokovima47.
U kontrolnoj mokroj hrani, biljnim smjesama i mekinjama krumpira nije pronađen Pb, dok je lišće vrta sadržavalo 0,002 mg Pb/100 g DM, a fermentirano korijenje cikorije sadržavalo je najveću koncentraciju od 0,041 mg Pb/100 g DM. Koncentracije C u kontrolnim krmivima i vrtnom lišću bile su usporedive (0,023 i 0,021 mg/100 g suhe tvari), dok su bile niže u mješavinama povrća i krumpirovim mekinjama (0,004 i 0,007 mg/100 g suhe tvari). U usporedbi s ostalim supstratima, koncentracija Cr u fermentiranom korijenu cikorije bila je značajno viša (0,135 mg/100 g DM) i šest puta veća nego u kontrolnoj hrani. Cd nije detektiran niti u kontrolnom toku niti u bilo kojem od korištenih sporednih tokova.
Značajno više razine Pb i Cr pronađene su u ličinkama hranjenim fermentiranim korijenjem cikorije. Međutim, Cd nije detektiran ni u jednoj ličinci crva brašnara.
Provedena je kvalitativna analiza masnih kiselina u sirovoj masti kako bi se utvrdilo mogu li različite komponente bočnog toka kojim su hranjene utjecati na profil masnih kiselina ličinki crva brašnara. Distribucija ovih masnih kiselina prikazana je u tablici 5. Masne kiseline navedene su prema svom uobičajenom nazivu i molekularnoj strukturi (označenoj kao "Cx:y", gdje x odgovara broju ugljikovih atoma, a y broju nezasićenih veza ).
Profil masnih kiselina crva brašnara hranjenih komadićima krumpira značajno je promijenjen. Sadržale su znatno veće količine miristinske kiseline (C14:0), palmitinske kiseline (C16:0), palmitoleinske kiseline (C16:1) i oleinske kiseline (C18:1). Koncentracije pentadekanske kiseline (C15:0), linolne kiseline (C18:2) i linolenske kiseline (C18:3) bile su značajno niže u usporedbi s drugim crvima brašnarima. U usporedbi s drugim profilima masnih kiselina, omjer C18:1 prema C18:2 bio je obrnut u komadićima krumpira. Crvi brašnari hranjeni hortikulturnim lišćem sadržavali su veće količine pentadekanske kiseline (C15:0) nego crvi brašnari hranjeni drugim mokrim obrocima.
Masne kiseline se dijele na zasićene masne kiseline (SFA), mononezasićene masne kiseline (MUFA) i polinezasićene masne kiseline (PUFA). Tablica 5 prikazuje koncentracije ovih skupina masnih kiselina. Sveukupno, profili masnih kiselina crva brašnara hranjenih krumpirovim otpadom značajno su se razlikovali od kontrolnih i drugih sporednih tokova. Za svaku skupinu masnih kiselina, crvi brašnari hranjeni čipsom značajno su se razlikovali od svih ostalih skupina. Sadržale su više SFA i MUFA, a manje PUFA.
Nije bilo značajnih razlika između stope preživljavanja i ukupne težine prinosa ličinki uzgojenih na različitim podlogama. Ukupna prosječna stopa preživljavanja bila je 90%, a ukupna prosječna težina prinosa bila je 974 grama. Crvi brašnari uspješno prerađuju nusproizvode kao izvor mokre hrane. Mokra hrana crva brašnara čini više od polovice ukupne težine krme (suha + mokra). Zamjena svježeg povrća poljoprivrednim nusproizvodima kao tradicionalnom mokrom hranom ima ekonomske i ekološke koristi za uzgoj crva brašnara.
Tablica 1 pokazuje da je sastav biomase ličinki brašnara uzgojenih na kontrolnoj hrani bio približno 72% vlage, 5% pepela, 19% lipida, 51% proteina, 8% hitina i 18% suhe tvari kao nevlaknastih ugljikohidrata. To je usporedivo s vrijednostima navedenim u literaturi.48,49 Međutim, druge komponente mogu se pronaći u literaturi, često ovisno o korištenoj analitičkoj metodi. Na primjer, koristili smo Kjeldahl metodu za određivanje sadržaja sirovih bjelančevina s omjerom N prema P od 5,33, dok drugi istraživači koriste široko korišteni omjer od 6,25 za uzorke mesa i hrane za životinje.50,51
Dodavanje ostataka krumpira (mokra dijeta bogata ugljikohidratima) u prehranu dovelo je do udvostručenja sadržaja masti kod crva brašnara. Za očekivati je da se sadržaj ugljikohidrata u krumpiru sastoji uglavnom od škroba, dok agar sadrži šećere (polisaharide)47,48. Ovo je otkriće u suprotnosti s drugom studijom koja je otkrila da se sadržaj masti smanjio kada su crvi brašnari hranjeni dijetom nadopunjenom krumpirom oguljenim na pari koji je imao nizak udio proteina (10,7%) i visok udio škroba (49,8%)36. Kada je u prehranu dodana komina masline, sadržaj bjelančevina i ugljikohidrata u crvu brašnaru odgovarao je onom u mokroj prehrani, dok je udio masti ostao nepromijenjen35. Nasuprot tome, druge su studije pokazale da sadržaj proteina ličinki koje se uzgajaju u bočnim potocima prolazi temeljne promjene, kao i sadržaj masti22,37.
Fermentirani korijen cikorije značajno je povećao sadržaj pepela ličinki brašnara (Tablica 1). Istraživanja o učincima nusproizvoda na pepeo i mineralni sastav ličinki crva brašnara su ograničena. Većina studija hranjenja nusproduktima usredotočila se na sadržaj masti i proteina u ličinkama bez analize sadržaja pepela21,35,36,38,39. Međutim, kada je analiziran sadržaj pepela ličinki hranjenih nusproizvodima, pronađeno je povećanje sadržaja pepela. Na primjer, hranjenje crva brašnara vrtnim otpadom povećalo je njihov sadržaj pepela s 3,01% na 5,30%, a dodavanjem otpadaka lubenice u prehranu povećao se sadržaj pepela s 1,87% na 4,40%.
Iako su svi izvori mokre hrane značajno varirali u svom približnom sastavu (Tablica 1), razlike u sastavu biomase ličinki crva brašnara hranjenih tim izvorima mokre hrane bile su male. Samo su ličinke brašnara hranjene komadićima krumpira ili fermentiranim korijenom cikorije pokazale značajne promjene. Jedno moguće objašnjenje za ovaj rezultat je da su osim korijena cikorije, komadići krumpira također bili djelomično fermentirani (pH 4,7, Tablica 1), čineći škrob/ugljikohidrate probavljivijim/dostupnijim ličinkama crva brašnara. Kako ličinke brašnara sintetiziraju lipide iz hranjivih tvari kao što su ugljikohidrati od velikog je interesa i trebalo bi ga u potpunosti istražiti u budućim studijama. Prethodno istraživanje o učinku pH mokre prehrane na rast ličinki crva brašnara zaključilo je da nisu primijećene značajne razlike pri korištenju blokova agara s vlažnom hranom u pH rasponu od 3 do 9. To ukazuje da se fermentirana vlažna hrana može koristiti za kulturu Tenebrio molitor53. Slično Coudronu i sur.53, kontrolni pokusi koristili su blokove agara u mokrim obrocima jer su imali manjak minerala i hranjivih tvari. Njihova studija nije ispitivala učinak nutritivno raznovrsnijih izvora mokre prehrane poput povrća ili krumpira na poboljšanje probavljivosti ili bioraspoloživosti. Potrebne su daljnje studije o učincima fermentacije izvora mokre prehrane na ličinke crva brašnara kako bi se dalje istražila ova teorija.
Raspodjela minerala kontrolne biomase crva brašnara pronađena u ovoj studiji (tablice 2 i 3) usporediva je s rasponom makro- i mikronutrijenata koji se nalaze u literaturi48,54,55. Opskrba crva brašnara fermentiranim korijenom cikorije kao izvora mokre prehrane povećava njihov sadržaj minerala. Iako je većina makro- i mikronutrijenata bila veća u mješavinama povrća i vrtnom lišću (tablice 2 i 3), oni nisu utjecali na sadržaj minerala u biomasi brašnara u istoj mjeri kao fermentirano korijenje cikorije. Jedno moguće objašnjenje je da su hranjive tvari u alkalnim vrtnim listovima manje bioraspoložive od onih u drugim, kiselijim vlažnim dijetama (tablica 1). Prethodne studije hranile su ličinke crva brašnara fermentiranom rižinom slamom i otkrile su da su se dobro razvile u ovoj bočnoj struji te su također pokazale da prethodna obrada supstrata fermentacijom potiče unos hranjivih tvari. 56 Korištenje fermentiranog korijena cikorije povećalo je sadržaj Ca, Fe i Mn u biomasi crva brašnara. Iako je ovaj bočni tok također sadržavao veće koncentracije drugih minerala (P, Mg, K, Na, Zn i Cu), ti minerali nisu bili znatno obilniji u biomasi crva brašnara u usporedbi s kontrolom, što ukazuje na selektivnost unosa minerala. Povećanje sadržaja ovih minerala u biomasi crva brašnara ima hranjivu vrijednost za potrebe hrane i stočne hrane. Kalcij je esencijalni mineral koji igra ključnu ulogu u neuromuskularnoj funkciji i mnogim procesima posredovanim enzimima kao što su zgrušavanje krvi, formiranje kostiju i zuba. 57,58 Nedostatak željeza čest je problem u zemljama u razvoju, gdje djeca, žene i starije osobe često ne unose dovoljno željeza svojom prehranom. 54 Iako je mangan bitan element u ljudskoj prehrani i igra središnju ulogu u funkcioniranju mnogih enzima, prekomjerni unos može biti toksičan. Više razine mangana u crva brašnara hranjenih fermentiranim korijenom cikorije nisu bile zabrinjavajuće i bile su usporedive s onima u kokoši. 59
Koncentracije teških metala pronađene u bočnoj struji bile su ispod europskih standarda za potpunu hranu za životinje. Analiza teških metala u ličinkama brašnara pokazala je da su razine Pb i Cr bile značajno više u brašnara hranjenih fermentiranim korijenom cikorije nego u kontrolnoj skupini i drugim supstratima (tablica 4). Korijenje cikorije raste u tlu i poznato je da apsorbira teške metale, dok ostali popratni tokovi potječu iz kontrolirane ljudske proizvodnje hrane. Crvi brašnari hranjeni fermentiranim korijenom cikorije također su sadržavali više razine Pb i Cr (Tablica 4). Izračunati faktori bioakumulacije (BAF) bili su 2,66 za Pb i 1,14 za Cr, tj. veći od 1, što ukazuje da crvi brašnari imaju sposobnost akumulacije teških metala. Što se tiče Pb, EU postavlja najveći sadržaj Pb od 0,10 mg po kilogramu svježeg mesa za ljudsku prehranu61. U procjeni eksperimentalnih podataka, maksimalna koncentracija Pb pronađena u fermentiranom brašnaru korijena cikorije iznosila je 0,11 mg/100 g DM. Kada je vrijednost preračunata na sadržaj suhe tvari od 30,8% za ove crve brašnare, sadržaj Pb je bio 0,034 mg/kg svježe tvari, što je ispod maksimalne razine od 0,10 mg/kg. U europskim propisima o hrani nije određen maksimalan sadržaj Cr. Cr se obično nalazi u okolišu, hrani i aditivima u hrani i poznato je da je esencijalni nutrijent za ljude u malim količinama62,63,64. Ove analize (Tablica 4) pokazuju da ličinke T. molitor mogu akumulirati teške metale kada su teški metali prisutni u prehrani. Međutim, razine teških metala pronađene u biomasi crva brašnara u ovoj studiji smatraju se sigurnima za ljudsku prehranu. Preporučuje se redovito i pažljivo praćenje kada se koriste bočni tokovi koji mogu sadržavati teške metale kao mokri izvor hrane za T. molitor.
Najzastupljenije masne kiseline u ukupnoj biomasi ličinki T. molitor bile su palmitinska kiselina (C16:0), oleinska kiselina (C18:1) i linolna kiselina (C18:2) (tablica 5), što je u skladu s prethodnim studijama na T. molitor. Rezultati spektra masnih kiselina su dosljedni36,46,50,65. Profil masnih kiselina T. molitor općenito se sastoji od pet glavnih komponenti: oleinska kiselina (C18:1), palmitinska kiselina (C16:0), linolna kiselina (C18:2), miristinska kiselina (C14:0) i stearinska kiselina (C18:0). Zabilježeno je da je oleinska kiselina najzastupljenija masna kiselina (30-60%) u ličinkama crva brašnara, a slijede je palmitinska kiselina i linolna kiselina22,35,38,39. Prethodne studije pokazale su da na ovaj profil masnih kiselina utječe prehrana ličinkama crva brašnara, ali razlike ne slijede iste trendove kao prehrana38. U usporedbi s drugim profilima masnih kiselina, omjer C18:1–C18:2 u ljušti krumpira je obrnut. Slični rezultati dobiveni su za promjene u profilu masnih kiselina crva brašnara hranjenih kuhanim ljuskama krumpira36. Ovi rezultati pokazuju da iako se profil masnih kiselina u ulju brašnara može promijeniti, ono i dalje ostaje bogat izvor nezasićenih masnih kiselina.
Cilj ovog istraživanja bio je procijeniti učinak korištenja četiriju različitih tokova agro-industrijskog biootpada kao mokre hrane na sastav crva brašnara. Učinak je procijenjen na temelju nutritivne vrijednosti ličinki. Rezultati su pokazali da su nusproizvodi uspješno pretvoreni u biomasu bogatu proteinima (udio proteina 40,7-52,3%), koja se može koristiti kao izvor hrane i stočne hrane. Osim toga, studija je pokazala da korištenje nusproizvoda kao mokre hrane za životinje utječe na hranjivu vrijednost biomase crva brašnara. Konkretno, opskrba ličinki visokom koncentracijom ugljikohidrata (npr. komadići krumpira) povećava njihov sadržaj masti i mijenja njihov sastav masnih kiselina: manji sadržaj polinezasićenih masnih kiselina i veći sadržaj zasićenih i mononezasićenih masnih kiselina, ali ne i koncentracije nezasićenih masnih kiselina . Još uvijek dominiraju masne kiseline (jednostruko nezasićene + polinezasićene). Studija je također pokazala da crvi brašnari selektivno nakupljaju kalcij, željezo i mangan iz bočnih tokova bogatih kiselim mineralima. Čini se da bioraspoloživost minerala igra važnu ulogu i potrebna su daljnja istraživanja kako bi se to u potpunosti razumjelo. Teški metali prisutni u bočnim mlazovima mogu se akumulirati u crvima brašnarima. Međutim, konačne koncentracije Pb, Cd i Cr u biomasi ličinki bile su ispod prihvatljivih razina, što je omogućilo da se ti bočni tokovi sigurno koriste kao mokri izvor hrane.
Ličinke crva brašnara uzgajali su Radius (Giel, Belgija) i Inagro (Rumbeke-Beitem, Belgija) na Sveučilištu primijenjenih znanosti Thomas More na 27 °C i 60% relativne vlažnosti. Gustoća crva brašnara uzgojenih u akvariju 60 x 40 cm bila je 4,17 crva/cm2 (10 000 crva brašnara). Ličinke su u početku hranjene s 2,1 kg pšeničnih mekinja kao suhe hrane po spremniku za uzgoj, a zatim su im dodavane prema potrebi. Koristite agar blokove kao kontrolni tretman mokre hrane. Počevši od 4. tjedna, počnite hraniti bočne mlaznice (također izvor vlage) kao mokru hranu umjesto agar ad libitum. Postotak suhe tvari za svaki bočni tok bio je unaprijed određen i zabilježen kako bi se osigurale jednake količine vlage za sve insekte tijekom tretmana. Hrana se ravnomjerno raspoređuje po terariju. Larve se skupljaju kada se pojave prve kukuljice u pokusnoj skupini. Sakupljanje ličinki vrši se pomoću mehaničke mućkalice promjera 2 mm. Osim eksperimenta s kockicama krumpira. Veliki dijelovi osušenog krumpira narezanog na kockice također se odvajaju tako da se ličinkama omogući da puze kroz ovu mrežicu i skupe ih u metalne posude. Ukupna masa žetve utvrđuje se vaganjem ukupne mase žetve. Preživljavanje se izračunava dijeljenjem ukupne težine žetve s težinom ličinki. Težina ličinki se određuje odabirom najmanje 100 ličinki i dijeljenjem njihove ukupne težine s brojem. Sakupljene ličinke se izgladnjuju 24 sata kako bi ispraznile crijeva prije analize. Na kraju, ličinke se ponovno pregledaju kako bi se odvojile od ostatka. Zamrznute su i eutanazirane te pohranjene na -18°C do analize.
Suha hrana su bile pšenične posije (belgijski Molens Joye). Pšenične posije su prethodno prosijane na veličinu čestica manju od 2 mm. Uz suhu hranu, ličinke crva brašnara također trebaju mokru hranu za održavanje vlage i mineralne dodatke koji su potrebni crvima brašnarima. Mokra hrana čini više od polovice ukupne količine hrane (suha hrana + mokra hrana). U našim pokusima, agar (Brouwland, Belgija, 25 g/l) korišten je kao kontrolna mokra hrana45. Kao što je prikazano na slici 1, četiri poljoprivredna nusproizvoda s različitim sadržajem hranjivih tvari testirana su kao mokra hrana za ličinke crva brašnara. Ti nusproizvodi uključuju (a) listove uzgojene krastavce (Inagro, Belgija), (b) ostatke krumpira (Duigny, Belgija), (c) fermentirano korijenje cikorije (Inagro, Belgija) i (d) neprodano voće i povrće s aukcija . (Belorta, Belgija). Bočni tok se usitnjava na komade prikladne za korištenje kao mokra hrana za crve brašnare.
Poljoprivredni nusproizvodi kao mokra hrana za crve brašnare; (a) vrtno lišće iz uzgoja krastavaca, (b) reznice krumpira, (c) korijenje cikorije, (d) neprodano povrće na aukciji i (e) blokovi agara. Kao kontrole.
Sastav krme i ličinki brašnara određen je tri puta (n = 3). Procijenjena je brza analiza, mineralni sastav, sadržaj teških metala i sastav masnih kiselina. Od sakupljenih i izgladnjelih ličinki uzet je homogenizirani uzorak od 250 g, osušen na 60°C do konstantne težine, samljeven (IKA, Tube mill 100) i prosijan kroz sito od 1 mm. Osušeni uzorci su zatvoreni u tamne posude.
Sadržaj suhe tvari (DM) određen je sušenjem uzoraka u pećnici na 105°C tijekom 24 sata (Memmert, UF110). Postotak suhe tvari izračunat je na temelju gubitka težine uzorka.
Udio sirovog pepela (CA) određen je gubitkom mase tijekom izgaranja u muflnoj peći (Nabertherm, L9/11/SKM) na 550°C tijekom 4 sata.
Ekstrakcija sadržaja sirove masti ili dietil etera (EE) izvedena je petroleterom (tp 40–60 °C) pomoću Soxhlet opreme za ekstrakciju. Otprilike 10 g uzorka stavljeno je u glavu za ekstrakciju i prekriveno keramičkom vunom kako bi se spriječio gubitak uzorka. Uzorci su ekstrahirani preko noći sa 150 ml petrol etera. Ekstrakt je ohlađen, organsko otapalo je uklonjeno i oporavljeno rotacijskim isparavanjem (Büchi, R-300) na 300 mbara i 50 °C. Sirovi lipidni ili eterski ekstrakti ohlađeni su i izvagani na analitičkoj vagi.
Sadržaj sirovih bjelančevina (CP) određen je analizom prisutnog dušika u uzorku Kjeldahl metodom BN EN ISO 5983-1 (2005). Koristite odgovarajuće faktore N do P za izračun sadržaja proteina. Za standardnu suhu hranu (pšenične mekinje) koristite ukupni faktor 6,25. Za bočni tok koristi se faktor 4,2366, a za mješavine povrća faktor 4,3967. Sadržaj sirovih proteina u ličinkama izračunat je korištenjem faktora N prema P od 5,3351.
Sadržaj vlakana uključivao je određivanje vlakana neutralnog deterdženta (NDF) temeljeno na Gerhardtovom ekstrakcijskom protokolu (ručna analiza vlakana u vrećama, Gerhardt, Njemačka) i metodi van Soest 68. Za određivanje NDF, uzorak od 1 g stavljen je u posebnu vrećicu od vlakana (Gerhardt, ADF/NDF vrećica) sa staklenom oblogom. Vrećice od vlakana napunjene uzorcima prvo su odmašćene petrolej eterom (vrelište 40–60 °C), a zatim osušene na sobnoj temperaturi. Odmašćeni uzorak ekstrahiran je otopinom deterdženta s neutralnim vlaknima koja sadrži toplinski stabilnu α-amilazu na temperaturi vrenja 1,5 h. Uzorci su zatim isprani tri puta kipućom deioniziranom vodom i sušeni na 105 °C preko noći. Vrećice sa suhim vlaknima (koje sadrže ostatke vlakana) izvagane su korištenjem analitičke vage (Sartorius, P224-1S) i zatim spaljene u peći s muflom (Nabertherm, L9/11/SKM) na 550°C 4 sata. Pepeo je ponovno izvagan, a sadržaj vlakana izračunat je na temelju gubitka težine između sušenja i spaljivanja uzorka.
Kako bismo odredili sadržaj hitina u ličinkama, upotrijebili smo modificirani protokol temeljen na analizi sirovih vlakana van Soesta 68 . Uzorak od 1 g stavljen je u posebnu vrećicu od vlakana (Gerhardt, CF Bag) i staklenu brtvu. Uzorci su pakirani u vlaknaste vrećice, odmašćeni u petrol eteru (c. 40–60 °C) i osušeni na zraku. Odmašćeni uzorak prvo je ekstrahiran kiselom otopinom 0,13 M sumporne kiseline na temperaturi vrenja 30 min. Ekstrakcijska vlaknasta vrećica koja je sadržavala uzorak isprana je tri puta kipućom deioniziranom vodom i zatim ekstrahirana 0,23 M otopinom kalijevog hidroksida tijekom 2 sata. Vrećica za ekstrakciju vlakana koja je sadržavala uzorak ponovno je isprana tri puta kipućom deioniziranom vodom i osušena na 105°C preko noći. Suha vrećica koja je sadržavala ostatke vlakana izvagana je na analitičkoj vagi i spaljena u peći na 550°C 4 sata. Pepeo je izvagan, a sadržaj vlakana izračunat je na temelju gubitka težine spaljenog uzorka.
Izračunat je ukupni sadržaj ugljikohidrata. Koncentracija nevlaknastih ugljikohidrata (NFC) u hrani izračunata je pomoću NDF analize, a koncentracija insekata izračunata je analizom hitina.
pH matrice određen je nakon ekstrakcije deioniziranom vodom (1:5 v/v) prema NBN EN 15933.
Uzorci su pripremljeni kako su opisali Broeckx et al. Profili minerala određeni su pomoću ICP-OES (Optima 4300™ DV ICP-OES, Perkin Elmer, MA, SAD).
Teški metali Cd, Cr i Pb analizirani su atomskom apsorpcijskom spektrometrijom u grafitnoj peći (AAS) (Thermo Scientific, serija ICE 3000, opremljena GFS autosamplerom). Oko 200 mg uzorka digestirano je u kiseloj HNO3/HCl (1:3 v/v) pomoću mikrovalova (CEM, MARS 5). Mikrovalna digestija je provedena na 190°C tijekom 25 minuta na 600 W. Ekstrakt se razrijedi ultra čistom vodom.
Masne kiseline su određene GC-MS (Agilent Technologies, 7820A GC sustav s 5977 E MSD detektorom). Prema metodi Josepha i Akmana70, 20% otopina BF3/MeOH dodana je u metanolnu otopinu KOH i metil ester masne kiseline (FAME) je dobiven iz eterskog ekstrakta nakon esterifikacije. Masne kiseline mogu se identificirati usporedbom njihovih retencijskih vremena sa 37 standarda smjese FAME (Chemical Lab) ili usporedbom njihovih MS spektara s online bibliotekama kao što je NIST baza podataka. Kvalitativna analiza provodi se izračunavanjem površine pika kao postotka ukupne površine pika kromatograma.
Analiza podataka provedena je pomoću softvera JMP Pro 15.1.1 tvrtke SAS (Buckinghamshire, UK). Evaluacija je provedena jednosmjernom analizom varijance s razinom značajnosti od 0,05 i Tukey HSD kao post hoc testom.
Faktor bioakumulacije (BAF) izračunat je dijeljenjem koncentracije teških metala u biomasi ličinki crva brašnara (DM) s koncentracijom u mokroj hrani (DM) 43 . BAF veći od 1 ukazuje da se teški metali bioakumuliraju iz mokre hrane u ličinkama.
Skupovi podataka generirani i/ili analizirani tijekom trenutne studije dostupni su od odgovarajućeg autora na razuman zahtjev.
Odjel Ujedinjenih naroda za ekonomska i socijalna pitanja, Odjel za stanovništvo. Izgledi svjetskog stanovništva 2019.: istaknuto (ST/ESA/SER.A/423) (2019.).
Cole, MB, Augustine, MA, Robertson, MJ, i Manners, JM, Znanost o sigurnosti hrane. NPJ Sci. Hrana 2018, 2. https://doi.org/10.1038/s41538-018-0021-9 (2018).
Vrijeme objave: 19. prosinca 2024