Terima kasih telah mengunjungi Nature.com. Versi browser yang Anda gunakan memiliki dukungan CSS yang terbatas. Untuk hasil terbaik, sebaiknya gunakan browser yang lebih baru (atau nonaktifkan mode kompatibilitas di Internet Explorer). Sementara itu, untuk memastikan dukungan berkelanjutan, kami akan menampilkan situs tanpa gaya dan JavaScript.
Lalat tentara hitam (Hermetia illucens, L. 1758) merupakan serangga detritivor omnivora yang memiliki potensi tinggi dalam memanfaatkan produk samping organik kaya karbohidrat. Di antara karbohidrat, lalat tentara hitam mengandalkan gula larut untuk pertumbuhan dan sintesis lipid. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengevaluasi efek gula larut pada perkembangan, kelangsungan hidup, dan profil asam lemak lalat tentara hitam. Lengkapi pakan ayam dengan monosakarida dan disakarida secara terpisah. Selulosa digunakan sebagai kontrol. Larva yang diberi pakan glukosa, fruktosa, sukrosa, dan maltosa tumbuh lebih cepat dibandingkan larva kontrol. Sebaliknya, laktosa mempunyai efek antinutrisi pada larva, memperlambat pertumbuhan dan mengurangi berat badan akhir individu. Namun, semua gula yang larut membuat larva lebih gemuk dibandingkan larva yang diberi pakan kontrol. Khususnya, gula yang diuji membentuk profil asam lemak. Maltosa dan sukrosa meningkatkan kandungan asam lemak jenuh dibandingkan selulosa. Sebaliknya, laktosa meningkatkan bioakumulasi asam lemak tak jenuh dalam makanan. Penelitian ini merupakan penelitian pertama yang menunjukkan pengaruh gula larut terhadap komposisi asam lemak larva lalat tentara hitam. Hasil kami menunjukkan bahwa karbohidrat yang diuji memiliki pengaruh signifikan terhadap komposisi asam lemak larva lalat tentara hitam dan oleh karena itu dapat menentukan aplikasi akhirnya.
Permintaan global terhadap energi dan protein hewani terus meningkat1. Dalam konteks pemanasan global, sangat penting untuk menemukan alternatif yang lebih ramah lingkungan dibandingkan energi fosil dan metode produksi pangan tradisional sekaligus meningkatkan produksi. Serangga merupakan kandidat yang menjanjikan untuk mengatasi masalah ini karena komposisi kimianya yang lebih rendah dan dampak terhadap lingkungan dibandingkan dengan peternakan tradisional2. Di antara serangga, kandidat terbaik untuk mengatasi masalah ini adalah lalat tentara hitam (BSF), Hermetia illucens (L. 1758), spesies detritivor yang mampu memakan berbagai substrat organik3. Oleh karena itu, peningkatan nilai substrat melalui pemuliaan BSF dapat menciptakan sumber bahan baku baru untuk memenuhi kebutuhan berbagai industri.
Larva BSF (BSFL) dapat memakan produk sampingan pertanian dan agroindustri seperti biji-bijian pembuat bir, sisa sayuran, bubur buah dan roti basi, yang sangat cocok untuk pertumbuhan BSFL karena kandungan karbohidrat (CH)4,5 yang tinggi. 6 konten. Produksi BSFL dalam skala besar menghasilkan pembentukan dua produk: feses, campuran residu substrat dan feses yang dapat digunakan sebagai pupuk untuk budidaya tanaman7, dan larva, yang sebagian besar terdiri dari protein, lipid, dan kitin. Protein dan lipid terutama digunakan dalam peternakan, biofuel dan kosmetik8,9. Adapun kitin, biopolimer ini dapat diterapkan di sektor pertanian pangan, bioteknologi, dan layanan kesehatan10.
BSF merupakan serangga holometabola autogenous, yang berarti bahwa metamorfosis dan reproduksinya, khususnya tahap siklus hidup serangga yang memakan energi, dapat sepenuhnya didukung oleh cadangan nutrisi yang dihasilkan selama pertumbuhan larva11. Lebih khusus lagi, sintesis protein dan lipid mengarah pada perkembangan tubuh lemak, organ penyimpanan penting yang melepaskan energi selama fase non-makan BSF: prepupa (yaitu, tahap akhir larva di mana larva BSF menjadi hitam saat makan dan mencari. untuk lingkungan yang cocok untuk metamorfosis), pupa (yaitu, tahap non-motil selama serangga mengalami metamorfosis), dan serangga dewasa12,13. CH merupakan sumber energi utama dalam diet BSF14. Di antara nutrisi tersebut, CH berserat seperti hemiselulosa, selulosa dan lignin, tidak seperti disakarida dan polisakarida (seperti pati), tidak dapat dicerna oleh BSFL15,16. Pencernaan CH merupakan langkah awal yang penting untuk penyerapan karbohidrat, yang pada akhirnya dihidrolisis menjadi gula sederhana di usus16. Gula sederhana kemudian dapat diserap (yaitu melalui membran peritrofik usus) dan dimetabolisme untuk menghasilkan energi17. Seperti disebutkan di atas, larva menyimpan kelebihan energi sebagai lipid di tubuh lemak12,18. Lipid penyimpanan terdiri dari trigliserida (lipid netral yang terbentuk dari satu molekul gliserol dan tiga asam lemak) yang disintesis oleh larva dari gula sederhana makanan. CH ini menyediakan substrat asetil-KoA yang diperlukan untuk biosintesis asam lemak (FA) melalui jalur asam lemak sintase dan tioesterase19. Profil asam lemak lipid H. illucens secara alami didominasi oleh asam lemak jenuh (SFA) dengan proporsi asam laurat yang tinggi (C12:0)19,20. Oleh karena itu, kandungan lemak dan komposisi asam lemak yang tinggi dengan cepat menjadi faktor pembatas penggunaan larva utuh dalam pakan ternak, terutama pada budidaya perairan yang memerlukan asam lemak tak jenuh ganda (PUFA)21.
Sejak ditemukannya potensi BSFL untuk mengurangi sampah organik, penelitian terhadap nilai berbagai produk sampingan menunjukkan bahwa komposisi BSFL sebagian diatur oleh pola makannya. Saat ini regulasi profil FA H. illucens terus mengalami perbaikan. Kemampuan BSFL untuk melakukan bioakumulasi PUFA telah dibuktikan pada substrat kaya PUFA seperti alga, limbah ikan, atau makanan seperti biji rami, yang memberikan profil FA berkualitas lebih tinggi untuk nutrisi hewan19,22,23. Sebaliknya, untuk produk sampingan yang tidak diperkaya dengan PUFA, tidak selalu ada korelasi antara profil FA makanan dan FA larva, yang menunjukkan pengaruh nutrisi lain24,25. Faktanya, pengaruh CH yang dapat dicerna terhadap profil FA masih kurang dipahami dan kurang diteliti24,25,26,27.
Sejauh pengetahuan kami, meskipun total monosakarida dan disakarida berlimpah dalam makanan H. illucens, peran nutrisinya masih kurang dipahami dalam nutrisi H. illucens. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menjelaskan pengaruhnya terhadap nutrisi BSFL dan komposisi lipid. Kami akan mengevaluasi pertumbuhan, kelangsungan hidup, dan produktivitas larva dalam kondisi nutrisi yang berbeda. Kemudian, kami akan menjelaskan kandungan lipid dan profil asam lemak dari setiap makanan untuk menyoroti pengaruh CH terhadap kualitas nutrisi BSFL.
Kami berhipotesis bahwa sifat CH yang diuji akan mempengaruhi (1) pertumbuhan larva, (2) kadar lipid total, dan (3) memodulasi profil FA. Monosakarida dapat diserap secara langsung, sedangkan disakarida harus dihidrolisis. Monosakarida dengan demikian lebih tersedia sebagai sumber energi langsung atau prekursor lipogenesis melalui jalur FA sintase dan tioesterase, sehingga meningkatkan pertumbuhan larva H. illucens dan mendorong akumulasi lipid cadangan (terutama asam laurat).
CH yang diuji mempengaruhi rata-rata berat badan larva selama pertumbuhan (Gbr. 1). FRU, GLU, SUC dan MAL meningkatkan berat badan larva serupa dengan pakan kontrol (CEL). Sebaliknya, LAC dan GAL tampaknya menghambat perkembangan larva. Khususnya, LAC memiliki efek negatif yang signifikan terhadap pertumbuhan larva dibandingkan dengan SUC sepanjang periode pertumbuhan: 9,16 ± 1,10 mg versus 15,00 ± 1,01 mg pada hari ke 3 (F6,21 = 12,77, p <0,001; Gambar 1), 125,11 ± 4,26 mg dan 211,79 ± 14,93 mg, masing-masing, pada hari 17 (F6,21 = 38,57, p <0,001; Gambar 1).
Menggunakan monosakarida yang berbeda (fruktosa (FRU), galaktosa (GAL), glukosa (GLU)), disakarida (laktosa (LAC), maltosa (MAL), sukrosa (SUC)) dan selulosa (CEL) sebagai kontrol. Pertumbuhan larva yang diberi pakan larva lalat tentara hitam. Setiap titik pada kurva mewakili rata-rata berat individu (mg) yang dihitung dengan menimbang 20 larva yang dipilih secara acak dari populasi 100 larva (n = 4). Bilah kesalahan mewakili SD.
Diet CEL memberikan kelangsungan hidup larva yang sangat baik yaitu 95,5 ± 3,8%. Selain itu, kelangsungan hidup H. illucens yang diberi makanan yang mengandung CH terlarut berkurang (GLM: χ = 107.13, df = 21, p <0.001), yang disebabkan oleh MAL dan SUC (disakarida) pada CH yang diteliti. Kematiannya lebih rendah dibandingkan GLU, FRU, GAL (monosakarida), dan LAC (EMM: p <0,001, Gambar 2).
Boxplot kelangsungan hidup larva lalat tentara hitam yang diberi perlakuan dengan berbagai monosakarida (fruktosa, galaktosa, glukosa), disakarida (laktosa, maltosa, sukrosa) dan selulosa sebagai kontrol. Perlakuan dengan huruf yang sama tidak berbeda nyata satu sama lain (EMM, p > 0,05).
Semua pakan yang diuji memungkinkan larva mencapai tahap prapupa. Namun, CH yang diuji cenderung memperpanjang perkembangan larva (F6,21=9,60, p<0,001; Tabel 1). Secara khusus, larva yang diberi pakan GAL dan LAC membutuhkan waktu lebih lama untuk mencapai tahap prapupa dibandingkan dengan larva yang dipelihara pada CEL (CEL-GAL: p<0,001; CEL-LAC: p<0,001; Tabel 1).
CH yang diuji juga memberikan pengaruh yang berbeda terhadap bobot badan larva, dengan bobot badan larva yang diberi diet CEL mencapai 180,19 ± 11,35 mg (F6,21 = 16,86, p <0,001; Gambar 3). FRU, GLU, MAL dan SUC menghasilkan rata-rata berat badan akhir larva lebih dari 200 mg, jauh lebih tinggi dibandingkan CEL (p <0,05). Sebaliknya, larva yang diberi pakan GAL dan LAC memiliki bobot badan lebih rendah, masing-masing rata-rata 177,64 ± 4,23 mg dan 156,30 ± 2,59 mg (p <0,05). Efek ini lebih nyata dengan LAC, di mana berat badan akhir lebih rendah dibandingkan dengan diet kontrol (CEL-LAC: perbedaan = 23,89 mg; p = 0,03; Gambar 3).
Rata-rata berat akhir masing-masing larva dinyatakan dalam bintik larva (mg) dan lalat tentara hitam dinyatakan dalam histogram (g) yang diberi monosakarida berbeda (fruktosa, galaktosa, glukosa), disakarida (laktosa, maltosa, sukrosa) dan selulosa (sebagai kontrol). Huruf kolom mewakili kelompok yang berbeda nyata dalam berat total larva (p <0,001). Huruf yang berhubungan dengan bintik larva mewakili kelompok dengan berat larva individu yang berbeda nyata (p <0,001). Bilah kesalahan mewakili SD.
Berat individu maksimum tidak tergantung pada berat maksimum total koloni larva akhir. Faktanya, pakan yang mengandung FRU, GLU, MAL, dan SUC tidak meningkatkan total bobot larva yang dihasilkan di dalam tangki dibandingkan dengan CEL (Gambar 3). Namun, LAC secara signifikan menurunkan berat total (CEL-LAC: perbedaan = 9,14 g; p <0,001; Gambar 3).
Tabel 1 menunjukkan hasil (larva/hari). Menariknya, hasil optimal CEL, MAL dan SUC serupa (Tabel 1). Sebaliknya, FRU, GAL, GLU dan LAC menurunkan hasil dibandingkan dengan CEL (Tabel 1). GAL dan LAC memiliki kinerja terburuk: hasil panen berkurang setengahnya menjadi masing-masing 0,51 ± 0,09 g larva/hari dan 0,48 ± 0,06 g larva/hari (Tabel 1).
Monosakarida dan disakarida meningkatkan kandungan lipid larva CF (Tabel 1). Pada pakan CLE diperoleh larva dengan kandungan lipid 23,19 ± 0,70% dari kandungan DM. Sebagai perbandingan, rata-rata kandungan lipid pada larva yang diberi gula larut lebih dari 30% (Tabel 1). Namun, CH yang diuji meningkatkan kandungan lemaknya pada tingkat yang sama.
Seperti yang diharapkan, subjek CG mempengaruhi profil FA larva pada tingkat yang berbeda-beda (Gbr. 4). Kandungan SFA tinggi pada semua makanan dan mencapai lebih dari 60%. MAL dan SUC membuat profil FA tidak seimbang, yang menyebabkan peningkatan konten SFA. Dalam kasus MAL, di satu sisi, ketidakseimbangan ini terutama menyebabkan penurunan kandungan asam lemak tak jenuh tunggal (MUFA) (F6,21 = 7,47; p <0,001; Gambar 4). Sedangkan untuk SUC penurunannya lebih seragam antara MUFA dan PUFA. LAC dan MAL memiliki efek berlawanan pada spektrum 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; Gambar 4). Proporsi SFA yang lebih rendah pada larva yang diberi makan LAC tampaknya meningkatkan kandungan MUFA. Secara khusus, kadar MUFA lebih tinggi pada larva yang diberi makan LAC dibandingkan dengan gula larut lainnya kecuali GAL (F6,21 = 7,47; p <0,001; Gambar 4).
Menggunakan monosakarida yang berbeda (fruktosa (FRU), galaktosa (GAL), glukosa (GLU)), disakarida (laktosa (LAC), maltosa (MAL), sukrosa (SUC)) dan selulosa (CEL) sebagai kontrol, plot kotak asam lemak komposisi diumpankan ke larva lalat prajurit hitam. Hasil dinyatakan sebagai persentase dari total FAME. Perlakuan yang ditandai dengan huruf berbeda berbeda nyata (p < 0,001). (a) Proporsi asam lemak jenuh; (b) Asam lemak tak jenuh tunggal; (c) Asam lemak tak jenuh ganda.
Di antara asam lemak yang teridentifikasi, asam laurat (C12:0) dominan di semua spektrum yang diamati (lebih dari 40%). SFA lainnya yang ada saat ini adalah asam palmitat (C16:0) (kurang dari 10%), asam stearat (C18:0) (kurang dari 2,5%) dan asam kaprat (C10:0) (kurang dari 1,5%). MUFA sebagian besar diwakili oleh asam oleat (C18:1n9) (kurang dari 9,5%), sedangkan PUFA sebagian besar terdiri dari asam linoleat (C18:2n6) (kurang dari 13,0%) (lihat Tabel Tambahan S1). Selain itu, sebagian kecil senyawa tidak dapat diidentifikasi, terutama pada spektrum larva CEL, di mana senyawa tak teridentifikasi nomor 9 (UND9) menyumbang rata-rata 2,46 ± 0,52% (lihat Tabel Tambahan S1). Analisis GC×GC-FID menunjukkan bahwa ini mungkin merupakan asam lemak 20 karbon dengan lima atau enam ikatan rangkap (lihat Gambar Tambahan S5).
Analisis PERMANOVA mengungkapkan tiga kelompok berbeda berdasarkan profil asam lemak (F6,21 = 7,79, p <0,001; Gambar 5). Analisis komponen utama (PCA) dari spektrum TBC menggambarkan hal ini dan dijelaskan oleh dua komponen (Gambar 5). Komponen utama menjelaskan 57,9% varians dan termasuk, berdasarkan urutan kepentingannya, asam laurat (C12:0), asam oleat (C18:1n9), asam palmitat (C16:0), asam stearat (C18:0), dan asam linolenat (C18:3n3) (lihat Gambar S4). Komponen kedua menjelaskan 26,3% varian dan mencakup, berdasarkan urutan kepentingannya, asam dekanoat (C10:0) dan asam linoleat (C18:2n6 cis) (lihat Gambar Tambahan S4). Profil ransum yang mengandung gula sederhana (FRU, GAL dan GLU) menunjukkan karakteristik serupa. Sebaliknya, disakarida menghasilkan profil yang berbeda: MAL dan SUC di satu sisi dan LAC di sisi lain. Secara khusus, MAL adalah satu-satunya gula yang mengubah profil FA dibandingkan dengan CEL. Selain itu, profil MAL berbeda secara signifikan dengan profil FRU dan GLU. Secara khusus, profil MAL menunjukkan proporsi C12:0 tertinggi (54,59 ± 2,17%), sehingga sebanding dengan CEL (43,10 ± 5,01%), LAC (43,35 ± 1,31%), FRU (48,90 ± 1,97%) dan Profil GLU (48,38 ± 2,17%) (lihat Tabel Tambahan S1). Spektrum MAL juga menunjukkan kandungan C18:1n9 terendah (9,52 ± 0,50%), yang selanjutnya membedakannya dengan spektrum LAC (12,86 ± 0,52%) dan CEL (12,40 ± 1,31%). Tren serupa diamati untuk C16:0. Pada komponen kedua, spektrum LAC menunjukkan kandungan C18:2n6 tertinggi (17,22 ± 0,46%), sedangkan MAL menunjukkan kandungan terendah (12,58 ± 0,67%). C18:2n6 juga membedakan LAC dari kontrol (CEL), yang menunjukkan tingkat yang lebih rendah (13,41 ± 2,48%) (lihat Tabel Tambahan S1).
Plot PCA profil asam lemak larva lalat tentara hitam dengan monosakarida berbeda (fruktosa, galaktosa, glukosa), disakarida (laktosa, maltosa, sukrosa) dan selulosa sebagai kontrol.
Untuk mempelajari pengaruh nutrisi gula larut pada larva H. illucens, selulosa (CEL) dalam pakan ayam diganti dengan glukosa (GLU), fruktosa (FRU), galaktosa (GAL), maltosa (MAL), sukrosa (SUC), dan laktosa (LAC). Namun monosakarida dan disakarida mempunyai pengaruh berbeda terhadap perkembangan, kelangsungan hidup, dan komposisi larva HF. Misalnya, GLU, FRU, dan bentuk disakaridanya (MAL dan SUC) memberikan efek dukungan positif pada pertumbuhan larva, sehingga memungkinkan mereka mencapai bobot akhir yang lebih tinggi daripada CEL. Tidak seperti CEL yang tidak dapat dicerna, GLU, FRU, dan SUC dapat melewati penghalang usus dan berfungsi sebagai sumber nutrisi penting dalam diet yang diformulasi16,28. MAL tidak memiliki pengangkut hewan yang spesifik dan diperkirakan dihidrolisis menjadi dua molekul glukosa sebelum asimilasi15. Molekul-molekul ini disimpan dalam tubuh serangga sebagai sumber energi langsung atau sebagai lipid18. Pertama, sehubungan dengan yang terakhir, beberapa perbedaan intramodal yang diamati mungkin disebabkan oleh perbedaan kecil dalam rasio jenis kelamin. Memang benar, pada H. illucens, reproduksi mungkin terjadi secara spontan: betina dewasa secara alami mempunyai cadangan bertelur yang cukup dan lebih berat dibandingkan jantan29. Namun, akumulasi lipid di BSFL berkorelasi dengan asupan CH2 yang larut dalam makanan, seperti yang diamati sebelumnya untuk GLU dan xilosa26,30. Misalnya, Li et al.30 mengamati bahwa ketika 8% GLU ditambahkan ke dalam pakan larva, kandungan lipid larva BSF meningkat sebesar 7,78% dibandingkan dengan kontrol. Hasil kami konsisten dengan pengamatan ini, menunjukkan bahwa kandungan lemak pada larva yang diberi gula larut lebih tinggi dibandingkan larva yang diberi diet CEL, dibandingkan dengan peningkatan sebesar 8,57% dengan suplementasi GLU. Yang mengejutkan, hasil serupa juga diamati pada larva yang diberi makan GAL dan LAC, meskipun terdapat efek buruk pada pertumbuhan larva, berat badan akhir, dan kelangsungan hidup. Larva yang diberi pakan LAC secara signifikan lebih kecil dibandingkan larva yang diberi pakan CEL, namun kandungan lemaknya sebanding dengan larva yang diberi gula larut lainnya. Hasil ini menyoroti efek antinutrisi laktosa pada BSFL. Pertama, makanannya mengandung CH dalam jumlah besar. Sistem penyerapan dan hidrolisis monosakarida dan disakarida masing-masing dapat mencapai kejenuhan sehingga menyebabkan hambatan dalam proses asimilasi. Sedangkan untuk hidrolisis dilakukan oleh α- dan β-glukosidase 31 . Enzim-enzim ini mempunyai substrat yang disukai tergantung pada ukurannya dan ikatan kimia (ikatan α atau β) antara monosakarida penyusunnya 15 . Hidrolisis LAC menjadi GLU dan GAL dilakukan oleh β-galaktosidase, suatu enzim yang aktivitasnya telah dibuktikan di usus BSF 32 . Namun, ekspresinya mungkin tidak mencukupi dibandingkan dengan jumlah LAC yang dikonsumsi oleh larva. Sebaliknya, α-glukosidase maltase dan sukrase 15, yang diketahui banyak terdapat pada serangga, mampu memecah MAL dan sukrosa SUC dalam jumlah besar, sehingga membatasi efek mengenyangkan ini. Kedua, efek antinutrisi mungkin disebabkan oleh berkurangnya stimulasi aktivitas amilase usus serangga dan melambatnya perilaku makan dibandingkan dengan perlakuan lain. Memang benar, gula yang larut telah diidentifikasi sebagai stimulator aktivitas enzim yang penting untuk pencernaan serangga, seperti amilase, dan sebagai pemicu respons makan33,34,35. Tingkat rangsangan bervariasi tergantung pada struktur molekul gula. Faktanya, disakarida memerlukan hidrolisis sebelum penyerapan dan cenderung merangsang amilase lebih banyak daripada monosakarida penyusunnya34. Sebaliknya, LAC memiliki efek yang lebih ringan dan terbukti tidak mampu mendukung pertumbuhan serangga di berbagai spesies33,35. Misalnya, pada hama Spodoptera exigua (Boddie 1850), tidak ada aktivitas hidrolitik LAC yang terdeteksi dalam ekstrak enzim usus tengah ulat36.
Mengenai spektrum FA, hasil kami menunjukkan efek modulasi yang signifikan dari CH yang diuji. Khususnya, meskipun asam laurat (C12:0) menyumbang kurang dari 1% dari total FA dalam makanan, asam laurat mendominasi di semua profil (lihat Tabel Tambahan S1). Hal ini konsisten dengan data sebelumnya bahwa asam laurat disintesis dari CH makanan di H. illucens melalui jalur yang melibatkan asetil-KoA karboksilase dan FA sintase19,27,37. Hasil kami mengkonfirmasi bahwa CEL sebagian besar tidak dapat dicerna dan bertindak sebagai “agen penggembur” dalam diet kontrol BSF, seperti yang dibahas dalam beberapa penelitian BSFL38,39,40. Mengganti CEL dengan monosakarida dan disakarida selain LAC meningkatkan rasio C12:0, yang menunjukkan peningkatan serapan CH oleh larva. Menariknya, disakarida MAL dan SUC mendorong sintesis asam laurat lebih efisien dibandingkan monosakarida penyusunnya, menunjukkan bahwa meskipun tingkat polimerisasi GLU dan FRU lebih tinggi, dan karena Drosophila adalah satu-satunya pengangkut sukrosa yang telah diidentifikasi dalam spesies protein hewani, pengangkut disakarida mungkin tidak ada di usus larva H. illucens15, pemanfaatan GLU dan FRU ditingkatkan. Namun, walaupun GLU dan FRU secara teoritis lebih mudah dimetabolisme oleh BSF, mereka juga lebih mudah dimetabolisme oleh substrat dan mikroorganisme usus, yang dapat mengakibatkan degradasi lebih cepat dan penurunan pemanfaatan oleh larva dibandingkan dengan disakarida.
Sekilas, kandungan lipid pada larva yang diberi makan LAC dan MAL sebanding, yang menunjukkan ketersediaan hayati gula yang serupa. Namun, yang mengejutkan, profil FA pada LAC lebih kaya akan SFA, terutama dengan kandungan C12:0 yang lebih rendah, dibandingkan dengan MAL. Salah satu hipotesis yang menjelaskan perbedaan ini adalah bahwa LAC dapat merangsang bioakumulasi FA dari makanan melalui asetil-KoA FA sintase. Mendukung hipotesis ini, larva LAC memiliki rasio dekanoat (C10:0) terendah (0,77 ± 0,13%) dibandingkan diet CEL (1,27 ± 0,16%), yang menunjukkan berkurangnya aktivitas FA sintase dan tioesterase19. Kedua, asam lemak makanan dianggap sebagai faktor utama yang mempengaruhi komposisi SFA H. illucens27. Dalam percobaan kami, asam linoleat (C18:2n6) menyumbang 54,81% asam lemak makanan, dengan proporsi pada larva LAC sebesar 17,22 ± 0,46% dan pada MAL 12,58 ± 0,67%. Asam oleat (cis + trans C18:1n9) (23,22% dalam makanan) menunjukkan tren serupa. Rasio asam α-linolenat (C18:3n3) juga mendukung hipotesis bioakumulasi. Asam lemak ini diketahui terakumulasi dalam BSFL setelah pengayaan substrat, seperti penambahan kue biji rami, hingga 6-9% dari total asam lemak dalam larva19. Dalam makanan yang diperkaya, C18:3n3 dapat menyumbang hingga 35% dari total asam lemak makanan. Namun, dalam penelitian kami, C18:3n3 hanya menyumbang 2,51% dari profil asam lemak. Meskipun proporsi yang ditemukan di alam lebih rendah pada larva kita, proporsi ini lebih tinggi pada larva LAC (0,87 ± 0,02%) dibandingkan di MAL (0,49 ± 0,04%) (p <0,001; lihat Tabel Tambahan S1). Diet CEL memiliki proporsi menengah sebesar 0,72 ± 0,18%. Terakhir, rasio asam palmitat (C16:0) pada larva CF mencerminkan kontribusi jalur sintetik dan makanan FA19. Hoc dkk. 19 mengamati bahwa sintesis C16:0 berkurang ketika makanan diperkaya dengan tepung biji rami, yang disebabkan oleh penurunan ketersediaan substrat asetil-KoA karena penurunan rasio CH. Yang mengejutkan, meskipun kedua pakan memiliki kandungan CH yang sama dan MAL menunjukkan bioavailabilitas yang lebih tinggi, larva MAL menunjukkan rasio C16:0 terendah (10,46 ± 0,77%), sedangkan LAC menunjukkan proporsi yang lebih tinggi, terhitung 12,85 ± 0,27% (p <0,05; lihat Tabel Tambahan S1). Hasil ini menyoroti pengaruh kompleks nutrisi pada pencernaan dan metabolisme BSFL. Saat ini, penelitian tentang topik ini lebih menyeluruh di Lepidoptera dibandingkan di Diptera. Pada ulat, LAC diidentifikasi sebagai stimulan perilaku makan yang lemah dibandingkan dengan gula larut lainnya seperti SUC dan FRU34,35. Secara khusus, di Spodopteralittoralis (Boisduval 1833), konsumsi MAL merangsang aktivitas amilolitik di usus lebih besar daripada LAC34. Efek serupa pada BSFL dapat menjelaskan peningkatan stimulasi jalur sintetik C12:0 pada larva MAL, yang berhubungan dengan peningkatan CH yang diserap di usus, pemberian makan yang lama, dan kerja amilase usus. Kurangnya stimulasi ritme makan dengan adanya LAC juga dapat menjelaskan lambatnya pertumbuhan larva LAC. Selain itu, Liu Yanxia dkk. 27 mencatat bahwa umur simpan lipid dalam substrat H. illucens lebih lama dibandingkan dengan CH. Oleh karena itu, larva LAC mungkin lebih bergantung pada lipid makanan untuk menyelesaikan perkembangannya, yang dapat meningkatkan kandungan lipid akhir dan memodulasi profil asam lemaknya.
Sejauh pengetahuan kami, hanya sedikit penelitian yang menguji efek penambahan monosakarida dan disakarida pada diet BSF terhadap profil FA mereka. Pertama, Li dkk. 30 menilai efek GLU dan xilosa dan mengamati tingkat lipid yang serupa dengan kita pada tingkat penambahan 8%. Profil FA tidak dirinci dan sebagian besar terdiri dari SFA, namun tidak ada perbedaan yang ditemukan antara kedua gula tersebut atau ketika keduanya disajikan secara bersamaan30. Lebih lanjut, Cohn dkk. 41 menunjukkan tidak ada pengaruh penambahan 20% GLU, SUC, FRU dan GAL pada pakan ayam terhadap profil FA masing-masing. Spektrum ini diperoleh dari replikasi teknis dan bukan biologis, yang, seperti dijelaskan oleh penulis, dapat membatasi analisis statistik. Selain itu, kurangnya kontrol iso-gula (menggunakan CEL) membatasi interpretasi hasil. Baru-baru ini, dua penelitian yang dilakukan Nugroho RA et al. menunjukkan anomali dalam spektrum FA42,43. Pada penelitian pertama, Nugroho RA dkk. 43 menguji efek penambahan FRU pada bungkil inti sawit yang difermentasi. Profil FA dari larva yang dihasilkan menunjukkan tingkat PUFA yang sangat tinggi, lebih dari 90% di antaranya berasal dari makanan yang mengandung 10% FRU (mirip dengan penelitian kami). Meskipun pakan ini mengandung pelet ikan kaya PUFA, nilai profil FA yang dilaporkan dari larva pada pakan kontrol yang terdiri dari 100% PCM yang difermentasi tidak konsisten dengan profil yang dilaporkan sebelumnya, khususnya tingkat abnormal C18:3n3 sebesar 17,77 ± 1,67% dan 26,08 ± 0,20% untuk asam linoleat terkonjugasi (C18:2n6t), suatu isomer asam linoleat yang langka. Studi kedua menunjukkan hasil serupa termasuk FRU, GLU, MAL dan SUC42 pada bungkil inti sawit yang difermentasi. Penelitian-penelitian ini, seperti penelitian kami, menyoroti kesulitan serius dalam membandingkan hasil uji coba makanan larva BSF, seperti pilihan kontrol, interaksi dengan sumber nutrisi lain, dan metode analisis FA.
Selama percobaan, kami mengamati bahwa warna dan bau substrat bervariasi tergantung pada pakan yang digunakan. Hal ini menunjukkan bahwa mikroorganisme mungkin berperan dalam hasil yang diamati pada substrat dan sistem pencernaan larva. Faktanya, monosakarida dan disakarida mudah dimetabolisme oleh mikroorganisme yang menjajah. Konsumsi cepat gula larut oleh mikroorganisme dapat mengakibatkan pelepasan sejumlah besar produk metabolisme mikroba seperti etanol, asam laktat, asam lemak rantai pendek (misalnya asam asetat, asam propionat, asam butirat) dan karbon dioksida44. Beberapa senyawa ini mungkin bertanggung jawab atas efek toksik yang mematikan pada larva, yang juga diamati oleh Cohn dkk.41 dalam kondisi perkembangan serupa. Misalnya, etanol berbahaya bagi serangga45. Emisi karbon dioksida dalam jumlah besar dapat mengakibatkan penumpukannya di dasar tangki, yang dapat menghilangkan oksigen di atmosfer jika sirkulasi udara tidak memungkinkan pelepasannya. Mengenai SCFA, pengaruhnya terhadap serangga, terutama H. illucens, masih kurang dipahami, meskipun asam laktat, asam propionat, dan asam butirat telah terbukti mematikan pada Callosobruchus maculatus (Fabricius 1775)46. Pada Drosophila melanogaster Meigen 1830, SCFA ini merupakan penanda penciuman yang memandu betina ke tempat bertelur, sehingga menunjukkan adanya peran yang bermanfaat dalam perkembangan larva47. Namun, asam asetat tergolong zat berbahaya dan dapat menghambat perkembangan larva secara signifikan47. Sebaliknya, laktat yang berasal dari mikroba baru-baru ini ditemukan memiliki efek perlindungan terhadap mikroba usus invasif di Drosophila48. Selain itu, mikroorganisme dalam sistem pencernaan juga berperan dalam pencernaan CH pada serangga49. Efek fisiologis SCFA pada mikrobiota usus, seperti kecepatan makan dan ekspresi gen, telah dijelaskan pada vertebrata50. Mereka mungkin juga memiliki efek trofik pada larva H. illucens dan mungkin berkontribusi terhadap regulasi profil FA. Studi tentang efek nutrisi dari produk fermentasi mikroba ini akan memperjelas efeknya terhadap nutrisi H. illucens dan memberikan dasar untuk penelitian di masa depan mengenai mikroorganisme yang menguntungkan atau merugikan dalam hal perkembangannya dan nilai substrat kaya FA. Dalam hal ini, peran mikroorganisme dalam proses pencernaan serangga yang dibudidayakan secara massal semakin banyak dipelajari. Serangga mulai dipandang sebagai bioreaktor, yang menyediakan kondisi pH dan oksigenasi yang memfasilitasi perkembangan mikroorganisme yang berspesialisasi dalam degradasi atau detoksifikasi nutrisi yang sulit dicerna oleh serangga51 . Baru-baru ini, Xiang dkk.52 menunjukkan bahwa, misalnya, inokulasi sampah organik dengan campuran bakteri memungkinkan CF menarik bakteri yang berspesialisasi dalam degradasi lignoselulosa, sehingga meningkatkan degradasinya dalam substrat dibandingkan dengan substrat tanpa larva.
Terakhir, sehubungan dengan pemanfaatan sampah organik oleh H. illucens, pola makan CEL dan SUC menghasilkan jumlah larva tertinggi per hari. Ini berarti bahwa meskipun berat akhir individu lebih rendah, berat total larva yang dihasilkan pada substrat yang terdiri dari CH yang tidak dapat dicerna sebanding dengan yang diperoleh dari makanan homosakarida yang mengandung monosakarida dan disakarida. Dalam penelitian kami, penting untuk dicatat bahwa tingkat nutrisi lain cukup untuk mendukung pertumbuhan populasi larva dan penambahan CEL harus dibatasi. Namun, komposisi akhir larva berbeda-beda, sehingga menyoroti pentingnya memilih strategi yang tepat untuk memberi nilai tambah pada serangga. Larva CEL yang diberi pakan utuh lebih cocok digunakan sebagai pakan ternak karena kandungan lemaknya lebih rendah dan kadar asam lauratnya lebih rendah, sedangkan larva yang diberi pakan SUC atau MAL memerlukan penghilangan lemak dengan cara ditekan untuk meningkatkan nilai minyaknya, terutama pada biofuel. sektor. LAC ditemukan dalam produk sampingan industri susu seperti whey dari produksi keju. Baru-baru ini, penggunaannya (3,5% laktosa) meningkatkan berat badan akhir larva53. Namun diet kontrol pada penelitian ini mengandung setengah kandungan lipid. Oleh karena itu, efek antinutrisi dari LAC mungkin telah diatasi dengan bioakumulasi lipid makanan oleh larva.
Seperti yang ditunjukkan oleh penelitian sebelumnya, sifat monosakarida dan disakarida secara signifikan mempengaruhi pertumbuhan BSFL dan memodulasi profil FA-nya. Secara khusus, LAC tampaknya memainkan peran antinutrisi selama perkembangan larva dengan membatasi ketersediaan CH untuk penyerapan lipid makanan, sehingga mendorong bioakumulasi UFA. Dalam konteks ini, akan menarik untuk melakukan bioassay menggunakan pakan yang menggabungkan PUFA dan LAC. Lebih lanjut, peran mikroorganisme, khususnya peran metabolit mikroba (seperti SCFA) yang berasal dari proses fermentasi gula, masih menjadi topik penelitian yang layak untuk diselidiki.
Serangga diperoleh dari koloni BSF di Laboratorium Entomologi Fungsional dan Evolusioner yang didirikan pada tahun 2017 di Agro-Bio Tech, Gembloux, Belgia (untuk rincian lebih lanjut mengenai metode pemeliharaan, lihat Hoc dkk. 19). Untuk percobaan eksperimental, 2,0 g telur BSF dikumpulkan secara acak setiap hari dari kandang pembiakan dan diinkubasi dalam 2,0 kg pakan ayam basah 70% (Aveve, Leuven, Belgia). Lima hari setelah menetas, larva dipisahkan dari substrat dan dihitung secara manual untuk keperluan percobaan. Berat awal setiap batch diukur. Rata-rata berat badan individu adalah 7,125 ± 0,41 mg, dan rata-rata untuk setiap perlakuan ditunjukkan pada Tabel Tambahan S2.
Formulasi diet diadaptasi dari penelitian Barragan-Fonseca et al. 38. Singkatnya, kompromi ditemukan antara kualitas pakan yang sama untuk ayam larva, kandungan bahan kering (DM) yang serupa, CH tinggi (10% berdasarkan pakan segar) dan tekstur, karena gula sederhana dan disakarida tidak memiliki sifat tekstur. Menurut informasi produsen (Pakan Ayam, AVEVE, Leuven, Belgia), CH yang diuji (yaitu gula larut) ditambahkan secara terpisah sebagai larutan berair yang diautoklaf (15,9%) ke dalam pakan yang terdiri dari 16,0% protein, 5,0% total lipid, Pakan ayam giling 11,9% terdiri dari abu dan 4,8% serat. Dalam setiap toples 750 ml (17,20 × 11,50 × 6,00 cm, AVA, Tempsee, Belgia), 101,9 g larutan CH yang diautoklaf dicampur dengan 37,8 g pakan ayam. Untuk setiap ransum, kandungan bahan keringnya adalah 37,0%, meliputi protein homogen (11,7%), lipid homogen (3,7%) dan gula homogen (26,9% dari penambahan CH). CH yang diuji adalah glukosa (GLU), fruktosa (FRU), galaktosa (GAL), maltosa (MAL), sukrosa (SUC) dan laktosa (LAC). Makanan kontrol terdiri dari selulosa (CEL), yang dianggap tidak dapat dicerna oleh larva H. illucens 38 . Seratus jentik berumur 5 hari ditempatkan dalam nampan yang dilengkapi penutup, lubang tengahnya berdiameter 1 cm dan ditutup dengan kelambu plastik. Setiap diet diulang empat kali.
Berat larva diukur tiga hari setelah dimulainya percobaan. Untuk setiap pengukuran, 20 larva dikeluarkan dari substrat menggunakan air hangat steril dan tang, dikeringkan, dan ditimbang (STX223, Ohaus Scout, Parsippany, USA). Setelah ditimbang, larva dikembalikan ke tengah substrat. Pengukuran dilakukan secara rutin tiga kali seminggu hingga muncul prepupa pertama. Pada titik ini, kumpulkan, hitung, dan timbang semua larva seperti yang dijelaskan sebelumnya. Pisahkan larva tahap 6 (yaitu, larva putih yang berhubungan dengan tahap larva sebelum tahap prapupa) dan prapupa (yaitu, tahap larva terakhir di mana larva BSF menjadi hitam, berhenti makan, dan mencari lingkungan yang cocok untuk metamorfosis) dan simpan di - 18°C untuk analisis komposisi. Hasil dihitung sebagai rasio total massa serangga (larva dan prapupa tahap 6) yang diperoleh per cawan (g) dengan waktu perkembangan (d). Semua nilai mean dalam teks dinyatakan sebagai: mean ± SD.
Semua langkah selanjutnya menggunakan pelarut (heksana (Hex), kloroform (CHCl3), metanol (MeOH)) dilakukan di bawah lemari asam dan diharuskan memakai sarung tangan nitril, celemek, dan kacamata pengaman.
Larva putih dikeringkan dalam pengering beku FreeZone6 (Labconco Corp., Kansas City, MO, USA) selama 72 jam dan kemudian digiling (IKA A10, Staufen, Jerman). Total lipid diekstraksi dari ±1 g bubuk menggunakan metode Folch 54. Kadar air sisa dari setiap sampel yang diliofilisasi ditentukan dalam rangkap dua menggunakan penganalisis kelembaban (MA 150, Sartorius, Göttiggen, Jerman) untuk mengoreksi total lipid.
Total lipid ditransesterifikasi dalam kondisi asam untuk mendapatkan metil ester asam lemak. Secara singkat, sekitar 10 mg lipid/100 µl larutan CHCl3 (100 µl) diuapkan dengan nitrogen dalam tabung Pyrex© 8 ml (SciLabware – DWK Life Sciences, London, UK). Tabung ditempatkan dalam Hex (0,5 ml) (PESTINORM®SUPRATRACE n-Hexane > 95% untuk analisis jejak organik, VWR Chemicals, Radnor, PA, USA) dan larutan Hex/MeOH/BF3 (20/25/55) (0,5 ml) dalam penangas air pada suhu 70 °C selama 90 menit. Setelah pendinginan, ditambahkan larutan H2SO4 encer 10% (0,2 ml) dan larutan NaCl jenuh (0,5 ml). Campur tabung dan isi campuran dengan Hex bersih (8,0 mL). Sebagian fase atas dipindahkan ke botol dan dianalisis dengan kromatografi gas dengan detektor ionisasi nyala (GC-FID). Sampel dianalisis menggunakan Trace GC Ultra (Thermo Scientific, Waltham, MA, USA) yang dilengkapi dengan injektor split/splitless (240 °C) dalam mode split (aliran split: 10 mL/mnt), kolom Stabilwax®-DA ( 30 m, id 0,25 mm, 0,25 μm, Restek Corp., Bellefonte, PA, USA) dan FID (250 °C). Program suhu diatur sebagai berikut: 50 °C selama 1 menit, meningkat menjadi 150 °C pada 30 °C/menit, meningkat menjadi 240 °C pada 4 °C/menit dan dilanjutkan pada 240 °C selama 5 menit. Hex digunakan sebagai blanko dan standar referensi yang mengandung 37 metil ester asam lemak (Supelco 37-komponen FAMEmix, Sigma-Aldrich, Overijse, Belgia) digunakan untuk identifikasi. Identifikasi asam lemak tak jenuh (UFA) dikonfirmasi oleh GC dua dimensi komprehensif (GC×GC-FID) dan keberadaan isomer ditentukan secara akurat dengan sedikit adaptasi dari metode Ferrara et al. 55. Detail instrumen dapat ditemukan pada Tabel Tambahan S3 dan hasilnya pada Gambar Tambahan S5.
Data disajikan dalam format spreadsheet Excel (Microsoft Corporation, Redmond, WA, USA). Analisis statistik dilakukan menggunakan R Studio (versi 2023.12.1+402, Boston, USA) 56 . Data mengenai berat larva, waktu perkembangan dan produktivitas diperkirakan menggunakan model linier (LM) (perintah “lm”, paket R “stats” 56 ) karena sesuai dengan distribusi Gaussian. Tingkat kelangsungan hidup menggunakan analisis model binomial diperkirakan menggunakan model linier umum (GLM) (perintah “glm”, paket R “lme4” 57). Normalitas dan homoskedastisitas dikonfirmasi menggunakan uji Shapiro (perintah “shapiro.test”, paket R “stats” 56) dan analisis varians data (perintah betadisper, paket R “vegan” 58). Setelah analisis berpasangan nilai p signifikan (p <0,05) dari uji LM atau GLM, perbedaan signifikan antar kelompok dideteksi menggunakan uji EMM (perintah “emmeans”, paket R “emmeans” 59).
Spektrum FA lengkap dibandingkan dengan menggunakan analisis varians permutasi multivariat (yaitu permMANOVA; perintah “adonis2”, paket R “vegan” 58) menggunakan matriks jarak Euclidean dan 999 permutasi. Ini membantu mengidentifikasi asam lemak yang dipengaruhi oleh sifat karbohidrat makanan. Perbedaan signifikan dalam profil FA dianalisis lebih lanjut menggunakan perbandingan berpasangan. Data kemudian divisualisasikan menggunakan analisis komponen utama (PCA) (perintah “PCA”, paket R “FactoMineR” 60). FA yang bertanggung jawab atas perbedaan ini diidentifikasi dengan menafsirkan lingkaran korelasi. Kandidat ini dikonfirmasi menggunakan analisis varians satu arah (ANOVA) (perintah “aov”, paket R “stats” 56 ) diikuti dengan uji post hoc Tukey (perintah TukeyHSD, paket R “stats” 56 ). Sebelum analisis, normalitas dinilai menggunakan uji Shapiro-Wilk, homoskedastisitas diperiksa menggunakan uji Bartlett (perintah “bartlett.test”, paket R “stats” 56), dan metode nonparametrik digunakan jika tidak satu pun dari dua asumsi terpenuhi. . Analisis dibandingkan (perintah “kruskal.test”, paket R “stats” 56 ), dan kemudian tes post hoc Dunn diterapkan (perintah dunn.test, paket R “dunn.test” 56 ).
Versi final naskah diperiksa menggunakan Grammarly Editor sebagai korektor bahasa Inggris (Grammarly Inc., San Francisco, California, USA) 61 .
Kumpulan data yang dihasilkan dan dianalisis selama penelitian ini tersedia dari penulis terkait berdasarkan permintaan yang masuk akal.
Kim, SW, dkk. Memenuhi permintaan global akan protein pakan: tantangan, peluang, dan strategi. Sejarah Biosains Hewan 7, 221–243 (2019).
Caparros Megido, R., dkk. Tinjauan status dan prospek produksi serangga yang dapat dimakan dunia. entomol. Kejadian 44, (2024).
Rehman, K.ur, dkk. Lalat tentara hitam (Hermetia illucens) sebagai alat yang berpotensi inovatif dan ramah lingkungan untuk pengelolaan sampah organik: Tinjauan singkat. Penelitian Pengelolaan Sampah 41, 81–97 (2023).
Skala, A., dkk. Substrat pemeliharaan mempengaruhi pertumbuhan dan status makronutrien larva lalat tentara hitam yang diproduksi secara industri. Sains. Rep.10, 19448 (2020).
Shu, MK, dkk. Sifat antimikroba ekstrak minyak dari larva lalat tentara hitam yang dipelihara pada remah roti. Ilmu Pangan Hewan, 64, (2024).
Schmitt, E. dan de Vries, W. (2020). Potensi manfaat penggunaan kotoran lalat prajurit hitam sebagai bahan pembenah tanah untuk produksi pangan dan mengurangi dampak terhadap lingkungan. Pendapat saat ini. Keberlanjutan Hijau. 25, 100335 (2020).
Franco A.dkk. Lipid lalat tentara hitam—sumber yang inovatif dan berkelanjutan. Pembangunan Berkelanjutan, Jil. 13, (2021).
Van Huis, A. Serangga sebagai makanan dan pakan, bidang pertanian yang sedang berkembang: tinjauan. J. Pakan Serangga 6, 27–44 (2020).
Kachor, M., Bulak, P., Prots-Petrikha, K., Kirichenko-Babko, M., dan Beganovsky, A. Berbagai kegunaan lalat tentara hitam dalam industri dan pertanian – sebuah tinjauan. Biologi 12, (2023).
Hock, B., Noel, G., Carpentier, J., Francis, F., dan Caparros Megido, R. Optimasi perbanyakan buatan Hermetia illucens. PLOS SATU 14, (2019).
Waktu posting: 25 Des-2024