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L’allevamento di insetti è un potenziale modo per soddisfare la crescente domanda globale di proteine ed è una nuova attività nel mondo occidentale, dove rimangono molte domande sulla qualità e la sicurezza dei prodotti. Gli insetti possono svolgere un ruolo importante nell’economia circolare convertendo i rifiuti organici in preziosa biomassa. Circa la metà del substrato alimentare per i vermi della farina proviene da mangime umido. Questo può essere ottenuto dai rifiuti organici, rendendo l’allevamento di insetti più sostenibile. Questo articolo riporta la composizione nutrizionale dei vermi della farina (Tenebrio molitor) alimentati con integratori organici provenienti da sottoprodotti. Tra questi figurano le verdure invendute, le patate a fette, le radici di cicoria fermentate e le foglie dell'orto. Viene valutato analizzando la composizione approssimativa, il profilo degli acidi grassi, il contenuto di minerali e metalli pesanti. I vermi della farina alimentati con fette di patate avevano un contenuto di grassi doppio e un aumento di acidi grassi saturi e monoinsaturi. L'utilizzo della radice di cicoria fermentata aumenta il contenuto di minerali e accumula metalli pesanti. Inoltre, l'assorbimento dei minerali da parte dei vermi della farina è selettivo, poiché aumentano solo le concentrazioni di calcio, ferro e manganese. L'aggiunta di miscele di verdure o foglie dell'orto alla dieta non modificherà in modo significativo il profilo nutrizionale. In conclusione, il flusso di sottoprodotti è stato convertito con successo in una biomassa ricca di proteine, il cui contenuto di nutrienti e la cui biodisponibilità hanno influenzato la composizione dei vermi della farina.
Si prevede che la crescente popolazione umana raggiungerà i 9,7 miliardi entro il 20501, mettendo sotto pressione la nostra produzione alimentare per far fronte all’elevata domanda di cibo. Si stima che la domanda alimentare aumenterà del 70-80% tra il 2012 e il 20503,4,5. Le risorse naturali utilizzate nell’attuale produzione alimentare si stanno esaurendo, minacciando i nostri ecosistemi e le scorte alimentari. Inoltre, grandi quantità di biomassa vengono sprecate in relazione alla produzione e al consumo alimentare. Si stima che entro il 2050 il volume annuo globale di rifiuti raggiungerà i 27 miliardi di tonnellate, la maggior parte dei quali sono rifiuti organici6,7,8. In risposta a queste sfide, sono state proposte soluzioni innovative, alternative alimentari e sviluppo sostenibile dell’agricoltura e dei sistemi alimentari9,10,11. Uno di questi approcci consiste nell'utilizzare residui organici per produrre materie prime come insetti commestibili come fonti sostenibili di alimenti e mangimi12,13. L’allevamento di insetti produce minori emissioni di gas serra e ammoniaca, richiede meno acqua rispetto alle fonti proteiche tradizionali e può essere prodotto in sistemi di agricoltura verticale, che richiedono meno spazio14,15,16,17,18,19. Gli studi hanno dimostrato che gli insetti sono in grado di convertire i rifiuti organici di scarso valore in preziosa biomassa ricca di proteine con un contenuto di sostanza secca fino al 70%20,21,22. Inoltre, la biomassa di scarso valore viene attualmente utilizzata per la produzione di energia, la discarica o il riciclaggio e pertanto non compete con l’attuale settore alimentare e dei mangimi23,24,25,26. Il verme della farina (T. molitor)27 è considerato una delle specie più promettenti per la produzione di alimenti e mangimi su larga scala. Sia le larve che gli adulti si nutrono di una varietà di materiali come prodotti a base di cereali, rifiuti animali, verdure, frutta, ecc. 28,29. Nelle società occidentali, il T. molitor viene allevato in cattività su piccola scala, principalmente come mangime per animali domestici come uccelli o rettili. Attualmente, il loro potenziale nella produzione di alimenti e mangimi riceve maggiore attenzione30,31,32. Ad esempio, il T. molitor è stato approvato con un nuovo profilo alimentare, compreso l'uso in forme congelate, essiccate e in polvere (regolamento (UE) n. 258/97 e regolamento (UE) 2015/2283) 33. Tuttavia, la produzione su larga scala di insetti per alimenti e mangimi è ancora un concetto relativamente nuovo nei paesi occidentali. L’industria si trova ad affrontare sfide quali lacune nelle conoscenze relative a diete e produzione ottimali, qualità nutrizionale del prodotto finale e problemi di sicurezza come l’accumulo di sostanze tossiche e i rischi microbici. A differenza dell’allevamento tradizionale del bestiame, l’allevamento di insetti non ha un track record storico simile17,24,25,34.
Sebbene siano stati condotti numerosi studi sul valore nutrizionale dei vermi della farina, i fattori che influenzano il loro valore nutrizionale non sono stati ancora completamente compresi. Studi precedenti hanno dimostrato che la dieta degli insetti può avere qualche effetto sulla sua composizione, ma non è stato trovato alcun modello chiaro. Inoltre, questi studi si sono concentrati sulle componenti proteiche e lipidiche dei vermi della farina, ma hanno avuto effetti limitati sui componenti minerali21,22,32,35,36,37,38,39,40. Sono necessarie ulteriori ricerche per comprendere la capacità di assorbimento dei minerali. Uno studio recente ha concluso che le larve di vermi della farina alimentate con ravanello avevano concentrazioni leggermente elevate di alcuni minerali. Tuttavia, questi risultati sono limitati al substrato testato e sono necessari ulteriori test industriali41. È stato riportato che l'accumulo di metalli pesanti (Cd, Pb, Ni, As, Hg) nei vermi della farina è significativamente correlato al contenuto di metalli della matrice. Sebbene le concentrazioni di metalli presenti nella dieta dei mangimi animali siano inferiori ai limiti legali42, è stato riscontrato che anche l'arsenico si bioaccumula nelle larve dei vermi della farina, mentre il cadmio e il piombo non si bioaccumulano43. Comprendere gli effetti della dieta sulla composizione nutrizionale dei vermi della farina è fondamentale per il loro utilizzo sicuro negli alimenti e nei mangimi.
Lo studio presentato in questo documento si concentra sull’impatto dell’utilizzo di sottoprodotti agricoli come fonte di mangime umido sulla composizione nutrizionale dei vermi della farina. Oltre al mangime secco, alle larve dovrebbe essere fornito anche mangime umido. La fonte di mangime umido fornisce l'umidità necessaria e funge anche da integratore nutrizionale per i vermi della farina, aumentandone il tasso di crescita e il peso corporeo massimo44,45. Secondo i nostri dati standard sull'allevamento dei vermi della farina nel progetto Interreg-Valusect, il mangime totale dei vermi della farina contiene il 57% p/p di mangime umido. Di solito, le verdure fresche (ad esempio le carote) vengono utilizzate come fonte di mangime umido35,36,42,44,46. L’utilizzo di sottoprodotti di basso valore come fonti di mangime umido porterà vantaggi più sostenibili ed economici all’allevamento degli insetti17. Gli obiettivi di questo studio erano (1) studiare gli effetti dell'utilizzo dei rifiuti organici come mangime umido sulla composizione nutrizionale dei vermi della farina, (2) determinare il contenuto di macro e micronutrienti delle larve di vermi della farina allevate su rifiuti organici ricchi di minerali per testare la fattibilità di fortificazione minerale e (3) valutare la sicurezza di questi sottoprodotti nell'allevamento di insetti analizzando la presenza e l'accumulo di metalli pesanti Pb, Cd e Cr. Questo studio fornirà ulteriori informazioni sugli effetti dell'integrazione dei rifiuti organici sulle diete delle larve dei vermi della farina, sul valore nutrizionale e sulla sicurezza.
Il contenuto di sostanza secca nel flusso laterale era maggiore rispetto all'agar nutriente umido di controllo. Il contenuto di sostanza secca nelle miscele di verdure e nelle foglie dell'orto era inferiore al 10%, mentre era più elevato nelle talee di patate e nelle radici di cicoria fermentate (13,4 e 29,9 g/100 g di sostanza fresca, FM).
La miscela vegetale aveva un contenuto più elevato di ceneri grezze, grassi e proteine e un contenuto inferiore di carboidrati non fibrosi rispetto al mangime di controllo (agar), mentre il contenuto di fibre con detergente neutro trattato con amilasi era simile. Il contenuto di carboidrati delle fette di patate era il più alto di tutti i flussi collaterali ed era paragonabile a quello dell'agar. Nel complesso, la sua composizione grezza era molto simile al mangime di controllo, ma era integrata con piccole quantità di proteine (4,9%) e ceneri grezze (2,9%) 47,48. Il pH della patata varia da 5 a 6 e vale la pena notare che questo flusso laterale della patata è più acido (4,7). La radice di cicoria fermentata è ricca di ceneri ed è la più acida di tutte le correnti secondarie. Poiché le radici non sono state pulite, si prevede che la maggior parte della cenere sia costituita da sabbia (silice). Le foglie del giardino erano l'unico prodotto alcalino rispetto al controllo e ad altri flussi secondari. Contiene alti livelli di ceneri e proteine e carboidrati molto più bassi rispetto al controllo. La composizione grezza è quella più vicina alla radice di cicoria fermentata, ma la concentrazione di proteina grezza è maggiore (15,0%), paragonabile al contenuto proteico della miscela vegetale. L'analisi statistica dei dati di cui sopra ha mostrato differenze significative nella composizione del grezzo e nel pH dei flussi laterali.
L'aggiunta di miscele vegetali o foglie di giardino al mangime per vermi della farina non ha influenzato la composizione della biomassa delle larve di vermi della farina rispetto al gruppo di controllo (Tabella 1). L’aggiunta di talee di patate ha prodotto la differenza più significativa nella composizione della biomassa rispetto al gruppo di controllo che ha ricevuto larve di vermi della farina e altre fonti di mangime umido. Per quanto riguarda il contenuto proteico dei vermi della farina, ad eccezione dei ritagli di patate, la diversa composizione approssimativa dei flussi laterali non ha influenzato il contenuto proteico delle larve. L'alimentazione di talee di patate come fonte di umidità ha portato ad un duplice aumento del contenuto di grassi delle larve e ad una diminuzione del contenuto di proteine, chitina e carboidrati non fibrosi. La radice di cicoria fermentata ha aumentato di una volta e mezza il contenuto di ceneri delle larve dei vermi della farina.
I profili minerali sono stati espressi come contenuto di macrominerali (Tabella 2) e micronutrienti (Tabella 3) nel mangime umido e nella biomassa larvale delle vermi della farina.
In generale, i flussi secondari agricoli erano più ricchi di macrominerali rispetto al gruppo di controllo, ad eccezione delle talee di patate, che avevano contenuti inferiori di Mg, Na e Ca. La concentrazione di potassio era elevata in tutti i flussi laterali rispetto al controllo. L'agar contiene 3 mg/100 g di K DM, mentre la concentrazione di K nel flusso laterale variava da 1.070 a 9.909 mg/100 g di DM. Il contenuto di macrominerali nella miscela vegetale era significativamente più alto rispetto al gruppo di controllo, ma il contenuto di Na era significativamente più basso (88 contro 111 mg/100 g DM). La concentrazione di macrominerali nelle talee di patata era la più bassa di tutti i flussi laterali. Il contenuto di macrominerali nelle talee di patata era significativamente inferiore rispetto ad altri flussi secondari e al controllo. Tranne che il contenuto di Mg era paragonabile a quello del gruppo di controllo. Sebbene la radice di cicoria fermentata non avesse la più alta concentrazione di macrominerali, il contenuto di ceneri di questo flusso laterale era il più alto di tutti i flussi laterali. Ciò potrebbe essere dovuto al fatto che non sono purificati e possono contenere elevate concentrazioni di silice (sabbia). I contenuti di Na e Ca erano paragonabili a quelli della miscela vegetale. La radice di cicoria fermentata conteneva la più alta concentrazione di Na tra tutti i flussi collaterali. Ad eccezione del Na, le foglie orticole presentavano la più alta concentrazione di macrominerali tra tutti i foraggi umidi. La concentrazione di K (9909 mg/100 g ss) era tremila volte superiore a quella del controllo (3 mg/100 g ss) e 2,5 volte superiore a quella della miscela vegetale (4057 mg/100 g ss). Il contenuto di Ca era il più alto tra tutti i flussi collaterali (7276 mg/100 g DM), 20 volte superiore al controllo (336 mg/100 g DM) e 14 volte superiore alla concentrazione di Ca nelle radici di cicoria fermentate o nella miscela vegetale ( 530 e 496 mg/100 g ss).
Sebbene vi fossero differenze significative nella composizione macrominerale delle diete (Tabella 2), non sono state riscontrate differenze significative nella composizione macrominerale dei vermi della farina allevati con miscele vegetali e con diete di controllo.
Le larve alimentate con briciole di patate avevano concentrazioni significativamente più basse di tutti i macrominerali rispetto al controllo, ad eccezione di Na, che aveva concentrazioni comparabili. Inoltre, l’alimentazione con patatine fritte ha causato la maggiore riduzione del contenuto di macrominerali larvali rispetto agli altri flussi laterali. Ciò è coerente con la minore quantità di ceneri osservata nelle vicine formulazioni di vermi della farina. Tuttavia, sebbene P e K fossero significativamente più alti in questa dieta umida rispetto agli altri sidestream e al controllo, la composizione larvale non rifletteva ciò. Le basse concentrazioni di Ca e Mg riscontrate nella biomassa dei vermi della farina possono essere correlate alle basse concentrazioni di Ca e Mg presenti nella dieta umida stessa.
L'alimentazione con radici di cicoria fermentate e foglie di frutteto ha prodotto livelli di calcio significativamente più elevati rispetto ai controlli. Le foglie del frutteto contenevano i livelli più alti di P, Mg, K e Ca di tutte le diete umide, ma questo non si rifletteva nella biomassa dei vermi della farina. Le concentrazioni di Na erano più basse in queste larve, mentre le concentrazioni di Na erano più alte nelle foglie del frutteto rispetto alle talee di patata. Il contenuto di Ca è aumentato nelle larve (66 mg/100 g DM), ma le concentrazioni di Ca non erano così elevate come quelle nella biomassa dei vermi della farina (79 mg/100 g DM) negli esperimenti sulle radici di cicoria fermentate, sebbene la concentrazione di Ca nelle colture fogliari del frutteto fosse 14 volte superiore a quello della radice di cicoria.
Sulla base della composizione di microelementi degli alimenti umidi (Tabella 3), la composizione minerale della miscela vegetale era simile a quella del gruppo di controllo, tranne per il fatto che la concentrazione di Mn era significativamente inferiore. Le concentrazioni di tutti i microelementi analizzati erano inferiori nei tagli di patate rispetto al controllo e ad altri sottoprodotti. La radice di cicoria fermentata conteneva quasi 100 volte più ferro, 4 volte più rame, 2 volte più zinco e circa la stessa quantità di manganese. Il contenuto di zinco e manganese nelle foglie delle colture da giardino era significativamente più alto rispetto al gruppo di controllo.
Non sono state riscontrate differenze significative tra il contenuto di oligoelementi delle larve alimentate con la dieta di controllo, con la miscela di verdure e con gli scarti di patate umide. Tuttavia, il contenuto di Fe e Mn delle larve alimentate con la dieta a base di radice di cicoria fermentata era significativamente diverso da quello dei vermi della farina alimentati con il gruppo di controllo. L'aumento del contenuto di Fe potrebbe essere dovuto all'aumento di cento volte della concentrazione di oligoelementi nella stessa dieta umida. Tuttavia, sebbene non vi fosse alcuna differenza significativa nelle concentrazioni di Mn tra le radici di cicoria fermentate e il gruppo di controllo, i livelli di Mn aumentavano nelle larve alimentate con radici di cicoria fermentate. Va inoltre notato che la concentrazione di Mn era più elevata (3 volte) nella dieta a foglie umide della dieta orticola rispetto al controllo, ma non vi era alcuna differenza significativa nella composizione della biomassa dei vermi della farina. L’unica differenza tra le foglie di controllo e quelle da orticoltura era il contenuto di Cu, che era più basso nelle foglie.
La tabella 4 mostra le concentrazioni di metalli pesanti presenti nei substrati. Le concentrazioni massime europee di Pb, Cd e Cr nei mangimi completi per animali sono state convertite in mg/100 g di sostanza secca e aggiunte alla Tabella 4 per facilitare il confronto con le concentrazioni riscontrate nei corsi d'acqua laterali47.
Non è stato rilevato Pb nei mangimi umidi di controllo, nelle miscele vegetali o nelle crusche di patate, mentre le foglie del giardino contenevano 0,002 mg Pb/100 g DM e le radici di cicoria fermentate contenevano la concentrazione più alta di 0,041 mg Pb/100 g DM. Le concentrazioni di C nei mangimi di controllo e nelle foglie del giardino erano comparabili (0,023 e 0,021 mg/100 g ss), mentre erano inferiori nelle miscele vegetali e nelle crusche di patate (0,004 e 0,007 mg/100 g ss). Rispetto agli altri substrati, la concentrazione di Cr nelle radici di cicoria fermentate era significativamente più alta (0,135 mg/100 g di SS) e sei volte più alta rispetto al mangime di controllo. Il cadmio non è stato rilevato né nel flusso di controllo né in nessuno dei flussi laterali utilizzati.
Livelli significativamente più alti di Pb e Cr sono stati trovati nelle larve alimentate con radici di cicoria fermentate. Tuttavia, il cadmio non è stato rilevato in nessuna larve di vermi della farina.
È stata effettuata un'analisi qualitativa degli acidi grassi nel grasso grezzo per determinare se il profilo degli acidi grassi delle larve di vermi della farina potesse essere influenzato dai diversi componenti del flusso laterale con cui venivano alimentate. La distribuzione di questi acidi grassi è mostrata nella Tabella 5. Gli acidi grassi sono elencati in base al nome comune e alla struttura molecolare (designata come “Cx:y”, dove x corrisponde al numero di atomi di carbonio e y al numero di legami insaturi ).
Il profilo degli acidi grassi dei vermi della farina alimentati con brandelli di patate era significativamente alterato. Contengono quantità significativamente più elevate di acido miristico (C14:0), acido palmitico (C16:0), acido palmitoleico (C16:1) e acido oleico (C18:1). Le concentrazioni di acido pentadecanoico (C15:0), acido linoleico (C18:2) e acido linolenico (C18:3) erano significativamente inferiori rispetto ad altri vermi della farina. Rispetto ad altri profili di acidi grassi, il rapporto tra C18:1 e C18:2 era invertito nelle patate tritate. I vermi della farina alimentati con foglie orticole contenevano quantità maggiori di acido pentadecanoico (C15:0) rispetto ai vermi della farina alimentati con altre diete umide.
Gli acidi grassi si dividono in acidi grassi saturi (SFA), acidi grassi monoinsaturi (MUFA) e acidi grassi polinsaturi (PUFA). La tabella 5 mostra le concentrazioni di questi gruppi di acidi grassi. Nel complesso, i profili degli acidi grassi dei vermi della farina alimentati con gli scarti di patate erano significativamente diversi dal controllo e da altri flussi collaterali. Per ciascun gruppo di acidi grassi, i vermi della farina alimentati con patatine erano significativamente diversi da tutti gli altri gruppi. Contenevano più SFA e MUFA e meno PUFA.
Non sono state riscontrate differenze significative tra il tasso di sopravvivenza e il peso totale della resa delle larve allevate su substrati diversi. Il tasso di sopravvivenza medio complessivo è stato del 90% e il peso medio totale della resa è stato di 974 grammi. I vermi della farina elaborano con successo i sottoprodotti come fonte di mangime umido. Il mangime umido dei vermi della farina rappresenta più della metà del peso totale del mangime (secco + umido). La sostituzione delle verdure fresche con sottoprodotti agricoli come mangime umido tradizionale presenta vantaggi economici e ambientali per l’allevamento delle vermi della farina.
La tabella 1 mostra che la composizione della biomassa delle larve di vermi della farina allevate con la dieta di controllo era circa 72% di umidità, 5% di ceneri, 19% di lipidi, 51% di proteine, 8% di chitina e 18% di sostanza secca sotto forma di carboidrati non fibrosi. Questo è confrontabile con i valori riportati in letteratura.48,49 Tuttavia, in letteratura si possono trovare altri componenti, spesso a seconda del metodo analitico utilizzato. Ad esempio, abbiamo utilizzato il metodo Kjeldahl per determinare il contenuto di proteine grezze con un rapporto N/P di 5,33, mentre altri ricercatori utilizzano il rapporto più ampiamente utilizzato di 6,25 per campioni di carne e mangimi.50,51
L'aggiunta di scarti di patate (una dieta umida ricca di carboidrati) alla dieta ha comportato un raddoppio del contenuto di grassi dei vermi della farina. Si prevede che il contenuto di carboidrati della patata sia costituito principalmente da amido, mentre l'agar contiene zuccheri (polisaccaridi)47,48. Questa scoperta è in contrasto con un altro studio che ha scoperto che il contenuto di grassi diminuiva quando i vermi della farina venivano alimentati con una dieta integrata con patate sbucciate a vapore a basso contenuto di proteine (10,7%) e ad alto contenuto di amido (49,8%)36. Quando la sansa di oliva è stata aggiunta alla dieta, il contenuto di proteine e carboidrati dei vermi della farina corrispondeva a quello della dieta umida, mentre il contenuto di grassi è rimasto invariato35. Al contrario, altri studi hanno dimostrato che il contenuto proteico delle larve allevate in corsi d'acqua laterali subisce cambiamenti fondamentali, così come il contenuto di grassi22,37.
La radice di cicoria fermentata ha aumentato significativamente il contenuto di ceneri delle larve dei vermi della farina (Tabella 1). La ricerca sugli effetti dei sottoprodotti sulle ceneri e sulla composizione minerale delle larve dei vermi della farina è limitata. La maggior parte degli studi sull'alimentazione dei sottoprodotti si sono concentrati sul contenuto di grassi e proteine delle larve senza analizzare il contenuto di ceneri21,35,36,38,39. Tuttavia, quando è stato analizzato il contenuto di ceneri delle larve alimentate con i sottoprodotti, è stato riscontrato un aumento del contenuto di ceneri. Ad esempio, l’alimentazione dei vermi della farina con i rifiuti del giardino ha aumentato il loro contenuto di ceneri dal 3,01% al 5,30%, e l’aggiunta degli scarti di anguria alla dieta ha aumentato il contenuto di ceneri dall’1,87% al 4,40%.
Sebbene tutte le fonti di cibo umido variassero significativamente nella loro composizione approssimativa (Tabella 1), le differenze nella composizione della biomassa delle larve di vermi della farina alimentate con le rispettive fonti di cibo umido erano minori. Solo le larve dei vermi della farina alimentate con pezzi di patate o radice di cicoria fermentata hanno mostrato cambiamenti significativi. Una possibile spiegazione per questo risultato è che oltre alle radici della cicoria, anche i pezzi di patata sono stati parzialmente fermentati (pH 4,7, Tabella 1), rendendo l'amido/carboidrati più digeribile/disponibile per le larve dei vermi della farina. Il modo in cui le larve dei vermi della farina sintetizzano i lipidi da sostanze nutritive come i carboidrati è di grande interesse e dovrebbe essere esplorato a fondo in studi futuri. Uno studio precedente sull'effetto del pH della dieta umida sulla crescita delle larve dei vermi della farina ha concluso che non sono state osservate differenze significative quando si utilizzano blocchi di agar con diete umide in un intervallo di pH compreso tra 3 e 9. Ciò indica che le diete umide fermentate possono essere utilizzate per la coltura di Tenebrio molitor53. Similmente a Coudron et al.53, gli esperimenti di controllo hanno utilizzato blocchi di agar nelle diete umide fornite perché carenti di minerali e sostanze nutritive. Il loro studio non ha esaminato l’effetto di fonti dietetiche umide più diversificate dal punto di vista nutrizionale, come verdure o patate, sul miglioramento della digeribilità o della biodisponibilità. Sono necessari ulteriori studi sugli effetti della fermentazione delle fonti dietetiche umide sulle larve dei vermi della farina per esplorare ulteriormente questa teoria.
La distribuzione minerale della biomassa di controllo dei vermi della farina trovata in questo studio (Tabelle 2 e 3) è paragonabile alla gamma di macro e micronutrienti presenti in letteratura48,54,55. Fornire ai vermi della farina radice di cicoria fermentata come fonte di dieta umida massimizza il loro contenuto di minerali. Sebbene la maggior parte dei macro e micronutrienti fossero più elevati nelle miscele di verdure e nelle foglie del giardino (Tabelle 2 e 3), essi non hanno influenzato il contenuto minerale della biomassa delle vermi della farina nella stessa misura delle radici di cicoria fermentate. Una possibile spiegazione è che i nutrienti contenuti nelle foglie alcaline del giardino sono meno biodisponibili rispetto a quelli presenti nelle altre diete umide, più acide (Tabella 1). Precedenti studi hanno alimentato le larve dei vermi della farina con paglia di riso fermentata e hanno scoperto che si sviluppavano bene in questo flusso laterale e hanno anche dimostrato che il pretrattamento del substrato mediante fermentazione induceva l'assorbimento dei nutrienti. 56 L'uso di radici di cicoria fermentate ha aumentato il contenuto di Ca, Fe e Mn della biomassa dei vermi della farina. Sebbene questo flusso secondario contenesse anche concentrazioni più elevate di altri minerali (P, Mg, K, Na, Zn e Cu), questi minerali non erano significativamente più abbondanti nella biomassa dei vermi della farina rispetto al controllo, indicando selettività nell’assorbimento dei minerali. L’aumento del contenuto di questi minerali nella biomassa dei vermi della farina ha un valore nutrizionale per scopi alimentari e mangimi. Il calcio è un minerale essenziale che svolge un ruolo fondamentale nella funzione neuromuscolare e in molti processi mediati da enzimi come la coagulazione del sangue e la formazione di ossa e denti. 57,58 La carenza di ferro è un problema comune nei paesi in via di sviluppo, poiché bambini, donne e anziani spesso non assumono abbastanza ferro dalla loro dieta. 54 Sebbene il manganese sia un elemento essenziale nella dieta umana e svolga un ruolo centrale nel funzionamento di molti enzimi, un'assunzione eccessiva può essere tossica. Livelli più elevati di manganese nei vermi della farina alimentati con radice di cicoria fermentata non erano preoccupanti ed erano paragonabili a quelli dei polli. 59
Le concentrazioni di metalli pesanti trovate nel flusso laterale erano inferiori agli standard europei per l'alimentazione animale completa. L'analisi dei metalli pesanti sulle larve di vermi della farina ha mostrato che i livelli di Pb e Cr erano significativamente più alti nei vermi della farina alimentati con radice di cicoria fermentata rispetto al gruppo di controllo e ad altri substrati (Tabella 4). Le radici della cicoria crescono nel terreno e sono note per assorbire i metalli pesanti, mentre gli altri flussi secondari provengono dalla produzione alimentare umana controllata. Anche i vermi della farina alimentati con radice di cicoria fermentata contenevano livelli più elevati di Pb e Cr (Tabella 4). I fattori di bioaccumulo calcolati (BAF) erano 2,66 per Pb e 1,14 per Cr, cioè maggiori di 1, indicando che i vermi della farina hanno la capacità di accumulare metalli pesanti. Per quanto riguarda il Pb, l’UE fissa un contenuto massimo di Pb pari a 0,10 mg per chilogrammo di carne fresca destinata al consumo umano61. In una valutazione dei dati sperimentali, la concentrazione massima di Pb riscontrata nei vermi della radice di cicoria fermentata era di 0,11 mg/100 g di DM. Quando il valore è stato ricalcolato su un contenuto di sostanza secca del 30,8% per questi vermi della farina, il contenuto di Pb era di 0,034 mg/kg di sostanza fresca, che era inferiore al livello massimo di 0,10 mg/kg. Nessun contenuto massimo di Cr è specificato nelle normative alimentari europee. Il cromo si trova comunemente nell'ambiente, nei prodotti alimentari e negli additivi alimentari ed è noto per essere un nutriente essenziale per l'uomo in piccole quantità62,63,64. Queste analisi (Tabella 4) indicano che le larve di T. molitor possono accumulare metalli pesanti quando questi sono presenti nella dieta. Tuttavia, i livelli di metalli pesanti riscontrati nella biomassa dei vermi della farina in questo studio sono considerati sicuri per il consumo umano. Si raccomanda un monitoraggio regolare e attento quando si utilizzano flussi laterali che possono contenere metalli pesanti come fonte di alimentazione umida per T. molitor.
Gli acidi grassi più abbondanti nella biomassa totale delle larve di T. molitor erano l'acido palmitico (C16:0), l'acido oleico (C18:1) e l'acido linoleico (C18:2) (Tabella 5), in linea con studi precedenti su T. molitor. I risultati dello spettro degli acidi grassi sono coerenti36,46,50,65. Il profilo degli acidi grassi di T. molitor è generalmente costituito da cinque componenti principali: acido oleico (C18:1), acido palmitico (C16:0), acido linoleico (C18:2), acido miristico (C14:0) e acido stearico. (C18:0). Si ritiene che l'acido oleico sia l'acido grasso più abbondante (30–60%) nelle larve dei vermi della farina, seguito dall'acido palmitico e dall'acido linoleico22,35,38,39. Studi precedenti hanno dimostrato che questo profilo di acidi grassi è influenzato dalla dieta delle larve della farina, ma le differenze non seguono le stesse tendenze della dieta38. Rispetto ad altri profili di acidi grassi, il rapporto C18:1–C18:2 nelle bucce di patate è invertito. Risultati simili sono stati ottenuti per i cambiamenti nel profilo degli acidi grassi dei vermi della farina alimentati con bucce di patate cotte al vapore36. Questi risultati indicano che, sebbene il profilo degli acidi grassi dell’olio di vermi della farina possa essere alterato, rimane comunque una ricca fonte di acidi grassi insaturi.
Lo scopo di questo studio era di valutare l'effetto dell'utilizzo di quattro diversi flussi di rifiuti organici agroindustriali come mangime umido sulla composizione dei vermi della farina. L'impatto è stato valutato in base al valore nutrizionale delle larve. I risultati hanno mostrato che i sottoprodotti sono stati convertiti con successo in biomassa ricca di proteine (contenuto proteico 40,7-52,3%), che può essere utilizzata come fonte di alimenti e mangimi. Inoltre, lo studio ha dimostrato che l’utilizzo dei sottoprodotti come mangime umido influisce sul valore nutrizionale della biomassa dei vermi della farina. In particolare, fornire alle larve un'elevata concentrazione di carboidrati (ad esempio tagli di patate) aumenta il loro contenuto di grassi e modifica la loro composizione in acidi grassi: contenuto inferiore di acidi grassi polinsaturi e contenuto più elevato di acidi grassi saturi e monoinsaturi, ma non concentrazioni di acidi grassi insaturi . Dominano ancora gli acidi grassi (monoinsaturi + polinsaturi). Lo studio ha anche dimostrato che i vermi della farina accumulano selettivamente calcio, ferro e manganese da corsi d’acqua laterali ricchi di minerali acidi. La biodisponibilità dei minerali sembra svolgere un ruolo importante e sono necessari ulteriori studi per comprenderlo appieno. I metalli pesanti presenti nei flussi laterali possono accumularsi nei vermi della farina. Tuttavia, le concentrazioni finali di Pb, Cd e Cr nella biomassa larvale erano inferiori a livelli accettabili, consentendo di utilizzare in sicurezza questi flussi laterali come fonte di alimentazione umida.
Le larve dei vermi della farina sono state allevate da Radius (Giel, Belgio) e Inagro (Rumbeke-Beitem, Belgio) presso l'Università di Scienze Applicate Thomas More a 27 °C e 60% di umidità relativa. La densità dei vermi della farina allevati in un acquario di 60 x 40 cm era di 4,17 vermi/cm2 (10.000 vermi della farina). Le larve sono state inizialmente alimentate con 2,1 kg di crusca di frumento come cibo secco per vasca di allevamento e poi integrate secondo necessità. Utilizzare i blocchi di agar come trattamento di controllo del cibo umido. A partire dalla settimana 4, iniziare a somministrare corsi d'acqua laterali (anche una fonte di umidità) come cibo umido invece di agar ad libitum. La percentuale di sostanza secca per ciascun flusso laterale è stata predeterminata e registrata per garantire quantità uguali di umidità per tutti gli insetti durante i trattamenti. Il cibo è distribuito uniformemente in tutto il terrario. Le larve vengono raccolte quando emergono le prime pupe nel gruppo sperimentale. La raccolta delle larve viene effettuata utilizzando uno scuotitore meccanico di 2 mm di diametro. Fatta eccezione per l'esperimento delle patate a cubetti. Grandi porzioni di patate secche tagliate a dadini vengono anche separate permettendo alle larve di strisciare attraverso questa rete e raccogliendole in vassoi metallici. Il peso totale del raccolto viene determinato pesando il peso totale del raccolto. La sopravvivenza viene calcolata dividendo il peso totale del raccolto per il peso della larva. Il peso larvale viene determinato selezionando almeno 100 larve e dividendo il loro peso totale per il numero. Le larve raccolte vengono lasciate a digiuno per 24 ore per svuotare l'intestino prima dell'analisi. Infine, le larve vengono nuovamente selezionate per separarle dal resto. Vengono congelati, sottoposti ad eutanasia e conservati a -18°C fino all'analisi.
Il mangime secco era crusca di frumento (belga Molens Joye). La crusca di frumento è stata pre-setacciata ad una dimensione delle particelle inferiore a 2 mm. Oltre al mangime secco, le larve dei vermi della farina necessitano anche di mangime umido per mantenere l'umidità e gli integratori minerali richiesti dai vermi della farina. Il mangime umido rappresenta più della metà del mangime totale (mangime secco + mangime umido). Nei nostri esperimenti, l'agar (Brouwland, Belgio, 25 g/l) è stato utilizzato come mangime umido di controllo45. Come mostrato nella Figura 1, quattro sottoprodotti agricoli con diversi contenuti di nutrienti sono stati testati come mangime umido per le larve di vermi della farina. Questi sottoprodotti includono (a) foglie provenienti dalla coltivazione di cetrioli (Inagro, Belgio), (b) rifili di patate (Duigny, Belgio), (c) radici di cicoria fermentate (Inagro, Belgio) e (d) frutta e verdura invendute dalle aste . (Belorta, Belgio). Il flusso laterale viene tagliato in pezzi adatti all'uso come mangime umido per vermi.
Sottoprodotti agricoli come mangime umido per i vermi della farina; (a) foglie di orto provenienti dalla coltivazione di cetrioli, (b) talee di patate, (c) radici di cicoria, (d) verdure invendute all'asta e (e) blocchi di agar. Come controlli.
La composizione delle larve del mangime e dei vermi della farina è stata determinata tre volte (n = 3). Sono stati valutati l'analisi rapida, la composizione minerale, il contenuto di metalli pesanti e la composizione di acidi grassi. Dalle larve raccolte e private della fame è stato prelevato un campione omogeneizzato di 250 g, essiccato a 60°C fino a peso costante, macinato (IKA, Tube mill 100) e setacciato attraverso un setaccio da 1 mm. I campioni essiccati sono stati sigillati in contenitori scuri.
Il contenuto di sostanza secca (DM) è stato determinato essiccando i campioni in un forno a 105°C per 24 ore (Memmert, UF110). La percentuale di sostanza secca è stata calcolata in base alla perdita di peso del campione.
Il contenuto di ceneri grezze (CA) è stato determinato mediante perdita di massa durante la combustione in un forno a muffola (Nabertherm, L9/11/SKM) a 550°C per 4 ore.
L'estrazione del contenuto di grasso grezzo o dell'etere etilico (EE) è stata eseguita con etere di petrolio (punto di partenza 40–60 ° C) utilizzando l'attrezzatura di estrazione Soxhlet. Circa 10 g di campione sono stati posti nella testa di estrazione e ricoperti con lana ceramica per prevenire la perdita del campione. I campioni sono stati estratti durante la notte con 150 ml di etere di petrolio. L'estratto è stato raffreddato, il solvente organico è stato rimosso e recuperato mediante evaporazione rotante (Büchi, R-300) a 300 mbar e 50°C. Gli estratti lipidici o eterei grezzi furono raffreddati e pesati su una bilancia analitica.
Il contenuto di proteina grezza (CP) è stato determinato analizzando l'azoto presente nel campione utilizzando il metodo Kjeldahl BN EN ISO 5983-1 (2005). Utilizzare i fattori N-P appropriati per calcolare il contenuto proteico. Per il mangime secco standard (crusca di frumento) utilizzare un fattore totale di 6,25. Per il flusso laterale viene utilizzato un fattore di 4,2366 e per le miscele di verdure viene utilizzato un fattore di 4,3967. Il contenuto di proteina grezza delle larve è stato calcolato utilizzando un fattore N-P di 5,3351.
Il contenuto di fibre includeva la determinazione della fibra al detergente neutro (NDF) basata sul protocollo di estrazione Gerhardt (analisi manuale delle fibre in sacchi, Gerhardt, Germania) e sul metodo van Soest 68. Per la determinazione dell'NDF, un campione da 1 g è stato collocato in uno speciale sacchetto in fibra (Gerhardt, sacchetto ADF/NDF) con un rivestimento in vetro. I sacchetti di fibra riempiti con i campioni sono stati prima sgrassati con etere di petrolio (punto di ebollizione 40–60 °C) e poi essiccati a temperatura ambiente. Il campione sgrassato è stato estratto con una soluzione detergente per fibre neutre contenente α-amilasi termostabile a temperatura di ebollizione per 1,5 ore. I campioni sono stati poi lavati tre volte con acqua deionizzata bollente ed essiccati a 105°C durante la notte. I sacchi di fibra secca (contenenti residui di fibra) sono stati pesati utilizzando una bilancia analitica (Sartorius, P224-1S) e poi bruciati in un forno a muffola (Nabertherm, L9/11/SKM) a 550°C per 4 ore. La cenere è stata nuovamente pesata e il contenuto di fibre è stato calcolato in base alla perdita di peso tra l'essiccazione e la combustione del campione.
Per determinare il contenuto di chitina delle larve, abbiamo utilizzato un protocollo modificato basato sull'analisi della fibra grezza di van Soest 68. Un campione da 1 g è stato posto in uno speciale sacchetto di fibra (Gerhardt, CF Bag) e un sigillo di vetro. I campioni sono stati confezionati in sacchetti di fibra, sgrassati in etere di petrolio (circa 40–60 °C) e asciugati all'aria. Il campione sgrassato è stato prima estratto con una soluzione acida di acido solforico 0,13 M alla temperatura di ebollizione per 30 minuti. Il sacchetto in fibra di estrazione contenente il campione è stato lavato tre volte con acqua deionizzata bollente e quindi estratto con una soluzione di idrossido di potassio 0,23 M per 2 ore. Il sacchetto in fibra di estrazione contenente il campione è stato nuovamente risciacquato tre volte con acqua deionizzata bollente ed essiccato a 105°C durante la notte. Il sacchetto secco contenente il residuo di fibra è stato pesato su una bilancia analitica e incenerito in un forno a muffola a 550°C per 4 ore. La cenere è stata pesata e il contenuto di fibre è stato calcolato in base alla perdita di peso del campione incenerito.
È stato calcolato il contenuto totale di carboidrati. La concentrazione di carboidrati non fibrosi (NFC) nel mangime è stata calcolata utilizzando l'analisi NDF e la concentrazione degli insetti è stata calcolata utilizzando l'analisi della chitina.
Il pH della matrice è stato determinato dopo estrazione con acqua deionizzata (1:5 v/v) secondo NBN EN 15933.
I campioni sono stati preparati come descritto da Broeckx et al. I profili minerali sono stati determinati utilizzando ICP-OES (Optima 4300™ DV ICP-OES, Perkin Elmer, MA, USA).
I metalli pesanti Cd, Cr e Pb sono stati analizzati mediante spettrometria di assorbimento atomico (AAS) in forno di grafite (Thermo Scientific, serie ICE 3000, dotato di un autocampionatore con forno GFS). Circa 200 mg di campione sono stati digeriti in HNO3/HCl acido (1:3 v/v) utilizzando microonde (CEM, MARS 5). La digestione nel microonde è stata eseguita a 190°C per 25 minuti a 600 W. Diluire l'estratto con acqua ultrapura.
Gli acidi grassi sono stati determinati mediante GC-MS (Agilent Technologies, sistema GC 7820A con rilevatore MSD 5977 E). Secondo il metodo di Joseph e Akman70, una soluzione al 20% di BF3/MeOH è stata aggiunta a una soluzione metanolica di KOH e l'estere metilico dell'acido grasso (FAME) è stato ottenuto dall'estratto etereo dopo l'esterificazione. Gli acidi grassi possono essere identificati confrontando i loro tempi di ritenzione con 37 standard di miscele FAME (Chemical Lab) o confrontando i loro spettri MS con librerie online come il database NIST. L'analisi qualitativa viene eseguita calcolando l'area del picco come percentuale dell'area totale del picco del cromatogramma.
L'analisi dei dati è stata eseguita utilizzando il software JMP Pro 15.1.1 di SAS (Buckinghamshire, Regno Unito). La valutazione è stata eseguita utilizzando l'analisi della varianza unidirezionale con un livello di significatività di 0,05 e Tukey HSD come test post hoc.
Il fattore di bioaccumulo (BAF) è stato calcolato dividendo la concentrazione di metalli pesanti nella biomassa larvale dei vermi della farina (DM) per la concentrazione nel mangime umido (DM)43. Un BAF maggiore di 1 indica che i metalli pesanti si bioaccumulano dal mangime umido nelle larve.
I set di dati generati e/o analizzati durante lo studio in corso sono disponibili presso l'autore corrispondente su ragionevole richiesta.
Dipartimento per gli affari economici e sociali delle Nazioni Unite, Divisione per la popolazione. Prospettive della popolazione mondiale 2019: punti salienti (ST/ESA/SER.A/423) (2019).
Cole, MB, Augustine, MA, Robertson, MJ e Manners, JM, Scienze della sicurezza alimentare. NPJ Sci. Cibo 2018, 2. https://doi.org/10.1038/s41538-018-0021-9 (2018).
Orario di pubblicazione: 19 dicembre 2024