מצב תזונתי, תכולת מינרלים וספיגת מתכות כבדות של תולעי קמח שגדלו באמצעות תוצרי לוואי חקלאיים.

תודה שביקרת ב-Nature.com. לגרסת הדפדפן שבה אתה משתמש יש תמיכת CSS מוגבלת. לקבלת התוצאות הטובות ביותר, אנו ממליצים להשתמש בדפדפן חדש יותר (או להשבית את מצב התאימות ב-Internet Explorer). בינתיים, כדי להבטיח תמיכה מתמשכת, נציג את האתר ללא סגנונות ו-JavaScript.
גידול חרקים הוא דרך פוטנציאלית לענות על הביקוש העולמי הגובר לחלבון ומהווה פעילות חדשה בעולם המערבי שבה נותרו שאלות רבות לגבי איכות ובטיחות המוצר. חרקים יכולים למלא תפקיד חשוב בכלכלה המעגלית על ידי המרת פסולת ביולוגית לביומסה בעלת ערך. כמחצית ממצע ההזנה לתולעי קמח מגיע ממזון רטוב. ניתן להשיג זאת מפסולת ביולוגית, מה שהופך את חקלאות החרקים לבת קיימא יותר. מאמר זה מדווח על ההרכב התזונתי של תולעי קמח (Tenebrio molitor) הניזונות מתוספי מזון אורגניים מתוצרי לוואי. אלה כוללים ירקות שלא נמכרו, פרוסות תפוחי אדמה, שורשי עולש מותססים ועלי גינה. הוא מוערך על ידי ניתוח ההרכב הקרוב, פרופיל חומצות השומן, תכולת המינרלים והמתכות הכבדות. לתולעי קמח שניזונו פרוסות תפוחי אדמה הייתה תכולת שומן כפולה ועלייה בחומצות שומן רוויות וחד בלתי רוויות. השימוש בשורש עולש מותסס מגביר את תכולת המינרלים וצובר מתכות כבדות. בנוסף, ספיגת המינרלים על ידי תולעת הקמח היא סלקטיבית, שכן רק ריכוזי סידן, ברזל ומנגן מוגברים. תוספת של תערובות ירקות או עלי גינה לתזונה לא תשנה משמעותית את הפרופיל התזונתי. לסיכום, זרם תוצרי הלוואי הומר בהצלחה לביומסה עשירה בחלבון, שתכולת החומרים התזונתיים והזמינות הביולוגית שלה השפיעו על הרכב תולעי הקמח.
אוכלוסיית האדם ההולכת וגדלה צפויה להגיע ל-9.7 מיליארד עד 20501,2 מה שמפעיל לחץ על ייצור המזון שלנו להתמודד עם הביקוש הגבוה למזון. ההערכה היא שהביקוש למזון יגדל ב-70-80% בין 2012 ל-20503,4,5. משאבי הטבע המשמשים בייצור המזון הנוכחי הולכים ומתרוקנים, ומאיימים על המערכות האקולוגיות ועל אספקת המזון שלנו. בנוסף, כמויות גדולות של ביומסה מתבזבזות הקשורות לייצור וצריכה של מזון. ההערכה היא שעד שנת 2050 יגיע נפח הפסולת העולמי השנתי ל-27 מיליארד טון, שרובו פסולת ביולוגית6,7,8. בתגובה לאתגרים אלו, הוצעו פתרונות חדשניים, חלופות מזון ופיתוח בר קיימא של מערכות חקלאות ומזון9,10,11. גישה אחת כזו היא להשתמש בשאריות אורגניות לייצור חומרי גלם כגון חרקים אכילים כמקורות בר-קיימא למזון ולהזנה12,13. חקלאות חרקים מייצרת פליטת גזי חממה ואמוניה נמוכה יותר, דורשת פחות מים ממקורות חלבון מסורתיים, וניתן לייצר אותה במערכות חקלאות אנכיות, הדורשות פחות מקום14,15,16,17,18,19. מחקרים הראו כי חרקים מסוגלים להמיר פסולת ביולוגית בעלת ערך נמוך לביומסה עשירה בחלבון בעלת תכולת חומר יבש של עד 70%20,21,22. יתר על כן, ביומסה בעלת ערך נמוך משמשת כיום לייצור אנרגיה, הטמנה או מיחזור ולכן אינה מתחרה במגזר המזון והמזון הנוכחי23,24,25,26. תולעת הקמח (T. molitor)27 נחשבת לאחד המינים המבטיחים ביותר לייצור מזון ומזון בקנה מידה גדול. גם הזחלים וגם המבוגרים ניזונים ממגוון חומרים כגון מוצרי דגן, פסולת מהחי, ירקות, פירות וכו' 28,29. בחברות מערביות, T. molitor גדל בשבי בקנה מידה קטן, בעיקר כמזון לחיות בית כמו ציפורים או זוחלים. נכון לעכשיו, הפוטנציאל שלהם בייצור מזון ומזון זוכה לתשומת לב רבה יותר30,31,32. לדוגמה, T. molitor אושר עם פרופיל מזון חדש, כולל שימוש בצורות קפואות, מיובשות ואבקות (תקנה (EU) מס' 258/97 ותקנה (EU) 2015/2283) 33. עם זאת, ייצור בקנה מידה גדול של חרקים למזון ולמזון הוא עדיין מושג חדש יחסית במדינות המערב. התעשייה מתמודדת עם אתגרים כמו פערי ידע לגבי תזונה וייצור מיטביים, איכות תזונתית של המוצר הסופי ובעיות בטיחות כמו הצטברות רעלים וסכנות מיקרוביאליות. בניגוד לגידול בעלי חיים מסורתיים, לגידול חרקים אין רקורד היסטורי דומה17,24,25,34.
למרות שנערכו מחקרים רבים על הערך התזונתי של תולעי קמח, הגורמים המשפיעים על ערכם התזונתי טרם הובנו במלואם. מחקרים קודמים הראו כי לתזונה של חרקים עשויה להיות השפעה מסוימת על הרכבו, אך לא נמצא דפוס ברור. בנוסף, מחקרים אלו התמקדו במרכיבי החלבון והשומנים של תולעי קמח, אך היו להם השפעות מוגבלות על רכיבי המינרלים21,22,32,35,36,37,38,39,40. יש צורך במחקר נוסף כדי להבין את יכולת ספיגת המינרלים. מחקר שנערך לאחרונה הגיע למסקנה שלזחלי תולעי קמח שניזונו מצנון היו ריכוזים מעט גבוהים של מינרלים מסוימים. עם זאת, תוצאות אלו מוגבלות למצע שנבדק, ויש צורך בניסויים תעשייתיים נוספים41. הצטברות של מתכות כבדות (Cd, Pb, Ni, As, Hg) בתולעי קמח דווחה בקורלציה משמעותית עם תכולת המתכות של המטריצה. למרות שריכוזי המתכות המצויים בתזונה במזון לבעלי חיים מתחת לגבולות החוקיים42, נמצא כי ארסן מצטבר ביולוגית גם בזחלים של תולעי קמח, בעוד שקדמיום ועופרת אינם מצטברים ביולוגית43. הבנת השפעות התזונה על ההרכב התזונתי של תולעי קמח היא קריטית לשימוש בטוח במזון ובמזון.
המחקר המוצג במאמר זה מתמקד בהשפעה של שימוש בתוצרי לוואי חקלאיים כמקור מזון רטוב על ההרכב התזונתי של תולעי קמח. בנוסף להזנה יבשה, יש לספק גם הזנה רטובה לזחלים. מקור ההזנה הרטוב מספק את הלחות הדרושה ומשמש גם כתוסף תזונה לתולעי קמח, הגברת קצב הגדילה ומשקל הגוף המרבי44,45. על פי נתוני גידול תולעי הקמח הסטנדרטיים שלנו בפרויקט Interreg-Valusect, סך כל ההזנה של תולעי הקמח מכילה 57% משקל/משקה מזון רטוב. בדרך כלל, ירקות טריים (למשל גזר) משמשים כמקור הזנה רטוב35,36,42,44,46. שימוש בתוצרי לוואי בעלי ערך נמוך כמקורות מזון רטוב יביא יתרונות ברי קיימא וכלכליים לחקלאות חרקים17. מטרות מחקר זה היו (1) לחקור את ההשפעות של שימוש בפסולת ביולוגית כהזנה רטובה על ההרכב התזונתי של תולעי קמח, (2) לקבוע את תכולת המאקרו והמיקרו-נוטריינטים של זחלי תולעי הקמח שגדלו על פסולת ביולוגית עשירה במינרלים כדי לבדוק את היתכנות ביצור מינרלים, וכן (3) להעריך את הבטיחות של תוצרי לוואי אלה בחקלאות חרקים על ידי ניתוח נוכחות והצטברות של כבדים מתכות Pb, Cd ו- Cr. מחקר זה יספק מידע נוסף על ההשפעות של תוספת פסולת ביולוגית על דיאטות זחלים של תולעי קמח, ערך תזונתי ובטיחות.
תכולת החומר היבש בזרימה הצידית הייתה גבוהה יותר בהשוואה לאגר חומרי הזנה הרטובים בביקורת. תכולת החומר היבש בתערובות הירקות ועלי הגינה הייתה פחות מ-10%, בעוד שהיא הייתה גבוהה יותר בייחורי תפוחי אדמה ושורשי עולש מותססים (13.4 ו-29.9 גרם/100 גרם חומר טרי, FM).
לתערובת הירקות הייתה תכולת אפר גולמי, שומן וחלבון גבוהה יותר ותכולת פחמימות שאינן סיביות נמוכה יותר מאשר במזון הבקרה (אגר), בעוד שתכולת סיבי הניקוי הנייטרליים שטופלו בעמילאז הייתה דומה. תכולת הפחמימות של פרוסות תפוחי האדמה הייתה הגבוהה ביותר מכל הזרמים הצדדיים והייתה דומה לזו של האגר. בסך הכל, הרכב הגולמי שלו היה דומה ביותר למזון הביקורת, אך נוספו לו כמויות קטנות של חלבון (4.9%) ואפר גולמי (2.9%) 47,48 . ה-pH של תפוח אדמה נע בין 5 ל-6, וראוי לציין שזרם צד זה של תפוחי אדמה חומצי יותר (4.7). שורש עולש מותסס עשיר באפר והוא החומצי ביותר מבין כל הזרמים הצדדיים. מאחר שהשורשים לא נוקו, רוב האפר צפוי להיות מורכב מחול (סיליקה). עלי גינה היו המוצר הבסיסי היחיד בהשוואה לזרמים צדדיים אחרים. הוא מכיל רמות גבוהות של אפר וחלבון ופחמימות נמוכות בהרבה מהביקורת. הרכב הגולמי הוא הקרוב ביותר לשורש עולש מותסס, אך ריכוז החלבון הגולמי גבוה יותר (15.0%), אשר ניתן להשוואה לתכולת החלבון בתערובת הירקות. ניתוח סטטיסטי של הנתונים לעיל הראה הבדלים משמעותיים בהרכב הגולמי וב-pH של הזרמים הצדדיים.
תוספת של תערובות ירקות או עלי גינה למזון תולעי קמח לא השפיעה על הרכב הביומסה של זחלי תולעי קמח בהשוואה לקבוצת הביקורת (טבלה 1). תוספת של ייחורים תפוחי אדמה הביאה להבדל המשמעותי ביותר בהרכב הביומסה בהשוואה לקבוצת הביקורת שקיבלה זחלי תולעי קמח ומקורות אחרים של מזון רטוב. באשר לתכולת החלבון של תולעי קמח, למעט ייחורי תפוחי אדמה, הרכב משוער שונה של זרמי צד לא השפיע על תכולת החלבון של הזחלים. האכלת ייחורי תפוחי אדמה כמקור לחות הובילה לעלייה פי שניים בתכולת השומן של הזחלים ולירידה בתכולת החלבון, הכיטין והפחמימות הלא-סיביות. שורש עולש מותסס הגדיל את תכולת האפר של זחלי תולעי הקמח פי אחד וחצי.
פרופילי מינרלים התבטאו כתוכן מאקרומינרלי (טבלה 2) ומיקרו-נוטריאנט (טבלה 3) במזון רטוב וביומסה של זחלים של תולעי קמח.
באופן כללי, זרמים צדדיים חקלאיים היו עשירים יותר במקרומינרלים בהשוואה לקבוצת הביקורת, למעט ייחורי תפוחי אדמה, שהיו בעלי תכולת Mg, Na ו-Ca נמוכה יותר. ריכוז האשלגן היה גבוה בכל הזרמים הצדדיים בהשוואה לביקורת. אגר מכיל 3 מ"ג/100 גרם DM K, בעוד שריכוז K בזרם הצדדי נע בין 1070 ל-9909 מ"ג/100 גרם DM. תכולת המקרומינרלים בתערובת הירקות הייתה גבוהה משמעותית מאשר בקבוצת הביקורת, אך תכולת ה-Na הייתה נמוכה משמעותית (88 לעומת 111 מ"ג/100 גרם DM). ריכוז המאקרומינרלים בייחורי תפוחי אדמה היה הנמוך ביותר מבין כל הזרמים הצדדיים. תכולת המקרומינרלית בייחורי תפוחי אדמה הייתה נמוכה משמעותית מאשר בזרמי צד ובקרה אחרים. אלא שתכולת Mg הייתה דומה לקבוצת הביקורת. למרות ששורש עולש מותסס לא היה בעל הריכוז הגבוה ביותר של מקרומינרלים, תכולת האפר של זרם צד זה הייתה הגבוהה ביותר מכל הזרמים הצדדיים. ייתכן שהסיבה לכך היא העובדה שהם אינם מטוהרים ועשויים להכיל ריכוזים גבוהים של סיליקה (חול). תכולת Na ו-Ca היו דומות לאלו של תערובת הירקות. שורש עולש מותסס הכיל את הריכוז הגבוה ביותר של Na מכל הזרמים הצדדיים. למעט Na, בעלי הגננות היו בעלי הריכוז הגבוה ביותר של מקרומינרלים מכל המספוא הרטוב. ריכוז K (9909 מ"ג/100 גרם DM) היה גבוה פי שלושת אלפים מהביקורת (3 מ"ג/100 גרם DM) ופי 2.5 מתערובת הירקות (4057 מ"ג/100 גרם DM). תכולת Ca הייתה הגבוהה ביותר מכל הזרמים הצדדיים (7276 מ"ג/100 גרם DM), גבוהה פי 20 מהביקורת (336 מ"ג/100 גרם DM) ופי 14 מריכוז Ca בשורשי עולש מותססים או בתערובת ירקות (530 ו-496 מ"ג/100 גרם DM).
למרות שהיו הבדלים משמעותיים בהרכב המקרומינרלי של הדיאטות (טבלה 2), לא נמצאו הבדלים משמעותיים בהרכב המקרומינרלי של תולעי קמח שגדלו על תערובות ירקות ודיאטות בקרה.
לזחלים שניזונו בפירורי תפוחי אדמה היו ריכוזים נמוכים משמעותית של כל המאקרומינרלים בהשוואה לביקורת, למעט Na, שהיה בעל ריכוזים דומים. בנוסף, האכלה פריך תפוחי אדמה גרמה להפחתה הגדולה ביותר בתכולת המקרומינרלים הזחלים בהשוואה לזרמים צדדיים אחרים. זה עולה בקנה אחד עם האפר התחתון שנצפה בתכשירי תולעי הקמח הסמוכים. עם זאת, למרות ש-P ו-K היו גבוהים משמעותית בתזונה רטובה זו מאשר בזרמי הצד האחרים והביקורת, הרכב הזחל לא שיקף זאת. הריכוזים הנמוכים של Ca ו-Mg שנמצאו בביומסה של תולעי קמח עשויים להיות קשורים לריכוזי Ca ו-Mg הנמוכים הנמצאים בתזונה הרטובה עצמה.
האכלה של שורשי עולש מותססים ועלי בוסתן הביאה לרמות סידן גבוהות משמעותית מאשר בבקרות. עלי המטע הכילו את הרמות הגבוהות ביותר של P, Mg, K ו-Ca מכל התזונה הרטובה, אך הדבר לא בא לידי ביטוי בביומסה של תולעי קמח. ריכוזי Na היו הנמוכים ביותר בזחלים אלו, בעוד שריכוזי Na היו גבוהים יותר בעלי מטע מאשר בייחורי תפוחי אדמה. תכולת Ca גדלה בזחלים (66 מ"ג/100 גרם DM), אך ריכוזי Ca לא היו גבוהים כמו אלו בביומסה של תולעי קמח (79 מ"ג/100 גרם DM) בניסויים בשורשי העולש המותססים, אם כי ריכוז ה-Ca בגידולי עלי פרדס היה גבוה פי 14 מאשר בשורש עולש.
בהתבסס על הרכב המיקרו-אלמנטים של הזנות הרטובות (טבלה 3), הרכב המינרלים של תערובת הירקות היה דומה לקבוצת הביקורת, אלא שריכוז Mn היה נמוך משמעותית. הריכוזים של כל המיקרו-אלמנטים המנותחים היו נמוכים יותר בחתכי תפוחי אדמה בהשוואה לביקורת ותוצרי לוואי אחרים. שורש עולש מותסס הכיל כמעט פי 100 יותר ברזל, פי 4 יותר נחושת, פי 2 יותר אבץ ובערך אותה כמות של מנגן. תכולת האבץ והמנגן בעלים של גידולי גינה הייתה גבוהה משמעותית מאשר בקבוצת הביקורת.
לא נמצאו הבדלים מובהקים בין תכולת יסודות הקורט של הזחלים שהוזנו מהביקורת, תערובת הירקות ודיאטות שאריות תפוחי אדמה רטובות. עם זאת, תכולת ה-Fe וה-Mn של הזחלים שהוזנו בתזונה של שורשי העולש המותססים היו שונים באופן משמעותי מאלה של תולעי הקמח שניזונו לקבוצת הביקורת. העלייה בתכולת Fe עשויה לנבוע מהעלייה של פי מאה בריכוז יסודות הקורט בתזונה הרטובה עצמה. עם זאת, למרות שלא היה הבדל משמעותי בריכוזי Mn בין שורשי העולש המותססים לקבוצת הביקורת, רמות ה-Mn עלו בזחלים שהוזנו משורשי העולש המותססים. יש לציין גם שריכוז ה-Mn היה גבוה יותר (פי 3) בתזונת העלים הרטובים של דיאטת הגננות בהשוואה לביקורת, אך לא היה הבדל משמעותי בהרכב הביומסה של תולעי הקמח. ההבדל היחיד בין עלי הביקורת לעלי הגננות היה תכולת Cu, שהייתה נמוכה יותר בעלים.
טבלה 4 מציגה את ריכוזי המתכות הכבדות המצויות במצעים. הריכוזים המרביים באירופה של Pb, Cd ו-Cr במזון מלא לבעלי חיים הוסבו למ"ג/100 גרם חומר יבש ונוספו לטבלה 4 כדי להקל על השוואה עם ריכוזים שנמצאו בזרמים צדדיים47.
לא זוהה Pb במזון הרטוב, תערובות ירקות או סובין תפוחי אדמה, בעוד שעלי גינה הכילו 0.002 מ"ג Pb/100 גרם DM ושורשי עולש מותססים הכילו את הריכוז הגבוה ביותר של 0.041 מ"ג Pb/100 גרם DM. ריכוזי C במזונות הביקורת ובעלי הגינה היו דומים (0.023 ו-0.021 מ"ג/100 גרם DM), בעוד שהם היו נמוכים יותר בתערובות הירקות ובסובין תפוחי האדמה (0.004 ו-0.007 מ"ג/100 גרם DM). בהשוואה למצעים האחרים, ריכוז ה-Cr בשורשי העולש המותססים היה גבוה משמעותית (0.135 מ"ג/100 גרם DM) ופי שישה מאשר במזון הביקורת. Cd לא זוהה לא בזרם הבקרה ולא באף אחד מהזרמים הצדדיים שבהם נעשה שימוש.
רמות גבוהות יותר באופן משמעותי של Pb ו- Cr נמצאו בזחלים שניזונו משורשי עולש מותססים. עם זאת, Cd לא זוהה באף זחלי תולעי קמח.
בוצע ניתוח איכותי של חומצות השומן בשומן הגולמי כדי לקבוע האם ניתן להשפיע על פרופיל חומצות השומן של זחלי תולעי קמח מהמרכיבים השונים של הזרם הצידי ממנו הם ניזונו. ההתפלגות של חומצות שומן אלו מוצגת בטבלה 5. חומצות השומן מופיעות לפי שמן הנפוץ והמבנה המולקולרי שלהן (המוגדר כ-"Cx:y", כאשר x מתאים למספר אטומי הפחמן ו-y למספר הקשרים הבלתי רוויים ).
פרופיל חומצות השומן של תולעי קמח שניזונו בחתיכות תפוחי אדמה השתנה משמעותית. הם הכילו כמויות גבוהות משמעותית של חומצה מיריסטית (C14:0), חומצה פלמיטית (C16:0), חומצה פלמיטולאית (C16:1) וחומצה אולאית (C18:1). ריכוזים של חומצה פנטדקנואית (C15:0), חומצה לינולאית (C18:2) וחומצה לינולנית (C18:3) היו נמוכים משמעותית בהשוואה לתולעי קמח אחרות. בהשוואה לפרופילי חומצות שומן אחרים, היחס בין C18:1 ל-C18:2 היה הפוך בחתיכות תפוחי אדמה. תולעי קמח שניזונו מעלי גננות הכילו כמויות גבוהות יותר של חומצה פנטדקנואית (C15:0) מאשר תולעי קמח שניזונו בתזונה רטובה אחרת.
חומצות השומן מחולקות לחומצות שומן רוויות (SFA), חומצות שומן חד בלתי רוויות (MUFA) וחומצות שומן רב בלתי רוויות (PUFA). טבלה 5 מציגה את הריכוזים של קבוצות חומצות שומן אלו. בסך הכל, פרופילי חומצות השומן של תולעי קמח שניזונו בפסולת תפוחי אדמה היו שונים באופן משמעותי מהבקרה ומזרמים צדדיים אחרים. עבור כל קבוצת חומצות שומן, תולעי קמח שניזונו בתפוצ'יפס היו שונים באופן משמעותי מכל הקבוצות האחרות. הם הכילו יותר SFA ו-MUFA ופחות PUFA.
לא היו הבדלים משמעותיים בין שיעור ההישרדות ומשקל היבול הכולל של זחלים שגדלו על מצעים שונים. שיעור ההישרדות הממוצע הכולל היה 90%, ומשקל היבול הממוצע הכולל היה 974 גרם. תולעי קמח מעבדות בהצלחה תוצרי לוואי כמקור להזנה רטובה. הזנה רטובה של תולעי קמח מהווה יותר ממחצית ממשקל ההזנה הכולל (יבש + רטוב). להחלפת ירקות טריים בתוצרי לוואי חקלאיים כמזון רטוב מסורתי יש יתרונות כלכליים וסביבתיים לגידול תולעי קמח.
טבלה 1 מראה שהרכב הביומסה של זחלי תולעי קמח שגדלו על דיאטת הביקורת היה כ-72% לחות, 5% אפר, 19% שומנים, 51% חלבון, 8% כיטין ו-18% חומר יבש כפחמימות שאינן סיביות. זה בר השוואה לערכים המדווחים בספרות.48,49 עם זאת, ניתן למצוא רכיבים נוספים בספרות, לעתים קרובות בהתאם לשיטה האנליטית שבה נעשה שימוש. לדוגמה, השתמשנו בשיטת Kjeldahl כדי לקבוע תכולת חלבון גולמי עם יחס N ל-P של 5.33, בעוד שחוקרים אחרים משתמשים ביחס הנפוץ יותר של 6.25 עבור דגימות בשר ומזון.50,51
הוספת שאריות תפוחי אדמה (תזונה רטובה עשירה בפחמימות) לתזונה הביאה להכפלת תכולת השומן בתולעי קמח. תכולת הפחמימות של תפוחי אדמה צפויה להיות מורכבת בעיקר מעמילן, בעוד שאגר מכיל סוכרים (פוליסכרידים)47,48. ממצא זה מנוגד למחקר אחר שמצא כי תכולת השומן ירדה כאשר תולעי קמח הוזנו בתזונה בתוספת תפוחי אדמה מקולפים באדים שהיו דלים בחלבון (10.7%) ועשירים בעמילן (49.8%)36. כאשר נוספו שאריות זיתים לתזונה, תכולת החלבון והפחמימות של תולעי קמח התאימה לאלו של התזונה הרטובה, בעוד שתכולת השומן נותרה ללא שינוי35. לעומת זאת, מחקרים אחרים הראו שתכולת החלבון של הזחלים הגדלים בזרמים צדדיים עוברת שינויים מהותיים, וכך גם תכולת השומן22,37.
שורש עולש מותסס הגדיל באופן משמעותי את תכולת האפר של זחלי תולעי קמח (טבלה 1). המחקר על ההשפעות של תוצרי לוואי על הרכב האפר והמינרלים של זחלי תולעי קמח מוגבל. רוב מחקרי האכלה של תוצרי לוואי התמקדו בתכולת השומן והחלבון של הזחלים מבלי לנתח את תכולת האפר21,35,36,38,39. עם זאת, כאשר נותחה תכולת האפר של זחלים שניזונו מתוצרי לוואי, נמצאה עלייה בתכולת האפר. לדוגמה, האכלת פסולת גינה של תולעי קמח העלתה את תכולת האפר שלהן מ-3.01% ל-5.30%, והוספת פסולת אבטיח לתזונה העלתה את תכולת האפר מ-1.87% ל-4.40%.
למרות שכל מקורות המזון הרטוב השתנו באופן משמעותי בהרכבם המשוער (טבלה 1), ההבדלים בהרכב הביומסה של זחלי תולעי קמח שניזונו ממקורות המזון הרטובים בהתאמה היו מינוריים. רק זחלי תולעי קמח שהוזנו בנתחי תפוחי אדמה או שורש עולש מותסס הראו שינויים משמעותיים. אחד ההסברים האפשריים לתוצאה זו הוא שמלבד שורשי העולש, נתחי תפוחי האדמה גם עברו תסיסה חלקית (pH 4.7, טבלה 1), מה שהפך את העמילן/הפחמימות לעיכול/זמינים יותר לזחלי תולעי הקמח. כיצד זחלי תולעי קמח מסנתזים שומנים מחומרים מזינים כגון פחמימות הוא עניין רב ויש לחקור אותו במלואו במחקרים עתידיים. מחקר קודם על השפעת ה-pH של תזונה רטובה על צמיחת זחלי תולעי קמח הגיע למסקנה שלא נצפו הבדלים משמעותיים בעת שימוש בלוקי אגר עם דיאטות רטובות בטווח pH של 3 עד 9. זה מצביע על כך שניתן להשתמש בתזונה רטובה מותסס לתרבית Tenebrio molitor53 . בדומה ל-Coudron et al.53, ניסויי בקרה השתמשו בלוקי אגר בתזונה הרטובה שסופקו מכיוון שהיה חסר להם במינרלים וחומרי הזנה. המחקר שלהם לא בדק את ההשפעה של מקורות תזונה רטובה מגוונים יותר מבחינה תזונתית כמו ירקות או תפוחי אדמה על שיפור העיכול או הזמינות הביולוגית. יש צורך במחקרים נוספים על ההשפעות של תסיסה של מקורות דיאטה רטובה על זחלי תולעי קמח כדי להמשיך ולחקור תיאוריה זו.
התפלגות המינרלים של הביומסה של תולעי הקמח הביקורתית שנמצאה במחקר זה (טבלאות 2 ו-3) דומה למגוון של מאקרו ומיקרו-נוטריינטים שנמצאו בספרות48,54,55. מתן תולעי קמח עם שורש עולש מותסס כמקור לתזונה רטובה ממקסם את תכולת המינרלים שלהם. למרות שרוב המקרו-ומיקרו-נוטריינטים היו גבוהים יותר בתערובות הירקות ובעלי הגינה (טבלאות 2 ו-3), הם לא השפיעו על תכולת המינרלים של ביומסה של תולעי קמח באותה מידה כמו שורשי עולש מותססים. הסבר אפשרי אחד הוא שהחומרים התזונתיים בעלי הגן הבסיסיים פחות זמינים ביולוגיים מאלו שבדיאטות הרטובות האחרות, החומציות יותר (טבלה 1). מחקרים קודמים האכילו את זחלי תולעי הקמח בקש אורז מותסס ומצאו שהם התפתחו היטב בזרם הצד הזה וגם הראו שטיפול מקדים במצע על ידי תסיסה גרם לספיגת חומרי הזנה. 56 השימוש בשורשי עולש מותססים העלה את תכולת Ca, Fe ו-Mn של ביומסה של תולעי קמח. למרות שזרם צד זה הכיל גם ריכוזים גבוהים יותר של מינרלים אחרים (P, Mg, K, Na, Zn ו-Cu), מינרלים אלה לא היו בשפע משמעותי יותר בביומסה של תולעי קמח בהשוואה לביקורת, מה שמעיד על סלקטיביות של ספיגת מינרלים. להגדלת תכולת המינרלים הללו בביומסה של תולעי קמח יש ערך תזונתי למטרות מזון והזנה. סידן הוא מינרל חיוני הממלא תפקיד חיוני בתפקוד עצבי-שרירי ובתהליכים רבים בתיווך אנזים כגון קרישת דם, היווצרות עצמות ושיניים. 57,58 מחסור בברזל הוא בעיה שכיחה במדינות מתפתחות, כאשר ילדים, נשים וקשישים לרוב אינם מקבלים מספיק ברזל מהתזונה שלהם. 54 למרות שמנגן הוא מרכיב חיוני בתזונה האנושית וממלא תפקיד מרכזי בתפקודם של אנזימים רבים, צריכה מופרזת עלולה להיות רעילה. רמות גבוהות יותר של מנגן בתולעי קמח שניזונו בשורש עולש מותסס לא היו דאגה והיו דומות לאלה של תרנגולות. 59
ריכוזי המתכות הכבדות שנמצאו בזרם הצד היו מתחת לתקנים האירופיים למזון מלא לבעלי חיים. ניתוח מתכות כבדות של זחלי תולעי קמח הראה כי רמות Pb ו-Cr היו גבוהות משמעותית בתולעי קמח שניזונות משורש עולש מותסס מאשר בקבוצת הביקורת ובמצעים אחרים (טבלה 4). שורשי העולש גדלים באדמה וידועים כסופגים מתכות כבדות, בעוד שזרמי הצד האחרים מקורם בייצור מזון מבוקר של האדם. תולעי קמח שניזונו משורש עולש מותסס הכילו גם רמות גבוהות יותר של Pb ו- Cr (טבלה 4). גורמי ההצטברות הביולוגית המחושבים (BAF) היו 2.66 עבור Pb ו-1.14 עבור Cr, כלומר גדולים מ-1, מה שמצביע על כך שלתולעי קמח יש יכולת לצבור מתכות כבדות. לגבי Pb, האיחוד האירופי קובע תכולת Pb מקסימלית של 0.10 מ"ג לק"ג בשר טרי למאכל אדם61. בהערכת הנתונים הניסויים שלנו, ריכוז ה-Pb המקסימלי שזוהה בתולעי קמח שורשי עולש מותסס היה 0.11 מ"ג/100 גרם DM. כאשר הערך הומר לתכולת חומר יבש של 30.8% עבור תולעי קמח אלו, תכולת Pb הייתה 0.034 מ"ג/ק"ג חומר טרי, שהייתה מתחת לרמה המקסימלית של 0.10 מ"ג/ק"ג. לא מצוין תכולת Cr מקסימלית בתקנות המזון האירופיות. Cr נמצא בדרך כלל בסביבה, במזון ובתוספי מזון וידוע כחומר תזונה חיוני לבני אדם בכמויות קטנות62,63,64. ניתוחים אלו (טבלה 4) מצביעים על כך שזחלי T. molitor יכולים לצבור מתכות כבדות כאשר מתכות כבדות קיימות בתזונה. עם זאת, רמות המתכות הכבדות שנמצאו בביומסה של תולעי קמח במחקר זה נחשבות בטוחות למאכל אדם. מומלץ ניטור קבוע וזהיר בעת שימוש בזרמי צד שעלולים להכיל מתכות כבדות כמקור הזנה רטוב ל-T. molitor.
חומצות השומן השכיחות ביותר בביומסה הכוללת של זחלי T. molitor היו חומצה פלמיטית (C16:0), חומצה אולאית (C18:1) וחומצה לינולאית (C18:2) (טבלה 5), מה שעולה בקנה אחד עם מחקרים קודמים על T. molitor. תוצאות ספקטרום חומצות השומן עקביות36,46,50,65. פרופיל חומצות השומן של T. molitor מורכב בדרך כלל מחמישה מרכיבים עיקריים: חומצה אולאית (C18:1), חומצה פלמיטית (C16:0), חומצה לינולאית (C18:2), חומצה מיריסטית (C14:0) וחומצה סטארית. (C18:0). חומצה אולאית היא חומצת השומן הנפוצה ביותר (30-60%) בזחלי תולעי קמח, ואחריה חומצה פלמיטית וחומצה לינולאית22,35,38,39. מחקרים קודמים הראו שפרופיל חומצות שומן זה מושפע מתזונת זחלי תולעי קמח, אך ההבדלים אינם עוקבים אחר אותן מגמות כמו דיאטה38. בהשוואה לפרופילי חומצות שומן אחרים, היחס C18:1-C18:2 בקילוף תפוחי אדמה הפוך. תוצאות דומות התקבלו עבור שינויים בפרופיל חומצות השומן של תולעי קמח שניזונות מקליפות תפוחי אדמה מאודות36. תוצאות אלו מצביעות על כך שלמרות שפרופיל חומצות השומן של שמן תולעי קמח עשוי להשתנות, הוא עדיין נותר מקור עשיר של חומצות שומן בלתי רוויות.
מטרת מחקר זה הייתה להעריך את ההשפעה של שימוש בארבעה זרמי פסולת ביולוגית אגרו-תעשייתית שונים כהזנה רטובה על הרכב תולעי הקמח. ההשפעה הוערכה על סמך הערך התזונתי של הזחלים. התוצאות הראו כי תוצרי הלוואי הומרו בהצלחה לביומסה עשירה בחלבון (תכולת חלבון 40.7-52.3%), שיכולה לשמש כמקור מזון והזנה. בנוסף, המחקר הראה ששימוש בתוצרי הלוואי כמזון רטוב משפיע על הערך התזונתי של ביומסה של תולעי קמח. בפרט, מתן לזחלים ריכוז גבוה של פחמימות (למשל נתחי תפוחי אדמה) מגדיל את תכולת השומן שלהם ומשנה את הרכב חומצות השומן שלהם: תכולה נמוכה יותר של חומצות שומן רב בלתי רוויות ותכולה גבוהה יותר של חומצות שומן רוויות וחד בלתי רוויות, אך לא ריכוזים של חומצות שומן בלתי רוויות. . חומצות השומן (חד בלתי רוויות + רב בלתי רוויות) עדיין שולטות. המחקר גם הראה כי תולעי קמח צוברות באופן סלקטיבי סידן, ברזל ומנגן מזרמים צדדיים העשירים במינרלים חומציים. נראה שהזמינות הביולוגית של מינרלים ממלאת תפקיד חשוב ויש צורך במחקרים נוספים כדי להבין זאת במלואה. מתכות כבדות הנמצאות בזרמים הצדדיים עלולות להצטבר בתולעי קמח. עם זאת, הריכוזים הסופיים של Pb, Cd ו-Cr בביומסה של הזחלים היו מתחת לרמות המקובלות, מה שמאפשר להשתמש בזרמים צדדיים אלה בבטחה כמקור הזנה רטוב.
זחלי תולעי קמח גדלו על ידי Radius (Giel, בלגיה) ו-Inagro (Rumbeke-Beitem, בלגיה) באוניברסיטת תומס מור למדעים שימושיים ב-27 מעלות צלזיוס ולחות יחסית של 60%. הצפיפות של תולעי קמח שגדלו באקווריום בגודל 60 על 40 ס"מ הייתה 4.17 תולעים/סמ"ר (10,000 תולעי קמח). לזחלים הוזנו בתחילה 2.1 ק"ג סובין חיטה כמזון יבש לכל מיכל גידול ולאחר מכן הוספו לפי הצורך. בלוקי אגר שימשו כטיפול במזון רטוב בקרה. משבוע 4 הוזנו זרמים צדדיים (גם הם מקור ללחות) כמזון רטוב במקום אגר אד ליביטום. אחוז החומר היבש עבור כל זרם צדדי נקבע מראש ונרשם כדי להבטיח כמויות שוות של לחות לכל החרקים בטיפולים. המזון מופץ באופן שווה בכל הטרריום. הזחלים נאספים כאשר הגלמים הראשונים מגיחים בקבוצת הניסוי. קציר הזחלים נעשה באמצעות שייקר מכני בקוטר 2 מ"מ. חוץ מהניסוי של קוביות תפוחי אדמה. מנות גדולות של תפוחי אדמה מיובשים חתוכים לקוביות מופרדות גם על ידי מתן אפשרות לזחלים לזחול דרך מסננת זו ואיסוף אותם במגש מתכת. משקל הקציר הכולל נקבע על ידי שקילת משקל הקציר הכולל. הישרדות מחושבת על ידי חלוקת משקל הקציר הכולל במשקל הזחל. משקל הזחל נקבע על ידי בחירת לפחות 100 זחלים וחלוקת משקלם הכולל במספר. זחלים שנאספו מורעבים במשך 24 שעות כדי לרוקן את המעיים שלהם לפני הניתוח. לבסוף, הזחלים מסוננים שוב כדי להפריד אותם מהשאר. הם מוקפאים באתנוז ומאוחסנים ב-18 מעלות צלזיוס עד לניתוח.
מזון יבש היה סובין חיטה (Molens Joye הבלגי). סובין חיטה נופה מראש לגודל חלקיקים של פחות מ-2 מ"מ. בנוסף להזנה יבשה, זחלי תולעי קמח זקוקים גם להזנה רטובה כדי לשמור על לחות ותוספי מינרלים הנדרשים על ידי תולעי קמח. הזנה רטובה מהווה יותר ממחצית מכלל ההזנה (הזנה יבשה + הזנה רטובה). בניסויים שלנו, אגר (Brouwland, בלגיה, 25 גרם/ליטר) שימש כמזון רטוב בקרה45. כפי שמוצג באיור 1, ארבעה תוצרי לוואי חקלאיים בעלי תכולת תזונה שונה נבדקו כמזון רטוב לזחלי תולעי קמח. תוצרי לוואי אלה כוללים (א) עלים מגידול מלפפונים (אינגרו, בלגיה), (ב) גזירי תפוחי אדמה (דואיני, בלגיה), (ג) שורשי עולש מותססים (אינגרו, בלגיה) ו-(ד) פירות וירקות שלא נמכרו ממכירות פומביות . (בלורטה, בלגיה). זרם הצד נחתך לחתיכות המתאימות לשימוש כמזון רטוב של תולעי קמח.
תוצרי לוואי חקלאיים כמזון רטוב לתולעי קמח; (א) עלי גינה מגידול מלפפונים, (ב) ייחורי תפוחי אדמה, (ג) שורשי עולש, (ד) ירקות שלא נמכרו במכירה פומבית ו-ה) גושי אגר. בתור בקרות.
הרכב הזחלים וזחלי תולעי הקמח נקבע שלוש פעמים (n=3). הוערך ניתוח מהיר, הרכב מינרלים, תכולת מתכות כבדות והרכב חומצות שומן. דגימה הומוגנית של 250 גרם נלקחה מהזחלים שנאספו ומורעבים, מיובשה ב-60 מעלות צלזיוס למשקל קבוע, טחונה (IKA, טחנת שפופרת 100) וסוננה דרך מסננת 1 מ"מ. הדגימות המיובשות נאטמו במיכלים כהים.
תכולת החומר היבש (DM) נקבעה על ידי ייבוש הדגימות בתנור ב-105 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות (Memmert, UF110). אחוז החומר היבש חושב על סמך הירידה במשקל של המדגם.
תכולת האפר הגולמי (CA) נקבעה על ידי אובדן המסה לאחר בעירה בכבשן מופל (Nabertherm, L9/11/SKM) ב-550 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות.
מיצוי תכולת שומן גולמי או דיאתיל אתר (EE) בוצעה עם אתר נפט (קמ"ש 40-60 מעלות צלזיוס) באמצעות ציוד מיצוי Soxhlet. כ-10 גרם של דגימה הונחו בראש החילוץ וכוסו בצמר קרמי כדי למנוע אובדן דגימה. דגימות חולצו במשך הלילה עם 150 מ"ל אתר נפט. התמצית צוננה, הממס האורגני הוסר ושוחזר על ידי אידוי סיבובי (Büchi, R-300) ב-300 mbar ו-50 מעלות צלזיוס. תמציות השומנים או האתר הגולמי צוננו ונשקלו על מאזן אנליטי.
תכולת החלבון הגולמי (CP) נקבעה על ידי ניתוח החנקן הקיים בדגימה בשיטת Kjeldahl BN EN ISO 5983-1 (2005). השתמש בגורמי N עד P המתאימים כדי לחשב את תכולת החלבון. להזנה יבשה סטנדרטית (סובין חיטה) השתמש במקדם כולל של 6.25. עבור זרם צד משמש מקדם של 4.2366 ועבור תערובות ירקות משמש מקדם של 4.3967. תכולת החלבון הגולמי של הזחלים חושבה באמצעות מקדם N עד P של 5.3351.
תכולת הסיבים כללה קביעת סיבי ניקוי ניטרליים (NDF) על בסיס פרוטוקול מיצוי Gerhardt (ניתוח סיבים ידני בשקיות, Gerhardt, גרמניה) ושיטת van Soest 68. לקביעת NDF, דגימה של 1 גרם הונחה בשקית סיבים מיוחדת (Gerhardt, ADF/NDF שקית) עם תוחם זכוכית. שקיות הסיבים המלאות בדגימות הופקו תחילה עם אתר נפט (נקודת רתיחה 40-60 מעלות צלזיוס) ולאחר מכן יובשו בטמפרטורת החדר. הדגימה נטולת השומן חולצה עם תמיסת דטרגנט סיבים ניטרליים המכילה α-עמילאז יציב בחום בטמפרטורת רתיחה למשך 1.5 שעות. לאחר מכן, הדגימות נשטפו שלוש פעמים במים רותחים דה-יונים ויובשו ב-105 מעלות צלזיוס למשך הלילה. שקיות הסיבים היבשים (המכילות שאריות סיבים) נשקלו באמצעות מאזן אנליטי (Sartorius, P224-1S) ולאחר מכן נשרפו בכבשן מופלה (Nabertherm, L9/11/SKM) ב-550 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות. האפר נשקל שוב ותכולת הסיבים חושבה על סמך הירידה במשקל בין ייבוש לשריפת הדגימה.
כדי לקבוע את תכולת הכיטין של הזחלים, השתמשנו בפרוטוקול שונה המבוסס על ניתוח סיבים גולמיים על ידי ואן סוסט 68. דגימה של 1 גרם הונחה בשקית סיבים מיוחדת (Gerhardt, CF Bag) וחותמת זכוכית. הדגימות נארזו בשקיות הסיבים, הופרו באתר נפט (כ-40-60 מעלות צלזיוס) ויובשו באוויר. הדגימה נטולת השומן חולצה תחילה עם תמיסה חומצית של 0.13M חומצה גופרתית בטמפרטורת רתיחה למשך 30 דקות. שקית סיבי המיצוי המכילה את הדגימה נשטפה שלוש פעמים במים רותחים דה-יונים ולאחר מכן חולצה עם תמיסת 0.23 M אשלגן הידרוקסיד למשך 2 שעות. שקית סיבי המיצוי המכילה את הדגימה נשטפה שוב שלוש פעמים במים רותחים דה-יונים וייבשה ב-105 מעלות צלזיוס למשך הלילה. השקית היבשה המכילה את שאריות הסיבים נשקללה במאזן אנליטי ונשרפה בכבשן מופלה ב-550 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות. האפר נשקל ותכולת הסיבים חושבה על סמך הירידה במשקל של הדגימה השרופה.
תכולת הפחמימות הכוללת חושבה. ריכוז הפחמימות הלא-סיביות (NFC) במזון חושב באמצעות ניתוח NDF, וריכוז החרקים חושב באמצעות ניתוח כיטין.
ה-pH של המטריצה ​​נקבע לאחר מיצוי עם מים דה-יוניונים (1:5 v/v) לפי NBN EN 15933.
דגימות הוכנו כמתואר על ידי Broeckx et al. פרופילי מינרלים נקבעו באמצעות ICP-OES (Optima 4300™ DV ICP-OES, Perkin Elmer, MA, ארה"ב).
המתכות הכבדות Cd, Cr ו-Pb נותחו באמצעות ספקטרומטריית ספיגה אטומית של כבשן גרפיט (AAS) (Thermo Scientific, סדרת ICE 3000, מצויד בדגימה אוטומטית של כבשן GFS). כ-200 מ"ג של דגימה עוכלו ב-HNO3/HCl חומצי (1:3 v/v) באמצעות גלי מיקרו (CEM, MARS 5). עיכול במיקרוגל בוצע ב-190 מעלות צלזיוס למשך 25 דקות ב-600 W. דלל את התמצית במים טהורים במיוחד.
חומצות השומן נקבעו על ידי GC-MS (Agilent Technologies, מערכת 7820A GC עם גלאי 5977 E MSD). לפי השיטה של ​​ג'וזף ואקמן70, נוספה תמיסת BF3/MeOH 20% לתמיסת KOH מתנולית והתקבלה חומצת שומן מתיל אסטר (FAME) מתמצית האתר לאחר האסטריפיקציה. ניתן לזהות חומצות שומן על ידי השוואת זמני השמירה שלהן עם 37 תקני תערובת FAME (Chemical Lab) או על ידי השוואת ספקטרום MS שלהן עם ספריות מקוונות כגון מסד הנתונים של NIST. ניתוח איכותי מבוצע על ידי חישוב שטח השיא כאחוז משטח השיא הכולל של הכרומטוגרמה.
ניתוח הנתונים בוצע באמצעות תוכנת JMP Pro 15.1.1 מבית SAS (Buckinghamshire, בריטניה). הערכה בוצעה באמצעות ניתוח שונות של שונות ברמת מובהקות של 0.05 ו-HSD של Tukey כמבחן פוסט-הוק.
גורם ההצטברות הביולוגית (BAF) חושב על ידי חלוקת ריכוז המתכות הכבדות בביומסה של זחל תולעי קמח (DM) בריכוז במזון רטוב (DM) 43 . BAF גדול מ-1 מצביע על כך שמתכות כבדות מצטברות ביולוגית מהזנה רטובה בזחלים.
מערכי הנתונים שנוצרו ו/או נותחו במהלך המחקר הנוכחי זמינים מהמחבר המתאים לפי בקשה סבירה.
מחלקת הכלכלה והרווחה של האו"ם, אגף האוכלוסין. צפי אוכלוסיית העולם לשנת 2019: הבהרה (ST/ESA/SER.A/423) (2019).
Cole, MB, Augustine, MA, Robertson, MJ, ו-Maners, JM, מדעי בטיחות המזון. NPJ Sci. אוכל 2018, 2. https://doi.org/10.1038/s41538-018-0021-9 (2018).