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ブラック ソルジャー バエ (Hermetia illucens、L. 1758) は、炭水化物が豊富な有機副産物を利用する可能性が高い雑食性の食性昆虫です。炭水化物の中でも、クロワオバエは成長と脂質合成のために可溶性糖に依存しています。この研究の目的は、クロソルジャーバエの発育、生存、脂肪酸プロファイルに対する一般的な可溶性糖の影響を評価することでした。単糖類と二糖類を別々に鶏の飼料に補給してください。セルロースを対照として使用した。グルコース、フルクトース、スクロース、マルトースを与えられた幼虫は、対照幼虫よりも早く成長しました。対照的に、乳糖は幼虫に対して反栄養作用を及ぼし、成長を遅らせ、最終的な個体体重を減少させました。しかし、すべての可溶性糖は対照食を与えた幼虫よりも太りました。注目すべきは、試験された糖が脂肪酸プロファイルを形成したことである。マルトースとスクロースはセルロースと比較して飽和脂肪酸含有量を増加させました。対照的に、乳糖は食事性不飽和脂肪酸の生体蓄積を増加させました。この研究は、クロソルジャーバエ幼虫の脂肪酸組成に対する可溶性糖の影響を実証した最初の研究です。我々の結果は、試験した炭水化物がクロソルジャーバエ幼虫の脂肪酸組成に重大な影響を及ぼし、したがって最終的な用途を決定する可能性があることを示しています。
エネルギーと動物性タンパク質に対する世界的な需要は増加し続けています1。地球温暖化の状況では、生産量を増やしながら、化石エネルギーや伝統的な食料生産方法に代わる、より環境に優しい代替手段を見つけることが不可欠です。昆虫は、従来の畜産と比較して化学組成や環境への影響が低いため、これらの問題に対処する有望な候補者です2。昆虫の中でも、これらの問題に対処する優れた候補は、さまざまな有機基質を食べることができる腐食性の種であるクロソルジャーバエ (BSF)、Hermetia illucens (L. 1758) です。したがって、BSF 育種を通じてこれらの基質を価値化することで、さまざまな産業のニーズを満たす新しい原料源を生み出すことができます。
BSF 幼虫 (BSFL) は、ビール粕、野菜残渣、果肉、古くなったパンなどの農業および農産業副産物を食べることができますが、これらは炭水化物 (CH2) が高いため BSFL の増殖に特に適しています4,5。 6コンテンツ。 BSFL を大規模に生産すると、植物栽培の肥料として使用できる基質残留物と糞便の混合物である糞便と、主にタンパク質、脂質、キチンで構成される幼虫という 2 つの生成物が形成されます。タンパク質と脂質は主に畜産、バイオ燃料、化粧品に使用されます8,9。キチンと同様に、このバイオポリマーは農業食品分野、バイオテクノロジー、ヘルスケアに応用されています10。
BSF は自家完全変態昆虫であり、その変態と繁殖、特に昆虫のライフサイクルのエネルギー消費段階は、幼虫の成長中に生成される栄養貯蔵によって完全にサポートできることを意味します11。より具体的には、タンパク質と脂質の合成は、BSFの非摂食段階である前蛹（つまり、BSF幼虫が摂食および探索中に黒色になる最終幼虫段階）中にエネルギーを放出する重要な貯蔵器官である脂肪体の発達につながります。変態に適した環境）、蛹（つまり、昆虫が変態する非運動性段階）、成虫12、13。 CH は BSF14 の食事における主なエネルギー源です。これらの栄養素のうち、ヘミセルロース、セルロース、リグニンなどの繊維状CHは、二糖類や多糖類（デンプンなど）とは異なり、BSFLで消化できません15,16。 CH の消化は炭水化物の吸収のための重要な予備段階であり、炭水化物は腸内で最終的に単糖に加水分解されます 16。その後、単糖は（腸周囲栄養膜を介して）吸収され、代謝されてエネルギーを生成します17。上で述べたように、幼虫は過剰なエネルギーを脂肪体に脂質として蓄えます 12,18。貯蔵脂質は、幼虫によって食事の単糖から合成されるトリグリセリド（1 つのグリセロール分子と 3 つの脂肪酸から形成される中性脂質）で構成されます。これらの CH は、脂肪酸シンターゼおよびチオエステラーゼ経路を介した脂肪酸 (FA) 生合成に必要なアセチル CoA 基質を提供します 19。 H. イルセンス脂質の脂肪酸プロファイルは、自然に飽和脂肪酸 (SFA) が大半を占め、ラウリン酸 (C12:0) の割合が高くなります 19,20。したがって、高い脂質含有量と脂肪酸組成は、動物飼料、特に多価不飽和脂肪酸（PUFA）が必要とされる水産養殖における幼生丸ごとの使用に対する制限要因になりつつあります21。
有機廃棄物を削減するBSFLの可能性が発見されて以来、さまざまな副産物の価値に関する研究により、BSFLの組成がその食事によって部分的に調節されていることが示されています。現在、H.illucens の FA プロファイルの制御は改善され続けています。 BSFL が PUFA を生物蓄積する能力は、藻類、魚の廃棄物、または亜麻仁などの食事などの PUFA が豊富な基質上で実証されており、これにより動物の栄養に高品質の FA プロファイルが提供されます 19,22,23。対照的に、PUFA が豊富ではない副産物の場合、食事の FA プロファイルと幼虫の FA の間に必ずしも相関関係があるわけではなく、他の栄養素の影響を示しています 24,25。実際、可消化性 CH が FA プロファイルに及ぼす影響は依然として十分に理解されておらず、研究も不足しています 24、25、26、27。
私たちの知る限り、総単糖類と二糖類は H. イルセンスの食事中に豊富に含まれていますが、H. イルセンスの栄養学におけるそれらの栄養上の役割は依然として十分に理解されていません。この研究の目的は、BSFL の栄養と脂質組成に対するそれらの影響を解明することでした。さまざまな栄養条件下での幼虫の成長、生存、生産性を評価します。次に、BSFL の栄養品質に対する CH の影響を強調するために、各食餌の脂質含有量と脂肪酸プロファイルについて説明します。
我々は、試験した CH の性質が (1) 幼虫の成長、(2) 総脂質レベル、および (3) FA プロファイルの調節に影響を与えるのではないかと仮説を立てました。単糖類は直接吸収できますが、二糖類は加水分解する必要があります。したがって、単糖は、FA シンターゼおよびチオエステラーゼ経路を介した脂質生成のための直接エネルギー源または前駆体として利用しやすくなり、それによって H.illucens 幼虫の成長を促進し、予備脂質 (特にラウリン酸) の蓄積を促進します。
試験した CH は、成長中の幼虫の平均体重に影響を与えました (図 1)。 FRU、GLU、SUC、および MAL は、対照食餌 (CEL) と同様に幼虫の体重を増加させました。対照的に、LAC と GAL は幼虫の発育を遅らせるようです。注目すべきことに、LACは、成長期間を通じてSUCと比較して幼虫の成長に有意な負の影響を及ぼしました：3日目では9.16±1.10mg対15.00±1.01mg（F6,21=12.77、p<0.001;図1）、125.11±4.26 mgおよび211.79±14.93 17 日目にそれぞれ mg（F6,21 = 38.57、p < 0.001; 図 1）。
さまざまな単糖類 (フルクトース (FRU)、ガラクトース (GAL)、グルコース (GLU))、二糖類 (ラクトース (LAC)、マルトース (MAL)、スクロース (SUC)) およびセルロース (CEL) をコントロールとして使用します。ブラックソルジャーバエの幼虫を与えられた幼虫の成長。曲線上の各点は、100 匹の幼虫 (n = 4) の集団からランダムに選択された 20 匹の幼虫の重量を量ることによって計算された平均個体重量 (mg) を表します。エラーバーはSDを表します。
CEL 食は 95.5 ± 3.8% という優れた幼虫生存率を示しました。さらに、可溶性 CH を含む食餌を与えられた H.illucens の生存率は低下しました (GLM: χ = 107.13、df = 21、p < 0.001)。これは、研究対象の CH における MAL および SUC (二糖類) によって引き起こされました。死亡率は、GLU、FRU、GAL (単糖)、および LAC よりも低かった (EMM: p < 0.001、図 2)。
さまざまな単糖類 (フルクトース、ガラクトース、グルコース)、二糖類 (ラクトース、マルトース、スクロース)、および対照としてのセルロースで処理したクロ兵バエ幼虫の生存率の箱ひげ図。同じ文字の治療は互いに有意な違いはありません (EMM、p > 0.05)。
試験したすべての食餌により、幼虫は前蛹期に到達することができました。しかし、試験した CH は幼虫の発育を延長する傾向がありました (F6,21=9.60、p<0.001; 表 1)。特に、GAL および LAC を与えられた幼虫は、CEL で飼育された幼虫と比較して、前蛹期に到達するまでに時間がかかりました (CEL-GAL: p<0.001; CEL-LAC: p<0.001; 表 1)。
試験した CH は幼虫の体重に対しても異なる影響を及ぼし、CEL 食を与えた幼虫の体重は 180.19 ± 11.35 mg に達しました (F6,21 = 16.86、p < 0.001; 図 3)。 FRU、GLU、MAL、および SUC では、平均最終幼虫体重が 200 mg を超え、CEL よりも有意に高かった (p < 0.05)。対照的に、GAL および LAC を与えられた幼虫の体重はより低く、平均してそれぞれ 177.64 ± 4.23 mg および 156.30 ± 2.59 mg でした (p < 0.05)。この効果は、LAC でより顕著であり、最終体重は対照食よりも低かった (CEL-LAC: 差 = 23.89 mg、p = 0.03、図 3)。
異なる単糖類（フルクトース、ガラクトース、グルコース）、二糖類（ラクトース、マルトース、スクロース）およびセルロース（対照として）を与えた個々の幼虫の最終体重を幼虫スポット（mg）として表し、ヒストグラム（g）として表したクロワッペンバエ。円柱状の文字は、幼虫の総重量が有意に異なるグループを表します (p < 0.001)。幼虫の斑点に関連付けられた文字は、個々の幼虫の体重が大きく異なるグループを表します (p < 0.001)。エラーバーはSDを表します。
最大個体重量は、最終的な幼虫コロニーの最大総重量とは無関係でした。実際、FRU、GLU、MAL、および SUC を含む餌は、CEL と比較して、水槽内で生産される幼虫の総重量を増加させませんでした (図 3)。ただし、LAC は総重量を大幅に減少させました (CEL-LAC: 差 = 9.14 g; p < 0.001; 図 3)。
表１に収量（幼虫/日）を示す。興味深いことに、CEL、MAL、および SUC の最適収率は同様でした (表 1)。対照的に、FRU、GAL、GLU、および LAC は CEL と比較して収量を減少させました (表 1)。 GAL と LAC の成績は最悪で、収量はそれぞれわずか 0.51 ± 0.09 g 幼虫/日と 0.48 ± 0.06 g 幼虫/日に半減しました (表 1)。
単糖類と二糖類は CF 幼虫の脂質含量を増加させました (表 1)。 CLE食餌では、DM含量の23.19±0.70%の脂質含量を有する幼虫が得られた。比較のために、可溶性糖を与えられた幼虫の平均脂質含量は 30% 以上でした (表 1)。ただし、テストされた CH は脂肪含量を同程度に増加させました。
予想どおり、CG 被験者はさまざまな程度で幼虫の FA プロファイルに影響を与えました (図 4)。 SFA 含有量はすべての食事で高く、60% 以上に達しました。 MAL と SUC は FA プロファイルのバランスを崩し、SFA 含有量の増加につながりました。一方、MAL の場合、この不均衡により主に一価不飽和脂肪酸 (MUFA) の含有量が減少しました (F6,21 = 7.47; p < 0.001; 図 4)。一方、SUC の場合、減少は MUFA と PUFA の間でより均一でした。 LAC と MAL は FA スペクトルに対して逆の効果を示しました (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; 図4)。 LACを与えられた幼虫ではSFAの割合が低いため、MUFA含有量が増加しているようです。特に、MUFA レベルは、GAL を除く他の可溶性糖と比較して、LAC を与えられた幼虫で高かった (F6,21 = 7.47; p < 0.001; 図 4)。
さまざまな単糖類 (フルクトース (FRU)、ガラクトース (GAL)、グルコース (GLU))、二糖類 (乳糖 (LAC)、マルトース (MAL)、スクロース (SUC)) およびセルロース (CEL) を対照として使用した、脂肪酸の箱ひげ図ブラックソルジャーバエの幼虫に与えられる組成物。結果は、総 FAME に対するパーセンテージとして表されます。異なる文字でマークされた治療は有意に異なります (p < 0.001)。 (a) 飽和脂肪酸の割合。 (b) 一価不飽和脂肪酸。 (c) 多価不飽和脂肪酸。
同定された脂肪酸の中で、観察されたすべてのスペクトルにおいてラウリン酸 (C12:0) が優勢でした (40% 以上)。他の存在する SFA は、パルミチン酸 (C16:0) (10% 未満)、ステアリン酸 (C18:0) (2.5% 未満)、およびカプリン酸 (C10:0) (1.5% 未満) でした。 MUFA は主にオレイン酸 (C18:1n9) (9.5% 未満) で表され、PUFA は主にリノール酸 (C18:2n6) (13.0% 未満) で構成されていました (補足表 S1 を参照)。さらに、特に CEL 幼虫のスペクトルでは、少数の化合物を特定できませんでした。未確認化合物番号 9 (UND9) が平均 2.46 ± 0.52% を占めていました (補足表 S1 を参照)。 GC×GC-FID分析は、それが5つまたは6つの二重結合を持つ炭素数20の脂肪酸である可能性を示唆しました（補足図S5を参照）。
PERMANOVA 分析により、脂肪酸プロファイルに基づいて 3 つの異なるグループが明らかになりました (F6,21 = 7.79、p < 0.001、図 5)。 TBC スペクトルの主成分分析 (PCA) はこれを示しており、2 つの成分によって説明されます (図 5)。主成分は分散の 57.9% を説明しており、重要な順にラウリン酸 (C12:0)、オレイン酸 (C18:1n9)、パルミチン酸 (C16:0)、ステアリン酸 (C18:0)、およびリノレン酸 (C18:3n3) (図 S4 を参照)。 2 番目の成分は分散の 26.3% を説明し、重要な順にデカン酸 (C10:0) とリノール酸 (C18:2n6 cis) が含まれていました (補足図 S4 を参照)。単糖類 (FRU、GAL、GLU) を含む食事のプロファイルは、同様の特徴を示しました。対照的に、二糖類は、一方では MAL と SUC、もう一方では LAC という異なるプロファイルをもたらしました。特に、MAL は、CEL と比較して FA プロファイルを変化させた唯一の糖でした。さらに、MAL プロファイルは FRU および GLU プロファイルとは大きく異なりました。特に、MAL プロファイルは C12:0 (54.59 ± 2.17%) の最も高い割合を示し、CEL (43.10 ± 5.01%)、LAC (43.35 ± 1.31%)、FRU (48.90 ± 1.97%)、およびGLU (48.38 ± 2.17%) プロファイル (補足表を参照) S1)。 MAL スペクトルはまた、最低の C18:1n9 含有量 (9.52 ± 0.50%) を示し、LAC (12.86 ± 0.52%) および CEL (12.40 ± 1.31%) スペクトルとはさらに区別されました。同様の傾向が C16:0 でも観察されました。 2 番目の成分では、LAC スペクトルは最も高い C18:2n6 含有量 (17.22 ± 0.46%) を示し、一方、MAL は最も低い (12.58 ± 0.67%) を示しました。 C18:2n6 はまた、LAC を対照 (CEL) と区別し、より低いレベル (13.41 ± 2.48%) を示しました (補足表 S1 を参照)。
さまざまな単糖類 (フルクトース、ガラクトース、グルコース)、二糖類 (ラクトース、マルトース、スクロース)、および対照としてセルロースを使用したクロワラワラバエ幼虫の脂肪酸プロファイルの PCA プロット。
H. イルセンスの幼虫に対する可溶性糖の栄養的影響を研究するために、鶏の飼料中のセルロース (CEL) をグルコース (GLU)、フルクトース (FRU)、ガラクトース (GAL)、マルトース (MAL)、スクロース (SUC) に置き換えました。乳糖（LAC）。しかし、単糖類と二糖類は、HF 幼虫の発育、生存、組成に対して異なる影響を及ぼしました。たとえば、GLU、FRU、およびそれらの二糖形態（MAL および SUC）は幼虫の成長にプラスの支持効果を発揮し、CEL よりも高い最終体重を達成することができました。難消化性の CEL とは異なり、GLU、FRU、および SUC は腸関門を迂回することができ、配合飼料の重要な栄養源として機能します 16,28。 MAL には特定の動物輸送体が欠如しており、同化前に 2 つのグルコース分子に加水分解されると考えられています 15。これらの分子は、直接エネルギー源または脂質として昆虫の体内に貯蔵されます18。まず、後者に関しては、観察されたモード内差異の一部は性比の小さな違いによるものである可能性があります。実際、H.illucens では、生殖は完全に自発的である可能性があります。成体メスは自然に十分な産卵予備力を備えており、オスよりも体重が重い 29。しかし、BSFL における脂質の蓄積は、GLU およびキシロースについて以前に観察されたように、食事による可溶性 CH2 摂取量と相関関係があります 26,30。例えば、Li ら 30 は、幼虫の餌に 8% GLU を添加すると、BSF 幼虫の脂質含有量が対照と比較して 7.78% 増加することを観察しました。我々の結果はこれらの観察と一致しており、可溶性糖を与えた幼虫の脂肪含量はCEL食を与えた幼虫よりも高く、GLU補給による8.57%の増加と比較して高いことが示された。驚くべきことに、幼虫の成長、最終体重、生存率に対する悪影響にもかかわらず、GAL と LAC を与えた幼虫でも同様の結果が観察されました。 LACを与えられた幼虫はCEL食を与えられた幼虫よりも著しく小さかったが、その脂肪含有量は他の可溶性糖を与えられた幼虫と同程度であった。これらの結果は、BSFLに対する乳糖の抗栄養効果を強調しています。まず、食事にはCHが大量に含まれています。単糖類と二糖類の吸収および加水分解システムはそれぞれ飽和に達し、同化プロセスにボトルネックを引き起こす可能性があります。加水分解に関しては、α-グルコシダーゼおよびβ-グルコシダーゼによって行われます 31 。これらの酵素には、そのサイズと構成単糖間の化学結合 (α または β 結合) に応じて、好ましい基質があります 15 。 LAC の GLU および GAL への加水分解は、BSF の腸内でその活性が実証されている酵素、β-ガラクトシダーゼによって行われます 32 。しかし、その発現は幼虫が消費するLACの量に比べて不十分である可能性があります。対照的に、昆虫に豊富に発現することが知られているα-グルコシダーゼのマルターゼとスクラーゼ15は、大量のMALとスクロースSUCを分解することができるため、この満腹効果が制限されます。第二に、抗栄養効果は、他の治療法と比較して、昆虫の腸のアミラーゼ活性の刺激が減少し、摂食行動が遅くなることが原因である可能性があります。実際、可溶性糖は、アミラーゼなどの昆虫の消化に重要な酵素活性の刺激因子として、また摂食反応のトリガーとして同定されています 33,34,35。刺激の程度は糖の分子構造によって異なります。実際、二糖類は吸収前に加水分解を必要とし、その構成成分である単糖類よりもアミラーゼを刺激する傾向があります 34。対照的に、LAC の効果は穏やかで、さまざまな種の昆虫の成長をサポートできないことがわかっています 33,35。例えば、害虫Spodoptera exigua (Boddie 1850)では、毛虫の中腸酵素の抽出物中にLACの加水分解活性は検出されなかった36。
FA スペクトルに関して、我々の結果は、テストした CH の顕著な調節効果を示しています。特に、ラウリン酸 (C12:0) は食事中の総 FA の 1% 未満を占めていましたが、すべてのプロファイルで大部分を占めていました (補足表 S1 を参照)。これは、ラウリン酸がアセチル-CoA カルボキシラーゼおよび FA シンターゼを含む経路を介して H. イルセンスの食事性 CH から合成されるという以前のデータと一致しています 19,27,37。我々の結果は、いくつかの BSFL 研究で議論されているように、CEL はほとんど消化されず、BSF 対照食において「増量剤」として作用することを裏付けています 38、39、40。 CELをLAC以外の単糖および二糖で置き換えるとC12:0比が増加し、幼虫によるCHの取り込みが増加したことが示されました。興味深いことに、二糖類 MAL および SUC は、その構成要素である単糖類よりも効率的にラウリン酸合成を促進します。これは、GLU および FRU の重合度が高いにもかかわらず、またショウジョウバエが動物タンパク質種で確認されている唯一のスクローストランスポーターであるため、二糖類トランスポーターがラウリン酸合成を促進することを示唆しています。 H.illucens 幼虫の腸内に存在しない可能性があるため 15、GLU と FRU の利用が増加します。ただし、GLU と FRU は理論的には BSF によってより容易に代謝されますが、基質や腸内微生物によってもより容易に代謝され、その結果、二糖類と比較してより急速に分解され、幼虫による利用が減少する可能性があります。
一見したところでは、LAC と MAL を与えた幼虫の脂質含有量は同等であり、これらの糖の生物学的利用能が同様であることを示しています。しかし、驚くべきことに、LAC の FA プロファイルは、MAL と比較して SFA が豊富で、特に C12:0 含有量が低かった。この違いを説明する仮説の 1 つは、LAC がアセチル CoA FA シンターゼを介して食事性 FA の生体蓄積を刺激する可能性があるということです。この仮説を裏付けるように、LAC 幼虫は CEL 食（1.27 ± 0.16%）よりもデカン酸（C10:0）比が最も低く（0.77 ± 0.13%）、FA シンターゼおよびチオエステラーゼ活性の低下を示しています 19。第二に、食事性脂肪酸は、H.illusens の SFA 組成に影響を与える主な要因であると考えられています 27。私たちの実験では、リノール酸 (C18:2n6) が食餌脂肪酸の 54.81% を占め、その割合は LAC 幼虫では 17.22 ± 0.46%、MAL では 12.58 ± 0.67% でした。オレイン酸 (シス + トランス C18:1n9) (食事中の 23.22%) も同様の傾向を示しました。 α-リノレン酸の比率 (C18:3n3) も生物蓄積仮説を裏付けています。この脂肪酸は、亜麻仁ケーキの添加など、基質を強化すると、幼虫の総脂肪酸の最大 6 ～ 9% が BSFL に蓄積することが知られています 19。強化食では、C18:3n3 が総食事脂肪酸の最大 35% を占めることがあります。しかし、私たちの研究では、C18:3n3 は脂肪酸プロファイルの 2.51% のみを占めていました。自然界で見られる割合は私たちの幼虫では低かったが、この割合はMAL（0.49±0.04％）よりもLAC幼虫（0.87±0.02％）の方が高かった（p < 0.001;補足表S1を参照）。 CEL 食の中間割合は 0.72 ± 0.18% でした。最後に、CF 幼虫のパルミチン酸 (C16:0) 比は、合成経路と食事性 FA19 の寄与を反映しています。ホックら。 19 人らは、食餌に亜麻仁ミールが豊富に含まれている場合、C16:0 合成が減少することを観察しました。これは、CH 比の減少によるアセチル CoA 基質の利用可能性の減少に起因すると考えられます。驚くべきことに、両方の飼料の CH 含量は同等であり、MAL の方が高い生物学的利用能を示しましたが、MAL 幼虫は C16:0 比が最も低く (10.46 ± 0.77%)、LAC はより高い割合を示し、12.85 ± 0.27% を占めました (p < 0.05; を参照)。補足表S1)。これらの結果は、BSFL の消化と代謝に対する栄養素の複雑な影響を浮き彫りにしています。現在、このテーマに関する研究は双翅目よりも鱗翅目でより徹底的に行われています。毛虫では、LAC は、SUC や FRU などの他の可溶性糖と比較して、摂食行動の弱い刺激物質であることが確認されています 34,35。特に、Spodopteralittoralis (Boisduval 1833) では、MAL 摂取により腸内のデンプン分解活性が LAC34 よりも大幅に刺激されました。 BSFL における同様の効果は、腸内吸収 CH の増加、長時間の摂食、および腸内アミラーゼ作用に関連する、MAL 幼虫における C12:0 合成経路の刺激の強化を説明できる可能性があります。 LAC の存在下で摂食リズムの刺激が少ないことも、LAC 幼虫の成長が遅いことを説明できる可能性があります。さらに、Liu Yanxia ら。 27 は、H. イルセンス基質中の脂質の保存期間が CH の保存期間よりも長いことに注目しました。したがって、LAC幼虫は発育を完了するために食事性脂質にさらに依存する可能性があり、これにより最終的な脂質含有量が増加し、脂肪酸プロファイルが調節される可能性があります。
私たちの知る限り、BSF食への単糖類および二糖類の添加がFAプロファイルに及ぼす影響を試験した研究はわずか数例しかありません。まず、李ら。 30 名が GLU とキシロースの効果を評価し、8% の添加率で我々と同様の脂質レベルを観察しました。 FA プロファイルは詳細には記載されておらず、主に SFA から構成されていましたが、2 つの糖間またはそれらが同時に提示された場合に違いは見つかりませんでした 30。さらに、コーンら。 ４１は、鶏飼料への２０％のＧＬＵ、ＳＵＣ、ＦＲＵおよびＧＡＬの添加がそれぞれのＦＡプロファイルに及ぼす影響を示さなかった。これらのスペクトルは生物学的複製ではなく技術的複製から得られたものであり、著者らの説明によれば、統計分析が制限される可能性があります。さらに、イソ糖制御（CEL を使用）が欠如しているため、結果の解釈が制限されます。最近、Nugroho RA らによる 2 つの研究が発表されました。は、FA スペクトルの異常を実証しました 42,43。最初の研究では、Nugroho RA et al. 43 人は、発酵パーム核粉に FRU を添加する効果をテストしました。得られた幼虫の FA プロファイルは、異常に高いレベルの PUFA を示し、その 90% 以上が 10% FRU を含む餌に由来していました (私たちの研究と同様)。この飼料にはPUFAが豊富な魚ペレットが含まれていましたが、100％発酵PCMからなる対照飼料で報告された幼生のFAプロファイル値は、これまでに報告されたプロファイル、特にC18:3n3の異常レベル17.77と一致していませんでした。共役リノール酸の場合は ± 1.67% および 26.08 ± 0.20% (C18:2n6t)、リノール酸の珍しい異性体。 2番目の研究では、発酵パーム核粉中のFRU、GLU、MAL、SUC42を含む同様の結果が示されました。これらの研究は、我々の研究と同様、対照の選択、他の栄養源との相互作用、FA分析方法など、BSF幼虫の食餌試験の結果を比較する際の深刻な困難を浮き彫りにしている。
実験中、基質の色と匂いが使用した餌によって異なることが観察されました。これは、微生物が幼虫の基質および消化器系で観察された結果に役割を果たしている可能性があることを示唆しています。実際、単糖類と二糖類は、定着した微生物によって容易に代謝されます。微生物による可溶性糖の急速な消費により、エタノール、乳酸、短鎖脂肪酸（酢酸、プロピオン酸、酪酸など）、二酸化炭素などの微生物代謝産物が大量に放出される可能性があります44。これらの化合物の一部は、同様の発生条件下で Cohn らによって観察された幼虫に対する致死毒性作用の原因となっている可能性があります 41。たとえば、エタノールは昆虫にとって有害です45。大量の二酸化炭素が排出されると、タンクの底に二酸化炭素が蓄積する可能性があり、空気循環によって酸素が放出されない場合、大気中から酸素が失われる可能性があります。 SCFA に関しては、乳酸、プロピオン酸、および酪酸が Callosobruchus maculatus において致死的であることが示されているにもかかわらず、昆虫、特に H.illucens に対する SCFA の影響は依然としてよく理解されていません (Fabricius 1775)46。キイロショウジョウバエ Meigen 1830 では、これらの SCFA はメスを産卵場所に導く嗅覚マーカーであり、幼虫の発育において有益な役割を果たしていることが示唆されています 47。しかし、酢酸は有害物質として分類されており、幼虫の発育を著しく阻害する可能性があります47。対照的に、微生物由来の乳酸塩は、ショウジョウバエの侵入性腸内細菌に対して保護効果があることが最近判明しました48。さらに、消化器系の微生物も昆虫の CH 消化に関与しています 49。摂食速度や遺伝子発現など、腸内細菌叢に対する SCFA の生理学的影響は、脊椎動物で報告されています 50。それらはまた、H.illucens 幼虫に対して栄養効果を及ぼす可能性があり、FA プロファイルの制御に部分的に寄与する可能性があります。これらの微生物発酵産物の栄養効果に関する研究は、H.illucens の栄養に対するそれらの効果を明らかにし、微生物の発達と FA に富む基質の価値の観点から有益または有害な微生物に関する将来の研究の基礎を提供します。これに関連して、大量養殖された昆虫の消化過程における微生物の役割についての研究がますます進んでいます。昆虫は、昆虫にとって消化が難しい栄養素の分解または解毒に特化した微生物の発生を促進する pH および酸素化条件を提供するバイオリアクターとして見なされ始めています 51。最近、Xiang ら 52 は、例えば有機廃棄物に細菌混合物を接種すると、CF がリグノセルロース分解に特化した細菌を誘引し、幼虫のいない基質と比較して基質内での分解が改善されることを実証しました。
最後に、H.illucens による有機廃棄物の有益な利用に関しては、CEL と SUC の食餌が 1 日に最も多くの幼虫を生産しました。これは、個々の個体の最終体重が低いにもかかわらず、難消化性 CH からなる基質で生産される幼虫の総重量が、単糖類と二糖類を含む単糖食で得られる幼虫の総重量に匹敵することを意味します。私たちの研究では、他の栄養素のレベルは幼虫の個体数の成長をサポートするのに十分であること、およびCELの添加は制限されるべきであることに留意することが重要です。ただし、幼虫の最終的な構成は異なり、昆虫の価値を高めるための適切な戦略を選択することの重要性が強調されています。全飼料で給餌されたCEL幼虫は、脂肪含量とラウリン酸レベルが低いため、動物飼料としての使用により適していますが、SUCまたはMAL飼料で給餌された幼虫は、特にバイオ燃料において油の価値を高めるために圧搾による脱脂が必要です。セクタ。 LACは、チーズ製造からのホエーなどの乳製品産業の副産物に含まれています。最近、その使用（3.5％ラクトース）により、最終的な幼虫の体重が改善されました53。ただし、この研究の対照食には脂質含有量の半分が含まれていました。したがって、LAC の抗栄養効果は、幼虫による食物脂質の生体蓄積によって相殺された可能性があります。
以前の研究で示されているように、単糖類と二糖類の特性は BSFL の増殖に大きく影響し、その FA プロファイルを調節します。特に、LAC は、幼虫の発育中に食事性脂質吸収のための CH の利用を制限することにより反栄養的な役割を果たし、それによって UFA の生物蓄積を促進すると思われます。これに関連して、PUFA と LAC を組み合わせた食餌を使用してバイオアッセイを実施することは興味深いでしょう。さらに、微生物の役割、特に砂糖発酵プロセスに由来する微生物代謝産物（SCFA など）の役割は、依然として調査に値する研究テーマです。
昆虫は、2017 年にベルギー、ジャンブルーのアグロバイオテックに設立された機能進化昆虫学研究所の BSF コロニーから入手しました (飼育方法の詳細については、Hoc et al. 19 を参照)。実験用に、毎日 2.0 g の BSF 卵を飼育ケージから無作為に収集し、2.0 kg の 70% 湿潤鶏飼料 (Aveve、ルーベン、ベルギー) 中で孵化させました。孵化から 5 日後、幼虫を基質から分離し、実験目的で手動で数えました。各バッチの初期重量を測定した。平均個別体重は 7.125 ± 0.41 mg で、各治療の平均を補足表 S2 に示します。
食事の配合は、Barragan-Fonseca らによる研究に基づいて調整されました。 ３８．簡単に言うと、単糖類と二糖類には食感特性がないため、幼鶏の同じ飼料品質、同様の乾物（DM）含有量、高CH（新鮮な飼料に基づいて10％）と食感の間に妥協点が見つかりました。メーカーの情報 (Chicken Feed、AVEVE、ルーベン、ベルギー) によると、試験した CH (つまり可溶性糖) をオートクレーブ処理した水溶液 (15.9%) として、タンパク質 16.0%、総脂質 5.0%、 11.9%の鶏ひき肉飼料は灰と4.8%の繊維から成ります。各 750 ml 瓶 (17.20 × 11.50 × 6.00 cm、AVA、ベルギー、テンプゼー) 内で、101.9 g のオートクレーブ処理した CH 溶液を 37.8 g の鶏飼料と混合しました。各飼料の乾物含量は 37.0% で、これには均一なタンパク質 (11.7%)、均一な脂質 (3.7%)、および均一な糖 (添加された CH の 26.9%) が含まれていました。試験された CH は、グルコース (GLU)、フルクトース (FRU)、ガラクトース (GAL)、マルトース (MAL)、スクロース (SUC)、およびラクトース (LAC) でした。対照食はセルロース (CEL) で構成され、セルロース (CEL) は H. イルセンス幼虫にとって消化不可能であると考えられています 38 。生後５日の幼虫１００匹を、中央に直径１ｃｍの穴が開いた蓋が取り付けられたトレイに置き、プラスチック製の蚊帳で覆った。各食事療法を 4 回繰り返しました。
幼虫の体重は実験開始から 3 日後に測定されました。各測定では、滅菌温水と鉗子を使用して 20 匹の幼虫を基板から取り出し、乾燥させ、重量を量りました (STX223、オーハウス スカウト、パーシッパニー、米国)。秤量後、幼虫を基質の中心に戻した。最初の前蛹が出現するまで、測定は週に 3 回定期的に行われました。この時点で、前述のようにすべての幼虫を収集、数え、重量を量ります。第6期幼虫（すなわち、前蛹期に先立つ幼虫期に相当する白色幼虫）と前蛹（すなわち、BSF幼虫が黒色になり、摂食を停止し、変態に適した環境を求める最後の幼虫期）を分離し、-で保存します。組成分析の場合は 18℃。収量は、皿ごとに得られた昆虫（ステージ6の幼虫および前蛹）の総質量（g）と発育時間（d）の比として計算されました。本文中のすべての平均値は、平均値 ± SD で表されます。
溶媒 (ヘキサン (Hex)、クロロホルム (CHCl3)、メタノール (MeOH)) を使用する後続のすべての手順はドラフト内で実行され、ニトリル手袋、エプロン、安全メガネの着用が必要でした。
白色幼虫を FreeZone6 凍結乾燥機 (Labconco Corp.、カンザスシティ、ミズーリ州、米国) で 72 時間乾燥させ、その後粉砕しました (IKA A10、シュタウフェン、ドイツ)。 Folch 法 54 を使用して、±1 g の粉末から総脂質を抽出しました。総脂質を補正するために、水分計 (MA 150、Sartorius、Göttiggen、ドイツ) を使用して、各凍結乾燥サンプルの残留水分含量を繰り返し測定しました。
全脂質を酸性条件下でエステル交換し、脂肪酸メチルエステルを得た。簡単に説明すると、約 10 mg の脂質/100 μl CHCl3 溶液 (100 μl) を 8 ml の Pyrex© チューブ (SciLabware – DWK Life Sciences、ロンドン、英国) 内で窒素で蒸発させました。チューブを Hex (0.5 ml) (有機微量分析用の PESTINORM® SUPRATRACE n-Hexane > 95%、VWR Chemicals、Radnor、PA、USA) および Hex/MeOH/BF3 (20/25/55) 溶液 (0.5 ml) に入れました。 ml）70℃の水浴中で90分間。冷却後、１０％Ｈ ２ ＳＯ ４ 水溶液（０．２ｍｌ）および飽和ＮａＣｌ溶液（０．５ｍｌ）を加えた。チューブを混合し、混合物をきれいな Hex (8.0 mL) で満たします。上相の一部をバイアルに移し、水素炎イオン化検出器 (GC-FID) を備えたガスクロマトグラフィーによって分析しました。サンプルは、スプリット モード (スプリット流量: 10 mL/min) のスプリット/スプリットレス インジェクター (240 °C)、Stabilwax®-DA カラム ( 30 m、内径 0.25 mm、0.25 μm、Restek Corp.、ペンシルベニア州ベルフォンテ、米国）および FID（250 ℃）。温度プログラムは次のように設定しました。50 °C で 1 分間、30 °C/min で 150 °C まで上昇し、4 °C/min で 240 °C まで上昇し、240 °C で 5 分間継続します。 Hex をブランクとして使用し、37 の脂肪酸メチルエステルを含む参照標準 (Supelco 37-component FAMEmix、Sigma-Aldrich、Overijse、ベルギー) を同定に使用しました。不飽和脂肪酸 (UFA) の同定は包括的な二次元 GC (GC × GC-FID) によって確認され、異性体の存在は Ferrara らの方法をわずかに応用することによって正確に測定されました。 55. 機器の詳細は補足表 S3 に、結果は補足図 S5 に記載されています。
データは Excel スプレッドシート形式で表示されます (Microsoft Corporation、米国ワシントン州レドモンド)。統計分析は、R Studio (バージョン 2023.12.1+402、米国ボストン) 56 を使用して実行されました。幼虫の体重、発育時間、生産性に関するデータは、ガウス分布に適合するため、線形モデル (LM) (コマンド「lm」、R パッケージ「stats」 56 ) を使用して推定されました。二項モデル分析を使用した生存率は、一般線形モデル (GLM) (コマンド「glm」、R パッケージ「lme4」 57) を使用して推定されました。正規性と等分散性は、Shapiro テスト (コマンド「shapiro.test」、R パッケージ「stats」 56 ) およびデータ分散分析 (コマンド betadisper、R パッケージ「vegan」 58 ) を使用して確認されました。 LM または GLM 検定からの有意な p 値 (p < 0.05) をペアごとに分析した後、EMM 検定 (コマンド「emmeans」、R パッケージ「emmeans」59) を使用してグループ間の有意差が検出されました。
完全な FA スペクトルは、ユークリッド距離行列と 999 個の順列を使用した多変量順列分散分析 (つまり、permMANOVA、コマンド「adonis2」、R パッケージ「vegan」58) を使用して比較されました。これは、食事の炭水化物の性質によって影響を受ける脂肪酸を特定するのに役立ちます。 FA プロファイルの有意な違いは、一対の比較を使用してさらに分析されました。次に、データを主成分分析 (PCA) (コマンド「PCA」、R パッケージ「FactoMineR」60) を使用して視覚化しました。これらの違いの原因となる FA は、相関円を解釈することによって特定されました。これらの候補は、一元配置分散分析 (ANOVA) (コマンド「aov」、R パッケージ「stats」 56 ) に続いて Tukey の事後検定 (コマンド TukeyHSD、R パッケージ「stats」 56 ) を使用して確認されました。分析前に、Shapiro-Wilk 検定を使用して正規性が評価され、Bartlett 検定 (コマンド「bartlett.test」、R パッケージ「stats」 56) を使用して等分散性がチェックされ、2 つの仮定のいずれも満たされない場合はノンパラメトリック法が使用されました。 。分析が比較され (コマンド "kruskal.test"、R パッケージ "stats" 56 )、ダンの事後テストが適用されました (コマンド dunn.test、R パッケージ "dunn.test" 56 )。
原稿の最終バージョンは、英語校正者として Grammarly Editor (米国カリフォルニア州サンフランシスコの Grammarly Inc.) を使用してチェックされました 61 。
現在の研究中に生成および分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。
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投稿日時: 2024 年 12 月 25 日