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곤충 사육은 전 세계적으로 증가하는 단백질 수요를 충족할 수 있는 잠재적인 방법이며, 제품 품질과 안전에 관해 많은 의문이 남아 있는 서구 세계에서는 새로운 활동입니다. 곤충은 바이오 폐기물을 귀중한 바이오매스로 전환함으로써 순환 경제에서 중요한 역할을 할 수 있습니다. 거저리 사료 기질의 약 절반은 습식 사료에서 나옵니다. 이는 생물폐기물에서 얻을 수 있어 곤충 사육을 더욱 지속 가능하게 만듭니다. 이 기사는 부산물에서 추출한 유기 보충제를 먹인 거저리(Tenebrio molitor)의 영양 구성에 대해 보고합니다. 여기에는 팔리지 않은 야채, 감자 조각, 발효된 치커리 뿌리 및 정원 잎이 포함됩니다. 이는 대략적인 조성, 지방산 프로필, 미네랄 및 중금속 함량을 분석하여 평가됩니다. 감자 조각을 먹은 거저리는 지방 함량이 두 배로 증가했고 포화 및 단일 불포화 지방산도 증가했습니다. 발효된 치커리 뿌리를 사용하면 미네랄 함량이 증가하고 중금속이 축적됩니다. 또한, 칼슘, 철, 망간 농도만 증가하므로 거저리에 의한 미네랄 흡수는 선택적입니다. 식단에 야채 혼합물이나 정원 잎을 추가해도 영양 프로필은 크게 바뀌지 않습니다. 결론적으로, 부산물 흐름은 단백질이 풍부한 바이오매스로 성공적으로 전환되었으며, 그 영양분 함량과 생체 이용률은 거저리의 구성에 영향을 미쳤습니다.
증가하는 인구는 2050년까지 97억 명에 이를 것으로 예상되며12 이는 높은 식량 수요에 대처하기 위해 식량 생산에 압력을 가하고 있습니다. 2012년에서 2050년 사이에 식량 수요가 70-80% 증가할 것으로 추정됩니다3,4,5. 현재 식량 생산에 사용되는 천연 자원은 고갈되어 생태계와 식량 공급을 위협하고 있습니다. 또한, 식량 생산 및 소비와 관련하여 많은 양의 바이오매스가 낭비됩니다. 2050년까지 연간 전 세계 폐기물 양은 270억 톤에 달할 것으로 추산되며, 그 중 대부분은 바이오 폐기물6,7,8입니다. 이러한 과제에 대응하여 혁신적인 솔루션, 식품 대안, 농업 및 식품 시스템의 지속 가능한 개발이 제안되었습니다9,10,11. 그러한 접근 방식 중 하나는 유기 잔류물을 사용하여 지속 가능한 식품 및 사료 공급원인 식용 곤충과 같은 원료를 생산하는 것입니다12,13. 곤충 양식은 온실가스 및 암모니아 배출을 낮추고 기존 단백질 공급원보다 물이 덜 필요하며 수직 농업 시스템에서 생산할 수 있어 공간이 덜 필요합니다14,15,16,17,18,19. 연구에 따르면 곤충은 가치가 낮은 바이오폐기물을 건물 함량이 최대 70%인 귀중한 단백질이 풍부한 바이오매스로 전환할 수 있는 것으로 나타났습니다20,21,22. 더욱이, 저부가가치 바이오매스는 현재 에너지 생산, 매립 또는 재활용에 사용되므로 현재의 식품 및 사료 부문과 경쟁하지 않습니다23,24,25,26. 거저리(T. molitor)27는 대규모 식품 및 사료 생산에 가장 유망한 종 중 하나로 간주됩니다. 유충과 성충 모두 곡물 제품, 동물 배설물, 야채, 과일 등과 같은 다양한 물질을 먹습니다. 28,29. 서구 사회에서 T. molitor는 주로 새나 파충류와 같은 가축의 사료로 소규모 사육 방식으로 사육됩니다. 현재 식품 및 사료 생산에서의 잠재력은 더 많은 관심을 받고 있습니다30,31,32. 예를 들어, T. molitor는 냉동, 건조 및 분말 형태의 사용을 포함하여 새로운 식품 프로필로 승인되었습니다(규정(EU) No 258/97 및 규정(EU) 2015/2283)33. 그러나 대규모 생산 식품 및 사료용 곤충에 대한 개념은 서구 국가에서는 아직 비교적 새로운 개념입니다. 업계는 최적의 식단 및 생산에 관한 지식 격차, 최종 제품의 영양 품질, 독성 축적 및 미생물 위험과 같은 안전 문제와 같은 과제에 직면해 있습니다. 전통적인 축산업과 달리 곤충 사육은 유사한 역사적 기록을 가지고 있지 않습니다17,24,25,34.
거저리의 영양가에 대한 많은 연구가 진행되어 왔지만, 거저리의 영양가에 영향을 미치는 요인은 아직 완전히 이해되지 않았습니다. 이전 연구에서는 곤충의 식단이 구성에 어느 정도 영향을 미칠 수 있다는 사실이 밝혀졌지만 명확한 패턴은 발견되지 않았습니다. 또한, 이러한 연구는 거저리의 단백질과 지질 성분에 초점을 두었지만 미네랄 성분에는 제한적인 영향을 미쳤습니다. 미네랄 흡수 능력을 이해하려면 더 많은 연구가 필요합니다. 최근 연구에 따르면 무를 먹은 거저리 유충은 특정 미네랄의 농도가 약간 높았습니다. 그러나 이러한 결과는 테스트된 기판으로 제한되며 추가 산업 시험이 필요합니다. 거저리의 중금속(Cd, Pb, Ni, As, Hg) 축적은 매트릭스의 금속 함량과 유의미한 상관관계가 있는 것으로 보고되었습니다. 동물 사료의 식단에서 발견되는 금속 농도는 법적 한도 미만이지만42, 비소는 거저리 유충에서 생물학적으로 축적되는 것으로 밝혀진 반면, 카드뮴과 납은 생물학적으로 축적되지 않습니다43. 거저리의 영양 성분에 대한 식이의 영향을 이해하는 것은 거저리를 식품과 사료에 안전하게 사용하는 데 중요합니다.
본 논문에서 제시된 연구는 농업 부산물을 습식 사료 공급원으로 사용하는 것이 거저리의 영양 구성에 미치는 영향에 중점을 두고 있습니다. 유충에게는 건식사료 외에 습식사료도 주어야 합니다. 습식 사료 공급원은 필요한 수분을 제공하고 거저리에 영양 보충제 역할을 하여 성장률과 최대 체중을 증가시킵니다44,45. Interreg-Valusect 프로젝트의 표준 거저리 사육 데이터에 따르면 총 거저리 사료에는 습식 사료가 57% 포함되어 있습니다. 일반적으로 신선한 야채(예: 당근)가 습식 사료 공급원으로 사용됩니다35,36,42,44,46. 가치가 낮은 부산물을 습식 사료 공급원으로 사용하면 곤충 사육에 더욱 지속 가능하고 경제적인 이점을 가져올 수 있습니다17. 본 연구의 목적은 (1) 생물학적 폐기물을 습식 사료로 사용하는 것이 거저리의 영양 구성에 미치는 영향을 조사하고, (2) 미네랄이 풍부한 생물 폐기물에서 사육된 거저리 유충의 다량 및 미량 영양소 함량을 결정하여 타당성을 테스트하는 것이었습니다. 광물 강화, (3) 중금속 Pb, Cd 및 Cr의 존재 및 축적을 분석하여 곤충 양식에서 이러한 부산물의 안전성을 평가합니다. 이 연구는 거저리 유충 사료, 영양가 및 안전성에 대한 생물폐기물 보충의 효과에 대한 추가 정보를 제공할 것입니다.
측면 흐름의 건물 함량은 대조용 습식 영양 한천에 비해 더 높았습니다. 야채 혼합물과 정원 잎의 건물 함량은 10% 미만인 반면, 감자 절단 및 발효 치커리 뿌리(13.4 및 29.9 g/100 g 신선 물질, FM)에서 더 높았습니다.
식물성 혼합물은 대조사료(한천)에 비해 조회분, 지방, 단백질 함량이 높았고 비섬유성 탄수화물 함량은 낮았으나, 아밀라아제 처리된 중성 세제섬유 함량은 유사하였다. 감자 조각의 탄수화물 함량은 모든 사이드 스트림 중에서 가장 높았으며 한천의 탄수화물 함량과 비슷했습니다. 전체적으로 조성분은 대조사료와 가장 유사하였지만 소량의 단백질(4.9%)과 조회분(2.9%)을 보충하였다47,48. 감자의 pH 범위는 5~6이며, 이 감자 측류가 더 산성(4.7)이라는 점은 주목할 가치가 있습니다. 발효 치커리 뿌리는 재가 풍부하고 모든 사이드 스트림 중에서 가장 산성입니다. 뿌리를 청소하지 않았기 때문에 화산재의 대부분은 모래(실리카)로 구성되어 있을 것으로 예상됩니다. 정원 잎은 대조군과 기타 측면 흐름에 비해 유일한 알칼리성 생성물이었습니다. 이는 대조군에 비해 높은 수준의 회분과 단백질을 함유하고 훨씬 낮은 탄수화물을 함유하고 있습니다. 조성분은 발효 치커리 뿌리에 가장 가깝지만 조단백질 농도가 더 높아(15.0%) 야채 혼합물의 단백질 함량과 비슷합니다. 위 데이터를 통계적으로 분석한 결과 원유 조성과 사이드 스트림의 pH에 상당한 차이가 있는 것으로 나타났습니다.
거저리 사료에 식물성 혼합물이나 정원 잎을 첨가하는 것은 대조군과 비교하여 거저리 유충의 바이오매스 구성에 영향을 미치지 않았습니다(표 1). 감자 절단물을 추가하면 거저리 유충 및 기타 습식 사료를 공급받은 대조군과 비교하여 바이오매스 구성에 가장 큰 차이가 나타났습니다. 거저리의 단백질 함량은 감자 삽목을 제외하고 측류의 대략적인 구성이 달라도 유충의 단백질 함량에는 영향을 미치지 않았습니다. 수분 공급원으로 감자 절단을 먹이면 유충의 지방 함량이 2배 증가하고 단백질, 키틴 및 비섬유질 탄수화물 함량이 감소했습니다. 발효된 치커리 뿌리는 거저리 유충의 회분 함량을 1.5배 증가시켰습니다.
미네랄 프로필은 젖은 사료와 거저리 유충 바이오매스의 거대 미네랄(표 2) 및 미량 영양소(표 3) 함량으로 표현되었습니다.
일반적으로 농업용 부류는 Mg, Na 및 Ca 함량이 낮은 감자 절단을 제외하고 대조군에 비해 거대 미네랄이 더 풍부했습니다. 대조구에 비해 모든 부류에서 칼륨 농도가 높았다. 한천에는 3mg/100g DM K가 포함되어 있는 반면, 측류의 K 농도는 1070~9909mg/100g DM 범위였습니다. 식물성 혼합물의 마크로미네랄 함량은 대조군보다 유의하게 높았으나 Na 함량은 유의하게 낮았습니다(88 vs. 111 mg/100 g DM). 감자 절단의 거대 미네랄 농도는 모든 부류 중에서 가장 낮았습니다. 감자 절단의 거대미네랄 함량은 다른 부류 및 대조군에 비해 현저히 낮았습니다. Mg 함량이 대조군과 비슷하다는 점을 제외하면. 발효 치커리 뿌리는 거대미네랄 농도가 가장 높지는 않았지만, 이 사이드 스트림의 회분 함량은 모든 사이드 스트림 중에서 가장 높았습니다. 이는 정제되지 않았으며 고농도의 실리카(모래)가 함유되어 있을 수 있기 때문일 수 있습니다. Na 및 Ca 함량은 식물성 혼합물의 함량과 비슷했습니다. 발효 치커리 뿌리에는 모든 측면 스트림 중 Na 농도가 가장 높았습니다. Na를 제외하고 원예용 잎은 모든 젖은 마초 중에서 거대미네랄 농도가 가장 높았습니다. K 농도(9909 mg/100 g DM)는 대조군(3 mg/100 g DM)보다 3,000배 높았고 식물성 혼합물(4057 mg/100 g DM)보다 2.5배 더 높았습니다. Ca 함량은 모든 사이드 스트림 중 가장 높았으며(7276mg/100g DM), 대조구(336mg/100g DM)보다 20배 높았고, 발효 치커리 뿌리 또는 야채 혼합물(530g DM)의 Ca 농도보다 14배 높았습니다. 및 496mg/100g DM).
비록 사료의 거대미네랄 조성에는 상당한 차이가 있었지만(표 2), 야채 혼합물과 대조 사료를 먹인 거저리의 거대미네랄 조성에서는 유의미한 차이가 발견되지 않았습니다.
유충이 먹인 감자 부스러기는 비슷한 농도를 갖는 Na를 제외하고 대조군에 비해 모든 거대 미네랄의 농도가 현저히 낮았습니다. 또한 감자 바삭한 사료 공급은 다른 부류에 비해 유충 거대 미네랄 함량을 가장 크게 감소시켰습니다. 이는 근처의 거저리 제제에서 관찰된 낮은 회분과 일치합니다. 그러나 P와 K는 다른 측류 및 대조군보다 이 습식 사료에서 상당히 높았지만 유충 구성은 이를 반영하지 않았습니다. 거저리 바이오매스에서 발견되는 낮은 Ca 및 Mg 농도는 습식사료 자체에 존재하는 낮은 Ca 및 Mg 농도와 관련이 있을 수 있습니다.
발효된 치커리 뿌리와 과수원 잎을 먹이면 대조군보다 칼슘 수치가 상당히 높아졌습니다. 과수원 잎은 모든 습식사료 중에서 가장 높은 수준의 P, Mg, K 및 Ca를 함유하고 있었지만, 이는 거저리 바이오매스에는 반영되지 않았습니다. Na 농도는 이 유충에서 가장 낮았으며, Na 농도는 감자 절단보다 과수원 잎에서 더 높았습니다. Ca 함량은 유충(66 mg/100 g DM)에서 증가했지만 발효 치커리 뿌리 실험에서 Ca 농도는 거저리 바이오매스(79 mg/100 g DM)만큼 높지 않았습니다. 치커리 뿌리보다 14배 더 높습니다.
습식사료의 미량원소 조성(표 3)에 따르면 식물성 혼합물의 미네랄 조성은 Mn 농도가 현저히 낮은 것을 제외하고는 대조군과 유사하였다. 분석된 모든 미량원소의 농도는 대조군과 기타 부산물에 비해 감자 조각에서 더 낮았습니다. 발효 치커리 뿌리에는 거의 100배 더 많은 철, 4배 더 많은 구리, 2배 더 많은 아연 및 거의 같은 양의 망간이 함유되어 있습니다. 원예작물 잎의 아연과 망간 함량은 대조군보다 유의하게 높았습니다.
대조군, 야채 혼합물 및 습식 감자 부스러기 사료를 먹인 유충의 미량 원소 함량 간에는 유의미한 차이가 발견되지 않았습니다. 그러나 치커리 뿌리 발효사료를 급여한 유충의 Fe 및 Mn 함량은 대조군을 급여한 거저리와 유의한 차이를 보였다. Fe 함량의 증가는 습식사료 자체의 미량원소 농도가 100배 증가했기 때문일 수 있습니다. 그러나 발효 치커리 뿌리와 대조군 사이의 Mn 농도에는 유의한 차이가 없었지만, 발효 치커리 뿌리를 먹인 유충에서는 Mn 농도가 증가하였다. 또한 Mn 농도는 대조군에 비해 원예사료의 젖은 잎사료에서 더 높았지만(3배) 거저리의 바이오매스 구성에는 큰 차이가 없었습니다. 대조군 잎과 원예용 잎 사이의 유일한 차이점은 Cu 함량이었으며 잎에서 더 낮았습니다.
표 4는 기질에서 발견되는 중금속의 농도를 보여줍니다. 완전 동물 사료 내 Pb, Cd 및 Cr의 유럽 최대 농도는 mg/100g 건조 물질로 변환되었으며 표 4에 추가되어 측면 흐름에서 발견되는 농도와 쉽게 비교할 수 있습니다47.
대조군 습식사료, 식물성 혼합물 또는 감자겨에서는 Pb가 검출되지 않았으며, 정원 잎에는 0.002mg Pb/100g DM이 함유되어 있었고 발효 치커리 뿌리에는 0.041mg Pb/100g DM이라는 최고 농도가 함유되어 있었습니다. 대조군 사료와 정원 잎의 C 농도는 비슷했지만(0.023 및 0.021mg/100g DM), 야채 혼합물과 감자겨에서는 더 낮았습니다(0.004 및 0.007mg/100g DM). 다른 기질과 비교하여, 발효 치커리 뿌리의 Cr 농도는 대조군 사료보다 상당히 높았고(0.135 mg/100 g DM) 6배 더 높았습니다. Cd는 제어 스트림이나 사용된 사이드 스트림에서 감지되지 않았습니다.
발효된 치커리 뿌리를 먹인 유충에서는 상당히 높은 수준의 Pb와 Cr이 발견되었습니다. 그러나 거저리 유충에서는 Cd가 검출되지 않았습니다.
거저리 유충의 지방산 프로필이 먹이를 먹은 측류의 다양한 성분에 의해 영향을 받을 수 있는지 여부를 결정하기 위해 조지방의 지방산에 대한 정성 분석이 수행되었습니다. 이러한 지방산의 분포는 표 5에 나와 있습니다. 지방산은 일반 이름과 분자 구조("Cx:y"로 표시됨)로 나열되어 있습니다. 여기서 x는 탄소 원자 수에 해당하고 y는 불포화 결합 수에 해당합니다. ).
감자 조각을 먹인 거저리의 지방산 프로필은 크게 변경되었습니다. 이 제품에는 미리스트산(C14:0), 팔미트산(C16:0), 팔미톨레산(C16:1) 및 올레산(C18:1)이 훨씬 더 많이 함유되어 있습니다. 펜타데칸산(C15:0), 리놀레산(C18:2), 리놀렌산(C18:3)의 농도는 다른 거저리에 비해 현저히 낮았습니다. 다른 지방산 프로필과 비교하여 감자 조각에서는 C18:1과 C18:2의 비율이 반대였습니다. 원예잎을 먹인 거저리에는 다른 습식 사료를 먹인 거저리에 비해 더 많은 양의 펜타데칸산(C15:0)이 함유되어 있습니다.
지방산은 포화지방산(SFA), 단일불포화지방산(MUFA), 다중불포화지방산(PUFA)으로 구분됩니다. 표 5는 이들 지방산 그룹의 농도를 보여준다. 전반적으로, 감자 폐기물을 먹인 거저리의 지방산 프로필은 대조구 및 기타 사이드 스트림과 상당히 달랐습니다. 각 지방산 그룹에 대해 감자칩을 먹인 거저리는 다른 모든 그룹과 크게 달랐습니다. 그들은 더 많은 SFA와 MUFA를 포함하고 PUFA는 더 적게 포함했습니다.
다양한 기질에서 사육된 유충의 생존율과 총 생산량 사이에는 유의한 차이가 없었습니다. 전체 평균 생존율은 90%였으며, 총 평균 생산량은 974g이었다. 밀웜은 부산물을 습식 사료의 공급원으로 성공적으로 처리합니다. 밀웜 습식 사료는 전체 사료 중량(건식+습식)의 절반 이상을 차지합니다. 전통적인 습식 사료로서 신선한 야채를 농업 부산물로 대체하는 것은 거저리 양식에 경제적, 환경적 이점을 제공합니다.
표 1에서 대조사료로 사육된 거저리 유충의 바이오매스 조성은 비섬유성 탄수화물로서 수분 약 72%, 회분 5%, 지질 19%, 단백질 51%, 키틴 8%, 건조물 18%임을 알 수 있다. 이는 문헌에 보고된 값과 비교할 수 있습니다.48,49 그러나 종종 사용된 분석 방법에 따라 다른 구성 요소를 문헌에서 찾을 수 있습니다. 예를 들어, 우리는 Kjeldahl 방법을 사용하여 5.33의 N 대 P 비율로 조단백질 함량을 측정한 반면, 다른 연구자들은 육류 및 사료 샘플에 더 널리 사용되는 6.25 비율을 사용합니다.50,51
식단에 감자 스크랩(탄수화물이 풍부한 습식 식단)을 첨가하면 거저리의 지방 함량이 두 배로 증가했습니다. 감자의 탄수화물 함량은 주로 전분으로 구성되는 것으로 예상되는 반면, 한천에는 설탕(다당류)이 포함되어 있습니다47,48. 이 발견은 단백질 함량이 낮고(10.7%) 전분 함량이 높은(49.8%) 증기로 껍질을 벗긴 감자를 보충한 식단을 거저리에게 먹였을 때 지방 함량이 감소했다는 다른 연구와 대조됩니다. 올리브 찌꺼기를 식단에 첨가했을 때 거저리의 단백질과 탄수화물 함량은 습식 식단과 일치했지만 지방 함량은 변하지 않았습니다35. 대조적으로, 다른 연구에 따르면 측면 하천에서 사육되는 유충의 단백질 함량은 지방 함량과 마찬가지로 근본적인 변화를 겪는 것으로 나타났습니다.
발효된 치커리 뿌리는 거저리 유충의 회분 함량을 크게 증가시켰습니다(표 1). 거저리 유충의 재와 광물 구성에 부산물이 미치는 영향에 대한 연구는 제한적입니다. 대부분의 부산물 사료 공급 연구는 회분 함량을 분석하지 않고 유충의 지방 및 단백질 함량에 중점을 두었습니다21,35,36,38,39. 그러나 부산물을 먹인 유충의 회분 함량을 분석한 결과 회분 함량이 증가한 것으로 나타났다. 예를 들어, 거저리에게 정원 쓰레기를 먹이면 회분 함량이 3.01%에서 5.30%로 증가했고, 사료에 수박 폐기물을 추가하면 회분 함량이 1.87%에서 4.40%로 증가했습니다.
모든 습식사료 공급원은 대략적인 구성이 크게 다르지만(표 1), 각각의 습식사료를 공급한 거저리 유충의 바이오매스 구성 차이는 미미했습니다. 감자 덩어리나 발효된 치커리 뿌리를 먹인 거저리 유충만이 유의미한 변화를 보였습니다. 이 결과에 대한 한 가지 가능한 설명은 치커리 뿌리 외에도 감자 덩어리도 부분적으로 발효되어(pH 4.7, 표 1) 전분/탄수화물을 거저리 유충이 더 쉽게 소화/이용할 수 있게 만들었다는 것입니다. 거저리 유충이 탄수화물과 같은 영양소로부터 지질을 합성하는 방법은 큰 관심거리이며 향후 연구에서 완전히 탐구되어야 합니다. 거저리 유충 성장에 대한 습식 사료 pH의 영향에 대한 이전 연구에서는 pH 범위 3~9에서 습식 사료와 함께 한천 블록을 사용할 때 유의미한 차이가 관찰되지 않았다고 결론지었습니다. 이는 발효된 습식 사료를 Tenebrio molitor 배양에 사용할 수 있음을 나타냅니다. . Coudron et al.53과 유사하게, 대조 실험에서는 미네랄과 영양소가 부족하기 때문에 제공된 습식 사료에 한천 블록을 사용했습니다. 그들의 연구에서는 야채나 감자와 같이 영양학적으로 더욱 다양한 습식 식단 공급원이 소화율이나 생체 이용률을 향상시키는 효과를 조사하지 않았습니다. 이 이론을 더 자세히 조사하려면 습식 사료 공급원의 발효가 거저리 유충에 미치는 영향에 대한 추가 연구가 필요합니다.
본 연구에서 발견된 대조 거저리 바이오매스의 미네랄 분포(표 2 및 3)는 문헌에서 발견된 다량 및 미량 영양소의 범위와 유사합니다48,54,55. 거저리에게 발효 치커리 뿌리를 습식 사료 공급원으로 제공하면 미네랄 함량이 극대화됩니다. 대부분의 다량 영양소와 미량 영양소는 야채 혼합물과 정원 잎에서 더 높았지만(표 2 및 3), 발효된 치커리 뿌리만큼 거저리 바이오매스의 미네랄 함량에 영향을 미치지 않았습니다. 한 가지 가능한 설명은 알칼리성 정원 잎의 영양소가 다른 산성 습식 사료의 영양소보다 생체 이용률이 낮다는 것입니다(표 1). 이전 연구에서는 거저리 유충에게 발효된 볏짚을 먹였고 이 측류에서 잘 발달한 것을 발견했으며 또한 발효에 의한 기질의 전처리가 영양분 흡수를 유도한다는 것을 보여주었습니다. 56 발효 치커리 뿌리를 사용하면 거저리 바이오매스의 Ca, Fe 및 Mn 함량이 증가했습니다. 이 측류에는 더 높은 농도의 다른 미네랄(P, Mg, K, Na, Zn 및 Cu)이 포함되어 있지만 이러한 미네랄은 대조군에 비해 거저리 바이오매스에서 훨씬 더 풍부하지 않았으며 이는 미네랄 흡수의 선택성을 나타냅니다. 거저리 바이오매스에서 이러한 미네랄 함량을 늘리면 식품 및 사료 목적으로 영양가가 높아집니다. 칼슘은 신경근 기능과 혈액 응고, 뼈 및 치아 형성과 같은 많은 효소 매개 과정에 중요한 역할을 하는 필수 미네랄입니다. 57,58 철분 결핍은 개발도상국에서 흔히 발생하는 문제로, 어린이, 여성, 노인들이 식사를 통해 충분한 철분을 섭취하지 못하는 경우가 많습니다. 54 망간은 인간의 식단에 필수적인 요소이고 많은 효소의 기능에 중심적인 역할을 하지만, 과도하게 섭취하면 독성이 있을 수 있습니다. 발효 치커리 뿌리를 먹인 거저리의 높은 망간 수치는 문제가 되지 않았으며 닭의 수치와 비슷했습니다. 59
측류에서 발견된 중금속 농도는 완전 동물 사료에 대한 유럽 표준보다 낮았습니다. 거저리 유충에 대한 중금속 분석 결과, 발효 치커리 뿌리를 먹인 거저리에서 대조군과 다른 기질보다 Pb와 Cr 수준이 유의하게 더 높았습니다(표 4). 치커리 뿌리는 토양에서 자라며 중금속을 흡수하는 것으로 알려져 있으며, 다른 측류는 통제된 인간의 식량 생산에서 유래합니다. 발효된 치커리 뿌리를 먹인 거저리는 또한 더 높은 수준의 Pb와 Cr을 함유했습니다(표 4). 계산된 생물축적계수(BAF)는 Pb의 경우 2.66, Cr의 경우 1.14로 1보다 컸으며, 이는 거저리가 중금속을 축적하는 능력이 있음을 나타냅니다. Pb와 관련하여 EU는 인간이 소비하는 신선육 1kg당 최대 Pb 함량을 0.10mg으로 설정합니다61. 우리의 실험 데이터 평가에서, 발효 치커리 뿌리 거저리에서 검출된 최대 Pb 농도는 0.11 mg/100 g DM이었습니다. 이 값을 이들 거저리의 건조물 함량 30.8%로 환산하면 Pb 함량은 신선물 kg당 0.034mg으로 최대치인 0.10mg/kg보다 낮았습니다. 유럽 식품 규정에는 최대 Cr 함량이 명시되어 있지 않습니다. Cr은 환경, 식품 및 식품 첨가물에서 흔히 발견되며 소량으로도 인간에게 필수적인 영양소로 알려져 있습니다62,63,64. 이러한 분석(표 4)은 중금속이 식단에 존재할 때 T. molitor 유충이 중금속을 축적할 수 있음을 나타냅니다. 그러나 본 연구에서 거저리 바이오매스에서 발견된 중금속 수준은 사람이 섭취해도 안전한 것으로 간주됩니다. T. molitor의 습식 공급원으로 중금속을 함유할 수 있는 측류를 사용할 때는 정기적이고 주의 깊은 모니터링이 권장됩니다.
T. molitor 유충의 전체 바이오매스에서 가장 풍부한 지방산은 팔미트산(C16:0), 올레산(C18:1) 및 리놀레산(C18:2)(표 5)이었으며 이는 이전 연구와 일치합니다 T. molitor에. 지방산 스펙트럼 결과는 일관됩니다. T. molitor의 지방산 프로필은 일반적으로 올레산(C18:1), 팔미트산(C16:0), 리놀레산(C18:2), 미리스트산(C14:0) 및 스테아르산의 5가지 주요 성분으로 구성됩니다. (C18:0). 올레산은 거저리 유충에서 가장 풍부한 지방산(30~60%)으로 보고되었으며, 팔미트산과 리놀레산이 그 뒤를 이었습니다22,35,38,39. 이전 연구에서는 이 지방산 프로필이 거저리 유충 식단의 영향을 받지만 그 차이는 식단과 동일한 경향을 따르지 않는 것으로 나타났습니다38. 다른 지방산 프로필과 비교할 때 감자 껍질의 C18:1~C18:2 비율은 반대입니다. 찐 감자 껍질을 먹인 거저리의 지방산 프로필 변화에 대해서도 유사한 결과가 얻어졌습니다. 이러한 결과는 거저리 기름의 지방산 프로필이 변경될 수 있지만 여전히 불포화 지방산의 풍부한 공급원으로 남아 있음을 나타냅니다.
이 연구의 목적은 4가지 서로 다른 농산업 바이오폐기물 흐름을 습식 사료로 사용하는 것이 거저리 구성에 미치는 영향을 평가하는 것이었습니다. 영향은 유충의 영양가를 기준으로 평가되었습니다. 결과는 부산물이 식품 및 사료 공급원으로 사용될 수 있는 단백질이 풍부한 바이오매스(단백질 함량 40.7~52.3%)로 성공적으로 전환되었음을 보여주었습니다. 또한 부산물을 습식사료로 활용하는 경우 거저리 바이오매스의 영양가에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 특히 유충에게 고농도의 탄수화물(예: 감자 조각)을 제공하면 지방 함량이 증가하고 지방산 구성이 변경됩니다. 다중 불포화 지방산 함량은 낮아지고 포화 및 단일 불포화 지방산 함량은 높아지지만 불포화 지방산 농도는 변하지 않습니다. . 지방산(단일 불포화 + 다중 불포화)이 여전히 지배적입니다. 이 연구는 또한 거저리가 산성 미네랄이 풍부한 측면 하천에서 선택적으로 칼슘, 철, 망간을 축적한다는 것을 보여주었습니다. 미네랄의 생물학적 이용 가능성은 중요한 역할을 하는 것으로 보이며 이를 완전히 이해하려면 추가 연구가 필요합니다. 측면 하천에 존재하는 중금속이 거저리에 축적될 수 있습니다. 그러나 유충 바이오매스의 Pb, Cd 및 Cr의 최종 농도는 허용 가능한 수준보다 낮아 이러한 측면 흐름을 습식 사료 공급원으로 안전하게 사용할 수 있었습니다.
거저리 유충은 Thomas More University of Applied Sciences의 Radius(벨기에 Giel) 및 Inagro(벨기에 Rumbeke-Beitem)에 의해 27°C 및 60% 상대 습도에서 사육되었습니다. 60 x 40 cm 수족관에서 사육된 거저리의 밀도는 4.17 벌레/cm2(거저리 10,000마리)였습니다. 유충은 초기에 사육 탱크당 2.1kg의 밀기울을 건조 사료로 먹인 후 필요에 따라 보충했습니다. 한천 블록은 대조 습식 식품 처리로 사용되었습니다. 4주차부터는 사이드 스트림(수분 공급원이기도 함)을 한천 대신 습식 사료로 자유롭게 공급했습니다. 처리 전반에 걸쳐 모든 곤충에 대해 동일한 양의 수분을 보장하기 위해 각 사이드 스트림의 건물 비율을 미리 결정하고 기록했습니다. 음식은 테라리움 전체에 고르게 분포됩니다. 실험군에서 첫 번째 번데기가 나타날 때 유충을 수집합니다. 유충 수확은 2mm 직경의 기계식 진탕기를 사용하여 수행됩니다. 감자 깍둑썰기 실험을 제외하고. 깍둑썰기한 건조 감자의 상당 부분은 유충이 이 체를 통과하여 기어 들어가도록 하고 금속 쟁반에 모아서 분리합니다. 총 수확 중량은 총 수확 중량을 측정하여 결정됩니다. 생존율은 총 수확 중량을 유충 중량으로 나누어 계산합니다. 유충의 무게는 최소 100마리 이상의 유충을 선택하고 그 총 무게를 숫자로 나누어 결정합니다. 수집된 유충은 분석 전에 내장을 비우기 위해 24시간 동안 굶겨집니다. 마지막으로 유충을 다시 선별하여 나머지 유충과 분리합니다. 동결에탄화 처리한 후 분석할 때까지 -18°C에 보관합니다.
건조 사료는 밀기울(벨기에 Molens Joye)이었습니다. 밀기울을 2mm 미만의 입자 크기로 미리 체로 쳤습니다. 건식 사료 외에도 거저리 유충은 거저리에게 필요한 수분과 미네랄 보충제를 유지하기 위해 습식 사료도 필요합니다. 습식사료는 전체 사료(건식사료+습식사료)의 절반 이상을 차지합니다. 우리 실험에서는 한천(벨기에 Brouwland, 25g/l)을 대조군 습식사료로 사용했습니다45. 그림 1에서 볼 수 있듯이, 영양분 함량이 다른 4가지 농업 부산물을 거저리 유충의 습식 사료로 테스트했습니다. 이러한 부산물에는 (a) 오이 재배 잎(벨기에 이나그로), (b) 감자 손질(벨기에 뒤니), (c) 발효 치커리 뿌리(벨기에 이나그로), (d) 경매에서 팔리지 않은 과일과 채소가 포함됩니다. . (벨로르타, 벨기에). 사이드 스트림은 습식 거저리 사료로 사용하기에 적합한 조각으로 잘립니다.
거저리용 습식 사료로서의 농업 부산물; (a) 오이 재배에서 나온 정원 잎, (b) 감자 자르기, (c) 치커리 뿌리, (d) 경매에서 팔리지 않은 야채 및 (e) 한천 블록. 컨트롤로.
사료와 거저리 유충의 조성은 3회 결정되었습니다(n=3). 신속한 분석, 미네랄 조성, 중금속 함량 및 지방산 조성을 평가했습니다. 수집되어 굶주린 유충으로부터 250g의 균질화된 샘플을 채취하고, 60°C에서 항량으로 건조시킨 후 분쇄하고(IKA, Tube mill 100) 1mm 체로 걸러냈습니다. 건조된 샘플을 어두운 용기에 밀봉했습니다.
건물 함량(DM)은 샘플을 오븐에서 105°C에서 24시간 동안 건조하여 측정했습니다(Memmert, UF110). 건조물의 백분율은 샘플의 중량 손실을 기준으로 계산되었습니다.
조회분 함량(CA)은 머플로(Nabertherm, L9/11/SKM)에서 550°C에서 4시간 동안 연소한 후의 질량 손실로 결정되었습니다.
Soxhlet 추출 장비를 사용하여 석유 에테르(bp 40-60°C)를 사용하여 조지방 함량 또는 디에틸 에테르(EE) 추출을 수행했습니다. 약 10g의 샘플을 추출 헤드에 넣고 샘플 손실을 방지하기 위해 세라믹 울로 덮었습니다. 샘플을 석유 에테르 150ml로 밤새 추출했습니다. 추출물을 냉각시키고, 유기 용매를 제거하고 300mbar 및 50℃에서 회전 증발기(Büchi, R-300)로 회수했습니다. 조 지질 또는 에테르 추출물을 냉각시키고 분석 저울로 무게를 측정했습니다.
조단백질(CP) 함량은 Kjeldahl 방법 BN EN ISO 5983-1(2005)을 사용하여 샘플에 존재하는 질소를 분석하여 결정되었습니다. 단백질 함량을 계산하려면 적절한 N~P 인자를 사용하세요. 표준 건조사료(밀기울)의 경우 총계수 6.25를 사용합니다. 사이드 스트림의 경우 4.2366의 계수가 사용되며 식물성 혼합물의 경우 4.3967의 계수가 사용됩니다. 유충의 조단백질 함량은 5.3351의 N 대 P 계수를 사용하여 계산되었습니다.
섬유 함량에는 Gerhardt 추출 프로토콜(가방 내 수동 섬유 분석, 독일 Gerhardt) 및 van Soest 68 방법을 기반으로 한 중성 세제 섬유(NDF) 측정이 포함되었습니다. NDF 측정을 위해 샘플 1g을 유리 라이너가 있는 특수 섬유 백(Gerhardt, ADF/NDF 백)에 넣었습니다. 샘플이 채워진 섬유 백을 먼저 석유 에테르(끓는점 40~60°C)로 탈지한 후 실온에서 건조했습니다. 탈지된 샘플을 내열성 α-아밀라아제가 함유된 중성 섬유 세제 용액을 사용하여 끓는점에서 1.5시간 동안 추출했습니다. 그런 다음 샘플을 끓는 탈이온수로 3회 세척하고 105°C에서 밤새 건조했습니다. 분석 저울(Sartorius, P224-1S)을 사용하여 건조 섬유 백(섬유 잔류물 함유)의 무게를 측정한 다음 머플로(Nabertherm, L9/11/SKM)에서 550°C에서 4시간 동안 연소했습니다. 재의 무게를 다시 측정하고 샘플의 건조와 연소 사이의 중량 손실을 기준으로 섬유 함량을 계산했습니다.
유충의 키틴 함량을 결정하기 위해 van Soest(68)의 조섬유 분석을 기반으로 수정된 프로토콜을 사용했습니다. 1g 샘플을 특수 섬유 백(Gerhardt, CF Bag)과 유리 밀봉에 넣었습니다. 샘플을 섬유 백에 포장하고 석유 에테르(약 40~60°C)에서 탈지한 후 공기 건조했습니다. 탈지된 샘플을 먼저 끓는점에서 30분 동안 0.13 M 황산의 산성 용액으로 추출했습니다. 샘플이 담긴 추출 섬유 백을 끓는 탈이온수로 3회 세척한 후 0.23M 수산화칼륨 용액으로 2시간 동안 추출했습니다. 샘플이 들어 있는 추출 섬유 백을 다시 끓는 탈이온수로 3회 헹구고 105°C에서 밤새 건조했습니다. 섬유 잔류물을 함유한 건조 백을 분석 저울로 계량하고 머플로에서 550°C에서 4시간 동안 소각했습니다. 재의 무게를 측정하고 소각된 샘플의 중량 손실을 기준으로 섬유 함량을 계산했습니다.
총 탄수화물 함량을 계산했습니다. 사료 내 비섬유성 탄수화물(NFC) 농도는 NDF 분석을 이용하여 계산하였고, 곤충 농도는 키틴 분석을 이용하여 계산하였다.
NBN EN 15933에 따라 탈이온수(1:5 v/v)로 추출한 후 매트릭스의 pH를 측정했습니다.
Broeckx et al.에 설명된 대로 샘플을 준비했습니다. 미네랄 프로필은 ICP-OES(Optima 4300™ DV ICP-OES, Perkin Elmer, MA, USA)를 사용하여 결정되었습니다.
중금속 Cd, Cr 및 Pb는 흑연로 원자 흡수 분광법(AAS)(GFS 퍼니스 자동 샘플러가 장착된 Thermo Scientific, ICE 3000 시리즈)으로 분석되었습니다. 약 200 mg의 샘플을 마이크로파(CEM, MARS 5)를 사용하여 산성 HNO3/HCl(1:3 v/v)에서 분해했습니다. 전자레인지 분해는 190°C에서 25분 동안 600W에서 수행되었습니다. 추출물을 초순수로 희석합니다.
지방산은 GC-MS(Agilent Technologies, 5977 E MSD 검출기를 갖춘 7820A GC 시스템)에 의해 측정되었습니다. Joseph과 Akman70의 방법에 따라 20% BF3/MeOH 용액을 메탄올성 KOH 용액에 첨가하고 에스테르화 후 에테르 추출물로부터 지방산 메틸 에스테르(FAME)를 얻었다. 지방산은 머무름 시간을 37가지 FAME 혼합 표준물질(화학 실험실)과 비교하거나 MS 스펙트럼을 NIST 데이터베이스와 같은 온라인 라이브러리와 비교하여 식별할 수 있습니다. 정성 분석은 크로마토그램의 전체 피크 면적에 대한 피크 면적을 백분율로 계산하여 수행됩니다.
데이터 분석은 SAS(Buckinghamshire, UK)의 JMP Pro 15.1.1 소프트웨어를 사용하여 수행되었습니다. 평가는 유의 수준 0.05의 일원 분산 분석과 사후 테스트로 Tukey의 HSD를 사용하여 수행되었습니다.
생물축적계수(BAF)는 거저리 유충 바이오매스(DM)의 중금속 농도를 습식사료(DM)의 농도로 나누어 계산했습니다43. 1보다 큰 BAF는 유충의 젖은 사료에서 중금속이 생물학적으로 축적된다는 것을 나타냅니다.
현재 연구 중에 생성 및/또는 분석된 데이터세트는 합당한 요청이 있을 경우 해당 저자에게 제공됩니다.
유엔 경제사회부 인구과. 2019년 세계 인구 전망: 하이라이트(ST/ESA/SER.A/423)(2019).
Cole, MB, Augustine, MA, Robertson, MJ 및 Manners, JM, 식품 안전 과학. NPJ 과학. 식품 2018, 2. https://doi.org/10.1038/s41538-018-0021-9 (2018).
게시 시간: 2024년 12월 25일