Dėkojame, kad apsilankėte Nature.com. Naudojama naršyklės versija turi ribotą CSS palaikymą. Siekiant geriausių rezultatų, rekomenduojame naudoti naujesnę naršyklę (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“). Tuo tarpu norėdami užtikrinti nuolatinį palaikymą, svetainę rodysime be stilių ir „JavaScript“.
Vabzdžių auginimas yra potencialus būdas patenkinti augantį pasaulinį baltymų poreikį ir nauja veikla Vakarų pasaulyje, kur išlieka daug klausimų dėl produktų kokybės ir saugos. Vabzdžiai gali atlikti svarbų vaidmenį žiedinėje ekonomikoje, paverčiant biologines atliekas vertinga biomase. Maždaug pusė miltų kirmėlių pašaro substrato gaunama iš šlapio pašaro. Tai galima gauti iš biologinių atliekų, todėl vabzdžių auginimas tampa tvaresnis. Šiame straipsnyje aprašoma miltų kirmėlių (Tenebrio molitor), maitinamų organiniais papildais iš šalutinių produktų, maistinė sudėtis. Tai neparduotos daržovės, bulvių griežinėliai, raugintos cikorijos šaknys ir sodo lapai. Jis vertinamas analizuojant apytikslę sudėtį, riebalų rūgščių profilį, mineralų ir sunkiųjų metalų kiekį. Bulvių griežinėliais šeriami miltiniai kirminai turėjo dvigubą riebalų kiekį ir padidino sočiųjų ir mononesočiųjų riebalų rūgščių kiekį. Naudojant fermentuotą cikorijos šaknį, padidėja mineralų kiekis ir kaupiasi sunkieji metalai. Be to, miltų kirmėlė pasisavina mineralines medžiagas, nes padidėja tik kalcio, geležies ir mangano koncentracija. Daržovių mišinių ar sodo lapų pridėjimas į mitybą reikšmingai nepakeis mitybos profilio. Apibendrinant galima teigti, kad šalutinių produktų srautas buvo sėkmingai paverstas baltymų turinčia biomase, kurios maistinių medžiagų kiekis ir biologinis prieinamumas turėjo įtakos miltų sudėčiai.
Tikimasi, kad iki 2050 m. auganti žmonių populiacija pasieks 9,7 milijardo1, o tai darys spaudimą mūsų maisto gamybai susidoroti su didele maisto paklausa. Skaičiuojama, kad nuo 2012 m. iki 2050 m. maisto poreikis padidės 70–80 %3,4,5. Gamtos ištekliai, naudojami dabartinei maisto gamybai, senka, o tai kelia grėsmę mūsų ekosistemoms ir maisto atsargoms. Be to, dideli biomasės kiekiai iššvaistomi gaminant ir vartojant maistą. Apskaičiuota, kad iki 2050 m. metinis pasaulinis atliekų kiekis pasieks 27 milijardus tonų, kurių didžioji dalis yra biologinės atliekos6,7,8. Reaguojant į šiuos iššūkius, buvo pasiūlyti inovatyvūs sprendimai, maisto alternatyvos ir tvari žemės ūkio bei maisto sistemų plėtra9,10,11. Vienas iš tokių būdų yra naudoti organines liekanas žaliavoms, tokioms kaip valgomieji vabzdžiai, gaminti kaip tvarų maisto ir pašarų šaltinį12,13. Vabzdžių auginimas išskiria mažiau šiltnamio efektą sukeliančių dujų ir amoniako, sunaudoja mažiau vandens nei tradiciniams baltymų šaltiniams ir gali būti auginamas vertikaliose ūkininkavimo sistemose, kurioms reikia mažiau vietos14,15,16,17,18,19. Tyrimai parodė, kad vabzdžiai gali paversti mažai vertingas biologines atliekas į vertingą baltymų turtingą biomasę, kurioje sausosios medžiagos kiekis yra iki 70 %20,21,22. Be to, menkavertė biomasė šiuo metu naudojama energijos gamybai, sąvartynuose arba perdirbimui, todėl nekonkuruoja su dabartiniu maisto ir pašarų sektoriumi23,24,25,26. Miltų kirmėlė (T. molitor)27 yra laikoma viena iš perspektyviausių rūšių didelio masto maisto ir pašarų gamybai. Tiek lervos, tiek suaugusieji minta įvairiomis medžiagomis, tokiomis kaip grūdų produktai, gyvulinės atliekos, daržovės, vaisiai ir kt. 28,29. Vakarų visuomenėse T. molitor nelaisvėje auginamas nedideliu mastu, daugiausia kaip pašaras naminiams gyvūnams, tokiems kaip paukščiai ar ropliai. Šiuo metu daugiau dėmesio skiriama jų potencialui maisto ir pašarų gamyboje30,31,32. Pavyzdžiui, T. molitor buvo patvirtintas naudojant naują maisto profilį, įskaitant naudojimą šaldytu, džiovintu ir miltelių pavidalu (Reglamentas (ES) Nr. 258/97 ir Reglamentas (ES) 2015/2283) 33. Tačiau didelio masto gamyba vabzdžių maistui ir pašarams tebėra gana nauja sąvoka Vakarų šalyse. Pramonė susiduria su tokiais iššūkiais kaip žinių, susijusių su optimalia mityba ir gamyba, galutinio produkto maistine kokybe ir saugos problemomis, tokiomis kaip toksinių medžiagų kaupimasis ir mikrobų pavojai, spragos. Skirtingai nuo tradicinės gyvulininkystės, vabzdžių auginimas neturi panašių istorinių įrašų17,24,25,34.
Nors buvo atlikta daug tyrimų, susijusių su miltinių kirmėlių maistine verte, veiksniai, turintys įtakos jų maistinei vertei, dar nėra iki galo suprasti. Ankstesni tyrimai parodė, kad vabzdžių mityba gali turėti tam tikros įtakos jo sudėčiai, tačiau aiškaus modelio nerasta. Be to, šiuose tyrimuose pagrindinis dėmesys buvo skiriamas miltų kirmėlių baltymų ir lipidų komponentams, tačiau jų poveikis mineraliniams komponentams buvo ribotas21,22,32,35,36,37,38,39,40. Norint suprasti mineralų absorbcijos gebėjimą, reikia daugiau tyrimų. Neseniai atliktas tyrimas padarė išvadą, kad sliekų lervos, maitinamos ridikėliais, turėjo šiek tiek padidintą tam tikrų mineralų koncentraciją. Tačiau šie rezultatai apsiriboja išbandytu substratu, todėl reikia atlikti tolesnius pramoninius bandymus41. Buvo pranešta, kad sunkiųjų metalų (Cd, Pb, Ni, As, Hg) kaupimasis miltų kirmėlėse reikšmingai koreliuoja su metalų kiekiu matricoje. Nors metalų koncentracijos gyvūnų pašaruose yra mažesnės nei leistinos ribos42, buvo nustatyta, kad arsenas taip pat bioakumuliuojasi miltų kirmėlių lervose, o kadmis ir švinas nesikaupia43. Norint saugiai juos naudoti maiste ir pašaruose, labai svarbu suprasti dietos poveikį miltų kirmėlių maistinei sudėčiai.
Šiame dokumente pateiktame tyrime pagrindinis dėmesys skiriamas šalutinių žemės ūkio produktų, kaip šlapio pašaro šaltinio, poveikiui miltų kirmėlių maistinei sudėčiai. Be sauso pašaro, lervoms turėtų būti tiekiamas ir šlapias pašaras. Šlapio pašaro šaltinis suteikia reikiamą drėgmę, taip pat yra maisto papildas miltinėms kirmėlėms, didinantis augimo greitį ir didžiausią kūno svorį44,45. Pagal mūsų standartinius miltų kirmėlių auginimo duomenis Interreg-Valusect projekte, bendrame miltų kirmėlių pašare yra 57 % w/w šlapio pašaro. Paprastai šviežios daržovės (pvz., morkos) naudojamos kaip šlapio pašaro šaltinis35,36,42,44,46. Mažos vertės šalutinių produktų naudojimas kaip šlapio pašaro šaltinis suteiks tvaresnę ir ekonominę naudą vabzdžių auginimui17. Šio tyrimo tikslai buvo (1) ištirti biologinių atliekų, kaip šlapio pašaro, poveikį miltų kirmėlių maistinei sudėčiai, (2) nustatyti makro ir mikroelementų kiekį miltų kirmėlių lervose, auginamose ant mineralinių medžiagų turinčių biologinių atliekų, siekiant patikrinti mineralinių medžiagų stiprinimas ir (3) įvertinti šių šalutinių produktų saugą auginant vabzdžius, analizuojant sunkiųjų medžiagų buvimą ir kaupimąsi. metalai Pb, Cd ir Cr. Šiame tyrime bus pateikta daugiau informacijos apie biologinių atliekų papildymo poveikį miltų kirmėlių lervų mitybai, maistinę vertę ir saugumą.
Sausosios medžiagos kiekis šoniniame sraute buvo didesnis, palyginti su kontroliniu drėgnu maistinių medžiagų agaru. Daržovių mišiniuose ir sodo lapuose sausųjų medžiagų buvo mažiau nei 10 proc., o bulvių auginiuose ir raugintų cikorijų šaknyse – didesnis (13,4 ir 29,9 g/100 g šviežių medžiagų, FM).
Daržovių mišinyje buvo didesnis žalių pelenų, riebalų ir baltymų kiekis bei mažesnis nepluoštinių angliavandenių kiekis nei kontroliniame pašare (agare), o amilaze apdoroto neutralaus ploviklio pluošto kiekis buvo panašus. Angliavandenių kiekis bulvių griežinėliais buvo didžiausias iš visų šoninių srautų ir buvo panašus į agaro kiekį. Apskritai jo neapdorota sudėtis buvo panaši į kontrolinį pašarą, tačiau buvo papildyta nedideliu kiekiu baltymų (4,9 %) ir žalių pelenų (2,9 %) 47,48 . Bulvių pH svyruoja nuo 5 iki 6, verta paminėti, kad ši bulvių šalutinė srovė yra rūgštesnė (4,7). Raugintos cikorijos šaknys turi daug pelenų ir yra rūgštiausios iš visų šalutinių srovių. Kadangi šaknys nebuvo išvalytos, didžioji dalis pelenų turėtų būti sudaryta iš smėlio (silicio dioksido). Sodo lapai buvo vienintelis šarminis produktas, palyginti su kontroliniu ir kitais šalutiniais srautais. Jame yra daug pelenų ir baltymų bei daug mažiau angliavandenių nei kontrolinėje. Žalios sudėties artimiausia raugintos cikorijos šaknies, tačiau žalių baltymų koncentracija didesnė (15,0 %), o tai panašu į baltymų kiekį daržovių mišinyje. Aukščiau pateiktų duomenų statistinė analizė parodė reikšmingus šalutinių srautų žalios sudėties ir pH skirtumus.
Daržovių mišinių ar sodo lapų pridėjimas į sliekų pašarą neturėjo įtakos miltų lervų biomasės sudėčiai, lyginant su kontroline grupe (1 lentelė). Pridėjus bulvių auginius, biomasės sudėtis buvo reikšmingiausia, palyginti su kontroline grupe, gavusia miltų lervas ir kitus šlapio pašaro šaltinius. Kalbant apie miltų kirmėlių baltymingumą, išskyrus bulvių auginius, skirtinga apytikslė šoninių srautų sudėtis neturėjo įtakos lervų baltymų kiekiui. Šeriant bulvių auginius kaip drėgmės šaltinį dvigubai padidėjo lervų riebalų kiekis ir sumažėjo baltymų, chitino ir nepluoštinių angliavandenių kiekis. Rauginta cikorijos šaknis miltų lervų pelenų kiekį padidino pusantro karto.
Mineralų profiliai buvo išreikšti makromineralų (2 lentelė) ir mikroelementų (3 lentelė) kiekiu šlapiuose pašaruose ir miltų kirmėlių lervų biomasėje.
Apskritai, žemės ūkio šalutiniai upeliai buvo turtingesni makromineralų, palyginti su kontroline grupe, išskyrus bulvių auginius, kuriuose buvo mažesnis Mg, Na ir Ca kiekis. Kalio koncentracija buvo didelė visuose šoniniuose srautuose, palyginti su kontrole. Agare yra 3 mg/100 g DM K, o K koncentracija šoniniame sraute svyravo nuo 1070 iki 9909 mg/100 g DM. Makromineralų kiekis daržovių mišinyje buvo žymiai didesnis nei kontrolinėje grupėje, tačiau Na kiekis buvo žymiai mažesnis (88 vs. 111 mg/100 g DM). Makromineralų koncentracija bulvių auginiuose buvo mažiausia iš visų šalutinių srautų. Makromineralų kiekis bulvių auginiuose buvo žymiai mažesnis nei kituose šalutiniuose upeliuose ir kontrolėje. Išskyrus tai, kad Mg kiekis buvo panašus į kontrolinę grupę. Nors raugintos cikorijos šaknys neturėjo didžiausios makromineralų koncentracijos, peleningumas šio šalutinio srauto buvo didžiausias iš visų šalutinių srautų. Taip gali būti dėl to, kad jie nėra išvalyti ir juose gali būti didelė silicio dioksido (smėlio) koncentracija. Na ir Ca kiekis buvo panašus į daržovių mišinio kiekį. Fermentuotoje cikorijos šaknyje buvo didžiausia Na koncentracija iš visų šalutinių srautų. Sodininkystės lapuose, išskyrus Na, buvo didžiausia makromineralų koncentracija iš visų drėgnų pašarų. K koncentracija (9909 mg/100 g SM) buvo tris tūkstančius kartų didesnė už kontrolinę (3 mg/100 g SM) ir 2,5 karto didesnė už daržovių mišinį (4057 mg/100 g SM). Ca kiekis buvo didžiausias iš visų šalutinių srautų (7276 mg/100 g SM), 20 kartų didesnis nei kontrolinio (336 mg/100 g SM) ir 14 kartų didesnis už Ca koncentraciją fermentuotose cikorijos šaknyse arba daržovių mišiniuose ( 530 ir 496 mg/100 g DM).
Nors buvo reikšmingų skirtumų tarp racionų makromineralinės sudėties (2 lentelė), reikšmingų skirtumų tarp miltų kirmėlių, auginamų daržovių mišiniais ir kontroliniu maistu, makromineralinė sudėtis nenustatyta.
Lervos, šeriamos bulvių trupiniais, turėjo žymiai mažesnę visų makromineralų koncentraciją, palyginti su kontroline, išskyrus Na, kurios koncentracija buvo panaši. Be to, šėrimas su bulvėmis traškiais lervose labiausiai sumažino makromineralų kiekį, palyginti su kitais šalutiniais srautais. Tai atitinka mažesnį pelenų kiekį, pastebėtą netoliese esančiose miltų kirmėlių kompozicijose. Tačiau, nors P ir K buvo žymiai didesni šioje šlapioje dietoje nei kitose šalutiniuose srautuose ir kontrolėje, lervų sudėtis to neatspindėjo. Mažos Ca ir Mg koncentracijos, esančios miltų kirmėlių biomasėje, gali būti susijusios su maža Ca ir Mg koncentracija pačioje šlapioje dietoje.
Šeriant fermentuotas cikorijos šaknis ir sodo lapus kalcio kiekis buvo žymiai didesnis nei kontrolinių. Sodo lapuose buvo didžiausias P, Mg, K ir Ca kiekis iš visų šlapių pašarų, tačiau tai neatsispindėjo miltų kirmėlių biomasėje. Šiose lervose Na koncentracija buvo mažiausia, o sodo lapuose Na koncentracija didesnė nei bulvių auginiuose. Fermentuotų cikorijos šaknų eksperimentuose Ca kiekis padidėjo lervose (66 mg/100 g SM), tačiau Ca koncentracija buvo ne tokia didelė kaip miltinių kirmėlių biomasėje (79 mg/100 g SM), nors Ca koncentracija sodo lapų pasėliuose buvo 14 kartų didesnis nei cikorijos šaknyse.
Remiantis šlapių pašarų mikroelementų sudėtimi (3 lentelė), daržovių mišinio mineralinė sudėtis buvo panaši į kontrolinės grupės, išskyrus tai, kad Mn koncentracija buvo žymiai mažesnė. Visų tirtų mikroelementų koncentracijos bulvių gabaluose buvo mažesnės, palyginti su kontroliniais ir kitais šalutiniais produktais. Raugintose cikorijos šaknyse buvo beveik 100 kartų daugiau geležies, 4 kartus daugiau vario, 2 kartus daugiau cinko ir maždaug tiek pat mangano. Cinko ir mangano kiekis sodo augalų lapuose buvo žymiai didesnis nei kontrolinės grupės.
Reikšmingų skirtumų tarp lervų, šertų kontroliniu, daržovių mišiniu ir šlapių bulvių likučių racionu, mikroelementų kiekio skirtumų nenustatyta. Tačiau fermentuotų cikorijos šaknų pašarais šertų lervų Fe ir Mn kiekis labai skyrėsi nuo kontrolinės grupės šertų miltų. Fe kiekis gali padidėti dėl šimtą kartų padidėjusios mikroelementų koncentracijos pačioje šlapioje dietoje. Tačiau, nors reikšmingo Mn koncentracijų skirtumo tarp fermentuotų cikorijos šaknų ir kontrolinės grupės nebuvo, Mn kiekis padidėjo lervose, maitinamose fermentuotomis cikorijos šaknimis. Taip pat reikėtų pažymėti, kad Mn koncentracija buvo didesnė (3 kartus) sodininkystės dietos šlapių lapų racione, palyginti su kontroline, tačiau reikšmingo miltų kirmėlių biomasės sudėties skirtumo nebuvo. Vienintelis skirtumas tarp kontrolinių ir sodininkystės lapų buvo Cu kiekis, kuris lapuose buvo mažesnis.
4 lentelėje parodytos sunkiųjų metalų koncentracijos substratuose. Didžiausios Europos Pb, Cd ir Cr koncentracijos visaverčiuose gyvūnų pašaruose buvo perskaičiuotos į mg/100 g sausosios medžiagos ir įtrauktos į 4 lentelę, kad būtų lengviau palyginti su koncentracijomis, nustatytomis šalutiniuose srautuose47.
Kontroliniuose šlapiuose pašaruose, daržovių mišiniuose ar bulvių sėlenose Pb neaptikta, o sodo lapuose Pb/100 g SM buvo 0,002 mg, o fermentuotose cikorijos šaknyse – didžiausia koncentracija – 0,041 mg Pb/100 g SM. C koncentracijos kontroliniuose pašaruose ir sodo lapuose buvo panašios (0,023 ir 0,021 mg/100 g SM), o daržovių mišiniuose ir bulvių sėlenose – mažesnės (0,004 ir 0,007 mg/100 g SM). Lyginant su kitais substratais, fermentuotų cikorijų šaknyse Cr koncentracija buvo žymiai didesnė (0,135 mg/100 g SM) ir šešis kartus didesnė nei kontroliniame pašare. Cd nebuvo aptikta nei kontroliniame sraute, nei jokiame iš naudotų šalutinių srautų.
Raugintomis cikorijos šaknimis šeriamose lervose nustatytas žymiai didesnis Pb ir Cr kiekis. Tačiau Cd nebuvo aptikta nė vienoje miltų kirmėlių lervoje.
Buvo atlikta kokybinė žalių riebalų riebalų rūgščių analizė, siekiant nustatyti, ar miltų kirmėlių lervų riebalų rūgščių profiliui gali turėti įtakos skirtingi šoninio srauto, kuriuo jie buvo maitinami, komponentai. Šių riebalų rūgščių pasiskirstymas parodytas 5 lentelėje. Riebalų rūgštys išvardytos pagal jų bendrinį pavadinimą ir molekulinę struktūrą (žymimos „Cx:y“, kur x atitinka anglies atomų skaičių, o y – nesočiųjų jungčių skaičių). ).
Riebalų rūgščių profilis miltinių kirmėlių, šertų bulvių griežinėliais, buvo gerokai pakitęs. Juose buvo žymiai daugiau miristinės rūgšties (C14:0), palmitino rūgšties (C16:0), palmitoleino rūgšties (C16:1) ir oleino rūgšties (C18:1). Pentadekano rūgšties (C15:0), linolo rūgšties (C18:2) ir linoleno rūgšties (C18:3) koncentracijos buvo žymiai mažesnės, palyginti su kitomis miltų kirmėlėmis. Palyginti su kitų riebalų rūgščių profiliais, C18:1 ir C18:2 santykis bulvių griežinėliais buvo atvirkštinis. Daržo lapais šertuose miltų kirmėlėse buvo didesnis pentadekano rūgšties kiekis (C15:0) nei miltų kirmėlėse, šertuose kitais šlapiais pašarais.
Riebalų rūgštys skirstomos į sočiąsias riebalų rūgštis (SFA), mononesočiąsias riebalų rūgštis (MUFA) ir polinesočiąsias riebalų rūgštis (PUFA). 5 lentelėje parodytos šių riebalų rūgščių grupių koncentracijos. Apskritai, miltų kirmėlių, maitinamų bulvių atliekomis, riebalų rūgščių profiliai labai skyrėsi nuo kontrolinių ir kitų šalutinių srautų. Kiekvienoje riebalų rūgščių grupėje miltų kirminai, šeriami bulvių traškučiais, labai skyrėsi nuo visų kitų grupių. Juose buvo daugiau SFA ir MUFA ir mažiau PUFA.
Reikšmingų skirtumų tarp skirtinguose substratuose išvestų lervų išgyvenamumo rodiklio ir bendro derliaus svorio nenustatyta. Bendras vidutinis išgyvenamumas buvo 90%, o bendras vidutinis derliaus svoris buvo 974 gramai. Miltų kirmėlės sėkmingai perdirba šalutinius produktus kaip šlapio pašaro šaltinį. Miltų kirmėlių šlapias pašaras sudaro daugiau nei pusę viso pašaro svorio (sausas + šlapias). Šviežių daržovių pakeitimas šalutiniais žemės ūkio produktais, kaip tradiciniu drėgnu pašaru, turi ekonominę ir aplinkosauginę naudą miltų kirmėlių auginimui.
1 lentelėje parodyta, kad miltų kirmėlių lervų, išaugintų naudojant kontrolinį racioną, biomasės sudėtis buvo maždaug 72 % drėgmės, 5 % pelenų, 19 % lipidų, 51 % baltymų, 8 % chitino ir 18 % sausosios medžiagos kaip nepluoštinių angliavandenių. Tai galima palyginti su literatūroje nurodytomis reikšmėmis.48,49 Tačiau literatūroje galima rasti ir kitų komponentų, dažnai priklausomai nuo naudojamo analizės metodo. Pavyzdžiui, mes naudojome Kjeldahlio metodą žalių baltymų kiekiui nustatyti, kai N ir P santykis yra 5,33, o kiti tyrinėtojai mėsos ir pašarų mėginiams naudoja plačiau naudojamą santykį 6,25.50,51
Į racioną įtraukus bulvių likučius (daug angliavandenių turinčios šlapios dietos), miltinių kirmėlių riebalų kiekis padvigubėjo. Manoma, kad bulvių angliavandenių kiekį daugiausia sudarys krakmolas, o agare yra cukrų (polisacharidų)47,48. Ši išvada prieštarauja kitam tyrimui, kuriame nustatyta, kad riebalų kiekis sumažėjo, kai miltų kirminai buvo šeriami garuose nuskustomis bulvėmis, kuriose buvo mažai baltymų (10,7 %) ir daug krakmolo (49,8 %)36. Kai į racioną buvo įtraukta alyvuogių išspaudų, miltų kirmėlių baltymų ir angliavandenių kiekis atitiko šlapio maisto kiekį, o riebalų kiekis nepasikeitė35. Priešingai, kiti tyrimai parodė, kad šalutiniuose srautuose auginamų lervų baltymų kiekis iš esmės keičiasi, kaip ir riebalų kiekis22, 37.
Fermentuotos cikorijos šaknys reikšmingai padidino miltų lervų pelenų kiekį (1 lentelė). Šalutinių produktų poveikio miltų kirmėlių lervų pelenų ir mineralų sudėčiai tyrimai yra riboti. Dauguma šalutinių produktų šėrimo tyrimų buvo sutelkti į lervų riebalų ir baltymų kiekį, neanalizuojant pelenų kiekio21,35,36,38,39. Tačiau išanalizavus lervų, maitinamų šalutiniais produktais, pelenų kiekį, nustatytas pelenų kiekio padidėjimas. Pavyzdžiui, šeriant miltų kirmėles sodo atliekomis, pelenų kiekis padidėjo nuo 3,01% iki 5,30%, o į racioną įtraukus arbūzų atliekų pelenų kiekis padidėjo nuo 1,87% iki 4,40%.
Nors visų šlapio maisto šaltinių apytikslė sudėtis labai skyrėsi (1 lentelė), miltų kirmėlių lervų, maitinamų atitinkamais drėgno maisto šaltiniais, biomasės sudėties skirtumai buvo nedideli. Tik miltų lervos, maitinamos bulvių gabalėliais arba rauginta cikorijos šaknimi, parodė reikšmingus pokyčius. Vienas iš galimų šio rezultato paaiškinimų yra tas, kad be cikorijos šaknų, bulvių gabaliukai taip pat buvo iš dalies fermentuoti (pH 4,7, 1 lentelė), todėl krakmolas / angliavandeniai buvo lengviau virškinami / prieinami miltų kirmėlių lervoms. Labai įdomu, kaip miltų kirmėlių lervos sintezuoja lipidus iš maistinių medžiagų, tokių kaip angliavandeniai, ir tai turėtų būti išsamiai ištirta būsimuose tyrimuose. Ankstesniame tyrime dėl šlapios dietos pH įtakos miltų lervų augimui padaryta išvada, kad naudojant agaro blokus su šlapiu pašaru, kurio pH intervalas nuo 3 iki 9, reikšmingų skirtumų nepastebėta. Tai rodo, kad fermentuotas šlapias pašaras gali būti naudojamas sėmenų auginimui. Tenebrio molitor53. Panašiai kaip Coudron ir kt.53, kontroliniuose eksperimentuose drėgnose dietose buvo naudojami agaro blokai, nes juose trūko mineralų ir maistinių medžiagų. Jų tyrime nebuvo tiriamas įvairesnių šlapios mitybos šaltinių, tokių kaip daržovės ar bulvės, poveikis virškinamumui ar biologiniam prieinamumui. Norint toliau tirti šią teoriją, reikia atlikti tolesnius šlapios mitybos šaltinių fermentacijos poveikio miltų kirmėlių lervoms tyrimus.
Šiame tyrime nustatytas kontrolinių miltų kirmėlių biomasės mineralinis pasiskirstymas (2 ir 3 lentelės) yra panašus į literatūroje rastą makro ir mikroelementų spektrą48, 54, 55. Miltų kirmėlių aprūpinimas fermentuotomis cikorijos šaknimis kaip šlapio maisto šaltiniu padidina jų mineralų kiekį. Nors daugumos makro ir mikroelementų buvo daugiau daržovių mišiniuose ir sodo lapuose (2 ir 3 lentelės), jie neturėjo tokios įtakos mineralinių medžiagų kiekiui miltų biomasėje kaip fermentuotos cikorijos šaknys. Vienas iš galimų paaiškinimų yra tas, kad maistinės medžiagos šarminiuose sodo lapuose yra mažiau biologiškai prieinamos nei kitose, rūgštesnėse šlapiose dietose (1 lentelė). Ankstesni tyrimai šėrė miltų kirmėlių lervas fermentuotais ryžių šiaudais ir nustatė, kad jos gerai vystosi šioje šalutinėje srovėje, taip pat parodė, kad išankstinis substrato apdorojimas fermentacija paskatino maistinių medžiagų įsisavinimą. 56 Naudojant fermentuotas cikorijos šaknis, padidėjo Ca, Fe ir Mn kiekis miltų kirmėlių biomasėje. Nors šiame šalutiniame sraute taip pat buvo didesnė kitų mineralų (P, Mg, K, Na, Zn ir Cu) koncentracija, šių mineralų miltų kirmėlių biomasėje nebuvo daug daugiau, palyginti su kontrole, o tai rodo mineralų pasisavinimo selektyvumą. Šių mineralų kiekio didinimas sliekų biomasėje turi maistinę vertę maistui ir pašarams. Kalcis yra esminis mineralas, kuris atlieka svarbų vaidmenį nervų ir raumenų funkcijoje ir daugelyje fermentų sukeliamų procesų, tokių kaip kraujo krešėjimas, kaulų ir dantų formavimasis. 57,58 Geležies trūkumas yra dažna besivystančių šalių problema, nes vaikai, moterys ir pagyvenę žmonės dažnai negauna pakankamai geležies su maistu. 54 Nors manganas yra esminis žmogaus mitybos elementas ir vaidina pagrindinį vaidmenį veikiant daugeliui fermentų, per didelis jo suvartojimas gali būti toksiškas. Didesnis mangano kiekis miltų kirmėlėse, šeriamose fermentuota cikorijos šaknimi, nekėlė susirūpinimo ir buvo panašus į viščiukų kiekį. 59
Šalutiniame sraute rastų sunkiųjų metalų koncentracijos buvo mažesnės už Europos standartus visaverčiams pašarams. Miltų kirmėlių lervų sunkiųjų metalų analizė parodė, kad Pb ir Cr kiekiai buvo žymiai didesni miltų kirmėlių, šertų fermentuota cikorijos šaknimi, nei kontrolinės grupės ir kitų substratų (4 lentelė). Cikorijos šaknys auga dirvožemyje ir, kaip žinoma, absorbuoja sunkiuosius metalus, o kiti šalutiniai srautai atsiranda dėl kontroliuojamos žmonių maisto gamybos. Miltiniuose kirmėlėse, šertuose fermentuota cikorijos šaknimi, taip pat buvo didesnis Pb ir Cr kiekis (4 lentelė). Apskaičiuoti bioakumuliacijos faktoriai (BAF) buvo 2,66 Pb ir 1,14 Cr, ty didesnis nei 1, o tai rodo, kad miltų kirmėlės turi savybę kaupti sunkiuosius metalus. Kalbant apie Pb, ES nustato didžiausią Pb kiekį 0,10 mg vienam kilogramui žmonėms vartoti skirtos šviežios mėsos61. Vertinant eksperimentinius duomenis, didžiausia Pb koncentracija, nustatyta fermentuotų cikorijos šaknų miltų kirmėlėse, buvo 0,11 mg/100 g DM. Perskaičiavus vertę iki 30,8 % šių miltų kirmėlių sausosios medžiagos, Pb kiekis buvo 0,034 mg/kg šviežios medžiagos, o tai buvo mažesnis už didžiausią 0,10 mg/kg ribą. Europos maisto reglamentuose didžiausias Cr kiekis nenurodytas. Cr dažniausiai randamas aplinkoje, maisto produktuose ir maisto prieduose ir yra žinoma, kad mažais kiekiais yra svarbi maistinė medžiaga žmonėms62, 63, 64. Šios analizės (4 lentelė) rodo, kad T. molitor lervos gali kaupti sunkiuosius metalus, kai sunkiųjų metalų yra maiste. Tačiau šiame tyrime esantis miltų kirmėlių biomasėje esantis sunkiųjų metalų kiekis laikomas saugiu žmonėms vartoti. Rekomenduotina reguliariai ir atidžiai stebėti, kai naudojami šalutiniai srautai, kuriuose gali būti sunkiųjų metalų, kaip šlapias T. molitor tiekimo šaltinis.
Gausiausios riebalų rūgštys bendroje T. molitor lervų biomasėje buvo palmitino rūgštis (C16:0), oleino rūgštis (C18:1) ir linolo rūgštis (C18:2) (5 lentelė), kas atitinka ankstesnius tyrimus. ant T. molitor. Riebalų rūgščių spektro rezultatai yra nuoseklūs36,46,50,65. T. molitor riebalų rūgščių profilis paprastai susideda iš penkių pagrindinių komponentų: oleino rūgšties (C18:1), palmitino rūgšties (C16:0), linolo rūgšties (C18:2), miristinės rūgšties (C14:0) ir stearino rūgšties. (C18:0). Pranešama, kad miltų kirmėlių lervose gausiausia riebalų rūgštis (30–60 %) yra oleino rūgštis, po to seka palmitino rūgštis ir linolo rūgštis22, 35, 38, 39. Ankstesni tyrimai parodė, kad šiam riebalų rūgščių profiliui įtakos turi miltų kirmėlių lervų dieta, tačiau skirtumai nesilaiko tų pačių tendencijų kaip dieta38. Palyginti su kitų riebalų rūgščių profiliais, C18:1–C18:2 santykis bulvių lupenose yra atvirkštinis. Panašūs rezultatai gauti ir tiriant riebiųjų rūgščių profilį miltų kirmėlių, šertų garuose virtomis bulvių lupenomis36. Šie rezultatai rodo, kad nors miltų kirmėlių aliejaus riebalų rūgščių profilis gali pasikeisti, jis vis tiek išlieka turtingu nesočiųjų riebalų rūgščių šaltiniu.
Šio tyrimo tikslas buvo įvertinti keturių skirtingų agrarinių pramoninių biologinių atliekų srautų naudojimo kaip šlapio pašaro poveikį miltų sudėčiai. Poveikis buvo įvertintas pagal lervų maistinę vertę. Rezultatai parodė, kad šalutiniai produktai buvo sėkmingai paversti baltyminga biomase (baltymų kiekis 40,7-52,3%), kuris gali būti naudojamas kaip maisto ir pašarų šaltinis. Be to, tyrimas parodė, kad šalutinių produktų naudojimas kaip šlapias pašaras turi įtakos miltinių kirmėlių biomasės maistinei vertei. Visų pirma, suteikiant lervoms didelę angliavandenių koncentraciją (pvz., bulvių gabalėlius), padidėja jų riebalų kiekis ir keičiasi riebalų rūgščių sudėtis: sumažėja polinesočiųjų riebalų rūgščių kiekis ir didesnis sočiųjų ir mononesočiųjų riebalų rūgščių kiekis, bet ne nesočiųjų riebalų rūgščių koncentracija. . Vis dar dominuoja riebalų rūgštys (mononesočiosios + polinesočiosios). Tyrimas taip pat parodė, kad miltų kirminai selektyviai kaupia kalcį, geležį ir manganą iš šalutinių srautų, kuriuose gausu rūgščių mineralų. Atrodo, kad mineralų biologinis prieinamumas vaidina svarbų vaidmenį, todėl norint visapusiškai tai suprasti, reikia atlikti tolesnius tyrimus. Sunkieji metalai, esantys šoniniuose srautuose, gali kauptis miltų kirmėlėse. Tačiau galutinės Pb, Cd ir Cr koncentracijos lervų biomasėje buvo mažesnės už priimtiną lygį, todėl šiuos šalutinius srautus buvo galima saugiai naudoti kaip šlapio pašaro šaltinį.
Miltų kirmėlių lervas augino Radius (Giel, Belgija) ir Inagro (Rumbeke-Beitem, Belgija) Thomas More taikomųjų mokslų universitete 27 °C temperatūroje ir 60% santykinėje drėgme. 60 x 40 cm akvariume auginamų miltų kirmėlių tankis buvo 4,17 kirmėlių/cm2 (10 000 miltų kirmėlių). Iš pradžių lervos buvo šeriamos 2,1 kg kviečių sėlenų kaip sausas maistas viename auginimo rezervuare, o vėliau, jei reikia, buvo papildyta. Naudokite agaro blokus kaip kontrolinį šlapio maisto apdorojimą. Nuo 4 savaitės pradėkite šerti šonines sroves (taip pat ir drėgmės šaltinį) kaip šlapią maistą, o ne ad libitum agarą. Sausosios medžiagos procentas kiekvienam šoniniam srautui buvo iš anksto nustatytas ir užregistruotas, kad būtų užtikrintas vienodas drėgmės kiekis visiems vabzdžiams per apdorojimą. Maistas tolygiai paskirstomas visame terariume. Lervos renkamos, kai eksperimentinėje grupėje pasirodo pirmosios lėliukės. Lervų derlius nuimamas naudojant 2 mm skersmens mechaninę purtytuvą. Išskyrus eksperimentą su bulvių kubeliais. Didelės džiovintų bulvių, supjaustytų kubeliais, dalys taip pat atskiriamos leidžiant lervoms prasiskverbti pro šį tinklelį ir surenkant jas į metalinius padėklus. Bendras derliaus svoris nustatomas sveriant bendrą derliaus svorį. Išgyvenamumas apskaičiuojamas padalijus bendrą derliaus svorį iš lervos svorio. Lervos svoris nustatomas atrinkus ne mažiau kaip 100 lervų ir bendrą jų svorį padalijus iš skaičiaus. Surinktos lervos prieš analizę badomos 24 valandas, kad ištuštėtų jų žarnos. Galiausiai lervos dar kartą patikrinamos, kad būtų atskirtos nuo likusios. Jie užšaldomi ir numarinami, o iki analizės laikomi -18°C temperatūroje.
Sausas pašaras buvo kviečių sėlenos (belgiškai Molens Joye). Kviečių sėlenos buvo iš anksto išsijotos, kad dalelių dydis būtų mažesnis nei 2 mm. Be sauso pašaro, miltų lervoms taip pat reikia šlapio pašaro, kad išlaikytų drėgmę ir mineralinių papildų, kurių reikia miltų kirmėlėms. Šlapieji pašarai sudaro daugiau nei pusę viso pašaro (sausas pašaras + šlapias pašaras). Mūsų eksperimentuose agaras (Brouwland, Belgija, 25 g/l) buvo naudojamas kaip kontrolinis šlapias pašaras45. Kaip parodyta 1 paveiksle, keturi šalutiniai žemės ūkio produktai, turintys skirtingą maistinių medžiagų kiekį, buvo išbandyti kaip šlapias pašaras miltų kirmėlių lervoms. Šie šalutiniai produktai yra: a) agurkų auginimo lapai (Inagro, Belgija), b) bulvių nuopjovos (Duigny, Belgija), c) fermentuotos cikorijos šaknys (Inagro, Belgija) ir d) aukcionuose neparduoti vaisiai ir daržovės. . (Belorta, Belgija). Šoninė srovė susmulkinama į gabalus, tinkančius naudoti kaip šlapių miltų pašarą.
Šalutiniai žemės ūkio produktai kaip šlapias pašaras miltų kirmėlėms; a) sodo lapai iš agurkų auginimo, b) bulvių auginiai, c) cikorijos šaknys, d) aukcione neparduotos daržovės ir e) agaro blokai. Kaip valdikliai.
Pašarų ir miltų lervų sudėtis buvo nustatyta tris kartus (n = 3). Buvo įvertinta greita analizė, mineralinė sudėtis, sunkiųjų metalų kiekis ir riebalų rūgščių sudėtis. Iš surinktų ir badaujančių lervų paimtas 250 g homogenizuotas mėginys, išdžiovintas 60°C temperatūroje iki pastovios masės, sumaltas (IKA, Tube Mill 100) ir persijotas per 1 mm sietą. Išdžiovinti mėginiai buvo sandariai uždaryti tamsiose talpyklose.
Sausosios medžiagos kiekis (DM) buvo nustatytas 24 valandas džiovinant mėginius krosnyje 105°C temperatūroje (Memmert, UF110). Sausosios medžiagos procentas buvo apskaičiuotas pagal mėginio svorio praradimą.
Žaliųjų pelenų kiekis (CA) buvo nustatytas pagal masės praradimą deginant mufelinėje krosnyje (Nabertherm, L9/11/SKM) 550 °C temperatūroje 4 valandas.
Neapdorotų riebalų arba dietilo eterio (EE) ekstrahavimas buvo atliktas petroleteriu (vir. 40–60 °C), naudojant Soksleto ekstrahavimo įrangą. Maždaug 10 g mėginio buvo įdėta į ekstrahavimo galvutę ir uždengta keramine vata, kad mėginys neprarastų. Mėginiai ekstrahuojami per naktį 150 ml petrolio eterio. Ekstraktas atšaldomas, organinis tirpiklis pašalintas ir išgaunamas rotaciniu garinimu (Büchi, R-300) esant 300 mbar ir 50 °C temperatūrai. Neapdoroti lipidų arba eterio ekstraktai buvo atšaldyti ir pasverti ant analitinių svarstyklių.
Žaliųjų baltymų (CP) kiekis nustatytas analizuojant azotą, esantį mėginyje, taikant Kjeldahl metodą BN EN ISO 5983-1 (2005). Baltymų kiekiui apskaičiuoti naudokite atitinkamus nuo N iki P koeficientus. Standartiniams sausiems pašarams (kviečių sėlenoms) naudokite bendrą koeficientą 6,25. Šoniniam srautui naudojamas koeficientas 4,2366, o daržovių mišiniams – 4,3967. Žaliųjų baltymų kiekis lervose buvo apskaičiuotas naudojant N iki P koeficientą 5,3351.
Pluošto kiekis apėmė neutralaus ploviklio pluošto (NDF) nustatymą pagal Gerhardto ekstrahavimo protokolą (rankinė pluošto analizė maišuose, Gerhardt, Vokietija) ir van Soest 68 metodu. NDF nustatymui 1 g mėginys buvo dedamas į specialų pluošto maišelį (Gerhardt, ADF / NDF maišelį) su stikliniu įdėklu. Iš pluoštinių maišelių, užpildytų mėginiais, pirmiausia buvo pašalinti riebalai petroleteriu (virimo temperatūra 40–60 °C), o po to išdžiovinami kambario temperatūroje. Nuriebalintas mėginys buvo ekstrahuotas neutralaus pluošto ploviklio tirpalu, turinčiu karščiui stabilios α-amilazės, virimo temperatūroje 1, 5 valandos. Tada mėginiai tris kartus plaunami verdančiu dejonizuotu vandeniu ir per naktį džiovinami 105 °C temperatūroje. Sauso pluošto maišeliai (sudėtyje yra pluošto likučių) buvo pasverti naudojant analitines svarstykles (Sartorius, P224-1S) ir 4 valandas deginami mufelinėje krosnyje (Nabertherm, L9/11/SKM) 550 °C temperatūroje. Pelenai buvo pasverti dar kartą, o pluošto kiekis buvo apskaičiuotas pagal svorio praradimą nuo džiovinimo iki mėginio deginimo.
Norėdami nustatyti chitino kiekį lervose, naudojome modifikuotą protokolą, pagrįstą van Soest 68 atlikta žalio pluošto analize. 1 g mėginys buvo dedamas į specialų pluošto maišelį (Gerhardt, CF Bag) ir stiklinį sandariklį. Mėginiai buvo supakuoti į pluoštinius maišelius, nuriebalinti petroleteriu (apie 40–60 °C) ir išdžiovinti ore. Iš riebalų pašalintas mėginys pirmiausia buvo ekstrahuotas rūgštiniu 0,13 M sieros rūgšties tirpalu virimo temperatūroje 30 min. Ekstrahavimo pluošto maišelis, kuriame yra mėginys, tris kartus plaunamas verdančiu dejonizuotu vandeniu ir 2 valandas ekstrahuojamas 0,23 M kalio hidroksido tirpalu. Ekstrahavimo pluošto maišelis, kuriame yra mėginys, vėl tris kartus perplaunamas verdančiu dejonizuotu vandeniu ir džiovinamas 105 ° C temperatūroje per naktį. Sausas maišelis su pluošto likučiais buvo pasvertas ant analitinių svarstyklių ir 4 valandas deginamas mufelinėje krosnyje 550 °C temperatūroje. Pelenai buvo pasverti, o skaidulų kiekis apskaičiuotas pagal sudeginto mėginio svorio netekimą.
Apskaičiuotas bendras angliavandenių kiekis. Nepluoštinių angliavandenių (NFC) koncentracija pašare buvo apskaičiuota naudojant NDF analizę, o vabzdžių koncentracija – naudojant chitino analizę.
Matricos pH buvo nustatytas po ekstrahavimo dejonizuotu vandeniu (1:5 v/v) pagal NBN EN 15933.
Mėginiai buvo paruošti taip, kaip aprašyta Broeckx ir kt. Mineralų profiliai buvo nustatyti naudojant ICP-OES (Optima 4300™ DV ICP-OES, Perkin Elmer, MA, JAV).
Sunkieji metalai Cd, Cr ir Pb buvo analizuojami naudojant grafito krosnies atominės absorbcijos spektrometriją (AAS) (Thermo Scientific, ICE 3000 serija, aprūpinta GFS krosnies automatiniu mėginių ėmikliu). Apie 200 mg mėginio buvo suardyta rūgštinėje HNO3/HCl (1:3 v/v), naudojant mikrobangų krosneles (CEM, MARS 5). Mikrobangų virškinimas buvo atliktas 190°C temperatūroje 25 min., esant 600 W. Ekstraktas praskiesiamas itin grynu vandeniu.
Riebalų rūgštys buvo nustatytos GC-MS (Agilent Technologies, 7820A GC sistema su 5977 E MSD detektoriumi). Pagal Joseph ir Akman70 metodą, į metanolio KOH tirpalą buvo pridėta 20% BF3/MeOH tirpalo ir po esterifikavimo iš eterio ekstrakto buvo gautas riebalų rūgšties metilo esteris (FAME). Riebalų rūgštis galima nustatyti palyginus jų sulaikymo laiką su 37 FAME mišinių standartais (Chemical Lab) arba lyginant jų MS spektrus su internetinėmis bibliotekomis, tokiomis kaip NIST duomenų bazė. Kokybinė analizė atliekama apskaičiuojant smailės plotą procentais nuo bendro chromatogramos smailės ploto.
Duomenų analizė atlikta naudojant JMP Pro 15.1.1 programinę įrangą iš SAS (Buckinghamshire, JK). Vertinimas buvo atliktas naudojant vienpusę dispersijos analizę, kurios reikšmingumo lygis buvo 0,05, ir Tukey HSD kaip post hoc testą.
Bioakumuliacijos koeficientas (BAF) buvo apskaičiuotas padalijus sunkiųjų metalų koncentraciją miltų lervų biomasėje (SM) iš koncentracijos šlapiame pašare (SM) 43 . BAF didesnis nei 1 rodo, kad lervose sunkieji metalai bioakumuliuojasi iš šlapio pašaro.
Dabartinio tyrimo metu sugeneruotus ir (arba) analizuotus duomenų rinkinius pagrįstu prašymu gali gauti atitinkamas autorius.
Jungtinių Tautų Ekonomikos ir socialinių reikalų departamento Gyventojų skyrius. Pasaulio gyventojų perspektyvos 2019 m.: svarbiausi dalykai (ST/ESA/SER.A/423) (2019 m.).
Cole, MB, Augustine, MA, Robertson, MJ, ir Manners, JM, Maisto saugos mokslas. NPJ Sci. Maistas 2018, 2. https://doi.org/10.1038/s41538-018-0021-9 (2018).
Paskelbimo laikas: 2024-12-19