Paldies, ka apmeklējāt vietni Nature.com. Jūsu izmantotajai pārlūkprogrammas versijai ir ierobežots CSS atbalsts. Lai iegūtu vislabākos rezultātus, ieteicams izmantot jaunāku pārlūkprogrammu (vai atspējot saderības režīmu pārlūkprogrammā Internet Explorer). Tikmēr, lai nodrošinātu pastāvīgu atbalstu, mēs parādīsim vietni bez stiliem un JavaScript.
Kukaiņu audzēšana ir potenciāls veids, kā apmierināt pieaugošo globālo pieprasījumu pēc proteīna, un tā ir jauna darbība Rietumu pasaulē, kur joprojām ir daudz jautājumu par produktu kvalitāti un drošību. Kukaiņiem var būt nozīmīga loma aprites ekonomikā, pārvēršot bioatkritumus vērtīgā biomasā. Apmēram puse no miltu tārpu barības substrāta nāk no mitrās barības. To var iegūt no bioloģiskajiem atkritumiem, padarot kukaiņu audzēšanu ilgtspējīgāku. Šajā rakstā ir aprakstīts miltu tārpu (Tenebrio molitor) uztura sastāvs, ko baro ar organiskām piedevām no blakusproduktiem. Tajos ietilpst nepārdotie dārzeņi, kartupeļu šķēles, raudzētas cigoriņu saknes un dārza lapas. To novērtē, analizējot aptuveno sastāvu, taukskābju profilu, minerālvielu un smago metālu saturu. Miltu tārpiem, kas baroti ar kartupeļu šķēlītēm, bija dubults tauku saturs un palielināts piesātināto un mononepiesātināto taukskābju daudzums. Raudzētas cigoriņu saknes izmantošana palielina minerālvielu saturu un uzkrāj smagos metālus. Turklāt miltu tārps uzsūc minerālvielas selektīvi, jo palielinās tikai kalcija, dzelzs un mangāna koncentrācija. Dārzeņu maisījumu vai dārza lapu pievienošana uzturam būtiski nemainīs uztura profilu. Noslēgumā jāsaka, ka blakusproduktu plūsma tika veiksmīgi pārvērsta proteīniem bagātā biomasā, kuras uzturvielu saturs un biopieejamība ietekmēja miltu tārpu sastāvu.
Paredzams, ka pieaugošais cilvēku skaits līdz 2050. gadam sasniegs 9,7 miljardus1, tādējādi radot spiedienu uz mūsu pārtikas ražošanu, lai tiktu galā ar lielo pieprasījumu pēc pārtikas. Tiek lēsts, ka no 2012. līdz 2050. gadam pieprasījums pēc pārtikas pieaugs par 70-80%3,4,5. Pašreizējā pārtikas ražošanā izmantotie dabas resursi tiek izsmelti, apdraudot mūsu ekosistēmas un pārtikas krājumus. Turklāt liels daudzums biomasas tiek izšķērdēts saistībā ar pārtikas ražošanu un patēriņu. Tiek lēsts, ka līdz 2050. gadam ikgadējais atkritumu apjoms pasaulē sasniegs 27 miljardus tonnu, no kuriem lielākā daļa ir bioatkritumi6,7,8. Reaģējot uz šiem izaicinājumiem, ir ierosināti inovatīvi risinājumi, pārtikas alternatīvas un ilgtspējīga lauksaimniecības un pārtikas sistēmu attīstība9,10,11. Viena no šādām pieejām ir izmantot organiskās atliekas, lai ražotu izejvielas, piemēram, ēdamus kukaiņus kā ilgtspējīgus pārtikas un barības avotus12,13. Kukaiņu audzēšana rada mazākas siltumnīcefekta gāzu un amonjaka emisijas, prasa mazāk ūdens nekā tradicionālie proteīna avoti, un to var ražot vertikālās lauksaimniecības sistēmās, kas prasa mazāk vietas14,15,16,17,18,19. Pētījumi liecina, ka kukaiņi mazvērtīgos bioloģiskos atkritumus spēj pārvērst vērtīgā ar proteīniem bagātā biomasā ar sausnas saturu līdz 70%20,21,22. Turklāt zemas vērtības biomasu pašlaik izmanto enerģijas ražošanai, apglabāšanai poligonos vai otrreizējai pārstrādei, un tāpēc tā nekonkurē ar pašreizējo pārtikas un barības nozari23,24,25,26. Miltu tārps (T. molitor)27 tiek uzskatīts par vienu no perspektīvākajām sugām liela mēroga pārtikas un barības ražošanai. Gan kāpuri, gan pieaugušie barojas ar dažādiem materiāliem, piemēram, graudu produktiem, dzīvnieku atkritumiem, dārzeņiem, augļiem utt. 28,29. Rietumu sabiedrībās T. molitor nelielos apmēros audzē nebrīvē, galvenokārt kā barību mājdzīvniekiem, piemēram, putniem vai rāpuļiem. Šobrīd lielāka uzmanība tiek pievērsta to potenciālam pārtikas un barības ražošanā30,31,32. Piemēram, T. molitor ir apstiprināts ar jaunu pārtikas profilu, tostarp izmantošanu saldētā, žāvētā un pulverveida veidā (Regula (ES) Nr. 258/97 un Regula (ES) 2015/2283) 33. Tomēr liela mēroga ražošana kukaiņu izmantošana pārtikā un barībā Rietumvalstīs joprojām ir salīdzinoši jauns jēdziens. Nozare saskaras ar tādām problēmām kā zināšanu trūkums par optimālu uzturu un ražošanu, galaprodukta uzturvērtības kvalitāti un drošības jautājumiem, piemēram, toksisku vielu uzkrāšanos un mikrobu apdraudējumu. Atšķirībā no tradicionālās lopkopības, kukaiņu audzēšanai nav līdzīga vēsturiskā ieraksta17,24,25,34.
Lai gan ir veikti daudzi pētījumi par miltu tārpu uzturvērtību, faktori, kas ietekmē to uzturvērtību, vēl nav pilnībā izprasti. Iepriekšējie pētījumi liecina, ka kukaiņu uzturam var būt zināma ietekme uz tā sastāvu, taču skaidrs modelis netika atrasts. Turklāt šajos pētījumos galvenā uzmanība tika pievērsta miltu tārpu olbaltumvielu un lipīdu komponentiem, taču tiem bija ierobežota ietekme uz minerālu komponentiem 21, 22, 32, 35, 36, 37, 38, 39, 40. Ir nepieciešams vairāk pētījumu, lai izprastu minerālvielu absorbcijas spēju. Nesenā pētījumā secināts, ka miltu tārpu kāpuriem, kas baroti ar redīsiem, ir nedaudz paaugstināta noteiktu minerālvielu koncentrācija. Tomēr šie rezultāti attiecas tikai uz pārbaudīto substrātu, un ir nepieciešami turpmāki rūpnieciskie izmēģinājumi41. Ir ziņots, ka smago metālu (Cd, Pb, Ni, As, Hg) uzkrāšanās miltu tārpos būtiski korelē ar metālu saturu matricā. Lai gan metālu koncentrācija, kas atrodama dzīvnieku barībā, ir zemāka par likumā noteiktajām robežām42, ir konstatēts, ka arsēns bioakumulējas arī miltu tārpu kāpuros, savukārt kadmijs un svins bioakumulējas43. Izpratne par uztura ietekmi uz miltu tārpu uztura sastāvu ir ļoti svarīga, lai tos droši lietotu pārtikā un barībā.
Šajā rakstā izklāstītais pētījums koncentrējas uz lauksaimniecības blakusproduktu kā mitrās barības avota izmantošanas ietekmi uz miltu tārpu uztura sastāvu. Papildus sausajai barībai kāpuriem jānodrošina arī mitrā barība. Mitrās barības avots nodrošina nepieciešamo mitrumu, kā arī kalpo kā uztura bagātinātājs miltu tārpiem, palielinot augšanas ātrumu un maksimālo ķermeņa svaru44,45. Saskaņā ar mūsu standarta miltu tārpu audzēšanas datiem Interreg-Valusect projektā kopējā miltu tārpu barība satur 57 % w/w mitrās barības. Parasti svaigus dārzeņus (piem., burkānus) izmanto kā mitrās barības avotu35,36,42,44,46. Mazvērtīgu blakusproduktu izmantošana kā mitrās barības avoti dos ilgtspējīgākus un ekonomiskus ieguvumus kukaiņu audzēšanā17. Šī pētījuma mērķi bija (1) izpētīt bioatkritumu kā mitrās barības izmantošanas ietekmi uz miltu tārpu uztura sastāvu, (2) noteikt makro- un mikroelementu saturu miltu tārpu kāpuros, kas audzēti uz minerālvielām bagātiem bioatkritumiem, lai pārbaudītu minerālu stiprināšanu un (3) novērtē šo blakusproduktu drošību kukaiņu audzēšanā, analizējot smago vielu klātbūtni un uzkrāšanos. metāli Pb, Cd un Cr. Šis pētījums sniegs papildu informāciju par bioatkritumu papildināšanas ietekmi uz miltu tārpu kāpuru uzturu, uzturvērtību un drošību.
Sausnas saturs sānu plūsmā bija augstāks, salīdzinot ar kontroles mitro barības agaru. Dārzeņu maisījumos un dārza lapās sausnas saturs bija mazāks par 10%, savukārt lielāks tas bija kartupeļu spraudeņos un raudzētajās cigoriņu saknēs (13,4 un 29,9 g/100 g svaigas vielas, FM).
Dārzeņu maisījumam bija augstāks koppelnu, tauku un olbaltumvielu saturs un mazāks bezšķiedru ogļhidrātu saturs nekā kontroles barībai (agaram), savukārt ar amilāzi apstrādātā neitrāla mazgāšanas līdzekļa šķiedru saturs bija līdzīgs. Ogļhidrātu saturs kartupeļu šķēlēs bija augstākais no visām sānu plūsmām un bija salīdzināms ar agara saturu. Kopumā tās kopsastāvs visvairāk līdzinājās kontroles barībai, bet tika papildināts ar nelielu daudzumu olbaltumvielu (4,9%) un koppelnu (2,9%)47,48. Kartupeļu pH svārstās no 5 līdz 6, un ir vērts atzīmēt, ka šī kartupeļu sānu plūsma ir skābāka (4,7). Fermentētā cigoriņa sakne ir bagāta ar pelniem un ir skābākā no visām sānu plūsmām. Tā kā saknes netika tīrītas, ir paredzams, ka lielākā daļa pelnu sastāvēs no smiltīm (silīcija dioksīda). Dārza lapas bija vienīgais sārmainais produkts, salīdzinot ar kontroles un citām sānu plūsmām. Tas satur augstu pelnu un olbaltumvielu līmeni un daudz mazāk ogļhidrātu nekā kontroles. Kopsastāvs ir vistuvākais raudzētajai cigoriņa saknei, bet kopproteīna koncentrācija ir augstāka (15,0%), kas ir salīdzināma ar olbaltumvielu saturu dārzeņu maisījumā. Iepriekš minēto datu statistiskā analīze parādīja būtiskas atšķirības blakus plūsmu neapstrādātā sastāvā un pH.
Dārzeņu maisījumu vai dārza lapu pievienošana miltu tārpu barībai neietekmēja miltu tārpu kāpuru biomasas sastāvu salīdzinājumā ar kontroles grupu (1. tabula). Kartupeļu spraudeņu pievienošana radīja būtiskāko biomasas sastāva atšķirību salīdzinājumā ar kontroles grupu, kas saņēma miltu tārpu kāpurus un citus mitrās barības avotus. Attiecībā uz miltu tārpu proteīna saturu, izņemot kartupeļu spraudeņus, atšķirīgs aptuvenais sānu straumju sastāvs neietekmēja kāpuru proteīna saturu. Kartupeļu spraudeņu barošana kā mitruma avots izraisīja kāpuru tauku satura palielināšanos divas reizes un olbaltumvielu, hitīna un bezšķiedru ogļhidrātu satura samazināšanos. Raudzēta cigoriņu sakne miltu tārpu kāpuru pelnu saturu palielināja pusotru reizi.
Minerālu profili tika izteikti kā makrominerālu (2. tabula) un mikroelementu (3. tabula) saturs mitrajā barībā un miltu tārpu kāpuru biomasā.
Kopumā lauksaimniecības blakusstraumes bija bagātākas ar makrominerālvielām, salīdzinot ar kontroles grupu, izņemot kartupeļu spraudeņus, kuriem bija zemāks Mg, Na un Ca saturs. Kālija koncentrācija bija augsta visās sānu plūsmās, salīdzinot ar kontroli. Agars satur 3 mg/100 g DM K, savukārt K koncentrācija sānu plūsmā bija no 1070 līdz 9909 mg/100 g DM. Makrominerālu saturs dārzeņu maisījumā bija ievērojami augstāks nekā kontroles grupā, bet Na saturs bija ievērojami mazāks (88 pret 111 mg/100 g DM). Makrominerālu koncentrācija kartupeļu spraudeņos bija zemākā no visām sānu plūsmām. Makrominerālu saturs kartupeļu spraudeņos bija ievērojami zemāks nekā citās sānu plūsmās un kontrolē. Izņemot to, ka Mg saturs bija salīdzināms ar kontroles grupu. Lai gan fermentētajā cigoriņa saknē nebija vislielākās makrominerālu koncentrācijas, pelnu saturs šajā sānplūsmā bija lielākais no visām blakusstraumēm. Tas var būt saistīts ar faktu, ka tie nav attīrīti un var saturēt augstu silīcija dioksīda (smilšu) koncentrāciju. Na un Ca saturs bija salīdzināms ar dārzeņu maisījuma saturu. Fermentētā cigoriņa sakne satur visaugstāko Na koncentrāciju no visām sānu plūsmām. Izņemot Na, dārzkopības lapās bija visaugstākā makrominerālu koncentrācija no visas mitrās lopbarības. K koncentrācija (9909 mg/100 g SM) bija trīs tūkstošus reižu lielāka nekā kontrolei (3 mg/100 g SM) un 2,5 reizes lielāka nekā dārzeņu maisījumam (4057 mg/100 g SM). Ca saturs bija augstākais no visām sānu plūsmām (7276 mg/100 g DM), 20 reizes augstāks nekā kontrolē (336 mg/100 g DM) un 14 reizes lielāks par Ca koncentrāciju raudzētajās cigoriņu saknēs vai dārzeņu maisījumā ( 530 un 496 mg/100 g DM).
Lai gan bija būtiskas atšķirības barību makrominerālajā sastāvā (2. tabula), būtiskas atšķirības miltu tārpu makrominerālajā sastāvā netika konstatētas ar dārzeņu maisījumiem un kontroles diētām.
Kāpuriem, kas baroti ar kartupeļu skaidiņām, bija ievērojami zemāka visu makrominerālu koncentrācija salīdzinājumā ar kontroli, izņemot Na, kam bija salīdzināmas koncentrācijas. Turklāt kartupeļu kraukšķīga barošana izraisīja vislielāko kāpuru makrominerālu satura samazināšanos salīdzinājumā ar citām blakusstraumēm. Tas atbilst zemākajam pelnu līmenim, kas novērots blakus esošajos miltu tārpu sastāvos. Tomēr, lai gan P un K šajā mitrajā diētā bija ievērojami augstāki nekā citās sānu plūsmās un kontrolē, kāpuru sastāvs to neatspoguļoja. Zemās Ca un Mg koncentrācijas, kas konstatētas miltu tārpu biomasā, var būt saistītas ar zemo Ca un Mg koncentrāciju pašā mitrajā uzturā.
Fermentētu cigoriņu sakņu un augļu dārza lapu barošana izraisīja ievērojami augstāku kalcija līmeni nekā kontroles grupā. Augļu dārza lapas saturēja augstāko P, Mg, K un Ca līmeni no visām mitrajām barībām, taču tas neatspoguļojās miltu tārpu biomasā. Šajos kāpuros Na koncentrācija bija viszemākā, savukārt augļu dārza lapās Na koncentrācija bija augstāka nekā kartupeļu spraudeņos. Ca saturs palielinājās kāpuriem (66 mg/100 g SM), bet Ca koncentrācija nebija tik augsta kā miltu tārpu biomasā (79 mg/100 g SM) fermentēto cigoriņu sakņu eksperimentos, lai gan Ca koncentrācija augļu dārza lapu kultūrās bija 14 reizes lielāks nekā cigoriņu saknē.
Pamatojoties uz mitro barības mikroelementu sastāvu (3. tabula), dārzeņu maisījuma minerālais sastāvs bija līdzīgs kontroles grupai, izņemot to, ka Mn koncentrācija bija ievērojami zemāka. Visu analizēto mikroelementu koncentrācijas kartupeļu izcirtņos bija zemākas, salīdzinot ar kontroles un citiem blakusproduktiem. Fermentētā cigoriņa sakne saturēja gandrīz 100 reizes vairāk dzelzs, 4 reizes vairāk vara, 2 reizes vairāk cinka un apmēram tikpat daudz mangāna. Cinka un mangāna saturs dārza kultūru lapās bija ievērojami augstāks nekā kontroles grupā.
Netika konstatētas būtiskas atšķirības starp mikroelementu saturu kāpuriem, kuri tika baroti ar kontroles, dārzeņu maisījumu un mitru kartupeļu lūžņu diētu. Tomēr Fe un Mn saturs kāpuriem, kuri tika baroti ar fermentētu cigoriņu sakņu diētu, būtiski atšķīrās no tārpu satura, kas tika baroti kontroles grupā. Fe satura palielināšanās var būt saistīta ar simtkārtīgu mikroelementu koncentrācijas palielināšanos pašā mitrajā uzturā. Tomēr, lai gan starp fermentētajām cigoriņu saknēm un kontroles grupu nebija būtiskas atšķirības Mn koncentrācijās, Mn līmenis palielinājās kāpuriem, kas baroti ar raudzētajām cigoriņu saknēm. Tāpat jāatzīmē, ka dārzkopības diētas mitro lapu barībā Mn koncentrācija bija augstāka (3 reizes), salīdzinot ar kontroli, bet miltu tārpu biomasas sastāvā būtiskas atšķirības nebija. Vienīgā atšķirība starp kontroles un dārzkopības lapām bija Cu saturs, kas lapās bija zemāks.
4. tabulā parādītas substrātos konstatētās smago metālu koncentrācijas. Eiropas maksimālās Pb, Cd un Cr koncentrācijas kompleksajā dzīvnieku barībā ir pārrēķinātas mg/100 g sausnas un pievienotas 4. tabulai, lai atvieglotu salīdzināšanu ar blakusplūsmās konstatētajām koncentrācijām47.
Kontroles mitrajā barībā, dārzeņu maisījumos vai kartupeļu klijās Pb netika konstatēts, savukārt dārza lapas saturēja 0,002 mg Pb/100 g SM un raudzētās cigoriņu saknes saturēja visaugstāko koncentrāciju 0,041 mg Pb/100 g SM. C koncentrācijas kontroles barībā un dārza lapās bija salīdzināmas (0,023 un 0,021 mg/100 g SM), savukārt dārzeņu maisījumos un kartupeļu klijās tās bija zemākas (0,004 un 0,007 mg/100 g SM). Salīdzinot ar citiem substrātiem, Cr koncentrācija fermentēto cigoriņu saknēs bija ievērojami augstāka (0,135 mg/100 g DM) un sešas reizes augstāka nekā kontroles barībā. Cd netika atklāts ne kontroles plūsmā, ne nevienā no izmantotajām sānu plūsmām.
Ievērojami augstāks Pb un Cr līmenis tika konstatēts kāpuriem, kas baroti ar raudzētām cigoriņu saknēm. Tomēr Cd netika atklāts nevienā miltu tārpu kāpuros.
Tika veikta taukskābju kvalitatīva analīze koptaukos, lai noteiktu, vai miltu tārpu kāpuru taukskābju profilu var ietekmēt dažādi sānu plūsmas komponenti, ar kuriem tie tika baroti. Šo taukskābju sadalījums parādīts 5. tabulā. Taukskābes ir uzskaitītas pēc to parastā nosaukuma un molekulārās struktūras (apzīmētas kā “Cx:y”, kur x atbilst oglekļa atomu skaitam un y — nepiesātināto saišu skaits ).
Taukskābju profils miltu tārpiem, kas baroti ar kartupeļu šķēlītēm, tika būtiski mainīts. Tie saturēja ievērojami lielāku daudzumu miristīnskābes (C14:0), palmitīnskābes (C16:0), palmitoleīnskābes (C16:1) un oleīnskābes (C18:1). Pentadekānskābes (C15:0), linolskābes (C18:2) un linolēnskābes (C18:3) koncentrācija bija ievērojami zemāka salīdzinājumā ar citiem miltu tārpiem. Salīdzinot ar citiem taukskābju profiliem, attiecība C18:1 pret C18:2 tika mainīta kartupeļu šķēlēs. Miltu tārpi, kas baroti ar dārzkopības lapām, saturēja lielāku daudzumu pentadekānskābes (C15:0) nekā miltu tārpi, kas baroti ar citu mitru barību.
Taukskābes iedala piesātinātajās taukskābēs (SFA), mononepiesātinātajās taukskābēs (MUFA) un polinepiesātinātajās taukskābēs (PUFA). 5. tabulā parādītas šo taukskābju grupu koncentrācijas. Kopumā ar kartupeļu atkritumiem baroto miltu tārpu taukskābju profili būtiski atšķīrās no kontroles un citām blakus plūsmām. Katrai taukskābju grupai miltu tārpi, kas baroti ar kartupeļu čipsiem, būtiski atšķīrās no visām pārējām grupām. Tie saturēja vairāk SFA un MUFA un mazāk PUFA.
Nebija būtisku atšķirību starp izdzīvošanas koeficientu un kopējo ražas svaru uz dažādiem substrātiem audzētiem kāpuriem. Kopējais vidējais izdzīvošanas rādītājs bija 90%, un kopējais vidējais ražas svars bija 974 grami. Miltu tārpi veiksmīgi pārstrādā blakusproduktus kā mitrās barības avotu. Miltu tārpu mitrā barība veido vairāk nekā pusi no kopējā barības svara (sausā + mitrā). Svaigu dārzeņu aizstāšana ar lauksaimniecības blakusproduktiem kā tradicionālu mitro barību sniedz ekonomiskas un vides priekšrocības miltu tārpu audzēšanai.
1. tabulā parādīts, ka miltu tārpu kāpuru biomasas sastāvs, kas tika audzēts kontrolbarībā, bija aptuveni 72% mitruma, 5% pelnu, 19% lipīdu, 51% olbaltumvielu, 8% hitīna un 18% sausnas bezšķiedru ogļhidrātu veidā. Tas ir salīdzināms ar vērtībām, kas norādītas literatūrā.48,49 Tomēr literatūrā var atrast citus komponentus, kas bieži ir atkarīgi no izmantotās analītiskās metodes. Piemēram, mēs izmantojām Kjeldāla metodi, lai noteiktu kopproteīna saturu ar N pret P attiecību 5,33, savukārt citi pētnieki gaļas un barības paraugiem izmanto plašāk izmantoto attiecību 6,25.50,51
Kartupeļu lūžņu (ogļhidrātiem bagāta slapjā diēta) pievienošana diētai izraisīja miltu tārpu tauku satura dubultošanos. Paredzams, ka ogļhidrātu saturs kartupeļos galvenokārt sastāvēs no cietes, savukārt agars satur cukurus (polisaharīdus)47,48. Šis atklājums ir pretstatā citam pētījumam, kurā konstatēts, ka tauku saturs samazinājās, ja miltu tārpi tika baroti ar diētu, kas papildināta ar tvaicētiem mizotiem kartupeļiem, kuros bija maz olbaltumvielu (10,7%) un daudz cietes (49,8%)36. Kad diētai pievienoja olīvu izspaidu, miltu tārpu olbaltumvielu un ogļhidrātu saturs atbilda mitrā uztura saturam, bet tauku saturs nemainījās35. Turpretim citi pētījumi ir parādījuši, ka sānu plūsmās audzēto kāpuru olbaltumvielu saturs būtiski mainās, tāpat kā tauku saturs22,37.
Raudzēta cigoriņu sakne ievērojami palielināja pelnu saturu miltu tārpu kāpuros (1. tabula). Pētījumi par blakusproduktu ietekmi uz miltu tārpu kāpuru pelnu un minerālu sastāvu ir ierobežoti. Lielākā daļa blakusproduktu barošanas pētījumu ir vērsti uz kāpuru tauku un olbaltumvielu saturu, neanalizējot pelnu saturu21,35,36,38,39. Tomēr, analizējot pelnu saturu kāpuriem, kas baroti ar blakusproduktiem, tika konstatēts pelnu satura pieaugums. Piemēram, barojot miltu tārpus ar dārza atkritumiem, pelnu saturs palielinājās no 3,01% līdz 5,30%, bet arbūzu atkritumu pievienošana diētai palielināja pelnu saturu no 1,87% līdz 4,40%.
Lai gan visu mitrās barības avotu aptuvenais sastāvs ievērojami atšķīrās (1. tabula), miltu tārpu kāpuru biomasas sastāva atšķirības, kas barotas ar attiecīgajiem mitrās barības avotiem, bija nelielas. Būtiskas izmaiņas uzrādīja tikai miltu tārpu kāpuri, kas baroti ar kartupeļu gabaliņiem vai raudzētu cigoriņu sakni. Viens no iespējamiem šī rezultāta skaidrojumiem ir tāds, ka papildus cigoriņu saknēm daļēji raudzēti arī kartupeļu gabaliņi (pH 4,7, 1. tabula), padarot cieti/ogļhidrātus vieglāk sagremojamus/pieejamākus miltu tārpu kāpuriem. Liela interese ir par to, kā miltu tārpu kāpuri sintezē lipīdus no tādām uzturvielām kā ogļhidrāti, un tas būtu pilnībā jāizpēta turpmākajos pētījumos. Iepriekšējā pētījumā par mitrās diētas pH ietekmi uz miltu tārpu kāpuru augšanu secināts, ka, lietojot agara blokus ar mitru barību pH diapazonā no 3 līdz 9, būtiskas atšķirības netika novērotas. Tenebrio molitor53. Līdzīgi kā Coudron et al.53, kontroles eksperimentos tika izmantoti agara bloki nodrošinātajā mitrajā diētā, jo tiem bija minerālvielu un barības vielu trūkums. Viņu pētījumā netika pārbaudīta daudzveidīgāku mitrā uztura avotu, piemēram, dārzeņu vai kartupeļu, ietekme uz sagremojamības vai biopieejamības uzlabošanu. Lai turpinātu pētīt šo teoriju, ir nepieciešami turpmāki pētījumi par mitru uztura avotu fermentācijas ietekmi uz miltu tārpu kāpuriem.
Šajā pētījumā konstatētais kontroles miltu tārpu biomasas minerālvielu sadalījums (2. un 3. tabula) ir salīdzināms ar makro un mikroelementu klāstu, kas atrodams literatūrā48, 54, 55. Nodrošinot miltu tārpus ar raudzētu cigoriņu sakni kā mitru uztura avotu, tiek palielināts to minerālvielu saturs. Lai gan lielākā daļa makro un mikroelementu bija augstāki dārzeņu maisījumos un dārza lapās (2. un 3. tabula), tie neietekmēja minerālvielu saturu miltu tārpu biomasā tādā pašā mērā kā raudzētās cigoriņu saknes. Viens no iespējamiem skaidrojumiem ir tāds, ka sārmainā dārza lapās esošās barības vielas ir mazāk biopieejamas nekā citās, skābākas, mitrās diētās (1. tabula). Iepriekšējie pētījumi baroja miltu tārpu kāpurus ar raudzētiem rīsu salmiem un atklāja, ka tie labi attīstījās šajā sānplūsmā, kā arī parādīja, ka substrāta iepriekšēja apstrāde ar fermentāciju izraisīja barības vielu uzņemšanu. 56 Raudzētu cigoriņu sakņu izmantošana palielināja Ca, Fe un Mn saturu miltu tārpu biomasā. Lai gan šajā sānu plūsmā bija arī augstākas citu minerālvielu (P, Mg, K, Na, Zn un Cu) koncentrācijas, šie minerāli miltu tārpu biomasā nebija ievērojami bagātāki, salīdzinot ar kontroli, kas liecina par minerālu uzņemšanas selektivitāti. Šo minerālvielu satura palielināšanai miltu tārpu biomasā ir uzturvērtība pārtikas un barības vajadzībām. Kalcijs ir būtisks minerāls, kam ir izšķiroša nozīme neiromuskulārajā funkcijā un daudzos fermentu izraisītos procesos, piemēram, asins recēšanā, kaulu un zobu veidošanā. 57,58 Dzelzs deficīts ir izplatīta problēma jaunattīstības valstīs, jo bērni, sievietes un vecāka gadagājuma cilvēki bieži nesaņem pietiekami daudz dzelzs ar uzturu. 54 Lai gan mangāns ir būtisks cilvēka uztura elements un tam ir galvenā loma daudzu enzīmu darbībā, pārmērīga tā uzņemšana var būt toksiska. Augstāks mangāna līmenis miltu tārpiem, kas baroti ar raudzētu cigoriņu sakni, neradīja bažas un bija salīdzināms ar cāļiem. 59
Blakusplūsmā konstatētā smago metālu koncentrācija bija zemāka par Eiropas standartiem pilnvērtīgai dzīvnieku barībai. Miltu tārpu kāpuru smago metālu analīze parādīja, ka miltu tārpiem, kas baroti ar fermentētu cigoriņa sakni, Pb un Cr līmenis bija ievērojami augstāks nekā kontroles grupā un citos substrātos (4. tabula). Cigoriņu saknes aug augsnē un ir zināms, ka tās absorbē smagos metālus, savukārt pārējās sānu plūsmas rodas no kontrolētas cilvēku pārtikas ražošanas. Miltu tārpi, kas baroti ar raudzētu cigoriņu sakni, saturēja arī augstāku Pb un Cr līmeni (4. tabula). Aprēķinātie bioakumulācijas faktori (BAF) bija 2,66 Pb un 1,14 Cr, ti, lielāki par 1, kas liecina, ka miltu tārpiem ir spēja uzkrāt smagos metālus. Attiecībā uz Pb ES nosaka maksimālo Pb saturu 0,10 mg uz kilogramu svaigas gaļas lietošanai pārtikā61. Izvērtējot eksperimentālos datus, maksimālā Pb koncentrācija, kas konstatēta fermentētiem cigoriņu sakņu miltu tārpiem, bija 0,11 mg/100 g DM. Pārrēķinot šo miltu tārpu vērtību uz 30,8% sausnas saturu, Pb saturs bija 0,034 mg/kg svaigas vielas, kas bija zem maksimālā līmeņa 0,10 mg/kg. Eiropas pārtikas noteikumos nav noteikts maksimālais Cr saturs. Cr parasti atrodams vidē, pārtikas produktos un pārtikas piedevās, un ir zināms, ka tā ir būtiska uzturviela cilvēkiem nelielos daudzumos62, 63, 64. Šīs analīzes (4. tabula) liecina, ka T. molitor kāpuri var uzkrāt smagos metālus, ja smagos metālus satur barība. Tomēr smago metālu līmenis, kas šajā pētījumā konstatēts miltu tārpu biomasā, tiek uzskatīts par drošu lietošanai pārtikā. Ieteicama regulāra un rūpīga uzraudzība, ja izmanto sānu plūsmas, kas var saturēt smagos metālus kā mitru T. molitor barības avotu.
Visbagātākās taukskābes kopējā T. molitor kāpuru biomasā bija palmitīnskābe (C16:0), oleīnskābe (C18:1) un linolskābe (C18:2) (5. tabula), kas atbilst iepriekšējiem pētījumiem. uz T. molitor. Taukskābju spektra rezultāti ir konsekventi36,46,50,65. T. molitor taukskābju profils parasti sastāv no piecām galvenajām sastāvdaļām: oleīnskābe (C18:1), palmitīnskābe (C16:0), linolskābe (C18:2), miristīnskābe (C14:0) un stearīnskābe. (C18:0). Tiek ziņots, ka oleīnskābe ir visbagātākā taukskābe (30–60%) miltu tārpu kāpuros, kam seko palmitīnskābe un linolskābe 22, 35, 38, 39. Iepriekšējie pētījumi ir parādījuši, ka šo taukskābju profilu ietekmē miltu tārpu kāpuru diēta, taču atšķirības neatbilst tādām pašām tendencēm kā diēta38. Salīdzinot ar citiem taukskābju profiliem, C18:1–C18:2 attiecība kartupeļu mizās ir pretēja. Līdzīgi rezultāti tika iegūti taukskābju profila izmaiņām miltu tārpiem, kas baroti ar tvaicētiem kartupeļu mizām36. Šie rezultāti liecina, ka, lai gan miltu tārpu eļļas taukskābju profils var tikt mainīts, tā joprojām ir bagātīgs nepiesātināto taukskābju avots.
Šī pētījuma mērķis bija novērtēt četru dažādu agrorūpniecisko bioatkritumu plūsmu izmantošanas kā mitro barību ietekmi uz miltu tārpu sastāvu. Ietekme tika novērtēta, pamatojoties uz kāpuru uzturvērtību. Rezultāti liecināja, ka blakusprodukti tika veiksmīgi pārvērsti olbaltumvielām bagātā biomasā (olbaltumvielu saturs 40,7-52,3%), ko var izmantot kā pārtikas un barības avotu. Turklāt pētījums parādīja, ka blakusproduktu izmantošana kā mitrā barība ietekmē miltu tārpu biomasas uzturvērtību. Jo īpaši, nodrošinot kāpurus ar augstu ogļhidrātu koncentrāciju (piemēram, kartupeļu izcirtņi), palielinās to tauku saturs un mainās taukskābju sastāvs: mazāks polinepiesātināto taukskābju saturs un lielāks piesātināto un mononepiesātināto taukskābju saturs, bet ne nepiesātināto taukskābju koncentrācija. . Joprojām dominē taukskābes (mononepiesātinātās + polinepiesātinātās). Pētījums arī parādīja, ka miltu tārpi selektīvi uzkrāj kalciju, dzelzi un mangānu no sānu plūsmām, kas bagātas ar skābiem minerāliem. Šķiet, ka minerālvielu biopieejamībai ir svarīga loma, un ir nepieciešami turpmāki pētījumi, lai to pilnībā izprastu. Smagie metāli, kas atrodas sānu plūsmās, var uzkrāties miltu tārpos. Tomēr Pb, Cd un Cr galīgās koncentrācijas kāpuru biomasā bija zem pieņemamā līmeņa, kas ļāva šīs sānu plūsmas droši izmantot kā mitru barības avotu.
Miltu tārpu kāpurus audzēja Radius (Giel, Beļģija) un Inagro (Rumbeke-Beitem, Beļģija) Tomasa Mora Lietišķo zinātņu universitātē 27 ° C temperatūrā un 60% relatīvajā mitrumā. 60 x 40 cm akvārijā audzēto miltu tārpu blīvums bija 4,17 tārpi/cm2 (10 000 miltu tārpu). Sākotnēji kāpuri tika izbaroti ar 2,1 kg kviešu kliju kā sauso barību katrā audzēšanas tvertnē un pēc tam tika papildināti pēc vajadzības. Izmantojiet agara blokus kā kontroles mitrās pārtikas apstrādi. Sākot ar 4. nedēļu, sāciet barot sānu plūsmas (arī mitruma avotu) kā mitru barību, nevis agaru ad libitum. Sausnas procentuālais daudzums katrai sānu plūsmai tika iepriekš noteikts un reģistrēts, lai nodrošinātu vienādu mitruma daudzumu visiem kukaiņiem visā apstrādē. Barība tiek vienmērīgi sadalīta visā terārijā. Kāpurus savāc, kad eksperimentālajā grupā parādās pirmie kucēni. Kāpuru novākšana tiek veikta, izmantojot 2 mm diametra mehānisko kratītāju. Izņemot eksperimentu ar kartupeļu kubiņiem. Lielas kubiņos sagrieztu žāvētu kartupeļu porcijas tiek atdalītas, ļaujot kāpuriem izlīst cauri šim tīklam un savācot tos metāla paplātēs. Kopējo ražas svaru nosaka, nosverot kopējo ražas svaru. Izdzīvošanu aprēķina, kopējo ražas svaru dalot ar kāpura svaru. Kāpuru svaru nosaka, atlasot vismaz 100 kāpurus un dalot to kopējo svaru ar skaitu. Savāktos kāpurus pirms analīzes badā 24 stundas, lai iztukšotu to zarnas. Visbeidzot, kāpurus vēlreiz pārmeklē, lai tos atdalītu no pārējā. Tos sasaldē un eitanāzē un līdz analīzei uzglabā -18°C.
Sausā barība bija kviešu klijas (beļģu Molens Joye). Kviešu klijas tika iepriekš izsijātas līdz daļiņu izmēram, kas mazāks par 2 mm. Papildus sausajai barībai miltu tārpu kāpuriem nepieciešama arī mitrā barība, lai uzturētu miltu tārpiem nepieciešamo mitrumu un minerālvielu piedevas. Mitrā barība veido vairāk nekā pusi no kopējās barības (sausā barība + mitrā barība). Mūsu eksperimentos agars (Brouwland, Beļģija, 25 g/l) tika izmantots kā kontroles mitrā barība45. Kā parādīts 1. attēlā, četri lauksaimniecības blakusprodukti ar dažādu uzturvielu saturu tika pārbaudīti kā mitrā barība miltu tārpu kāpuriem. Šie blakusprodukti ietver a) gurķu audzēšanas lapas (Inagro, Beļģija), b) kartupeļu atgriezumus (Duigny, Beļģija), c) raudzētas cigoriņu saknes (Inagro, Beļģija) un d) izsolēs nepārdotus augļus un dārzeņus. . (Belorta, Beļģija). Sānu plūsma tiek sasmalcināta gabalos, kas piemēroti lietošanai kā mitru miltu tārpu barību.
Lauksaimniecības blakusprodukti kā mitrā barība miltu tārpiem; a) dārza lapas no gurķu audzēšanas, b) kartupeļu spraudeņi, c) cigoriņu saknes, d) izsolē nepārdotie dārzeņi un e) agara bloki. Kā vadīklas.
Trīs reizes tika noteikts barības un miltu tārpu kāpuru sastāvs (n = 3). Tika novērtēta ātrā analīze, minerālu sastāvs, smago metālu saturs un taukskābju sastāvs. No savāktajiem un izsalkušajiem kāpuriem paņēma 250 g homogenizētu paraugu, žāvēja 60°C līdz nemainīgam svaram, samaļ (IKA, Tube mill 100) un izsijā caur 1 mm sietu. Žāvētie paraugi tika noslēgti tumšos traukos.
Sausnas saturu (DM) noteica, paraugus žāvējot krāsnī 105°C 24 stundas (Memmert, UF110). Sausnas procentuālais daudzums tika aprēķināts, pamatojoties uz parauga svara zudumu.
Koppelnu saturs (CA) tika noteikts pēc masas zuduma sadedzināšanas laikā mufeļkrāsnī (Nabertherm, L9/11/SKM) 550°C temperatūrā 4 stundas.
Koptauku satura vai dietilētera (EE) ekstrakcija tika veikta ar petrolēteri (bp 40–60 °C), izmantojot Soksleta ekstrakcijas aprīkojumu. Apmēram 10 g parauga tika ievietoti ekstrakcijas galviņā un pārklāti ar keramikas vilnu, lai novērstu parauga zudumu. Paraugus ekstrahēja nakti ar 150 ml petrolētera. Ekstrakts tika atdzesēts, organiskais šķīdinātājs tika noņemts un reģenerēts ar rotācijas iztvaicēšanu (Büchi, R-300) pie 300 mbar un 50 ° C. Neapstrādātus lipīdu vai ētera ekstraktus atdzesēja un nosvēra uz analītiskajiem svariem.
Kopproteīna (CP) saturs tika noteikts, analizējot paraugā esošo slāpekli, izmantojot Kjeldāla metodi BN EN ISO 5983-1 (2005). Lai aprēķinātu olbaltumvielu saturu, izmantojiet atbilstošos N līdz P koeficientus. Standarta sausajai barībai (kviešu klijām) izmantojiet kopējo koeficientu 6,25. Sānu plūsmai izmanto koeficientu 4,2366 un dārzeņu maisījumiem izmanto koeficientu 4,3967. Kopproteīna saturs kāpuros tika aprēķināts, izmantojot N līdz P koeficientu 5,3351.
Šķiedru saturs ietvēra neitrālas mazgāšanas šķiedru (NDF) noteikšanu, pamatojoties uz Gerharda ekstrakcijas protokolu (manuāla šķiedru analīze maisos, Gerhardt, Vācija) un van Soest 68 metodi. NDF noteikšanai 1 g paraugs tika ievietots īpašā šķiedru maisiņā (Gerhardt, ADF/NDF maisā) ar stikla starpliku. Šķiedru maisiņi, kas piepildīti ar paraugiem, vispirms tika attaukoti ar petrolēteri (viršanas temperatūra 40–60 ° C) un pēc tam žāvēti istabas temperatūrā. Attaukotais paraugs tika ekstrahēts ar neitrālu šķiedru mazgāšanas līdzekļa šķīdumu, kas satur karstumizturīgu α-amilāzi viršanas temperatūrā 1, 5 stundas. Pēc tam paraugus trīs reizes mazgā ar verdošu dejonizētu ūdeni un žāvēja nakti 105 ° C temperatūrā. Sausās šķiedras maisiņus (satur šķiedru atlikumus) nosvēra, izmantojot analītiskos svarus (Sartorius, P224-1S), un pēc tam 4 stundas sadedzināja mufeļkrāsnī (Nabertherm, L9/11/SKM) 550 °C temperatūrā. Pelnus vēlreiz nosvēra un šķiedru saturu aprēķināja, pamatojoties uz svara zudumu starp parauga žāvēšanu un sadedzināšanu.
Lai noteiktu hitīna saturu kāpuros, mēs izmantojām modificētu protokolu, kas balstīts uz van Soest 68 jēlšķiedras analīzi. 1 g paraugs tika ievietots īpašā šķiedru maisiņā (Gerhardt, CF Bag) un stikla blīvē. Paraugi tika iesaiņoti šķiedras maisos, attaukoti petrolēterī (apmēram 40–60 °C) un žāvēti gaisā. Attaukoto paraugu vispirms 30 minūtes viršanas temperatūrā ekstrahēja ar skābu 0, 13 M sērskābes šķīdumu. Ekstrakcijas šķiedras maisiņu, kurā bija paraugs, trīs reizes mazgā ar verdošu dejonizētu ūdeni un pēc tam 2 stundas ekstrahēja ar 0, 23 M kālija hidroksīda šķīdumu. Ekstrakcijas šķiedru maisiņu, kurā bija paraugs, vēlreiz trīs reizes izskaloja ar verdošu dejonizētu ūdeni un žāvēja 105 ° C temperatūrā nakti. Sausais maiss, kurā bija šķiedras atlikums, tika nosvērts uz analītiskajiem svariem un 4 stundas sadedzināts mufeļkrāsnī 550 °C temperatūrā. Pelni tika nosvērti un šķiedru saturs tika aprēķināts, pamatojoties uz sadedzinātā parauga svara zudumu.
Tika aprēķināts kopējais ogļhidrātu saturs. Bezšķiedru ogļhidrātu (NFC) koncentrācija barībā tika aprēķināta, izmantojot NDF analīzi, un kukaiņu koncentrācija tika aprēķināta, izmantojot hitīna analīzi.
Matricas pH tika noteikts pēc ekstrakcijas ar dejonizētu ūdeni (1:5 v/v) saskaņā ar NBN EN 15933.
Paraugi tika sagatavoti, kā aprakstīja Broeckx et al. Minerālu profili tika noteikti, izmantojot ICP-OES (Optima 4300™ DV ICP-OES, Perkin Elmer, MA, ASV).
Smagie metāli Cd, Cr un Pb tika analizēti ar grafīta krāsns atomu absorbcijas spektrometriju (AAS) (Thermo Scientific, ICE 3000 sērija, kas aprīkota ar GFS krāsns automātisko paraugu ņemšanas ierīci). Apmēram 200 mg parauga tika sagremoti skābā HNO3/HCl (1:3 v/v), izmantojot mikroviļņus (CEM, MARS 5). Mikroviļņu šķelšana tika veikta 190°C temperatūrā 25 minūtes pie 600 W. Ekstraktu atšķaida ar īpaši tīru ūdeni.
Taukskābes tika noteiktas ar GC-MS (Agilent Technologies, 7820A GC sistēma ar 5977 E MSD detektoru). Saskaņā ar Džozefa un Akman70 metodi metanola KOH šķīdumam tika pievienots 20% BF3/MeOH šķīdums un pēc esterifikācijas no ētera ekstrakta iegūts taukskābes metilesteris (FAME). Taukskābes var identificēt, salīdzinot to aiztures laiku ar 37 FAME maisījumu standartiem (Chemical Lab) vai salīdzinot to MS spektrus ar tiešsaistes bibliotēkām, piemēram, NIST datu bāzi. Kvalitatīva analīze tiek veikta, aprēķinot pīķa laukumu procentos no hromatogrammas kopējā pīķa laukuma.
Datu analīze tika veikta, izmantojot programmatūru JMP Pro 15.1.1 no SAS (Bekingemšīra, Lielbritānija). Novērtējums tika veikts, izmantojot vienvirziena dispersijas analīzi ar nozīmīguma līmeni 0,05 un Tukey HSD kā post hoc testu.
Bioakumulācijas koeficients (BAF) tika aprēķināts, dalot smago metālu koncentrāciju miltu tārpu kāpuru biomasā (DM) ar koncentrāciju mitrajā barībā (DM) 43 . BAF, kas lielāks par 1, norāda, ka smagie metāli bioakumulējas no mitrās barības kāpuros.
Pašreizējā pētījuma laikā ģenerētās un/vai analizētās datu kopas pēc pamatota pieprasījuma ir pieejamas no attiecīgā autora.
Apvienoto Nāciju Organizācijas Ekonomikas un sociālo lietu departamenta Iedzīvotāju nodaļa. Pasaules iedzīvotāju izredzes 2019. gadā: svarīgākie momenti (ST/ESA/SER.A/423) (2019).
Cole, MB, Augustine, MA, Robertson, MJ, un Manners, JM, pārtikas nekaitīguma zinātne. NPJ Sci. Pārtika 2018, 2. https://doi.org/10.1038/s41538-018-0021-9 (2018).
Izlikšanas laiks: 19. decembris 2024