Terima kasih kerana melawat Nature.com. Versi penyemak imbas yang anda gunakan mempunyai sokongan CSS yang terhad. Untuk hasil terbaik, kami mengesyorkan menggunakan penyemak imbas yang lebih baharu (atau melumpuhkan mod keserasian dalam Internet Explorer). Sementara itu, untuk memastikan sokongan berterusan, kami akan memaparkan tapak tanpa gaya dan JavaScript.
Lalat askar hitam (Hermetia illucens, L. 1758) ialah serangga detritivor omnivor dengan potensi tinggi untuk menggunakan produk sampingan organik yang kaya dengan karbohidrat. Antara karbohidrat, lalat askar hitam bergantung pada gula larut untuk pertumbuhan dan sintesis lipid. Matlamat kajian ini adalah untuk menilai kesan gula larut biasa terhadap perkembangan, kemandirian, dan profil asid lemak lalat askar hitam. Tambahan makanan ayam dengan monosakarida dan disakarida secara berasingan. Selulosa digunakan sebagai kawalan. Larva yang diberi makan glukosa, fruktosa, sukrosa, dan maltosa tumbuh lebih cepat daripada larva kawalan. Sebaliknya, laktosa mempunyai kesan antinutrisi pada larva, melambatkan pertumbuhan dan mengurangkan berat badan individu akhir. Walau bagaimanapun, semua gula larut menjadikan larva lebih gemuk daripada yang diberi diet kawalan. Terutamanya, gula yang diuji membentuk profil asid lemak. Maltosa dan sukrosa meningkatkan kandungan asid lemak tepu berbanding selulosa. Sebaliknya, laktosa meningkatkan bioakumulasi asid lemak tak tepu pemakanan. Kajian ini adalah yang pertama menunjukkan kesan gula larut terhadap komposisi asid lemak larva lalat askar hitam. Keputusan kami menunjukkan bahawa karbohidrat yang diuji mempunyai kesan yang ketara ke atas komposisi asid lemak larva lalat askar hitam dan oleh itu boleh menentukan penggunaan terakhirnya.
Permintaan global untuk tenaga dan protein haiwan terus meningkat1. Dalam konteks pemanasan global, adalah penting untuk mencari alternatif yang lebih hijau kepada tenaga fosil dan kaedah pengeluaran makanan tradisional sambil meningkatkan pengeluaran. Serangga menjanjikan calon untuk menangani isu ini kerana komposisi kimia dan kesan alam sekitar yang lebih rendah berbanding dengan penternakan tradisional2. Antara serangga, calon yang sangat baik untuk menangani isu ini ialah lalat askar hitam (BSF), Hermetia illucens (L. 1758), spesies detritivor yang mampu memakan pelbagai substrat organik3. Oleh itu, mempertingkatkan substrat ini melalui pembiakan BSF boleh mewujudkan sumber bahan mentah baharu untuk memenuhi keperluan pelbagai industri.
Larva BSF (BSFL) boleh memakan hasil sampingan pertanian dan agroindustri seperti bijirin pembuat bir, sisa sayuran, pulpa buah dan roti basi, yang amat sesuai untuk pertumbuhan BSFL kerana tinggi karbohidrat (CH)4,5, 6 kandungan. Pengeluaran BSFL berskala besar menghasilkan dua produk: najis, campuran sisa substrat dan najis yang boleh digunakan sebagai baja untuk penanaman tumbuhan7, dan larva, yang kebanyakannya terdiri daripada protein, lipid dan kitin. Protein dan lipid digunakan terutamanya dalam penternakan, biofuel dan kosmetik8,9. Bagi kitin, biopolimer ini mendapat aplikasi dalam sektor pertanian makanan, bioteknologi dan penjagaan kesihatan10.
BSF ialah serangga holometabolous autogen, bermakna metamorfosis dan pembiakannya, terutamanya peringkat kitaran hayat serangga yang memakan tenaga, boleh disokong sepenuhnya oleh rizab nutrien yang dijana semasa pertumbuhan larva11. Lebih khusus lagi, sintesis protein dan lipid membawa kepada perkembangan badan lemak, organ simpanan penting yang membebaskan tenaga semasa fasa bukan penyusuan BSF: prepupa (iaitu, peringkat larva terakhir di mana larva BSF menjadi hitam semasa memberi makan dan mencari. untuk persekitaran yang sesuai untuk metamorfosis), pupa (iaitu, peringkat tidak motil semasa serangga mengalami metamorfosis), dan dewasa12,13. CH ialah sumber tenaga utama dalam diet BSF14. Antara nutrien ini, CH berserabut seperti hemiselulosa, selulosa dan lignin, tidak seperti disakarida dan polisakarida (seperti kanji), tidak boleh dicerna oleh BSFL15,16. Pencernaan CH merupakan langkah awal yang penting untuk penyerapan karbohidrat, yang akhirnya dihidrolisiskan kepada gula ringkas dalam usus16. Gula ringkas kemudiannya boleh diserap (iaitu, melalui membran peritropik usus) dan dimetabolismekan untuk menghasilkan tenaga17. Seperti yang dinyatakan di atas, larva menyimpan lebihan tenaga sebagai lipid dalam badan gemuk12,18. Lipid simpanan terdiri daripada trigliserida (lipid neutral yang terbentuk daripada satu molekul gliserol dan tiga asid lemak) yang disintesis oleh larva daripada gula ringkas pemakanan. CH ini menyediakan substrat asetil-KoA yang diperlukan untuk biosintesis asid lemak (FA) melalui laluan asid lemak sintase dan tioesterase19. Profil asid lemak lipid H. illucens secara semula jadi didominasi oleh asid lemak tepu (SFA) dengan kadar asid laurik yang tinggi (C12:0)19,20. Oleh itu, kandungan lipid yang tinggi dan komposisi asid lemak dengan cepat menjadi faktor pengehad untuk penggunaan keseluruhan larva dalam makanan haiwan, terutamanya dalam akuakultur di mana asid lemak tak tepu (PUFA) diperlukan21.
Sejak penemuan potensi BSFL untuk mengurangkan sisa organik, kajian tentang nilai pelbagai produk sampingan telah menunjukkan bahawa komposisi BSFL sebahagiannya dikawal oleh dietnya. Pada masa ini, pengawalseliaan profil FA H. illucens terus bertambah baik. Keupayaan BSFL untuk bioakumulasi PUFA telah ditunjukkan pada substrat yang kaya dengan PUFA seperti alga, sisa ikan, atau makanan seperti biji rami, yang menyediakan profil FA yang lebih berkualiti untuk pemakanan haiwan19,22,23. Sebaliknya, untuk produk sampingan yang tidak diperkaya dalam PUFA, tidak selalu terdapat korelasi antara profil FA diet dan FA larva, menunjukkan pengaruh nutrien lain24,25. Malah, kesan CH yang boleh dihadam pada profil FA masih kurang difahami dan kurang dikaji24,25,26,27.
Sepanjang pengetahuan kami, walaupun jumlah monosakarida dan disakarida banyak terdapat dalam diet H. illucens, peranan pemakanan mereka masih kurang difahami dalam pemakanan H. illucens. Matlamat kajian ini adalah untuk menjelaskan kesannya terhadap pemakanan BSFL dan komposisi lipid. Kami akan menilai pertumbuhan, kemandirian dan produktiviti larva di bawah keadaan pemakanan yang berbeza. Kemudian, kami akan menerangkan kandungan lipid dan profil asid lemak setiap diet untuk menyerlahkan kesan CH ke atas kualiti pemakanan BSFL.
Kami membuat hipotesis bahawa sifat CH yang diuji akan mempengaruhi (1) pertumbuhan larva, (2) jumlah tahap lipid, dan (3) memodulasi profil FA. Monosakarida boleh diserap secara langsung, manakala disakarida mesti dihidrolisiskan. Monosakarida oleh itu lebih tersedia sebagai sumber tenaga langsung atau prekursor untuk lipogenesis melalui laluan FA synthase dan thioesterase, dengan itu meningkatkan pertumbuhan larva H. illucens dan menggalakkan pengumpulan lipid simpanan (terutamanya asid laurik).
CH yang diuji menjejaskan purata berat badan larva semasa pertumbuhan (Rajah 1). FRU, GLU, SUC dan MAL meningkatkan berat badan larva sama seperti diet kawalan (CEL). Sebaliknya, LAC dan GAL kelihatan melambatkan perkembangan larva. Terutamanya, LAC mempunyai kesan negatif yang ketara terhadap pertumbuhan larva berbanding SUC sepanjang tempoh pertumbuhan: 9.16 ± 1.10 mg berbanding 15.00 ± 1.01 mg pada hari ke-3 (F6,21 = 12.77, p <0.001; Rajah 1), 125.21 ± 4. mg dan 211.79 ± 14.93 mg, masing-masing, pada hari ke-17 (F6,21 = 38.57, p <0.001; Rajah 1).
Menggunakan monosakarida yang berbeza (fruktosa (FRU), galaktosa (GAL), glukosa (GLU)), disakarida (laktosa (LAC), maltosa (MAL), sukrosa (SUC)) dan selulosa (CEL) sebagai kawalan. Pertumbuhan larva yang diberi makan dengan larva lalat askar hitam. Setiap titik pada lengkung mewakili min berat individu (mg) yang dikira dengan menimbang 20 larva yang dipilih secara rawak daripada populasi 100 larva (n = 4). Bar ralat mewakili SD.
Diet CEL memberikan kemandirian larva yang sangat baik sebanyak 95.5 ± 3.8%. Selain itu, kemandirian diet H. illucens yang diberi makan yang mengandungi CH larut telah dikurangkan (GLM: χ = 107.13, df = 21, p <0.001), yang disebabkan oleh MAL dan SUC (disakarida) dalam CH yang dikaji. Kematian adalah lebih rendah daripada GLU, FRU, GAL (monosakarida), dan LAC (EMM: p <0.001, Rajah 2).
Boxplot survival larva lalat askar hitam dirawat dengan pelbagai monosakarida (fruktosa, galaktosa, glukosa), disakarida (laktosa, maltosa, sukrosa) dan selulosa sebagai kawalan. Rawatan dengan huruf yang sama tidak jauh berbeza antara satu sama lain (EMM, p > 0.05).
Semua diet yang diuji membenarkan larva mencapai peringkat prapupa. Walau bagaimanapun, CH yang diuji cenderung untuk memanjangkan perkembangan larva (F6,21=9.60, p<0.001; Jadual 1). Khususnya, larva yang diberi makan GAL dan LAC mengambil masa yang lebih lama untuk mencapai peringkat prepupal berbanding larva yang diternak pada CEL (CEL-GAL: p<0.001; CEL-LAC: p<0.001; Jadual 1).
CH yang diuji juga mempunyai kesan yang berbeza pada berat badan larva, dengan berat badan larva yang diberi diet CEL mencapai 180.19 ± 11.35 mg (F6,21 = 16.86, p <0.001; Rajah 3). FRU, GLU, MAL dan SUC menghasilkan purata berat badan larva akhir lebih daripada 200 mg, yang jauh lebih tinggi daripada CEL (p <0.05). Sebaliknya, larva yang diberi makan GAL dan LAC mempunyai berat badan yang lebih rendah, masing-masing dengan purata 177.64 ± 4.23 mg dan 156.30 ± 2.59 mg (p <0.05). Kesan ini lebih ketara dengan LAC, di mana berat badan akhir adalah lebih rendah daripada diet kawalan (CEL-LAC: perbezaan = 23.89 mg; p = 0.03; Rajah 3).
Purata berat akhir larva individu dinyatakan sebagai tompok larva (mg) dan lalat askar hitam dinyatakan sebagai histogram (g) diberi makan monosakarida yang berbeza (fruktosa, galaktosa, glukosa), disakarida (laktosa, maltosa, sukrosa) dan selulosa (sebagai kawalan). Huruf kolumnar mewakili kumpulan yang berbeza secara signifikan dalam jumlah berat larva (p <0.001). Huruf yang dikaitkan dengan tompok larva mewakili kumpulan dengan berat larva individu yang berbeza secara ketara (p < 0.001). Bar ralat mewakili SD.
Berat individu maksimum adalah bebas daripada jumlah berat koloni larva akhir maksimum. Malah, diet yang mengandungi FRU, GLU, MAL, dan SUC tidak meningkatkan jumlah berat larva yang dihasilkan dalam tangki berbanding CEL (Rajah 3). Walau bagaimanapun, LAC menurunkan jumlah berat dengan ketara (CEL-LAC: perbezaan = 9.14 g; p <0.001; Rajah 3).
Jadual 1 menunjukkan hasil (larva/hari). Menariknya, hasil optimum CEL, MAL dan SUC adalah serupa (Jadual 1). Sebaliknya, FRU, GAL, GLU dan LAC mengurangkan hasil berbanding CEL (Jadual 1). GAL dan LAC melakukan yang paling teruk: hasil dikurangkan separuh kepada hanya 0.51 ± 0.09 g larva/hari dan 0.48 ± 0.06 g larva/hari, masing-masing (Jadual 1).
Monosakarida dan disakarida meningkatkan kandungan lipid larva CF (Jadual 1). Pada diet CLE, larva dengan kandungan lipid 23.19 ± 0.70% daripada kandungan DM diperolehi. Sebagai perbandingan, kandungan lipid purata dalam larva yang diberi makan gula larut adalah lebih daripada 30% (Jadual 1). Walau bagaimanapun, CH yang diuji meningkatkan kandungan lemaknya pada tahap yang sama.
Seperti yang dijangkakan, subjek CG mempengaruhi profil FA larva kepada tahap yang berbeza-beza (Rajah 4). Kandungan SFA adalah tinggi dalam semua diet dan mencapai lebih daripada 60%. MAL dan SUC tidak seimbang profil FA, yang membawa kepada peningkatan dalam kandungan SFA. Dalam kes MAL, dalam satu pihak, ketidakseimbangan ini membawa terutamanya kepada penurunan kandungan asid lemak tak tepu monounsaturated (MUFA) (F6,21 = 7.47; p <0.001; Rajah 4). Sebaliknya, bagi SUC, penurunan adalah lebih seragam antara MUFA dan PUFA. LAC dan MAL mempunyai kesan yang bertentangan pada spektrum FA (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; Rajah 4). Bahagian SFA yang lebih rendah dalam larva yang diberi makan LAC nampaknya meningkatkan kandungan MUFA. Khususnya, tahap MUFA adalah lebih tinggi dalam larva yang diberi makan LAC berbanding dengan gula larut lain kecuali GAL (F6,21 = 7.47; p <0.001; Rajah 4).
Menggunakan monosakarida yang berbeza (fruktosa (FRU), galaktosa (GAL), glukosa (GLU)), disakarida (laktosa (LAC), maltosa (MAL), sukrosa (SUC)) dan selulosa (CEL) sebagai kawalan, plot kotak asid lemak komposisi diberi makan larva lalat askar hitam. Keputusan dinyatakan sebagai peratusan daripada jumlah FAME. Rawatan yang ditanda dengan huruf yang berbeza adalah berbeza secara ketara (p < 0.001). (a) Bahagian asid lemak tepu; (b) Asid lemak tak jenuh tunggal; (c) Asid lemak tak tepu.
Antara asid lemak yang dikenal pasti, asid laurik (C12:0) adalah dominan dalam semua spektrum yang diperhatikan (lebih daripada 40%). SFA lain yang ada ialah asid palmitik (C16:0) (kurang daripada 10%), asid stearik (C18:0) (kurang daripada 2.5%) dan asid kaprik (C10:0) (kurang daripada 1.5%). MUFA terutamanya diwakili oleh asid oleik (C18: 1n9) (kurang daripada 9.5%), manakala PUFA terutamanya terdiri daripada asid linoleik (C18: 2n6) (kurang daripada 13.0%) (lihat Jadual Tambahan S1). Di samping itu, sebahagian kecil sebatian tidak dapat dikenal pasti, terutamanya dalam spektrum larva CEL, di mana nombor kompaun tidak dikenal pasti 9 (UND9) menyumbang purata 2.46 ± 0.52% (lihat Jadual Tambahan S1). Analisis GC × GC-FID mencadangkan bahawa ia mungkin asid lemak 20-karbon dengan lima atau enam ikatan berganda (lihat Rajah Tambahan S5).
Analisis PERMANOVA mendedahkan tiga kumpulan berbeza berdasarkan profil asid lemak (F6,21 = 7.79, p <0.001; Rajah 5). Analisis komponen utama (PCA) spektrum TBC menggambarkan ini dan dijelaskan oleh dua komponen (Rajah 5). Komponen utama menjelaskan 57.9% varians dan termasuk, mengikut urutan kepentingan, asid laurik (C12:0), asid oleik (C18:1n9), asid palmitik (C16:0), asid stearik (C18:0), dan asid linolenik (C18:3n3) (lihat Rajah S4). Komponen kedua menerangkan 26.3% varians dan termasuk, mengikut urutan kepentingan, asid decanoic (C10: 0) dan asid linoleik (C18: 2n6 cis) (lihat Rajah Tambahan S4). Profil diet yang mengandungi gula ringkas (FRU, GAL dan GLU) menunjukkan ciri yang sama. Sebaliknya, disakarida menghasilkan profil yang berbeza: MAL dan SUC di satu pihak dan LAC di pihak yang lain. Khususnya, MAL adalah satu-satunya gula yang mengubah profil FA berbanding CEL. Di samping itu, profil MAL adalah berbeza dengan ketara daripada profil FRU dan GLU. Khususnya, profil MAL menunjukkan bahagian tertinggi C12:0 (54.59 ± 2.17%), menjadikannya setanding dengan CEL (43.10 ± 5.01%), LAC (43.35 ± 1.31%), FRU (48.90 ± 1.97%) dan Profil GLU (48.38 ± 2.17%) (lihat Jadual Tambahan S1). Spektrum MAL juga menunjukkan kandungan C18:1n9 terendah (9.52 ± 0.50%), yang membezakannya lagi daripada spektrum LAC (12.86 ± 0.52%) dan CEL (12.40 ± 1.31%). Trend yang sama diperhatikan untuk C16:0. Dalam komponen kedua, spektrum LAC menunjukkan kandungan C18:2n6 tertinggi (17.22 ± 0.46%), manakala MAL menunjukkan paling rendah (12.58 ± 0.67%). C18:2n6 juga membezakan LAC daripada kawalan (CEL), yang menunjukkan tahap yang lebih rendah (13.41 ± 2.48%) (lihat Jadual Tambahan S1).
Plot PCA profil asid lemak larva lalat askar hitam dengan monosakarida yang berbeza (fruktosa, galaktosa, glukosa), disakarida (laktosa, maltosa, sukrosa) dan selulosa sebagai kawalan.
Untuk mengkaji kesan pemakanan gula larut pada larva H. illucens, selulosa (CEL) dalam makanan ayam digantikan dengan glukosa (GLU), fruktosa (FRU), galaktosa (GAL), maltosa (MAL), sukrosa (SUC), dan laktosa (LAC). Walau bagaimanapun, monosakarida dan disakarida mempunyai kesan yang berbeza terhadap perkembangan, kemandirian, dan komposisi larva HF. Sebagai contoh, GLU, FRU, dan bentuk disakaridanya (MAL dan SUC) memberikan kesan sokongan positif terhadap pertumbuhan larva, membolehkan mereka mencapai berat badan akhir yang lebih tinggi daripada CEL. Tidak seperti CEL yang tidak boleh dihadam, GLU, FRU, dan SUC boleh memintas halangan usus dan berfungsi sebagai sumber nutrien penting dalam diet yang dirumus16,28. MAL tidak mempunyai pengangkut haiwan khusus dan dianggap akan dihidrolisiskan kepada dua molekul glukosa sebelum asimilasi15. Molekul ini disimpan dalam badan serangga sebagai sumber tenaga langsung atau sebagai lipid18. Pertama, berkenaan dengan yang kedua, beberapa perbezaan intramodal yang diperhatikan mungkin disebabkan oleh perbezaan kecil dalam nisbah jantina. Sesungguhnya, dalam H. illucens, pembiakan mungkin sepenuhnya spontan: betina dewasa secara semula jadi mempunyai rizab bertelur yang mencukupi dan lebih berat daripada jantan29. Walau bagaimanapun, pengumpulan lipid dalam BSFL berkorelasi dengan pengambilan CH2 larut diet, seperti yang diperhatikan sebelum ini untuk GLU dan xylose26,30. Sebagai contoh, Li et al.30 memerhatikan bahawa apabila 8% GLU ditambah kepada diet larva, kandungan lipid larva BSF meningkat sebanyak 7.78% berbanding kawalan. Keputusan kami konsisten dengan pemerhatian ini, menunjukkan bahawa kandungan lemak dalam larva yang diberi makan gula larut adalah lebih tinggi daripada larva yang diberi diet CEL, berbanding dengan peningkatan 8.57% dengan suplemen GLU. Yang menghairankan, keputusan yang sama diperhatikan dalam larva yang diberi makan GAL dan LAC, walaupun kesan buruk terhadap pertumbuhan larva, berat badan akhir, dan kelangsungan hidup. Larva yang diberi makan LAC adalah jauh lebih kecil daripada yang diberi diet CEL, tetapi kandungan lemaknya adalah setanding dengan larva yang diberi makan gula larut yang lain. Keputusan ini menyerlahkan kesan antinutrisi laktosa pada BSFL. Pertama, diet mengandungi sejumlah besar CH. Sistem penyerapan dan hidrolisis monosakarida dan disakarida, masing-masing, boleh mencapai tepu, menyebabkan kesesakan dalam proses asimilasi. Bagi hidrolisis, ia dijalankan oleh α- dan β-glukosidase 31 . Enzim ini mempunyai substrat pilihan bergantung pada saiznya dan ikatan kimia (hubungan α atau β) antara monosakarida konstituennya 15 . Hidrolisis LAC kepada GLU dan GAL dijalankan oleh β-galactosidase, enzim yang aktivitinya telah ditunjukkan dalam usus BSF 32 . Walau bagaimanapun, ekspresinya mungkin tidak mencukupi berbanding dengan jumlah LAC yang digunakan oleh larva. Sebaliknya, α-glucosidase maltase dan sucrase 15, yang diketahui banyak diekspresikan dalam serangga, dapat memecahkan sejumlah besar MAL dan SUC sukrosa, dengan itu mengehadkan kesan mengenyangkan ini. Kedua, kesan antinutrisi mungkin disebabkan oleh pengurangan rangsangan aktiviti amilase usus serangga dan kelakuan pemakanan yang perlahan berbanding dengan rawatan lain. Sesungguhnya, gula larut telah dikenal pasti sebagai perangsang aktiviti enzim yang penting untuk pencernaan serangga, seperti amilase, dan sebagai pencetus tindak balas pemakanan33,34,35. Tahap rangsangan berbeza-beza bergantung kepada struktur molekul gula. Malah, disakarida memerlukan hidrolisis sebelum penyerapan dan cenderung untuk merangsang amilase lebih daripada monosakarida konstituennya34. Sebaliknya, LAC mempunyai kesan yang lebih ringan dan didapati tidak mampu menyokong pertumbuhan serangga dalam pelbagai spesies33,35. Contohnya, dalam perosak Spodoptera exigua (Boddie 1850), tiada aktiviti hidrolitik LAC dikesan dalam ekstrak enzim usus tengah ulat36.
Mengenai spektrum FA, keputusan kami menunjukkan kesan modulasi yang ketara dari CH yang diuji. Terutama, walaupun asid laurik (C12: 0) menyumbang kurang daripada 1% daripada jumlah FA dalam diet, ia mendominasi dalam semua profil (lihat Jadual Tambahan S1). Ini konsisten dengan data sebelumnya bahawa asid laurik disintesis daripada CH pemakanan dalam H. illucens melalui laluan yang melibatkan asetil-CoA karboksilase dan FA synthase19,27,37. Keputusan kami mengesahkan bahawa CEL sebahagian besarnya tidak boleh dihadam dan bertindak sebagai "agen pukal" dalam diet kawalan BSF, seperti yang dibincangkan dalam beberapa kajian BSFL38,39,40. Menggantikan CEL dengan monosakarida dan disakarida selain LAC meningkatkan nisbah C12:0, menunjukkan peningkatan pengambilan CH oleh larva. Menariknya, disakarida MAL dan SUC menggalakkan sintesis asid laurik dengan lebih cekap daripada monosakarida konstituennya, menunjukkan bahawa walaupun tahap pempolimeran GLU dan FRU yang lebih tinggi, dan kerana Drosophila adalah satu-satunya pengangkut sukrosa yang telah dikenal pasti dalam spesies protein haiwan, pengangkut disakarida mungkin tidak terdapat dalam usus larva H. illucens15, penggunaan GLU dan FRU meningkat. Walau bagaimanapun, walaupun GLU dan FRU secara teorinya lebih mudah dimetabolismekan oleh BSF, ia juga lebih mudah dimetabolismekan oleh substrat dan mikroorganisma usus, yang boleh mengakibatkan degradasinya yang lebih cepat dan penggunaan berkurangan oleh larva berbanding disakarida.
Pada pandangan pertama, kandungan lipid larva yang diberi makan LAC dan MAL adalah setanding, menunjukkan bioavailabiliti yang sama bagi gula ini. Walau bagaimanapun, secara mengejutkan, profil FA LAC lebih kaya dengan SFA, terutamanya dengan kandungan C12:0 yang lebih rendah, berbanding MAL. Satu hipotesis untuk menjelaskan perbezaan ini ialah LAC boleh merangsang bioakumulasi FA pemakanan melalui sintase acetyl-CoA FA. Menyokong hipotesis ini, larva LAC mempunyai nisbah dekanoat (C10:0) terendah (0.77 ± 0.13%) daripada diet CEL (1.27 ± 0.16%), menunjukkan aktiviti sintase dan tioesterase FA berkurangan19. Kedua, asid lemak pemakanan dianggap sebagai faktor utama yang mempengaruhi komposisi SFA H. illucens27. Dalam eksperimen kami, asid linoleik (C18:2n6) menyumbang 54.81% daripada asid lemak pemakanan, dengan perkadaran dalam larva LAC ialah 17.22 ± 0.46% dan dalam MAL 12.58 ± 0.67%. Asid oleik (cis + trans C18:1n9) (23.22% dalam diet) menunjukkan trend yang sama. Nisbah asid α-linolenik (C18:3n3) juga menyokong hipotesis bioakumulasi. Asid lemak ini diketahui terkumpul dalam BSFL apabila substrat pengayaan, seperti penambahan kek biji rami, sehingga 6-9% daripada jumlah asid lemak dalam larva19. Dalam diet yang diperkaya, C18:3n3 boleh menyumbang sehingga 35% daripada jumlah asid lemak diet. Walau bagaimanapun, dalam kajian kami, C18:3n3 hanya menyumbang 2.51% daripada profil asid lemak. Walaupun perkadaran yang terdapat dalam alam semula jadi adalah lebih rendah dalam larva kami, perkadaran ini lebih tinggi dalam larva LAC (0.87 ± 0.02%) berbanding MAL (0.49 ± 0.04%) (p <0.001; lihat Jadual Tambahan S1). Diet CEL mempunyai perkadaran pertengahan 0.72 ± 0.18%. Akhir sekali, nisbah asid palmitik (C16:0) dalam larva CF mencerminkan sumbangan laluan sintetik dan FA19 pemakanan. Hoc et al. 19 memerhatikan bahawa sintesis C16:0 dikurangkan apabila diet diperkaya dengan makanan biji rami, yang dikaitkan dengan penurunan ketersediaan substrat asetil-KoA akibat penurunan nisbah CH. Anehnya, walaupun kedua-dua diet mempunyai kandungan CH yang sama dan MAL menunjukkan bioavailabiliti yang lebih tinggi, larva MAL menunjukkan nisbah C16:0 terendah (10.46 ± 0.77%), manakala LAC menunjukkan perkadaran yang lebih tinggi, menyumbang 12.85 ± 0.27% (p <0.05; lihat Jadual Tambahan S1). Keputusan ini menyerlahkan pengaruh kompleks nutrien pada pencernaan dan metabolisme BSFL. Pada masa ini, penyelidikan mengenai topik ini lebih teliti di Lepidoptera berbanding Diptera. Dalam ulat, LAC dikenal pasti sebagai perangsang lemah tingkah laku pemakanan berbanding gula larut lain seperti SUC dan FRU34,35. Khususnya, dalam Spodopteralittoralis (Boisduval 1833), penggunaan MAL merangsang aktiviti amilolitik dalam usus ke tahap yang lebih besar daripada LAC34. Kesan yang sama dalam BSFL mungkin menjelaskan rangsangan yang dipertingkatkan bagi laluan sintetik C12:0 dalam larva MAL, yang dikaitkan dengan peningkatan CH yang diserap dalam usus, pemakanan yang berpanjangan, dan tindakan amilase usus. Kurang rangsangan irama pemakanan dengan kehadiran LAC juga boleh menjelaskan pertumbuhan larva LAC yang lebih perlahan. Selain itu, Liu Yanxia et al. 27 menyatakan bahawa jangka hayat lipid dalam substrat H. illucens adalah lebih lama daripada CH. Oleh itu, larva LAC mungkin lebih bergantung pada lipid pemakanan untuk melengkapkan perkembangannya, yang boleh meningkatkan kandungan lipid akhir mereka dan memodulasi profil asid lemak mereka.
Untuk pengetahuan terbaik kami, hanya beberapa kajian telah menguji kesan penambahan monosakarida dan disakarida kepada diet BSF pada profil FA mereka. Pertama, Li et al. 30 menilai kesan GLU dan xylose dan memerhatikan tahap lipid yang serupa dengan kami pada kadar penambahan 8%. Profil FA tidak terperinci dan terdiri terutamanya daripada SFA, tetapi tiada perbezaan ditemui antara kedua-dua gula atau apabila ia dibentangkan secara serentak30. Tambahan pula, Cohn et al. 41 tidak menunjukkan kesan penambahan 20% GLU, SUC, FRU dan GAL kepada makanan ayam pada profil FA masing-masing. Spektrum ini diperoleh daripada replika teknikal dan bukannya biologi, yang, seperti yang dijelaskan oleh pengarang, mungkin mengehadkan analisis statistik. Tambahan pula, kekurangan kawalan iso-gula (menggunakan CEL) mengehadkan tafsiran keputusan. Baru-baru ini, dua kajian oleh Nugroho RA et al. menunjukkan anomali dalam spektrum FA42,43. Dalam kajian pertama, Nugroho RA et al. 43 menguji kesan penambahan FRU pada tepung isirong sawit yang ditapai. Profil FA larva yang terhasil menunjukkan tahap PUFA yang luar biasa tinggi, lebih daripada 90% daripadanya diperoleh daripada diet yang mengandungi 10% FRU (sama dengan kajian kami). Walaupun diet ini mengandungi pelet ikan yang kaya dengan PUFA, nilai profil FA yang dilaporkan bagi larva pada diet kawalan yang terdiri daripada 100% PCM yang ditapai tidak konsisten dengan mana-mana profil yang dilaporkan sebelum ini, khususnya tahap abnormal C18:3n3 sebanyak 17.77 ± 1.67% dan 26.08 ± 0.20% untuk asid linoleik terkonjugasi (C18:2n6t), a isomer jarang asid linoleik. Kajian kedua menunjukkan keputusan yang sama termasuk FRU, GLU, MAL dan SUC42 dalam tepung isirong sawit yang ditapai. Kajian ini, seperti kajian kami, menyerlahkan kesukaran yang serius dalam membandingkan hasil daripada ujian diet larva BSF, seperti pilihan kawalan, interaksi dengan sumber nutrien lain dan kaedah analisis FA.
Semasa eksperimen, kami memerhatikan bahawa warna dan bau substrat berbeza-beza bergantung kepada diet yang digunakan. Ini menunjukkan bahawa mikroorganisma mungkin memainkan peranan dalam keputusan yang diperhatikan dalam substrat dan sistem pencernaan larva. Malah, monosakarida dan disakarida mudah dimetabolismekan oleh mikroorganisma yang menjajah. Penggunaan cepat gula larut oleh mikroorganisma boleh mengakibatkan pembebasan sejumlah besar produk metabolik mikrob seperti etanol, asid laktik, asid lemak rantai pendek (cth asid asetik, asid propionik, asid butirik) dan karbon dioksida44. Sebahagian daripada sebatian ini mungkin bertanggungjawab untuk kesan toksik maut pada larva yang juga diperhatikan oleh Cohn et al.41 di bawah keadaan perkembangan yang sama. Contohnya, etanol berbahaya kepada serangga45. Kuantiti pelepasan karbon dioksida yang banyak boleh mengakibatkan pengumpulannya di bahagian bawah tangki, yang mungkin menghilangkan atmosfera oksigen jika peredaran udara tidak membenarkan pelepasannya. Berkenaan SCFA, kesannya terhadap serangga, terutamanya H. illucens, masih kurang difahami, walaupun asid laktik, asid propionik, dan asid butirik telah terbukti boleh membawa maut dalam Callosobruchus maculatus (Fabricius 1775)46. Dalam Drosophila melanogaster Meigen 1830, SCFA ini adalah penanda penciuman yang membimbing betina ke tapak oviposisi, mencadangkan peranan yang bermanfaat dalam pembangunan larva47. Walau bagaimanapun, asid asetik dikelaskan sebagai bahan berbahaya dan boleh menghalang perkembangan larva dengan ketara47. Sebaliknya, laktat yang berasal dari mikrob baru-baru ini didapati mempunyai kesan perlindungan terhadap mikrob usus invasif dalam Drosophila48. Tambahan pula, mikroorganisma dalam sistem pencernaan juga memainkan peranan dalam pencernaan CH dalam serangga49. Kesan fisiologi SCFA pada mikrobiota usus, seperti kadar pemakanan dan ekspresi gen, telah diterangkan dalam vertebrata 50 . Mereka juga mungkin mempunyai kesan trofik pada larva H. illucens dan mungkin menyumbang sebahagiannya kepada pengawalseliaan profil FA. Kajian tentang kesan pemakanan produk penapaian mikrob ini akan menjelaskan kesannya terhadap pemakanan H. illucens dan menyediakan asas untuk kajian masa depan tentang mikroorganisma yang bermanfaat atau memudaratkan dari segi perkembangannya dan nilai substrat yang kaya dengan FA. Dalam hal ini, peranan mikroorganisma dalam proses pencernaan serangga yang diternak secara besar-besaran semakin dikaji. Serangga mula dilihat sebagai bioreaktor, menyediakan keadaan pH dan pengoksigenan yang memudahkan perkembangan mikroorganisma khusus dalam degradasi atau detoksifikasi nutrien yang sukar dihadam oleh serangga 51 . Baru-baru ini, Xiang et al.52 menunjukkan bahawa, sebagai contoh, inokulasi sisa organik dengan campuran bakteria membolehkan CF menarik bakteria khusus dalam degradasi lignoselulosa, meningkatkan degradasinya dalam substrat berbanding substrat tanpa larva.
Akhir sekali, berkenaan dengan penggunaan berfaedah sisa organik oleh H. illucens, diet CEL dan SUC menghasilkan bilangan larva tertinggi setiap hari. Ini bermakna walaupun berat akhir individu individu lebih rendah, jumlah berat larva yang dihasilkan pada substrat yang terdiri daripada CH tidak boleh dihadam adalah setanding dengan yang diperolehi pada diet homosaccharide yang mengandungi monosakarida dan disakarida. Dalam kajian kami, adalah penting untuk ambil perhatian bahawa tahap nutrien lain adalah mencukupi untuk menyokong pertumbuhan populasi larva dan penambahan CEL harus dihadkan. Walau bagaimanapun, komposisi akhir larva berbeza, menonjolkan kepentingan memilih strategi yang tepat untuk memperkasakan serangga. Larva CEL yang diberi makanan keseluruhan lebih sesuai digunakan sebagai makanan haiwan kerana kandungan lemaknya yang lebih rendah dan paras asid laurik yang lebih rendah, manakala larva yang diberi makanan SUC atau MAL memerlukan penyahlemak dengan menekan untuk meningkatkan nilai minyak, terutamanya dalam biofuel. sektor. LAC ditemui dalam produk sampingan industri tenusu seperti whey daripada pengeluaran keju. Baru-baru ini, penggunaannya (3.5% laktosa) meningkatkan berat badan larva akhir53. Walau bagaimanapun, diet kawalan dalam kajian ini mengandungi separuh kandungan lipid. Oleh itu, kesan antinutrisi LAC mungkin telah diatasi oleh bioakumulasi larva lipid pemakanan.
Seperti yang ditunjukkan oleh kajian terdahulu, sifat monosakarida dan disakarida dengan ketara mempengaruhi pertumbuhan BSFL dan memodulasi profil FAnya. Khususnya, LAC nampaknya memainkan peranan antinutrisi semasa pembangunan larva dengan mengehadkan ketersediaan CH untuk penyerapan lipid diet, dengan itu menggalakkan bioakumulasi UFA. Dalam konteks ini, adalah menarik untuk menjalankan bioassay menggunakan diet yang menggabungkan PUFA dan LAC. Tambahan pula, peranan mikroorganisma, terutamanya peranan metabolit mikrob (seperti SCFA) yang diperoleh daripada proses penapaian gula, kekal sebagai topik penyelidikan yang layak untuk disiasat.
Serangga diperoleh daripada koloni BSF Makmal Entomologi Fungsian dan Evolusi yang ditubuhkan pada 2017 di Agro-Bio Tech, Gembloux, Belgium (untuk butiran lanjut tentang kaedah pemeliharaan, lihat Hoc et al. 19). Untuk ujian eksperimen, 2.0 g telur BSF dikumpul secara rawak setiap hari dari sangkar pembiakan dan diinkubasi dalam 2.0 kg 70% makanan ayam basah (Aveve, Leuven, Belgium). Lima hari selepas menetas, larva diasingkan daripada substrat dan dikira secara manual untuk tujuan eksperimen. Berat awal setiap kelompok diukur. Purata berat individu ialah 7.125 ± 0.41 mg, dan purata bagi setiap rawatan ditunjukkan dalam Jadual Tambahan S2.
Formulasi diet telah diadaptasi daripada kajian oleh Barragan-Fonseca et al. 38 . Secara ringkas, kompromi didapati antara kualiti makanan yang sama untuk ayam larva, kandungan bahan kering (DM) yang serupa, CH tinggi (10% berdasarkan diet segar) dan tekstur, kerana gula ringkas dan disakarida tidak mempunyai sifat tekstur. Menurut maklumat pengilang (Chicken Feed, AVEVE, Leuven, Belgium), CH yang diuji (iaitu gula larut) telah ditambah secara berasingan sebagai larutan akueus diautoklaf (15.9%) kepada diet yang terdiri daripada 16.0% protein, 5.0% jumlah lipid, 11.9% makanan ayam kisar terdiri daripada abu dan 4.8% serat. Dalam setiap balang 750 ml (17.20 × 11.50 × 6.00 cm, AVA, Tempsee, Belgium), 101.9 g larutan CH diautoklaf dicampur dengan 37.8 g makanan ayam. Bagi setiap diet, kandungan bahan kering adalah 37.0%, termasuk protein homogen (11.7%), lipid homogen (3.7%) dan gula homogen (26.9% daripada tambahan CH). CH yang diuji ialah glukosa (GLU), fruktosa (FRU), galaktosa (GAL), maltosa (MAL), sukrosa (SUC) dan laktosa (LAC). Diet kawalan terdiri daripada selulosa (CEL), yang dianggap tidak boleh dihadam untuk larva H. illucens 38 . Seratus larva berumur 5 hari dimasukkan ke dalam dulang yang dilengkapi penutup dengan lubang diameter 1 cm di tengah dan ditutup dengan plastik kelambu. Setiap diet diulang empat kali.
Berat larva diukur tiga hari selepas permulaan eksperimen. Untuk setiap ukuran, 20 larva dikeluarkan dari substrat menggunakan air suam steril dan forsep, dikeringkan, dan ditimbang (STX223, Ohaus Scout, Parsippany, USA). Selepas ditimbang, larva dikembalikan ke tengah substrat. Pengukuran diambil secara berkala tiga kali seminggu sehingga prepupa pertama muncul. Pada ketika ini, kumpulkan, kira, dan timbang semua larva seperti yang diterangkan sebelum ini. Asingkan larva peringkat 6 (iaitu, larva putih sepadan dengan peringkat larva sebelum peringkat prapupa) dan prapupa (iaitu, peringkat larva terakhir di mana larva BSF menjadi hitam, berhenti memberi makan, dan mencari persekitaran yang sesuai untuk metamorfosis) dan simpan di - 18°C untuk analisis komposisi. Hasil dikira sebagai nisbah jumlah jisim serangga (larva dan prapupa peringkat 6) yang diperolehi setiap hidangan (g) kepada masa pembangunan (d). Semua nilai min dalam teks dinyatakan sebagai: min ± SD.
Semua langkah seterusnya menggunakan pelarut (heksana (Hex), kloroform (CHCl3), metanol (MeOH)) dilakukan di bawah hud wasap dan dikehendaki memakai sarung tangan nitril, apron dan cermin mata keselamatan.
Larva putih dikeringkan dalam pengering beku FreeZone6 (Labconco Corp., Kansas City, MO, Amerika Syarikat) selama 72 jam dan kemudian dikisar (IKA A10, Staufen, Jerman). Jumlah lipid diekstrak daripada ±1 g serbuk menggunakan kaedah Folch 54. Baki kandungan lembapan setiap sampel terliofil telah ditentukan dalam pendua menggunakan penganalisis lembapan (MA 150, Sartorius, Göttiggen, Jerman) untuk membetulkan jumlah lipid.
Jumlah lipid telah ditransesterifikasi di bawah keadaan berasid untuk mendapatkan ester metil asid lemak. Secara ringkas, kira-kira 10 mg lipid/100 µl larutan CHCl3 (100 µl) telah disejat dengan nitrogen dalam tiub Pyrex© 8 ml (SciLabware – DWK Life Sciences, London, UK). Tiub diletakkan dalam Hex (0.5 ml) (PESTINORM®SUPRATRACE n-Hexane > 95% untuk analisis surih organik, VWR Chemicals, Radnor, PA, USA) dan larutan Hex/MeOH/BF3 (20/25/55) (0.5). ml) dalam tab mandi air pada suhu 70 °C selama 90 min. Selepas penyejukan, 10% larutan H2SO4 berair (0.2 ml) dan larutan NaCl tepu (0.5 ml) ditambah. Campurkan tiub dan isi campuran dengan Hex bersih (8.0 mL). Sebahagian daripada fasa atas dipindahkan ke vial dan dianalisis dengan kromatografi gas dengan pengesan pengionan nyalaan (GC-FID). Sampel dianalisis menggunakan Trace GC Ultra (Thermo Scientific, Waltham, MA, USA) yang dilengkapi dengan penyuntik terbelah/tidak berpecah (240 °C) dalam mod berpecah (aliran berpecah: 10 mL/min), lajur Stabilwax®-DA ( 30 m, 0.25 mm id, 0.25 μm, Restek Corp., Bellefonte, PA, Amerika Syarikat) dan FID (250 °C). Program suhu ditetapkan seperti berikut: 50 °C selama 1 minit, meningkat kepada 150 °C pada 30 °C/min, meningkat kepada 240 °C pada 4 °C/min dan berterusan pada 240 °C selama 5 minit. Hex digunakan sebagai kosong dan piawai rujukan yang mengandungi 37 ester metil asid lemak (Supelco 37-komponen FAMEmix, Sigma-Aldrich, Overijse, Belgium) digunakan untuk pengecaman. Pengenalpastian asid lemak tak tepu (UFA) telah disahkan oleh GC dua dimensi komprehensif (GC×GC-FID) dan kehadiran isomer ditentukan dengan tepat oleh sedikit penyesuaian kaedah Ferrara et al. 55. Butiran instrumen boleh didapati dalam Jadual Tambahan S3 dan keputusan dalam Rajah Tambahan S5.
Data dibentangkan dalam format hamparan Excel (Microsoft Corporation, Redmond, WA, USA). Analisis statistik dilakukan menggunakan R Studio (versi 2023.12.1+402, Boston, Amerika Syarikat) 56 . Data mengenai berat larva, masa pembangunan dan produktiviti dianggarkan menggunakan model linear (LM) (arahan "lm", pakej R "stats" 56 ) kerana ia sesuai dengan taburan Gaussian. Kadar kemandirian menggunakan analisis model binomial dianggarkan menggunakan model linear am (GLM) (arahan "glm", pakej R "lme4" 57 ). Normaliti dan homoskedastisitas disahkan menggunakan ujian Shapiro (arahan "shapiro.test", pakej R "stats" 56 ) dan analisis varians data (perintah betadisper, pakej R "vegan" 58). Selepas analisis berpasangan bagi nilai-p penting (p <0.05) daripada ujian LM atau GLM, perbezaan ketara antara kumpulan dikesan menggunakan ujian EMM (arahan "emmeans", pakej R "emmeans" 59).
Spektrum FA lengkap dibandingkan dengan menggunakan analisis pilihatur pelbagai variasi bagi varians (iaitu permMANOVA; arahan “adonis2”, pakej R “vegan” 58) menggunakan matriks jarak Euclidean dan pilih atur 999. Ini membantu untuk mengenal pasti asid lemak yang dipengaruhi oleh sifat karbohidrat pemakanan. Perbezaan ketara dalam profil FA dianalisis selanjutnya menggunakan perbandingan berpasangan. Data kemudiannya divisualisasikan menggunakan analisis komponen utama (PCA) (arahan "PCA", pakej R "FactoMineR" 60). FA yang bertanggungjawab untuk perbezaan ini dikenal pasti dengan mentafsir bulatan korelasi. Calon-calon ini disahkan menggunakan analisis varians sehala (ANOVA) (arahan “aov”, pakej R “stats” 56 ) diikuti dengan ujian post hoc Tukey (arahan TukeyHSD, pakej R “stats” 56 ). Sebelum analisis, kenormalan dinilai menggunakan ujian Shapiro-Wilk, homoskedastisitas disemak menggunakan ujian Bartlett (arahan "bartlett.test", pakej R "stats" 56), dan kaedah bukan parametrik digunakan jika kedua-dua andaian tidak dipenuhi . Analisis telah dibandingkan (arahan “kruskal.test”, pakej R “stats” 56 ), dan kemudian ujian post hoc Dunn digunakan (command dunn.test, pakej R “dunn.test” 56 ).
Versi akhir manuskrip telah disemak menggunakan Grammarly Editor sebagai pembaca pruf bahasa Inggeris (Grammarly Inc., San Francisco, California, USA) 61 .
Set data yang dijana dan dianalisis semasa kajian semasa tersedia daripada pengarang yang berkaitan atas permintaan yang munasabah.
Kim, SW, et al. Memenuhi permintaan global untuk protein makanan: cabaran, peluang dan strategi. Annals of Animal Biosciences 7, 221–243 (2019).
Caparros Megido, R., et al. Kajian semula status dan prospek pengeluaran dunia serangga yang boleh dimakan. Entomol. Kej 44, (2024).
Rehman, K. ur, et al. Lalat askar hitam (Hermetia illucens) sebagai alat yang berpotensi inovatif dan mesra alam untuk pengurusan sisa organik: Kajian ringkas. Penyelidikan Pengurusan Sisa 41, 81–97 (2023).
Skala, A., et al. Substrat pemeliharaan mempengaruhi pertumbuhan dan status makronutrien larva lalat askar hitam yang dihasilkan secara industri. Sci. Rep. 10, 19448 (2020).
Shu, MK, et al. Sifat antimikrob ekstrak minyak daripada larva lalat askar hitam yang diternak pada serbuk roti. Sains Makanan Haiwan, 64, (2024).
Schmitt, E. dan de Vries, W. (2020). Potensi faedah menggunakan baja lalat askar hitam sebagai pindaan tanah untuk pengeluaran makanan dan mengurangkan kesan alam sekitar. Pendapat semasa. Green Sustain. 25, 100335 (2020).
Franco A. et al. Lipid lalat askar hitam—sumber yang inovatif dan mampan. Pembangunan Mampan, Vol. 13, (2021).
Van Huis, A. Serangga sebagai makanan dan makanan, bidang yang baru muncul dalam pertanian: ulasan. J. Makanan Serangga 6, 27–44 (2020).
Kachor, M., Bulak, P., Prots-Petrikha, K., Kirichenko-Babko, M., dan Beganovsky, A. Pelbagai kegunaan lalat askar hitam dalam industri dan pertanian - ulasan. Biologi 12, (2023).
Hock, B., Noel, G., Carpentier, J., Francis, F., dan Caparros Megido, R. Pengoptimuman pembiakan buatan Hermetia illucens. PLOS ONE 14, (2019).
Masa siaran: Dis-25-2024