Dziękujemy za odwiedzenie Nature.com. Wersja przeglądarki, której używasz, obsługuje ograniczoną obsługę CSS. Aby uzyskać najlepsze wyniki, zalecamy użycie nowszej przeglądarki (lub wyłączenie trybu zgodności w przeglądarce Internet Explorer). W międzyczasie, aby zapewnić ciągłość wsparcia, będziemy wyświetlać witrynę bez stylów i JavaScript.
Hodowla owadów jest potencjalnym sposobem zaspokojenia rosnącego światowego zapotrzebowania na białko i jest nową działalnością w świecie zachodnim, w której pozostaje wiele pytań dotyczących jakości i bezpieczeństwa produktów. Owady mogą odgrywać ważną rolę w gospodarce o obiegu zamkniętym, przekształcając bioodpady w cenną biomasę. Około połowa substratu paszowego dla mączników pochodzi z paszy mokrej. Można go uzyskać z bioodpadów, dzięki czemu hodowla owadów będzie bardziej zrównoważona. W artykule przedstawiono skład pokarmowy mączników (Tenebrio molitor) karmionych organicznymi dodatkami pochodzącymi z produktów ubocznych. Należą do nich niesprzedane warzywa, plasterki ziemniaków, sfermentowane korzenie cykorii i liście ogrodowe. Ocenia się ją poprzez analizę najbliższego składu, profilu kwasów tłuszczowych, zawartości minerałów i metali ciężkich. Mączniki karmione plastrami ziemniaków charakteryzowały się podwójną zawartością tłuszczu oraz zwiększoną zawartością nasyconych i jednonienasyconych kwasów tłuszczowych. Stosowanie sfermentowanego korzenia cykorii zwiększa zawartość minerałów i akumuluje metale ciężkie. Ponadto wchłanianie minerałów przez mącznika jest selektywne, gdyż zwiększa się jedynie stężenie wapnia, żelaza i manganu. Dodatek do diety mieszanek warzywnych czy liści ogrodowych nie zmieni znacząco profilu żywieniowego. Podsumowując, strumień produktów ubocznych pomyślnie przekształcono w biomasę bogatą w białko, której zawartość i biodostępność składników odżywczych wpłynęła na skład mączników.
Oczekuje się, że rosnąca populacja ludzka osiągnie 9,7 miliarda do roku 20501,2 co będzie wywierać presję na naszą produkcję żywności, aby sprostać wysokiemu zapotrzebowaniu na żywność. Szacuje się, że w latach 2012-2050 popyt na żywność wzrośnie o 70-80%3,4,5. Zasoby naturalne wykorzystywane do obecnej produkcji żywności wyczerpują się, co zagraża naszym ekosystemom i dostawom żywności. Ponadto w związku z produkcją i konsumpcją żywności marnuje się duże ilości biomasy. Szacuje się, że do 2050 r. roczna ilość odpadów na świecie osiągnie 27 miliardów ton, z czego większość będzie stanowić bioodpady6,7,8. W odpowiedzi na te wyzwania zaproponowano innowacyjne rozwiązania, alternatywy żywnościowe oraz zrównoważony rozwój rolnictwa i systemów żywnościowych9,10,11. Jednym z takich podejść jest wykorzystanie pozostałości organicznych do produkcji surowców, takich jak jadalne owady, jako zrównoważone źródła żywności i paszy12,13. Hodowla owadów powoduje niższą emisję gazów cieplarnianych i amoniaku, wymaga mniej wody niż tradycyjne źródła białka i może być produkowana w systemach rolnictwa wertykalnego, zajmując mniej miejsca14,15,16,17,18,19. Badania wykazały, że owady są w stanie przekształcić bioodpady o niskiej wartości w cenną, bogatą w białko biomasę o zawartości suchej masy aż do 70%20,21,22. Ponadto biomasa o niskiej wartości jest obecnie wykorzystywana do produkcji energii, składowania lub recyklingu i dlatego nie stanowi konkurencji dla obecnego sektora żywności i pasz23,24,25,26. Mącznik mącznik (T. molitor)27 jest uważany za jeden z najbardziej obiecujących gatunków w produkcji żywności i pasz na dużą skalę. Zarówno larwy, jak i postacie dorosłe żywią się różnorodnymi materiałami, takimi jak produkty zbożowe, odchody zwierzęce, warzywa, owoce itp. 28,29. W społeczeństwach zachodnich T. molitor jest hodowany w niewoli na małą skalę, głównie jako pasza dla zwierząt domowych, takich jak ptaki i gady. Obecnie coraz większą uwagę poświęca się ich potencjałowi w produkcji żywności i pasz30,31,32. Na przykład T. molitor został zatwierdzony z nowym profilem żywności, obejmującym stosowanie w postaci mrożonej, suszonej i sproszkowanej (rozporządzenie (UE) nr 258/97 i rozporządzenie (UE) 2015/2283) 33. Jednakże produkcja na dużą skalę owadów do celów spożywczych i paszowych to wciąż stosunkowo nowa koncepcja w krajach zachodnich. Branża stoi przed wyzwaniami, takimi jak luki w wiedzy na temat optymalnej diety i produkcji, jakości odżywczej produktu końcowego oraz kwestie bezpieczeństwa, takie jak gromadzenie się substancji toksycznych i zagrożenia mikrobiologiczne. W przeciwieństwie do tradycyjnej hodowli zwierząt hodowla owadów nie ma podobnych osiągnięć historycznych17,24,25,34.
Chociaż przeprowadzono wiele badań nad wartością odżywczą mączników, czynniki wpływające na ich wartość odżywczą nie zostały jeszcze w pełni poznane. Wcześniejsze badania wykazały, że dieta owadów może mieć pewien wpływ na jej skład, ale nie znaleziono jednoznacznego schematu. Ponadto badania te koncentrowały się na składnikach białkowych i lipidowych mączników, ale miały ograniczony wpływ na składniki mineralne21,22,32,35,36,37,38,39,40. Potrzebne są dalsze badania, aby zrozumieć zdolność wchłaniania minerałów. Niedawne badania wykazały, że larwy mącznika karmione rzodkiewką miały nieznacznie podwyższone stężenie niektórych minerałów. Wyniki te ograniczają się jednak do badanego podłoża i potrzebne są dalsze badania przemysłowe41. Stwierdzono, że akumulacja metali ciężkich (Cd, Pb, Ni, As, Hg) w mącznikach jest istotnie skorelowana z zawartością metali w matrycy. Chociaż stężenia metali w diecie w paszy dla zwierząt są poniżej dopuszczalnych limitów42, stwierdzono, że arsen ulega bioakumulacji w larwach mącznika, podczas gdy kadm i ołów nie ulegają bioakumulacji43. Zrozumienie wpływu diety na skład odżywczy mączników ma kluczowe znaczenie dla ich bezpiecznego stosowania w żywności i paszy.
Badania przedstawione w tej pracy skupiają się na wpływie stosowania produktów ubocznych pochodzenia rolniczego jako mokrej paszy na skład pokarmowy mączników. Oprócz suchej paszy larwom należy podawać także mokrą karmę. Mokre źródło paszy zapewnia niezbędną wilgoć, a także służy jako uzupełnienie diety dla mączników, zwiększając tempo wzrostu i maksymalną masę ciała 44,45. Według naszych standardowych danych dotyczących hodowli mączników w ramach projektu Interreg-Valusect, całkowita pasza dla mączników zawiera 57% w/w mokrej paszy. Zwykle jako mokre źródło paszy wykorzystuje się świeże warzywa (np. marchew)35,36,42,44,46. Wykorzystywanie produktów ubocznych o niskiej wartości jako mokrej paszy przyniesie bardziej zrównoważone i ekonomiczne korzyści hodowli owadów17. Celem tego badania było (1) zbadanie wpływu wykorzystania bioodpadów jako mokrej paszy na skład odżywczy mączników, (2) określenie zawartości makro- i mikroelementów w larwach mączników hodowanych na bioodpadach bogatych w minerały w celu sprawdzenia wykonalności wzbogacanie minerałów oraz (3) ocenić bezpieczeństwo tych produktów ubocznych w hodowli owadów poprzez analizę obecności i akumulacji metali ciężkich Pb, Cd i Cr. Badanie to dostarczy dalszych informacji na temat wpływu suplementacji bioodpadami na dietę larw mącznika, wartość odżywczą i bezpieczeństwo.
Zawartość suchej masy w przepływie bocznym była wyższa w porównaniu z kontrolnym mokrym agarem odżywczym. Zawartość suchej masy w mieszankach warzywnych i liściach ogrodowych była mniejsza niż 10%, natomiast większa w sadzonkach ziemniaków i fermentowanych korzeniach cykorii (13,4 i 29,9 g/100 g świeżej masy, FM).
Mieszanka warzywna charakteryzowała się wyższą zawartością popiołu surowego, tłuszczu i białka oraz niższą zawartością węglowodanów niewłóknistych niż pasza kontrolna (agar), natomiast zawartość włókien detergentowych obojętnych traktowanych amylazą była podobna. Zawartość węglowodanów w plastrach ziemniaczanych była najwyższa ze wszystkich strumieni bocznych i była porównywalna z zawartością agaru. Ogółem jej skład surowy był najbardziej zbliżony do paszy kontrolnej, jednak został uzupełniony niewielkimi ilościami białka (4,9%) i popiołu surowego (2,9%) 47,48 . Odczyn ziemniaka waha się w granicach od 5 do 6, przy czym warto zaznaczyć, że ten strumień uboczny ziemniaka jest bardziej kwaśny (4,7). Sfermentowany korzeń cykorii jest bogaty w popiół i jest najbardziej kwaśnym ze wszystkich strumieni bocznych. Ponieważ korzenie nie zostały oczyszczone, oczekuje się, że większość popiołu będzie składać się z piasku (krzemionki). Jedynym produktem zasadowym w porównaniu do kontroli i pozostałych strumieni ubocznych były liście ogrodowe. Zawiera wysoki poziom popiołu i białka oraz znacznie mniej węglowodanów niż kontrola. Surowy skład jest najbliższy sfermentowanemu korzeniowi cykorii, jednak zawartość białka surowego jest wyższa (15,0%), co jest porównywalne z zawartością białka w mieszance warzywnej. Analiza statystyczna powyższych danych wykazała istotne różnice w składzie surowego surowca i pH strumieni bocznych.
Dodatek mieszanek warzywnych lub liści ogrodowych do paszy dla mączników nie wpłynął na skład biomasy larw mącznika w porównaniu z grupą kontrolną (tab. 1). Dodatek sadzonek ziemniaków spowodował największą różnicę w składzie biomasy w porównaniu z grupą kontrolną otrzymującą larwy mącznika i inne źródła mokrej paszy. Jeśli chodzi o zawartość białka w mącznikach, z wyjątkiem sadzonek ziemniaków, odmienny przybliżony skład strumieni bocznych nie miał wpływu na zawartość białka w larwach. Dokarmianie sadzonek ziemniaka jako źródła wilgoci spowodowało dwukrotny wzrost zawartości tłuszczu w larwach oraz zmniejszenie zawartości białka, chityny i węglowodanów niewłóknistych. Sfermentowany korzeń cykorii półtorakrotnie zwiększał zawartość popiołu w larwach mącznika.
Profile mineralne wyrażono jako zawartość makrominerałów (Tabela 2) i mikroelementów (Tabela 3) w mokrej paszy i biomasie larw mącznika.
Generalnie boczne strumienie rolnicze były bogatsze w makroskładniki w porównaniu z grupą kontrolną, z wyjątkiem sadzonek ziemniaków, które charakteryzowały się niższą zawartością Mg, Na i Ca. Stężenie potasu było wysokie we wszystkich strumieniach bocznych w porównaniu do kontroli. Agar zawierał 3 mg/100 g s.m. K, natomiast stężenie K w strumieniu bocznym wahało się od 1070 do 9909 mg/100 g s.m. Zawartość makroelementów w mieszance roślinnej była istotnie wyższa niż w grupie kontrolnej, natomiast zawartość Na była istotnie niższa (88 vs 111 mg/100 g s.m.). Stężenie makroelementów w sadzonkach ziemniaka było najniższe ze wszystkich strumieni bocznych. Zawartość makroelementów w sadzonkach ziemniaków była istotnie niższa niż w pozostałych strumieniach bocznych i kontrolnych. Z tą różnicą, że zawartość Mg była porównywalna z grupą kontrolną. Mimo że sfermentowany korzeń cykorii nie charakteryzował się najwyższą zawartością makroelementów, to zawartość popiołu w tym strumieniu bocznym była najwyższa ze wszystkich strumieni bocznych. Może to wynikać z faktu, że nie są one oczyszczone i mogą zawierać duże stężenia krzemionki (piasku). Zawartość Na i Ca była porównywalna z zawartością mieszanki roślinnej. Sfermentowany korzeń cykorii zawierał najwięcej Na ze wszystkich strumieni bocznych. Z wyjątkiem Na, liście ogrodnicze charakteryzowały się najwyższą zawartością makroelementów spośród wszystkich mokrych pasz. Stężenie K (9909 mg/100 g s.m.) było trzy tysiące razy wyższe niż w kontroli (3 mg/100 g s.m.) i 2,5 razy wyższe niż w mieszance roślinnej (4057 mg/100 g s.m.). Zawartość Ca była najwyższa ze wszystkich strumieni bocznych (7276 mg/100 g s.m.), 20-krotnie wyższa niż w kontroli (336 mg/100 g s.m.) i 14-krotnie wyższa niż zawartość Ca w sfermentowanych korzeniach cykorii lub mieszance warzywnej ( 530 i 496 mg/100 g s.m.).
Chociaż występowały istotne różnice w składzie makromineralnym diet (tab. 2), nie stwierdzono istotnych różnic w składzie makromineralnym mączników hodowanych na mieszankach warzywnych i dietach kontrolnych.
Larwy karmione bułką ziemniaczaną charakteryzowały się istotnie niższymi stężeniami wszystkich makroelementów w porównaniu z kontrolą, z wyjątkiem Na, który miał porównywalne stężenia. Dodatkowo dokarmianie chipsami ziemniaczanymi spowodowało największe zmniejszenie zawartości makromineralnych larw w porównaniu z pozostałymi strumieniami bocznymi. Jest to zgodne z popiołami niższymi obserwowanymi w pobliskich preparatach mącznika. Jednakże, chociaż P i K były znacznie wyższe w tej mokrej diecie niż w innych strumieniach bocznych i kontroli, skład larw nie odzwierciedlał tego. Niskie stężenia Ca i Mg występujące w biomasie mącznika mogą być związane z niskimi stężeniami Ca i Mg obecnymi w samej mokrej diecie.
Żywienie sfermentowanymi korzeniami cykorii i liśćmi sadu spowodowało znacząco wyższy poziom wapnia w porównaniu z grupą kontrolną. Liście sadu zawierały najwięcej P, Mg, K i Ca ze wszystkich diet mokrych, ale nie znalazło to odzwierciedlenia w biomasie mącznika. Najniższe stężenia Na były u tych larw, natomiast wyższe w liściach sadu niż w sadzonkach ziemniaka. Zawartość Ca wzrosła w larwach (66 mg/100 g s.m.), ale stężenia Ca nie były tak wysokie jak w biomasie mącznika (79 mg/100 g s.m.) w doświadczeniach z fermentowanym korzeniem cykorii, chociaż stężenie Ca w sadowniczych uprawach liściastych było 14 razy większa niż w korzeniu cykorii.
Na podstawie składu mikroelementów w paszach mokrych (tab. 3) skład mineralny mieszanki roślinnej był podobny jak w grupie kontrolnej, z tą różnicą, że zawartość Mn była znacznie niższa. Stężenia wszystkich analizowanych mikroelementów były niższe w kawałkach ziemniaków w porównaniu z kontrolą i innymi produktami ubocznymi. Fermentowany korzeń cykorii zawierał prawie 100 razy więcej żelaza, 4 razy więcej miedzi, 2 razy więcej cynku i mniej więcej tyle samo manganu. Zawartość cynku i manganu w liściach roślin ogrodniczych była istotnie wyższa niż w grupie kontrolnej.
Nie stwierdzono znaczących różnic pomiędzy zawartością pierwiastków śladowych w larwach karmionych dietą kontrolną, mieszanką warzywną i mokrymi skrawkami ziemniaków. Jednakże zawartość Fe i Mn w larwach karmionych dietą ze sfermentowanego korzenia cykorii różniła się istotnie od zawartości larw mączników karmionych dietą z grupy kontrolnej. Wzrost zawartości Fe może wynikać ze stukrotnego wzrostu stężenia pierwiastków śladowych w samej mokrej diecie. Jednakże, chociaż nie było znaczącej różnicy w stężeniu Mn pomiędzy sfermentowanymi korzeniami cykorii a grupą kontrolną, poziom Mn wzrósł u larw karmionych sfermentowanymi korzeniami cykorii. Należy również zauważyć, że stężenie Mn było wyższe (3-krotnie) w diecie ogrodniczej z mokrymi liśćmi w porównaniu z kontrolą, ale nie stwierdzono istotnej różnicy w składzie biomasy mączników. Jedyną różnicą pomiędzy liśćmi kontrolnymi i ogrodniczymi była zawartość Cu, która była niższa w liściach.
W tabeli 4 przedstawiono stężenia metali ciężkich występujących w podłożach. Maksymalne europejskie stężenia Pb, Cd i Cr w pełnoporcjowych paszach dla zwierząt przeliczono na mg/100 g suchej masy i dodano do Tabeli 4, aby ułatwić porównanie ze stężeniami stwierdzonymi w strumieniach bocznych47.
W kontrolnych mokrych paszach, mieszankach warzywnych i otrębach ziemniaczanych nie wykryto Pb, natomiast liście ogrodowe zawierały 0,002 mg Pb/100 g s.m., a sfermentowane korzenie cykorii zawierały najwyższe stężenie 0,041 mg Pb/100 g s.m. Stężenia C w paszach kontrolnych i liściach ogrodowych były porównywalne (0,023 i 0,021 mg/100 g s.m.), natomiast mniejsze w mieszankach warzywnych i otrębach ziemniaczanych (0,004 i 0,007 mg/100 g s.m.). W porównaniu z innymi substratami stężenie Cr w sfermentowanych korzeniach cykorii było istotnie wyższe (0,135 mg/100 g s.m.) i sześciokrotnie wyższe niż w paszy kontrolnej. Cd nie wykryto ani w strumieniu kontrolnym, ani w żadnym ze strumieni bocznych.
Znacząco wyższe poziomy Pb i Cr stwierdzono w larwach karmionych sfermentowanymi korzeniami cykorii. Jednakże Cd nie wykryto w żadnej larwie mącznika.
Przeprowadzono analizę jakościową kwasów tłuszczowych w tłuszczu surowym w celu ustalenia, czy na profil kwasów tłuszczowych larw mącznika mogą wpływać różne składniki strumienia bocznego, którym były żerowane. Rozkład tych kwasów tłuszczowych przedstawiono w tabeli 5. Kwasy tłuszczowe są wymienione według nazwy zwyczajowej i struktury molekularnej (oznaczonej jako „Cx:y”, gdzie x odpowiada liczbie atomów węgla, a y liczbie wiązań nienasyconych ).
Profil kwasów tłuszczowych mączników karmionych kawałkami ziemniaków był istotnie zmieniony. Zawierały istotnie większe ilości kwasu mirystynowego (C14:0), kwasu palmitynowego (C16:0), kwasu palmitoleinowego (C16:1) i kwasu oleinowego (C18:1). Stężenia kwasu pentadekanowego (C15:0), kwasu linolowego (C18:2) i kwasu linolenowego (C18:3) były istotnie niższe w porównaniu do innych mączników. W porównaniu do innych profili kwasów tłuszczowych, w wiórkach ziemniaczanych stosunek C18:1 do C18:2 został odwrócony. Mączniki karmione liśćmi ogrodniczymi zawierały większe ilości kwasu pentadekanowego (C15:0) niż mączniki karmione inną dietą mokrą.
Kwasy tłuszczowe dzielą się na nasycone kwasy tłuszczowe (SFA), jednonienasycone kwasy tłuszczowe (MUFA) i wielonienasycone kwasy tłuszczowe (PUFA). Tabela 5 pokazuje stężenia tych grup kwasów tłuszczowych. Ogólnie profile kwasów tłuszczowych mączników karmionych odpadami ziemniaczanymi znacznie różniły się od grupy kontrolnej i innych strumieni ubocznych. W przypadku każdej grupy kwasów tłuszczowych mączniki karmione chipsami ziemniaczanymi różniły się istotnie od wszystkich pozostałych grup. Zawierały więcej SFA i MUFA, a mniej PUFA.
Nie stwierdzono istotnych różnic pomiędzy przeżywalnością a całkowitą masą plonu larw hodowanych na różnych podłożach. Ogólny średni wskaźnik przeżycia wyniósł 90%, a całkowita średnia masa plonu wyniosła 974 gramy. Mączniki z powodzeniem przetwarzają produkty uboczne jako źródło mokrej paszy. Mokra pasza dla mącznika stanowi ponad połowę całkowitej masy paszy (sucha + mokra). Zastąpienie świeżych warzyw rolniczymi produktami ubocznymi jako tradycyjną mokrą paszą przynosi korzyści ekonomiczne i środowiskowe dla hodowli mączników.
Tabela 1 pokazuje, że skład biomasy larw mącznika hodowanego na diecie kontrolnej składał się z około 72% wilgoci, 5% popiołu, 19% lipidów, 51% białka, 8% chityny i 18% suchej masy w postaci węglowodanów niewłóknistych. Jest to porównywalne z wartościami podanymi w literaturze.48,49 Jednak w literaturze można znaleźć inne składniki, często w zależności od zastosowanej metody analitycznej. Na przykład zastosowaliśmy metodę Kjeldahla do określenia zawartości surowego białka przy stosunku N do P wynoszącym 5,33, podczas gdy inni badacze stosują szerzej stosowany stosunek 6,25 w przypadku próbek mięsa i paszy.50,51
Dodatek do diety skrawków ziemniaków (dieta mokra bogata w węglowodany) spowodował podwojenie zawartości tłuszczu w mącznikach. Oczekuje się, że zawartość węglowodanów w ziemniaku będzie składać się głównie ze skrobi, podczas gdy agar zawiera cukry (polisacharydy)47,48. Odkrycie to kontrastuje z innym badaniem, które wykazało, że zawartość tłuszczu spadła, gdy dżdżownice karmiono dietą uzupełnioną ziemniakami obranymi na parze, o niskiej zawartości białka (10,7%) i dużej zawartości skrobi (49,8%)36. Po dodaniu do diety wytłoków z oliwek zawartość białka i węglowodanów w mącznikach była taka sama jak w diecie mokrej, natomiast zawartość tłuszczu pozostała niezmieniona35. Natomiast inne badania wykazały, że zawartość białka w larwach hodowanych w strumieniach bocznych ulega zasadniczym zmianom, podobnie jak zawartość tłuszczu22,37.
Sfermentowany korzeń cykorii istotnie zwiększał zawartość popiołu w larwach mącznika (tab. 1). Badania nad wpływem produktów ubocznych na popiół i skład mineralny larw mącznika są ograniczone. Większość badań dotyczących karmienia produktami ubocznymi skupiała się na zawartości tłuszczu i białka w larwach, bez analizy zawartości popiołu21,35,36,38,39. Jednakże, gdy zbadano zawartość popiołu w produktach ubocznych żywionych larwami, stwierdzono wzrost zawartości popiołu. Na przykład karmienie mączników odpadami ogrodowymi zwiększyło zawartość popiołu z 3,01% do 5,30%, a dodanie do diety odpadów arbuzowych zwiększyło zawartość popiołu z 1,87% do 4,40%.
Chociaż wszystkie źródła mokrej żywności różniły się znacznie pod względem przybliżonego składu (Tabela 1), różnice w składzie biomasy larw mącznika karmionych odpowiednimi źródłami mokrej żywności były niewielkie. Jedynie larwy mącznika karmione kawałkami ziemniaków lub sfermentowanym korzeniem cykorii wykazały istotne zmiany. Jednym z możliwych wyjaśnień tego wyniku jest to, że oprócz korzeni cykorii, kawałki ziemniaków zostały również częściowo sfermentowane (pH 4,7, tabela 1), dzięki czemu skrobia/węglowodany są bardziej strawne/dostępne dla larw mącznika. Sposób, w jaki larwy mącznika syntetyzują lipidy ze składników odżywczych, takich jak węglowodany, jest bardzo interesujący i powinien zostać w pełni zbadany w przyszłych badaniach. Z poprzedniego badania wpływu pH mokrej diety na wzrost larw mącznika wynika, że nie zaobserwowano znaczących różnic w przypadku stosowania bloków agarowych z mokrą dietą w zakresie pH od 3 do 9. Wskazuje to, że do hodowli mącznika można stosować mokre diety sfermentowane. Tenebrio molitor53. Podobnie jak Coudron i wsp.53, w doświadczeniach kontrolnych stosowano bloki agarowe w dostarczanych dietach mokrych ze względu na niedobór minerałów i składników odżywczych. W ich badaniu nie sprawdzano wpływu bardziej zróżnicowanych pod względem odżywczym źródeł mokrej diety, takich jak warzywa czy ziemniaki, na poprawę strawności lub biodostępności. Aby dokładniej zbadać tę teorię, potrzebne są dalsze badania nad wpływem fermentacji źródeł mokrej diety na larwy mącznika.
Rozkład minerałów w biomasie mącznika kontrolnego stwierdzony w tym badaniu (tabele 2 i 3) jest porównywalny z zakresem makro- i mikroelementów podanym w literaturze48,54,55. Dostarczanie mącznikom sfermentowanego korzenia cykorii jako źródła mokrej diety maksymalizuje zawartość minerałów. Chociaż większość makro- i mikroelementów była wyższa w mieszankach warzywnych i liściach ogrodowych (tab. 2 i 3), nie wpływały one one na zawartość minerałów w biomasie mącznika w takim samym stopniu, jak sfermentowane korzenie cykorii. Jednym z możliwych wyjaśnień jest to, że składniki odżywcze zawarte w zasadowych liściach ogrodowych są mniej biodostępne niż te zawarte w innej, bardziej kwaśnej mokrej diecie (Tabela 1). Poprzednie badania karmiły larwy mącznika sfermentowaną słomą ryżową i wykazały, że dobrze rozwijały się w tym strumieniu bocznym, a także wykazały, że wstępna obróbka podłoża poprzez fermentację indukowała pobieranie składników odżywczych. 56 Zastosowanie sfermentowanych korzeni cykorii zwiększyło zawartość Ca, Fe i Mn w biomasie mącznika. Chociaż ten strumień boczny zawierał również wyższe stężenia innych minerałów (P, Mg, K, Na, Zn i Cu), minerały te nie były znacząco bardziej obfite w biomasie mącznika w porównaniu z kontrolą, co wskazuje na selektywność pobierania minerałów. Zwiększenie zawartości tych minerałów w biomasie mącznika ma wartość odżywczą do celów spożywczych i paszowych. Wapń jest niezbędnym minerałem, który odgrywa kluczową rolę w funkcjonowaniu nerwowo-mięśniowym i wielu procesach, w których pośredniczy enzym, takich jak krzepnięcie krwi, tworzenie kości i zębów. 57,58 Niedobór żelaza jest częstym problemem w krajach rozwijających się, a dzieci, kobiety i osoby starsze często nie dostarczają wystarczającej ilości żelaza z diety. 54 Chociaż mangan jest niezbędnym elementem diety człowieka i odgrywa kluczową rolę w funkcjonowaniu wielu enzymów, jego nadmierne spożycie może być toksyczne. Wyższy poziom manganu u mączników karmionych sfermentowanym korzeniem cykorii nie budził obaw i był porównywalny z poziomem u kurcząt. 59
Stężenia metali ciężkich stwierdzone w strumieniu bocznym były poniżej europejskich norm dla pełnoporcjowej paszy dla zwierząt. Analiza metali ciężkich w larwach mączników wykazała, że poziomy Pb i Cr były znacząco wyższe u mączników karmionych sfermentowanym korzeniem cykorii w porównaniu z grupą kontrolną i innymi substratami (Tabela 4). Korzenie cykorii rosną w glebie i pochłaniają metale ciężkie, podczas gdy pozostałe strumienie boczne pochodzą z kontrolowanej produkcji żywności przez ludzi. Mączniki karmione sfermentowanym korzeniem cykorii zawierały również wyższe poziomy Pb i Cr (Tabela 4). Obliczone współczynniki bioakumulacji (BAF) wyniosły 2,66 dla Pb i 1,14 dla Cr, tj. były większe od 1, co wskazuje, że mączniki mają zdolność akumulacji metali ciężkich. W odniesieniu do Pb UE ustala maksymalną zawartość Pb na 0,10 mg na kilogram świeżego mięsa przeznaczonego do spożycia przez ludzi61. Z oceny danych eksperymentalnych wynika, że maksymalne stężenie Pb stwierdzone w sfermentowanych mącznikach korzeniowych cykorii wynosiło 0,11 mg/100 g sm. Po przeliczeniu wartości na zawartość suchej masy w przypadku tych mączników wynoszącą 30,8%, zawartość Pb wyniosła 0,034 mg/kg świeżej masy, czyli poniżej maksymalnego poziomu wynoszącego 0,10 mg/kg. Europejskie przepisy dotyczące żywności nie określają maksymalnej zawartości Cr. Cr jest powszechnie spotykany w środowisku, środkach spożywczych i dodatkach do żywności i wiadomo, że w małych ilościach jest niezbędnym składnikiem odżywczym dla człowieka62,63,64. Analizy te (Tabela 4) wskazują, że larwy T. molitor mogą akumulować metale ciężkie, gdy metale ciężkie są obecne w diecie. Jednakże zawartość metali ciężkich stwierdzona w biomasie mącznika w tym badaniu uważa się za bezpieczną do spożycia przez ludzi. Zaleca się regularne i dokładne monitorowanie stosowania strumieni bocznych, które mogą zawierać metale ciężkie, jako mokrego źródła pożywienia dla T. molitor.
Kwasami tłuszczowymi najliczniejszymi w całkowitej biomasie larw T. molitor były kwas palmitynowy (C16:0), kwas oleinowy (C18:1) i kwas linolowy (C18:2) (tab. 5), co jest zgodne z wcześniejszymi badaniami na T. molitor. Wyniki widma kwasów tłuszczowych są spójne36,46,50,65. Profil kwasów tłuszczowych T. molitor składa się na ogół z pięciu głównych składników: kwasu oleinowego (C18:1), kwasu palmitynowego (C16:0), kwasu linolowego (C18:2), kwasu mirystynowego (C14:0) i kwasu stearynowego (C18:0). Według doniesień najliczniejszym kwasem tłuszczowym (30–60%) u larw mącznika jest kwas oleinowy, a następnie kwas palmitynowy i kwas linolowy22,35,38,39. Poprzednie badania wykazały, że na ten profil kwasów tłuszczowych wpływa dieta larw mącznika, jednak różnice nie wykazują tych samych trendów co dieta38. W porównaniu z innymi profilami kwasów tłuszczowych, stosunek C18:1–C18:2 w obierkach ziemniaczanych jest odwrotny. Podobne wyniki uzyskano dla zmian w profilu kwasów tłuszczowych mączników karmionych obierkami ziemniaków gotowanymi na parze36. Wyniki te wskazują, że chociaż profil kwasów tłuszczowych oleju z mącznika może ulec zmianie, nadal pozostaje on bogatym źródłem nienasyconych kwasów tłuszczowych.
Celem tego badania była ocena wpływu wykorzystania czterech różnych strumieni bioodpadów rolno-przemysłowych jako mokrej paszy na skład mączników. Wpływ oceniano na podstawie wartości odżywczej larw. Wyniki wykazały, że produkty uboczne z powodzeniem zostały przekształcone w biomasę bogatą w białko (zawartość białka 40,7-52,3%), która może być wykorzystana jako źródło żywności i paszy. Ponadto badania wykazały, że wykorzystanie produktów ubocznych jako mokrej paszy wpływa na wartość odżywczą biomasy mącznika. W szczególności dostarczanie larwom dużej zawartości węglowodanów (np. kawałki ziemniaków) zwiększa ich zawartość tłuszczu i zmienia skład kwasów tłuszczowych: niższą zawartość wielonienasyconych kwasów tłuszczowych i wyższą zawartość nasyconych i jednonienasyconych kwasów tłuszczowych, ale nie stężenie nienasyconych kwasów tłuszczowych . Nadal dominują kwasy tłuszczowe (jednonienasycone i wielonienasycone). Badania wykazały również, że mączniki selektywnie akumulują wapń, żelazo i mangan ze strumieni bocznych bogatych w kwaśne minerały. Biodostępność minerałów wydaje się odgrywać ważną rolę i potrzebne są dalsze badania, aby w pełni to zrozumieć. Metale ciężkie obecne w strumieniach bocznych mogą gromadzić się w mącznikach. Jednakże końcowe stężenia Pb, Cd i Cr w biomasie larw były poniżej akceptowalnych poziomów, co umożliwiło bezpieczne wykorzystanie tych strumieni bocznych jako mokrego źródła paszy.
Larwy mącznika były hodowane przez Radius (Giel, Belgia) i Inagro (Rumbeke-Beitem, Belgia) na Uniwersytecie Nauk Stosowanych Thomasa More'a w temperaturze 27°C i przy wilgotności względnej 60%. Zagęszczenie mączników hodowanych w akwarium o wymiarach 60 x 40 cm wynosiło 4,17 robaków/cm2 (10 000 mączników). Larwy początkowo karmiono 2,1 kg otrąb pszennych jako suchą karmą na zbiornik hodowlany, a następnie uzupełniano je w razie potrzeby. Użyj bloków agarowych jako kontrolnej mokrej karmy. Począwszy od 4 tygodnia, zacznij podawać boczne strumienie (również źródło wilgoci) jako mokrą karmę zamiast agaru ad libitum. Procent suchej masy dla każdego strumienia bocznego został wcześniej określony i zarejestrowany, aby zapewnić równe ilości wilgoci dla wszystkich owadów podczas wszystkich zabiegów. Pożywienie jest równomiernie rozprowadzane po całym terrarium. Larwy zbiera się, gdy w grupie doświadczalnej pojawią się pierwsze poczwarki. Zbiór larw odbywa się za pomocą mechanicznej wytrząsarki o średnicy 2 mm. Z wyjątkiem eksperymentu z pokrojonymi w kostkę ziemniakami. Duże porcje suszonych ziemniaków pokrojone w kostkę są również oddzielane, umożliwiając larwom przepełzanie przez tę siatkę i zbieranie ich na metalowych tacach. Całkowitą masę zbiorów określa się poprzez zważenie całkowitej masy zbiorów. Przeżycie oblicza się, dzieląc całkowitą masę zbioru przez masę larw. Masę larw określa się, wybierając co najmniej 100 larw i dzieląc ich całkowitą masę przez liczbę. Zebrane larwy głodzi się przez 24 godziny w celu opróżnienia wnętrzności przed analizą. Na koniec larwy są ponownie przesiewane w celu oddzielenia ich od reszty. Są zamrażane, poddawane eutanazji i przechowywane w temperaturze -18°C do czasu analizy.
Suchą paszą były otręby pszenne (belgijskie Molens Joye). Otręby pszenne wstępnie przesiano do wielkości cząstek mniejszej niż 2 mm. Oprócz suchej paszy larwy mączników potrzebują również mokrej paszy, aby utrzymać wilgotność i suplementy mineralne wymagane przez mączniki. Pasza mokra stanowi ponad połowę całkowitej paszy (karma sucha + karma mokra). W naszych doświadczeniach jako kontrolną mokrą paszę stosowano agar (Brouwland, Belgia, 25 g/l)45. Jak pokazano na rysunku 1, zbadano cztery rolnicze produkty uboczne o różnej zawartości składników odżywczych jako mokrą paszę dla larw mącznika. Do tych produktów ubocznych należą: a) liście z uprawy ogórków (Inagro, Belgia), (b) okrawki ziemniaczane (Duigny, Belgia), (c) sfermentowane korzenie cykorii (Inagro, Belgia) oraz (d) niesprzedane owoce i warzywa z aukcji . (Belorta, Belgia). Strumień boczny sieka się na kawałki nadające się do wykorzystania jako mokra pasza dla mączników.
Produkty uboczne rolnictwa jako mokra pasza dla mączników; (a) liście ogrodowe z uprawy ogórków, (b) sadzonki ziemniaków, (c) korzenie cykorii, (d) niesprzedane warzywa na aukcji oraz (e) bloki agarowe. Jako kontrole.
Skład paszy i larw mącznika oznaczano trzykrotnie (n = 3). Oceniono szybką analizę, skład mineralny, zawartość metali ciężkich i skład kwasów tłuszczowych. Z zebranych i zagłodzonych larw pobrano homogenizowaną próbkę o masie 250 g, wysuszono w temperaturze 60°C do stałej masy, zmielono (IKA, młyn rurowy 100) i przesiano przez sito o średnicy oczek 1 mm. Wysuszone próbki zamknięto w ciemnych pojemnikach.
Zawartość suchej masy (DM) oznaczono susząc próbki w piecu w temperaturze 105°C przez 24 godziny (Memmert, UF110). Na podstawie ubytku masy próbki obliczono procent suchej masy.
Zawartość popiołu surowego (CA) oznaczono na podstawie ubytku masy podczas spalania w piecu muflowym (Nabertherm, L9/11/SKM) w temperaturze 550°C przez 4 godziny.
Ekstrakcję zawartości tłuszczu surowego lub eteru dietylowego (EE) przeprowadzono eterem naftowym (temperatura wrzenia 40–60°C) przy użyciu aparatu do ekstrakcji Soxhleta. Około 10 g próbki umieszczono w głowicy ekstrakcyjnej i przykryto wełną ceramiczną, aby zapobiec utracie próbki. Próbki ekstrahowano przez noc 150 ml eteru naftowego. Ekstrakt ochłodzono, rozpuszczalnik organiczny usunięto i odzyskano na wyparce obrotowej (Büchi, R-300) pod ciśnieniem 300 mbar i w temperaturze 50°C. Surowe ekstrakty lipidowe lub eterowe ochłodzono i zważono na wadze analitycznej.
Zawartość białka surowego (CP) oznaczono analizując zawartość azotu w próbce metodą Kjeldahla BN EN ISO 5983-1 (2005). Użyj odpowiednich współczynników N do P, aby obliczyć zawartość białka. W przypadku standardowej suchej paszy (otręby pszenne) należy zastosować łączny współczynnik 6,25. Dla strumienia bocznego stosuje się współczynnik 4,2366, a dla mieszanek warzywnych stosuje się współczynnik 4,3967. Zawartość surowego białka w larwach obliczono stosując współczynnik N do P wynoszący 5,3351.
Zawartość włókien obejmowała oznaczenie włókien neutralnych detergentów (NDF) w oparciu o protokół ekstrakcji Gerhardta (ręczna analiza włókien w workach, Gerhardt, Niemcy) oraz metodę van Soest 68. W celu oznaczenia NDF próbkę o masie 1 g umieszczono w specjalnym worku z włókna (Gerhardt, worek ADF/NDF) ze szklaną wkładką. Worki włókniste wypełnione próbkami najpierw odtłuszczono eterem naftowym (temperatura wrzenia 40–60°C), a następnie wysuszono w temperaturze pokojowej. Odtłuszczoną próbkę ekstrahowano roztworem obojętnego detergentu zawierającego stabilną termicznie α-amylazę w temperaturze wrzenia przez 1,5 godziny. Próbki następnie przemyto trzykrotnie wrzącą dejonizowaną wodą i suszono w temperaturze 105°C przez noc. Worki z suchym włóknem (zawierające pozostałości włókien) zważono przy użyciu wagi analitycznej (Sartorius, P224-1S), a następnie spalono w piecu muflowym (Nabertherm, L9/11/SKM) w temperaturze 550°C przez 4 godziny. Popiół ponownie zważono i obliczono zawartość włókien na podstawie ubytku masy pomiędzy suszeniem a spaleniem próbki.
Aby określić zawartość chityny w larwach, zastosowaliśmy zmodyfikowany protokół oparty na analizie włókna surowego przeprowadzonej przez van Soesta 68 . Próbkę o masie 1 g umieszczono w specjalnym worku z włókna (Gerhardt, CF Bag) i szklanym uszczelnieniu. Próbki pakowano do worków fibrowych, odtłuszczano w eterze naftowym (ok. 40–60°C) i suszono na powietrzu. Odtłuszczoną próbkę ekstrahowano najpierw kwaśnym roztworem 0,13 M kwasu siarkowego w temperaturze wrzenia przez 30 minut. Worek ekstrakcyjny zawierający próbkę przemyto trzykrotnie wrzącą wodą dejonizowaną, a następnie ekstrahowano 0,23 M roztworem wodorotlenku potasu przez 2 godziny. Worek z włókna ekstrakcyjnego zawierający próbkę ponownie przepłukano trzykrotnie wrzącą wodą dejonizowaną i suszono w temperaturze 105°C przez noc. Suchy worek zawierający pozostałość włókien zważono na wadze analitycznej i spalono w piecu muflowym w temperaturze 550°C przez 4 godziny. Popiół zważono i obliczono zawartość włókien na podstawie ubytku masy spalonej próbki.
Obliczono całkowitą zawartość węglowodanów. Stężenie węglowodanów niewłóknistych (NFC) w paszy obliczono za pomocą analizy NDF, a stężenie owadów obliczono za pomocą analizy chityny.
Oznaczono pH matrycy po ekstrakcji wodą dejonizowaną (1:5 v/v) zgodnie z NBN EN 15933.
Próbki przygotowano zgodnie z opisem Broeckxa i in. Profile mineralne określono przy użyciu ICP-OES (Optima 4300™ DV ICP-OES, Perkin Elmer, MA, USA).
Metale ciężkie Cd, Cr i Pb analizowano za pomocą atomowej spektrometrii absorpcyjnej w piecu grafitowym (AAS) (Thermo Scientific, seria ICE 3000, wyposażona w autosampler z piecem GFS). Około 200 mg próbki roztworzono w kwaśnym HNO3/HCl (1:3 v/v) za pomocą mikrofal (CEM, MARS 5). Trawienie mikrofalowe przeprowadzono w temperaturze 190°C przez 25 minut przy 600 W. Rozcieńczyć ekstrakt ultraczystą wodą.
Kwasy tłuszczowe oznaczono metodą GC-MS (Agilent Technologies, system 7820A GC z detektorem 5977 E MSD). Zgodnie z metodą Josepha i Akmana70 do metanolowego roztworu KOH dodano 20% roztwór BF3/MeOH i po estryfikacji z ekstraktu eterowego otrzymano ester metylowy kwasu tłuszczowego (FAME). Kwasy tłuszczowe można zidentyfikować porównując ich czasy retencji z 37 standardami mieszanin FAME (Chemical Lab) lub porównując ich widma MS z bibliotekami internetowymi, takimi jak baza danych NIST. Analizę jakościową przeprowadza się poprzez obliczenie powierzchni piku jako procent całkowitej powierzchni piku na chromatogramie.
Analizę danych przeprowadzono przy użyciu oprogramowania JMP Pro 15.1.1 firmy SAS (Buckinghamshire, Wielka Brytania). Oceny dokonano za pomocą jednoczynnikowej analizy wariancji na poziomie istotności 0,05 i testu Tukeya HSD jako testu post hoc.
Współczynnik bioakumulacji (BAF) obliczono dzieląc stężenie metali ciężkich w biomasie larw mącznika (DM) przez stężenie w mokrej paszy (DM) 43 . Wartość BAF większa niż 1 wskazuje, że metale ciężkie ulegają bioakumulacji z mokrej paszy larw.
Zbiory danych wygenerowane i/lub przeanalizowane podczas bieżącego badania są dostępne u odpowiedniego autora na uzasadnioną prośbę.
Departament Spraw Gospodarczych i Społecznych Organizacji Narodów Zjednoczonych, Wydział Ludności. Perspektywy światowej populacji 2019: najważniejsze informacje (ST/ESA/SER.A/423) (2019).
Cole, MB, Augustine, MA, Robertson, MJ i Manners, JM, Nauka o bezpieczeństwie żywności. NPJ Nauka. Jedzenie 2018, 2. https://doi.org/10.1038/s41538-018-0021-9 (2018).
Czas publikacji: 19 grudnia 2024 r