Vă mulțumim că ați vizitat Nature.com. Versiunea de browser pe care o utilizați are suport limitat pentru CSS. Pentru cele mai bune rezultate, vă recomandăm să utilizați un browser mai nou (sau să dezactivați modul de compatibilitate în Internet Explorer). Între timp, pentru a asigura suport continuu, vom afișa site-ul fără stiluri și JavaScript.
Musca soldată neagră (Hermetia illucens, L. 1758) este o insectă detritivoră omnivoră cu un potențial ridicat de utilizare a subproduselor organice bogate în carbohidrați. Dintre carbohidrați, muștele soldate negre se bazează pe zaharurile solubile pentru creștere și sinteza lipidelor. Scopul acestui studiu a fost de a evalua efectele zaharurilor solubile comune asupra dezvoltării, supraviețuirii și profilului de acizi grași al muștelor soldate negre. Suplimentați hrana pentru pui cu monozaharide și dizaharide separat. Celuloza a fost folosită ca martor. Larvele hrănite cu glucoză, fructoză, zaharoză și maltoză au crescut mai repede decât larvele martor. În schimb, lactoza a avut un efect antinutrițional asupra larvelor, încetinind creșterea și reducând greutatea corporală finală a individului. Cu toate acestea, toate zaharurile solubile au făcut larvele mai grase decât cele hrănite cu dieta de control. În special, zaharurile testate au modelat profilul acizilor grași. Maltoza și zaharoza au crescut conținutul de acizi grași saturati în comparație cu celuloza. În schimb, lactoza a crescut bioacumularea acizilor grași nesaturați din dietă. Acest studiu este primul care demonstrează efectul zahărului solubil asupra compoziției de acizi grași a larvelor de muscă soldată neagră. Rezultatele noastre indică faptul că carbohidrații testați au un efect semnificativ asupra compoziției de acizi grași a larvelor de muște soldat negru și, prin urmare, pot determina aplicarea lor finală.
Cererea globală de energie și proteine animale continuă să crească1. În contextul încălzirii globale, este imperativ să se găsească alternative mai ecologice la energia fosilă și la metodele tradiționale de producere a alimentelor, crescând în același timp producția. Insectele sunt candidați promițători pentru a aborda aceste probleme datorită compoziției lor chimice mai scăzute și a impactului asupra mediului în comparație cu creșterea animalelor tradițională2. Dintre insecte, un candidat excelent pentru a aborda aceste probleme este musca soldat neagră (BSF), Hermetia illucens (L. 1758), o specie detritivoră capabilă să se hrănească cu o varietate de substraturi organice3. Prin urmare, valorificarea acestor substraturi prin creșterea BSF ar putea crea o nouă sursă de materii prime care să răspundă nevoilor diverselor industrii.
Larvele de BSF (BSFL) se pot hrăni cu subproduse agricole și agroindustriale, cum ar fi cerealele de bere, reziduurile vegetale, pulpa de fructe și pâinea veche, care sunt deosebit de potrivite pentru creșterea BSFL datorită conținutului ridicat de carbohidrați (CH)4,5, 6 continut. Producția pe scară largă de BSFL are ca rezultat formarea a două produse: fecale, un amestec de reziduuri de substrat și fecale care pot fi folosite ca îngrășământ pentru cultivarea plantelor7, și larve, care sunt compuse în principal din proteine, lipide și chitină. Proteinele și lipidele sunt utilizate în principal în creșterea animalelor, biocombustibili și cosmetice8,9. În ceea ce privește chitina, acest biopolimer își găsește aplicații în sectorul agroalimentar, biotehnologie și sănătate10.
BSF este o insectă holometabolă autogenă, ceea ce înseamnă că metamorfoza și reproducerea sa, în special etapele consumatoare de energie ale ciclului de viață al insectei, pot fi susținute în întregime de rezervele de nutrienți generate în timpul creșterii larvelor11. Mai precis, sinteza proteinelor și lipidelor duce la dezvoltarea grăsimii corpului, un organ important de stocare care eliberează energie în fazele de non-hrănire ale BSF: prepupa (adică stadiul larvar final în care larvele BSF devin negre în timp ce se hrănesc și caută). pentru un mediu potrivit pentru metamorfoză), pupe (adică, stadiul nemobil în timpul căruia insecta suferă metamorfoză) și adulți12,13. CH este principala sursă de energie din dieta BSF14. Printre acești nutrienți, CH fibros, cum ar fi hemiceluloza, celuloza și lignina, spre deosebire de dizaharide și polizaharide (cum ar fi amidonul), nu poate fi digerat de BSFL15,16. Digestia CH este o etapă preliminară importantă pentru absorbția carbohidraților, care în cele din urmă sunt hidrolizați în zaharuri simple în intestin16. Zaharurile simple pot fi apoi absorbite (adică prin membrana peritrofică intestinală) și metabolizate pentru a produce energie17. După cum sa menționat mai sus, larvele stochează excesul de energie sub formă de lipide în corpul adipos12,18. Lipidele de depozitare constau din trigliceride (lipide neutre formate dintr-o moleculă de glicerol și trei acizi grași) sintetizate de larve din zaharuri simple alimentare. Aceste CH furnizează substraturile de acetil-CoA necesare pentru biosinteza acizilor grași (FA) prin căile sintaza acizilor grași și tioesterazei19. Profilul de acizi grași al lipidelor H. illucens este dominat în mod natural de acizii grași saturați (SFA) cu o proporție mare de acid lauric (C12:0)19,20. Prin urmare, conținutul ridicat de lipide și compoziția acizilor grași devin rapid factori limitativi pentru utilizarea larvelor întregi în hrana animalelor, în special în acvacultură, unde sunt necesari acizi grași polinesaturați (PUFA)21.
De la descoperirea potențialului BSFL de a reduce deșeurile organice, studiile privind valoarea diferitelor produse secundare au arătat că compoziția BSFL este parțial reglementată de dieta sa. În prezent, reglementarea profilului FA al H. illucens continuă să se îmbunătățească. Capacitatea BSFL de a bioacumula PUFA a fost demonstrată pe substraturi bogate în PUFA, cum ar fi algele, deșeurile de pește sau făinile precum semințele de in, care oferă un profil de FA de calitate superioară pentru alimentația animală19,22,23. În schimb, pentru subprodusele care nu sunt îmbogățite în PUFA, nu există întotdeauna o corelație între profilurile de AG alimentare și FA larvare, indicând influența altor nutrienți24,25. De fapt, efectul CH digerabil asupra profilurilor FA rămâne prost înțeles și puțin cercetat24,25,26,27.
Din câte știm, deși monozaharidele și dizaharidele totale sunt abundente în dieta H. illucens, rolul lor nutrițional rămâne prost înțeles în nutriția H. illucens. Scopul acestui studiu a fost de a elucida efectele lor asupra nutriției BSFL și compoziției lipidelor. Vom evalua creșterea, supraviețuirea și productivitatea larvelor în diferite condiții nutriționale. Apoi, vom descrie conținutul de lipide și profilul de acizi grași al fiecărei diete pentru a evidenția efectele CH asupra calității nutriționale BSFL.
Am emis ipoteza că natura CH testat ar afecta (1) creșterea larvelor, (2) nivelurile totale de lipide și (3) modulează profilul FA. Monozaharidele pot fi absorbite direct, în timp ce dizaharidele trebuie hidrolizate. Monozaharidele sunt astfel mai disponibile ca surse directe de energie sau precursori pentru lipogeneză prin căile FA sintetazei și tioesterazei, sporind astfel creșterea larvelor de H. illucens și promovând acumularea de lipide de rezervă (în special acid lauric).
CH testat a afectat greutatea corporală medie a larvelor în timpul creșterii (Fig. 1). FRU, GLU, SUC și MAL au crescut greutatea corporală a larvelor în mod similar cu dieta de control (CEL). În schimb, LAC și GAL par să întârzie dezvoltarea larvelor. În special, LAC a avut un efect negativ semnificativ asupra creșterii larvelor în comparație cu SUC pe toată perioada de creștere: 9,16 ± 1,10 mg față de 15,00 ± 1,01 mg în ziua 3 (F6,21 = 12,77, p < 0,001; Fig. 1), 125,11 ± 4. mg și 211,79 ± 14,93 mg, respectiv, în ziua 17 (F6,21 = 38,57, p < 0,001; Fig. 1).
Folosind diferite monozaharide (fructoză (FRU), galactoză (GAL), glucoză (GLU)), dizaharide (lactoză (LAC), maltoză (MAL), zaharoză (SUC)) și celuloză (CEL) ca martori. Creșterea larvelor hrănite cu larve de muște soldat negru. Fiecare punct de pe curbă reprezintă greutatea medie individuală (mg) calculată prin cântărirea a 20 de larve selectate aleatoriu dintr-o populație de 100 de larve (n = 4). Barele de eroare reprezintă SD.
Dieta CEL a oferit o supraviețuire excelentă a larvelor de 95,5 ± 3,8%. Mai mult, supraviețuirea dietelor hrănite cu H. illucens care conțin CH solubil a fost redusă (GLM: χ = 107,13, df = 21, p < 0,001), ceea ce a fost cauzat de MAL și SUC (disaharide) în CH studiat. Mortalitatea a fost mai mică decât cea a GLU, FRU, GAL (monozaharidă) și LAC (EMM: p < 0,001, Figura 2).
Boxplot a supraviețuirii larvelor de muște soldat negru tratate cu diferite monozaharide (fructoză, galactoză, glucoză), dizaharide (lactoză, maltoză, zaharoză) și celuloză ca martori. Tratamentele cu aceeași literă nu sunt semnificativ diferite unele de altele (EMM, p > 0,05).
Toate dietele testate au permis larvelor să ajungă în stadiul prepupal. Cu toate acestea, CH-urile testate au avut tendința de a prelungi dezvoltarea larvelor (F6,21=9,60, p<0,001; Tabelul 1). În special, larvele hrănite cu GAL și LAC au durat mai mult pentru a ajunge la stadiul prepupal în comparație cu larvele crescute pe CEL (CEL-GAL: p<0,001; CEL-LAC: p<0,001; Tabelul 1).
CH testat a avut, de asemenea, efecte diferite asupra greutății corporale larvelor, greutatea corporală a larvelor hrănite cu dieta CEL atingând 180,19 ± 11,35 mg (F6,21 = 16,86, p < 0,001; Fig. 3). FRU, GLU, MAL și SUC au dus la o greutate corporală finală medie a larvei de peste 200 mg, care a fost semnificativ mai mare decât cea a CEL (p < 0,05). În schimb, larvele hrănite cu GAL și LAC au avut greutăți corporale mai mici, cu o medie de 177,64 ± 4,23 mg și, respectiv, 156,30 ± 2,59 mg (p < 0,05). Acest efect a fost mai pronunțat cu LAC, unde greutatea corporală finală a fost mai mică decât cu dieta de control (CEL-LAC: diferență = 23,89 mg; p = 0,03; Figura 3).
Greutatea finală medie a larvelor individuale exprimată ca pete larvare (mg) și a muștelor soldate negre exprimată ca histogramă (g) hrănite cu diferite monozaharide (fructoză, galactoză, glucoză), dizaharide (lactoză, maltoză, zaharoză) și celuloză (ca martor). Literele coloane reprezintă grupuri semnificativ diferite în greutatea totală a larvelor (p < 0,001). Literele asociate cu petele larvare reprezintă grupuri cu greutăți individuale ale larvelor semnificativ diferite (p < 0,001). Barele de eroare reprezintă SD.
Greutatea maximă individuală a fost independentă de greutatea totală maximă a coloniei de larve. De fapt, dietele care conțin FRU, GLU, MAL și SUC nu au crescut greutatea totală a larvelor produse în rezervor comparativ cu CEL (Figura 3). Cu toate acestea, LAC a scăzut semnificativ greutatea totală (CEL-LAC: diferență = 9,14 g; p < 0,001; Figura 3).
Tabelul 1 arată randamentul (larve/zi). În mod interesant, randamentele optime ale CEL, MAL și SUC au fost similare (Tabelul 1). În schimb, FRU, GAL, GLU și LAC au redus randamentul comparativ cu CEL (Tabelul 1). GAL și LAC s-au descurcat cel mai rău: randamentul a fost redus la jumătate la doar 0,51 ± 0,09 g larve/zi și, respectiv, 0,48 ± 0,06 g larve/zi (Tabelul 1).
Monozaharidele și dizaharidele au crescut conținutul de lipide al larvelor CF (Tabelul 1). Pe dieta CLE au fost obținute larve cu un conținut de lipide de 23,19 ± 0,70% din conținutul de MS. Pentru comparație, conținutul mediu de lipide la larvele hrănite cu zahăr solubil a fost mai mare de 30% (Tabelul 1). Cu toate acestea, CH-urile testate și-au crescut conținutul de grăsime în aceeași măsură.
După cum era de așteptat, subiecții CG au afectat profilul FA al larvelor în grade diferite (Fig. 4). Conținutul de SFA a fost ridicat în toate dietele și a ajuns la peste 60%. MAL și SUC au dezechilibrat profilul FA, ceea ce a dus la o creștere a conținutului de SFA. În cazul MAL, pe de o parte, acest dezechilibru a condus în mod predominant la o scădere a conținutului de acizi grași mononesaturați (MUFA) (F6,21 = 7,47; p < 0,001; Fig. 4). Pe de altă parte, pentru SUC, scăderea a fost mai uniformă între MUFA și PUFA. LAC și MAL au avut efecte opuse asupra spectrului 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; Figura); 4). Proporția mai mică de SFA în larvele hrănite cu LAC pare să crească conținutul de MUFA. În special, nivelurile de MUFA au fost mai mari la larvele hrănite cu LAC în comparație cu alte zaharuri solubile, cu excepția GAL (F6,21 = 7,47; p < 0,001; Figura 4).
Folosind diferite monozaharide (fructoză (FRU), galactoză (GAL), glucoză (GLU)), dizaharide (lactoză (LAC), maltoză (MAL), zaharoză (SUC)) și celuloză (CEL) ca martori, diagramă cu casete de acizi grași compoziție hrănită larvelor de muște soldat negru. Rezultatele sunt exprimate ca procent din FAME total. Tratamentele marcate cu litere diferite sunt semnificativ diferite (p < 0,001). (a) Proporția de acizi grași saturați; (b) acizi grași mononesaturați; (c) Acizi grași polinesaturați.
Dintre acizii grași identificați, acidul lauric (C12:0) a fost dominant în toate spectrele observate (mai mult de 40%). Alte SFA prezente au fost acidul palmitic (C16:0) (mai puțin de 10%), acidul stearic (C18:0) (mai puțin de 2,5%) și acidul capric (C10:0) (mai puțin de 1,5%). MUFA-urile au fost reprezentate în principal de acid oleic (C18:1n9) (mai puțin de 9,5%), în timp ce PUFA-urile au fost compuse în principal din acid linoleic (C18:2n6) (mai puțin de 13,0%) (vezi tabelul suplimentar S1). În plus, o proporție mică de compuși nu a putut fi identificată, în special în spectrele larvelor CEL, unde compusul neidentificat numărul 9 (UND9) a reprezentat o medie de 2,46 ± 0,52% (a se vedea tabelul suplimentar S1). Analiza GC×GC-FID a sugerat că ar putea fi un acid gras cu 20 de atomi de carbon cu cinci sau șase legături duble (vezi Figura suplimentară S5).
Analiza PERMANOVA a evidențiat trei grupuri distincte pe baza profilurilor de acizi grași (F6,21 = 7,79, p < 0,001; Figura 5). Analiza componentelor principale (PCA) a spectrului TBC ilustrează acest lucru și este explicată prin două componente (Figura 5). Componentele principale au explicat 57,9% din variație și au inclus, în ordinea importanței, acidul lauric (C12:0), acidul oleic (C18:1n9), acidul palmitic (C16:0), acidul stearic (C18:0) și acid linolenic (C18:3n3) (vezi Figura S4). A doua componentă a explicat 26,3% din varianță și a inclus, în ordinea importanței, acidul decanoic (C10:0) și acidul linoleic (C18:2n6 cis) (a se vedea figura suplimentară S4). Profilele dietelor care conțin zaharuri simple (FRU, GAL și GLU) au prezentat caracteristici similare. În schimb, dizaharidele au dat profiluri diferite: MAL și SUC pe de o parte și LAC pe de altă parte. În special, MAL a fost singurul zahăr care a schimbat profilul FA în comparație cu CEL. În plus, profilul MAL a fost semnificativ diferit de profilurile FRU și GLU. În special, profilul MAL a arătat cea mai mare proporție de C12:0 (54,59 ± 2,17%), făcându-l comparabil cu CEL (43,10 ± 5,01%), LAC (43,35 ± 1,31%), FRU (48,90 ± 1,97%) și Profiluri GLU (48,38 ± 2,17%) (vezi tabelul suplimentar S1). Spectrul MAL a arătat, de asemenea, cel mai scăzut conținut de C18:1n9 (9,52 ± 0,50%), ceea ce l-a diferențiat și mai mult de spectrele LAC (12,86 ± 0,52%) și CEL (12,40 ± 1,31%). O tendință similară a fost observată pentru C16:0. În a doua componentă, spectrul LAC a prezentat cel mai mare conținut de C18:2n6 (17,22 ± 0,46%), în timp ce MAL a prezentat cel mai scăzut conținut (12,58 ± 0,67%). C18: 2n6 a diferențiat, de asemenea, LAC de martor (CEL), care a arătat niveluri mai scăzute (13,41 ± 2,48%) (a se vedea tabelul suplimentar S1).
Graficul PCA al profilului de acizi grași al larvelor de muște soldat negru cu diferite monozaharide (fructoză, galactoză, glucoză), dizaharide (lactoză, maltoză, zaharoză) și celuloză ca martor.
Pentru a studia efectele nutriționale ale zaharurilor solubile asupra larvelor de H. illucens, celuloza (CEL) din hrana puilor a fost înlocuită cu glucoză (GLU), fructoză (FRU), galactoză (GAL), maltoză (MAL), zaharoză (SUC) și lactoză (LAC). Cu toate acestea, monozaharidele și dizaharidele au avut efecte diferite asupra dezvoltării, supraviețuirii și compoziției larvelor de HF. De exemplu, GLU, FRU și formele lor dizaharide (MAL și SUC) au exercitat efecte pozitive de susținere asupra creșterii larvelor, permițându-le să atingă greutăți corporale finale mai mari decât CEL. Spre deosebire de CEL, GLU, FRU și SUC indigestibile pot ocoli bariera intestinală și pot servi ca surse importante de nutrienți în dietele formulate16,28. MAL nu are transportatori de animale specifici și se crede că este hidrolizat la două molecule de glucoză înainte de asimilare15. Aceste molecule sunt stocate în corpul insectei ca sursă de energie directă sau ca lipide18. În primul rând, în ceea ce privește cel din urmă, unele dintre diferențele intramodale observate se pot datora unor mici diferențe în raporturile de sex. Într-adevăr, la H. illucens, reproducerea poate fi în întregime spontană: femelele adulte au în mod natural rezerve suficiente pentru depunerea ouălor și sunt mai grele decât masculii29. Cu toate acestea, acumularea de lipide în BSFL se corelează cu aportul alimentar de CH2 solubil, așa cum sa observat anterior pentru GLU și xiloză26,30. De exemplu, Li et al.30 au observat că atunci când 8% GLU a fost adăugat la dieta larvelor, conținutul de lipide al larvelor BSF a crescut cu 7,78% în comparație cu martori. Rezultatele noastre sunt în concordanță cu aceste observații, arătând că conținutul de grăsime la larvele hrănite cu zahăr solubil a fost mai mare decât cel al larvelor hrănite cu dieta CEL, comparativ cu o creștere de 8,57% cu suplimentarea cu GLU. În mod surprinzător, rezultate similare au fost observate la larvele hrănite cu GAL și LAC, în ciuda efectelor adverse asupra creșterii larvelor, greutății corporale finale și supraviețuirii. Larvele hrănite cu LAC au fost semnificativ mai mici decât cele hrănite cu dieta CEL, dar conținutul lor de grăsimi a fost comparabil cu larvele hrănite cu celelalte zaharuri solubile. Aceste rezultate evidențiază efectele antinutriționale ale lactozei asupra BSFL. În primul rând, dieta conține o cantitate mare de CH. Sistemele de absorbție și hidroliză ale monozaharidelor, respectiv dizaharidelor, pot ajunge la saturație, provocând blocaje în procesul de asimilare. În ceea ce privește hidroliza, aceasta este efectuată de α- și β-glucozidaze 31 . Aceste enzime au substraturi preferate în funcție de mărimea lor și de legăturile chimice (legături α sau β) dintre monozaharidele lor constitutive 15 . Hidroliza LAC la GLU și GAL este efectuată de β-galactozidază, o enzimă a cărei activitate a fost demonstrată în intestinul BSF32. Cu toate acestea, expresia sa poate fi insuficientă în comparație cu cantitatea de LAC consumată de larve. În contrast, α-glucozidaza maltaza și zaharoza 15, despre care se știe că sunt exprimate abundent în insecte, sunt capabile să descompună cantități mari de MAL și zaharoză SUC, limitând astfel acest efect de sațiere. În al doilea rând, efectele antinutriționale se pot datora stimulării reduse a activității amilazei intestinale ale insectelor și încetinirii comportamentului de hrănire în comparație cu alte tratamente. Într-adevăr, zaharurile solubile au fost identificate ca stimulatori ai activității enzimatice importanți pentru digestia insectelor, cum ar fi amilaza, și ca declanșatori ai răspunsului de hrănire33,34,35. Gradul de stimulare variază în funcție de structura moleculară a zahărului. De fapt, dizaharidele necesită hidroliză înainte de absorbție și tind să stimuleze amilaza mai mult decât monozaharidele lor constitutive34. În schimb, LAC are un efect mai blând și s-a dovedit a fi incapabil să susțină creșterea insectelor la diferite specii33,35. De exemplu, la dăunătorul Spodoptera exigua (Boddie 1850), nu a fost detectată nicio activitate hidrolitică a LAC în extractele de enzime din intestinul mijlociu de omidă36.
În ceea ce privește spectrul FA, rezultatele noastre indică efecte modulatorii semnificative ale CH testat. În mod remarcabil, deși acidul lauric (C12:0) a reprezentat mai puțin de 1% din totalul FA din dietă, a dominat în toate profilurile (a se vedea tabelul suplimentar S1). Acest lucru este în concordanță cu datele anterioare conform cărora acidul lauric este sintetizat din CH alimentar în H. illucens printr-o cale care implică acetil-CoA carboxilază și FA sintetaza19,27,37. Rezultatele noastre confirmă că CEL este în mare măsură indigerabilă și acționează ca un „agent de volum” în dietele de control cu BSF, așa cum s-a discutat în mai multe studii BSFL38,39,40. Înlocuirea CEL cu monozaharide și dizaharide altele decât LAC a crescut raportul C12:0, indicând o absorbție crescută de CH de către larve. Interesant este că dizaharidele MAL și SUC promovează sinteza acidului lauric mai eficient decât monozaharidele lor constitutive, ceea ce sugerează că, în ciuda gradului mai mare de polimerizare a GLU și FRU, și deoarece Drosophila este singurul transportator de zaharoză care a fost identificat la speciile de proteine animale, transportorii de dizaharide. poate să nu fie prezent în intestinul larvelor de H. illucens15, utilizarea GLU și FRU este crescută. Cu toate acestea, deși GLU și FRU sunt teoretic mai ușor metabolizate de către BSF, ele sunt, de asemenea, mai ușor metabolizate de substraturi și microorganisme intestinale, ceea ce poate duce la degradarea lor mai rapidă și o utilizare redusă de către larve în comparație cu dizaharide.
La prima vedere, conținutul de lipide al larvelor hrănite cu LAC și MAL a fost comparabil, indicând o biodisponibilitate similară a acestor zaharuri. Cu toate acestea, în mod surprinzător, profilul FA al LAC a fost mai bogat în SFA, în special cu conținut mai scăzut de C12:0, comparativ cu MAL. O ipoteză pentru a explica această diferență este că LAC poate stimula bioacumularea de FA din dietă prin acetil-CoA FA sintetaza. Susținând această ipoteză, larvele LAC au avut cel mai scăzut raport decanoat (C10:0) (0,77 ± 0,13%) decât dieta CEL (1,27 ± 0,16%), indicând activități reduse ale FA sintetazei și tioesterazei19. În al doilea rând, acizii grași din dietă sunt considerați a fi principalul factor care influențează compoziția SFA a H. illucens27. În experimentele noastre, acidul linoleic (C18:2n6) a reprezentat 54,81% din acizii grași dietetici, proporția în larvele LAC fiind de 17,22 ± 0,46% și în MAL 12,58 ± 0,67%. Acidul oleic (cis + trans C18:1n9) (23,22% în dietă) a prezentat o tendință similară. Raportul acidului α-linolenic (C18:3n3) susține și ipoteza bioacumulării. Se știe că acest acid gras se acumulează în BSFL la îmbogățirea substratului, cum ar fi adăugarea de turtă de semințe de in, până la 6-9% din totalul acizilor grași din larve19. În dietele îmbogățite, C18:3n3 poate reprezenta până la 35% din totalul acizilor grași din dietă. Cu toate acestea, în studiul nostru, C18:3n3 a reprezentat doar 2,51% din profilul acizilor grași. Deși proporția găsită în natură a fost mai mică la larvele noastre, această proporție a fost mai mare la larvele LAC (0,87 ± 0,02%) decât în MAL (0,49 ± 0,04%) (p <0,001; vezi Tabelul suplimentar S1). Dieta CEL a avut o proporție intermediară de 0,72 ± 0,18%. În cele din urmă, raportul acidului palmitic (C16:0) în larvele CF reflectă contribuția căilor sintetice și a FA19 dietetic. Hoc şi colab. 19 a observat că sinteza C16:0 a fost redusă atunci când dieta a fost îmbogățită cu făină de semințe de in, ceea ce a fost atribuit unei scăderi a disponibilității substratului acetil-CoA datorită scăderii raportului CH. În mod surprinzător, deși ambele diete au avut un conținut similar de CH, iar MAL a prezentat o biodisponibilitate mai mare, larvele MAL au prezentat cel mai scăzut raport C16:0 (10,46 ± 0,77%), în timp ce LAC a prezentat o proporție mai mare, reprezentând 12,85 ± 0,27% (p < 0,05; vezi). Tabelul suplimentar S1). Aceste rezultate evidențiază influența complexă a nutrienților asupra digestiei și metabolismului BSFL. În prezent, cercetarea pe această temă este mai amănunțită la Lepidoptera decât la Diptera. La omizi, LAC a fost identificat ca un stimulent slab al comportamentului de hrănire în comparație cu alte zaharuri solubile, cum ar fi SUC și FRU34,35. În special, în Spodopteralittoralis (Boisduval 1833), consumul de MAL a stimulat activitatea amilolitică în intestin într-o măsură mai mare decât LAC34. Efecte similare în BSFL pot explica stimularea îmbunătățită a căii sintetice C12:0 la larvele MAL, care este asociată cu creșterea CH absorbită intestinal, hrănirea prelungită și acțiunea amilazei intestinale. Mai puțină stimulare a ritmului de hrănire în prezența LAC poate explica, de asemenea, creșterea mai lentă a larvelor LAC. Mai mult, Liu Yanxia et al. 27 a observat că perioada de valabilitate a lipidelor din substraturile H. illucens a fost mai lungă decât cea a CH. Prin urmare, larvele LAC se pot baza mai mult pe lipidele alimentare pentru a-și finaliza dezvoltarea, ceea ce le poate crește conținutul final de lipide și le poate modula profilul de acizi grași.
Din câte știm, doar câteva studii au testat efectele adăugării de monozaharide și dizaharide la dietele cu BSF asupra profilurilor lor de FA. În primul rând, Li și colab. 30 au evaluat efectele GLU și ale xilozei și au observat niveluri de lipide similare cu ale noastre la o rată de adăugare de 8%. Profilul FA nu a fost detaliat și a constat în principal din SFA, dar nu au fost găsite diferențe între cele două zaharuri sau când au fost prezentate simultan30. În plus, Cohn și colab. 41 nu a arătat nici un efect al adăugării de 20% GLU, SUC, FRU și GAL la hrana pentru pui asupra profilurilor FA respective. Aceste spectre au fost obținute din replici mai degrabă tehnice decât biologice, ceea ce, după cum au explicat autorii, poate limita analiza statistică. În plus, lipsa controlului izo-zahărului (folosind CEL) limitează interpretarea rezultatelor. Recent, două studii ale lui Nugroho RA et al. au demonstrat anomalii în spectrele FA42,43. În primul studiu, Nugroho RA și colab. 43 au testat efectul adăugării de FRU la făina fermentată de miez de palmier. Profilul FA al larvelor rezultate a arătat niveluri anormal de ridicate de PUFA, dintre care peste 90% au fost derivate din dieta care conține 10% FRU (similar studiului nostru). Deși această dietă conținea pelete de pește bogate în PUFA, valorile raportate ale profilului FA ale larvelor din dieta de control constând din PCM fermentat 100% nu au fost în concordanță cu niciun profil raportat anterior, în special cu nivelul anormal de C18:3n3 de 17,77. ± 1,67% și 26,08 ± 0,20% pentru acidul linoleic conjugat (C18:2n6t), un izomer rar al acidului linoleic. Al doilea studiu a arătat rezultate similare, inclusiv FRU, GLU, MAL și SUC42 în făina fermentată de miez de palmier. Aceste studii, ca și al nostru, evidențiază dificultăți serioase în compararea rezultatelor din studiile privind dieta larvelor BSF, cum ar fi opțiunile de control, interacțiunile cu alte surse de nutrienți și metodele de analiză a FA.
În timpul experimentelor, am observat că culoarea și mirosul substratului au variat în funcție de dieta folosită. Acest lucru sugerează că microorganismele pot juca un rol în rezultatele observate în substrat și în sistemul digestiv al larvelor. De fapt, monozaharidele și dizaharidele sunt ușor metabolizate de către microorganismele colonizatoare. Consumul rapid de zaharuri solubile de către microorganisme poate duce la eliberarea unor cantități mari de produse metabolice microbiene, cum ar fi etanolul, acidul lactic, acizii grași cu lanț scurt (ex. acid acetic, acid propionic, acid butiric) și dioxid de carbon44. Unii dintre acești compuși pot fi responsabili pentru efectele toxice letale asupra larvelor observate și de Cohn și colab.41 în condiții similare de dezvoltare. De exemplu, etanolul este dăunător pentru insecte45. Cantități mari de emisii de dioxid de carbon pot duce la acumularea acestuia în fundul rezervorului, ceea ce poate priva atmosfera de oxigen dacă circulația aerului nu permite eliberarea acestuia. În ceea ce privește SCFA, efectele lor asupra insectelor, în special H. illucens, rămân puțin înțelese, deși acidul lactic, acidul propionic și acidul butiric s-au dovedit a fi letale la Callosobruchus maculatus (Fabricius 1775)46. În Drosophila melanogaster Meigen 1830, acești SCFA sunt markeri olfactivi care ghidează femelele către locurile de ovipunere, sugerând un rol benefic în dezvoltarea larvelor47. Cu toate acestea, acidul acetic este clasificat drept substanță periculoasă și poate inhiba semnificativ dezvoltarea larvelor47. În schimb, lactatul derivat din microbi s-a descoperit recent că are un efect protector împotriva microbilor intestinali invazivi la Drosophila48. În plus, microorganismele din sistemul digestiv joacă, de asemenea, un rol în digestia CH la insecte49. Efectele fiziologice ale SCFA asupra microbiotei intestinale, cum ar fi rata de hrănire și expresia genelor, au fost descrise la vertebrate 50 . Ele pot avea, de asemenea, un efect trofic asupra larvelor de H. illucens și pot contribui parțial la reglarea profilurilor FA. Studiile privind efectele nutriționale ale acestor produse de fermentație microbiană vor clarifica efectele lor asupra nutriției H. illucens și vor oferi o bază pentru studii viitoare asupra microorganismelor benefice sau dăunătoare în ceea ce privește dezvoltarea lor și valoarea substraturilor bogate în FA. În acest sens, rolul microorganismelor în procesele digestive ale insectelor crescute în masă este din ce în ce mai studiat. Insectele încep să fie privite ca bioreactoare, oferind condiții de pH și oxigenare care facilitează dezvoltarea microorganismelor specializate în degradarea sau detoxifierea nutrienților dificil de digerat de insecte 51 . Recent, Xiang et al.52 au demonstrat că, de exemplu, inocularea deșeurilor organice cu un amestec bacterian permite FC să atragă bacterii specializate în degradarea lignocelulozei, îmbunătățind degradarea acesteia în substrat în comparație cu substraturile fără larve.
În cele din urmă, în ceea ce privește utilizarea benefică a deșeurilor organice de către H. illucens, dietele CEL și SUC au produs cel mai mare număr de larve pe zi. Aceasta înseamnă că, în ciuda greutății finale mai mici a indivizilor, greutatea totală a larvelor produsă pe un substrat constând din CH nedigerabil este comparabilă cu cea obținută pe o dietă cu homozaharide care conține monozaharide și dizaharide. În studiul nostru, este important de menționat că nivelurile altor nutrienți sunt suficiente pentru a susține creșterea populației larvare și că adăugarea de CEL ar trebui limitată. Compoziția finală a larvelor diferă însă, evidențiind importanța alegerii strategiei potrivite de valorificare a insectelor. Larvele CEL hrănite cu hrană integrală sunt mai potrivite pentru utilizare ca hrană pentru animale datorită conținutului mai scăzut de grăsime și a nivelului scăzut de acid lauric, în timp ce larvele hrănite cu diete SUC sau MAL necesită degresare prin presare pentru a crește valoarea uleiului, în special în biocombustibil. sector. LAC se găsește în produse secundare ale industriei lactatelor, cum ar fi zerul din producția de brânzeturi. Recent, utilizarea sa (3,5% lactoză) a îmbunătățit greutatea corporală finală a larvelor53. Cu toate acestea, dieta de control din acest studiu a conținut jumătate din conținutul de lipide. Prin urmare, efectele antinutriționale ale LAC pot fi contracarate de bioacumularea larvelor de lipide alimentare.
După cum au arătat studiile anterioare, proprietățile monozaharidelor și dizaharidelor afectează semnificativ creșterea BSFL și îi modulează profilul FA. În special, LAC pare să joace un rol antinutrițional în timpul dezvoltării larvelor prin limitarea disponibilității CH pentru absorbția lipidelor alimentare, promovând astfel bioacumularea UFA. În acest context, ar fi interesant să se efectueze teste biologice folosind diete care combină PUFA și LAC. Mai mult, rolul microorganismelor, în special rolul metaboliților microbieni (cum ar fi SCFA) derivați din procesele de fermentare a zahărului, rămâne un subiect de cercetare demn de investigat.
Insectele au fost obținute din colonia BSF a Laboratorului de Entomologie Funcțională și Evolutivă înființat în 2017 la Agro-Bio Tech, Gembloux, Belgia (pentru mai multe detalii despre metodele de creștere, vezi Hoc et al. 19). Pentru studiile experimentale, 2,0 g de ouă BSF au fost colectate aleatoriu zilnic din cuștile de reproducție și incubate în 2,0 kg de hrană umedă pentru pui 70% (Aveve, Leuven, Belgia). La cinci zile după ecloziune, larvele au fost separate de substrat și numărate manual în scopuri experimentale. A fost măsurată greutatea inițială a fiecărui lot. Greutatea medie individuală a fost de 7,125 ± 0,41 mg, iar media pentru fiecare tratament este prezentată în tabelul suplimentar S2.
Formularea dietei a fost adaptată din studiul lui Barragan-Fonseca și colab. 38 . Pe scurt, s-a găsit un compromis între aceeași calitate a hranei pentru puii de larve, conținut similar de substanță uscată (MS), CH ridicat (10% pe baza alimentației proaspete) și textură, deoarece zaharurile simple și dizaharidele nu au proprietăți texturale. Conform informațiilor producătorului (Chicken Feed, AVEVE, Leuven, Belgia), CH testat (adică zahăr solubil) a fost adăugat separat ca soluție apoasă autoclavată (15,9%) la o dietă constând din 16,0% proteine, 5,0% lipide totale, 11,9% furaj pentru pui măcinat format din cenușă și 4,8% fibre. În fiecare borcan de 750 ml (17,20 × 11,50 × 6,00 cm, AVA, Tempsee, Belgia), 101,9 g de soluție de CH autoclavată au fost amestecate cu 37,8 g de hrană pentru pui. Pentru fiecare dietă, conținutul de substanță uscată a fost de 37,0%, incluzând proteine omogene (11,7%), lipide omogene (3,7%) și zaharuri omogene (26,9% CH adăugat). CH testate au fost glucoza (GLU), fructoza (FRU), galactoza (GAL), maltoza (MAL), zaharoza (SUC) si lactoza (LAC). Dieta de control a constat din celuloză (CEL), care este considerată nedigerabilă pentru larvele de H. illucens 38 . O sută de larve de 5 zile au fost așezate într-o tavă prevăzută cu un capac cu un orificiu de 1 cm diametru în mijloc și acoperită cu o plasă de țânțari din plastic. Fiecare dieta a fost repetata de patru ori.
Greutățile larvelor au fost măsurate la trei zile după începerea experimentului. Pentru fiecare măsurătoare, 20 de larve au fost îndepărtate de pe substrat folosind apă caldă sterilă și pense, uscate și cântărite (STX223, Ohaus Scout, Parsippany, SUA). După cântărire, larvele au fost returnate în centrul substratului. Măsurătorile au fost efectuate în mod regulat de trei ori pe săptămână până când a apărut prima prepupă. În acest moment, colectați, numărați și cântăriți toate larvele așa cum este descris anterior. Separați larvele din stadiul 6 (adică, larvele albe corespunzătoare stadiului larvar care precede stadiul prepupal) și prepupae (adică, ultimul stadiu larvar în care larvele BSF devin negre, opresc hrănirea și caută un mediu potrivit pentru metamorfoză) și depozitați la - 18°C pentru analiza compozițională. Randamentul a fost calculat ca raport dintre masa totală de insecte (larve și prepupe din stadiul 6) obținută per farfurie (g) și timpul de dezvoltare (d). Toate valorile medii din text sunt exprimate ca: medie ± SD.
Toate etapele ulterioare folosind solvenți (hexan (Hex), cloroform (CHCl3), metanol (MeOH)) au fost efectuate sub o hotă și au necesitat purtarea mănușilor de nitril, șorțurilor și ochelarilor de protecție.
Larvele albe au fost uscate într-un uscător de congelare FreeZone6 (Labconco Corp., Kansas City, MO, SUA) timp de 72 de ore și apoi măcinate (IKA A10, Staufen, Germania). Lipidele totale au fost extrase din ± 1 g de pulbere folosind metoda Folch 54. Conținutul de umiditate reziduală al fiecărei probe liofilizate a fost determinat în duplicat folosind un analizor de umiditate (MA 150, Sartorius, Göttiggen, Germania) pentru a corecta lipidele totale.
Lipidele totale au fost transesterificate în condiții acide pentru a obține esteri metilici ai acizilor grași. Pe scurt, aproximativ 10 mg lipide/100 µl soluție de CHCl3 (100 µl) au fost evaporate cu azot într-un tub Pyrex© de 8 ml (SciLabware – DWK Life Sciences, Londra, Marea Britanie). Tubul a fost plasat în Hex (0,5 ml) (PESTINORM®SUPRATRACE n-Hexan > 95% pentru analiza urmelor organice, VWR Chemicals, Radnor, PA, SUA) și soluție Hex/MeOH/BF3 (20/25/55) (0,5 ml) într-o baie de apă la 70 °C timp de 90 min. După răcire, s-au adăugat soluţie apoasă de H2S04 10% (0,2 ml) şi soluţie saturată de NaCI (0,5 ml). Amestecați tubul și umpleți amestecul cu Hex curat (8,0 ml). O porțiune din faza superioară a fost transferată într-o fiolă și analizată prin cromatografie gazoasă cu un detector de ionizare cu flacără (GC-FID). Probele au fost analizate folosind un Trace GC Ultra (Thermo Scientific, Waltham, MA, SUA) echipat cu un injector split/splitless (240 °C) în modul split (flux divizat: 10 ml/min), o coloană Stabilwax®-DA ( 30 m, 0,25 mm id, 0,25 μm, Restek Corp., Bellefonte, PA, SUA) și un FID (250 °C). Programul de temperatură a fost setat după cum urmează: 50 °C timp de 1 min, crescând la 150 °C la 30 °C/min, crescând la 240 °C la 4 °C/min și continuând la 240 °C timp de 5 minute. Hex a fost folosit ca martor și un standard de referință care conține 37 de esteri metilici ai acizilor grași (Supelco 37-component FAMEmix, Sigma-Aldrich, Overijse, Belgia) a fost utilizat pentru identificare. Identificarea acizilor grași nesaturați (UFA) a fost confirmată prin GC bidimensională cuprinzătoare (GC×GC-FID) și prezența izomerilor a fost determinată cu precizie printr-o ușoară adaptare a metodei lui Ferrara și colab. 55. Detaliile instrumentului pot fi găsite în tabelul suplimentar S3 și rezultatele în figura suplimentară S5.
Datele sunt prezentate în format de foaie de calcul Excel (Microsoft Corporation, Redmond, WA, SUA). Analiza statistică a fost efectuată utilizând R Studio (versiunea 2023.12.1+402, Boston, SUA) 56 . Datele privind greutatea larvelor, timpul de dezvoltare și productivitatea au fost estimate utilizând modelul liniar (LM) (comanda „lm”, pachetul R „stats” 56 ) deoarece se potrivesc unei distribuții gaussiene. Ratele de supraviețuire folosind analiza modelului binomial au fost estimate folosind modelul liniar general (GLM) (comanda „glm”, pachetul R „lme4” 57 ). Normalitatea și homoscedasticitatea au fost confirmate folosind testul Shapiro (comanda „shapiro.test”, pachetul R „stats” 56 ) și analiza varianței datelor (comanda betadisper, pachetul R „vegan” 58 ). După analiza perechi a valorilor p semnificative (p < 0,05) din testul LM sau GLM, diferențele semnificative între grupuri au fost detectate folosind testul EMM (comanda „emmeans”, pachetul R „emmeans” 59).
Spectrele FA complete au fost comparate utilizând analiza de permutare multivariată a varianței (adică permMANOVA; comanda „adonis2”, pachetul R „vegan” 58) folosind matricea distanței euclidiene și 999 permutări. Acest lucru ajută la identificarea acizilor grași care sunt influențați de natura carbohidraților din dietă. Diferențele semnificative în profilurile FA au fost analizate în continuare folosind comparații pe perechi. Datele au fost apoi vizualizate folosind analiza componentelor principale (PCA) (comanda „PCA”, pachetul R „FactoMineR” 60). FA responsabil pentru aceste diferențe a fost identificat prin interpretarea cercurilor de corelație. Acești candidați au fost confirmați folosind o analiză unidirecțională a varianței (ANOVA) (comanda „aov”, pachetul R „stats” 56 ) urmată de testul post hoc al lui Tukey (comanda TukeyHSD, pachetul R „stats” 56 ). Înainte de analiză, normalitatea a fost evaluată cu ajutorul testului Shapiro-Wilk, homoscedasticitatea a fost verificată cu testul Bartlett (comanda „bartlett.test”, pachetul R „stats” 56) și a fost utilizată o metodă neparametrică dacă nici una dintre cele două ipoteze nu a fost îndeplinită. . S-au comparat analizele (comanda „kruskal.test”, pachetul R „stats” 56 ), iar apoi au fost aplicate testele post-hoc ale lui Dunn (comanda dunn.test, pachetul R „dunn.test” 56 ).
Versiunea finală a manuscrisului a fost verificată folosind Grammarly Editor ca corector în limba engleză (Grammarly Inc., San Francisco, California, SUA) 61 .
Seturile de date generate și analizate în timpul studiului curent sunt disponibile de la autorul corespunzător, la cerere rezonabilă.
Kim, SW, şi colab. Satisfacerea cererii globale de proteine furajere: provocari, oportunitati si strategii. Annals of Animal Biosciences 7, 221–243 (2019).
Caparros Megido, R., et al. Revizuirea stării și perspectivelor producției mondiale de insecte comestibile. Entomol. Gen. 44, (2024).
Rehman, K. ur, şi colab. Musca soldată neagră (Hermetia illucens) ca instrument potențial inovator și ecologic pentru gestionarea deșeurilor organice: o scurtă trecere în revistă. Waste Management Research 41, 81–97 (2023).
Skala, A., et al. Substratul de creștere influențează creșterea și starea macronutrienților larvelor de muște soldat negru produse industrial. Sci. Rep. 10, 19448 (2020).
Shu, MK, şi colab. Proprietățile antimicrobiene ale extractelor de ulei din larvele de muscă soldată neagră crescute pe pesmet. Animal Food Science, 64, (2024).
Schmitt, E. și de Vries, W. (2020). Beneficiile potențiale ale utilizării gunoiului de grajd pentru muștele de soldat negru ca amendament de sol pentru producția de alimente și impact redus asupra mediului. Opinie actuală. Green Sustain. 25, 100335 (2020).
Franco A. şi colab. Lipidele muștei soldatelor negre — o sursă inovatoare și durabilă. Dezvoltare durabilă, Vol. 13, (2021).
Van Huis, A. Insectele ca hrană și furaj, un domeniu emergent în agricultură: o revizuire. J. Insect Feed 6, 27–44 (2020).
Kachor, M., Bulak, P., Prots-Petrikha, K., Kirichenko-Babko, M. și Beganovsky, A. Diverse utilizări ale muștei soldatului negru în industrie și agricultură – o recenzie. Biologie 12, (2023).
Hock, B., Noel, G., Carpentier, J., Francis, F. și Caparros Megido, R. Optimization of artificial propagation of Hermetia illucens. PLOS ONE 14, (2019).
Ora postării: 25-dec-2024