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.
Creșterea insectelor este o modalitate potențială de a satisface cererea globală în creștere de proteine și este o activitate nouă în lumea occidentală în care rămân multe întrebări cu privire la calitatea și siguranța produselor. Insectele pot juca un rol important în economia circulară prin transformarea deșeurilor biologice în biomasă valoroasă. Aproximativ jumătate din substratul de hrană pentru viermii de făină provine din hrana umedă. Acest lucru poate fi obținut din deșeuri biologice, făcând agricultura de insecte mai durabilă. Acest articol raportează despre compoziția nutrițională a viermilor de făină (Tenebrio molitor) hrăniți cu suplimente organice din subproduse. Acestea includ legume nevândute, felii de cartofi, rădăcini de cicoare fermentate și frunze de grădină. Se evaluează prin analiza compoziției apropiate, a profilului de acizi grași, a conținutului de minerale și metale grele. Viermii de făină hrăniți cu felii de cartofi au avut un conținut dublu de grăsimi și o creștere a acizilor grași saturați și mononesaturați. Utilizarea rădăcinii de cicoare fermentată crește conținutul de minerale și acumulează metale grele. În plus, absorbția mineralelor de către viermele făinii este selectivă, deoarece doar concentrațiile de calciu, fier și mangan sunt crescute. Adăugarea de amestecuri de legume sau frunze de grădină în dietă nu va schimba semnificativ profilul nutrițional. În concluzie, fluxul de produse secundare a fost transformat cu succes într-o biomasă bogată în proteine, conținutul de nutrienți și biodisponibilitatea căreia au influențat compoziția viermilor de făină.
Se preconizează că populația umană în creștere va ajunge la 9,7 miliarde până în 20501,2 punând presiune asupra producției noastre alimentare pentru a face față cererii mari de alimente. Se estimează că cererea de alimente va crește cu 70-80% între 2012 și 20503,4,5. Resursele naturale folosite în producția actuală de alimente sunt epuizate, amenințăndu-ne ecosistemele și proviziile alimentare. În plus, cantități mari de biomasă sunt risipite asociate cu producția și consumul de alimente. Se estimează că până în 2050, volumul anual global de deșeuri va ajunge la 27 de miliarde de tone, majoritatea fiind deșeuri bio6,7,8. Ca răspuns la aceste provocări, au fost propuse soluții inovatoare, alternative alimentare și dezvoltarea durabilă a agriculturii și a sistemelor alimentare9,10,11. O astfel de abordare este utilizarea reziduurilor organice pentru a produce materii prime, cum ar fi insectele comestibile, ca surse durabile de alimente și furaje12,13. Creșterea insectelor produce mai puține emisii de gaze cu efect de seră și amoniac, necesită mai puțină apă decât sursele tradiționale de proteine și poate fi produsă în sisteme de fermă verticală, necesitând mai puțin spațiu14,15,16,17,18,19. Studiile au arătat că insectele sunt capabile să transforme deșeurile biologice cu valoare scăzută în biomasă valoroasă bogată în proteine, cu conținut de substanță uscată de până la 70%20,21,22. În plus, biomasa cu valoare scăzută este utilizată în prezent pentru producerea de energie, depozitarea deșeurilor sau reciclare și, prin urmare, nu concurează cu sectorul alimentar și al furajelor actuale23,24,25,26. Viermele de făină (T. molitor)27 este considerat una dintre cele mai promițătoare specii pentru producția de alimente și furaje la scară largă. Atât larvele, cât și adulții se hrănesc cu o varietate de materiale, cum ar fi produse din cereale, deșeuri animale, legume, fructe etc. 28,29. În societățile occidentale, T. molitor este crescut în captivitate la scară mică, în principal ca hrană pentru animale domestice, cum ar fi păsările sau reptilele. În prezent, potențialul lor în producția de alimente și furaje primește mai multă atenție30,31,32. De exemplu, T. molitor a fost aprobat cu un nou profil alimentar, inclusiv utilizarea în forme congelate, uscate și sub formă de pudră (Regulamentul (UE) nr. 258/97 și Regulamentul (UE) 2015/2283) 33. Cu toate acestea, producția pe scară largă de insecte pentru hrana si hrana este inca un concept relativ nou in tarile occidentale. Industria se confruntă cu provocări, cum ar fi lacune de cunoștințe privind dietele și producția optime, calitatea nutrițională a produsului final și probleme de siguranță, cum ar fi acumularea de toxice și pericolele microbiene. Spre deosebire de creșterea animalelor tradiționale, creșterea insectelor nu are un istoric similar17,24,25,34.
Deși au fost efectuate multe studii privind valoarea nutritivă a viermilor de făină, factorii care afectează valoarea lor nutritivă nu au fost încă pe deplin înțeleși. Studiile anterioare au arătat că dieta insectelor poate avea un anumit efect asupra compoziției sale, dar nu a fost găsit un model clar. În plus, aceste studii s-au concentrat pe componentele proteice și lipidice ale viermilor de făină, dar au avut efecte limitate asupra componentelor minerale21,22,32,35,36,37,38,39,40. Sunt necesare mai multe cercetări pentru a înțelege capacitatea de absorbție a mineralelor. Un studiu recent a concluzionat că larvele de viermi hrănite cu ridichi au avut concentrații ușor crescute ale anumitor minerale. Cu toate acestea, aceste rezultate sunt limitate la substratul testat și sunt necesare teste industriale suplimentare41. S-a raportat că acumularea de metale grele (Cd, Pb, Ni, As, Hg) în viermii de făină este semnificativ corelată cu conținutul de metal al matricei. Deși concentrațiile de metale găsite în dieta în hrana animalelor sunt sub limitele legale42, s-a constatat că arsenul se bioacumulează și în larvele de viermi de făină, în timp ce cadmiul și plumbul nu se bioacumulează43. Înțelegerea efectelor dietei asupra compoziției nutriționale a viermilor de făină este esențială pentru utilizarea lor în siguranță în alimente și furaje.
Studiul prezentat în această lucrare se concentrează asupra impactului utilizării subproduselor agricole ca sursă de hrană umedă asupra compoziției nutriționale a viermilor de făină. Pe lângă hrana uscată, hrana umedă trebuie furnizată și larvelor. Sursa de hrană umedă asigură umiditatea necesară și servește și ca supliment nutritiv pentru viermii de făină, crescând rata de creștere și greutatea corporală maximă44,45. Conform datelor noastre standard privind creșterea viermilor de făină din proiectul Interreg-Valusect, hrana totală a viermilor de făină conține 57% g/g hrană umedă. De obicei, legumele proaspete (de exemplu morcovii) sunt folosite ca sursă de hrană umedă35,36,42,44,46. Utilizarea subproduselor cu valoare scăzută ca surse de hrană umedă va aduce beneficii mai durabile și economice pentru creșterea insectelor17. Obiectivele acestui studiu au fost (1) investigarea efectelor utilizării deșeurilor biologice ca hrană umedă asupra compoziției nutriționale a viermilor de făină, (2) determinarea conținutului de macro și micronutrienți al larvelor de viermi de făină crescute pe deșeuri biologice bogate în minerale pentru a testa fezabilitatea fortificarea mineralelor și (3) evaluarea siguranței acestor produse secundare în creșterea insectelor prin analizarea prezenței și acumulării de metale grele Pb; Cd și Cr. Acest studiu va oferi informații suplimentare cu privire la efectele suplimentării cu deșeuri biologice asupra dietelor larvelor de viermi de făină, a valorii nutriționale și a siguranței.
Conținutul de substanță uscată din fluxul lateral a fost mai mare în comparație cu agar nutrient umed martor. Conținutul de substanță uscată din amestecurile de legume și frunzele de grădină a fost mai mic de 10%, în timp ce a fost mai mare în butași de cartofi și rădăcini fermentate de cicoare (13,4 și 29,9 g/100 g materie proaspătă, FM).
Amestecul de legume a avut un conținut mai mare de cenușă brută, grăsimi și proteine și conținuturi mai mici de carbohidrați nefibroși decât furajul martor (agar), în timp ce conținutul de fibre de detergent neutru tratat cu amilază a fost similar. Conținutul de carbohidrați al feliilor de cartofi a fost cel mai mare dintre toate fluxurile laterale și a fost comparabil cu cel al agarului. În general, compoziția sa brută a fost cel mai asemănătoare cu furajul martor, dar a fost suplimentată cu cantități mici de proteine (4,9%) și cenușă brută (2,9%) 47,48 . pH-ul cartofului variază de la 5 la 6 și este de remarcat faptul că acest flux lateral de cartofi este mai acid (4,7). Rădăcina de cicoare fermentată este bogată în cenușă și este cea mai acidă dintre toate fluxurile laterale. Deoarece rădăcinile nu au fost curățate, cea mai mare parte a cenușii este de așteptat să fie formată din nisip (silice). Frunzele de grădină au fost singurul produs alcalin în comparație cu controlul și alte fluxuri secundare. Conține un nivel ridicat de cenușă și proteine și carbohidrați mult mai mici decât controlul. Compoziția brută este cea mai apropiată de rădăcina de cicoare fermentată, dar concentrația de proteină brută este mai mare (15,0%), ceea ce este comparabil cu conținutul de proteine din amestecul de legume. Analiza statistică a datelor de mai sus a arătat diferențe semnificative în compoziția brută și pH-ul fluxurilor secundare.
Adăugarea de amestecuri de legume sau frunze de grădină la hrana viermilor de făină nu a afectat compoziția biomasei larvelor de viermi de făină în comparație cu grupul martor (Tabelul 1). Adăugarea butașilor de cartofi a dus la cea mai semnificativă diferență în compoziția biomasei în comparație cu grupul martor care a primit larve de viermi de făină și alte surse de hrană umedă. În ceea ce privește conținutul de proteine al viermilor de făină, cu excepția butașilor de cartofi, compoziția aproximativă diferită a fluxurilor laterale nu a afectat conținutul de proteine al larvelor. Hrănirea butașilor de cartofi ca sursă de umiditate a dus la o creștere de două ori a conținutului de grăsime al larvelor și la o scădere a conținutului de proteine, chitină și carbohidrați nefibroși. Rădăcina de cicoare fermentată a crescut conținutul de cenușă al larvelor de viermi de făină de o ori și jumătate.
Profilurile minerale au fost exprimate ca conținut de macrominerale (Tabelul 2) și micronutrienți (Tabelul 3) în hrana umedă și biomasa larvelor de viermi de făină.
În general, fluxurile secundare agricole au fost mai bogate în macrominerale în comparație cu lotul martor, cu excepția butașilor de cartofi, care au avut un conținut mai mic de Mg, Na și Ca. Concentrația de potasiu a fost ridicată în toate fluxurile secundare în comparație cu martor. Agar conține 3 mg/100 g DM K, în timp ce concentrația de K în fluxul lateral a variat între 1070 și 9909 mg/100 g DM. Conținutul de macrominerale din amestecul de legume a fost semnificativ mai mare decât în grupul martor, dar conținutul de Na a fost semnificativ mai mic (88 vs. 111 mg/100 g DM). Concentrația de macrominerale în butași de cartofi a fost cea mai scăzută dintre toate fluxurile secundare. Conținutul de macrominerale din butași de cartofi a fost semnificativ mai scăzut decât în alte fluxuri secundare și control. Cu excepția faptului că conținutul de Mg a fost comparabil cu cel al grupului de control. Deși rădăcina de cicoare fermentată nu a avut cea mai mare concentrație de macrominerale, conținutul de cenușă al acestui flux lateral a fost cel mai mare dintre toate fluxurile laterale. Acest lucru se poate datora faptului că nu sunt purificate și pot conține concentrații mari de silice (nisip). Conținuturile de Na și Ca au fost comparabile cu cele ale amestecului de legume. Rădăcina de cicoare fermentată conținea cea mai mare concentrație de Na dintre toate fluxurile laterale. Cu excepția Na, frunzele horticole au avut cele mai mari concentrații de macrominerale dintre toate furajele umede. Concentrația de K (9909 mg/100 g SM) a fost de trei mii de ori mai mare decât martor (3 mg/100 g SM) și de 2,5 ori mai mare decât amestecul de legume (4057 mg/100 g SM). Conținutul de Ca a fost cel mai mare dintre toate fluxurile secundare (7276 mg/100 g SM), de 20 de ori mai mare decât martor (336 mg/100 g SM) și de 14 ori mai mare decât concentrația de Ca în rădăcinile de cicoare fermentate sau amestecul de legume (530 și 496 mg/100 g DM).
Deși au existat diferențe semnificative în compoziția macrominerală a dietelor (Tabelul 2), nu au fost găsite diferențe semnificative în compoziția macrominerală a viermilor de făină crescuți pe amestecuri de legume și diete de control.
Larvele hrănite cu firimituri de cartofi au avut concentrații semnificativ mai mici ale tuturor macromineralelor în comparație cu martorul, cu excepția Na, care a avut concentrații comparabile. În plus, hrănirea cu cartofi crocanți a provocat cea mai mare reducere a conținutului de macrominerale larvare în comparație cu celelalte fluxuri secundare. Acest lucru este în concordanță cu cenușa mai mică observată în formulările de viermi de făină din apropiere. Cu toate acestea, deși P și K au fost semnificativ mai mari în această dietă umedă decât celelalte fluxuri secundare și martor, compoziția larvelor nu a reflectat acest lucru. Concentrațiile scăzute de Ca și Mg găsite în biomasa viermilor de făină pot fi legate de concentrațiile scăzute de Ca și Mg prezente în dieta umedă în sine.
Hrănirea rădăcinilor fermentate de cicoare și a frunzelor de livadă a dus la niveluri semnificativ mai mari de calciu decât martorii. Frunzele de livadă au conținut cele mai ridicate niveluri de P, Mg, K și Ca dintre toate dietele umede, dar acest lucru nu s-a reflectat în biomasa viermilor de făină. Concentrațiile de Na au fost cele mai scăzute la aceste larve, în timp ce concentrațiile de Na au fost mai mari în frunzele de livadă decât în butașii de cartofi. Conținutul de Ca a crescut la larve (66 mg/100 g DM), dar concentrațiile de Ca nu au fost la fel de mari ca cele din biomasa viermilor de făină (79 mg/100 g SM) în testele cu rădăcini de cicoare fermentată, deși concentrația de Ca în culturile de frunze de livadă a fost de 14 ori mai mare decât în rădăcina de cicoare.
Pe baza compoziției de microelement a furajelor umede (Tabelul 3), compoziția minerală a amestecului de legume a fost similară cu cea a grupului martor, cu excepția faptului că concentrația de Mn a fost semnificativ mai mică. Concentrațiile tuturor microelementelor analizate au fost mai mici în bucăți de cartofi comparativ cu martorul și cu alte produse secundare. Rădăcina de cicoare fermentată conținea de aproape 100 de ori mai mult fier, de 4 ori mai mult cupru, de 2 ori mai mult zinc și aproximativ aceeași cantitate de mangan. Conținutul de zinc și mangan din frunzele culturilor de grădină a fost semnificativ mai mare decât în grupul de control.
Nu s-au găsit diferențe semnificative între conținutul de oligoelement al larvelor hrănite cu control, amestecul de legume și dietele cu resturile umede de cartofi. Cu toate acestea, conținuturile de Fe și Mn ale larvelor hrănite cu dieta de rădăcină de cicoare fermentată au fost semnificativ diferite de cele ale viermilor hrăniți în grupul martor. Creșterea conținutului de Fe se poate datora creșterii de o sută de ori a concentrației oligoelementelor din dieta umedă în sine. Cu toate acestea, deși nu a existat o diferență semnificativă în concentrațiile de Mn între rădăcinile de cicoare fermentate și grupul martor, nivelurile de Mn au crescut la larvele hrănite cu rădăcinile de cicoare fermentate. De asemenea, trebuie menționat că concentrația de Mn a fost mai mare (de 3 ori) în dieta cu frunze umede a dietei horticole în comparație cu martor, dar nu a existat o diferență semnificativă în compoziția biomasei viermilor de făină. Singura diferență între frunzele martor și cele horticole a fost conținutul de Cu, care a fost mai scăzut în frunze.
Tabelul 4 prezintă concentrațiile de metale grele găsite în substraturi. Concentrațiile maxime europene de Pb, Cd și Cr în furajele complete pentru animale au fost convertite în mg/100 g substanță uscată și adăugate la Tabelul 4 pentru a facilita compararea cu concentrațiile găsite în fluxurile secundare47.
Nu s-a detectat Pb în furajele umede martor, amestecurile de legume sau tărâțele de cartofi, în timp ce frunzele de grădină au conținut 0,002 mg Pb/100 g SM, iar rădăcinile de cicoare fermentate au conținut cea mai mare concentrație de 0,041 mg Pb/100 g SM. Concentrațiile de C în furajele martor și în frunzele de grădină au fost comparabile (0,023 și 0,021 mg/100 g SM), în timp ce au fost mai scăzute în amestecurile de legume și tărâțe de cartofi (0,004 și 0,007 mg/100 g SM). Comparativ cu celelalte substraturi, concentrația de Cr în rădăcinile de cicoare fermentată a fost semnificativ mai mare (0,135 mg/100 g SM) și de șase ori mai mare decât în furajul martor. Cd nu a fost detectat nici în fluxul de control, nici în oricare dintre fluxurile secundare utilizate.
S-au găsit niveluri semnificativ mai mari de Pb și Cr la larvele hrănite cu rădăcini de cicoare fermentate. Cu toate acestea, Cd nu a fost detectat la nicio larvă de viermi de făină.
A fost efectuată o analiză calitativă a acizilor grași din grăsimea brută pentru a determina dacă profilul de acizi grași al larvelor de viermi de făină ar putea fi influențat de diferitele componente ale fluxului lateral cu care au fost hrănite. Distribuția acestor acizi grași este prezentată în tabelul 5. Acizii grași sunt enumerați după numele lor comun și structura moleculară (denumită „Cx:y”, unde x corespunde numărului de atomi de carbon și y numărului de legături nesaturate). ).
Profilul de acizi grași al viermilor de făină hrăniți cu bucăți de cartofi a fost semnificativ modificat. Au conținut cantități semnificativ mai mari de acid miristic (C14:0), acid palmitic (C16:0), acid palmitoleic (C16:1) și acid oleic (C18:1). Concentrațiile de acid pentadecanoic (C15:0), acid linoleic (C18:2) și acid linolenic (C18:3) au fost semnificativ mai mici în comparație cu alți viermi de făină. În comparație cu alte profiluri de acizi grași, raportul dintre C18:1 și C18:2 a fost inversat în bucăți de cartofi. Viermii hrăniți cu frunze horticole au conținut cantități mai mari de acid pentadecanoic (C15:0) decât viermii hrăniți cu alte diete umede.
Acizii grași sunt împărțiți în acizi grași saturați (SFA), acizi grași mononesaturați (MUFA) și acizi grași polinesaturați (PUFA). Tabelul 5 prezintă concentrațiile acestor grupe de acizi grași. În general, profilurile de acizi grași ale viermilor de făină hrăniți cu deșeuri de cartofi au fost semnificativ diferite de cele ale controlului și ale altor fluxuri secundare. Pentru fiecare grup de acizi grași, viermii hrăniți cu chipsuri de cartofi au fost semnificativ diferiți de toate celelalte grupuri. Au conținut mai mult SFA și MUFA și mai puțin PUFA.
Nu au existat diferențe semnificative între rata de supraviețuire și greutatea totală a randamentului larvelor crescute pe diferite substraturi. Rata medie generală de supraviețuire a fost de 90%, iar greutatea medie totală a producției a fost de 974 de grame. Viermii de făină procesează cu succes subprodusele ca sursă de hrană umedă. Hrana umedă a viermilor de făină reprezintă mai mult de jumătate din greutatea totală a furajului (uscat + umed). Înlocuirea legumelor proaspete cu produse secundare agricole ca hrană umedă tradițională are beneficii economice și de mediu pentru creșterea viermilor de făină.
Tabelul 1 arată că compoziția biomasei larvelor de viermi de făină crescute în dieta martor a fost de aproximativ 72% umiditate, 5% cenușă, 19% lipide, 51% proteine, 8% chitină și 18% substanță uscată ca carbohidrați nefibroși. Acest lucru este comparabil cu valorile raportate în literatură.48,49 Cu toate acestea, alte componente pot fi găsite în literatură, adesea în funcție de metoda analitică utilizată. De exemplu, am folosit metoda Kjeldahl pentru a determina conținutul de proteine brute cu un raport N la P de 5,33, în timp ce alți cercetători folosesc raportul mai utilizat de 6,25 pentru probele de carne și furaje.50,51.
Adăugarea resturilor de cartofi (o dietă umedă bogată în carbohidrați) la dietă a dus la dublarea conținutului de grăsime al viermilor de făină. Conținutul de carbohidrați al cartofului ar fi de așteptat să fie format în principal din amidon, în timp ce agarul conține zaharuri (polizaharide)47,48. Această constatare este în contrast cu un alt studiu care a constatat că conținutul de grăsimi a scăzut atunci când viermii de făină au fost hrăniți cu o dietă suplimentată cu cartofi decojiți la abur, care erau săraci în proteine (10,7%) și bogati în amidon (49,8%)36. Când tescovină de măsline a fost adăugată în dietă, conținutul de proteine și carbohidrați al viermilor de făină se potrivea cu cel din dieta umedă, în timp ce conținutul de grăsimi a rămas neschimbat35. În schimb, alte studii au arătat că conținutul de proteine al larvelor crescute în fluxurile laterale suferă modificări fundamentale, la fel ca și conținutul de grăsime22,37.
Rădăcina de cicoare fermentată a crescut semnificativ conținutul de cenușă al larvelor de viermi de făină (Tabelul 1). Cercetările privind efectele produselor secundare asupra compoziției cenușii și mineralelor larvelor de viermi de făină sunt limitate. Majoritatea studiilor de hrănire cu produse secundare s-au concentrat pe conținutul de grăsimi și proteine al larvelor fără a analiza conținutul de cenușă21,35,36,38,39. Cu toate acestea, când a fost analizat conținutul de cenușă al larvelor hrănite cu produse secundare, s-a constatat o creștere a conținutului de cenușă. De exemplu, hrănirea viermilor cu deșeuri de grădină a crescut conținutul de cenușă de la 3,01% la 5,30%, iar adăugarea deșeurilor de pepene verde la dietă a crescut conținutul de cenușă de la 1,87% la 4,40%.
Deși toate sursele de hrană umedă au variat semnificativ în compoziția lor aproximativă (Tabelul 1), diferențele în compoziția biomasei larvelor de viermi de făină hrănite cu sursele de hrană umedă respective au fost minore. Doar larvele de viermi de făină hrănite cu bucăți de cartofi sau rădăcină de cicoare fermentată au prezentat modificări semnificative. O posibilă explicație pentru acest rezultat este că, pe lângă rădăcinile de cicoare, bucățile de cartofi au fost și parțial fermentate (pH 4,7, Tabelul 1), făcând amidonul/carbohidrații mai digerabili/disponibili larvelor de viermi de făină. Modul în care larvele de viermi de făină sintetizează lipidele din nutrienți, cum ar fi carbohidrații, este de mare interes și ar trebui explorat pe deplin în studiile viitoare. Un studiu anterior privind efectul pH-ului dietei umede asupra creșterii larvelor de viermi de făină a concluzionat că nu s-au observat diferențe semnificative atunci când se utilizează blocuri de agar cu diete umede pe un interval de pH de la 3 la 9. Acest lucru indică faptul că dietele umede fermentate pot fi folosite pentru a cultiva Tenebrio molitor53. . Similar cu Coudron și colab.53, experimentele de control au folosit blocuri de agar în dietele umede oferite deoarece erau deficitare în minerale și nutrienți. Studiul lor nu a examinat efectul surselor de dietă umedă mai diverse din punct de vedere nutrițional, cum ar fi legumele sau cartofii, asupra îmbunătățirii digestibilității sau biodisponibilității. Sunt necesare studii suplimentare asupra efectelor fermentației surselor de dietă umedă asupra larvelor de viermi de făină pentru a explora în continuare această teorie.
Distribuția minerală a biomasei de viermi de făină martor găsită în acest studiu (Tabelele 2 și 3) este comparabilă cu gama de macro și micronutrienți găsite în literatură48,54,55. Furnizarea viermilor de făină cu rădăcină de cicoare fermentată ca sursă de dietă umedă maximizează conținutul lor de minerale. Deși majoritatea macro și micronutrienților au fost mai mari în amestecurile de legume și frunzele de grădină (Tabelele 2 și 3), aceștia nu au afectat conținutul mineral al biomasei viermilor de făină în aceeași măsură ca rădăcinile de cicoare fermentate. O posibilă explicație este că nutrienții din frunzele alcaline de grădină sunt mai puțin biodisponibili decât cei din celelalte diete umede, mai acide (Tabelul 1). Studiile anterioare au hrănit larvele de viermi de făină cu paie de orez fermentate și au descoperit că s-au dezvoltat bine în acest flux lateral și au arătat, de asemenea, că pretratarea substratului prin fermentație a indus absorbția de nutrienți. 56 Utilizarea rădăcinilor fermentate de cicoare a crescut conținutul de Ca, Fe și Mn din biomasa viermilor de făină. Deși acest flux secundar conținea și concentrații mai mari de alte minerale (P, Mg, K, Na, Zn și Cu), aceste minerale nu au fost semnificativ mai abundente în biomasa viermilor de făină în comparație cu martor, indicând selectivitatea absorbției minerale. Creșterea conținutului acestor minerale în biomasa viermilor de făină are valoare nutritivă în scopuri alimentare și furajere. Calciul este un mineral esențial care joacă un rol vital în funcția neuromusculară și în multe procese mediate de enzime, cum ar fi coagularea sângelui, formarea oaselor și a dinților. 57,58 Deficitul de fier este o problemă comună în țările în curs de dezvoltare, copiii, femeile și persoanele în vârstă adesea nu primesc suficient fier din dieta lor. 54 Deși manganul este un element esențial în alimentația umană și joacă un rol central în funcționarea multor enzime, consumul excesiv poate fi toxic. Nivelurile mai ridicate de mangan la viermii hrăniți cu rădăcină de cicoare fermentată nu au fost de îngrijorare și au fost comparabile cu cele de la pui. 59
Concentrațiile de metale grele găsite în fluxul lateral au fost sub standardele europene pentru hrana completă pentru animale. Analiza metalelor grele a larvelor de viermi de făină a arătat că nivelurile de Pb și Cr au fost semnificativ mai mari la viermii de făină hrăniți cu rădăcină de cicoare fermentată decât în grupul martor și alte substraturi (Tabelul 4). Rădăcinile de cicoare cresc în sol și se știe că absorb metalele grele, în timp ce celelalte fluxuri secundare provin din producția controlată de hrană umană. Viermii hrăniți cu rădăcină de cicoare fermentată au conținut, de asemenea, niveluri mai mari de Pb și Cr (Tabelul 4). Factorii de bioacumulare (BAF) calculați au fost 2,66 pentru Pb și 1,14 pentru Cr, adică mai mari de 1, ceea ce indică faptul că viermii de făină au capacitatea de a acumula metale grele. În ceea ce privește Pb, UE stabilește un conținut maxim de Pb de 0,10 mg per kilogram de carne proaspătă pentru consum uman61. În evaluarea datelor noastre experimentale, concentrația maximă de Pb detectată la viermii din rădăcină de cicoare fermentată a fost de 0,11 mg/100 g DM. Când valoarea a fost convertită la un conținut de substanță uscată de 30,8% pentru acești viermi de făină, conținutul de Pb a fost de 0,034 mg/kg de materie proaspătă, care a fost sub nivelul maxim de 0,10 mg/kg. Nu este specificat un conținut maxim de Cr în reglementările alimentare europene. Cr se găsește în mod obișnuit în mediu, alimente și aditivi alimentari și este cunoscut a fi un nutrient esențial pentru oameni în cantități mici62,63,64. Aceste analize (Tabelul 4) indică faptul că larvele de T. molitor pot acumula metale grele atunci când metalele grele sunt prezente în dietă. Cu toate acestea, nivelurile de metale grele găsite în biomasa viermilor de făină în acest studiu sunt considerate sigure pentru consumul uman. Se recomandă monitorizarea regulată și atentă atunci când se utilizează fluxuri laterale care pot conține metale grele ca sursă de alimentare umedă pentru T. molitor.
Cei mai abundenți acizi grași din biomasa totală a larvelor de T. molitor au fost acidul palmitic (C16:0), acidul oleic (C18:1) și acidul linoleic (C18:2) (Tabelul 5), ceea ce este în concordanță cu studiile anterioare. pe T. molitor. Rezultatele din spectrul acizilor grași sunt consistente36,46,50,65. Profilul de acizi grași al T. molitor constă în general din cinci componente majore: acid oleic (C18:1), acid palmitic (C16:0), acid linoleic (C18:2), acid miristic (C14:0) și acid stearic (C18:0). Se spune că acidul oleic este cel mai abundent acid gras (30–60%) în larvele de viermi de făină, urmat de acidul palmitic și acidul linoleic22,35,38,39. Studiile anterioare au arătat că acest profil de acizi grași este influențat de dieta larvelor de viermi de făină, dar diferențele nu urmează aceleași tendințe ca și dieta38. În comparație cu alte profiluri de acizi grași, raportul C18:1–C18:2 în cojile de cartofi este inversat. Rezultate similare au fost obținute pentru modificările profilului de acizi grași la viermii de făină hrăniți cu cojile de cartofi aburite36. Aceste rezultate indică faptul că, deși profilul de acizi grași al uleiului de viermi de făină poate fi modificat, acesta rămâne totuși o sursă bogată de acizi grași nesaturați.
Scopul acestui studiu a fost de a evalua efectul utilizării a patru fluxuri diferite de deșeuri agroindustriale ca hrană umedă asupra compoziției viermilor de făină. Impactul a fost evaluat pe baza valorii nutritive a larvelor. Rezultatele au arătat că subprodusele au fost transformate cu succes în biomasă bogată în proteine (conținut de proteine 40,7-52,3%), care poate fi folosită ca sursă de hrană și hrană. În plus, studiul a arătat că utilizarea subproduselor ca hrană umedă afectează valoarea nutritivă a biomasei viermilor de făină. În special, furnizarea larvelor cu o concentrație mare de carbohidrați (ex. bucăți de cartofi) crește conținutul lor de grăsimi și modifică compoziția lor de acizi grași: conținut mai mic de acizi grași polinesaturați și conținut mai mare de acizi grași saturați și mononesaturați, dar nu și concentrații de acizi grași nesaturați . Acizii grasi (mononesaturati + polinesaturati) inca domina. Studiul a mai arătat că viermii de făină acumulează selectiv calciu, fier și mangan din fluxurile secundare bogate în minerale acide. Biodisponibilitatea mineralelor pare să joace un rol important și sunt necesare studii suplimentare pentru a înțelege pe deplin acest lucru. Metalele grele prezente în fluxurile laterale se pot acumula în viermii de făină. Cu toate acestea, concentrațiile finale de Pb, Cd și Cr în biomasa larvelor au fost sub nivelurile acceptabile, permițând acestor fluxuri laterale să fie utilizate în siguranță ca sursă de hrană umedă.
Larvele de viermi de făină au fost crescute de Radius (Giel, Belgia) și Inagro (Rumbeke-Beitem, Belgia) la Universitatea de Științe Aplicate Thomas More la 27 ° C și 60% umiditate relativă. Densitatea viermilor de făină crescuți într-un acvariu de 60 x 40 cm a fost de 4,17 viermi/cm2 (10.000 de viermi de făină). Larvele au fost inițial hrănite cu 2,1 kg de tărâțe de grâu ca hrană uscată per rezervor de creștere și apoi au fost suplimentate la nevoie. Blocurile de agar au fost utilizate ca tratament de control al alimentelor umede. Din săptămâna 4, fluxurile laterale (de asemenea, o sursă de umiditate) au fost alimentate ca hrană umedă în loc de agar ad libitum. Procentul de substanță uscată pentru fiecare flux lateral a fost predeterminat și înregistrat pentru a asigura cantități egale de umiditate pentru toate insectele pe parcursul tratamentelor. Mâncarea este distribuită uniform în terariu. Larvele sunt colectate atunci când apar primele pupe în grupul experimental. Recoltarea larvelor se face cu ajutorul unui agitator mecanic cu diametrul de 2 mm. Cu excepția experimentului cu cartofi tăiați. Porțiuni mari de cartofi uscati tăiați cubulețe sunt, de asemenea, separate, permițând larvelor să se târască prin această sită și colectându-le într-o tavă metalică. Greutatea totală a recoltei este determinată prin cântărirea greutății totale a recoltei. Supraviețuirea se calculează împărțind greutatea totală a recoltei la greutatea larvelor. Greutatea larvelor se determină prin selectarea a cel puțin 100 de larve și împărțirea greutății lor totale la număr. Larvele colectate sunt înfometate timp de 24 de ore pentru a-și goli intestinele înainte de analiză. În cele din urmă, larvele sunt cernute din nou pentru a le separa de restul. Ele sunt congelate-etanază și depozitate la -18°C până la analiză.
Furajele uscate au fost tărâțe de grâu (Belgian Molens Joye). Tărâțele de grâu au fost cernute în prealabil la o dimensiune a particulelor mai mică de 2 mm. Pe lângă hrana uscată, larvele de viermi de făină au nevoie și de hrană umedă pentru a menține umiditatea și suplimentele minerale necesare viermilor de făină. Furajele umede reprezintă mai mult de jumătate din furajul total (furaj uscat + furaj umed). În experimentele noastre, agar agar (Brouwland, Belgia, 25 g/l) a fost folosit ca hrană umedă martor45. După cum se arată în Figura 1, patru produse agricole secundare cu conținuturi diferite de nutrienți au fost testate ca hrană umedă pentru larvele de viermi de făină. Aceste produse secundare includ (a) frunze de la cultivarea castraveților (Inagro, Belgia), (b) tunsoare de cartofi (Duigny, Belgia), (c) rădăcini fermentate de cicoare (Inagro, Belgia) și (d) fructe și legume nevândute de la licitații . (Belorta, Belgia). Fluxul lateral este tăiat în bucăți potrivite pentru utilizare ca hrană umedă a viermilor de făină.
Subproduse agricole ca hrană umedă pentru viermi de făină; (a) frunze de grădină de la cultivarea castraveților, (b) butași de cartofi, (c) rădăcini de cicoare, (d) legume nevândute la licitație și (e) blocuri de agar. Ca controale.
Compoziția larvelor de hrană și viermi de făină a fost determinată de trei ori (n = 3). Au fost evaluate analiza rapidă, compoziția minerală, conținutul de metale grele și compoziția acizilor grași. O probă omogenizată de 250 g a fost prelevată din larvele colectate și înfometate, uscată la 60°C până la greutate constantă, măcinată (IKA, Tube Mill 100) și cernută printr-o sită de 1 mm. Probele uscate au fost sigilate în recipiente întunecate.
Conținutul de substanță uscată (MS) a fost determinat prin uscarea probelor într-un cuptor la 105°C timp de 24 de ore (Memmert, UF110). Procentul de substanță uscată a fost calculat pe baza pierderii în greutate a probei.
Conținutul de cenușă brută (CA) a fost determinat prin pierderea de masă după ardere într-un cuptor cu muflă (Nabertherm, L9/11/SKM) la 550°C timp de 4 ore.
Extracția conținutului de grăsime brută sau a dietileterului (EE) a fost efectuată cu eter de petrol (bp 40–60 °C) folosind echipamente de extracție Soxhlet. Aproximativ 10 g de probă au fost plasate în capul de extracție și acoperite cu vată ceramică pentru a preveni pierderea probei. Probele au fost extrase peste noapte cu 150 ml eter de petrol. Extractul a fost răcit, solventul organic a fost îndepărtat și recuperat prin evaporare rotativă (Büchi, R-300) la 300 mbar și 50 °C. Extractele brute lipidice sau eterice au fost răcite și cântărite pe o balanță analitică.
Conținutul de proteină brută (CP) a fost determinat prin analiza azotului prezent în probă folosind metoda Kjeldahl BN EN ISO 5983-1 (2005). Utilizați factorii N la P corespunzători pentru a calcula conținutul de proteine. Pentru furajele uscate standard (tărâțe de grâu) utilizați un factor total de 6,25. Pentru fluxul lateral se folosește un factor de 4,2366, iar pentru amestecurile de legume se folosește un factor de 4,3967. Conținutul de proteină brută al larvelor a fost calculat utilizând un factor N la P de 5,3351.
Conținutul de fibre a inclus determinarea fibrelor neutre de detergent (NDF) bazată pe protocolul de extracție Gerhardt (analiza manuală a fibrelor în pungi, Gerhardt, Germania) și metoda van Soest 68. Pentru determinarea NDF, o probă de 1 g a fost plasată într-o pungă specială de fibre (Gerhardt, pungă ADF/NDF) cu o căptușeală de sticlă. Pungile de fibre umplute cu probe au fost mai întâi degresate cu eter de petrol (punct de fierbere 40–60 °C) și apoi uscate la temperatura camerei. Proba degresată a fost extrasă cu o soluție de detergent cu fibre neutre care conține a-amilază stabilă la căldură la temperatura de fierbere timp de 1,5 ore. Probele au fost apoi spălate de trei ori cu apă deionizată clocotită și uscate la 105 °C peste noapte. Pungile uscate de fibre (conținând reziduuri de fibre) au fost cântărite folosind o balanță analitică (Sartorius, P224-1S) și apoi arse într-un cuptor cu mufă (Nabertherm, L9/11/SKM) la 550°C timp de 4 ore. Cenușa a fost cântărită din nou și conținutul de fibre a fost calculat pe baza pierderii în greutate între uscare și ardere a probei.
Pentru a determina conținutul de chitină al larvelor, am folosit un protocol modificat bazat pe analiza fibrelor brute de către van Soest 68 . O probă de 1 g a fost plasată într-o pungă specială de fibre (Gerhardt, CF Bag) și un sigiliu de sticlă. Probele au fost împachetate în pungi de fibre, degresate în eter de petrol (aproximativ 40–60 °C) și uscate la aer. Proba degresată a fost mai întâi extrasă cu o soluție acidă de acid sulfuric 0,13 M la temperatura de fierbere timp de 30 min. Punga de fibre de extracție care conține proba a fost spălată de trei ori cu apă deionizată clocotită și apoi extrasă cu soluție de hidroxid de potasiu 0,23 M timp de 2 ore. Punga de fibre de extracție care conține proba a fost din nou clătită de trei ori cu apă deionizată clocotită și uscată la 105°C peste noapte. Punga uscată care conține reziduul de fibre a fost cântărită pe o balanță analitică și incinerată într-un cuptor cu muflă la 550°C timp de 4 ore. Cenușa a fost cântărită și conținutul de fibre a fost calculat pe baza pierderii în greutate a probei incinerate.
Conținutul total de carbohidrați a fost calculat. Concentrația de carbohidrați nefibroși (NFC) în furaj a fost calculată utilizând analiza NDF, iar concentrația de insecte a fost calculată utilizând analiza chitinei.
pH-ul matricei a fost determinat după extracția cu apă deionizată (1:5 v/v) conform NBN EN 15933.
Probele au fost preparate așa cum este descris de Broeckx și colab. Profilurile minerale au fost determinate folosind ICP-OES (Optima 4300™ DV ICP-OES, Perkin Elmer, MA, SUA).
Metalele grele Cd, Cr și Pb au fost analizate prin spectrometrie de absorbție atomică în cuptor de grafit (AAS) (Thermo Scientific, seria ICE 3000, echipată cu un autosampler pentru cuptor GFS). Aproximativ 200 mg de probă au fost digerate în HNO3/HCl acid (1:3 v/v) folosind microunde (CEM, MARS 5). Digestia cu microunde a fost efectuată la 190°C timp de 25 min la 600 W. Se diluează extractul cu apă ultrapură.
Acizii grași au fost determinați prin GC-MS (Agilent Technologies, sistem GC 7820A cu detector 5977 E MSD). Conform metodei lui Joseph și Akman70, s-a adăugat soluție 20% BF3/MeOH la o soluție metanolică de KOH și s-a obținut esterul metilic al acidului gras (FAME) din extractul eteric după esterificare. Acizii grași pot fi identificați prin compararea timpilor lor de retenție cu 37 de standarde de amestec FAME (Chemical Lab) sau prin compararea spectrelor MS cu bibliotecile online, cum ar fi baza de date NIST. Analiza calitativă se realizează prin calcularea zonei vârfului ca procent din suprafața totală a vârfului cromatogramei.
Analiza datelor a fost efectuată folosind software-ul JMP Pro 15.1.1 de la SAS (Buckinghamshire, Marea Britanie). Evaluarea a fost efectuată utilizând analiza unidirecțională a varianței cu un nivel de semnificație de 0,05 și HSD Tukey ca test post-hoc.
Factorul de bioacumulare (BAF) a fost calculat prin împărțirea concentrației de metale grele din biomasa larvelor de viermi de făină (MS) la concentrația din hrana umedă (MS) 43 . Un BAF mai mare de 1 indică faptul că metalele grele se bioacumulează din hrana umedă a larvelor.
Seturile de date generate și/sau analizate în timpul studiului curent sunt disponibile de la autorul corespunzător, la cerere rezonabilă.
Departamentul Națiunilor Unite pentru Afaceri Economice și Sociale, Divizia Populație. Perspectivele populației mondiale 2019: Repere (ST/ESA/SER.A/423) (2019).
Cole, MB, Augustine, MA, Robertson, MJ și Manners, JM, Știința siguranței alimentelor. NPJ Sci. Food 2018, 2. https://doi.org/10.1038/s41538-018-0021-9 (2018).
Ora postării: 25-dec-2024