Благодарим вас за посещение Nature.com. Версия браузера, которую вы используете, имеет ограниченную поддержку CSS. Для достижения наилучших результатов мы рекомендуем использовать более новую версию браузера (или отключить режим совместимости в Internet Explorer). А пока, чтобы обеспечить постоянную поддержку, мы будем отображать сайт без стилей и JavaScript.
Разведение насекомых является потенциальным способом удовлетворения растущего глобального спроса на белок и новым видом деятельности в западном мире, где остается много вопросов относительно качества и безопасности продукции. Насекомые могут играть важную роль в экономике замкнутого цикла, превращая биологические отходы в ценную биомассу. Около половины кормового субстрата для мучных червей приходится на влажные корма. Его можно получить из биологических отходов, что сделает разведение насекомых более устойчивым. В данной статье сообщается о питательном составе мучных червей (Tenebrio molitor), которых кормили органическими добавками из побочных продуктов. К ним относятся непроданные овощи, ломтики картофеля, ферментированные корни цикория и садовые листья. Его оценивают путем анализа приблизительного состава, профиля жирных кислот, содержания минералов и тяжелых металлов. Мучные черви, которых кормили ломтиками картофеля, имели двойное содержание жира и повышенное содержание насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот. Употребление ферментированного корня цикория увеличивает содержание минералов и накапливает тяжелые металлы. Кроме того, поглощение минеральных веществ мучным червем избирательно, поскольку повышаются только концентрации кальция, железа и марганца. Добавление в рацион овощных смесей или садовых листьев существенно не изменит профиль питания. В заключение следует отметить, что поток побочных продуктов был успешно преобразован в богатую белком биомассу, содержание питательных веществ и биодоступность которой повлияли на состав мучных червей.
Ожидается, что к 2050 году растущее население Земли достигнет 9,7 миллиардов человек1,2 что окажет давление на наше производство продуктов питания, чтобы справиться с высоким спросом на продукты питания. По оценкам, спрос на продовольствие увеличится на 70-80% в период с 2012 по 2050 год3,4,5. Природные ресурсы, используемые в нынешнем производстве продуктов питания, истощаются, создавая угрозу нашим экосистемам и запасам продовольствия. Кроме того, большие объемы биомассы тратятся впустую при производстве и потреблении продуктов питания. Предполагается, что к 2050 году годовой объем отходов в мире достигнет 27 миллиардов тонн, большую часть которых составляют биологические отходы6,7,8. В ответ на эти проблемы были предложены инновационные решения, продовольственные альтернативы и устойчивое развитие сельского хозяйства и продовольственных систем9,10,11. Одним из таких подходов является использование органических отходов для производства сырья, такого как съедобные насекомые, в качестве устойчивых источников продовольствия и кормов12,13. Выращивание насекомых дает меньшие выбросы парниковых газов и аммиака, требует меньше воды, чем традиционные источники белка, и может производиться в системах вертикального земледелия, требующих меньше места14,15,16,17,18,19. Исследования показали, что насекомые способны превращать малоценные биологические отходы в ценную, богатую белком биомассу с содержанием сухого вещества до 70%20,21,22. Более того, низкоценная биомасса в настоящее время используется для производства энергии, захоронения отходов или переработки и, следовательно, не конкурирует с нынешним сектором продуктов питания и кормов23,24,25,26. Мучный червь (T. molitor)27 считается одним из наиболее перспективных видов для крупномасштабного производства продуктов питания и кормов. И личинки, и взрослые особи питаются различными материалами, такими как зерновые продукты, отходы животноводства, овощи, фрукты и т. д. 28,29. В западных обществах T. molitor разводят в неволе в небольших масштабах, главным образом в качестве корма для домашних животных, таких как птицы или рептилии. В настоящее время их потенциалу в производстве продуктов питания и кормов уделяется больше внимания30,31,32. Например, T. molitor был одобрен с новым пищевым профилем, включая использование в замороженной, сушеной и порошкообразной форме (Регламент (ЕС) № 258/97 и Регламент (ЕС) 2015/2283) 33. Однако крупномасштабное производство использование насекомых для производства продуктов питания и кормов все еще остается относительно новой концепцией в западных странах. Промышленность сталкивается с такими проблемами, как пробелы в знаниях относительно оптимальных рационов и производства, питательных качеств конечного продукта, а также проблем безопасности, таких как накопление токсичных веществ и микробная опасность. В отличие от традиционного животноводства, разведение насекомых не имеет аналогичного исторического опыта17,24,25,34.
Хотя было проведено множество исследований пищевой ценности мучных червей, факторы, влияющие на их пищевую ценность, еще не до конца изучены. Предыдущие исследования показали, что рацион насекомых может оказывать некоторое влияние на его состав, но четкой закономерности обнаружено не было. Кроме того, эти исследования были сосредоточены на белковых и липидных компонентах мучных червей, но имели ограниченное влияние на минеральные компоненты21,22,32,35,36,37,38,39,40. Чтобы понять способность усваивания минералов, необходимы дополнительные исследования. Недавнее исследование пришло к выводу, что личинки мучных червей, которых кормили редисом, имели слегка повышенную концентрацию определенных минералов. Однако эти результаты ограничены протестированным субстратом, и необходимы дальнейшие промышленные испытания41. Сообщалось, что накопление тяжелых металлов (Cd, Pb, Ni, As, Hg) у мучных червей в значительной степени коррелирует с содержанием металлов в матриксе. Хотя концентрации металлов, обнаруженных в рационе животных в кормах, ниже допустимых пределов42, также было обнаружено, что мышьяк биоаккумулируется в личинках мучных червей, тогда как кадмий и свинец не биоаккумулируются43. Понимание влияния диеты на пищевой состав мучных червей имеет решающее значение для их безопасного использования в пищевых продуктах и кормах.
Исследование, представленное в этой статье, посвящено влиянию использования побочных продуктов сельского хозяйства в качестве источника влажного корма на питательный состав мучных червей. Помимо сухих кормов личинкам следует давать и влажные корма. Источник влажного корма обеспечивает необходимую влажность, а также служит пищевой добавкой для мучных червей, увеличивая скорость роста и максимальную массу тела44,45. Согласно нашим стандартным данным по выращиванию мучных червей в проекте Interreg-Valusect, общий корм для мучных червей содержит 57% влажных кормов. Обычно свежие овощи (например, морковь) используются в качестве источника влажного корма35,36,42,44,46. Использование низкоценных побочных продуктов в качестве источников влажного корма принесет более устойчивые и экономические выгоды выращиванию насекомых17. Задачи этого исследования заключались в том, чтобы (1) изучить влияние использования биологических отходов в качестве влажного корма на питательный состав мучных червей, (2) определить содержание макро- и микроэлементов в личинках мучных червей, выращенных на богатых минералами биологических отходах, чтобы проверить осуществимость этого исследования. обогащение минералов и (3) оценить безопасность этих побочных продуктов при разведении насекомых путем анализа присутствия и накопления тяжелых металлов Pb, Cd и Cr. Это исследование предоставит дополнительную информацию о влиянии добавок биологических отходов на рацион личинок мучных червей, пищевую ценность и безопасность.
Содержание сухого вещества в боковом потоке было выше по сравнению с контрольным влажным питательным агаром. Содержание сухого вещества в овощных смесях и огородных листьях составляло менее 10 %, тогда как в черенках картофеля и ферментированных корнях цикория оно было выше (13,4 и 29,9 г/100 г свежего вещества, ФМ).
Овощная смесь имела более высокое содержание сырой золы, жира и белка и более низкое содержание неволокнистых углеводов, чем контрольный корм (агар), тогда как содержание обработанной амилазой нейтральной детергентной клетчатки было аналогичным. Содержание углеводов в ломтиках картофеля было самым высоким среди всех побочных потоков и было сопоставимо с содержанием углеводов в агаре. В целом, его сырой состав был наиболее похож на контрольный корм, но с добавлением небольшого количества белка (4,9%) и сырой золы (2,9%) 47,48 . pH картофеля колеблется от 5 до 6, и стоит отметить, что этот боковой поток картофеля более кислый (4,7). Ферментированный корень цикория богат золой и является самым кислым из всех побочных потоков. Поскольку корни не очищались, ожидается, что большая часть золы будет состоять из песка (кремнезема). Листья сада были единственным щелочным продуктом по сравнению с контролем и другими побочными потоками. Он содержит высокий уровень золы и белка и гораздо меньше углеводов, чем контрольный образец. Сырой состав наиболее близок к ферментированному корню цикория, но концентрация сырого белка выше (15,0%), что сопоставимо с содержанием белка в овощной смеси. Статистический анализ приведенных выше данных показал существенные различия в составе сырой нефти и pH боковых потоков.
Добавление в корм мучных червей овощных смесей или садовых листьев не повлияло на состав биомассы личинок мучных червей по сравнению с контрольной группой (табл. 1). Добавление черенков картофеля привело к наиболее значимой разнице в составе биомассы по сравнению с контрольной группой, получавшей личинки мучного червя и другие источники влажных кормов. Что касается белковости мучных червей, за исключением картофельных черенков, то различный примерный состав боковых потоков не повлиял на содержание белка личинок. Скармливание картофельных черенков как источника влаги привело к двукратному увеличению жирности личинок и снижению содержания белка, хитина и неволокнистых углеводов. Ферментированный корень цикория повышал зольность личинок мучного червя в полтора раза.
Минеральный профиль выражали в виде содержания макроминералов (Таблица 2) и микроэлементов (Таблица 3) во влажном корме и биомассе личинок мучных червей.
В целом сельскохозяйственные боковые водотоки были богаче макроминералами по сравнению с контрольной группой, за исключением обрезков картофеля, в которых содержание Mg, Na и Ca было ниже. Концентрация калия была высокой во всех побочных потоках по сравнению с контролем. Агар содержит 3 мг/100 г СВ К, при этом концентрация К в боковом потоке колебалась от 1070 до 9909 мг/100 г СВ. Содержание макроминеральных веществ в овощной смеси было достоверно выше, чем в контрольной группе, но содержание Na было достоверно ниже (88 против 111 мг/100 г СВ). Концентрация макроминералов в черенках картофеля была самой низкой из всех боковых потоков. Содержание макроминералов в черенках картофеля было значительно ниже, чем в других отводах и контроле. За исключением того, что содержание Mg было сопоставимо с контрольной группой. Хотя ферментированный корень цикория не имел самой высокой концентрации макроминералов, зольность этого побочного потока была самой высокой из всех побочных потоков. Это может быть связано с тем, что они не проходят очистку и могут содержать высокие концентрации кремнезема (песка). Содержание Na и Ca было сопоставимо с содержанием растительной смеси. Ферментированный корень цикория содержал самую высокую концентрацию Na из всех побочных потоков. За исключением Na, листья садовых растений имели самые высокие концентрации макроминералов среди всех влажных кормов. Концентрация К (9909 мг/100 г СВ) была в три тысячи раз выше контроля (3 мг/100 г СВ) и в 2,5 раза выше, чем в овощной смеси (4057 мг/100 г СВ). Содержание Са было самым высоким из всех побочных потоков (7276 мг/100 г СВ), в 20 раз превышало контроль (336 мг/100 г СВ) и в 14 раз превышало концентрацию Са в ферментированных корнях цикория или овощной смеси ( 530 и 496 мг/100 г СВ).
Хотя в макроминеральном составе рационов имелись существенные различия (табл. 2), в макроминеральном составе мучных червей, выращенных на овощных смесях, и контрольных рационах существенных различий не обнаружено.
Личинки, питавшиеся картофельной крошкой, имели достоверно более низкие концентрации всех макроминералов по сравнению с контролем, за исключением Na, содержание которого было сопоставимо. Кроме того, скармливание картофельных чипсов вызвало наибольшее снижение содержания макроминеральных веществ в личинках по сравнению с другими побочными потоками. Это согласуется с более низким содержанием золы, наблюдаемым в близлежащих рецептурах мучного червя. Однако, хотя P и K были значительно выше в этом влажном рационе, чем в других побочных почках и в контроле, личиночный состав этого не отражал. Низкие концентрации Ca и Mg, обнаруженные в биомассе мучных червей, могут быть связаны с низкими концентрациями Ca и Mg, присутствующими в самом влажном рационе.
Кормление ферментированными корнями цикория и листьями сада привело к значительно более высокому уровню кальция, чем у контрольной группы. Листья фруктового сада содержали самые высокие уровни P, Mg, K и Ca среди всех влажных рационов, но это не отразилось на биомассе мучных червей. Концентрация Na была самой низкой у этих личинок, тогда как концентрация Na была выше в листьях сада, чем в черенках картофеля. Содержание Са увеличивалось в личинках (66 мг/100 г СВ), но концентрации Са были не такими высокими, как в биомассе мучного червя (79 мг/100 г СВ) в экспериментах с ферментированным корнем цикория, хотя концентрация Са в листовых культурах сада была в 14 раз выше, чем в корне цикория.
По микроэлементному составу влажных кормов (табл. 3) минеральный состав овощной смеси был аналогичен контрольной группе, за исключением того, что концентрация Mn была значительно ниже. Концентрация всех анализируемых микроэлементов была ниже в отрубах картофеля по сравнению с контролем и другими побочными продуктами. Ферментированный корень цикория содержал почти в 100 раз больше железа, в 4 раза больше меди, в 2 раза больше цинка и примерно столько же марганца. Содержание цинка и марганца в листьях огородных культур было достоверно выше, чем в контрольной группе.
Между содержанием микроэлементов у личинок, получавших контрольный рацион, овощную смесь и влажные картофельные отходы, достоверных различий не обнаружено. Однако содержание Fe и Mn у личинок, получавших диету из ферментированного корня цикория, значительно отличалось от содержания мучных червей, которых кормили контрольной группой. Увеличение содержания Fe может быть связано с стократным увеличением концентрации микроэлемента в самом влажном рационе. Однако, хотя существенной разницы в концентрациях Mn между ферментированными корнями цикория и контрольной группой не было, уровни Mn увеличились у личинок, которых кормили ферментированными корнями цикория. Следует также отметить, что концентрация Mn была выше (в 3 раза) во влажно-листовом рационе садоводства по сравнению с контролем, однако существенной разницы в составе биомассы мучных червей не было. Единственная разница между контрольными и садовыми листьями заключалась в содержании Cu, которое в листьях было ниже.
В таблице 4 приведены концентрации тяжелых металлов, обнаруженных в субстратах. Европейские максимальные концентрации Pb, Cd и Cr в полноценных кормах для животных были преобразованы в мг/100 г сухого вещества и добавлены в Таблицу 4 для облегчения сравнения с концентрациями, обнаруженными в побочных потоках47.
В контрольных влажных кормах, овощных смесях и картофельных отрубях Pb не был обнаружен, тогда как в садовых листьях содержалось 0,002 мг Pb/100 г СВ, а в ферментированных корнях цикория - наибольшая концентрация – 0,041 мг Pb/100 г СВ. Концентрации С в контрольных кормах и листьях огорода были сопоставимы (0,023 и 0,021 мг/100 г СВ), а в овощных смесях и картофельных отрубях они были ниже (0,004 и 0,007 мг/100 г СВ). По сравнению с другими субстратами концентрация Cr в ферментированных корнях цикория была достоверно выше (0,135 мг/100 г СВ) и в шесть раз выше, чем в контрольном корме. Cd не был обнаружен ни в потоке управления, ни в каком-либо из используемых побочных потоков.
Значительно более высокие уровни Pb и Cr были обнаружены у личинок, которых кормили ферментированными корнями цикория. Однако ни в одной личинке мучного червя Cd не был обнаружен.
Качественный анализ жирных кислот в сыром жире был проведен для того, чтобы определить, могут ли на профиль жирных кислот личинок мучных червей влиять различные компоненты бокового потока, которым они питались. Распределение этих жирных кислот показано в Таблице 5. Жирные кислоты перечислены по их общему названию и молекулярной структуре (обозначенной как «Cx:y», где x соответствует числу атомов углерода, а y — числу ненасыщенных связей). ).
Профиль жирных кислот мучных червей, которых кормили кусочками картофеля, значительно изменился. Они содержали значительно большее количество миристиновой кислоты (С14:0), пальмитиновой кислоты (С16:0), пальмитолеиновой кислоты (С16:1) и олеиновой кислоты (С18:1). Концентрации пентадекановой кислоты (C15:0), линолевой кислоты (C18:2) и линоленовой кислоты (C18:3) были значительно ниже по сравнению с другими мучными червями. По сравнению с другими профилями жирных кислот, соотношение C18:1 к C18:2 в картофельных клочках было обратным. Мучные черви, которых кормили садовыми листьями, содержали большее количество пентадекановой кислоты (C15:0), чем мучные черви, которых кормили другими влажными диетами.
Жирные кислоты делятся на насыщенные жирные кислоты (НЖК), мононенасыщенные жирные кислоты (МНЖК) и полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК). В таблице 5 показаны концентрации этих групп жирных кислот. В целом, профили жирных кислот мучных червей, которых кормили картофельными отходами, значительно отличались от контрольных и других побочных потоков. Для каждой группы жирных кислот мучные черви, которых кормили картофельными чипсами, значительно отличались от всех других групп. Они содержали больше НЖК и МНЖК и меньше ПНЖК.
Достоверных различий между выживаемостью и общей массой выхода личинок, выращенных на разных субстратах, не выявлено. Общая средняя выживаемость составила 90%, а общий средний вес выхода составил 974 грамма. Мучные черви успешно перерабатывают побочные продукты в качестве источника влажного корма. Влажные корма мучного червя составляют более половины от общей массы корма (сухой + влажный). Замена свежих овощей сельскохозяйственными побочными продуктами в качестве традиционных влажных кормов имеет экономические и экологические преимущества для выращивания мучных червей.
Из таблицы 1 видно, что состав биомассы личинок мучных червей, выращенных на контрольном рационе, составлял примерно 72 % влаги, 5 % золы, 19 % липидов, 51 % белка, 8 % хитина и 18 % сухого вещества в виде неволокнистых углеводов. Это сопоставимо со значениями, указанными в литературе.48,49 Однако в литературе можно найти и другие компоненты, часто в зависимости от используемого аналитического метода. Например, мы использовали метод Кьельдаля для определения содержания сырого белка с отношением N к P 5,33, тогда как другие исследователи используют более широко используемое соотношение 6,25 для образцов мяса и кормов.50,51
Добавление в рацион картофельных отходов (богатая углеводами влажная диета) привело к удвоению содержания жира в мучных червях. Ожидается, что содержание углеводов в картофеле будет состоять в основном из крахмала, тогда как агар содержит сахара (полисахариды)47,48. Эти данные противоречат данным другого исследования, которое показало, что содержание жира уменьшалось, когда мучных червей кормили диетой, дополненной очищенным паром картофелем с низким содержанием белка (10,7%) и высоким содержанием крахмала (49,8%)36. Когда в рацион были добавлены оливковые выжимки, содержание белков и углеводов в мучных червях соответствовало содержанию влажного рациона, в то время как содержание жиров оставалось неизменным35. Напротив, другие исследования показали, что содержание белка у личинок, выращенных в боковых ручьях, претерпевает фундаментальные изменения, как и содержание жира22,37.
Ферментированный корень цикория существенно повышал зольность личинок мучного червя (табл. 1). Исследования влияния побочных продуктов на золу и минеральный состав личинок мучных червей ограничены. Большинство исследований по кормлению побочными продуктами были сосредоточены на содержании жира и белка в личинках без анализа зольности21,35,36,38,39. Однако при анализе зольности личинок, питающихся побочными продуктами, было обнаружено увеличение зольности. Например, скармливание мучным червям садовых отходов увеличивало их зольность с 3,01% до 5,30%, а добавление в рацион арбузных отходов увеличивало зольность с 1,87% до 4,40%.
Хотя все источники влажного корма значительно различались по своему примерному составу (табл. 1), различия в составе биомассы личинок мучных червей, питавшихся соответствующими источниками влажного корма, были незначительными. Только личинки мучных червей, которых кормили кусочками картофеля или ферментированным корнем цикория, показали значительные изменения. Одним из возможных объяснений этого результата является то, что в дополнение к корням цикория кусочки картофеля также были частично ферментированы (pH 4,7, таблица 1), что делало крахмал/углеводы более усвояемыми/доступными для личинок мучного червя. То, как личинки мучных червей синтезируют липиды из питательных веществ, таких как углеводы, представляет большой интерес и должно быть полностью изучено в будущих исследованиях. Предыдущее исследование влияния pH влажной диеты на рост личинок мучных червей пришло к выводу, что при использовании блоков агара с влажными диетами в диапазоне pH от 3 до 9 существенных различий не наблюдалось. Это указывает на то, что ферментированные влажные диеты можно использовать для культивирования Тенебрио молитор53. Подобно Coudron et al.53, в контрольных экспериментах во влажных рационах использовались блоки агара, поскольку в них было недостаточно минералов и питательных веществ. В их исследовании не изучалось влияние более разнообразных по питательной ценности источников влажной диеты, таких как овощи или картофель, на улучшение усвояемости или биодоступности. Для дальнейшего изучения этой теории необходимы дальнейшие исследования влияния ферментации источников влажного рациона на личинки мучных червей.
Минеральное распределение биомассы контрольных мучных червей, обнаруженное в этом исследовании (таблицы 2 и 3), сопоставимо с диапазоном макро- и микроэлементов, обнаруженным в литературе48,54,55. Предоставление мучным червям ферментированного корня цикория в качестве источника влажной диеты максимизирует содержание в них минералов. Хотя большинство макро- и микроэлементов было выше в овощных смесях и огородных листьях (табл. 2 и 3), они не влияли на минеральный состав биомассы мучных червей в такой степени, как ферментированные корни цикория. Одно из возможных объяснений заключается в том, что питательные вещества в щелочных садовых листьях менее биодоступны, чем в других, более кислых влажных диетах (Таблица 1). Предыдущие исследования скармливали личинкам мучных червей ферментированную рисовую солому и обнаружили, что они хорошо развиваются в этом боковом потоке, а также показали, что предварительная обработка субстрата путем ферментации вызывает поглощение питательных веществ. 56 Использование ферментированных корней цикория увеличило содержание Ca, Fe и Mn в биомассе мучных червей. Хотя этот боковой поток также содержал более высокие концентрации других минералов (P, Mg, K, Na, Zn и Cu), эти минералы не были значительно более распространены в биомассе мучных червей по сравнению с контролем, что указывает на селективность поглощения минералов. Увеличение содержания этих минеральных веществ в биомассе мучного червя имеет пищевую ценность для пищевых и кормовых целей. Кальций является важным минералом, который играет решающую роль в нервно-мышечной функции и многих ферментативно-опосредованных процессах, таких как свертывание крови, формирование костей и зубов. 57,58 Дефицит железа является распространенной проблемой в развивающихся странах: дети, женщины и пожилые люди часто не получают достаточного количества железа из своего рациона. 54 Хотя марганец является важным элементом в рационе человека и играет центральную роль в функционировании многих ферментов, его чрезмерное потребление может быть токсичным. Более высокие уровни марганца у мучных червей, которых кормили ферментированным корнем цикория, не вызывали беспокойства и были сопоставимы с таковыми у кур. 59
Концентрация тяжелых металлов, обнаруженных в побочном потоке, была ниже европейских стандартов для полноценных кормов для животных. Анализ тяжелых металлов личинок мучных червей показал, что уровни Pb и Cr были значительно выше у мучных червей, которых кормили ферментированным корнем цикория, чем в контрольной группе и других субстратах (таблица 4). Корни цикория растут в почве и, как известно, поглощают тяжелые металлы, в то время как другие побочные потоки возникают в результате контролируемого производства продуктов питания человеком. Мучные черви, которых кормили ферментированным корнем цикория, также содержали более высокие уровни Pb и Cr (таблица 4). Рассчитанные коэффициенты биоаккумуляции (BAF) составили 2,66 для Pb и 1,14 для Cr, т.е. больше 1, что указывает на способность мучных червей накапливать тяжелые металлы. Что касается Pb, ЕС устанавливает максимальное содержание Pb в размере 0,10 мг на килограмм свежего мяса для потребления человеком61. При оценке экспериментальных данных максимальная концентрация Pb, обнаруженная в ферментированных мучных червях корня цикория, составила 0,11 мг/100 г СВ. При пересчете значения на содержание сухого вещества 30,8% для этих мучных червей содержание Pb составило 0,034 мг/кг свежего вещества, что было ниже максимального уровня 0,10 мг/кг. В европейских правилах по продуктам питания не указано максимальное содержание Cr. Хром обычно встречается в окружающей среде, пищевых продуктах и пищевых добавках и, как известно, в небольших количествах является важным питательным веществом для человека62,63,64. Эти анализы (табл. 4) показывают, что личинки T. molitor могут накапливать тяжелые металлы, когда тяжелые металлы присутствуют в рационе. Однако уровни тяжелых металлов, обнаруженные в биомассе мучных червей в этом исследовании, считаются безопасными для потребления человеком. Рекомендуется регулярный и тщательный мониторинг при использовании побочных потоков, которые могут содержать тяжелые металлы, в качестве источника влажного корма для T. molitor.
Наиболее распространенными жирными кислотами в общей биомассе личинок T. molitor были пальмитиновая кислота (С16:0), олеиновая кислота (С18:1) и линолевая кислота (С18:2) (табл. 5), что согласуется с предыдущими исследованиями. на Т. молитор. Результаты спектра жирных кислот согласуются36,46,50,65. Профиль жирных кислот T. molitor обычно состоит из пяти основных компонентов: олеиновой кислоты (C18:1), пальмитиновой кислоты (C16:0), линолевой кислоты (C18:2), миристиновой кислоты (C14:0) и стеариновой кислоты. (С18:0). Сообщается, что олеиновая кислота является наиболее распространенной жирной кислотой (30–60%) в личинках мучных червей, за ней следуют пальмитиновая кислота и линолевая кислота22,35,38,39. Предыдущие исследования показали, что на этот профиль жирных кислот влияет рацион личинок мучных червей, но различия не следуют тем же тенденциям, что и рацион38. По сравнению с другими профилями жирных кислот соотношение C18:1–C18:2 в картофельных очистках обратное. Аналогичные результаты были получены для изменений в профиле жирных кислот мучных червей, которых кормили приготовленными на пару картофельными очистками36. Эти результаты показывают, что, хотя профиль жирных кислот масла мучного червя может быть изменен, оно по-прежнему остается богатым источником ненасыщенных жирных кислот.
Целью данного исследования было оценить влияние использования четырех различных потоков агропромышленных биологических отходов в качестве влажного корма на состав мучных червей. Воздействие оценивалось на основе пищевой ценности личинок. Результаты показали, что побочные продукты успешно превращаются в богатую белком биомассу (содержание белка 40,7-52,3%), которую можно использовать в качестве источника пищи и корма. Кроме того, исследование показало, что использование побочных продуктов в качестве влажных кормов влияет на пищевую ценность биомассы мучных червей. В частности, обеспечение личинок высокой концентрацией углеводов (например, кусочками картофеля) увеличивает их жирность и изменяет их жирнокислотный состав: меньшее содержание полиненасыщенных жирных кислот и более высокое содержание насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот, но не концентрации ненасыщенных жирных кислот. . Жирные кислоты (мононенасыщенные + полиненасыщенные) по-прежнему доминируют. Исследование также показало, что мучные черви избирательно накапливают кальций, железо и марганец из боковых ручьев, богатых кислыми минералами. Биодоступность минералов, по-видимому, играет важную роль, и для полного понимания этого необходимы дальнейшие исследования. Тяжелые металлы, присутствующие в боковых потоках, могут накапливаться в мучных червях. Однако конечные концентрации Pb, Cd и Cr в биомассе личинок были ниже приемлемых уровней, что позволяло безопасно использовать эти побочные потоки в качестве источника влажного корма.
Личинки мучного червя были выращены компаниями Radius (Giel, Бельгия) и Inagro (Rumbeke-Beitem, Бельгия) в Университете прикладных наук Томаса Мора при 27 °C и относительной влажности 60%. Плотность мучных червей, выращенных в аквариуме размером 60 х 40 см, составила 4,17 червей/см2 (10 000 мучных червей). Первоначально личинкам давали 2,1 кг пшеничных отрубей в виде сухого корма на резервуар для выращивания, а затем добавляли их по мере необходимости. Используйте блоки агара в качестве контрольной обработки влажной пищи. Начиная с 4-й недели, начните кормить боковые потоки (также источник влаги) в виде влажного корма вместо агара ad libitum. Процент сухого вещества для каждого бокового потока был заранее определен и записан, чтобы обеспечить одинаковое количество влаги для всех насекомых во время обработки. Корм распределяется равномерно по всему террариуму. Личинки собирают при появлении первых куколок в опытной группе. Сбор личинок проводят с помощью механического шейкера диаметром 2 мм. За исключением эксперимента с нарезанным кубиками картофелем. Большие порции нарезанного кубиками сушеного картофеля также отделяют, позволяя личинкам проползать через эту сетку и собирая их в металлические лотки. Общий вес урожая определяют путем взвешивания общего веса урожая. Выживаемость рассчитывается путем деления общего веса урожая на вес личинок. Массу личинок определяют путем отбора не менее 100 личинок и деления их общей массы на количество. Собранных личинок морят голодом в течение 24 часов, чтобы опорожнить кишечник перед анализом. Наконец, личинки снова проверяют, чтобы отделить их от остальных. Их замораживают, подвергают эвтаназии и хранят при -18°С до проведения анализа.
Сухим кормом служили пшеничные отруби (бельгийский Molens Joye). Пшеничные отруби предварительно просеивали до размера частиц менее 2 мм. Помимо сухих кормов личинкам мучных червей также необходимы влажные корма для поддержания влаги и минеральные добавки, необходимые мучным червям. Влажные корма составляют более половины от общего количества кормов (сухие корма + влажные корма). В наших экспериментах в качестве контрольного влажного корма использовался агар (Brouwland, Бельгия, 25 г/л)45. Как показано на рисунке 1, четыре сельскохозяйственных побочных продукта с различным содержанием питательных веществ были протестированы в качестве влажного корма для личинок мучных червей. Эти побочные продукты включают (а) листья от выращивания огурцов (Инагро, Бельгия), (б) обрезки картофеля (Дюиньи, Бельгия), (в) ферментированные корни цикория (Инагро, Бельгия) и (г) непроданные фрукты и овощи с аукционов. . (Белорта, Бельгия). Боковой поток измельчается на куски, пригодные для использования в качестве влажного корма для мучных червей.
Сельскохозяйственные побочные продукты в качестве влажного корма для мучных червей; (а) садовые листья от выращивания огурцов, (б) черенки картофеля, (в) корни цикория, (г) непроданные овощи на аукционе и (д) блоки агара. В качестве контроля.
Состав корма и личинок мучных червей определяли трижды (n = 3). Были оценены экспресс-анализ, минеральный состав, содержание тяжелых металлов и состав жирных кислот. От собранных и голодавших личинок отбирали гомогенизированную пробу массой 250 г, сушили при 60°С до постоянной массы, измельчали (IKA, Tube mill 100) и просеивали через сито 1 мм. Высушенные образцы запечатывали в темные контейнеры.
Содержание сухого вещества (СВ) определяли путем сушки образцов в печи при 105°С в течение 24 часов (Memmert, UF110). Процент сухого вещества рассчитывали исходя из потери веса образца.
Сырую зольность (СА) определяли по потере массы при горении в муфельной печи (Nabertherm, L9/11/SKM) при 550°С в течение 4 часов.
Экстракцию сырого жира или диэтилового эфира (ЭЭ) проводили петролейным эфиром (т. кип. 40–60 °C) с использованием экстракционного оборудования Сокслета. Примерно 10 г образца помещали в экстракционную головку и покрывали керамической ватой, чтобы предотвратить потерю образца. Образцы экстрагировали в течение ночи 150 мл петролейного эфира. Экстракт охлаждали, органический растворитель удаляли и восстанавливали роторным испарением (Büchi, R-300) при 300 мбар и 50°С. Неочищенные липидные или эфирные экстракты охлаждали и взвешивали на аналитических весах.
Содержание сырого белка (СР) определяли путем анализа азота, присутствующего в образце, с использованием метода Кьельдаля BN EN ISO 5983-1 (2005). Используйте соответствующие коэффициенты от N до P для расчета содержания белка. Для стандартного сухого корма (пшеничные отруби) используйте общий коэффициент 6,25. Для бокового потока используется коэффициент 4,2366, а для овощных смесей — коэффициент 4,3967. Содержание сырого белка в личинках рассчитывали с использованием коэффициента N к P, равного 5,3351.
Содержание клетчатки включало определение нейтрально-детергентной клетчатки (NDF) на основе протокола экстракции Герхардта (ручной анализ клетчатки в мешках, Герхардт, Германия) и метода Ван Зоста 68. Для определения NDF пробу массой 1 г помещали в специальный волокнистый мешок (Gerhardt, ADF/NDFbag) со стеклянным вкладышем. Волокнистые мешки, наполненные образцами, сначала обезжиривали петролейным эфиром (температура кипения 40–60 °С), а затем сушили при комнатной температуре. Обезжиренный образец экстрагировали раствором нейтрального моющего средства, содержащего термостабильную α-амилазу, при температуре кипения в течение 1,5 часов. Затем образцы трижды промывали кипящей деионизированной водой и сушили при 105°С в течение ночи. Мешки с сухим волокном (содержащие остатки волокна) взвешивали на аналитических весах (Sartorius, P224-1S) и затем сжигали в муфельной печи (Nabertherm, L9/11/SKM) при 550°C в течение 4 часов. Золу снова взвешивали и содержание клетчатки рассчитывали на основании потери веса между сушкой и сжиганием образца.
Чтобы определить содержание хитина в личинках, мы использовали модифицированный протокол, основанный на анализе сырой клетчатки, проведенном ван Соестом 68 . Образец массой 1 г помещали в специальный волокнистый мешок (Gerhardt, CF Bag) и стеклянную запайку. Образцы упаковывали в волокнистые мешки, обезжиривали в петролейном эфире (около 40–60 °C) и сушили на воздухе. Обезжиренный образец сначала экстрагировали кислым раствором 0,13 М серной кислоты при температуре кипения в течение 30 мин. Мешок из экстракционного волокна, содержащий образец, трижды промывали кипящей деионизированной водой, а затем экстрагировали 0,23 М раствором гидроксида калия в течение 2 часов. Мешок из экстракционного волокна, содержащий образец, снова трижды промывали кипящей деионизированной водой и сушили при 105°C в течение ночи. Сухой мешок, содержащий остаток волокна, взвешивали на аналитических весах и сжигали в муфельной печи при температуре 550°С в течение 4 часов. Золу взвешивали и содержание клетчатки рассчитывали на основании потери веса сожженного образца.
Рассчитывали общее содержание углеводов. Концентрацию неволокнистых углеводов (NFC) в корме рассчитывали с использованием анализа NDF, а концентрацию насекомых рассчитывали с использованием анализа хитина.
pH матрицы определяли после экстракции деионизированной водой (1:5 по объему) согласно NBN EN 15933.
Образцы готовили, как описано Broeckx et al. Минеральные профили определяли с помощью ICP-OES (Optima 4300™ DV ICP-OES, Perkin Elmer, MA, США).
Тяжелые металлы Cd, Cr и Pb анализировали с помощью атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС) в графитовой печи (Thermo Scientific, серия ICE 3000, оснащенной печным автосамплером GFS). Около 200 мг образца расщепляли в кислой среде HNO3/HCl (1:3 по объему) с использованием микроволн (CEM, MARS 5). Микроволновое разложение проводили при 190°С в течение 25 мин при мощности 600 Вт. Разбавляли экстракт сверхчистой водой.
Жирные кислоты определяли методом ГХ-МС (Agilent Technologies, система ГХ 7820A с детектором МСД 5977 E). Согласно методу Джозефа и Акмана70, 20% раствор BF3/MeOH добавляли к метанольному раствору КОН и после этерификации из эфирного экстракта получали метиловый эфир жирных кислот (МЭЖК). Жирные кислоты можно идентифицировать, сравнивая их времена удерживания с 37 стандартами смесей FAME (Химическая лаборатория) или сравнивая их МС-спектры с онлайн-библиотеками, такими как база данных NIST. Качественный анализ проводят путем расчета площади пика в процентах от общей площади пика хроматограммы.
Анализ данных проводился с использованием программного обеспечения JMP Pro 15.1.1 от SAS (Бакингемшир, Великобритания). Оценка проводилась с использованием однофакторного дисперсионного анализа с уровнем значимости 0,05 и HSD Тьюки в качестве апостериорного критерия.
Фактор биоаккумуляции (BAF) рассчитывали путем деления концентрации тяжелых металлов в биомассе личинок мучных червей (DM) на концентрацию во влажном корме (DM) 43 . BAF больше 1 указывает на то, что тяжелые металлы биоаккумулируются в личинках из влажного корма.
Наборы данных, созданные и/или проанализированные в ходе текущего исследования, можно получить у соответствующего автора по обоснованному запросу.
Департамент народонаселения Департамента ООН по экономическим и социальным вопросам. Мировые демографические перспективы 2019: основные моменты (ST/ESA/SER.A/423) (2019).
Коул М.Б., Августин М.А., Робертсон М.Дж. и Мэннерс Дж.М., Наука о безопасности пищевых продуктов. NPJ Sci. Еда 2018, 2. https://doi.org/10.1038/s41538-018-0021-9 (2018).
Время публикации: 19 декабря 2024 г.