Hvala, ker ste obiskali Nature.com. Različica brskalnika, ki jo uporabljate, ima omejeno podporo za CSS. Za najboljše rezultate priporočamo uporabo novejšega brskalnika (ali onemogočanje načina združljivosti v Internet Explorerju). Da bi zagotovili nadaljnjo podporo, bomo medtem stran prikazali brez slogov in JavaScripta.
Gojenje žuželk je možen način za zadovoljitev naraščajočega svetovnega povpraševanja po beljakovinah in je nova dejavnost v zahodnem svetu, kjer ostaja veliko vprašanj glede kakovosti in varnosti izdelkov. Žuželke lahko igrajo pomembno vlogo v krožnem gospodarstvu s pretvarjanjem bioloških odpadkov v dragoceno biomaso. Približno polovica krmnega substrata za mokaste črve je iz mokre krme. To je mogoče pridobiti iz bioloških odpadkov, zaradi česar je gojenje žuželk bolj trajnostno. Ta članek poroča o hranilni sestavi mokastih črvov (Tenebrio molitor), hranjenih z organskimi dodatki iz stranskih proizvodov. Sem sodijo neprodana zelenjava, rezine krompirja, fermentirane korenine cikorije in vrtno listje. Ocenjuje se z analizo približne sestave, profila maščobnih kislin, vsebnosti mineralov in težkih kovin. Mokasti črvi, hranjeni z rezinami krompirja, so imeli dvojno vsebnost maščobe in povečanje nasičenih in enkrat nenasičenih maščobnih kislin. Uporaba fermentirane korenine cikorije poveča vsebnost mineralov in kopiči težke kovine. Poleg tega je absorpcija mineralov pri mokarju selektivna, saj se poveča le koncentracija kalcija, železa in mangana. Dodajanje zelenjavnih mešanic ali vrtnega listja prehrani ne bo bistveno spremenilo prehranskega profila. Skratka, tok stranskega proizvoda je bil uspešno pretvorjen v z beljakovinami bogato biomaso, katere vsebnost hranil in biološka uporabnost sta vplivali na sestavo mokastih črvov.
Pričakuje se, da bo naraščajoča človeška populacija do leta 20501 dosegla 9,7 milijarde,2 kar bo povzročilo pritisk na našo proizvodnjo hrane, da se spopade z velikim povpraševanjem po hrani. Ocenjuje se, da se bo povpraševanje po hrani povečalo za 70–80 % med letoma 2012 in 20503,4,5. Naravni viri, ki se uporabljajo pri trenutni proizvodnji hrane, se izčrpavajo, kar ogroža naše ekosisteme in zaloge hrane. Poleg tega se velike količine biomase zavržejo v zvezi s proizvodnjo in porabo hrane. Ocenjuje se, da bo do leta 2050 letna svetovna količina odpadkov dosegla 27 milijard ton, od tega večinoma bioloških odpadkov6,7,8. Kot odgovor na te izzive so bile predlagane inovativne rešitve, prehranske alternative in trajnostni razvoj kmetijstva in prehranskih sistemov9,10,11. En tak pristop je uporaba organskih ostankov za proizvodnjo surovin, kot so užitne žuželke, kot trajnostni viri hrane in krme12,13. Gojenje žuželk povzroča nižje emisije toplogrednih plinov in amoniaka, zahteva manj vode kot tradicionalni viri beljakovin in se lahko proizvaja v vertikalnih sistemih kmetovanja, ki zahtevajo manj prostora14,15,16,17,18,19. Študije so pokazale, da so žuželke sposobne pretvoriti biološke odpadke nizke vrednosti v dragoceno biomaso, bogato z beljakovinami, z vsebnostjo suhe snovi do 70 %20,21,22. Poleg tega se biomasa nizke vrednosti trenutno uporablja za proizvodnjo energije, odlaganje na odlagališčih ali recikliranje in zato ne konkurira trenutnemu sektorju hrane in krme23,24,25,26. Mokasti črv (T. molitor)27 velja za eno najbolj obetavnih vrst za obsežno proizvodnjo hrane in krme. Tako ličinke kot odrasli se prehranjujejo z različnimi materiali, kot so žitni proizvodi, živalski odpadki, zelenjava, sadje itd. 28,29. V zahodnih družbah se T. molitor vzreja v majhnem obsegu v ujetništvu, predvsem kot krma za domače živali, kot so ptice ali plazilci. Trenutno je njihov potencial v proizvodnji hrane in krme deležen več pozornosti30,31,32. T. molitor je bil na primer odobren z novim živilskim profilom, vključno z uporabo v zamrznjenih, posušenih in praškastih oblikah (Uredba (EU) št. 258/97 in Uredba (EU) 2015/2283) 33. Vendar pa obsežna proizvodnja uporaba žuželk za hrano in krmo je v zahodnih državah še relativno nov koncept. Industrija se sooča z izzivi, kot so vrzeli v znanju glede optimalne prehrane in proizvodnje, prehranske kakovosti končnega izdelka ter varnostna vprašanja, kot so kopičenje toksičnosti in nevarnosti mikrobov. Za razliko od tradicionalne živinoreje gojenje žuželk nima podobnih zgodovinskih izkušenj17,24,25,34.
Čeprav je bilo izvedenih veliko študij o hranilni vrednosti mokastih črvov, dejavniki, ki vplivajo na njihovo hranilno vrednost, še niso popolnoma razumljeni. Prejšnje študije so pokazale, da lahko prehrana žuželk nekoliko vpliva na njeno sestavo, vendar jasnega vzorca ni bilo. Poleg tega so se te študije osredotočale na beljakovinske in lipidne komponente mokastih črvov, vendar so imele omejene učinke na mineralne sestavine 21,22,32,35,36,37,38,39,40. Za razumevanje sposobnosti absorpcije mineralov je potrebnih več raziskav. Nedavna študija je pokazala, da so imele ličinke mokastih črvov, hranjene z redkvico, rahlo povišane koncentracije nekaterih mineralov. Vendar so ti rezultati omejeni na testirani substrat in potrebni so nadaljnji industrijski poskusi41. Poročali so, da je kopičenje težkih kovin (Cd, Pb, Ni, As, Hg) v mokastih črvih pomembno povezano z vsebnostjo kovin v matriksu. Čeprav so koncentracije kovin v živalski krmi pod zakonsko določenimi mejami42, je bilo tudi ugotovljeno, da se arzen bioakumulira v ličinkah mokastih črvov, medtem ko se kadmij in svinec ne bioakumulirata43. Razumevanje učinkov prehrane na hranilno sestavo mokastih črvov je ključnega pomena za njihovo varno uporabo v hrani in krmi.
Študija, predstavljena v tem dokumentu, se osredotoča na vpliv uporabe kmetijskih stranskih proizvodov kot vira mokre krme na prehransko sestavo mokastih črvov. Poleg suhe krme je treba ličinkam zagotoviti tudi mokro krmo. Vir mokre krme zagotavlja potrebno vlago in služi tudi kot prehransko dopolnilo za mokaste črve, s čimer poveča stopnjo rasti in največjo telesno težo44,45. Po naših standardnih podatkih o gojenju mokastih črvov v projektu Interreg-Valusect skupna krma za mokaste črve vsebuje 57 % m/m mokre krme. Običajno se kot vir mokre krme uporablja sveža zelenjava (npr. korenje)35,36,42,44,46. Uporaba stranskih proizvodov nizke vrednosti kot virov mokre krme bo prinesla več trajnostnih in gospodarskih koristi gojenju žuželk17. Cilji te študije so bili (1) raziskati učinke uporabe bioloških odpadkov kot mokre krme na hranilno sestavo mokastih črvov, (2) določiti vsebnost makro- in mikrohranil v ličinkah mokastih črvov, vzrejenih na bioloških odpadkih, bogatih z minerali, da se preizkusi izvedljivost obogatitev z minerali in (3) oceniti varnost teh stranskih proizvodov pri gojenju žuželk z analizo prisotnosti in kopičenje težkih kovin Pb, Cd in Cr. Ta študija bo zagotovila dodatne informacije o učinkih dodajanja bioloških odpadkov na prehrano z ličinkami mokastih črvov, hranilno vrednost in varnost.
Vsebnost suhe snovi v stranskem toku je bila višja v primerjavi s kontrolnim mokrim hranilnim agarjem. Vsebnost suhe snovi v zelenjavnih mešanicah in vrtnem listju je bila manjša od 10 %, višja pa je bila v krompirjevih potaknjencih in fermentiranih koreninah cikorije (13,4 in 29,9 g/100 g sveže snovi, FM).
Rastlinska mešanica je imela višjo vsebnost surovega pepela, maščob in beljakovin ter nižjo vsebnost nevlaknatih ogljikovih hidratov kot kontrolna krma (agar), medtem ko je bila vsebnost vlaken z nevtralnim detergentom, obdelana z amilazo, podobna. Vsebnost ogljikovih hidratov v rezinah krompirja je bila najvišja od vseh stranskih tokov in je bila primerljiva z vsebnostjo agarja. Na splošno je bila njena surova sestava najbolj podobna kontrolni krmi, vendar je bila dopolnjena z majhnimi količinami beljakovin (4,9 %) in surovega pepela (2,9 %) 47,48. pH krompirja se giblje od 5 do 6, pri čemer je treba omeniti, da je ta stranski tok krompirja bolj kisel (4,7). Fermentirana korenina cikorije je bogata s pepelom in je najbolj kisla od vseh stranskih tokov. Ker korenine niso bile očiščene, se pričakuje, da bo večina pepela sestavljena iz peska (kremena). Vrtno listje je bilo edini alkalni produkt v primerjavi s kontrolnimi in drugimi stranskimi tokovi. Vsebuje visoko vsebnost pepela in beljakovin ter veliko manj ogljikovih hidratov kot kontrola. Surova sestava je najbližja fermentirani korenini cikorije, vendar je koncentracija surovih beljakovin višja (15,0 %), kar je primerljivo z vsebnostjo beljakovin v rastlinski mešanici. Statistična analiza zgornjih podatkov je pokazala pomembne razlike v surovi sestavi in pH stranskih tokov.
Dodajanje zelenjavnih mešanic ali vrtnega listja krmi za mokare ni vplivalo na sestavo biomase ličink mokarjev v primerjavi s kontrolno skupino (tabela 1). Dodatek krompirjevih potaknjencev je povzročil najpomembnejšo razliko v sestavi biomase v primerjavi s kontrolno skupino, ki je prejemala ličinke mokarja in druge vire mokre krme. Kar zadeva vsebnost beljakovin mokastih črvov, z izjemo potaknjencev krompirja, različna približna sestava stranskih tokov ni vplivala na vsebnost beljakovin ličink. Hranjenje krompirjevih potaknjencev kot vira vlage je povzročilo dvakratno povečanje vsebnosti maščob v ličinkah in zmanjšanje vsebnosti beljakovin, hitina in nevlaknatih ogljikovih hidratov. Fermentirana korenina cikorije je povečala vsebnost pepela v ličinkah mokarja za enkrat in pol.
Profili mineralov so bili izraženi kot vsebnost makromineralov (tabela 2) in mikrohranil (tabela 3) v mokri krmi in biomasi ličink mokastih črvov.
Na splošno so bili kmetijski stranski tokovi bogatejši z makrominerali v primerjavi s kontrolno skupino, razen potaknjencev krompirja, ki so imeli nižje vsebnosti Mg, Na in Ca. Koncentracija kalija je bila visoka v vseh stranskih tokovih v primerjavi s kontrolo. Agar vsebuje 3 mg/100 g suhe snovi K, koncentracija K v stranskem curku pa se giblje od 1070 do 9909 mg/100 g suhe snovi. Vsebnost makromineralov v zelenjavni mešanici je bila signifikantno višja kot v kontrolni skupini, vsebnost Na pa je bila signifikantno nižja (88 proti 111 mg/100 g SU). Koncentracija makromineralov v potaknjencih krompirja je bila najnižja od vseh stranskih tokov. Vsebnost makromineralov v potaknjencih krompirja je bila znatno nižja kot v drugih stranskih tokovih in kontroli. Le da je bila vsebnost Mg primerljiva s kontrolno skupino. Čeprav fermentirana korenina cikorije ni imela najvišje koncentracije makromineralov, je bila vsebnost pepela v tem stranskem toku najvišja od vseh stranskih tokov. To je lahko posledica dejstva, da niso prečiščena in lahko vsebujejo visoke koncentracije kremena (peska). Vsebnosti Na in Ca so bile primerljive z vsebnostmi rastlinske mešanice. Fermentirana korenina cikorije je vsebovala najvišjo koncentracijo Na od vseh stranskih tokov. Z izjemo Na so imeli hortikulturni listi najvišje koncentracije makromineralov od vseh mokrih krm. Koncentracija K (9909 mg/100 g SS) je bila tritisočkrat višja od kontrole (3 mg/100 g SS) in 2,5-krat večja od rastlinske mešanice (4057 mg/100 g SS). Vsebnost Ca je bila najvišja od vseh stranskih tokov (7276 mg/100 g suhe snovi), 20-krat višja od kontrole (336 mg/100 g suhe snovi) in 14-krat višja od koncentracije Ca v fermentiranih koreninah cikorije ali zelenjavni mešanici ( 530 in 496 mg/100 g suhe snovi).
Čeprav so bile pomembne razlike v makromineralni sestavi diet (tabela 2), niso bile ugotovljene pomembne razlike v makromineralni sestavi mokastih črvov, vzgojenih na zelenjavnih mešanicah in kontrolnih dietah.
Ličinke, hranjene s krompirjevimi drobtinami, so imele bistveno nižje koncentracije vseh makromineralov v primerjavi s kontrolo, z izjemo Na, ki je imel primerljive koncentracije. Poleg tega je hranjenje s krompirjevim čipsom povzročilo največje zmanjšanje vsebnosti makromineralov v ličinkah v primerjavi z drugimi stranskimi tokovi. To je skladno z nižjo količino pepela, opaženo v bližnjih formulacijah mokastih črvov. Čeprav sta bila P in K bistveno višja v tej mokri prehrani kot drugi stranski tokovi in kontrola, sestava ličink tega ni odražala. Nizke koncentracije Ca in Mg v biomasi mokarja so lahko povezane z nizkimi koncentracijami Ca in Mg v sami mokri prehrani.
Hranjenje fermentiranih korenin cikorije in listov sadovnjaka je povzročilo znatno višje ravni kalcija kot pri kontrolnih skupinah. Listi sadovnjaka so vsebovali najvišje ravni P, Mg, K in Ca od vseh mokrih diet, vendar se to ni odrazilo v biomasi mokastih črvov. Koncentracije Na so bile najnižje v teh ličinkah, medtem ko so bile koncentracije Na višje v listih sadovnjaka kot v potaknjencih krompirja. Vsebnost Ca se je povečala v ličinkah (66 mg/100 g sušne snovi), vendar koncentracije Ca niso bile tako visoke kot tiste v biomasi mokastih črvov (79 mg/100 g sušne snovi) v poskusih s fermentirano korenino cikorije, čeprav je bila koncentracija Ca v pridelkih listov sadovnjaka. 14-krat več kot v korenini cikorije.
Glede na mikroelementno sestavo mokrih krm (tabela 3) je bila mineralna sestava rastlinske mešanice podobna kontrolni skupini, le da je bila koncentracija Mn bistveno nižja. Koncentracije vseh analiziranih mikroelementov so bile v kosih krompirja nižje kot v kontrolni in drugih stranskih produktih. Fermentirana korenina cikorije je vsebovala skoraj 100-krat več železa, 4-krat več bakra, 2-krat več cinka in približno enako količino mangana. Vsebnost cinka in mangana v listih vrtnih pridelkov je bila bistveno višja kot v kontrolni skupini.
Med vsebnostjo elementov v sledovih ličink, hranjenih s kontrolno, zelenjavno mešanico in mokrimi ostanki krompirja, ni bilo ugotovljenih pomembnih razlik. Vsebnosti Fe in Mn v ličinkah, hranjenih s fermentirano korenino cikorije, so bile bistveno drugačne od vsebnosti mokastih črvov, hranjenih s kontrolno skupino. Povečanje vsebnosti Fe je lahko posledica stokratnega povečanja koncentracije elementov v sledovih v sami mokri prehrani. Čeprav ni bilo pomembne razlike v koncentracijah Mn med fermentiranimi koreninami cikorije in kontrolno skupino, so se ravni Mn povečale v ličinkah, hranjenih s fermentiranimi koreninami cikorije. Prav tako je treba opozoriti, da je bila koncentracija Mn višja (3-krat) v prehrani z mokrimi listi vrtnarske prehrane v primerjavi s kontrolo, vendar ni bilo pomembne razlike v sestavi biomase mokastih črvov. Edina razlika med kontrolnimi in hortikulturnimi listi je bila vsebnost Cu, ki je bila v listih manjša.
Tabela 4 prikazuje koncentracije težkih kovin v substratih. Evropske najvišje koncentracije Pb, Cd in Cr v popolni krmi za živali so bile pretvorjene v mg/100 g suhe snovi in dodane v tabelo 4 za lažjo primerjavo s koncentracijami v stranskih tokovih47.
V kontrolni mokri krmi, zelenjavnih mešanicah ali krompirjevih otrobih Pb ni bil zaznan, medtem ko je listje vrta vsebovalo 0,002 mg Pb/100 g suhe snovi, najvišja koncentracija pa 0,041 mg Pb/100 g suhe snovi je bila v fermentiranih koreninah cikorije. Koncentracije C v kontrolnih krmilih in listju vrta so bile primerljive (0,023 in 0,021 mg/100 g SU), nižje pa so bile v mešanicah zelenjave in krompirjevih otrobih (0,004 in 0,007 mg/100 g SU). V primerjavi z drugimi substrati je bila koncentracija Cr v fermentiranih koreninah cikorije pomembno višja (0,135 mg/100 g SS) in šestkrat večja kot v kontrolni krmi. Cd ni bil zaznan niti v kontrolnem toku niti v nobenem od uporabljenih stranskih tokov.
Pri ličinkah, hranjenih s fermentiranimi koreninami cikorije, so bile ugotovljene znatno višje vrednosti Pb in Cr. Vendar pa Cd ni bil odkrit v nobeni ličinki mokarja.
Izvedena je bila kvalitativna analiza maščobnih kislin v surovi maščobi, da bi ugotovili, ali lahko na profil maščobnih kislin ličink mokarja vplivajo različne komponente stranskega toka, s katerim so bile hranjene. Porazdelitev teh maščobnih kislin je prikazana v tabeli 5. Maščobne kisline so navedene po splošnem imenu in molekularni strukturi (označeni kot "Cx:y", kjer x ustreza številu ogljikovih atomov, y pa številu nenasičenih vezi ).
Profil maščobnih kislin mokastih črvov, hranjenih z rezinami krompirja, je bil bistveno spremenjen. Vsebovali so bistveno večje količine miristinske kisline (C14:0), palmitinske kisline (C16:0), palmitoleinske kisline (C16:1) in oleinske kisline (C18:1). Koncentracije pentadekanojske kisline (C15:0), linolne kisline (C18:2) in linolenske kisline (C18:3) so bile znatno nižje v primerjavi z drugimi mokastimi črvi. V primerjavi z drugimi profili maščobnih kislin je bilo razmerje C18:1 proti C18:2 obrnjeno v rezinah krompirja. Mokasti črvi, hranjeni z hortikulturnimi listi, so vsebovali večje količine pentadekanojske kisline (C15:0) kot mokasti črvi, hranjeni z drugimi mokrimi dietami.
Maščobne kisline delimo na nasičene maščobne kisline (SFA), mononenasičene maščobne kisline (MUFA) in polinenasičene maščobne kisline (PUFA). Tabela 5 prikazuje koncentracije teh skupin maščobnih kislin. Na splošno so bili profili maščobnih kislin mokastih črvov, hranjenih s krompirjevimi odpadki, bistveno drugačni od kontrolnih in drugih stranskih tokov. Za vsako skupino maščobnih kislin so se mokasti črvi, hranjeni s krompirjevim čipsom, bistveno razlikovali od vseh drugih skupin. Vsebovali so več SFA in MUFA ter manj PUFA.
Med stopnjo preživetja in skupno težo pridelka ličink, vzgojenih na različnih substratih, ni bilo pomembnih razlik. Skupna povprečna stopnja preživetja je bila 90 %, skupna povprečna masa pridelka pa 974 gramov. Mokasti črvi uspešno predelujejo stranske proizvode kot vir mokre krme. Mokra krma predstavlja več kot polovico skupne teže krme (suha + mokra). Zamenjava sveže zelenjave s kmetijskimi stranskimi proizvodi kot tradicionalno mokro krmo ima gospodarske in okoljske koristi za gojenje mokastih črvov.
Tabela 1 prikazuje, da je bila sestava biomase ličink mokarja, vzrejenih na kontrolni dieti, približno 72 % vlage, 5 % pepela, 19 % lipidov, 51 % beljakovin, 8 % hitina in 18 % suhe snovi kot nevlaknatih ogljikovih hidratov. To je primerljivo z vrednostmi, navedenimi v literaturi.48,49 Vendar pa je v literaturi mogoče najti druge komponente, ki so pogosto odvisne od uporabljene analitične metode. Uporabili smo na primer Kjeldahlovo metodo za določanje vsebnosti surovih beljakovin z razmerjem N in P 5,33, medtem ko drugi raziskovalci uporabljajo bolj razširjeno razmerje 6,25 za vzorce mesa in krme.50,51
Dodajanje krompirjevih ostankov (mokra dieta, bogata z ogljikovimi hidrati) k prehrani je povzročilo podvojitev vsebnosti maščobe mokastih črvov. Vsebnost ogljikovih hidratov v krompirju naj bi bila sestavljena predvsem iz škroba, medtem ko agar vsebuje sladkorje (polisaharide)47,48. Ta ugotovitev je v nasprotju z drugo študijo, ki je pokazala, da se je vsebnost maščobe zmanjšala, ko so mokaste črve hranili s hrano, dopolnjeno s parno olupljenim krompirjem, ki je vseboval malo beljakovin (10,7 %) in veliko škroba (49,8 %)36. Ko so prehrani dodali oljčne tropine, se je vsebnost beljakovin in ogljikovih hidratov mokastih črvov ujemala s tistimi v mokri prehrani, medtem ko je vsebnost maščobe ostala nespremenjena35. Nasprotno pa so druge študije pokazale, da se vsebnost beljakovin v ličinkah, vzrejenih v stranskih tokovih, bistveno spremeni, prav tako vsebnost maščobe 22,37.
Fermentirana korenina cikorije je bistveno povečala vsebnost pepela ličink mokarja (tabela 1). Raziskave o učinkih stranskih produktov na pepel in mineralno sestavo ličink mokarja so omejene. Večina študij hranjenja s stranskimi proizvodi se je osredotočila na vsebnost maščob in beljakovin v ličinkah brez analize vsebnosti pepela 21,35,36,38,39. Ko pa so analizirali vsebnost pepela v ličinkah, hranjenih s stranskimi proizvodi, so ugotovili povečanje vsebnosti pepela. Na primer, hranjenje mokastih vrtnih odpadkov je povečalo njihovo vsebnost pepela s 3,01 % na 5,30 %, dodajanje odpadkov lubenice v prehrano pa je povečalo vsebnost pepela z 1,87 % na 4,40 %.
Čeprav so se vsi viri mokre hrane močno razlikovali v svoji približni sestavi (tabela 1), so bile razlike v sestavi biomase ličink mokastih črvov, hranjenih z ustreznimi viri mokre hrane, majhne. Znatne spremembe so pokazale le ličinke mokastih črvov, hranjene s koščki krompirja ali fermentirano korenino cikorije. Ena od možnih razlag za ta rezultat je, da so bili poleg korenin cikorije delno fermentirani tudi koščki krompirja (pH 4,7, tabela 1), zaradi česar so škrob/ogljikovi hidrati bolj prebavljivi/dostopni ličinkam mokastih črvov. Kako ličinke mokastih črvov sintetizirajo lipide iz hranil, kot so ogljikovi hidrati, je zelo zanimivo in bi ga bilo treba v prihodnjih študijah v celoti raziskati. Prejšnja študija o vplivu pH mokre prehrane na rast ličink mokastih črvov je pokazala, da pri uporabi blokov agarja z mokrimi dietami v razponu pH od 3 do 9 niso opazili pomembnih razlik. To kaže, da se lahko fermentirana mokra prehrana uporablja za kulturo Tenebrio molitor53. Podobno kot pri Coudronu in sod.53 so kontrolni poskusi uporabljali bloke agarja v mokrih dietah, ker jim je primanjkovalo mineralov in hranil. Njihova študija ni preučevala učinka bolj prehransko raznolikih virov mokre prehrane, kot sta zelenjava ali krompir, na izboljšanje prebavljivosti ali biološke uporabnosti. Za nadaljnje raziskovanje te teorije so potrebne nadaljnje študije o učinkih fermentacije virov mokre prehrane na ličinke mokastih črvov.
Porazdelitev mineralov kontrolne biomase mokarja, ugotovljena v tej študiji (tabeli 2 in 3), je primerljiva z vrsto makro- in mikrohranil, ki jih najdemo v literaturi48,54,55. Oskrba mokastih črvov s fermentirano korenino cikorije kot vir mokre prehrane poveča njihovo vsebnost mineralov. Čeprav je bila večina makro- in mikrohranil višja v zelenjavnih mešanicah in vrtnih listih (tabeli 2 in 3), niso vplivala na vsebnost mineralov v biomasi mokarja v enaki meri kot fermentirane korenine cikorije. Ena od možnih razlag je, da so hranila v alkalnih vrtnih listih manj biološko razpoložljiva kot tista v drugih, bolj kislih mokrih dietah (tabela 1). Prejšnje študije so hranile ličinke mokastih črvov s fermentirano riževo slamo in ugotovile, da so se dobro razvile v tem stranskem toku, prav tako pa so pokazale, da je predhodna obdelava substrata s fermentacijo povzročila vnos hranil. 56 Uporaba fermentiranih korenin cikorije je povečala vsebnost Ca, Fe in Mn v biomasi mokarja. Čeprav je ta stranski tok vseboval tudi višje koncentracije drugih mineralov (P, Mg, K, Na, Zn in Cu), teh mineralov ni bilo bistveno več v biomasi mokarja v primerjavi s kontrolo, kar kaže na selektivnost vnosa mineralov. Povečanje vsebnosti teh mineralov v biomasi mokarja ima hranilno vrednost za prehrano in krmo. Kalcij je esencialni mineral, ki igra ključno vlogo pri nevromuskularnem delovanju in številnih encimsko posredovanih procesih, kot so strjevanje krvi, tvorba kosti in zob. 57,58 Pomanjkanje železa je pogosta težava v državah v razvoju, kjer otroci, ženske in starejši pogosto ne dobijo dovolj železa s svojo prehrano. 54 Čeprav je mangan bistveni element v človeški prehrani in ima osrednjo vlogo pri delovanju številnih encimov, je lahko prekomeren vnos toksičen. Višje ravni mangana pri mokastih črvih, hranjenih s fermentirano korenino cikorije, niso bile zaskrbljujoče in so bile primerljive s tistimi pri piščancih. 59
Koncentracije težkih kovin v bočnem toku so bile pod evropskimi standardi za popolno živalsko krmo. Analiza težkih kovin v ličinkah mokastih črvov je pokazala, da so bile ravni Pb in Cr bistveno višje pri mokastih črvih, hranjenih s fermentirano korenino cikorije, kot v kontrolni skupini in drugih substratih (tabela 4). Korenine cikorije rastejo v zemlji in znano je, da absorbirajo težke kovine, medtem ko drugi stranski tokovi izvirajo iz nadzorovane človeške proizvodnje hrane. Mokasti črvi, hranjeni s fermentirano korenino cikorije, so vsebovali tudi višje ravni Pb in Cr (tabela 4). Izračunani faktorji bioakumulacije (BAF) so bili 2,66 za Pb in 1,14 za Cr, tj. večji od 1, kar kaže na sposobnost kopičenja težkih črvov. Kar zadeva Pb, EU določa največjo vsebnost Pb 0,10 mg na kilogram svežega mesa za prehrano ljudi61. Pri vrednotenju eksperimentalnih podatkov je bila najvišja koncentracija Pb v fermentiranih mokastih črvih korenine cikorije 0,11 mg/100 g suhe snovi. Ko je bila vrednost preračunana na vsebnost suhe snovi 30,8 % za te mokaste črve, je bila vsebnost Pb 0,034 mg/kg sveže snovi, kar je bilo pod najvišjo vrednostjo 0,10 mg/kg. V evropskih predpisih o živilih ni določena največja vsebnost Cr. Cr se pogosto nahaja v okolju, živilih in aditivih za živila in je znano, da je bistveno hranilo za ljudi v majhnih količinah62,63,64. Te analize (tabela 4) kažejo, da lahko ličinke T. molitor kopičijo težke kovine, če so težke kovine prisotne v prehrani. Vendar se ravni težkih kovin, ki jih ta študija najde v biomasi mokarja, štejejo za varne za prehrano ljudi. Pri uporabi stranskih tokov, ki lahko vsebujejo težke kovine, kot vir mokre krme za T. molitor, je priporočljivo redno in skrbno spremljanje.
Najpogostejše maščobne kisline v celotni biomasi ličink T. molitor so bile palmitinska kislina (C16:0), oleinska kislina (C18:1) in linolna kislina (C18:2) (tabela 5), kar je v skladu s prejšnjimi študijami. na T. molitorju. Rezultati spektra maščobnih kislin so dosledni36,46,50,65. Profil maščobnih kislin T. molitor je na splošno sestavljen iz petih glavnih komponent: oleinske kisline (C18:1), palmitinske kisline (C16:0), linolne kisline (C18:2), miristinske kisline (C14:0) in stearinske kisline. (C18:0). Poroča se, da je oleinska kislina najpogostejša maščobna kislina (30–60 %) v ličinkah mokastih črvov, sledita ji palmitinska kislina in linolna kislina 22, 35, 38, 39. Prejšnje študije so pokazale, da na ta profil maščobnih kislin vpliva prehrana z ličinkami mokarja, vendar razlike ne sledijo istim trendom kot prehrana38. V primerjavi z drugimi profili maščobnih kislin je razmerje C18:1–C18:2 v krompirjevih olupkih obrnjeno. Podobni rezultati so bili pridobljeni za spremembe v profilu maščobnih kislin mokastih črvov, hranjenih s poparjenimi krompirjevimi olupki36. Ti rezultati kažejo, da kljub temu, da se lahko spremeni profil maščobnih kislin olja mokarja, še vedno ostaja bogat vir nenasičenih maščobnih kislin.
Namen te študije je bil oceniti učinek uporabe štirih različnih tokov agroindustrijskih bioloških odpadkov kot mokre krme na sestavo mokastih črvov. Vpliv so ocenili na podlagi hranilne vrednosti ličink. Rezultati so pokazali, da so stranske produkte uspešno pretvorili v beljakovinsko bogato biomaso (vsebnost beljakovin 40,7-52,3 %), ki se lahko uporablja kot vir hrane in krme. Poleg tega je študija pokazala, da uporaba stranskih proizvodov kot mokre krme vpliva na hranilno vrednost biomase mokastih črvov. Zlasti oskrba ličink z visoko koncentracijo ogljikovih hidratov (npr. kosi krompirja) poveča njihovo vsebnost maščob in spremeni njihovo sestavo maščobnih kislin: nižja vsebnost polinenasičenih maščobnih kislin in višja vsebnost nasičenih in enkrat nenasičenih maščobnih kislin, ne pa tudi koncentracije nenasičenih maščobnih kislin. . Še vedno prevladujejo maščobne kisline (enkrat nenasičene + večkrat nenasičene). Študija je tudi pokazala, da mokasti črvi selektivno kopičijo kalcij, železo in mangan iz stranskih tokov, bogatih s kislimi minerali. Zdi se, da ima biološka uporabnost mineralov pomembno vlogo in potrebne so nadaljnje študije, da bi to v celoti razumeli. Težke kovine, prisotne v stranskih tokovih, se lahko kopičijo v mokastih črvih. Vendar so bile končne koncentracije Pb, Cd in Cr v biomasi ličink pod sprejemljivimi ravnmi, kar je omogočilo varno uporabo teh stranskih tokov kot vir mokre krme.
Ličinke mokastih črvov sta gojila Radius (Giel, Belgija) in Inagro (Rumbeke-Beitem, Belgija) na Univerzi uporabnih znanosti Thomas More pri 27 °C in 60 % relativni vlažnosti. Gostota mokastih črvov, vzgojenih v akvariju 60 x 40 cm, je bila 4,17 črvov/cm2 (10.000 mokastih črvov). Ličinke so bile sprva hranjene z 2,1 kg pšeničnih otrobov kot suhe hrane na rezervoar za vzrejo in nato po potrebi dopolnjene. Uporabite bloke agarja kot kontrolno obdelavo mokre hrane. Od 4. tedna naprej začnite hraniti stranske potoke (tudi vir vlage) kot mokro hrano namesto agar ad libitum. Odstotek suhe snovi za vsak stranski tok je bil vnaprej določen in zabeležen, da se zagotovijo enake količine vlage za vse žuželke med tretmaji. Hrana je enakomerno razporejena po terariju. Ličinke se zbirajo, ko se v poskusni skupini pojavijo prve mladiče. Pobiranje ličink se opravi z mehanskim stresalnikom s premerom 2 mm. Razen poskusa s krompirjevimi kockami. Velike porcije posušenega krompirja, narezanega na kocke, se prav tako ločijo tako, da se ličinkam omogoči, da zlezejo skozi to mrežo, in jih zbirajo v kovinskih pladnjih. Skupna teža pridelka se določi s tehtanjem skupne mase pridelka. Preživetje se izračuna tako, da se skupna teža pridelka deli s težo ličink. Maso ličink določimo tako, da izberemo najmanj 100 ličink in njihovo skupno težo delimo s številom. Zbrane ličinke pred analizo stradamo 24 ur, da izpraznijo črevesje. Nazadnje se ličinke ponovno pregledajo, da se ločijo od preostanka. Zamrznejo se in evtanazirajo ter do analize shranijo pri -18°C.
Suha krma so bili pšenični otrobi (belgijski Molens Joye). Pšenični otrobi so bili predhodno presejani na velikost delcev manj kot 2 mm. Poleg suhe krme potrebujejo ličinke mokastih črvov tudi mokro krmo za vzdrževanje vlage in mineralne dodatke, ki jih potrebujejo mokasti črvi. Mokra krma predstavlja več kot polovico celotne krme (suha krma + mokra krma). V naših poskusih smo kot kontrolno mokro krmo uporabili agar (Brouwland, Belgija, 25 g/l)45. Kot je prikazano na sliki 1, so bili štirje kmetijski stranski proizvodi z različnimi vsebnostmi hranil testirani kot mokra krma za ličinke mokastih črvov. Ti stranski proizvodi vključujejo (a) liste gojenja kumar (Inagro, Belgija), (b) obrezke krompirja (Duigny, Belgija), (c) fermentirane korenine cikorije (Inagro, Belgija) in (d) neprodano sadje in zelenjavo z dražb. . (Belorta, Belgija). Stranski tok se seseklja na kose, primerne za uporabo kot mokra krma za mokaste črve.
Kmetijski stranski proizvodi kot mokra krma za mokaste črve; (a) vrtni listi iz pridelave kumar, (b) potaknjenci krompirja, (c) korenine cikorije, (d) neprodana zelenjava na dražbi in (e) bloki agarja. Kot kontrole.
Sestavo krme in ličink mokastih črvov smo določali trikrat (n = 3). Ocenjena je bila hitra analiza, mineralna sestava, vsebnost težkih kovin in sestava maščobnih kislin. Od zbranih in izstradanih ličink smo vzeli 250 g homogeniziranega vzorca, posušili pri 60°C do konstantne teže, zmleli (IKA, Tube mill 100) in presejali skozi 1 mm sito. Posušene vzorce smo zaprli v temne posode.
Vsebnost suhe snovi (DM) smo določili s sušenjem vzorcev v sušilniku pri 105 °C 24 ur (Memmert, UF110). Odstotek suhe snovi smo izračunali na podlagi izgube teže vzorca.
Vsebnost surovega pepela (CA) je bila določena z izgubo mase med zgorevanjem v žarilni peči (Nabertherm, L9/11/SKM) pri 550 °C 4 ure.
Ekstrakcija vsebnosti surove maščobe ali dietilnega etra (EE) je bila izvedena s petroletrom (vrelišča 40–60 °C) z uporabo opreme za ekstrakcijo Soxhlet. Približno 10 g vzorca smo dali v ekstrakcijsko glavo in prekrili s keramično volno, da preprečimo izgubo vzorca. Vzorce ekstrahiramo čez noč s 150 ml petroletra. Ekstrakt smo ohladili, organsko topilo odstranili in obnovili z rotacijskim izparevanjem (Büchi, R-300) pri 300 mbar in 50 °C. Surovi lipidni ali etrski ekstrakti so bili ohlajeni in stehtani na analitski tehtnici.
Vsebnost surovih beljakovin (CP) je bila določena z analizo vsebnosti dušika v vzorcu po Kjeldahlovi metodi BN EN ISO 5983-1 (2005). Za izračun vsebnosti beljakovin uporabite ustrezne faktorje N do P. Za standardno suho krmo (pšenični otrobi) uporabite skupni faktor 6,25. Za stranski tok se uporablja faktor 4,2366, za rastlinske mešanice pa faktor 4,3967. Vsebnost surovih beljakovin v ličinkah je bila izračunana s faktorjem N do P 5,3351.
Vsebnost vlaken je vključevala določanje vlaken z nevtralnim detergentom (NDF) na podlagi Gerhardtovega ekstrakcijskega protokola (ročna analiza vlaken v vrečah, Gerhardt, Nemčija) in metode van Soest 68. Za določanje NDF smo 1 g vzorec dali v posebno vrečko iz vlaken (Gerhardt, ADF/NDF vrečka) s stekleno podlogo. Vrečke iz vlaken, napolnjene z vzorci, smo najprej razmastili s petroletrom (vrelišče 40–60 °C) in nato posušili pri sobni temperaturi. Razmaščeni vzorec smo ekstrahirali z raztopino detergenta za nevtralna vlakna, ki je vsebovala toplotno stabilno α-amilazo pri temperaturi vrelišča 1,5 ure. Vzorce smo nato trikrat sprali z vrelo deionizirano vodo in čez noč sušili pri 105 °C. Vrečke iz suhih vlaken (ki vsebujejo ostanke vlaken) smo stehtali z analitično tehtnico (Sartorius, P224-1S) in nato 4 ure žgali v mufelni peči (Nabertherm, L9/11/SKM) pri 550 °C. Pepel smo ponovno stehtali in na podlagi izgube teže med sušenjem in zgorevanjem vzorca izračunali vsebnost vlaknin.
Za določitev vsebnosti hitina v ličinkah smo uporabili modificiran protokol, ki je temeljil na analizi surovih vlaken van Soesta 68 . 1 g vzorec smo dali v posebno vrečko iz vlaken (Gerhardt, CF Bag) in stekleno tesnilo. Vzorci so bili zapakirani v vlaknene vrečke, razmaščeni v petrol etru (c. 40–60 °C) in posušeni na zraku. Razmaščeni vzorec smo najprej ekstrahirali s kislo raztopino 0,13 M žveplove kisline pri temperaturi vrelišča 30 minut. Vrečko iz ekstrakcijskih vlaken, ki je vsebovala vzorec, smo trikrat sprali z vrelo deionizirano vodo in nato 2 uri ekstrahirali z 0,23 M raztopino kalijevega hidroksida. Vrečko iz ekstrakcijskih vlaken, ki je vsebovala vzorec, smo ponovno trikrat splaknili z vrelo deionizirano vodo in čez noč sušili pri 105 °C. Suho vrečo z ostanki vlaken smo stehtali na analitski tehtnici in 4 ure sežgali v žarilni peči pri 550 °C. Pepel smo stehtali in vsebnost vlaken izračunali na podlagi izgube teže sežganega vzorca.
Izračunana je skupna vsebnost ogljikovih hidratov. Koncentracija nevlaknatih ogljikovih hidratov (NFC) v krmi je bila izračunana z analizo NDF, koncentracija žuželk pa je bila izračunana z analizo hitina.
pH matriksa je bil določen po ekstrakciji z deionizirano vodo (1:5 v/v) v skladu z NBN EN 15933.
Vzorci so bili pripravljeni, kot so opisali Broeckx et al. Mineralni profili so bili določeni z uporabo ICP-OES (Optima 4300™ DV ICP-OES, Perkin Elmer, MA, ZDA).
Težke kovine Cd, Cr in Pb so bile analizirane z atomsko absorpcijsko spektrometrijo v grafitni peči (AAS) (Thermo Scientific, serija ICE 3000, opremljena z avtomatskim vzorčevalnikom GFS peči). Približno 200 mg vzorca smo razgradili v kisli HNO3/HCl (1:3 v/v) z uporabo mikrovalov (CEM, MARS 5). Mikrovalovna razgradnja je bila izvedena pri 190 °C 25 minut pri 600 W. Ekstrakt razredčite z ultra čisto vodo.
Maščobne kisline so bile določene z GC-MS (Agilent Technologies, 7820A GC sistem z 5977 E MSD detektorjem). Po metodi Josepha in Akmana70 smo 20 % raztopino BF3/MeOH dodali metanolni raztopini KOH in iz ekstrakta etra po zaestrenju dobili metil ester maščobne kisline (FAME). Maščobne kisline je mogoče identificirati s primerjavo njihovih retenzijskih časov s 37 standardi zmesi FAME (Chemical Lab) ali s primerjavo njihovih MS spektrov s spletnimi knjižnicami, kot je zbirka podatkov NIST. Kvalitativno analizo izvedemo z izračunom površine vrha kot odstotka celotne površine vrha kromatograma.
Analiza podatkov je bila izvedena s programsko opremo JMP Pro 15.1.1 podjetja SAS (Buckinghamshire, UK). Vrednotenje je bilo izvedeno z uporabo enosmerne analize variance s stopnjo pomembnosti 0,05 in Tukey HSD kot post hoc testom.
Faktor bioakumulacije (BAF) je bil izračunan tako, da se koncentracija težkih kovin v biomasi ličink mokarja (DM) deli s koncentracijo v mokri krmi (DM) 43 . BAF, večji od 1, pomeni, da se težke kovine bioakumulirajo iz mokre krme v ličinkah.
Nabori podatkov, ustvarjeni in/ali analizirani med trenutno študijo, so na voljo pri ustreznem avtorju na razumno zahtevo.
Oddelek Združenih narodov za gospodarske in socialne zadeve, Oddelek za prebivalstvo. Obeti svetovnega prebivalstva 2019: Poudarki (ST/ESA/SER.A/423) (2019).
Cole, MB, Augustine, MA, Robertson, MJ, in Manners, JM, Znanost o varnosti hrane. NPJ Sci. Hrana 2018, 2. https://doi.org/10.1038/s41538-018-0021-9 (2018).
Čas objave: 19. december 2024