Tack för att du besöker Nature.com. Webbläsarversionen du använder har begränsat CSS-stöd. För bästa resultat rekommenderar vi att du använder en nyare webbläsare (eller inaktiverar kompatibilitetsläget i Internet Explorer). Under tiden, för att säkerställa fortsatt support, kommer vi att visa webbplatsen utan stilar och JavaScript.
Insektsodling är ett potentiellt sätt att möta den växande globala efterfrågan på protein och är en ny verksamhet i västvärlden där många frågor kvarstår angående produktkvalitet och säkerhet. Insekter kan spela en viktig roll i den cirkulära ekonomin genom att omvandla bioavfall till värdefull biomassa. Ungefär hälften av fodersubstratet för mjölmask kommer från våtfoder. Detta kan erhållas från bioavfall, vilket gör insektsodlingen mer hållbar. Den här artikeln rapporterar om näringssammansättningen av mjölmaskar (Tenebrio molitor) som matas med ekologiska tillskott från biprodukter. Dessa inkluderar osålda grönsaker, potatisskivor, fermenterade cikoriarötter och trädgårdsblad. Den bedöms genom att analysera den närmaste sammansättningen, fettsyraprofilen, mineral- och tungmetallinnehållet. Mjölmaskar som fick potatisskivor hade en dubbel fetthalt och en ökning av mättade och enkelomättade fettsyror. Användningen av fermenterad cikoriarot ökar mineralinnehållet och ackumulerar tungmetaller. Dessutom är mjölmaskens upptag av mineraler selektivt, eftersom endast kalcium-, järn- och mangankoncentrationerna ökar. Tillsatsen av grönsaksblandningar eller trädgårdsblad till kosten kommer inte att väsentligt förändra näringsprofilen. Sammanfattningsvis omvandlades biproduktströmmen framgångsrikt till en proteinrik biomassa, vars näringsinnehåll och biotillgänglighet påverkade sammansättningen av mjölmaskarna.
Den växande mänskliga befolkningen förväntas uppgå till 9,7 miljarder år 20501,2 vilket sätter press på vår livsmedelsproduktion för att klara den höga efterfrågan på mat. Det beräknas att efterfrågan på livsmedel kommer att öka med 70-80 % mellan 2012 och 20503,4,5. De naturresurser som används i dagens livsmedelsproduktion håller på att utarmas, vilket hotar våra ekosystem och livsmedelsförsörjning. Dessutom går stora mängder biomassa till spillo i förhållande till livsmedelsproduktion och konsumtion. Det uppskattas att år 2050 kommer den årliga globala avfallsvolymen att nå 27 miljarder ton, varav det mesta är bioavfall6,7,8. Som svar på dessa utmaningar har innovativa lösningar, livsmedelsalternativ och hållbar utveckling av jordbruk och livsmedelssystem föreslagits9,10,11. Ett sådant tillvägagångssätt är att använda organiska restprodukter för att producera råvaror som ätliga insekter som hållbara källor till mat och foder12,13. Insektsodling ger lägre utsläpp av växthusgaser och ammoniak, kräver mindre vatten än traditionella proteinkällor och kan produceras i vertikala odlingssystem som kräver mindre utrymme14,15,16,17,18,19. Studier har visat att insekter kan omvandla lågvärdigt bioavfall till värdefull proteinrik biomassa med torrsubstanshalter på upp till 70 %20,21,22. Dessutom används lågvärdig biomassa för närvarande för energiproduktion, deponi eller återvinning och konkurrerar därför inte med den nuvarande livsmedels- och fodersektorn23,24,25,26. Mjölmasken (T. molitor)27 anses vara en av de mest lovande arterna för storskalig livsmedels- och foderproduktion. Både larver och vuxna livnär sig på en mängd olika material såsom spannmålsprodukter, animaliskt avfall, grönsaker, frukt etc. 28,29. I västerländska samhällen föds T. molitor upp i fångenskap i liten skala, främst som foder till husdjur som fåglar eller reptiler. För närvarande får deras potential inom livsmedels- och foderproduktion mer uppmärksamhet30,31,32. Till exempel har T. molitor godkänts med en ny livsmedelsprofil, inklusive användning i frysta, torkade och pulveriserade former (förordning (EU) nr 258/97 och förordning (EU) 2015/2283) 33. Däremot storskalig produktion av insekter för mat och foder är fortfarande ett relativt nytt koncept i västerländska länder. Branschen står inför utmaningar som kunskapsluckor angående optimal kost och produktion, näringskvalitet på slutprodukten och säkerhetsfrågor som giftig uppbyggnad och mikrobiella faror. Till skillnad från traditionell boskapsuppfödning har insektsuppfödning inte en liknande historisk meritlista17,24,25,34.
Även om många studier har utförts på näringsvärdet hos mjölmaskar, har de faktorer som påverkar deras näringsvärde ännu inte förståtts fullt ut. Tidigare studier har visat att insekters diet kan ha viss effekt på dess sammansättning, men inget tydligt mönster hittades. Dessutom fokuserade dessa studier på protein- och lipidkomponenterna i mjölmask, men hade begränsade effekter på mineralkomponenterna21,22,32,35,36,37,38,39,40. Mer forskning behövs för att förstå mineralabsorptionsförmågan. En nyligen genomförd studie drog slutsatsen att mjölmasklarver som matades med rädisa hade något förhöjda koncentrationer av vissa mineraler. Dessa resultat är dock begränsade till det testade substratet och ytterligare industriella försök behövs41. Ansamlingen av tungmetaller (Cd, Pb, Ni, As, Hg) i mjölmaskar har rapporterats vara signifikant korrelerad med metallinnehållet i matrisen. Även om koncentrationerna av metaller som finns i kosten i djurfoder ligger under lagliga gränser42, har arsenik också visat sig bioackumuleras i mjölmasklarver, medan kadmium och bly inte bioackumuleras43. Att förstå kostens effekter på näringssammansättningen hos mjölmaskar är avgörande för att de ska kunna användas säkert i livsmedel och foder.
Studien som presenteras i detta dokument fokuserar på effekten av att använda jordbruksbiprodukter som våtfoderkälla på näringssammansättningen hos mjölmaskar. Förutom torrfoder bör även våtfoder tillföras larverna. Den våta foderkällan ger den nödvändiga fukten och fungerar även som ett näringstillskott för mjölmaskar, vilket ökar tillväxthastigheten och maximal kroppsvikt44,45. Enligt våra standarddata för mjölmaskuppfödning i Interreg-Valusect-projektet innehåller det totala mjölmaskfodret 57 % w/w våttfoder. Vanligtvis används färska grönsaker (t.ex. morötter) som våtfoderkälla35,36,42,44,46. Att använda lågvärdiga biprodukter som våtfoderkällor kommer att ge mer hållbara och ekonomiska fördelar för insektsodlingen17. Syftet med denna studie var att (1) undersöka effekterna av att använda bioavfall som våtfoder på näringssammansättningen hos mjölmaskar, (2) bestämma innehållet av makro- och mikronäringsämnen i mjölmasklarver som fötts upp på mineralrikt bioavfall för att testa genomförbarheten av mineralberikning, och (3) utvärdera säkerheten för dessa biprodukter vid insektsodling genom att analysera förekomsten och ansamlingen av tunga metallerna Pb, Cd och Cr. Denna studie kommer att ge ytterligare information om effekterna av tillskott av bioavfall på mjölmasklarver, näringsvärde och säkerhet.
Torrsubstanshalten i sidoflödet var högre jämfört med kontroll våtnäringsagaren. Torrhalten i grönsaksblandningarna och trädgårdslöven var mindre än 10 %, medan den var högre i potatissticklingar och fermenterade cikoriarötter (13,4 och 29,9 g/100 g färskt material, FM).
Grönsaksblandningen hade högre halter av råaska, fett och protein och lägre halter av icke-fibrösa kolhydrater än kontrollfodret (agar), medan innehållet av amylasbehandlat neutralt tvättmedelsfiber var liknande. Kolhydrathalten i potatisskivorna var den högsta av alla sidoströmmar och var jämförbar med agarens. Sammantaget var dess råsammansättning mest lik kontrollfodret, men kompletterades med små mängder protein (4,9 %) och råaska (2,9 %) 47,48 . Potatisens pH varierar från 5 till 6, och det är värt att notera att denna potatissideström är surare (4,7). Fermenterad cikoriarot är rik på aska och är den suraste av alla sidoströmmar. Eftersom rötterna inte rensades, förväntas det mesta av askan bestå av sand (kiseldioxid). Trädgårdslöv var den enda alkaliska produkten jämfört med kontroll och andra sidoströmmar. Den innehåller höga halter av aska och protein och mycket lägre kolhydrater än kontrollen. Råkompositionen ligger närmast fermenterad cikoriarot, men råproteinkoncentrationen är högre (15,0%), vilket är jämförbart med proteinhalten i grönsaksblandningen. Statistisk analys av ovanstående data visade signifikanta skillnader i den råa sammansättningen och pH hos sidoströmmarna.
Tillsats av grönsaksblandningar eller trädgårdsblad till mjölmasksfoder påverkade inte biomassasammansättningen av mjölmasklarver jämfört med kontrollgruppen (tabell 1). Tillsats av potatissticklingar resulterade i den mest signifikanta skillnaden i biomassasammansättning jämfört med kontrollgruppen som fick mjölmasklarver och andra källor till våtfoder. När det gäller proteinhalten i mjölmaskar, med undantag för potatissticklingar, påverkade inte olika ungefärliga sammansättningar av sidoströmmar proteinhalten i larverna. Utfodring av potatissticklingar som fuktkälla ledde till en tvåfaldig ökning av fetthalten i larverna och en minskning av innehållet av protein, kitin och icke-fibrösa kolhydrater. Fermenterad cikoriarot ökade askhalten i mjölmasklarver med en och en halv gånger.
Mineralprofiler uttrycktes som innehåll av makromineral (tabell 2) och mikronäringsämne (tabell 3) i våtfoder och mjölmasklarvbiomassa.
I allmänhet var sidoströmmar från jordbruket rikare på makromineraler jämfört med kontrollgruppen, förutom potatissticklingar som hade lägre Mg-, Na- och Ca-halter. Kaliumkoncentrationen var hög i alla sidoströmmar jämfört med kontrollen. Agar innehåller 3 mg/100 g DM K, medan K-koncentrationen i sidoströmmen varierade från 1070 till 9909 mg/100 g DM. Makromineralhalten i grönsaksblandningen var signifikant högre än i kontrollgruppen, men Na-halten var signifikant lägre (88 vs. 111 mg/100 g DM). Makromineralkoncentrationen i potatissticklingar var den lägsta av alla sidoströmmar. Makromineralhalten i potatissticklingar var betydligt lägre än i andra sidoströmmar och kontroll. Förutom att Mg-innehållet var jämförbart med kontrollgruppen. Även om fermenterad cikoriarot inte hade den högsta koncentrationen av makromineraler, var askhalten i denna sidoström den högsta av alla sidoströmmar. Detta kan bero på att de inte är renade och kan innehålla höga koncentrationer av kiseldioxid (sand). Na- och Ca-halterna var jämförbara med dem i grönsaksblandningen. Fermenterad cikoriarot innehöll den högsta koncentrationen av Na av alla sidoströmmar. Med undantag för Na hade trädgårdslöven de högsta koncentrationerna av makromineraler av alla våta foder. K-koncentrationen (9909 mg/100 g DM) var tre tusen gånger högre än kontrollen (3 mg/100 g DM) och 2,5 gånger högre än vegetabilisk blandning (4057 mg/100 g DM). Ca-halten var den högsta av alla sidoströmmar (7276 mg/100 g DM), 20 gånger högre än kontrollen (336 mg/100 g DM) och 14 gånger högre än Ca-koncentrationen i fermenterade cikoriarötter eller grönsaksblandningar ( 530 och 496 mg/100 g DM).
Även om det fanns signifikanta skillnader i den makrominerala sammansättningen av dieterna (tabell 2), hittades inga signifikanta skillnader i den makrominerala sammansättningen av mjölmaskar uppfödda på grönsaksblandningar och kontrolldieter.
Larver som matades med potatissmulor hade signifikant lägre koncentrationer av alla makromineraler jämfört med kontrollen, med undantag av Na, som hade jämförbara koncentrationer. Dessutom orsakade utfodring av potatischips den största minskningen av makromineralhalten hos larver jämfört med andra sidoströmmar. Detta överensstämmer med den lägre askan som observerats i de närliggande mjölmaskformuleringarna. Men även om P och K var signifikant högre i denna våta diet än de andra sidoströmmarna och kontrollen, återspeglade inte larvsammansättningen detta. De låga Ca- och Mg-koncentrationerna som finns i mjölmaskens biomassa kan vara relaterade till de låga Ca- och Mg-koncentrationerna som finns i själva våtfoten.
Utfodring av fermenterade cikoriarötter och fruktträdgårdsblad resulterade i betydligt högre kalciumnivåer än kontroller. Fruktträdgårdslöven innehöll de högsta nivåerna av P, Mg, K och Ca av alla våta dieter, men detta återspeglades inte i mjölmaskens biomassa. Na-koncentrationerna var lägst i dessa larver, medan Na-koncentrationerna var högre i fruktträdgårdsblad än i potatissticklingar. Ca-halten ökade i larver (66 mg/100 g DM), men Ca-koncentrationerna var inte lika höga som i mjölmasksbiomassa (79 mg/100 g DM) i försöken med fermenterad cikoriarot, även om Ca-koncentrationen i fruktträdgårdsbladsgrödor var 14 gånger högre än i cikoriarot.
Baserat på mikroelementsammansättningen av våtfodren (tabell 3) var mineralsammansättningen i grönsaksblandningen liknande kontrollgruppen, förutom att Mn-koncentrationen var signifikant lägre. Koncentrationerna av alla analyserade mikroelement var lägre i potatisstyckningar jämfört med kontrollen och andra biprodukter. Fermenterad cikoriarot innehöll nästan 100 gånger mer järn, 4 gånger mer koppar, 2 gånger mer zink och ungefär lika mycket mangan. Zink- och manganhalten i bladen på trädgårdsgrödor var signifikant högre än i kontrollgruppen.
Inga signifikanta skillnader hittades mellan spårelementinnehållet i larverna som matades med kontrollen, grönsaksblandningen och våt potatisskrot. Fe- och Mn-innehållet i larverna som matades med den fermenterade cikoriarotdieten skilde sig signifikant från mjölmaskarna som fick kontrollgruppen. Ökningen av Fe-halten kan bero på den hundrafaldiga ökningen av spårämneskoncentrationen i själva våtkosten. Men även om det inte fanns någon signifikant skillnad i Mn-koncentrationer mellan de fermenterade cikoriarötterna och kontrollgruppen, ökade Mn-nivåerna i larverna som matades med de fermenterade cikoriarötterna. Det bör också noteras att Mn-koncentrationen var högre (3 gånger) i våtbladsdieten i trädgårdsodlingsdieten jämfört med kontrollen, men det fanns ingen signifikant skillnad i mjölmaskarnas biomassasammansättning. Den enda skillnaden mellan kontroll- och trädgårdslöven var Cu-halten som var lägre i bladen.
Tabell 4 visar koncentrationerna av tungmetaller som finns i substrat. Europeiska maximala koncentrationer av Pb, Cd och Cr i helfoder för djur har omvandlats till mg/100 g torrsubstans och lagts till i Tabell 4 för att underlätta jämförelse med koncentrationer som finns i sidoströmmar47.
Inget Pb detekterades i kontrollvåtfoder, grönsaksblandningar eller potatiskli, medan trädgårdsblad innehöll 0,002 mg Pb/100 g DM och fermenterade cikoriarötter innehöll den högsta koncentrationen på 0,041 mg Pb/100 g DM. C-koncentrationerna i kontrollfoder och trädgårdsblad var jämförbara (0,023 och 0,021 mg/100 g DM), medan de var lägre i grönsaksblandningarna och potatisklien (0,004 och 0,007 mg/100 g DM). Jämfört med de andra substraten var Cr-koncentrationen i de fermenterade cikoriarötter signifikant högre (0,135 mg/100 g DM) och sex gånger högre än i kontrollfodret. Cd detekterades inte i vare sig kontrollströmmen eller någon av de använda sidoströmmarna.
Signifikant högre nivåer av Pb och Cr hittades i larver som matades med fermenterade cikoriarötter. Cd upptäcktes dock inte i några mjölmasklarver.
En kvalitativ analys av fettsyrorna i råfettet genomfördes för att fastställa om fettsyraprofilen hos mjölmasklarver kunde påverkas av de olika komponenterna i sidoströmmen som de matades på. Fördelningen av dessa fettsyror visas i tabell 5. Fettsyrorna listas efter deras vanliga namn och molekylstruktur (betecknas som "Cx:y", där x motsvarar antalet kolatomer och y antalet omättade bindningar ).
Fettsyraprofilen hos mjölmaskar som matats med potatisstrimlor förändrades signifikant. De innehöll signifikant högre mängder myristinsyra (C14:0), palmitinsyra (C16:0), palmitoleinsyra (C16:1) och oljesyra (C18:1). Koncentrationerna av pentadekansyra (C15:0), linolsyra (C18:2) och linolensyra (C18:3) var signifikant lägre jämfört med andra mjölmaskar. Jämfört med andra fettsyraprofiler var förhållandet mellan C18:1 och C18:2 omvänt i potatisbitar. Mjölmaskar som fick trädgårdsblad innehöll högre mängder pentadekansyra (C15:0) än mjölmaskar som utfodrats med annan våtfoder.
Fettsyror delas in i mättade fettsyror (SFA), enkelomättade fettsyror (MUFA) och fleromättade fettsyror (PUFA). Tabell 5 visar koncentrationerna av dessa fettsyragrupper. Totalt sett skilde sig fettsyraprofilerna för mjölmaskar som matades med potatisavfall signifikant från kontroll- och andra sidoströmmar. För varje fettsyragrupp skilde sig mjölmaskar som fick potatischips signifikant från alla andra grupper. De innehöll mer SFA och MUFA och mindre PUFA.
Det fanns inga signifikanta skillnader mellan överlevnadsgraden och totala skördevikten för larver som fötts upp på olika substrat. Den totala genomsnittliga överlevnaden var 90 % och den totala genomsnittliga skördevikten var 974 gram. Mjölmaskar bearbetar framgångsrikt biprodukter som en källa till våtfoder. Mjölmask våtfoder står för mer än hälften av den totala fodervikten (torrt + blött). Att ersätta färska grönsaker med biprodukter från jordbruket som traditionellt våtfoder har ekonomiska och miljömässiga fördelar för mjölmaskodling.
Tabell 1 visar att biomassasammansättningen av mjölmasklarver uppfödda på kontrolldieten var cirka 72 % fukt, 5 % aska, 19 % lipid, 51 % protein, 8 % kitin och 18 % torrsubstans som icke-fibrösa kolhydrater. Detta är jämförbart med värden som redovisas i litteraturen.48,49 Andra komponenter kan dock återfinnas i litteraturen, ofta beroende på vilken analysmetod som används. Till exempel använde vi Kjeldahl-metoden för att bestämma råproteininnehållet med ett N till P-förhållande på 5,33, medan andra forskare använder det mer allmänt använda förhållandet 6,25 för kött- och foderprover.50,51
Tillsats av potatisrester (en kolhydratrik våtdiet) till kosten resulterade i en fördubbling av fetthalten hos mjölmaskar. Kolhydratinnehållet i potatis förväntas huvudsakligen bestå av stärkelse, medan agar innehåller sockerarter (polysackarider)47,48. Detta fynd står i kontrast till en annan studie som fann att fetthalten minskade när mjölmaskar fick en diet kompletterad med ångskalad potatis som var låg i protein (10,7%) och hög i stärkelse (49,8%)36. När olivrester tillsattes i kosten, matchade protein- och kolhydratinnehållet i mjölmaskar dem i den våta kosten, medan fetthalten förblev oförändrad35. Däremot har andra studier visat att proteinhalten i larver som föds upp i sidoströmmar genomgår grundläggande förändringar, liksom fetthalten22,37.
Fermenterad cikoriarot ökade signifikant askhalten i mjölmasklarver (tabell 1). Forskningen om biprodukters effekter på ask- och mineralsammansättningen hos mjölmasklarver är begränsad. De flesta studier av utfodring av biprodukter har fokuserat på fett- och proteinhalten i larver utan att analysera askhalten21,35,36,38,39. Men när askhalten i larver som matats med biprodukter analyserades, fann man en ökning av askhalten. Till exempel ökade utfodring av mjölmaskar med trädgårdsavfall deras askhalt från 3,01 % till 5,30 %, och tillsats av vattenmelonavfall till kosten ökade askhalten från 1,87 % till 4,40 %.
Även om alla våtfoderkällor varierade avsevärt i sin ungefärliga sammansättning (tabell 1), var skillnaderna i biomassasammansättningen för mjölmasklarver som matades med respektive våtfoderkällor små. Endast mjölmasklarver som matats med potatisbitar eller fermenterad cikoriarot visade signifikanta förändringar. En möjlig förklaring till detta resultat är att potatisbitarna förutom cikoriarötter också delvis fermenterades (pH 4,7, tabell 1), vilket gjorde stärkelsen/kolhydraterna mer smältbara/tillgängliga för mjölmasklarverna. Hur mjölmasklarver syntetiserar lipider från näringsämnen som kolhydrater är av stort intresse och bör utforskas fullt ut i framtida studier. En tidigare studie om effekten av pH i våtfoder på mjölmasklarvertillväxt drog slutsatsen att inga signifikanta skillnader observerades vid användning av agarblock med våtfoder över ett pH-intervall på 3 till 9. Detta indikerar att fermenterad våtfoder kan användas för odling av Tenebrio molitor53. I likhet med Coudron et al.53 använde kontrollexperiment agarblock i den våta dieten som gavs eftersom de hade brist på mineraler och näringsämnen. Deras studie undersökte inte effekten av mer näringsmässigt olika våtkostkällor som grönsaker eller potatis på att förbättra smältbarheten eller biotillgängligheten. Ytterligare studier om effekterna av jäsning av våta dietkällor på mjölmasklarver behövs för att ytterligare utforska denna teori.
Mineralfördelningen av kontrollmjölmaskens biomassa som hittades i denna studie (tabellerna 2 och 3) är jämförbar med intervallet av makro- och mikronäringsämnen som finns i litteraturen48,54,55. Att förse mjölmaskar med fermenterad cikoriarot som en våtdietkälla maximerar deras mineralinnehåll. Även om de flesta makro- och mikronäringsämnen var högre i grönsaksblandningarna och trädgårdslöven (tabell 2 och 3), påverkade de inte mineralinnehållet i mjölmasksbiomassa i samma utsträckning som fermenterade cikoriarötter. En möjlig förklaring är att näringsämnena i de alkaliska trädgårdslöven är mindre biotillgängliga än i de andra surare våtfoder (tabell 1). Tidigare studier matade mjölmasklarver med jäst rishalm och fann att de utvecklades bra i denna sidoström och visade även att förbehandling av substratet genom jäsning inducerade näringsupptag. 56 Användningen av fermenterade cikoriarötter ökade Ca-, Fe- och Mn-halterna i mjölmaskens biomassa. Även om denna sidoström också innehöll högre koncentrationer av andra mineraler (P, Mg, K, Na, Zn och Cu), var dessa mineraler inte signifikant mer förekommande i mjölmasksbiomassa jämfört med kontrollen, vilket tyder på selektivitet för mineralupptag. Att öka innehållet av dessa mineraler i mjölmasksbiomassa har näringsvärde för livsmedels- och foderändamål. Kalcium är ett essentiellt mineral som spelar en avgörande roll i neuromuskulär funktion och många enzymmedierade processer som blodpropp, ben- och tandbildning. 57,58 Järnbrist är ett vanligt problem i utvecklingsländer, där barn, kvinnor och äldre ofta inte får tillräckligt med järn från sina dieter. 54 Även om mangan är ett väsentligt inslag i människans kost och spelar en central roll för många enzymers funktion, kan överdrivet intag vara giftigt. Högre mangannivåer i mjölmaskar som utfodrats med fermenterad cikoriarot var inte oroande och var jämförbara med de hos kycklingar. 59
Koncentrationerna av tungmetaller som hittades i sidoströmmen låg under de europeiska standarderna för helfoder. Tungmetallanalys av mjölmasklarver visade att Pb- och Cr-nivåerna var signifikant högre hos mjölmaskar som matades med fermenterad cikoriarot än i kontrollgruppen och andra substrat (tabell 4). Cikorianrötter växer i jord och är kända för att absorbera tungmetaller, medan de andra sidoströmmarna härrör från kontrollerad mänsklig matproduktion. Mjölmaskar som matats med fermenterad cikoriarot innehöll också högre nivåer av Pb och Cr (tabell 4). De beräknade bioackumuleringsfaktorerna (BAF) var 2,66 för Pb och 1,14 för Cr, dvs större än 1, vilket tyder på att mjölmaskar har förmågan att ackumulera tungmetaller. När det gäller Pb fastställer EU en maximal Pb-halt på 0,10 mg per kilogram färskt kött för mänsklig konsumtion61. I en utvärdering av experimentella data var den maximala Pb-koncentrationen som hittades i fermenterade cikoriarotmjölmaskar 0,11 mg/100 g DM. När värdet omräknats till en torrsubstanshalt på 30,8 % för dessa mjölmaskar var Pb-halten 0,034 mg/kg färskt material, vilket var under maxnivån 0,10 mg/kg. Ingen maximal halt av Cr anges i de europeiska livsmedelsföreskrifterna. Cr finns vanligtvis i miljön, livsmedel och livsmedelstillsatser och är känt för att vara ett viktigt näringsämne för människor i små mängder62,63,64. Dessa analyser (tabell 4) indikerar att T. molitor-larver kan ackumulera tungmetaller när tungmetaller finns i kosten. Men nivåerna av tungmetaller som finns i mjölmasksbiomassa i denna studie anses vara säkra för mänsklig konsumtion. Regelbunden och noggrann övervakning rekommenderas vid användning av sidoströmmar som kan innehålla tungmetaller som våtmatningskälla för T. molitor.
De mest förekommande fettsyrorna i den totala biomassan av T. molitor-larver var palmitinsyra (C16:0), oljesyra (C18:1) och linolsyra (C18:2) (tabell 5), vilket överensstämmer med tidigare studier på T. molitor. Fettsyraspektrumresultaten är konsekventa36,46,50,65. Fettsyraprofilen för T. molitor består i allmänhet av fem huvudkomponenter: oljesyra (C18:1), palmitinsyra (C16:0), linolsyra (C18:2), myristinsyra (C14:0) och stearinsyra (C18:0). Oljesyra rapporteras vara den vanligaste fettsyran (30–60 %) i mjölmasklarver, följt av palmitinsyra och linolsyra22,35,38,39. Tidigare studier har visat att denna fettsyraprofil påverkas av mjölmasklarvs diet, men skillnaderna följer inte samma trender som kosten38. Jämfört med andra fettsyraprofiler är förhållandet C18:1–C18:2 i potatisskal omvänt. Liknande resultat erhölls för förändringar i fettsyraprofilen hos mjölmaskar som matades med ångad potatisskal36. Dessa resultat indikerar att även om fettsyraprofilen för mjölmaskolja kan förändras, är den fortfarande en rik källa till omättade fettsyror.
Syftet med denna studie var att utvärdera effekten av att använda fyra olika agroindustriella bioavfallsströmmar som våtfoder på sammansättningen av mjölmaskar. Effekten bedömdes utifrån larvernas näringsvärde. Resultaten visade att biprodukterna framgångsrikt omvandlades till proteinrik biomassa (proteinhalt 40,7-52,3%), som kan användas som livsmedel och foderkälla. Dessutom visade studien att användning av biprodukterna som våtfoder påverkar näringsvärdet av mjölmasksbiomassa. Speciellt ökar larvernas fettinnehåll och ändrar deras fettsyrasammansättning: lägre halt av fleromättade fettsyror och högre halt av mättade och enkelomättade fettsyror, men inte koncentrationer av omättade fettsyror om larverna får en hög koncentration av kolhydrater (t.ex. potatisbitar) . Fettsyrorna (enkelomättade + fleromättade) dominerar fortfarande. Studien visade också att mjölmaskar selektivt ackumulerar kalcium, järn och mangan från sidoströmmar rika på sura mineraler. Biotillgängligheten av mineraler verkar spela en viktig roll och ytterligare studier behövs för att helt förstå detta. Tungmetaller som finns i sidoströmmarna kan ansamlas i mjölmaskar. De slutliga koncentrationerna av Pb, Cd och Cr i larvbiomassa var dock under acceptabla nivåer, vilket gjorde det möjligt för dessa sidoströmmar att säkert användas som en våtfoderkälla.
Mjölmasklarver föds upp av Radius (Giel, Belgien) och Inagro (Rumbeke-Beitem, Belgien) vid Thomas More University of Applied Sciences vid 27 °C och 60 % relativ luftfuktighet. Tätheten av mjölmaskar uppfödda i ett 60 x 40 cm akvarium var 4,17 maskar/cm2 (10 000 mjölmaskar). Larverna matades initialt med 2,1 kg vetekli som torrfoder per uppfödningstank och kompletterades sedan vid behov. Använd agarblock som en kontroll våtfoderbehandling. Från och med vecka 4, börja mata sidoströmmar (också en fuktkälla) som våtfoder istället för agar ad libitum. Torrsubstansprocenten för varje sidoström förutbestämdes och registrerades för att säkerställa lika mängder fukt för alla insekter under behandlingar. Maten fördelas jämnt i terrariet. Larver samlas in när de första pupporna dyker upp i experimentgruppen. Larvskörd görs med hjälp av en mekanisk skak med en diameter på 2 mm. Förutom experimentet med tärnad potatis. Stora portioner av torkad potatis tärnad separeras också genom att larverna kan krypa genom detta nät och samla dem i metalltråg. Total skördevikt bestäms genom att väga den totala skördevikten. Överlevnad beräknas genom att den totala skördevikten divideras med larvvikten. Larvvikten bestäms genom att välja ut minst 100 larver och dividera deras totala vikt med antalet. Insamlade larver svälts i 24 timmar för att tömma sina tarmar före analys. Slutligen screenas larverna igen för att separera dem från resten. De fryses och avlivas och förvaras vid -18°C fram till analys.
Torrfoder var vetekli (belgiska Molens Joye). Vetekli försiktades till en partikelstorlek av mindre än 2 mm. Förutom torrfoder behöver mjölmasklarver även våtfoder för att bibehålla fukt och mineraltillskott som mjölmaskar kräver. Våtfoder står för mer än hälften av det totala fodret (torrfoder + våtfoder). I våra experiment användes agar (Brouwland, Belgien, 25 g/l) som kontrollvåtfoder45. Som visas i figur 1 testades fyra jordbruksbiprodukter med olika näringsinnehåll som våtfoder för mjölmasklarver. Dessa biprodukter inkluderar (a) löv från gurkodling (Inagro, Belgien), (b) potatisklipp (Duigny, Belgien), (c) fermenterade cikoriarötter (Inagro, Belgien) och (d) osålda frukt och grönsaker från auktioner . (Belorta, Belgien). Sidoströmmen hackas i bitar som lämpar sig för användning som vått mjölmaskfoder.
Jordbruksbiprodukter som våtfoder för mjölmaskar; a) trädgårdslöv från gurkodling, b) potatissticklingar, c) cikoriarötter, d) osålda grönsaker på auktion och e) agarblock. Som kontroller.
Sammansättningen av foder- och mjölmasklarverna bestämdes tre gånger (n = 3). Snabbanalys, mineralsammansättning, tungmetallhalt och fettsyrasammansättning bedömdes. Ett homogeniserat prov på 250 g togs från de uppsamlade och svältande larverna, torkades vid 60°C till konstant vikt, maldes (IKA, Rörkvarn 100) och siktades genom en 1 mm sikt. De torkade proverna förseglades i mörka behållare.
Torrsubstanshalten (DM) bestämdes genom att torka proverna i en ugn vid 105°C under 24 timmar (Memmert, UF110). Procentandelen torrsubstans beräknades baserat på viktförlusten av provet.
Råaskainnehåll (CA) bestämdes genom massförlust under förbränning i en muffelugn (Nabertherm, L9/11/SKM) vid 550°C under 4 timmar.
Råfetthalt eller extraktion av dietyleter (EE) utfördes med petroleumeter (kokpunkt 40–60 °C) med hjälp av Soxhlet-extraktionsutrustning. Ungefär 10 g prov placerades i extraktionshuvudet och täcktes med keramisk ull för att förhindra provförlust. Prover extraherades över natten med 150 ml petroleumeter. Extraktet kyldes, det organiska lösningsmedlet avlägsnades och utvanns genom rotationsindunstning (Büchi, R-300) vid 300 mbar och 50°C. De råa lipid- eller eterextrakten kyldes och vägdes på en analytisk våg.
Innehållet av råprotein (CP) bestämdes genom att analysera kvävet i provet med hjälp av Kjeldahl-metoden BN EN ISO 5983-1 (2005). Använd lämpliga N till P-faktorer för att beräkna proteinhalten. För standard torrfoder (vetekli) använd en totalfaktor på 6,25. För sidoström används en faktor på 4,2366 och för grönsaksblandningar används en faktor på 4,3967. Råproteinhalten i larver beräknades med användning av en N till P-faktor på 5,3351.
Fiberhalten inkluderade bestämning av neutral detergentfiber (NDF) baserad på Gerhardts extraktionsprotokoll (manuell fiberanalys i påsar, Gerhardt, Tyskland) och van Soest 68-metoden. För NDF-bestämning placerades ett 1 g prov i en speciell fiberpåse (Gerhardt, ADF/NDF-påse) med glasfoder. Fiberpåsarna fyllda med prover avfettades först med petroleumeter (kokpunkt 40–60 °C) och torkades sedan i rumstemperatur. Det avfettade provet extraherades med en neutral fiberdetergentlösning innehållande värmestabilt a-amylas vid koktemperatur under 1,5 timmar. Proverna tvättades sedan tre gånger med kokande avjoniserat vatten och torkades vid 105°C över natten. De torra fiberpåsarna (innehållande fiberrester) vägdes med hjälp av en analytisk våg (Sartorius, P224-1S) och brändes sedan i en muffelugn (Nabertherm, L9/11/SKM) vid 550°C under 4 timmar. Askan vägdes igen och fiberhalten beräknades utifrån viktförlusten mellan torkning och bränning av provet.
För att bestämma kitinhalten i larverna använde vi ett modifierat protokoll baserat på råfiberanalysen av van Soest 68 . Ett 1 g prov placerades i en speciell fiberpåse (Gerhardt, CF-påse) och en glasförsegling. Proverna packades i fiberpåsarna, avfettades i petroleumeter (ca 40–60 °C) och lufttorkades. Det avfettade provet extraherades först med en sur lösning av 0,13 M svavelsyra vid koktemperatur under 30 minuter. Extraktionsfiberpåsen innehållande provet tvättades tre gånger med kokande avjoniserat vatten och extraherades sedan med 0,23 M kaliumhydroxidlösning under 2 timmar. Extraktionsfiberpåsen innehållande provet sköljdes åter tre gånger med kokande avjoniserat vatten och torkades vid 105°C över natten. Den torra påsen innehållande fiberåterstoden vägdes på en analytisk våg och brändes i en muffelugn vid 550°C under 4 timmar. Askan vägdes och fiberhalten beräknades baserat på viktförlusten av det förbrända provet.
Totalt kolhydratinnehåll beräknades. Koncentrationen av icke-fibrösa kolhydrater (NFC) i fodret beräknades med hjälp av NDF-analys, och insektskoncentrationen beräknades med användning av kitinanalys.
Matrisens pH bestämdes efter extraktion med avjoniserat vatten (1:5 v/v) enligt NBN EN 15933.
Prover framställdes såsom beskrivits av Broeckx et al. Mineralprofiler bestämdes med användning av ICP-OES (Optima 4300™ DV ICP-OES, Perkin Elmer, MA, USA).
Tungmetallerna Cd, Cr och Pb analyserades med grafitugns atomabsorptionsspektrometri (AAS) (Thermo Scientific, ICE 3000-serien, utrustad med en GFS-ugnsautosampler). Cirka 200 mg prov digererades i surt HNO3/HCl (1:3 v/v) med användning av mikrovågor (CEM, MARS 5). Mikrovågsuppslutning utfördes vid 190°C under 25 minuter vid 600 W. Späd extraktet med ultrarent vatten.
Fettsyror bestämdes med GC-MS (Agilent Technologies, 7820A GC-system med 5977 E MSD-detektor). Enligt metoden enligt Joseph och Akman70 sattes 20% BF3/MeOH-lösning till en metanolisk KOH-lösning och fettsyrametylester (FAME) erhölls från eterextraktet efter förestring. Fettsyror kan identifieras genom att jämföra deras retentionstider med 37 FAME-blandningsstandarder (Chemical Lab) eller genom att jämföra deras MS-spektra med onlinebibliotek som NIST-databasen. Kvalitativ analys utförs genom att beräkna topparean som en procentandel av kromatogrammets totala topparea.
Dataanalys utfördes med JMP Pro 15.1.1 programvara från SAS (Buckinghamshire, Storbritannien). Utvärderingen utfördes med envägsvariansanalys med en signifikansnivå på 0,05 och Tukey HSD som ett post hoc-test.
Bioackumulationsfaktorn (BAF) beräknades genom att dividera koncentrationen av tungmetaller i mjölmasklarvbiomassa (DM) med koncentrationen i våtfoder (DM) 43 . En BAF större än 1 indikerar att tungmetaller bioackumuleras från våtfoder i larver.
Datauppsättningarna som genereras och/eller analyseras under den aktuella studien är tillgängliga från motsvarande författare på rimlig begäran.
Förenta nationernas avdelning för ekonomi och sociala frågor, befolkningsavdelningen. World Population Prospects 2019: Highlights (ST/ESA/SER.A/423) (2019).
Cole, MB, Augustine, MA, Robertson, MJ och Manners, JM, Matsäkerhetsvetenskap. NPJ Sci. Mat 2018, 2. https://doi.org/10.1038/s41538-018-0021-9 (2018).
Posttid: 19-12-2024