Дякуємо, що відвідали Nature.com. Версія браузера, яку ви використовуєте, має обмежену підтримку CSS. Для отримання найкращих результатів рекомендуємо використовувати новіший браузер (або вимкнути режим сумісності в Internet Explorer). Тим часом, щоб забезпечити постійну підтримку, ми відображатимемо сайт без стилів і JavaScript.
Вирощування комах є потенційним способом задоволення зростаючого глобального попиту на білок і є новою діяльністю в західному світі, де залишається багато питань щодо якості та безпеки продукції. Комахи можуть відігравати важливу роль у циркулярній економіці, перетворюючи біовідходи на цінну біомасу. Приблизно половина кормового субстрату для борошнистих хробаків складається з вологих кормів. Це можна отримати з біовідходів, що робить розведення комах більш стійким. У цій статті розповідається про харчовий склад борошнистих черв’яків (Tenebrio molitor), яких годують органічними добавками із субпродуктів. Це нереалізовані овочі, скибочки картоплі, ферментовані корені цикорію та городнє листя. Його оцінюють шляхом аналізу приблизного складу, профілю жирних кислот, вмісту мінералів і важких металів. Борошнисті хробаки, яких годували скибочками картоплі, мали подвійний вміст жиру та збільшення насичених і мононенасичених жирних кислот. Вживання ферментованого кореня цикорію підвищує вміст мінеральних речовин і накопичує важкі метали. Крім того, поглинання мінеральних речовин борошнистим хробаком є вибірковим, оскільки підвищується лише концентрація кальцію, заліза та марганцю. Додавання в раціон овочевих сумішей або садового листя істотно не змінить профіль харчування. На завершення, потік побічних продуктів було успішно перетворено на багату білком біомасу, вміст поживних речовин і біодоступність якої вплинули на склад борошнистих черв’яків.
Очікується, що до 2050 року кількість населення, що зростає, досягне 9,7 мільярда осіб, що чинить тиск на наше виробництво продуктів харчування, щоб впоратися з високим попитом на продукти харчування. За оцінками, попит на продукти харчування зросте на 70-80% між 2012 і 2050 роками3,4,5. Природні ресурси, які використовуються для поточного виробництва їжі, виснажуються, що загрожує нашим екосистемам і запасам їжі. Крім того, велика кількість біомаси витрачається на виробництво та споживання їжі. Очікується, що до 2050 року щорічний глобальний обсяг відходів сягне 27 мільярдів тонн, більшість з яких становлять біовідходи6,7,8. У відповідь на ці виклики були запропоновані інноваційні рішення, харчові альтернативи та сталий розвиток сільського господарства та харчових систем9,10,11. Одним із таких підходів є використання органічних відходів для виробництва сировини, наприклад їстівних комах, як стійких джерел їжі та кормів12,13. Вирощування комах призводить до менших викидів парникових газів і аміаку, вимагає менше води, ніж традиційні джерела протеїну, і може вироблятися у вертикальних системах землеробства, що вимагає менше місця14,15,16,17,18,19. Дослідження показали, що комахи здатні перетворювати малоцінні біовідходи в цінну, багату білком біомасу з вмістом сухої речовини до 70%20,21,22. Крім того, низькоцінна біомаса зараз використовується для виробництва енергії, захоронення або переробки, і тому не конкурує з нинішнім харчовим і кормовим сектором23,24,25,26. Борошнистий хробак (T. molitor)27 вважається одним із найперспективніших видів для великомасштабного виробництва продуктів харчування та кормів. Як личинки, так і дорослі особини харчуються різними матеріалами, такими як зернові продукти, відходи тварин, овочі, фрукти тощо 28,29. У західних суспільствах T. molitor розводять у неволі в невеликих масштабах, головним чином як корм для домашніх тварин, таких як птахи чи рептилії. Наразі їхньому потенціалу у виробництві продуктів харчування та кормів приділяється більше уваги30,31,32. Наприклад, T. molitor було схвалено з новим харчовим профілем, включаючи використання в заморожених, висушених і порошкоподібних формах (Регламент (ЄС) № 258/97 і Регламент (ЄС) 2015/2283) 33. Однак великомасштабне виробництво використання комах для їжі та корму все ще є відносно новою концепцією в західних країнах. Галузь стикається з такими проблемами, як прогалини в знаннях щодо оптимальних дієт і виробництва, поживної якості кінцевого продукту, а також проблеми безпеки, такі як накопичення токсичних речовин і мікробна небезпека. На відміну від традиційного тваринництва, розведення комах не має подібних історичних даних17,24,25,34.
Незважаючи на те, що було проведено багато досліджень харчової цінності борошних черв’яків, фактори, що впливають на їх харчову цінність, ще не повністю вивчені. Попередні дослідження показали, що дієта комах може мати певний вплив на його склад, але чіткої закономірності виявлено не було. Крім того, ці дослідження були зосереджені на білкових і ліпідних компонентах борошнистих черв’яків, але мали обмежений вплив на мінеральні компоненти21,22,32,35,36,37,38,39,40. Необхідні додаткові дослідження, щоб зрозуміти здатність поглинання мінералів. Недавнє дослідження показало, що личинки борошнистих черв’яків, яких годували редькою, мали дещо підвищені концентрації певних мінералів. Однак ці результати обмежені випробуваним субстратом, і необхідні подальші промислові випробування41. Повідомлялося, що накопичення важких металів (Cd, Pb, Ni, As, Hg) у борошняних хробаках значно корелює з вмістом металу в матриці. Незважаючи на те, що концентрація металів у кормах для тварин є нижчою від допустимих обмежень42, миш’як також біоакумулюється в личинках борошнистих черв’яків, тоді як кадмій і свинець не біоакумулюються43. Розуміння впливу дієти на поживний склад борошнистих черв’яків має вирішальне значення для їх безпечного використання в харчових продуктах і кормах.
Дослідження, представлене в цій статті, зосереджено на впливі використання побічних продуктів сільського господарства як джерела вологого корму на поживний склад борошнистих черв’яків. Крім сухого корму личинкам слід давати ще і вологий. Джерело вологого корму забезпечує необхідну вологість, а також служить харчовою добавкою для борошнистих черв’яків, збільшуючи швидкість росту та максимальну масу тіла44,45. Згідно з нашими стандартними даними про вирощування борошнистих черв’яків у проекті Interreg-Valusect, загальний корм для борошнистих черв’яків містить 57% мас./мас. Зазвичай свіжі овочі (наприклад, морква) використовуються як джерело вологого корму35,36,42,44,46. Використання низькоцінних побічних продуктів як джерел вологого корму принесе більш стійкі та економічні вигоди для розведення комах17. Цілі цього дослідження полягали в тому, щоб (1) дослідити вплив використання біовідходів як вологого корму на поживний склад борошнистих черв’яків, (2) визначити вміст макро- та мікроелементів у личинках борошнистих черв’яків, вирощених на багатих мінералами біовідходах, щоб перевірити доцільність збагачення мінеральними речовинами та (3) оцінити безпеку цих побічних продуктів у вирощуванні комах шляхом аналізу присутності та накопичення важких металів Pb, Cd і Cr. Це дослідження надасть додаткову інформацію про вплив добавок біовідходів на раціон личинок мучного черв’яка, харчову цінність і безпеку.
Вміст сухої речовини в бічному потоці був вищим порівняно з контрольним вологим поживним агаром. Вміст сухої речовини в овочевих сумішах і листі городу становив менше 10 %, тоді як у черешках картоплі та ферментованих коренеплодах цикорію він був вищим (13,4 і 29,9 г/100 г свіжої речовини, ФМ).
Овочева суміш мала вищий вміст сирої золи, жиру та білка та нижчий вміст неволокнистих вуглеводів, ніж контрольний корм (агар), тоді як вміст клітковини, обробленої амілазою з нейтральним миючим засобом, був подібним. Вміст вуглеводів у скибочках картоплі був найвищим серед усіх бічних потоків і був порівнянним з вмістом агару. Загалом його сирий склад був найбільш подібним до контрольного корму, але був доповнений невеликою кількістю протеїну (4,9%) та сирої золи (2,9%) 47,48. Рівень рН картоплі коливається від 5 до 6, і варто зазначити, що цей побічний потік картоплі є більш кислим (4,7). Ферментований корінь цикорію багатий на золу і є найбільш кислим з усіх побічних потоків. Оскільки коріння не було очищено, очікується, що більша частина золи складатиметься з піску (кремнезему). Садове листя було єдиним лужним продуктом порівняно з контрольними та іншими бічними потоками. Він містить високий рівень золи та білка та значно менший вміст вуглеводів, ніж контроль. Сирий склад найбільш наближений до ферментованого кореня цикорію, але концентрація сирого протеїну вища (15,0%), що порівнянно з вмістом білка в овочевій суміші. Статистичний аналіз наведених вище даних показав значні відмінності у складі сирої сировини та рН бічних потоків.
Додавання овочевих сумішей або листя городу до корму борошнистого червця не впливало на склад біомаси личинок борошнистого червця порівняно з контрольною групою (табл. 1). Додавання обрізків картоплі призвело до найбільш суттєвої різниці у складі біомаси порівняно з контрольною групою, яка отримувала личинок борошнистого хробака та інші джерела вологого корму. Що стосується вмісту білка у борошнистих червців, то, за винятком черешків картоплі, різний орієнтовний склад бічних цівок не впливав на вміст білка в личинках. Згодовування живців картоплі як джерела вологи призводило до збільшення в 2 рази жирності личинок і зниження вмісту білка, хітину і неволокнистих вуглеводів. Ферментований корінь цикорію збільшив зольність личинок борошнистого червця в півтора рази.
Мінеральні профілі були виражені як вміст макромінералів (таблиця 2) і мікроелементів (таблиця 3) у вологому кормі та біомасі личинок борошнистого черв’яка.
Загалом сільськогосподарські бічні водотоки були багатшими на макромінерали порівняно з контрольною групою, за винятком урізок картоплі, які мали нижчий вміст Mg, Na та Ca. Концентрація калію була високою в усіх бічних потоках порівняно з контролем. Агар містить 3 мг/100 г сухої речовини К, тоді як концентрація К у бічному потоці коливалася від 1070 до 9909 мг/100 г сухої речовини. Вміст макромінералів в овочевій суміші був достовірно вищим, ніж у контрольній групі, але вміст Na був значно нижчим (88 проти 111 мг/100 г сухої речовини). Концентрація макромінералів у картопляних черешках була найнижчою з усіх побічних потоків. Вміст макромінералів у черешках картоплі був значно нижчим, ніж в інших побічних потоках і контролі. За винятком того, що вміст Mg був порівнянним з контрольною групою. Хоча ферментований корінь цикорію не мав найвищої концентрації макромінералів, вміст золи в цьому бічному потоці був найвищим з усіх бічних потоків. Це може бути пов’язано з тим, що вони не очищені і можуть містити високі концентрації кремнезему (піску). Вміст Na і Ca був порівнянним з вмістом овочевої суміші. Ферментований корінь цикорію містив найвищу концентрацію Na з усіх бічних потоків. За винятком Na, садове листя мало найвищі концентрації макромінералів з усіх вологих кормів. Концентрація калію (9909 мг/100 г сухої речовини) була в 3 тис. разів вищою за контроль (3 мг/100 г сухої речовини) і в 2,5 раза — за овочеву суміш (4057 мг/100 г сухої речовини). Вміст Са був найвищим серед усіх побічних потоків (7276 мг/100 г сухої речовини), у 20 разів перевищував контроль (336 мг/100 г сухої речовини) і в 14 разів перевищував концентрацію Са у ферментованих коренях цикорію або овочевій суміші ( 530 і 496 мг/100 г сухої речовини).
Хоча були значні відмінності в макромінеральному складі раціонів (табл. 2), не було виявлено суттєвих відмінностей у макромінеральному складі борошних черв’яків, вирощених на овочевих сумішах, і контрольних раціонах.
Личинки, яких годували картопляною крихтою, мали значно нижчі концентрації всіх макромінералів порівняно з контролем, за винятком Na, який мав порівняльні концентрації. Крім того, згодовування картопляних чіпсів спричинило найбільше зниження вмісту макромінералів у личинках порівняно з іншими побічними продуктами. Це узгоджується з нижчим вмістом золи, що спостерігається в сусідніх композиціях із борошнистими хробаками. Однак, хоча P і K були значно вищими в цьому вологому раціоні, ніж в інших побічних потоках і контролі, склад личинок не відображав цього. Низькі концентрації Ca та Mg, виявлені в біомасі борошнистого черв’яка, можуть бути пов’язані з низькими концентраціями Ca та Mg, присутніми у вологому раціоні.
Згодовування ферментованих коренів цикорію та листя фруктового саду призвело до значно більшого рівня кальцію, ніж у контрольній групі. Листя саду містило найвищі рівні P, Mg, K і Ca з усіх вологих раціонів, але це не відображалося на біомасі борошнистих черв’яків. Концентрації Na були найнижчими у цих личинок, тоді як концентрації Na були вищими в листі саду, ніж у черешках картоплі. Вміст кальцію збільшився в личинках (66 мг/100 г сухої речовини), але концентрація кальцію була не такою високою, як у біомасі борошнистого хробака (79 мг/100 г сухої речовини) в експериментах із ферментованим коренем цикорію, хоча концентрація кальцію в листових культурах саду була в 14 разів вище, ніж у корені цикорію.
За мікроелементним складом вологих комбікормів (табл. 3) мінеральний склад овочевої суміші був подібний до контрольної групи, за винятком значно нижчої концентрації Mn. Концентрації всіх досліджуваних мікроелементів були нижчими в картопляних надрізах порівняно з контролем та іншими побічними продуктами. Ферментований корінь цикорію містив майже в 100 разів більше заліза, в 4 рази більше міді, в 2 рази більше цинку і приблизно стільки ж марганцю. Вміст цинку та марганцю в листках садових культур був значно вищим, ніж у контрольній групі.
Достовірної різниці між вмістом мікроелементів у личинок, яких згодовували контрольним, овочевою сумішшю та вологими обрізками картоплі, не виявлено. Однак вміст Fe та Mn у личинках, яких годували ферментованим коренем цикорію, значно відрізнявся від вмісту борошнистих черв’яків, яких годували контрольною групою. Підвищення вмісту Fe може бути пов’язане зі збільшенням у сто разів концентрації мікроелементів у самому вологому раціоні. Однак, хоча не було значної різниці в концентраціях Mn між ферментованими коренями цикорію та контрольною групою, рівні Mn зросли в личинках, яких годували ферментованими коренями цикорію. Слід також зазначити, що концентрація Mn була вищою (у 3 рази) у раціоні з вологим листям раціону садівництва порівняно з контролем, але не було істотної різниці у складі біомаси борошнистих черв’яків. Єдиною відмінністю між контрольним і садовим листям був вміст Cu, який був нижчим у листі.
Таблиця 4 показує концентрації важких металів, знайдених у субстратах. Європейські максимальні концентрації Pb, Cd і Cr у повнораціонних кормах для тварин були перетворені в мг/100 г сухої речовини та додані до таблиці 4, щоб полегшити порівняння з концентраціями, виявленими в бічних потоках47.
У контрольних вологих кормах, овочевих сумішах або картопляних висівках Pb не виявлено, у той час як садове листя містило 0,002 мг Pb/100 г сухої речовини, а ферментовані корені цикорію містили найвищу концентрацію 0,041 мг Pb/100 г сухої речовини. Концентрації С у контрольних кормах і листі саду були порівнянними (0,023 і 0,021 мг/100 г сухої речовини), тоді як у овочевих сумішах і картопляних висівках вони були нижчими (0,004 і 0,007 мг/100 г сухої речовини). Порівняно з іншими субстратами концентрація Cr у ферментованих коренях цикорію була значно вищою (0,135 мг/100 г сухої речовини) і в шість разів вищою, ніж у контрольному кормі. Cd не було виявлено ні в контрольному потоці, ні в будь-якому з бічних потоків.
Значно вищі рівні Pb і Cr були виявлені в личинках, яких годували ферментованими коренями цикорію. Однак Cd не було виявлено в жодній з личинок борошнистого хробака.
Якісний аналіз жирних кислот у сирому жирі був проведений, щоб визначити, чи можуть на профіль жирних кислот личинок борошнистого хробака впливати різні компоненти бічного потоку, яким вони харчувалися. Розподіл цих жирних кислот наведено в таблиці 5. Жирні кислоти перераховані за їх загальною назвою та молекулярною структурою (позначаються як «Cx:y», де x відповідає кількості атомів вуглецю, а y — кількості ненасичених зв’язків). ).
Профіль жирних кислот борошнистих хробаків, яких годували шматочками картоплі, був значно змінений. Вони містили значно більшу кількість міристинової кислоти (C14:0), пальмітинової кислоти (C16:0), пальмітолеїнової кислоти (C16:1) і олеїнової кислоти (C18:1). Концентрації пентадеканової кислоти (C15:0), лінолевої кислоти (C18:2) і ліноленової кислоти (C18:3) були значно нижчими порівняно з іншими борошняними черв’яками. Порівняно з іншими профілями жирних кислот, співвідношення C18:1 до C18:2 було протилежним у шматочках картоплі. Борошнисті черв’яки, яких годували садовим листям, містили більшу кількість пентадеканової кислоти (C15:0), ніж борошнисті черв’яки, яких годували іншими вологими дієтами.
Жирні кислоти поділяються на насичені жирні кислоти (НЖК), мононенасичені жирні кислоти (МНЖК) і поліненасичені жирні кислоти (ПНЖК). Таблиця 5 показує концентрації цих груп жирних кислот. Загалом, профілі жирних кислот борошнистих черв’яків, яких годували відходами картоплі, значно відрізнялися від контрольних та інших побічних потоків. Для кожної групи жирних кислот борошняні хробаки, яких годували картопляними чіпсами, значно відрізнялися від інших груп. Вони містили більше SFA і MUFA і менше PUFA.
Істотних відмінностей між виживаністю та загальною масою виходу личинок, вирощених на різних субстратах, не було. Загальна середня виживаність становила 90%, а загальна середня маса врожаю становила 974 грами. Борошнисті хробаки успішно переробляють субпродукти як джерело вологого корму. Вологі корми борошнистого хробака становлять більше половини загальної маси корму (сухий + вологий). Заміна свіжих овочів побічними сільськогосподарськими продуктами як традиційним вологим кормом має економічні та екологічні переваги для вирощування борошнистих черв’яків.
Таблиця 1 показує, що склад біомаси личинок борошнистого хробака, вирощених на контрольному раціоні, становив приблизно 72% вологи, 5% золи, 19% ліпідів, 51% протеїну, 8% хітину та 18% сухої речовини у вигляді неволокнистих вуглеводів. Це можна порівняти зі значеннями, зазначеними в літературі.48,49 Проте в літературі можна знайти інші компоненти, часто залежно від використовуваного аналітичного методу. Наприклад, ми використовували метод К’єльдаля для визначення вмісту сирого протеїну зі співвідношенням N до P 5,33, тоді як інші дослідники використовують більш широко використовуване співвідношення 6,25 для зразків м’яса та кормів.50,51
Додавання до раціону обрізків картоплі (багата вуглеводами волога дієта) призвело до подвоєння вмісту жиру в борошняних черв’яках. Очікується, що вміст вуглеводів у картоплі складається переважно з крохмалю, тоді як агар містить цукри (полісахариди)47,48. Цей висновок контрастує з іншим дослідженням, яке показало, що вміст жиру зменшився, коли борошнистих черв’яків годували дієтою, доповненою очищеною на пару картоплею з низьким вмістом білка (10,7%) і високим вмістом крохмалю (49,8%)36. Коли оливкові вичавки були додані до раціону, вміст білка та вуглеводів у борошнистих черв’яків відповідав вмісту вологого раціону, тоді як вміст жиру залишався незмінним35. Навпаки, інші дослідження показали, що вміст білка в личинках, вирощених у бічних водотоках, зазнає фундаментальних змін, як і вміст жиру22,37.
Ферментований корінь цикорію істотно підвищував зольність личинок борошнистого червця (табл. 1). Дослідження впливу побічних продуктів на золу та мінеральний склад личинок борошнистого черв’яка обмежені. Більшість досліджень згодовування побічних продуктів зосереджувалися на вмісті жиру та білка в личинках без аналізу вмісту золи21,35,36,38,39. Однак, коли аналізували вміст золи в личинках, яких годували субпродуктами, було виявлено збільшення вмісту золи. Наприклад, згодовування відходів садових черв’яків підвищило вміст золи з 3,01% до 5,30%, а додавання відходів кавунів до раціону збільшило вміст золи з 1,87% до 4,40%.
Хоча приблизний склад усіх джерел вологого корму значно відрізнявся (табл. 1), відмінності у складі біомаси личинок борошнистих черв’яків, яких годували відповідними джерелами вологого корму, були незначними. Лише личинки борошнистого хробака, яких годували шматочками картоплі або ферментованим коренем цикорію, показали значні зміни. Одним із можливих пояснень цього результату є те, що окрім коренів цикорію, шматки картоплі також були частково ферментовані (pH 4,7, таблиця 1), завдяки чому крохмаль/вуглеводи стали більш засвоюваними/доступними для личинок борошнистого хробака. Як личинки борошнистого хробака синтезують ліпіди з поживних речовин, таких як вуглеводи, викликає великий інтерес і має бути повністю вивчено в майбутніх дослідженнях. У попередньому дослідженні впливу рН вологого раціону на ріст личинок борошнистого черв’яка було зроблено висновок, що не спостерігалося суттєвих відмінностей при використанні агарових блоків із вологими раціонами в діапазоні рН від 3 до 9. Це вказує на те, що ферментовані вологі раціони можна використовувати для культивування Tenebrio molitor53. Подібно до Coudron та ін.53, контрольні експерименти використовували блоки агару у вологих раціонах, оскільки вони мали дефіцит мінералів і поживних речовин. У їхньому дослідженні не вивчався вплив більш різноманітних за поживністю джерел вологого раціону, таких як овочі або картопля, на покращення засвоюваності або біодоступності. Для подальшого вивчення цієї теорії необхідні подальші дослідження впливу ферментації вологих джерел їжі на личинки борошнистих черв’яків.
Розподіл мінералів контрольної біомаси борошнистого черв’яка, виявлений у цьому дослідженні (таблиці 2 і 3), можна порівняти з діапазоном макро- та мікроелементів, знайдених у літературі48,54,55. Забезпечення борошняних черв’яків ферментованим коренем цикорію як джерелом вологого раціону максимізує вміст мінеральних речовин у них. Хоча більшість макро- та мікроелементів були вищими в овочевих сумішах та садовому листі (таблиці 2 і 3), вони не впливали на мінеральний вміст біомаси борошнистого черв’яка такою ж мірою, як ферментовані корені цикорію. Одним із можливих пояснень є те, що поживні речовини в лужному садовому листі менш біодоступні, ніж в інших, більш кислих вологих дієтах (таблиця 1). У попередніх дослідженнях личинок борошнистого хробака годували ферментованою рисовою соломою, і було виявлено, що вони добре розвивалися в цьому побічному потоці, а також показали, що попередня обробка субстрату ферментацією спричинила поглинання поживних речовин. 56 Використання ферментованих коренів цикорію збільшило вміст Ca, Fe та Mn у біомасі борошнистого хробака. Хоча цей побічний потік також містив вищі концентрації інших мінералів (P, Mg, K, Na, Zn і Cu), ці мінерали не були значно більшими в біомасі борошнистих черв’яків порівняно з контролем, що вказує на вибірковість поглинання мінералів. Збільшення вмісту цих мінералів у біомасі борошнистого хробака має поживну цінність для харчових і кормових цілей. Кальцій є важливим мінералом, який відіграє важливу роль у нервово-м’язовій функції та багатьох ферментних процесах, таких як згортання крові, формування кісток і зубів. 57,58 Дефіцит заліза є поширеною проблемою в країнах, що розвиваються, коли діти, жінки та люди похилого віку часто не отримують достатньо заліза зі свого раціону. 54 Хоча марганець є важливим елементом у раціоні людини та відіграє центральну роль у функціонуванні багатьох ферментів, надмірне споживання може бути токсичним. Більш високі рівні марганцю у борошняних черв’яків, яких годували ферментованим коренем цикорію, не викликали занепокоєння та були порівняні з такими у курей. 59
Концентрації важких металів, виявлені в бічному потоці, були нижчими за європейські стандарти повноцінних кормів для тварин. Аналіз важких металів у личинках борошнистого хробака показав, що рівні Pb і Cr були значно вищими у борошняних хробаків, яких годували ферментованим коренем цикорію, ніж у контрольній групі та інших субстратах (табл. 4). Коріння цикорію ростуть у ґрунті та, як відомо, поглинають важкі метали, тоді як інші побічні потоки походять від контрольованого виробництва їжі людиною. Борошнисті хробаки, яких годували ферментованим коренем цикорію, також містили вищі рівні Pb і Cr (табл. 4). Розраховані коефіцієнти біоакумуляції (BAF) становили 2,66 для Pb і 1,14 для Cr, тобто більше 1, що вказує на те, що борошняні хробаки мають здатність накопичувати важкі метали. Щодо Pb, ЄС встановлює максимальний вміст Pb 0,10 мг на кілограм свіжого м’яса для споживання людиною61. При оцінці експериментальних даних максимальна концентрація Pb, виявлена у ферментованому корені цикорію, становила 0,11 мг/100 г сухої речовини. Коли значення було перераховано до вмісту сухої речовини 30,8% для цих борошняних черв’яків, вміст Pb становив 0,034 мг/кг свіжої речовини, що було нижче максимального рівня 0,10 мг/кг. У європейських харчових нормах не встановлено максимального вмісту Cr. Cr зазвичай зустрічається в навколишньому середовищі, харчових продуктах і харчових добавках і, як відомо, є необхідною поживною речовиною для людини в невеликих кількостях62,63,64. Ці аналізи (таблиця 4) показують, що личинки T. molitor можуть накопичувати важкі метали, якщо важкі метали присутні в раціоні. Однак рівень важких металів, виявлений у біомасі борошнистого хробака в цьому дослідженні, вважається безпечним для споживання людиною. Рекомендується регулярний і ретельний моніторинг при використанні бічних потоків, які можуть містити важкі метали, як джерела вологого корму для T. molitor.
Найбільш поширеними жирними кислотами в загальній біомасі личинок T. molitor були пальмітинова кислота (C16:0), олеїнова кислота (C18:1) і лінолева кислота (C18:2) (табл. 5), що узгоджується з попередніми дослідженнями. на Т. molitor. Результати спектру жирних кислот є послідовними36,46,50,65. Профіль жирних кислот T. molitor зазвичай складається з п’яти основних компонентів: олеїнова кислота (C18:1), пальмітинова кислота (C16:0), лінолева кислота (C18:2), міристинова кислота (C14:0) і стеаринова кислота. (C18:0). Повідомляється, що олеїнова кислота є найпоширенішою жирною кислотою (30–60%) у личинках борошнистого черв’яка, за нею йдуть пальмітинова кислота та лінолева кислота22,35,38,39. Попередні дослідження показали, що на цей профіль жирних кислот впливає дієта личинок борошнистого черв’яка, але відмінності не відповідають тим же тенденціям, що й дієта38. Порівняно з іншими профілями жирних кислот, співвідношення C18:1–C18:2 у картопляному лушпинні протилежне. Подібні результати були отримані щодо змін у профілі жирних кислот у борошняних черв’яків, яких годували очищеними на пару картопляними шкірками36. Ці результати вказують на те, що хоча профіль жирних кислот олії борошнистого черв’яка може бути змінений, вона все ще залишається багатим джерелом ненасичених жирних кислот.
Метою цього дослідження було оцінити вплив використання чотирьох різних потоків агропромислових біовідходів як вологого корму на склад борошнистих черв’яків. Вплив оцінювали на основі поживної цінності личинок. Результати показали, що побічні продукти були успішно перетворені в багату білком біомасу (вміст білка 40,7-52,3%), яку можна використовувати як джерело їжі та корму. Крім того, дослідження показало, що використання побічних продуктів як вологого корму впливає на поживну цінність біомаси борошнистого хробака. Зокрема, забезпечення личинок високою концентрацією вуглеводів (наприклад, шматки картоплі) збільшує їх вміст жиру та змінює їх жирнокислотний склад: менший вміст поліненасичених жирних кислот і більший вміст насичених і мононенасичених жирних кислот, але не концентрації ненасичених жирних кислот. . Переважають жирні кислоти (мононенасичені + поліненасичені). Дослідження також показало, що борошняні черв’яки вибірково накопичують кальцій, залізо та марганець із бічних потоків, багатих кислими мінералами. Схоже, що біодоступність мінералів відіграє важливу роль, і для повного розуміння цього необхідні подальші дослідження. Важкі метали, присутні в бічних потоках, можуть накопичуватися в борошняних хробаках. Однак кінцеві концентрації Pb, Cd і Cr в біомасі личинок були нижчими за прийнятні рівні, що дозволяло безпечно використовувати ці бічні потоки як джерело вологого корму.
Личинки борошнистого хробака були вирощені компаніями Radius (Giel, Бельгія) та Inagro (Rumbeke-Beitem, Бельгія) в Університеті прикладних наук Томаса Мора при 27 °C і відносній вологості 60%. Щільність борошнистих черв’яків, вирощених в акваріумі 60 х 40 см, становила 4,17 черв’яків/см2 (10 000 борошнистих черв’яків). Личинкам спочатку годували 2,1 кг пшеничних висівок як сухий корм на резервуар для вирощування, а потім доповнювали за потреби. Використовуйте блоки агару як контрольну обробку вологого корму. Починаючи з 4-го тижня, почніть годувати бічними струменями (також джерелом вологи) як вологий корм замість агару ad libitum. Відсоток сухої речовини для кожного бічного потоку був попередньо визначений і записаний, щоб забезпечити рівну кількість вологи для всіх комах під час обробки. Корм рівномірно розподіляється по тераріуму. Личинки збирають, коли в дослідній групі з’являються перші лялечки. Збір личинок проводиться за допомогою механічного струшувача діаметром 2 мм. За винятком експерименту з кубиками картоплі. Великі порції висушеної картоплі, нарізаної кубиками, також відокремлюють, дозволяючи личинкам проповзати через цю сітку та збираючи їх у металеві лотки. Загальну масу врожаю визначають шляхом зважування загальної маси врожаю. Виживаність розраховується шляхом ділення загальної маси врожаю на масу личинок. Масу личинок визначають шляхом відбору не менше 100 личинок і ділення їх загальної ваги на кількість. Зібрані личинки голодують протягом 24 годин, щоб спорожнити їх кишечник перед аналізом. Нарешті, личинки знову перевіряються, щоб відокремити їх від решти. Їх заморожують, піддають евтаназії та зберігають при -18°C до аналізу.
Сухим кормом служили пшеничні висівки (бельгійська Molens Joye). Пшеничні висівки попередньо просівали до розміру частинок менше 2 мм. Окрім сухого корму, личинки борошнистого черв’яка також потребують вологого корму для підтримки вологи та мінеральних добавок, необхідних для борошнистих черв’яків. На вологі корми припадає більше половини загального корму (сухий корм + вологий корм). У наших експериментах агар (Brouwland, Бельгія, 25 г/л) використовували як контрольний вологий корм45. Як показано на малюнку 1, чотири сільськогосподарські побічні продукти з різним вмістом поживних речовин були протестовані як вологий корм для личинок борошнистого хробака. Ці побічні продукти включають (а) листя від вирощування огірків (Інагро, Бельгія), (б) обрізки картоплі (Дюіньї, Бельгія), (в) ферментовані корені цикорію (Інагро, Бельгія) та (г) непродані фрукти та овочі з аукціонів . (Белорта, Бельгія). Бічний потік подрібнюється на шматки, придатні для використання в якості вологого корму для борошнистих хробаків.
Субпродукти сільського господарства як вологий корм для борошнистих хробаків; (а) садове листя від вирощування огірка, (б) черешки картоплі, (в) коріння цикорію, (г) непродані овочі на аукціоні та (д) блоки агару. Як елементи керування.
Склад корму та личинок борошнистого хробака визначали тричі (n = 3). Були оцінені швидкий аналіз, мінеральний склад, вміст важких металів і склад жирних кислот. Гомогенізований зразок вагою 250 г був взятий із зібраних і голодованих личинок, висушений при 60°C до постійної ваги, подрібнений (IKA, трубчастий млин 100) і просіяний через сито 1 мм. Висушені зразки закривали в темні контейнери.
Вміст сухої речовини (DM) визначали шляхом сушіння зразків у печі при 105°C протягом 24 годин (Memmert, UF110). Відсоток сухої речовини розраховували на основі втрати маси зразка.
Вміст сирої золи (CA) визначали за втратою маси під час спалювання в муфельній печі (Nabertherm, L9/11/SKM) при 550°C протягом 4 годин.
Екстракцію вмісту сирого жиру або діетилового ефіру (EE) проводили петролейним ефіром (т.кип. 40–60 °C) за допомогою обладнання для екстракції Сокслета. Приблизно 10 г зразка поміщали в екстракційну головку і покривали керамічною ватою, щоб запобігти втраті зразка. Зразки екстрагували протягом ночі 150 мл петролейного ефіру. Екстракт охолоджували, органічний розчинник видаляли та відновлювали за допомогою роторного випарювання (Büchi, R-300) при 300 мбар і 50 °C. Неочищені ліпідні або ефірні екстракти охолоджували і зважували на аналітичних вагах.
Вміст сирого протеїну (СР) визначали шляхом аналізу азоту, присутнього в зразку, за допомогою методу К’єльдаля BN EN ISO 5983-1 (2005). Для розрахунку вмісту білка використовуйте відповідні коефіцієнти від N до P. Для стандартного сухого корму (пшеничні висівки) використовуйте загальний коефіцієнт 6,25. Для бокового потоку використовується коефіцієнт 4,2366, а для овочевих сумішей використовується коефіцієнт 4,3967. Вміст сирого протеїну в личинках розраховували з використанням коефіцієнта N до P 5,3351.
Вміст клітковини включав визначення волокна з нейтральним миючим засобом (NDF) на основі протоколу екстракції Герхардта (ручний аналіз волокна в мішках, Герхардт, Німеччина) та методу van Soest 68. Для визначення NDF зразок масою 1 г поміщали в спеціальний волокнистий пакет (Gerhardt, ADF/NDF bag) зі скляним вкладишем. Фіброві мішки, наповнені зразками, спочатку знежирювали петролейним ефіром (температура кипіння 40–60 °C), а потім висушували при кімнатній температурі. Знежирений зразок екстрагували нейтральним розчином детергенту для клітковини, що містить термостабільну α-амілазу, при температурі кипіння протягом 1,5 год. Потім зразки тричі промивали киплячою деіонізованою водою та сушили при 105 °C протягом ночі. Мішки з сухим волокном (містять залишки волокна) зважували за допомогою аналітичних ваг (Sartorius, P224-1S), а потім спалювали в муфельній печі (Nabertherm, L9/11/SKM) при 550°C протягом 4 годин. Золу знову зважили, і вміст волокна розрахували на основі втрати ваги між висушуванням і спалюванням зразка.
Щоб визначити вміст хітину в личинках, ми використали модифікований протокол, заснований на аналізі сирої клітковини ван Соестом 68 . Зразок масою 1 г поміщали в спеціальний волокнистий мішок (Gerhardt, CF Bag) і скляну кришку. Зразки упаковували в волокнисті мішки, знежирювали в петролейному ефірі (прибл. 40–60 °C) і сушили на повітрі. Знежирений зразок спочатку екстрагували кислим розчином 0,13 М сірчаної кислоти при температурі кипіння протягом 30 хв. Мішок із екстракційного волокна, що містить зразок, тричі промивали киплячою деіонізованою водою, а потім екстрагували 0,23 М розчином гідроксиду калію протягом 2 годин. Мішок із екстракційним волокном, що містить зразок, знову тричі промивали киплячою деіонізованою водою та сушили при 105°C протягом ночі. Сухий мішок із залишками волокон зважували на аналітичних вагах і спалювали в муфельній печі при 550°C протягом 4 годин. Золу зважили, а вміст клітковини розрахували на основі втрати маси спаленого зразка.
Розраховували загальний вміст вуглеводів. Концентрацію неволокнистих вуглеводів (NFC) у кормі розраховували за допомогою аналізу NDF, а концентрацію комах розраховували за допомогою аналізу хітину.
Рівень рН матриці визначали після екстракції деіонізованою водою (1:5 об./об.) відповідно до NBN EN 15933.
Зразки готували, як описано Broeckx et al. Мінеральні профілі визначали за допомогою ICP-OES (Optima 4300™ DV ICP-OES, Perkin Elmer, MA, USA).
Важкі метали Cd, Cr і Pb аналізували за допомогою атомно-абсорбційної спектрометрії (AAS) у графітовій печі (Thermo Scientific, серія ICE 3000, обладнана автоматичним пробовідбірником GFS). Приблизно 200 мг зразка розщеплювали в кислому HNO3/HCl (1:3 об./об.) за допомогою мікрохвиль (CEM, MARS 5). Мікрохвильове розщеплення проводили при 190°C протягом 25 хв при 600 Вт. Розбавте екстракт надчистою водою.
Жирні кислоти визначали методом ГХ-МС (Agilent Technologies, система ГХ 7820A з детектором 5977 E MSD). Відповідно до методу Джозефа та Акмана70, 20% розчин BF3/MeOH додавали до метанольного розчину KOH і метиловий ефір жирної кислоти (FAME) отримували з ефірного екстракту після етерифікації. Жирні кислоти можна ідентифікувати шляхом порівняння їх часу утримування з 37 стандартами суміші FAME (Chemical Lab) або шляхом порівняння їхніх спектрів MS з онлайн-бібліотеками, такими як база даних NIST. Якісний аналіз виконується шляхом обчислення площі піку у відсотках від загальної площі піку хроматограми.
Аналіз даних проводили за допомогою програмного забезпечення JMP Pro 15.1.1 від SAS (Бакінгемшир, Великобританія). Оцінку проводили з використанням одностороннього дисперсійного аналізу з рівнем значущості 0,05 і Тьюкі HSD як ретроспективного тесту.
Коефіцієнт біоакумуляції (BAF) розраховували шляхом ділення концентрації важких металів у біомасі личинок борошнистого черв’яка (DM) на концентрацію у вологому кормі (DM) 43 . BAF більше 1 вказує на те, що важкі метали біоакумулюються з вологого корму в личинках.
Набори даних, створені та/або проаналізовані під час поточного дослідження, доступні у відповідного автора за розумним запитом.
Департамент ООН з економічних і соціальних питань, Відділ народонаселення. World Population Prospects 2019: Highlights (ST/ESA/SER.A/423) (2019).
Коул, М.Б., Августин, Массачусетс, Робертсон, М.Дж., і Меннерс, Дж.М., Наука про безпеку харчових продуктів. NPJ Sci. Їжа 2018, 2. https://doi.org/10.1038/s41538-018-0021-9 (2018).
Час публікації: 19 грудня 2024 р