Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com. Phiên bản trình duyệt bạn đang sử dụng có hỗ trợ CSS hạn chế. Để có kết quả tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng trình duyệt mới hơn (hoặc tắt chế độ tương thích trong Internet Explorer). Trong thời gian chờ đợi, để đảm bảo được hỗ trợ liên tục, chúng tôi sẽ hiển thị trang web không có kiểu và JavaScript.
Nuôi côn trùng là một cách tiềm năng để đáp ứng nhu cầu protein ngày càng tăng trên toàn cầu và là một hoạt động mới ở thế giới phương Tây, nơi vẫn còn nhiều câu hỏi liên quan đến chất lượng và an toàn sản phẩm. Côn trùng có thể đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế tuần hoàn bằng cách chuyển đổi chất thải sinh học thành sinh khối có giá trị. Khoảng một nửa chất nền thức ăn cho giun ăn là từ thức ăn ướt. Điều này có thể thu được từ chất thải sinh học, giúp việc nuôi côn trùng bền vững hơn. Bài viết này trình bày về thành phần dinh dưỡng của giun bột (Tenebrio molitor) được nuôi bằng chất bổ sung hữu cơ từ phụ phẩm. Chúng bao gồm các loại rau không bán được, lát khoai tây, rễ rau diếp xoăn lên men và lá vườn. Nó được đánh giá bằng cách phân tích thành phần gần đúng, thành phần axit béo, hàm lượng khoáng chất và kim loại nặng. Giun ăn những lát khoai tây có hàm lượng chất béo gấp đôi và tăng lượng axit béo bão hòa và không bão hòa đơn. Việc sử dụng rễ rau diếp xoăn lên men làm tăng hàm lượng khoáng chất và tích tụ kim loại nặng. Ngoài ra, sự hấp thụ khoáng chất của giun ăn có tính chọn lọc, vì chỉ có nồng độ canxi, sắt và mangan tăng lên. Việc bổ sung hỗn hợp rau hoặc lá vườn vào chế độ ăn sẽ không làm thay đổi đáng kể thành phần dinh dưỡng. Tóm lại, dòng sản phẩm phụ đã được chuyển đổi thành công thành sinh khối giàu protein, hàm lượng chất dinh dưỡng và khả dụng sinh học của chúng ảnh hưởng đến thành phần của giun bột.
Dân số ngày càng tăng dự kiến sẽ đạt 9,7 tỷ người vào năm 20501,2 gây áp lực lên sản xuất lương thực của chúng ta nhằm đáp ứng nhu cầu lương thực cao. Người ta ước tính rằng nhu cầu lương thực sẽ tăng 70-80% trong khoảng thời gian từ năm 2012 đến năm 20503,4,5. Các nguồn tài nguyên thiên nhiên được sử dụng trong sản xuất lương thực hiện nay đang bị cạn kiệt, đe dọa hệ sinh thái và nguồn cung cấp thực phẩm của chúng ta. Ngoài ra, một lượng lớn sinh khối bị lãng phí liên quan đến sản xuất và tiêu thụ thực phẩm. Ước tính đến năm 2050, lượng rác thải toàn cầu hàng năm sẽ đạt 27 tỷ tấn, phần lớn là rác thải sinh học6,7,8. Để đối phó với những thách thức này, các giải pháp đổi mới, thực phẩm thay thế và phát triển bền vững hệ thống nông nghiệp và thực phẩm đã được đề xuất9,10,11. Một cách tiếp cận như vậy là sử dụng chất thải hữu cơ để sản xuất nguyên liệu thô như côn trùng ăn được làm nguồn thực phẩm và thức ăn chăn nuôi bền vững12,13. Nuôi côn trùng tạo ra lượng khí thải nhà kính và amoniac thấp hơn, cần ít nước hơn các nguồn protein truyền thống và có thể được sản xuất trong các hệ thống canh tác thẳng đứng, cần ít không gian hơn14,15,16,17,18,19. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng côn trùng có khả năng chuyển đổi chất thải sinh học có giá trị thấp thành sinh khối giàu protein có giá trị với hàm lượng chất khô lên tới 70%20,21,22. Hơn nữa, sinh khối có giá trị thấp hiện đang được sử dụng để sản xuất năng lượng, chôn lấp hoặc tái chế và do đó không cạnh tranh với ngành thực phẩm và thức ăn chăn nuôi hiện nay23,24,25,26. Giun bột (T. molitor)27 được coi là một trong những loài có triển vọng nhất trong sản xuất thực phẩm và thức ăn chăn nuôi quy mô lớn. Cả ấu trùng và trưởng thành đều ăn nhiều loại vật liệu khác nhau như các sản phẩm ngũ cốc, chất thải động vật, rau, trái cây, v.v. 28,29. Ở các xã hội phương Tây, T. molitor được nuôi nhốt ở quy mô nhỏ, chủ yếu làm thức ăn cho vật nuôi như chim hoặc bò sát. Hiện nay, tiềm năng sản xuất lương thực và thức ăn chăn nuôi của họ đang được quan tâm nhiều hơn30,31,32. Ví dụ, T. molitor đã được phê duyệt với một hồ sơ thực phẩm mới, bao gồm sử dụng ở dạng đông lạnh, khô và dạng bột (Quy định (EU) số 258/97 và Quy định (EU) 2015/2283) 33. Tuy nhiên, sản xuất quy mô lớn sử dụng côn trùng làm thực phẩm và thức ăn chăn nuôi vẫn còn là một khái niệm tương đối mới ở các nước phương Tây. Ngành này phải đối mặt với những thách thức như lỗ hổng kiến thức về chế độ ăn và sản xuất tối ưu, chất lượng dinh dưỡng của sản phẩm cuối cùng và các vấn đề an toàn như tích tụ chất độc hại và mối nguy vi sinh vật. Không giống như chăn nuôi truyền thống, chăn nuôi côn trùng không có lịch sử tương tự17,24,25,34.
Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu được tiến hành về giá trị dinh dưỡng của giun bột nhưng các yếu tố ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng của chúng vẫn chưa được hiểu biết đầy đủ. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng chế độ ăn của côn trùng có thể có một số ảnh hưởng đến thành phần của nó, nhưng không tìm thấy mô hình rõ ràng nào. Ngoài ra, những nghiên cứu này tập trung vào thành phần protein và lipid của giun bột nhưng có tác dụng hạn chế đối với các thành phần khoáng chất21,22,32,35,36,37,38,39,40. Cần nhiều nghiên cứu hơn để hiểu khả năng hấp thụ khoáng chất. Một nghiên cứu gần đây đã kết luận rằng ấu trùng giun ăn củ cải có nồng độ một số khoáng chất tăng nhẹ. Tuy nhiên, những kết quả này chỉ giới hạn ở chất nền được thử nghiệm và cần có thêm các thử nghiệm công nghiệp khác41. Sự tích lũy kim loại nặng (Cd, Pb, Ni, As, Hg) trong giun bột đã được báo cáo là có mối tương quan đáng kể với hàm lượng kim loại trong nền. Mặc dù nồng độ kim loại được tìm thấy trong chế độ ăn trong thức ăn chăn nuôi thấp hơn giới hạn cho phép42, nhưng asen cũng được phát hiện tích lũy sinh học trong ấu trùng giun bột, trong khi cadmium và chì không tích lũy sinh học43. Hiểu được ảnh hưởng của chế độ ăn uống đối với thành phần dinh dưỡng của giun bột là rất quan trọng để sử dụng an toàn chúng trong thực phẩm và thức ăn chăn nuôi.
Nghiên cứu được trình bày trong bài viết này tập trung vào tác động của việc sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm nguồn thức ăn ướt đến thành phần dinh dưỡng của giun bột. Ngoài thức ăn khô, cũng nên cung cấp thức ăn ướt cho ấu trùng. Nguồn thức ăn ướt cung cấp độ ẩm cần thiết đồng thời đóng vai trò bổ sung dinh dưỡng cho giun ăn, tăng tốc độ tăng trưởng và trọng lượng cơ thể tối đa44,45. Theo dữ liệu nuôi giun bột tiêu chuẩn của chúng tôi trong dự án Interreg-Valusect, tổng thức ăn giun bột chứa 57% w/w thức ăn ướt. Thông thường, rau tươi (ví dụ như cà rốt) được sử dụng làm nguồn thức ăn ướt35,36,42,44,46. Sử dụng các sản phẩm phụ có giá trị thấp làm nguồn thức ăn ướt sẽ mang lại lợi ích kinh tế và bền vững hơn cho việc nuôi côn trùng17. Mục tiêu của nghiên cứu này là (1) điều tra ảnh hưởng của việc sử dụng chất thải sinh học làm thức ăn ướt đến thành phần dinh dưỡng của giun bột, (2) xác định hàm lượng dinh dưỡng đa lượng và vi lượng của ấu trùng giun ăn được nuôi trên chất thải sinh học giàu khoáng chất để kiểm tra tính khả thi của tăng cường khoáng chất và (3) đánh giá mức độ an toàn của các phụ phẩm này trong nuôi côn trùng bằng cách phân tích sự hiện diện và tích lũy kim loại nặng Pb, Cd và Cr. Nghiên cứu này sẽ cung cấp thêm thông tin về tác động của việc bổ sung chất thải sinh học đối với chế độ ăn của ấu trùng giun bột, giá trị dinh dưỡng và độ an toàn.
Hàm lượng chất khô trong dòng chảy bên cao hơn so với môi trường thạch dinh dưỡng ướt đối chứng. Hàm lượng chất khô trong hỗn hợp rau và lá vườn thấp hơn 10%, trong khi đó cao hơn ở hom khoai tây và rễ rau diếp xoăn lên men (13,4 và 29,9 g/100 g chất tươi, FM).
Hỗn hợp rau có hàm lượng tro thô, chất béo và protein cao hơn và hàm lượng carbohydrate không xơ thấp hơn so với thức ăn đối chứng (agar), trong khi hàm lượng chất xơ tẩy rửa trung tính được xử lý bằng amylase là tương tự. Hàm lượng carbohydrate trong các lát khoai tây là cao nhất trong tất cả các dòng phụ và có thể so sánh với hàm lượng của thạch. Nhìn chung, thành phần thô của nó tương tự như thức ăn đối chứng nhưng được bổ sung một lượng nhỏ protein (4,9%) và tro thô (2,9%) 47,48. Độ pH của khoai tây dao động từ 5 đến 6, và điều đáng chú ý là dòng khoai tây này có tính axit cao hơn (4,7). Rễ rau diếp xoăn lên men rất giàu tro và có tính axit cao nhất trong tất cả các loại rau phụ. Vì rễ cây không được làm sạch nên phần lớn tro có thể bao gồm cát (silica). Lá vườn là sản phẩm có tính kiềm duy nhất so với đối chứng và các dòng phụ khác. Nó chứa hàm lượng tro và protein cao và lượng carbohydrate thấp hơn nhiều so với đối chứng. Thành phần thô gần giống nhất với rễ rau diếp xoăn lên men, nhưng nồng độ protein thô cao hơn (15,0%), tương đương với hàm lượng protein trong hỗn hợp rau. Phân tích thống kê các dữ liệu trên cho thấy sự khác biệt đáng kể về thành phần thô và độ pH của các dòng phụ.
Việc bổ sung hỗn hợp rau hoặc lá vườn vào thức ăn giun bột không ảnh hưởng đến thành phần sinh khối của ấu trùng giun bột so với nhóm đối chứng (Bảng 1). Việc bổ sung giâm cành khoai tây dẫn đến sự khác biệt đáng kể nhất về thành phần sinh khối so với nhóm đối chứng nhận ấu trùng giun bột và các nguồn thức ăn ướt khác. Đối với hàm lượng protein của giun bột, ngoại trừ các cành khoai tây, thành phần gần đúng khác nhau của các dòng phụ không ảnh hưởng đến hàm lượng protein của ấu trùng. Cho ăn các cành khoai tây làm nguồn cung cấp độ ẩm đã làm tăng hàm lượng chất béo của ấu trùng lên gấp hai lần và giảm hàm lượng protein, chitin và carbohydrate không xơ. Rễ rau diếp xoăn lên men làm tăng hàm lượng tro của ấu trùng giun ăn lên gấp rưỡi.
Thành phần khoáng chất được biểu thị dưới dạng hàm lượng khoáng chất đa lượng (Bảng 2) và vi chất dinh dưỡng (Bảng 3) trong thức ăn ướt và sinh khối ấu trùng giun bột.
Nhìn chung, các dòng sản phẩm phụ trong nông nghiệp giàu khoáng chất đa lượng hơn so với nhóm đối chứng, ngoại trừ các cành khoai tây cắt có hàm lượng Mg, Na và Ca thấp hơn. Nồng độ kali cao ở tất cả các dòng phụ so với đối chứng. Thạch chứa 3 mg/100 g DM K, trong khi nồng độ K ở dòng phụ dao động từ 1070 đến 9909 mg/100 g DM. Hàm lượng khoáng chất đa lượng trong hỗn hợp rau củ cao hơn đáng kể so với nhóm đối chứng, nhưng hàm lượng Na thấp hơn đáng kể (88 so với 111 mg/100 g DM). Nồng độ khoáng chất đa lượng trong giâm cành khoai tây là thấp nhất trong tất cả các dòng phụ. Hàm lượng khoáng chất đa lượng trong giâm cành khoai tây thấp hơn đáng kể so với các dòng đối chứng và đối chứng khác. Ngoại trừ hàm lượng Mg tương đương với nhóm đối chứng. Mặc dù rễ rau diếp xoăn lên men không có hàm lượng khoáng chất đa lượng cao nhất nhưng hàm lượng tro của dòng phụ này lại cao nhất trong số các dòng phụ. Điều này có thể là do chúng không được tinh chế và có thể chứa nồng độ silica (cát) cao. Hàm lượng Na và Ca tương đương với hàm lượng của hỗn hợp rau. Rễ rau diếp xoăn lên men chứa nồng độ Na cao nhất trong tất cả các dòng phụ. Ngoại trừ Na, lá cây làm vườn có nồng độ khoáng chất cao nhất trong tất cả các loại thức ăn thô xanh ướt. Hàm lượng K (9909 mg/100 g DM) cao gấp 3.000 lần so với đối chứng (3 mg/100 g DM) và cao hơn 2,5 lần so với hỗn hợp rau (4057 mg/100 g DM). Hàm lượng Ca cao nhất trong tất cả các dòng phụ (7276 mg/100 g DM), cao gấp 20 lần so với đối chứng (336 mg/100 g DM) và cao hơn 14 lần so với nồng độ Ca trong rễ rau diếp xoăn lên men hoặc hỗn hợp rau (530 và 496 mg/100 g DM).
Mặc dù có sự khác biệt đáng kể về thành phần khoáng chất đa lượng của khẩu phần ăn (Bảng 2), nhưng không có sự khác biệt đáng kể nào được tìm thấy trong thành phần khoáng chất đa lượng của giun được nuôi bằng hỗn hợp rau và khẩu phần đối chứng.
Ấu trùng được cho ăn vụn khoai tây có nồng độ tất cả các khoáng chất đa lượng thấp hơn đáng kể so với đối chứng, ngoại trừ Na, có nồng độ tương đương. Ngoài ra, việc cho khoai tây chiên giòn làm hàm lượng khoáng chất đa lượng của ấu trùng giảm nhiều nhất so với các nguồn thức ăn khác. Điều này phù hợp với lượng tro thấp hơn được quan sát thấy trong các công thức chế biến giun gần đó. Tuy nhiên, mặc dù P và K cao hơn đáng kể trong chế độ ăn ướt này so với các chế độ ăn phụ khác và đối chứng, nhưng thành phần ấu trùng không phản ánh điều này. Nồng độ Ca và Mg thấp được tìm thấy trong sinh khối giun bột có thể liên quan đến nồng độ Ca và Mg thấp có trong chế độ ăn ướt.
Cho ăn rễ rau diếp xoăn lên men và lá vườn cây ăn quả có hàm lượng canxi cao hơn đáng kể so với đối chứng. Lá vườn chứa hàm lượng P, Mg, K và Ca cao nhất trong tất cả các chế độ ăn ướt, nhưng điều này không được phản ánh trong sinh khối giun bột. Nồng độ Na thấp nhất ở những ấu trùng này, trong khi nồng độ Na ở lá vườn cao hơn so với ở cành khoai tây. Hàm lượng Ca tăng ở ấu trùng (66 mg/100 g DM), nhưng nồng độ Ca không cao bằng nồng độ Ca trong sinh khối giun bột (79 mg/100 g DM) trong các thử nghiệm rễ rau diếp xoăn lên men, mặc dù nồng độ Ca trong cây lá vườn ăn quả là Cao gấp 14 lần so với rễ rau diếp xoăn.
Dựa trên thành phần nguyên tố vi lượng của thức ăn ướt (Bảng 3), thành phần khoáng chất của hỗn hợp rau tương tự như nhóm đối chứng, ngoại trừ nồng độ Mn thấp hơn đáng kể. Nồng độ của tất cả các nguyên tố vi lượng được phân tích trong miếng khoai tây cắt miếng đều thấp hơn so với đối chứng và các sản phẩm phụ khác. Rễ rau diếp xoăn lên men chứa lượng sắt cao hơn gần 100 lần, lượng đồng gấp 4 lần, lượng kẽm gấp 2 lần và lượng mangan tương đương. Hàm lượng kẽm và mangan trong lá của cây trồng trong vườn cao hơn đáng kể so với nhóm đối chứng.
Không có sự khác biệt đáng kể nào được tìm thấy giữa hàm lượng nguyên tố vi lượng của ấu trùng được cho ăn khẩu phần đối chứng, hỗn hợp rau và khẩu phần khoai tây ướt. Tuy nhiên, hàm lượng Fe và Mn của ấu trùng ăn chế độ ăn rễ rau diếp xoăn lên men khác biệt đáng kể so với hàm lượng giun ăn trong nhóm đối chứng. Sự gia tăng hàm lượng Fe có thể là do nồng độ nguyên tố vi lượng trong chế độ ăn ướt tăng gấp trăm lần. Tuy nhiên, mặc dù không có sự khác biệt đáng kể về nồng độ Mn giữa rễ rau diếp xoăn lên men và nhóm đối chứng, nồng độ Mn tăng lên ở ấu trùng ăn rễ rau diếp xoăn lên men. Cũng cần lưu ý rằng nồng độ Mn cao hơn (gấp 3 lần) trong chế độ ăn lá ướt của chế độ ăn làm vườn so với đối chứng, nhưng không có sự khác biệt đáng kể về thành phần sinh khối của giun bột. Sự khác biệt duy nhất giữa lá đối chứng và lá làm vườn là hàm lượng Cu trong lá thấp hơn.
Bảng 4 cho thấy nồng độ kim loại nặng được tìm thấy trong chất nền. Nồng độ Pb, Cd và Cr tối đa ở Châu Âu trong thức ăn chăn nuôi hoàn chỉnh đã được chuyển đổi thành mg/100 g chất khô và được thêm vào Bảng 4 để tạo điều kiện so sánh với nồng độ được tìm thấy trong các dòng phụ47.
Không phát hiện thấy Pb trong thức ăn ướt, hỗn hợp rau hoặc cám khoai tây đối chứng, trong khi lá vườn chứa 0,002 mg Pb/100 g DM và rễ rau diếp xoăn lên men chứa hàm lượng cao nhất là 0,041 mg Pb/100 g DM. Nồng độ C trong thức ăn đối chứng và lá vườn là tương đương nhau (0,023 và 0,021 mg/100 g DM), trong khi chúng thấp hơn trong hỗn hợp rau và cám khoai tây (0,004 và 0,007 mg/100 g DM). So với các chất nền khác, nồng độ Cr trong rễ rau diếp xoăn lên men cao hơn đáng kể (0,135 mg/100 g DM) và cao gấp sáu lần so với thức ăn đối chứng. Không phát hiện thấy Cd trong luồng điều khiển hoặc bất kỳ luồng bên nào được sử dụng.
Mức Pb và Cr cao hơn đáng kể được tìm thấy ở ấu trùng được cho ăn rễ rau diếp xoăn lên men. Tuy nhiên, Cd không được phát hiện ở bất kỳ ấu trùng giun ăn nào.
Một phân tích định tính về các axit béo trong chất béo thô đã được thực hiện để xác định xem thành phần axit béo của ấu trùng giun ăn có thể bị ảnh hưởng bởi các thành phần khác nhau của dòng bên mà chúng được cho ăn hay không. Sự phân bố của các axit béo này được thể hiện trong Bảng 5. Các axit béo được liệt kê theo tên gọi chung và cấu trúc phân tử (ký hiệu là “Cx:y”, trong đó x tương ứng với số lượng nguyên tử cacbon và y tương ứng với số lượng liên kết không bão hòa). ).
Thành phần axit béo của giun ăn khoai tây vụn đã thay đổi đáng kể. Chúng chứa lượng axit myristic (C14:0), axit palmitic (C16:0), axit palmitoleic (C16:1) và axit oleic (C18:1) cao hơn đáng kể. Nồng độ axit pentadecanoic (C15:0), axit linoleic (C18:2) và axit linolenic (C18:3) thấp hơn đáng kể so với các loại giun ăn khác. So với các thành phần axit béo khác, tỷ lệ C18:1 đến C18:2 bị đảo ngược trong khoai tây chiên giòn. Giun ăn lá làm vườn chứa lượng axit pentadecanoic (C15:0) cao hơn so với giun ăn các chế độ ăn ướt khác.
Axit béo được chia thành axit béo bão hòa (SFA), axit béo không bão hòa đơn (MUFA) và axit béo không bão hòa đa (PUFA). Bảng 5 cho thấy nồng độ của các nhóm axit béo này. Nhìn chung, thành phần axit béo của giun ăn chất thải khoai tây khác biệt đáng kể so với đối chứng và các dòng khác. Đối với mỗi nhóm axit béo, giun ăn khoai tây chiên có sự khác biệt đáng kể so với tất cả các nhóm khác. Chúng chứa nhiều SFA và MUFA hơn và ít PUFA hơn.
Không có sự khác biệt đáng kể giữa tỷ lệ sống và tổng trọng lượng của ấu trùng được nuôi trên các chất nền khác nhau. Tỷ lệ sống trung bình chung là 90% và tổng trọng lượng năng suất trung bình là 974 gram. Giun bột xử lý thành công các sản phẩm phụ làm nguồn thức ăn ướt. Thức ăn ướt giun ăn chiếm hơn một nửa tổng trọng lượng thức ăn (khô + ướt). Việc thay thế rau tươi bằng các phụ phẩm nông nghiệp làm thức ăn ướt truyền thống mang lại lợi ích kinh tế và môi trường cho việc nuôi giun bột.
Bảng 1 cho thấy thành phần sinh khối của ấu trùng giun bột được nuôi bằng khẩu phần đối chứng là khoảng 72% độ ẩm, 5% tro, 19% lipid, 51% protein, 8% chitin và 18% chất khô dưới dạng carbohydrate không xơ. Điều này có thể so sánh với các giá trị được báo cáo trong tài liệu.48,49 Tuy nhiên, các thành phần khác có thể được tìm thấy trong tài liệu, thường tùy thuộc vào phương pháp phân tích được sử dụng. Ví dụ: chúng tôi đã sử dụng phương pháp Kjeldahl để xác định hàm lượng protein thô với tỷ lệ N:P là 5,33, trong khi các nhà nghiên cứu khác sử dụng tỷ lệ được sử dụng rộng rãi hơn là 6,25 cho các mẫu thịt và thức ăn chăn nuôi.50,51
Việc bổ sung khoai tây vụn (chế độ ăn ướt giàu carbohydrate) vào chế độ ăn đã dẫn đến hàm lượng chất béo trong giun tăng gấp đôi. Hàm lượng carbohydrate trong khoai tây được cho là chủ yếu bao gồm tinh bột, trong khi thạch chứa đường (polysaccharides)47,48. Phát hiện này trái ngược với một nghiên cứu khác cho thấy hàm lượng chất béo giảm khi giun ăn được cho ăn chế độ ăn bổ sung khoai tây gọt vỏ hấp có hàm lượng protein thấp (10,7%) và nhiều tinh bột (49,8%)36. Khi bã ô liu được thêm vào chế độ ăn, hàm lượng protein và carbohydrate trong giun phù hợp với chế độ ăn ướt, trong khi hàm lượng chất béo không thay đổi35. Ngược lại, các nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng hàm lượng protein của ấu trùng được nuôi ở dòng bên bờ trải qua những thay đổi cơ bản, cũng như hàm lượng chất béo22,37.
Rễ rau diếp xoăn lên men làm tăng đáng kể hàm lượng tro của ấu trùng giun ăn (Bảng 1). Nghiên cứu về ảnh hưởng của các sản phẩm phụ đến thành phần tro và khoáng chất của ấu trùng giun bột còn hạn chế. Hầu hết các nghiên cứu về việc cho ăn sản phẩm phụ đều tập trung vào hàm lượng chất béo và protein của ấu trùng mà không phân tích hàm lượng tro21,35,36,38,39. Tuy nhiên, khi phân tích hàm lượng tro của các sản phẩm phụ được nuôi ấu trùng, người ta nhận thấy hàm lượng tro tăng lên. Ví dụ, cho giun ăn rác thải vườn đã làm tăng hàm lượng tro của chúng từ 3,01% lên 5,30% và việc bổ sung chất thải dưa hấu vào khẩu phần đã làm tăng hàm lượng tro từ 1,87% lên 4,40%.
Mặc dù tất cả các nguồn thức ăn ướt khác nhau đáng kể về thành phần gần đúng của chúng (Bảng 1), sự khác biệt về thành phần sinh khối của ấu trùng giun ăn được cho ăn các nguồn thức ăn ướt tương ứng là rất nhỏ. Chỉ có ấu trùng giun ăn khoai tây hoặc rễ rau diếp xoăn lên men mới có những thay đổi đáng kể. Một lời giải thích khả dĩ cho kết quả này là ngoài rễ rau diếp xoăn, các khối khoai tây cũng được lên men một phần (pH 4,7, Bảng 1), làm cho ấu trùng giun bột dễ tiêu hóa/dễ sử dụng hơn. Làm thế nào ấu trùng giun ăn tổng hợp lipid từ các chất dinh dưỡng như carbohydrate rất đáng quan tâm và cần được khám phá đầy đủ trong các nghiên cứu trong tương lai. Một nghiên cứu trước đây về ảnh hưởng của độ pH trong chế độ ăn ướt đối với sự phát triển của ấu trùng giun bột đã kết luận rằng không có sự khác biệt đáng kể nào được quan sát thấy khi sử dụng khối thạch với chế độ ăn ướt trong phạm vi pH từ 3 đến 9. Điều này cho thấy rằng chế độ ăn ướt lên men có thể được sử dụng để nuôi cấy Tenebrio molitor53 . Tương tự như Coudron và cộng sự53, các thí nghiệm đối chứng đã sử dụng khối thạch trong khẩu phần ướt được cung cấp vì chúng thiếu khoáng chất và chất dinh dưỡng. Nghiên cứu của họ không kiểm tra tác động của các nguồn thức ăn ướt đa dạng dinh dưỡng hơn như rau hoặc khoai tây trong việc cải thiện khả năng tiêu hóa hoặc sinh khả dụng. Cần có những nghiên cứu sâu hơn về tác động của quá trình lên men các nguồn thức ăn ướt đối với ấu trùng giun bột để khám phá thêm lý thuyết này.
Sự phân bố khoáng chất của sinh khối giun bột đối chứng được tìm thấy trong nghiên cứu này (Bảng 2 và 3) có thể so sánh với phạm vi các chất dinh dưỡng vĩ mô và vi lượng được tìm thấy trong tài liệu48,54,55. Cung cấp cho giun ăn rễ rau diếp xoăn lên men làm nguồn thức ăn ướt sẽ tối đa hóa hàm lượng khoáng chất của chúng. Mặc dù hầu hết các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng đều cao hơn trong hỗn hợp rau và lá vườn (Bảng 2 và 3), nhưng chúng không ảnh hưởng đến hàm lượng khoáng chất trong sinh khối giun bột ở mức độ tương tự như rễ rau diếp xoăn lên men. Một lời giải thích có thể là các chất dinh dưỡng trong lá vườn kiềm có ít khả dụng sinh học hơn so với các chất dinh dưỡng trong chế độ ăn ướt có tính axit cao hơn (Bảng 1). Các nghiên cứu trước đây cho ấu trùng giun ăn bằng rơm rạ lên men và phát hiện ra rằng chúng phát triển tốt ở dòng phụ này và cũng cho thấy rằng việc xử lý trước chất nền bằng quá trình lên men sẽ thúc đẩy sự hấp thu chất dinh dưỡng. 56 Việc sử dụng rễ rau diếp xoăn lên men làm tăng hàm lượng Ca, Fe và Mn trong sinh khối giun bột. Mặc dù dòng phụ này cũng chứa nồng độ cao hơn của các khoáng chất khác (P, Mg, K, Na, Zn và Cu), những khoáng chất này không có nhiều hơn đáng kể trong sinh khối giun bột so với đối chứng, cho thấy tính chọn lọc của việc hấp thu khoáng chất. Việc tăng hàm lượng các khoáng chất này trong sinh khối giun bột có giá trị dinh dưỡng cho mục đích làm thực phẩm và thức ăn chăn nuôi. Canxi là một khoáng chất thiết yếu đóng vai trò quan trọng trong chức năng thần kinh cơ và nhiều quá trình qua trung gian enzyme như đông máu, hình thành xương và răng. 57,58 Thiếu sắt là một vấn đề phổ biến ở các nước đang phát triển, trẻ em, phụ nữ và người già thường không nhận đủ chất sắt từ chế độ ăn uống của mình. 54 Mặc dù mangan là một yếu tố thiết yếu trong chế độ ăn uống của con người và đóng vai trò trung tâm trong hoạt động của nhiều enzyme, nhưng hấp thụ quá nhiều có thể gây độc. Mức mangan cao hơn ở giun ăn rễ rau diếp xoăn lên men không phải là vấn đề đáng lo ngại và có thể so sánh với mức độ mangan ở gà. 59
Nồng độ kim loại nặng được tìm thấy trong dòng phụ này thấp hơn tiêu chuẩn Châu Âu đối với thức ăn chăn nuôi hoàn chỉnh. Phân tích kim loại nặng ở ấu trùng giun bột cho thấy hàm lượng Pb và Cr cao hơn đáng kể ở giun ăn được nuôi bằng rễ rau diếp xoăn lên men so với nhóm đối chứng và các chất nền khác (Bảng 4). Rễ rau diếp xoăn phát triển trong đất và được biết là có khả năng hấp thụ kim loại nặng, trong khi các dòng khác có nguồn gốc từ việc sản xuất lương thực được kiểm soát của con người. Giun bột được nuôi bằng rễ rau diếp xoăn lên men cũng chứa hàm lượng Pb và Cr cao hơn (Bảng 4). Hệ số tích lũy sinh học tính toán được (BAF) là 2,66 đối với Pb và 1,14 đối với Cr, tức là lớn hơn 1, chứng tỏ giun bột có khả năng tích lũy kim loại nặng. Liên quan đến Pb, EU đặt ra hàm lượng Pb tối đa là 0,10 mg/kg thịt tươi cho người tiêu dùng61. Trong đánh giá dữ liệu thực nghiệm của chúng tôi, nồng độ Pb tối đa được phát hiện trong sâu bột rễ rau diếp xoăn lên men là 0,11 mg/100 g DM. Khi giá trị được quy đổi thành hàm lượng chất khô 30,8% đối với những loại giun này, hàm lượng Pb là 0,034 mg/kg chất tươi, thấp hơn mức tối đa 0,10 mg/kg. Không có hàm lượng Cr tối đa được quy định trong quy định thực phẩm Châu Âu. Cr thường được tìm thấy trong môi trường, thực phẩm và phụ gia thực phẩm và được biết đến là chất dinh dưỡng cần thiết cho con người với số lượng nhỏ62,63,64. Những phân tích này (Bảng 4) chỉ ra rằng ấu trùng T. molitor có thể tích tụ kim loại nặng khi kim loại nặng có mặt trong chế độ ăn. Tuy nhiên, hàm lượng kim loại nặng được tìm thấy trong sinh khối giun bột trong nghiên cứu này được coi là an toàn cho con người. Nên theo dõi thường xuyên và cẩn thận khi sử dụng các dòng phụ có thể chứa kim loại nặng làm nguồn thức ăn ướt cho T. molitor.
Các axit béo có nhiều nhất trong tổng sinh khối của ấu trùng T. molitor là axit palmitic (C16:0), axit oleic (C18:1) và axit linoleic (C18:2) (Bảng 5), phù hợp với các nghiên cứu trước đây trên T. molitor. Kết quả phổ axit béo là nhất quán36,46,50,65. Thành phần axit béo của T. molitor thường bao gồm năm thành phần chính: axit oleic (C18:1), axit palmitic (C16:0), axit linoleic (C18:2), axit myristic (C14:0) và axit stearic (C18:0). Axit oleic được báo cáo là axit béo có nhiều nhất (30–60%) trong ấu trùng giun bột, tiếp theo là axit palmitic và axit linoleic22,35,38,39. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng thành phần axit béo này bị ảnh hưởng bởi chế độ ăn của ấu trùng giun bột, nhưng sự khác biệt không theo xu hướng giống như chế độ ăn38. So với các thành phần axit béo khác, tỷ lệ C18:1–C18:2 trong vỏ khoai tây bị đảo ngược. Kết quả tương tự cũng thu được đối với những thay đổi trong thành phần axit béo của giun ăn vỏ khoai tây hấp36. Những kết quả này chỉ ra rằng mặc dù thành phần axit béo của dầu giun ăn có thể bị thay đổi nhưng nó vẫn là một nguồn axit béo không bão hòa phong phú.
Mục đích của nghiên cứu này là đánh giá hiệu quả của việc sử dụng bốn dòng chất thải sinh học nông-công nghiệp khác nhau làm thức ăn ướt đối với thành phần của giun bột. Tác động được đánh giá dựa trên giá trị dinh dưỡng của ấu trùng. Kết quả cho thấy các sản phẩm phụ đã được chuyển hóa thành công thành sinh khối giàu protein (hàm lượng protein 40,7-52,3%), có thể sử dụng làm nguồn thực phẩm, thức ăn chăn nuôi. Ngoài ra, nghiên cứu cho thấy việc sử dụng phụ phẩm làm thức ăn ướt ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng của sinh khối giun bột. Đặc biệt, việc cung cấp cho ấu trùng hàm lượng carbohydrate cao (ví dụ như miếng khoai tây) sẽ làm tăng hàm lượng chất béo và thay đổi thành phần axit béo của chúng: hàm lượng axit béo không bão hòa đa thấp hơn và hàm lượng axit béo bão hòa và không bão hòa đơn cao hơn, nhưng không có nồng độ axit béo không bão hòa. . Các axit béo (không bão hòa đơn + không bão hòa đa) vẫn chiếm ưu thế. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng giun ăn tích lũy có chọn lọc canxi, sắt và mangan từ các dòng nước phụ giàu khoáng chất có tính axit. Sinh khả dụng của khoáng chất dường như đóng một vai trò quan trọng và cần có những nghiên cứu sâu hơn để hiểu đầy đủ về điều này. Kim loại nặng có trong dòng nước bên cạnh có thể tích tụ trong giun bột. Tuy nhiên, nồng độ cuối cùng của Pb, Cd và Cr trong sinh khối ấu trùng thấp hơn mức chấp nhận được, cho phép các dòng phụ này được sử dụng một cách an toàn làm nguồn thức ăn ướt.
Ấu trùng giun ăn được nuôi bởi Radius (Giel, Bỉ) và Inagro (Rumbeke-Beitem, Bỉ) tại Đại học Khoa học Ứng dụng Thomas More ở nhiệt độ 27 ° C và độ ẩm tương đối 60%. Mật độ giun bột nuôi trong bể 60 x 40 cm là 4,17 con/cm2 (10.000 con giun bột). Ấu trùng ban đầu được cho ăn 2,1 kg cám lúa mì dưới dạng thức ăn khô trong mỗi bể nuôi và sau đó bổ sung khi cần thiết. Khối thạch được sử dụng như một phương pháp xử lý thực phẩm ướt có kiểm soát. Từ tuần thứ 4, các dòng phụ (cũng là nguồn cung cấp độ ẩm) được cho ăn dưới dạng thức ăn ướt thay vì agar ad libitum. Tỷ lệ chất khô cho mỗi dòng bên được xác định trước và ghi lại để đảm bảo lượng ẩm bằng nhau cho tất cả côn trùng trong các nghiệm thức. Thức ăn được phân bổ đều khắp hồ cạn. Ấu trùng được thu thập khi nhộng đầu tiên xuất hiện trong nhóm thử nghiệm. Việc thu hoạch ấu trùng được thực hiện bằng máy lắc cơ học đường kính 2 mm. Ngoại trừ thí nghiệm thái hạt lựu khoai tây. Một lượng lớn khoai tây khô cắt hạt lựu cũng được tách ra bằng cách cho ấu trùng bò qua rây này và thu chúng vào khay kim loại. Tổng trọng lượng thu hoạch được xác định bằng cách cân tổng trọng lượng thu hoạch. Tỷ lệ sống được tính bằng cách chia tổng trọng lượng thu hoạch cho trọng lượng ấu trùng. Trọng lượng ấu trùng được xác định bằng cách chọn ít nhất 100 ấu trùng và chia tổng trọng lượng của chúng cho số lượng. Ấu trùng thu thập được bỏ đói trong 24 giờ để làm rỗng ruột trước khi phân tích. Cuối cùng, ấu trùng được sàng lọc lại để tách chúng ra khỏi phần còn lại. Chúng được đông lạnh và bảo quản ở -18°C cho đến khi phân tích.
Thức ăn khô là cám lúa mì (Bỉ Molens Joye). Cám lúa mì đã được sàng lọc trước đến kích thước hạt nhỏ hơn 2 mm. Ngoài thức ăn khô, ấu trùng giun ăn còn cần thức ăn ướt để duy trì độ ẩm và bổ sung khoáng chất theo yêu cầu của giun. Thức ăn ướt chiếm hơn một nửa tổng lượng thức ăn (thức ăn khô + thức ăn ướt). Trong các thí nghiệm của chúng tôi, thạch (Brouwland, Bỉ, 25 g/l) được sử dụng làm thức ăn ướt kiểm soát45. Như được hiển thị trong Hình 1, bốn phụ phẩm nông nghiệp có hàm lượng dinh dưỡng khác nhau đã được thử nghiệm làm thức ăn ướt cho ấu trùng giun bột. Những sản phẩm phụ này bao gồm (a) lá từ quá trình trồng dưa chuột (Inagro, Bỉ), (b) mảnh vụn khoai tây (Duigny, Bỉ), (c) rễ rau diếp xoăn lên men (Inagro, Bỉ) và (d) rau quả chưa bán được từ các cuộc đấu giá . (Belorta, Bỉ). Dòng bên được cắt thành từng miếng thích hợp để sử dụng làm thức ăn cho giun ướt.
Phụ phẩm nông nghiệp làm thức ăn ướt cho sâu bột; (a) lá vườn từ việc trồng dưa chuột, (b) giâm cành khoai tây, (c) rễ rau diếp xoăn, (d) rau không bán được trong cuộc đấu giá và (e) khối thạch. Như điều khiển.
Thành phần thức ăn và ấu trùng giun bột được xác định ba lần (n = 3). Phân tích nhanh, thành phần khoáng chất, hàm lượng kim loại nặng và thành phần axit béo được đánh giá. Một mẫu đồng nhất 250 g được lấy từ ấu trùng đã thu thập và bỏ đói, sấy khô ở 60°C đến khối lượng không đổi, nghiền (IKA, Tube mill 100) và sàng qua sàng 1 mm. Các mẫu khô được đậy kín trong hộp tối màu.
Hàm lượng chất khô (DM) được xác định bằng cách sấy mẫu trong lò ở nhiệt độ 105°C trong 24 giờ (Memmert, UF110). Tỷ lệ chất khô được tính toán dựa trên khối lượng mất đi của mẫu.
Hàm lượng tro thô (CA) được xác định bằng khối lượng hao hụt sau khi đốt trong lò nung (Nabertherm, L9/11/SKM) ở 550°C trong 4 giờ.
Hàm lượng chất béo thô hoặc chiết xuất dietyl ete (EE) được thực hiện bằng ete dầu mỏ (bp 40–60 °C) bằng thiết bị chiết Soxhlet. Khoảng 10 g mẫu được đặt vào đầu chiết và được phủ bằng bông gốm để tránh thất thoát mẫu. Các mẫu được chiết qua đêm với 150 ml ete dầu mỏ. Dịch chiết được làm nguội, dung môi hữu cơ được loại bỏ và thu hồi bằng phương pháp bay hơi quay (Büchi, R-300) ở áp suất 300 mbar và 50°C. Làm nguội phần chiết lipid hoặc ete thô và cân trên cân phân tích.
Hàm lượng protein thô (CP) được xác định bằng cách phân tích nitơ có trong mẫu bằng phương pháp Kjeldahl BN EN ISO 5983-1 (2005). Sử dụng hệ số N đến P thích hợp để tính hàm lượng protein. Đối với thức ăn khô tiêu chuẩn (cám lúa mì) sử dụng hệ số tổng là 6,25. Đối với dòng phụ, hệ số 4,2366 được sử dụng và đối với hỗn hợp rau, hệ số 4,3967 được sử dụng. Hàm lượng protein thô của ấu trùng được tính toán bằng hệ số N đến P là 5,3351.
Hàm lượng chất xơ bao gồm việc xác định chất xơ có chất tẩy rửa trung tính (NDF) dựa trên quy trình chiết xuất Gerhardt (phân tích sợi thủ công trong túi, Gerhardt, Đức) và phương pháp van Soest 68. Để xác định NDF, 1 g mẫu được đặt trong túi sợi đặc biệt (túi Gerhardt, ADF/NDF) có lớp lót thủy tinh. Các túi sợi chứa đầy mẫu trước tiên được khử chất béo bằng ete dầu mỏ (nhiệt độ sôi 40–60 °C) và sau đó sấy khô ở nhiệt độ phòng. Mẫu đã khử chất béo được chiết bằng dung dịch tẩy sợi trung tính có chứa α-amylase ổn định nhiệt ở nhiệt độ sôi trong 1,5 giờ. Sau đó, các mẫu được rửa ba lần bằng nước khử ion sôi và sấy khô ở 105 ° C qua đêm. Các túi xơ khô (chứa cặn xơ) được cân bằng cân phân tích (Sartorius, P224-1S) và sau đó đốt trong lò nung (Nabertherm, L9/11/SKM) ở 550°C trong 4 giờ. Tro được cân lại và hàm lượng chất xơ được tính toán dựa trên sự hao hụt trọng lượng giữa quá trình sấy và đốt mẫu.
Để xác định hàm lượng chitin trong ấu trùng, chúng tôi đã sử dụng một quy trình được sửa đổi dựa trên phân tích chất xơ thô của van Soest 68. Một mẫu 1 g được đặt trong một túi sợi đặc biệt (Túi Gerhardt, CF) và bịt kín bằng thủy tinh. Các mẫu được đóng gói trong túi sợi, khử chất béo trong ete dầu mỏ (khoảng 40–60 °C) và sấy khô trong không khí. Mẫu đã khử chất béo lần đầu tiên được chiết bằng dung dịch axit sunfuric 0,13 M ở nhiệt độ sôi trong 30 phút. Túi sợi chiết chứa mẫu được rửa ba lần bằng nước khử ion sôi và sau đó được chiết bằng dung dịch kali hydroxit 0,23 M trong 2 giờ. Túi sợi chiết chứa mẫu được tráng lại ba lần bằng nước sôi khử ion và sấy khô ở 105°C qua đêm. Túi khô chứa cặn xơ được cân trên cân phân tích và đốt trong lò nung ở 550°C trong 4 giờ. Tro được cân và hàm lượng chất xơ được tính toán dựa trên khối lượng hao hụt của mẫu đốt.
Tổng hàm lượng carbohydrate đã được tính toán. Nồng độ carbohydrate không dạng sợi (NFC) trong thức ăn được tính toán bằng phân tích NDF và nồng độ côn trùng được tính toán bằng phân tích chitin.
Độ pH của nền được xác định sau khi chiết bằng nước khử ion (1:5 v/v) theo NBN EN 15933.
Các mẫu được chuẩn bị theo mô tả của Broeckx et al. Cấu hình khoáng chất được xác định bằng ICP-OES (Optima 4300™ DV ICP-OES, Perkin Elmer, MA, USA).
Các kim loại nặng Cd, Cr và Pb được phân tích bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử lò than chì (AAS) (Thermo Scientific, dòng ICE 3000, được trang bị bộ lấy mẫu tự động lò GFS). Khoảng 200 mg mẫu được phân hủy trong axit HNO3/HCl (1:3 v/v) bằng vi sóng (CEM, MARS 5). Quá trình phân hủy vi sóng được thực hiện ở 190°C trong 25 phút ở công suất 600 W. Pha loãng dịch chiết bằng nước siêu tinh khiết.
Axit béo được xác định bằng GC-MS (Agilent Technologies, hệ thống 7820A GC với máy dò 5977 E MSD). Theo phương pháp của Joseph và Akman70, dung dịch BF3/MeOH 20% được thêm vào dung dịch KOH trong metanol và metyl este của axit béo (FAME) thu được từ dịch chiết ete sau quá trình este hóa. Axit béo có thể được xác định bằng cách so sánh thời gian lưu của chúng với 37 tiêu chuẩn hỗn hợp FAME (Phòng thí nghiệm hóa học) hoặc bằng cách so sánh phổ MS của chúng với các thư viện trực tuyến như cơ sở dữ liệu NIST. Phân tích định tính được thực hiện bằng cách tính diện tích pic theo phần trăm của tổng diện tích pic của sắc ký đồ.
Phân tích dữ liệu được thực hiện bằng phần mềm JMP Pro 15.1.1 của SAS (Buckinghamshire, Vương quốc Anh). Việc đánh giá được thực hiện bằng cách sử dụng phân tích phương sai một chiều với mức ý nghĩa 0,05 và HSD của Tukey dưới dạng bài kiểm tra hậu kiểm.
Hệ số tích lũy sinh học (BAF) được tính bằng cách chia nồng độ kim loại nặng trong sinh khối ấu trùng giun bột (DM) cho nồng độ trong thức ăn ướt (DM) 43 . BAF lớn hơn 1 cho thấy kim loại nặng tích lũy sinh học từ thức ăn ướt ở ấu trùng.
Các bộ dữ liệu được tạo và/hoặc phân tích trong nghiên cứu hiện tại có sẵn từ tác giả tương ứng theo yêu cầu hợp lý.
Vụ Kinh tế và Xã hội Liên hợp quốc, Ban Dân số. Triển vọng Dân số Thế giới 2019: Điểm nổi bật (ST/ESA/SER.A/423) (2019).
Cole, MB, Augustine, MA, Robertson, MJ, và Manners, JM, Khoa học an toàn thực phẩm. Khoa học NPJ. Thực phẩm 2018, 2. https://doi.org/10.1038/s41538-018-0021-9 (2018).
Thời gian đăng: 25-12-2024