CC BY
60
DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10617 УДК 595.7: 615.2/.5
ВЛИЯНИЕ СЕЛЕНА И КОБАЛЬТА НА СОДЕРЖАНИЕ СЫРОГО ПРОТЕИНА В БИОМАССЕ И МУКЕ ИЗ ЛИЧИНОК MUSCA DOMESTICA
А. С. КОВТУНОВА, аспирант (e-mail: nassta_30@ mail.ru)
Е. А. ФАУСТ, кандидат биологических наук, доцент (e-mail: faustea@sgau.ru)
Я. Б. ДРЕВКО, кандидат химических наук, доцент (e-mail: drevko@list.ru)
О. С. ЛАРИОНОВА, доктор биологических наук, зав. кафедрой (e-mail: larionova1@mail.ru)
С. Н. ВАНЮШКИНА, магистрант (e-mail: vanyushkina.s@yandex.ru)
Саратовский государственный аграрный университет имени Н. И. Вавилова, Театральная пл., 1, Саратов, 410012, Российская Федерация
Резюме. Изучали влияние куриного помета, обогащенного селеном и кобальтом, на рост биомассы личинок Musca domestica и содержание в ней сырого протеина при различных способах сушки. Для обогащения субстрата селеном использовали ДАФС-25 (диацетофенонилселенид), кобальтом - аспарагинат кобальта в концентрациях (на 1 кг субстрата): 5 мг Se; 5 мг Se + 5 мг Со;15 мг Se; 15 мг Sе + 15 мг Со, в контроле - нативный помет. На субстрат помещали по 30 яиц, личинок культивировали 4 суток при влажности воздуха 30 % и температуре 27 °С, далее высушивали лио-фильной (-55 °С, 24 ч) и инфракрасной (50 °С, 6 ч) сушкой, а также с помощью сушильного шкафа (50 °С, 12 ч) и получали муку. Наибольшая биомасса отмечена при культивировании личинок в течение 72 ч, максимальная в опыте - на субстрате с Se (5 мг/кг) - 0,3369 г, с Sе и Со (по 15 мг/кг) - 0,3325 г, что соответственно на 11,7 и 10,2 % выше, чем в контроле (0,3017 г). Самое большое содержание протеина отмечено в биомассе, выращенной на субстрате с Se и Co (по 15 мг/ кг) - на 3,72 % больше, чем в контроле (58,00 %). Содержание сырого протеина в муке из личинок в контроле при сушке снижалась соответственно на 4,38; 11,28 и 11,45 %, по сравнению с исходным, на субстрате с Sе и Со (по 15 мг/кг) - на 2,44; 8,30 и 15,15 %. Стоимость 1 кг конечного продукта при использовании лиофильной, инфракрасной сушки и сушильного шкафа составила 122 руб., 84 руб. и 75 руб. соответственно. Инфракрасная сушка - наиболее экономически целесообразный способ c точки зрения содержания сырого протеина и затрат на сушку. Ключевые слова: Musca domestica, биомасса личинок, сырой протеин, селен, кобальт.
Для цитирования: Влияние селена и кобальта на содержание сырого протеина в биомассе и муке из личинок Musca domestica / А. С. Ковтунова, Е. А. Фауст, Я. Б. Древко и др. //Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 6. С. 6971. DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10617.
Обеспечение глобальной продовольственной безопасности - одна из важнейших задач любого государства [1]. Ее решение невозможно без освоения в сельском хозяйстве передовых эффективных технологий. В этой сфере одно из ключевых направлений - решение проблемы дефицита кормового белка. По сведениям ФАО (Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН), к 2050 г. мировой спрос на продукцию животноводства увеличится более чем в два раза (с 229 млн т до 465 млн т). Для того чтобы отвечать таким требованиям, необходимы инновационные методы получения белка, поиск которых становится актуальной задачей современной
науки. В этом отношении насекомые имеют огромный потенциал. Биомасса личинок, утилизирующих органические отходы животноводства, - естественная альтернатива источников белка в кормлении птиц, рыб, свиней и пушных зверей. В перспективе производство насекомых способно удовлетворить растущий спрос на мясные продукты и заменить рыбную муку и рыбий жир [2]. Кроме того, этот метод дает возможность обеспечить охрану окружающей среды от загрязнения животноводческими отходами, улучшить санитарно-гигиеническую обстановку, снизить эпидемиологическую и эпизоотологическую опасность на животноводческих объектах [3].
В 2012 г. в рамках Международного консультативного совещания экспертами по оценке потенциального использования насекомых как источника белка для человека и животных была разработана Стратегия глобальной продовольственной безопасности [4]. Однако культивирование насекомых и их личинок для производства продуктов питания и кормов, а также разработка способов повышения в них содержания белка находится на стадии становления. В связи с увеличивающейся экологической нагрузкой на окружающую среду, ростом населения планеты, повышением стоимости и спроса на животный белок, актуальность и необходимость развития этого направления не вызывает сомнений.
Цель работы - изучить влияние субстрата, обогащенного селеном и кобальтом, на рост биомассы личинок Musca domestica, а также содержание в ней сырого протеина при различных способах сушки.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в 2016-2017 гг. В качестве субстрата для выращивания личинок M. domestica использовали куриный помет влажностью 80 %. Ранее было показано, что внесение в субстрат для культивирования личинок Musca domestica селенсодержащего и кобальтсо-держащего препаратов, способствовало увеличению количества незаменимых аминокислот (лизина, фенилаланина, лейцина, изолейцина)в их биомассе [5]. Поэтому в нашем исследовании субстрат обогащали этими микроэлементами в составе ДАФС-25 (диацетофенонилселенида) и аспарагината кобальта соответственно в следующих концентрациях (на 1 кг субстрата): 5 мг Se; 5 мг Se + 5 мг Со;15 мг Se; 15 мг Sе + 15 мг Со. В качестве контроля использовали нативный куриный помет, в который микроэлементы не вносили. На каждый субстрат помещали по 30 яиц Musca domestica.
Ранее мы установили оптимальные параметры микроклимата для воспроизводства личинок M. domestica в закрытом помещении: влажность воздуха - 30 %, температура воздуха - 27 °С [6]. Личинок культивировали в течение 4-х суток.
Каждые 24 ч измеряли массу 30 личинок взвешиванием на аналитических весах ALC-210d4 (d = 0,0001, Acculab, USA). Через 72 ч в биомассе личинок определяли содержание сырого протеина методом
Таблица 1. Динамика биомассы личинок (n = 30) Musca domestica, г
Субстрат Время эксперимента, ч
24 48 72 96
Нативный 0,2120 ± 0,0001 0,2846 ± 0,0104 0,3017 ± 0,0236 0,3049 ± 0,0176
% 100,0 134,3 142,3 143,8
Р* < 0,001 < 0,01 < 0,001
Se (5 мг/кг) 0,2515 ± 0,0088 0,2606 ± 0,0080 0,3369 ± 0,0258 0,3215 ± 0,0101
% 100,0 103,6 134,0 127,8
р < 0,05 < 0,01 < 0,001
Se (5 мг/кг)+ Со (5 мг/кг) 0,1312 ± 0,0076 0,1969 ± 0,0114 0,3010 ± 0,0050 0,2857 ± 0,0045
% 100,0 150,1 229,4 217,8
р < 0,001 < 0,001 < 0,001
Se (15 мг/кг) 0,1700 ± 0,0079 0,1737 ± 0,0090 0,3120 ± 0,0078 0,2892 ± 0,0209
% 100,0 102,2 183,5 170,1
р < 0,05 < 0,001 < 0,001
Se (15 мг/кг) + Со (15 мг/кг) 0,1876 ± 0,0258 0,2600 ± 0,0116 0,3325 ± 0,0082 0,2691 ± 0,0085
% 100,0 138,6 177,2 143,4
р < 0,05 < 0,001 < 0,01
*р - уровень значимости различий, по отношению к массе личинок при первом контрольном взвешивании (24 часа)
Къельдаля [7]. Наибольшее его количество было выявлено в личинках, выращенных на субстрате с добавлением селена и кобальта в концентрации по 15 мг/кг, поэтому в дальнейших экспериментах использовали именно эти образцы. Биомассу высушивали с помощью аппарата для лиофильной сушки ScanVacCoolSafe (-55 °С, 24 ч.), инфракрасного сушильного шкафа «Мастер сушки СШ2-130» (50 °С, 6 ч.) и сушильного шкафа СНОЛ-3,9 (50 °С, 12 ч.). Из высушенной биомассы получали муку с помощью лабораторной мельницы ЛЗМ-1 с последующим определением сырого протеина [7]. Достоверность различий определяли методом вариационной статистики с использованием критерия Стьюдента [8]. Различия считали значимыми при р < 0,05.
70,00
Рисунок. Влияние селена и кобальта на содержание сырого протеина в биомассе личинок Musca domestica, %.
Результаты и обсуждение. Наибольшая биомасса личинок M. domestica отмечена при культивировании в течение 72 ч, далее происходило ее снижение (табл. 1). При этом на нативном субстрате их биомасса увеличивалась на 42,3 %, по сравнению с первым контрольным взвешиванием (24 ч). На субстрате с Se (5 мг/кг) увеличение биомассы составило 34,0 %; с Se (5 мг/кг) + Со (5 мг/кг) - 129,4 %; с Se (15 мг/кг) - 83,5 %; с Se (15 мг/кг) + Со (15 мг/кг) -
77,2 %. Следует отметить, что в первые сутки эксперимента, когда происходил выход личинок из яиц, их масса на субстратах, обогащенных селеном и кобальтом, была на 11,5...38,1 % меньше, чем в контроле, за исключением варианта с содержанием селена в концентрации 5 мг/кг. На наш взгляд, это обусловлено адаптацией организмов к наличию в питательной среде микроэлементов, обладающих высокой биологической активностью. Однако в течение последующих двух суток рост личинок был более интенсивным. Уже через 72 ч их биомасса на субстрате с селеном и кобальтом в концентрации 5 мг/кг и селеном в концентрации 15 мг/кг, практически не отличалась от величины аналогичного показателя в контроле. А на субстрате с селеном
в концентрации 5 мг/кг и селеном и кобальтом в концентрации 15 мг/кг была выше, чем в контроле, на 11,7 и 10,2 % соответственно.
Содержание сырого протеина (см. рисунок) в биомассе личинок Musca domestica, выращенных на субстрате, обогащенном Se (5 мг/кг) составило 55,05 %; Se (5 мг/кг) + Со (5 мг/кг) - 59,42 %; Se (15 мг/кг) - 52,03 %; Se (15 мг/кг) + Со (15 мг/кг) -61,72 %. Следует отметить, что комплексное обогащение куриного помета селеном и кобальтом в концентрациях 5 и 15 мг/кг субстрата способствовало увеличению содержания сырого протеина на 1,42 и 3,72 % соответственно, по сравнению с контролем (58,0 %).
Содержание сырого протеина в муке из личинок, выращенных на нативном субстрате, при лиофильной, инфракрасной сушке и сушке в сушильном шкафу снижалось соответственно на 7,6; 19,4 и 19,7 %, по сравнению с исходным значением, а в муке из личинок, выращенных на субстрате, обогащенном селеном и кобальтом в концентрации 15 мг/кг - на
Таблица 2. Влияние способа сушки на содержание сырого протеина в муке из личинок Musca domestica, %
Проба муки Исходное содержание сырого протеина в биомассе личинок, % Способ сушки
лиофильная сушка инфракрасная сушка сушильный шкаф
Контроль 58,00 ± 2,74 53,62 ± 2,41 46,72 ± 2,12 46,55 ± 1,92
% 100,0 92,4 80,6 80,3
Опыт Se (15 мг/кг) + Со (15 мг/кг) 61,72 ± 2,81 59,28 ± 2,53 53,42 ± 2,27 46,57 ± 2,08
% 100,0 96,0 86,6 75,5
4,0; 13,4 и 24,5 %. Следовательно, использование этих микроэлементов в технологии воспроизводства личинок мухи M. domestica способствует сохранению сырого протеина в биомассе при высушивании (табл. 2).
Наиболее эффективной оказалась лиофильная сушка личинок Musca domestica. Вместе с тем, необходимо учитывать, что эта технология высокозатратна и приобретает экономическую целесообразность, как правило, при производстве дорогостоящей продукции, поскольку себестоимость сублимированных продуктов может быть в 4 раза выше, чем у аналогичных продуктов, высушенных конвективным способом [9]. Экономические затраты на электроэнергию для производства 1 кг муки из личинок при лиофильной сушке составили 63 руб., при инфракрасной - 25 руб., при использовании сушильного шкафа - 16 руб. Сле-
довательно, стоимость 1 кг конечного продукта будет равна 122 руб., 84 руб. и 75 руб.
Выводы. Установлено, что использование куриного помета с добавлением селена и кобальта в концентрации по 15 мг на 1 кг субстрата для культивирования личинок Musca domestica способствует увеличению биомассы, по сравнению с нативным субстратом, на 10,2 %, а также повышает содержание в ней сырого протеина до 61,72 %, что на 3,72 % больше, чем в контроле. Стоимость 1 кг конечного продукта при использовании лиофильной сушки, инфракрасной сушки и сушильного шкафа составляет 122 руб., 84 руб. и 75 руб. соответственно. Учитывая высокую себестоимость лиофильной сушки, наиболее экономически целесообразный способ получения сухой биомассы с точки зрения содержания сырого протеина в муке из личинок (53,4 %) - инфракрасная сушка.
Литература.
1. Багрецов Д. Н., Воронин Б. А., Ковин В. Ф. Мировая продовольственная безопасность: состояние проблемы// Аграрный вестник Урала. 2012. № 12 (104). С. 48-53.
2. Edible insects: future prospects for food and feed security. Rome // FAO (2013) [Электронный ресурс]. URL: http://www.fao. org/docrep/018/i3253e/i3253e01.pdf (дата обращения: 01.04.2017г.).
3. Энтомологический метод утилизации органических отходов животноводства, в частности, свиноводства /Л. К. Эрнст, Ф. И. Злочевский, В. А. Ерохин и др. // Аграрная Россия. 2000. № 5. С. 51-57.
4. Insects to feed the world: International conference, May 14 - 17, 2014. Wageningen // FAO (2014) [Электронный ресурс]. URL: http://www.fao.org/edible-insects/86385/en (дата обращения: 01.04.2017г.)
5. Ларионова О. С., Ковтунова А. С., Джаналиева М. С. Влияние селена и кобальта на содержание сырого протеина и аминокислотный состав личинок Musca domestica //Актуальные проблемы ветеринарной медицины, пищевых и биотехнологий: сб. статей научно-практической конференции. Саратов: ИЦ «Наука», 2016. С. 119-123.
6. Оптимизация параметров микроклимата для культивирования личинок Musca domestica L. / Е. А. Фауст, М. А. Егоров, А. С. Ковтунова и др.// Молодые ученые в решении актуальных проблем науки: материалы Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов. Троицк: ЮУрГАУ, 2015. С. 296-298.
7. ГОСТ 13496.4-93 Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения содержания азота и сырого протеина. 1995-01-01. М.: Стандартинформ, 2011. 17с.
8. Петухов В. Л., Жигачев А. И., Назарова Г. А. Ветеринарная генетика: учебникдля студентов вузов по спец. «Ветеринария». Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: КолосС, 1996. 383 с.
9. Акулич П. В. Расчеты сушильных и теплообменных установок. Минск: Беларус. навука, 2010. 443 с.
INFLUENCE OF SELENIUM AND COBALT ON CRUDE PROTEIN CONTENT IN BIOMASS AND FLOUR FROM MUSCA DOMESTICA LARVAE
A. S. Kovtunova, E. A. Faust, Ya. B. Drevko, O. S. Larionova, S. N. Vanyushkina
N. I. Vavilov Saratov State Agrarian University, Teatral'naya pl., 1, Saratov, 410012, Russian Federation
Abstract. The purpose of the research was to study the influence of chicken manure, enriched with selenium and cobalt, on the growth of biomass of Musca domestica larvae and the content of crude protein in it under different types of drying. DAPS-25 (diacetophenonylselenide) and cobalt asparaginate were used to enrich the substrate with selenium and cobalt, respectively, in the concentrations (per 1 kg of substrate) of 5 mg Se; 5 mg Se + 5 mg Co, 15 mg Se; 15 mg Se + 15 mg Co; the control was native litter. Thirty eggs were placed on the substrate, the larvae were cultivated for 4 days at 30% air humidity, air temperature of 27 C; then they were dried with lyophilic drying (-55 C, 24 hours), infrared drying (50 C, 6 hours), using a drying cabinet (50 C, 12 hours); and the flour was obtained. The maximum biomass was obtained during the cultivation of larvae for 72 hours, the maximum one - on the substrate with Se (5 mg/kg) - 0.3369 g, with Se and Co (15 mg/kg) - 0.3325 g, which was higher by 11.7 and 10.2% than in the control (0.3017 g). The highest protein content was observed in biomass on the substrate with Se and Co (15 mg/kg) - by 3.72% more than in the control (58.00%). The content of crude protein in the larvae flour in the control during drying decreased, respectively, by 4.38, 11.28 and 11.45%, in comparison with the initial one, on the substrate with Se and Co (15 mg/kg) - by 2.44, 8.30 and 15.15%. The cost of 1 kg of the final product using lyophilic, infrared drying and drying cabinet will be 122 rubles, 84 rubles, and 75 rubles, respectively. Infrared drying is the most cost-effective method in terms of raw protein content and drying costs.
Keywords: Musca domestica; larvae biomass; crude protein; selenium; cobalt.
Author Details: A. S. Kovtunova, E. A. Faust, Ya. B. Drevko, O. S. Larionova, S. N. Vanyushkina
For citation: Kovtunova A. S., Faust E. A., Drevko Ya. B., Larionova O. S., Vanyushkina S. N. Influence of Selenium and Cobalt on Crude Protein Content in Biomass and Flour from Musca domestica Larvae. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2018. Vol. 32. No. 6. Pp. 69-71 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10617.
