Использование биомассы насекомых для выращивания радужной форели

Рыба и другие морепродукты обеспечивают человечество белками, жирными кислотами и другими ценными веществами и входят в список основных продуктов питания. Однако интенсивный рост народонаселения планеты (к 2050 г. прогнозируется увеличение численности людей до 10 млрд) привел к резкому сокращению рыбных запасов и диких морепродуктов в Мировом океане.

Альтернативой создавшемуся положению является развитие аквакультуры – разведение и выращивание водных организмов (рыб, ракообразных, моллюсков, водорослей) в естественных и искусственных водоемах, а также на специально созданных морских плантациях. В последние годы объем выращенных рыб в условиях аквакультуры превысил дикий вылов рыб из Мирового океана. В настоящее время 52 % потребляемой человечеством рыбы выращено в условиях аквакультуры. Однако в сфере искусственного воспроизводства и выращивания рыбы в условиях аквакультуры возникла серьезная проблема: ввиду сокращения запасов диких морепродуктов, в том числе рыбы, существенно уменьшились объемы вырабатываемой рыбной муки и рыбьего жира, входящих в состав рационов для кормления рыб. Развитие аквакультуры и увеличившийся спрос на выращиваемую рыбу привели к росту цен на рыбную муку и рыбий жир, используемые в кормлении рыб в последние годы, что делает процесс промышленного выращивания рыбы малорентабельным.

В последние годы наметилась перспективная тенденция, которая интенсивно развивается в мировом сообществе – использование в качестве ингредиентов в рационах для выращивания различных видов домашних животных (свиньи, кролики), птиц (цыплята, индюшки, перепела) биомассы различных насекомых. Последние также нашли широкое распространение в аквакультуре для кормления и выращивания различных видов рыб.

Биомасса насекомых как кормовая добавка для рыбы

К использованию в качестве добавок в кормовые смеси для выращивания животных, птиц и рыб биомассы рекомендованы 7 следующих видов насекомых: личинки и/или куколки двукрылой мухи (Hermetia illucens), домашней мухи (Musca domestica), личинки мучного червя (Tenebrio molitor), саранча и кузнечики (Acrididae), сверчки (Gryllidae) и катидиды (Tettigoniidae) и куколки тутового шелкопряда (Bombyx mori).

Наиболее широко в аквакультуре, особенно в европейских странах, выращивается форель радужная, или микижа (Oncorhynchus mykiss), которая является объектом прудового рыбоводства. Длина рыбы составляет 50–90 см, масса до 2 кг, реже 6–8 кг. С конца прошлого столетия эта ценная рыба акклиматизирована в Японии, Австралии, Тасмании, Новой Зеландии, южной Африке, на Мадагаскаре и в ряде других мест земного шара. В Западной Европе она является массовым объектом прудового рыбоводства, акклиматизирована также в некоторых реках. Половая зрелость у самок микижи наступает на 3–4 году жизни, у самцов на год раньше. При выращивании в прудах рост особей сильно колеблется в зависимости от условий кормления и  нагула. Обычно двухлетки достигают веса 350–450 г, трехлетки 1–1,2 кг, четырехлетки 2 кг и более. Взрослые особи питаются самыми разнообразными животными организмами – от мелких рачков, личинок насекомых до мелкой рыбы. Радужная форель оказалась перспективной для прудового выращивания с использованием искусственных кормовых смесей, т. к. эта рыба очень легко приспосабливается к новой пище. Во многих странах мира она выращивается в садках, высаживается в небольшие речки и озера для промышленного и любительского рыболовства. Мясо микижи необыкновенно вкусно и повсеместно ценится очень высоко, благодаря чему во многих странах Европы ее производству уделяется серьезное внимание. Общепризнанными центрами форелеводства являются Дания, Франция, Италия, где ежегодно выращивается 140–180 тыс. ц этой рыбы.

Наибольшее количество зарубежных публикаций посвящено выращиванию микижи с использованием в качестве ингредиента кормовых смесей муки из личинок мухи вида Hermetia illucens – крупной мухи из семейства львинковых (Stratiomyia chamaeleon). В России она носит название «черная львинка». Отличительной чертой личинок Hermetia illucens является их состав из сырого белка, жирных кислот, хитина и др. Сухое вещество личинок на 32–40 % состоит из белков и на 13–42 % – из  жиров в зависимости от субстрата, на котором они развивались. В составе сухого вещества биомассы личинок Hermetia illucens содержатся такие аминокислоты, как аргинин, гистидин, лейцин и изолейцин, лизин, фенилаланин, тирозин, валин и др., а также такие кислоты, как лауриновая, миристиновая, пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, линоленовая и др.

Данное обстоятельство делает высушенную биомассу личинок Hermetia illucens весьма питательной, способной заменить рыбную муку при кормлении и выращивании рыб в аквакультуре.

За рубежом проводились многочисленные исследования по изучению возможности замены рыбной муки в рационе Oncorhynchus mykiss на 25 и 50 % высушенной биомассы личинок насекомого. Откармливанию подвергались особи микижи с первоначальной массой 66,5 ± 2,3, 137 ± 10,5 и 178,9 ± 9,8 г в течение различных периодов времени. Количество подаваемого корма составляло от 1,2 до 1,5 % от веса массы рыб. Стоимость откорма рыбы при этом уменьшилась на 20 %.

Проводился цикл работ по кормлению радужной форели с начальной средней массой 339,4 и 1 458 ± 34 г с заменой 25 и 50 % рыбной муки высушенной биомассой Hermetia illucens. Рацион был составлен так, что он содержал в своем составе 45 % белков. Установлено, что рост рыб, получавших такое содержание, был ниже по сравнению с контролем.

В другом исследовании проводилось откармливание молоди радужной форели массой 53,4 ± 3,4 г в течение 71 дня кормом из овощей и пшеничных отрубей (50/50), в котором 20 % заменялось мукой из личинок насекомых. Указывается, что у рыб, получавших муку из личинок насекомых, наблюдалось повышенное содержание липидов и пониженное содержание белков. Кроме того, при контрольной дегустации не было выявлено никаких различий, за исключением более темной окраски рыб из опытных групп.

Выявлено, что кормление мальков радужной форели кормом, содержащим 50 % муки из личинок Hermetia illucens, несколько снижало желтизну филе. Зафиксировано увеличение содержания насыщенных жирных кислот в филе особей из экспериментальных групп. Выявлено, что изменения, произошедшие в филе форели, связаны с химическим составом муки Hermetia illucens и процентным соотношением ее в рационе. В то же время установлено, что опытные корма влияют на филе форели. Описательный анализ показал изменение воспринимаемой интенсивности аромата, вкуса и текстурных дескрипторов в зависимости от состава рациона.

Было проведено исследование физических и химических параметров филе радужной форели с добавкой в корм муки в разных соотношениях (0, 25 и 50 %) в течение 120 дней хранения в замороженном виде и после приготовления. Различия в качественных признаках филе появились после 30 дней хранения в замороженном виде и оставались практически неизменными в течение остальных 90 дней. Повышение содержания личинок Hermetia illucens не влияло на значение pH, цвет и способность филе удерживать воду.

Также указывается, что никаких существенных различий в росте рыб из контрольной и опытных групп не наблюдалось, однако у особей, которых кормили рационом с 50 %-й заменой рыбной муки на высушенную биомассу личинок мух, выявлены как печеночные, так и кишечные изменения. Так, использование муки из личинок Hermetia illucens вызывало снижение содержания полиненасыщенных жирных кислот в биомассе радужной форели.

Кормление экспериментальными рационами не влияло на выживаемость особей, показатели роста, соматические показатели и параметры качества дорсального филе в опытных группах.

Гистопатологическое исследование печени, селезенки и кишечника не выявило побочных эффектов после повышения уровня включений муки из личинок насекомых в рацион питания рыб.

Кроме того, выявлено, что особи Oncorhynchus mykiss, получавшие корм на основе насекомых, продемонстрировали более высокое бактериальное разнообразие в кишечнике с уменьшением протеобактерий по сравнению с рыбой, питавшейся рыбной мукой. Включение в рацион муки из личинок насекомых усилило кишечное изобилие микоплазмы, что объясняется ее способностью продуцировать молочную и уксусную кислоты в качестве конечных продуктов ферментации.

Частично обезжиренную муку из личинок Hermetia illucens можно использовать в качестве кормового ингредиента в рационе радужной форели. В Германии для годового производства радужной форели в объеме 8 466 т для замены 1 556 т рыбной муки (70,9 % белка в день) требуется 2 699 т муки из личинок черной львинки (40,7 % белка в день), а сама потребность в пищевых отходах для питания личинок составляет 22 942 т.

Рекомендуется заменять до 50 % рыбной муки биомассой личинки Hermetia illucens в рационе радужной форели, это не оказывает негативного влияния на показатели роста рыбы, включая скорость увеличения массы, удельный темп роста, коэффициент эффективности белка и др.

Другим насекомым, личинки которого также исследовались в качестве ингредиента кормов для откармливания рыб, в том числе и Oncorhynchus mykiss, является большой мучной хрущак, или мучной червь (Tenebrio molitor) – насекомое из отряда жесткокрылых. Мучные черви – его личиночная форма.

Выявлено, что оптимальная температура для роста личинок Tenebrio molitor со ставляет 25–28 °C, скорость роста личинок является наибольшей при относительной влажности воздуха ≥ 70 % (RH) с оптимальным диапазоном относительной влажности 60–75 %, оптимальный рост достигается с помощью рационов, содержащих 5–10 % дрожжей, 80–90 % углеводов с добавлением витаминов группы В. Предлагается, в частности, выращивание личинок на смеси, содержащей 75 % пшеничной муки и 25 % отжимки от производства оливкового масла. Свежие личинки Tenebrio molitor содержат 56 % воды, 18 % общего белка, 22 % общего жира и 1,55 % золы. Определено содержание металлов в составе личинок хрущака (мг/кг): Mg – 875, Zn – 42, Fe – 38, Cu – 7,8, Mn – 4,4. Мука из высушенных личинок содержала в два раза больше белка, жира, золы и металлов.

Порошок из высушенных личинок Tenebrio molitor содержит все незаменимые аминокислоты в достаточных количествах, чтобы удовлетворить диетические потребности рыбы, за исключением дефицита метионина. Содержание растворимых белков в сухом веществе составляло 80–84 %. По содержанию аминокислот мука из личинок мучного червя сопоставима с рыбной и соевой мукой, используемой в качестве корма для рыб. Аминокислотный профиль муки из личинок Tenebrio molitor аналогичен таковому у рыбной муки и имеет более высокие концентрации, чем соевая мука. В целом мука из личинок насекомого имеет более высокие концентрации незаменимых аминокислот, чем соевый шрот. Сумма аминокислот в муке насекомых ниже, содержание белков выше, и они лучше усваиваются, чем обычно используемые рыбная и соевая мука в рационе рыб.

Выявлено, что в составе белков личинок Tenebrio molitor более всего содержатся следующие аминокислоты (г/кг белка): фенилаланин + тирозин – 52,2, изолейцин – 35,56, лейцин – 34,05, лизин – 29,06, валин – 24,4, треонин – 18,07, гистидин – 15,27 и др. В составе жиров более всего содержится (г/кг жира) олеиновой кислоты – 431,7, линоленовой – 302,3, пальмитиновой – 167,2, миристиновой – 30,5, стеариновой – 24,9 и др.

В исследовании молодь радужной форели массой 115,6 ± 14,0 г в течение 90 дней откармливалась рационами, в которых рыбная мука на 25 (ТМ25) и 50 % (ТМ50) заменялась мукой из личинок Tenebrio molitor. Определено, что увеличение веса рыб не зависело от рациона, но коэффициент конверсии корма в контрольной группе был значительно выше, чем в опытных. Выявлено, что кажущаяся усвояемость белка значительно ниже в группе форелей, которые питались рационом TM50, чем в другие группах. В то же время установлено, что усвояемость сухого вещества корма, органических веществ и липидов не зависит от состава рациона. Кроме того, коэффициент выживания молоди Oncorhynchus mykiss значительно ниже в контрольной группе по сравнению с опытными. Включение муки из личинок Tenebrio molitor в рацион кормления форели приводило к увеличению содержания белка и уменьшению липидов в филе.

Не обнаружено статистических различий для морфометрических и убойных признаков, а также в значениях pH, водоудерживающей способности, потерь при варке в сырых и вареных образцах филе рыб из контрольной и опытных групп. Более того, опытные рационы не влияли на цвет сырого и приготовленного филе, однако наблюдались значительные различия в цвете кожи рыб (дорсальная область): более высокий индекс покраснения был характерен для контрольной группы рыб и рыб, питавшихся рационом TM25. Соотношение жирных кислот в спинной мышце рыб линейно уменьшалось с увеличением количества муки из личинок насекомого в рационе. Выявлено, что содержание пальмитиновой, олеиновой и линолевой кислот в филе повышалось с увеличением содержания муки из личинок в рационе для кормления рыб. 

В филе рыб, кормившихся рационом, содержащим TM50, содержался значительно более высокий уровень аланина, таурина (Tau), тирозина (Tyr), цистеина (Cys) и пролина (Pro) по сравнению с контрольной группой, тогда как содержание глутамина, гистидина, метионина снижалось.

В другом исследовании молодь форели массой 5,01 ± 0,1 г откармливалась 5 рационами: контрольным – с 25 % рыбной муки в рационе – и 4 экспериментальными – с белковой мукой из личинок Tenebrio molitor в количестве 5, 7,5, 15 и 25 %, что соответствует замене рыбной муки на 20, 30, 60 или 100 % соответственно. Через 90 дней включение муки из личинок привело к постепенному, но значительному увеличению в конечной массе тела рыб и удельной скорости роста, а также усвоения белка по сравнению с контрольной обработкой. Определено, что независимо от содержания в рационе белковая мука из личинок насекомых не оказывала влияния на состав всего тела рыб и очевидную усвояемость корма. Содержание белков и фосфора значительно увеличилась у молоди форели, вскармливаемой рационами, содержащими белковую муку от личинок Tenebrio molitor.

Исследовалось влияние частично обезжиренной муки из личинок Tenebrio molitor на рост, усвояемость пищи и промежуточный метаболизм в печени радужной форели (Oncorhynchus mykiss) массой 78,3 ± 6,24 г при кормлении в течение 154 дней. Для этого рыбная мука на 25 (ТМ25), 50 (ТМ50) и 100 % (ТМ100) заменялась мукой из личинок Tenebrio molitor, что соответствует уровням включения в рацион в количестве 5, 10 и 20 % соответственно. Определены коэффициенты усвояемости сырого белка, которые уменьшаются с увеличением содержания личиночной муки в рационе для кормления. Также выявлено, что содержание обезжиренной муки из личинок Tenebrio molitor в рационе не влияет на активность основных аминокислот, катаболических и липогенных ферментов в печени рыб.

Выявлено, что при замене рыбной муки на биомассу высушенных личинок мучного хруща на 33 % увеличилось количество видов бактерий из родов Proteobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes и Actinobacteria в кишечнике радужной форели. Кроме того, наличие личиночной муки в рационе для кормления форели приводит к сильному увеличению активности антиоксидантных кишечных ферментов и снижению перекисного окисления липидов. Также обнаружено повышенное ингибирование трипсина и более быстрая антибактериальная активность сыворотки.

Сделаны выводы, что личинки Tenebrio molitor могут заменить рыбную муку в рационе мальков радужной форели, положительно влияя на общую зоотехническую эффективность ее выращивания. Частично обезжиренная мука из личинок хрущака может полностью заменить рыбную муку в рационе радужной форели без негативного влияния на продуктивность рыбы, не оказывая отрицательного влияния на характеристики рыбы и на большинство качественных характеристик мяса рыбы, за исключением профиля жирных кислот.

Также в качестве ингредиента кормов для питания различных видов рыб исследовались личинки комнатной мухи (Musca domestica – вид короткоусых двукрылых из семейства Muscidae).

Личинки комнатных мух имеют длину до 13 мм, белого цвета, безногие, со стороны ротового отверстия заостренные, сзади усеченной формы. В качестве субстрата для развития личинок могут использоваться различные органические отходы, включая навоз, птичий помет и пр. 

За год сменяется от 9 до 20 поколений комнатных мух.

Определен состав личинок Musca domestica, г/кг: сырой белок – 568– 594, сырой жир – 200–224, зольность – 67–142, не содержащие азота экстракты – 80,8. Как видно, личинки комнатной мухи содержат в своем составе более всего белков и являются ценным кормовым продуктом в рационе для выращивания рыб, в том числе Oncorhynchus mykiss.

Выявлено, что замена 50 % коммерческого корма мукой из личинок Musca domestica приводил к аналогичным (11,8 г/сут.) показателям роста в контрольной и опытной группах форелей в течение 50-дневного периода эксперимента. Но замена корма на 100 % мукой из личинок и куколок комнатной мухи привели к снижению скорости роста радужной форели на 57–80 %, вероятно, из-за более низкой усвояемости опытного рациона.

Проводилось 9-недельное испытание кормов, чтобы определить, можно ли использовать личинок мух как частичную замену рыбной муки и замену рыбьего жира в рационах для выращивания радужной форели. Формула рациона форели содержала 40 % сырого белка и 15 % жира. 67 % белка в контрольном рационе получены из рыбной муки, а весь жир – из рыбьего жира.

Тестовый рацион включал муку из куколок Musca domestica, которая на 70 % состояла из белка и 16 % жира, в качестве замены на 25 % для компонента рыбной муки в контрольном рационе.

Установлено, что рацион радужной форели, в котором куколки мухи составляют 15 % от общего белка, не оказывает неблагоприятного влияния на коэффициент преобразования корма рыб в течение всего периода кормления.

Сделаны выводы о возможности включения муки из личинок и куколок Musca domestica в количествах до 50 % в рацион для выращивания радужной форели.

Также проведены исследования по использованию в качестве ингредиента для выращивания радужной форели куколок тутового шелкопряда (Bombyx mori – бабочка из семейства настоящие шелкопряды, производитель шелковой нити).

Сухие куколки шелкопряда содержат 50–70 % белков и 24–33 % жиров и являются высококачественным источником белка насекомых с богатым, сбалансированным содержанием незаменимых аминокислот. Определено, что в составе жиров более всего присутствуют такие кислоты, как олеиновая (35,1 %), пальмитиновая (29,1 %), линоленовая (11,7 %), линолевая (11,4 %) и стеариновая (10,9 %).

Личинки тутового шелкопряда исследовались как добавка к рациону при откармливании многих пород рыб, включая радужную форель. Куколки Bombyx mori могут использоваться как альтернатива креветочной пище в рационе радужной форели без отрицательного влияния на показатели роста, коэффициент конверсии корма и удельную скорость роста. При замене рыбной муки куколками тутового шелкопряда в количестве 5, 10 и 15 % наблюдалось значительное снижение значения эритроцитов и гемоглобина относительно увеличения процента куколок шелкопряда в рационе особей Oncorhynchus mykiss. Выявлено, что включение более 10 % куколок в рацион радужной форели снижало рост рыб. В ходе исследования содержания перевариваемого неочищенного белка при различных температурах окружающей водной среды выявлено, что усвояемость рациона на основе куколок Bombyx mori для радужной форели была самой высокой при 15 °C. Указывается, что экономически эффективный рацион, содержащий в своем составе куколки шелкопряда, может быть использован в качестве альтернативы для полной замены креветок в рационе Oncorhynchus mykiss без ущерба для выживания и роста особей.

В работе сделан вывод, что форель можно выращивать, заменяя рыбную муку до 5–15 % на высушенную биомассу куколок тутового шелкопряда, без влияния на показатели роста рыб.

В литературе отсутствуют сведения о выращивании радужной форели с использованием в качестве ингредиента кузнечиков и саранчи, но исследовано влияние кормления радужной форели биомассой домового сверчка (Acheta domesticus) и личинками жука Zophobas morio.

В экспериментах коммерческий корм на 25 % заменялся на живых сверчков или личинок жука, а также в соотношении 1 : 1. При кормлении в течение 60 дней не обнаружено существенных различий в росте и выживаемости особей в контрольной и опытных группах. Коэффициент эффективности усвоения белка был самым высоким в контрольной группе. Установлено, что включение насекомых в рацион привело к более низким значениям содержания в мышцах рыб жирных кислот. Субъективная сенсорная оценка приготовленного филе выявила значительно менее приемлемый вкус, аромат и послевкусие в группе рыб, питавшихся только насекомыми, по сравнению с другими группами. В то же время у рыб, питавшихся кормами, состоящими из насекомых, выявлен более светлый цвет филе. Не выявлено грубых морфологических или гистологических аномалий особей во всех группах.

Проводился 71-дневный эксперимент по изучению влияния различных насекомых в рационе для откорма мальков радужной форели массой 53,39 ± 3,74 г. В рацион питания рыб включалось по 20 % от массы корма муки из Hermetia illucens, Tenebrio molitor, тропического домашнего сверчка (Gryllodes sigillatus) и туркестанского таракана (Blatta lateralis). Сформированные диеты были изонитрогенными (45 %) и изоэнергетическими (10 МДж/кг). Выявлено, что включение муки из насекомых не влияло на выживаемость особей в течение экспериментального периода. Отмечено увеличение массы у рыб, в рацион питания которых включены Blatta lateralis и Tenebrio molitor. Кормление форели диетой, содержащей Hermetia illucens в своем составе, не влияло на рост особей. Таким образом, названные насекомые могут использоваться в качестве частичной замены рыбной муки без негативного влияния на параметры выживания или роста особей Oncorhynchus mykiss. 

Заключение

Сделаны выводы, что насекомые могут рассматриваться как источники белка и функциональные компоненты корма, которые положительно влияют на гистоморфологическое строение желудочно-кишечного тракта рыб и стимулируют увеличение полезных бактериальных популяций в кишечнике.

Таким образом, включение муки из биомассы насекомых в определенных пропорциях оказывает положительное влияние на рост и жизнедеятельность особей Oncorhynchus mykiss.

Однако для каждого вида насекомого есть свой предел для включения в рацион питания радужной форели. Наиболее перспективным видится использование в качестве ингредиента в рационе для выращивания радужной форели в аквакультуре муки из личинок Hermetia illucens, т. к. последние имеют наибольший выход биомассы в единицу времени по сравнению с другими насекомыми.

Шайхиев И. Г., д-р техн. наук, доцент, Казанский национальный исследовательский технологический университет;

Свергузова С. В., д-р техн. наук, профессор,

Сапронова Ж. А., д-р техн. наук, доцент,

Святченко А. В., старший преподаватель, Белгородский государственный технический университет им. В. Г. Шухова;

Ушакова Н. А. д-р техн. наук, Институт проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова Российской академии наук

Источник: Вестник АГТУ. Сер.: Рыбное хозяйство. 2021. № 1 f