Genel Bilgiler
Hızlı nüfus artışı, ekonomik gelişme ve şehirleşme ile birlikte düşük ve orta gelirli ülkelerde kaliteli gıda talebinin karşılanması ve organik atıkların yönetilmesi için kaynak ihtiyacı artmaktadır. Örneğin, kişi başına düşen gelirdeki hızlı artış ve kentleşmeye bağlı olarak, gıda ve diğer tarımsal ürünlere yönelik taleplerin de yapısal değişikliklere yol açması muhtemeldir (FAO, 2017). Bu kaynaklara olan talebi karşılamak için, tarımsal üretimin 2013-2050 yılları arasında %49 artması (FAO, 2017), 2007 ile 2050 arasında ise et, yumurta ve süt ürünleri üretiminin %76,%64 ve %62 artması öngörülmektedir. Benzer şekilde, 2030'daki küresel gıda üretiminin 2016’dakinden %17,6 daha yüksek (30 milyon metrik ton canlı ağırlık eşdeğeri) olacağı tahmin edilmektedir (FAO, 2018). Bir birim yüksek kaliteli hayvan proteini üretmek için yaklaşık altı birim bitki proteini gerektiğinden et ve süt üretimindeki öngörülen artış, protein açısından zengin hayvan yemlerine olan talebin önemli ölçüde artmasına neden olacaktır. Dünya çapında önemli miktarda organik atık üretilir ve özellikle düşük ve orta gelirli ülkelerde uygun şekilde yönetilmez. Yıllık olarak, üretilen tüm gıdanın üçte biri gıda zincirinin değişik aşamlarında ziyan olur. Bu gıda atıkları(yaklaşık 1,7 milyar metrik ton), önemli bir çevresel (yılda 3,3 milyar metrik ton CO2 eşdeğeri sera gazı (GHG) emisyonu) ve ekonomik (1,2 trilyon ABD Doları) kayıp anlamına gelmektedir. (FAO, 2014). Dahası, yüksek nem ve besin içeriği, biyolojik bozunma ve enzimatik faaliyete bağlı biyolojik istikrarsızlık ve patojenlerin potansiyel varlığı, organik atık yönetimini diğer atık akımlarına kıyasla daha zor hale getirir. Şu anda, özellikle düşük ve orta gelirli ülkelerde arazilere gömülerek ve gelişigüzel yığılarak bertaraf etme yöntemi süreci domine etmektedir. Bu durum önemli ölçüde çevresel (yer ve yüzey-su kirliliği ve karbon emisyonu) , halk sağlığı ( hastalık vektörleri için üreme alanı), ekonomik (taşıma maliyeti) sorunlara neden olmaktadır. Sadece çevresel, ekonomik, halk sağlığı açısından değil ve gıda üretimi için gerekli toprakların yem üretimine ayrılması nedeniyle sınırlı kaynakların sürekli artarak ve sürdürülebilir olmayan yöntemlerle tüketilmesi, büyük miktarlarda organik atıkların oluşumuyla birleştiğinde, daha ekonomik, çevre dostu ve teknik olarak gıda ve yem üretimine katkısı olan bir organik atık yönetimi yaklaşımı gerekmektedir. Bu bağlamda, organik atıklar üzerinde böcek tarımı, besin açısından zengin yem (yani böcek biyokütlesi) ve organik gübre üretimi ile eşzamanlı olarak atık biyo-iyileştirmesine olanak sağlar. Gıda atıkları, insan dışkısı ve hayvan gübresi gibi farklı organik atıklar üzerinde yetiştirilen bazı böceklerinin organik atıkları % 25-72 oranında (kuru madde bazında) azalttığı bildirilmiştir ve ayrıca nitrojen ve fosfor sırasıyla %22-57 ve %35-70 oranlarında azalmaktadır.
Ayrıca Lepidoptera, Diptera, Hymenoptera, Coleoptera, Trichoptera, Hemiptera ve Odonata takımlarına ait birçok böcek, antifungal aktivite ve / veya antimikrobiyal peptidler salgılar. Organik atıklar üzerinde böcek yetiştiriciliği, patojenleri ve kokuları önemli ölçüde azaltır. Bu nitelikteki böcekler içerisinde Siyah asker sineği larvası, hayvan gübresi gibi çeşitli organik atıklar üzerinde büyüyebilme kabiliyeti nedeniyle kritik bir önem taşır ve büyük bir ilgi görmüştür. İnsan dışkısı, belediye katı atıklarının organik fraksiyonu, gıda atıkları, kompost sızıntı suyu, kanalizasyon suyu, böcek çiftliği atıkları, sakatat ve omurgalı kalıntıları (çürüyen domuz leşleri gibi) hayvan yemi ve biyoyakıt uygulamaları için protein ve yağ açısından zengin larva, prepupal veya pupa biyokütlesi üretmek için kullanılmıştır. Dahası, Siyah Asker Sineğinin vektör özelliği yoktur ve evcil hayvanlar veya insanlar için bir rahatsızlık oluşturmaz.
Bununla birlikte, Siyah Asker Sineği teknolojisinin organik atıkların katma değerli ürünlere biyolojik olarak dönüştürülme potansiyeli yeterince incelenmemiştir. Dünyada hala az sayıda ticari ölçekte Siyah asker Sineği üretim tesisi bulunmaktadır
Bu nedenle, bu incelemenin genel amacı, BSF çiftçiliği yoluyla organik atıkların biyo dönüştürülmesinin mevcut durumunu eleştirel olarak değerlendirmektir. Bu inceleme aynı zamanda, hayvan yemi uygulamaları için organik atıklar üzerinde böcek yetiştiriciliği ile ilgili teknik zorlukları da vurgulamaktadır. Organik atıkların Siyah asker Sineği biyokütlesine biyo dönüşümünün çevresel ve ekonomik yönleri de kısaca tartışılmaktadır. İnceleme, daha fazla araştırma ve geliştirme ve teknolojinin ticarileştirilmesi için önerilerle sona ermektedir.
Siyah Asker Sineği, ılıman ve tropik bölgelerin çoğunda bulunabilir. Siyah Asker Sineği, beyaz ve siyah üst gövdesinin benzersiz renk desenleri ile yaban arısı görünümündedir. Bununla birlikte, Siyah Asker Sineği, diğer Hermetia türleri ile kolayca karıştırılabilir; bu nedenle yetişkin türlerin ticari üretimine başlamadan önce bir taksonomik uzman tarafından doğrulanması gerekir. Siyah Asker Sineği yaşam döngüsü diğer holometabolöz eklembacaklılar gibidir. Yetişkinler, yalnızca su verildiğinde yaklaşık iki hafta yaşarlar. Genellikle erkekler dişilerden iki gün önce ortaya çıkar ve çiftleşme iki gün sonra gerçekleşir. Siyah Asker Sineği, (havada çiftleşen) bir böcektir ve bu nedenle, çiftleşme uçuşu için geniş alanlar gerektirir. Tipik olarak bir kez çiftleşirler ve dişiler yaşamları boyunca, genellikle çiftleşmeden iki gün sonra tek bir yumurta yumağı bırakırlar(300-1200 yumurta). Larvalar yaklaşık dört gün içinde yumurtadan çıkarlar ve gelişimin tamamlanması için yaklaşık iki haftaya ihtiyaç duyarlar. Prepupae, pupa oluşumundan önceki larval aşamasıdır, larva sindirim kanallarını boşaltır ve pupa olmak için kuru ve korumalı bir yer arayışına girerek besin kaynağından uzaklaşır. Bu davranışı larvaların hasat edilmesinde önemli bir avantaj sağlar. Pupadan erişkin sineğe dönüşüm için yaklaşık iki haftaya ihtiyaç vardır.
Organik atıkların kara asker sineği yoluyla biyodönüşümü
Siyah Asker Sineği larvaları, organik atıkların obur tüketicileridir. Araştırmalar, Siyah Asker Sineği larvalarının gıda atıkları, tarımsal endüstri yan ürünleri, hayvan atığından et bazlı ürünlere kadar çok çeşitli organik kaynakları tüketebildiğini göstermiştir. Siyah Asker Sineği larvalarının bu çeşitli organik kaynakları sindirmesini sağlayan morfolojik özellikleri ve fizyolojik işlevleri tanımlanmıştır. Siyah Asker Sineği larvalarının sindirim sistemi, farklı pH’da üç farklı bölgeye sahiptir: asidik (pH = 6.0) ön bağırsak, kuvvetli asidik (pH = 2.0) orta bağırsak ve alkalin (pH = 8.5) arka bağırsak. Bağırsak boyunca lümen pH'sındaki bu olağanüstü değişim, enzim aktivitesi, besin çözünürlüğü, sindirilen bileşiklerin detoksifikasyonu ve barsak mikrobiyotasını şekillendirmede önemli rol oynar. Yutulan polisakkaritler ve bazı lipidler, çözünebilir amilazlar ve lipazlar tarafından ön bağırsakta sindirilirken, kalan lipidler ve protein, arka bağırsakta, sırasıyla, lipazlar ve endo ve ekso-peptidazların etkisiyle sindirilir.
Arka bağırsaktaki alkali pH, Siyah Asker Sineği larvalarının proteinlere bağlanan tanin ve diğer ikincil metabolitlerden zengin düşük ph’ya sahip substratlarda da gelişmesini sağlar
Orta bağırsakta lizozim ve güçlü asidik pH'ın yüksek aktivitesinin, substratlarla alınan patojenlerin inaktivasyonundan sorumlu olduğuna inanılmaktadır. Her durumda, Siyah Asker Sineği gelişiminin, hayatta kalma oranının, besin bileşiminin ve substrat biyo-dönüşüm kapasitesinin üzerinde büyük bir etkiye sahip olabilecek substratların kompozisyonu dikkatle gözönüne alınmalıdır. Örneğin, substrat türüne bağlı olarak, gelişme iki hafta ila birkaç ay sürebilir ve ortaya çıkan larvalar, vücut ağırlığının% 10 ila % 40'ı arasında değişen protein içeriğine sahip olabilir. Aynı değişkenlik, yağ içeriğinde de gözlenir. Bu tür değişkenlik nedeniyle, beslemeden önce substrat ön işleminin Siyah Asker Sineği biyokütlesinin besleyici kompozisyonu üzerindeki etkisini anlamak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır. Örneğin, partikül boyutu ve mikrobiyal flora Siyah Asker Sineği larvalarının gelişimini artırmak için manipüle edilebilir. Büyük partikül boyutu (yani, bütün sebzeler veya et ürünleri) Siyalarınınh Asker Sineği larva sindirmesi için zorlayıcıdır. Siyah Asker Sineği larvalarına uygulanmadan önce substratların boyutunun küçültülmesi, larvaların besinlere daha etkili bir şekilde erişmesine izin verir.veya mantarlar biyo dönüşümü kolaylaştırabilir. Benzer şekilde, seçilmiş bakterilerin de Siyah Asker Sineği larvalarının gelişimini artırdığı (yani hızlandırdığı) bilinmektedir.
Organik atıkların dönüşüm verimliliği
Organik atıkların Siyah Asker Sineği biyokütlesine organik (substrat) indirgeme ve biyo dönüşüm oranı incelendiğinde yalnızca substrat türüne göre substrat azaltma ve biyo dönüşüm oranlarında da varyasyonlar göstermektedir. Aynı zamanda Siyah Asker Sineği suşu, beslenme hızı ve larva yoğunluğu, Siyah Asker Sineği larvalarını kullanarak biyo dönüşüm çalışmalarını standartlaştırmak için araştırılmıştır. Örneğin aynı vsubstart üzerinde beslenen Wuhan (Çin) suşunun Siyah Asker Sineği larvaları, Guanghzhou (Çin) ve Texas (ABD) suşlarından (sırasıyla %14.4 ve %37.0) daha büyük olmakla kalmadı, aynı zamanda karşılaştırmalı olarak daha fazla substrat işledi. Bu nedenle, uygun suşun seçilmesi ve sürdürülmesi, iyileştirilmiş substrat dönüşümü ve Siyah Asker Sineği biyokütle verimi elde etmede kritiktir. Genel olarak, yerel suşlardan geliştirilen Siyah Asker Sineği kolonileri, daha iyi substrat biyo-dönüşümüne neden olacak ve koloni çökmesi riskini en aza indirecektir.
Benzer bir substrat üzerinde yetiştirilen BSF larvalarının aynı besin kompozisyonunda beslenen farklı suşlarının besin değerleri üzerine yapılmış kapsamlı bir çalışma şu anda eksiktir. Larva yoğunluğu, besleme miktarı ve besleme sıklığını diğer önemli performans faktörleridir. Besleme miktarının artırılması, daha hızlı büyüme ve daha yüksek Siyah Asker Sineği larva biyokütle üretimi ile sonuçlanır, ancak atık miktarının azaltılması ve biyokütle dönüşüm oranını olumsuz etkiler Tersine, yüksek larva yoğunluğu ve yüksek besleme miktarı kombinasyonu larvaların atık azaltımı yanında ve büyüme oranını da olumsuz etkiler. Organik atığın biyolojik dönüşümü esas olarak organik atığın besin profili ve bileşimi ile belirlendiğinden atık arıtma ve biyo dönüşüm oranı arasında iyi bir denge sağlayan besleme hızı ve larva yoğunluğu atık türüne göre değişim gösterir. Dahası, larva yoğunluğu ve besleme hızı, biyodönüşüm sürecinin amacına göre değişir. Birincil hedef organik atığı değerli hale getirmekse daha düşük besleme miktarı ve daha yüksek larva yoğunluğu önerilir; birincil hedef Siyah Asker Sineği larva biyokütle üretimi ise, nispeten daha yüksek bir besleme miktarı tercih edilir.
Çalışmalar, organik atıklarla beslenen Siyah Asker Sineği larvaları ve sinerjik mikroorganizmalar arasındaki ilişkiyi başarıyla araştırmıştır.
Örneğin, tavuk gübresi üzerinde Bacillus subtilis ve Siyah Asker Sineği larvalarıyla birlikte yapılan değerlendirmede, Siyah Asker Sineği larvalarının tek başına ve b. subtilis + Siyah Asker Sineği arıtmasına kıyasla Siyah Asker Sineği larva ağırlığında, biyolojik dönüşüm oranında ve substrat azalmasında sırasıyla %16, %13 ve %13 oranında iyileşme gözlemlenmiştir. Tavuk gübresi üzerinde, Siyah Asker Sineğinin yumurta ve bağırsaklarından izole dilen bakteriler eklenerek yapılan değerlendirmelerde de benzer iyileştirmeler gözlenmiştir. Benzer şekilde, soya küspesi üzerinde Lactobacillus buchneri ile birlikte yapılan arıtmada, tek başına Siyah Asker Sineği larvaları ile tekli muameleye kıyasla Siyah Asker Sineği larva verimi, substrat azaltımı ve biyo-dönüşüm oranında sırasıyla % 37,% 14 ve% 38 oranında iyileşme bildirirmiştir,. Mantarlarla fermentasyonun veya eksojen bakterilerin takviye edilmesinin, pirinç samanı, mısır koçanı, muz kabuğu gibi lignoselüloz açısından zengin substratların veya süt gübresi ve tavuk gübresinin karışımı üzerine eklendiğinde biyo-dönüşümünü ve yem dönüşüm oranını iyileştirdiği de bildirilmiştir. Başka mikroorganizmalarca salgılanan ekzojen enzimler besinlerin Siyah Asker Sineği larvaları tarafından değerlendirilmesinde sinerjik etki gösterir.(örn., Basit şekerler, peptidler ve kısa zincirli yağ asitleri) Bu nedenle, substratın sinerjik mikroorganizmalarla ve Siyah Asker Sineği larvalarıyla aşılanması, organik atıkların BSF biyokütlesine biyo dönüşümünü geliştirir. Organik atıkların bileşiminde zamansal ve mekansal farklılıklar bulunduğundan, geniş bir atık yelpazesi üzerinde etkili olan sinerjik mikrobiyal kültürlerin tanımlanması, organik atıkların Siyah Asker Sineği larvası biyokütlesine dönüştürülmesini daha da iyileştirecektir. Bununla birlikte, eklenen mikroorganizmaların, alerjik veya toksik etki dahil olmak üzere Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinin besin değeri üzerinde herhangi bir olumsuz etkisi olmamalıdır.
Biyolojik dönüşüm yaklaşımları
Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinin endüstriyel üretimi için benimsenen yaklaşımlar küresel olarak değişiklik gösterir. Genel olarak, Siyah Asker Sineği larva biyokütle üretimi için yaklaşım iki gruba ayrılabilir;
doğal ortamda yetişkin sinek yetiştirmeye ve üretmeye dayalı sistemler. Tarihsel olarak süreç, doğal popülasyonların organik atıkları kolonize etmesine ve Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinin kendi kendine toplanmasına dayanıyordu. Bu sistem, doğal Siyah Asker Sineği nüfusu olan bölgelerdeki küçük ölçekli çiftçiler veya ev tipi üreticiler için geçerlidir. Abiyotik faktörlerle ilgili olarak, tropikal bölgelerdeki düşük ve orta gelirli ülkeler, zayıf gelişmiş bir sıhhi altyapısıyla ilişkili sorunları çözmek için bu tür bir sistem için uygun iklim koşullarına sahiptir. Ancak bu yaklaşım, organik atık miktarının azaltılması ve hayvancılık, kümes hayvanları ve su ürünleri yetiştiriciliği yem talebinin karşılanması için istenen üretim seviyelerine ulaşılması düşünüldüğünde etkisizdir. Dahası, böyle bir yaklaşım, Siyah Asker Sineği'nin organik atıklarda aktif olmasını ve kolonileşmesini sağlamak için büyük ölçüde doğal koşullara bağlıdır. Bu durumda kolonizasyon öngörülemez olup, daha düşük Siyah Asker Sineği larva biyokütlesi üretiminin yanı sıra koku yayabilecek atıkların ortaya çıkmasına neden olur. Dahası, diğer zararlı türlerinin de çoğalması muhtemeldir.
Yetişkin sinek ve yumurta üretimine dayalı sistem tercih edilmesi durumunda, düzenli bir Siyah Asker Sineği yumurtası üretimini sağlamak ve aynı zamanda atık biyolojik dönüşümünü sağlamak için bir Siyah Asker Sineği kolonisinin idamesi şarttır. Bu yaklaşım, yumurtalardan ortaya çıkan larvalar tarafından atıkların biyodönüşümünü sağlamak için kontrollü bir ortamda üretilmesini sağlar. Bu nedenle, yetişkin sinek ve yumurta üretimi, Siyah Asker Sineği biyokütle üretim sisteminin kritik bir bileşenidir.
Güncel Siyah Asker Sineği larva biyokütle üretim sistemleri, bir Siyah Asker Sineği kolonisinin sürdürülmesine dayanmaktadır. Bu sistemler öngörülebilir atık akışı ve yumurta verimini sağlamalıdır.
Bununla birlikte, bu yaklaşımın en büyük sınırlaması, ticari ölçekli bir üretim için duyulan alan gereksinimidir. Bu nedenle, yetişkin bir kafesin boyutu [1,2 m (Y) x1,2 m (G) x 2,4 m (U)] ve sayısı ile yeterli yumurta üretim kapasitesi (yani, yaklaşık 10 g / gün/kafes) sağlamak, endüstriyel ölçekte bir Siyah Asker Sineği Larva kompleksini beslemek için gereken kafes sayısı, bu tür tesislerin kentsel alanların dışında konumlanmasını gerektirebilir. Örneğin, pratik bir kural olarak, günde bir ton organik atığı işleyen bir tesiste, Siyah Asker Sineği kolonisi(yani Siyah Asker Sineği sağlamak ve bebek larva bakımı) için yaklaşık 50 m2 alan gerekmektedir. Dahası, bu tür büyük bir ölçek, yumurta üretimini ve yumurtadan çıkmayı etkileyebilecek çevresel değişkenlere (ör. Sıcaklık, nem) duyarlıdır.
Siyah asker sineği biyorafinerisi
Ham petrolden farklı yakıtlar ve ürünler üreten bir rafinerideki petrol kaynağı gibi, Siyah Asker Sineği çiftçiliği de çeşitli organik kaynakları yem, yakıt, gübre ve diğer biyobazlı ürünlere dönüştürmek için bir biyolojik kaynak işlevi görebilir. Döngüsel ekonominin pratik bir örneği olan Siyah Asker Sineği, bu yaklaşımın ekonomik uygulanabilirliğini potansiyel olarak artırabilir ve yukarıda bahsedilen Siyah Asker Sineğinden elde edilen ürünlerin çevresel ayak izini en aza indirebilir.
Siyah Asker Sineği larva biyokütlesi yağ bakımından zengin olduğundan (kuru maddenin %21 ile 40'ı), bu yağ ekstrakte edilebilir ve transesterifikasyon yoluyla biyodizele dönüştürülebilir.
Genel olarak, Siyah Asker Sineği larvasının yağı, düşük viskoziteli ve yüksek oksidatif stabiliteye sahip biyodizel üretebilen orta zincirli doymuş yağ asitleri ve düşük doymamış yağ asitleri bakımından zengindir.
Ayrıca araştırmalar, Siyah Asker Sineği larva yağından üretilen biyodizelin özelliklerinin, Amerikan Test ve Malzemeler Derneği (ASTM) D6751 ve Avrupa standardı EN 14,214 dahil olmak üzere uluslararası biyodizel standardları içinde olduğunu göstermiştir.
Biyodizel üretiminde hammadde, üretim maliyetinin büyük bir kısmını (% 75'e kadar) oluşturmaktadır. Bu nedenle, düşük değerli organik kaynaklardan yağ açısından zengin Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinin büyük ölçekli üretimi, biyodizel üretim maliyetini önemli ölçüde azaltabilir.
Organik Gübre
Siyah larva Asker Sineği biyokütlesinin toplanmasının ardından kalan substrat organik gübre olarak kullanılabilir.
Siyah Asker Sineği larva kompostlamasını takip eden kalıntıda, kalıntının pH değeri genellikle bitki büyümesi için optimum aralıktadır (pH = 7.0 - 8.0)
Çalışmalar, kitin veya türevlerinin bitki üzerindeki olumlu etkilerini bildirmiştir. Kalıntı; ölü larva, imego, kitin de içerdiğinden, ayrıca bitki büyümesini ve bitki savunmasını tetikleyebilir. Ancak, şu anda kalıntının bu tür yönlerini araştıran çalışmalar eksiktir. Ek olarak, bir büyüme ortamı olarak böcek kompostu, topraksız tarımda kokopit ve sentetik gübrenin yerini alabilir.
Ek olarak, Siyah Asker Sineği larvaları, kadmiyum (Cd) kursun arsenik gibi ağır metalleri biyolojik olarak biriktirir. Böylece organik gübre olarak kalan kompostun değerini artırır. Ayrıca, kalıntı biyokütle, biyokimyasal (örneğin anaerobik sindirim ve/veya kompostlama) ve termokimyasal (örneğin piroliz, hidrotermal karbonizasyon) dönüştürme işlemlerini takip eden biyoyakıt ve biyoesaslı ürünler için bir substrat olarak kullanılabilir. Bununla birlikte, böcek kompostunun sonraki uygulamaları, Siyah Asker Sineği larvalarının beslendiği orijinal organik atığın özellikleri tarafından belirlenir.
Siyah Asker Sineği larva tabanlı biyokütle, yem, yakıt ve gübre üretmeye ek olarak, diğer yüksek değerli ürünler için de büyük bir potansiyele sahiptir. Örneğin, bir glukozamin polimeri olan kitin, kuru madde bazında Siyah Asker Sineği larva biyokütlenin %7'sini oluşturduğu için Siyah Asker Sineği larva biyokütle işlemenin önemli bir yan ürünüdür.
Kitin ve türevi kitosan, bağlayıcı olarak(boyalarda), yenilebilir filmler, endüstriyel membranlar, biyolojik olarak parçalanabilen cerrahi ipler ve şarap yapımında sonlandırıcı olarak birçok endüstriyel deneme uygulamasında kullanılmıştır. Ayrıca, Siyah Asker Sineği larvasından türetilen kitinin fizikokimyasal karakteristiğine dayanan çalışmalar, doku mühendisliği, tekstil endüstrisi, su ve atık su arıtımında bir absorban olarak potansiyel uygulamalarını önermektedir. Protein hidrolizatları, biyoplastik ve doğal renklendirici (örneğin melanin ve monokromlar) gibi ekonomik açıdan önemli biyoürünler de Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinden türetilebilir.
Çalışmalar ayrıca, endüstriyel olarak önemli enzimleri (örn. Tripsin, kimotripsin, ligninaz ve selülaz) ve antimikrobiyal peptidleri araştırmıştır Bununla birlikte, Siyah Asker Sineği tabanlı bir biyorafinerinin başarılı bir şekilde geliştirilmesi için, büyük ölçekli bir Siyah Asker Sineği biyokütlesi üretimi gerekecek ve bu da, yetiştirme, hasat ve işlemenin mekanizasyonunu ve otomasyonunu zorunlu hale getirecektir.
Siyah asker biyokütlesinin besin bileşimi
Siyah Asker Sineği larva biyokütlesi, protein, yağ ve mineraller açısından zengindir ve nispeten düşük lif içeriğine sahiptir. Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinin ham protein ve yağ içerikleri kuru maddenin sırasıyla; %30 ile %52'si ve %21 ile %40'ı arasında değişmektedir. Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinin enerji değeri genellikle mısır unu ve buğday unu gibi hayvan diyetlerindeki ortak enerji kaynaklarından daha yüksektir .Yağsız Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinin ham protein içeriği, soya küspesi ile karşılaştırıldığında daha yüksektir ve balık küspesi ile karşılaştırılabilir orandadır. Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinden ekstrakte edilen yağ aynı zamanda biyodizel için bir hammadde veya biyo-bazlı kayganlaştırıcıdır.
Kitin, Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinin (~%7 kuru madde) bir başka önemli bileşenidir ve genellikle kitin molekülünde bulunan nitrojen nedeniyle Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinde ham protein fraksiyonu içerisine yanlış bir şekilde dahil edilir; Ham protein içeriği genellikle toplam Kjeldahl nitrojen değerinin 6.25 faktörü ile çarpılmasıyla belirlenir. Çalışmalar, diyetteki yüksek kitin ve kitin türevi kitosan içeriğinin besin kullanımını olumsuz etkilediğini bildirmesine rağmen bu bileşiklerin antimikrobiyal ve prebiyotik özelliklere sahip olduğu bildirilmiştir.
Bununla birlikte, Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinin besin bileşimi, larvalara beslenen substrata oldukça bağımlıdır. Larva yetiştirme koşulları, işleme yöntemleri, larvanın hangi evrede hasat edildiği önemlidir.
Örneğin, substrattaki karbonhidrat içeriği, BSF larvalarındaki lipit içeriğini etkiler.
Siyah Asker Sineği larvaları düşük protein ve yüksek karbonhidratlı substratlar ile beslendiğinde, karbonhidrat esas olarak larvalar tarafından lipitlere dönüştürülür.
Birkaç çalışma, dengeli protein ve karbonhidrat içeren substratlar üzerinde yetiştirilen larvalara kıyasla, protein bakımından düşük ve karbonhidrat bakımından zengin substratlarda yetişen Siyah Asker Sineği larvalarında daha yüksek lipid içeriği bildirdi.
Protein açısından zengin bazı yem stokları, protein oranını (Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinde), larva ağırlığını, biyolojik dönüşümü ve yem dönüşüm oranlarını iyileştirip geliştirme süresini azaltırken, substrattaki aminoasit profili larva aminoasit profilini büyük oranda etkilemez Ancak substratın lipid profili, Siyah Asker Sineği larvasının lipid profilini doğrudan etkiler.
Larva yetiştirme sıcaklığı gibi abiyotik faktörler de Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinin besin profilini etkiler. Örneğin, Siyah Asker Sineği larva biyokütlesindeki ham protein içeriği, yetiştirme sıcaklığı 28'den 34 ° C'ye çıkarıldığında azalmıştır. Benzer şekilde, işleme yöntemi de Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinin besin kalitesini etkiler. Örneğin, haşlamaya kıyasla Siyah Asker Sineği prepupa'nın dondurarak yavaşça öldürülmesi tirozin tüketimi ile melanizasyon, enerjik metabolizma ve lipoliz dahil enzimatik reaksiyonları aktive eder, böylece Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinin sindirilebilirliğini ve beslenme kalitesini (sistein ve lizin kaybı) olumsuz etkiler. Dahası, haşlamanın düşük lipid oksidasyonuna, nem içeriğinde azalmaya, renk stabilitesine ve böcek biyokütlesindeki mikroorganizmaları önemli ölçüde azaltmasına neden olduğu bulunmuştur. Benzer şekilde, mikro dalgalı kurutmanın, geleneksel kurutma (60 °C) ile karşılaştırmasında mikro dalga kurutmayla hazırlanan Siyah Asker Sineği larva proteinin önemli ölçüde daha yüksek Sindirilebilir Vazgeçilmez Amino Asit Skoruna (DIAAS) ve daha iyi sindirilebilirliğe sahip olduğu görülmüştür. Siyah Asker Sineği prepupasından yağın kısmen veya tamamen çıkarılmasından sonra, ham proteinde önemli bir artış ve Siyah Asker Sineği prepupa'daki brüt enerji içeriğindeki azalma bildirilmiştir.
Genel olarak, Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinden türetilen protein iyi bir esansiyel ve esansiyel olmayan amino asit dengesine sahiptir. Metiyonin ve lisin dışında, Siyah Asker Sineği biyokütlesi hem esansiyel hem de esansiyel olmayan aminoasitlere sahiptir.
Kümes hayvanları ve domuz diyetlerinde genellikle amino asitleri sınırlayan metiyonin, lisin, triptofan, treonin, sistein ve valin gibi amino asitlerin konsantrasyonu soya fasulyesi küspesi ile karşılaştırılabilir düzeydedir. Ek olarak, Siyah Asker Sineği larvası, biyolojik olarak kullanılabilir arginininden zengindir ve bu, çoğunlukla bitkisel kaynaklı proteinlerde sınırlayıcı etkidedir.
Laurik (C12:0), palmitik (C16:0) ve oleik (C18:1) asitler, Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinden türetilen yağda bulunan başlıca yağ asitleridir ve sırasıyla toplam yağ asitlerinin yaklaşık %32-60, %8-20 ve %5-12’sini oluşturur. Ayrıca, doymuş yağ asitleri toplam yağ asitlerinin yaklaşık %61–82'sini oluştururken, tekli doymamış ve çoklu doymamış yağ asitleri sırasıyla toplam yağ asitlerinin %9–19'una ve %4–26'sına katkıda bulunur. Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinde besin açısından önemli omega-3 ve omega-6 yağ asitleri bulunmasına rağmen, bu çoklu doymamış yağ asitlerinin konsantrasyonları balık unundan daha düşüktür. Bununla birlikte, daha önce de belirtildiği gibi, Siyah Asker Sineği larva biyokütlesindeki yağ miktarı ve yağ asidi profili doğrudan Siyah Asker Sineği larvalarının beslendiği substratta bulunan yağ asitlerinin miktarı ve türü ile doğrudan ilişkili olduğundan, omega-3 ve omega-6 yağ asitleri gibi besin açısından önemli yağ asitleri Siyah Asker Sineği larvalarınına beslendiği substratın bileşimi değiştirilerek Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinde zenginleştirilebilir. Örneğin, çalışmalarda, mikroalg içeren diyetlerle beslenen Siyah Asker Sineği larvalarında, su mercimeği ve balık sakatatları ile zenginleştirilen substralarla bu yağ asitleri artırılabildiği gösterilmiştir. Siyah Asker Sineği biyokütlesinde bulunan mikro besinler de substrata bağlıdır. Genel olarak, Siyah Asker Sineği biyokütlesi kalsiyum (Ca) ve mangan (Mn) biriktirir, ancak sodyum (Na) veya sülfür (S) biriktirmez. Bu nedenle, Siyah Asker Sineği larva biyokütlesindeki (kuru maddenin% 6'sına kadar, Ca (Siyah Asker Sineği larva biyokütlesindeki en bol mineral) içeriği, diğer böcekler ve balık unundan daha yüksektir. Siyah Asker Sineği larva bazlı hayvan yemi uygulamaları bazı yönleri ile önemli fırsatlar yaratırken bazı açılardan zorluklar içerir. Siyah Asker Sineği larvalarına verilen substratların kompozisyonunu manipüle ederek, Siyah Asker Sineği larva biyokütlesini uygun aşamada (larva, prepupal, pupal) hasat ederek ve hasat edilen biyokütlenin işlenmesiyle Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinin besin profilini uyarlama fırsatı verir. Ancak değişken organik atıkların arıtılması için Siyah Asker Sineği sistemi kullanıldığında ise, Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinin besin profilinde tutarlılığın korunması zor olabilir.
Hayvan / balık yemi olarak Siyah Asker Sineği larva biyokütlesi
Siyah Asker Sineği larva biyokütlesi, birkaç on yıldır protein açısından zengin alternatif bir yem olarak incelenmiştir. Çalışma sonuçları karışıktır. Kümes hayvanları, balık ve domuz yemi olarak Siyah Asker Sineği larva yeminin performansları aşağıda bölümler halinde incelenmiştir.
Tavuk
Araştırma sonuçları, Siyah Asker Sineği larva ununun diyete dahil edilmesi durumunda kümes hayvanı türüne (örn. Broyler veya yumurtacı), kümes hayvanı yetiştirme aşamasına (örn. Başlangıç, büyüme veya bitirme aşaması), besleme süresine, beslenme moduna (örn. , kafes beslemeli veya serbest menzilli) ve Siyah Asker Sineği larvalarının işlenme yöntemine göre çeşitlilik gösterir (örn. kurutulmuş veya taze, bütün, doğranmış, veya öğütülmüş, yağı alınmış veya yağsız). Genel olarak, diyet tercihi, temel besin maddelerinin görünür sindirilebilirliği, üreme performansı, ölüm oranı, karkas özellikleri ve lezzet açısından tedavi ve kontrol diyetleri arasında önemli bir fark gözlenmemiştir. Bir çalışmada çalışmalarda Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinin yem içeriğinde %15 ‘e kadar kullanılmasında değişik performans kriterlerinde bir fark gözlenmemişken başka bir çalışmada, broyler tavuklarının diyetlerinde (Ross 308), kısmen yağdan arındırılmış Siyah Asker Sineği larva küspesi soya küspesi ikamesi olarak (% 15'e kadar) kullanıldığında karışık sonuçlar gözlemlenmiştir. Siyah Asker Sineği larva küspesi içeren bu diyet, başlangıç döneminde (1-10 gün) tavukların canlı ağırlığını ve günlük yem alımını iyileştirmiş, ancak hem büyüme (10-24 gün) hem de bitirme (24-35 gün) sırasında yemden yararlanma oranını olumsuz etkilemiştir. Etlik piliçlerde benzer şekilde, Siyah Asker Sineği larva yeminin diyetlerine dahil edilmesinin etkileri bazı çalışmalarda tutarsızdır . Genel olarak, soya küspesinin kısa bir süre (6 haftaya kadar) Siyah Asker Sineği larva küspesi ile ikamesi (% 100'e kadar) yumurtacı tavuklarının performansı (örn. Vücut ağırlığı, yem alımı, yem dönüştürme oranı, yumurtlama yüzdesi ve yumurta kalitesi) etkilememiştir. Bununla birlikte, Siyah Asker Sineği larva küspesini veya larvalarını daha uzun bir süre (12 haftadan fazla) soya fasulyesi küspesi ikamesi olarak beslemek performansı olumsuz yönde etkilemiştir. Siyah Asker Sineği larva küspesi ile beslenen tavukların düşük performansı, Maillard reaksiyonu nedeniyle ısıya duyarlı amino asitlerin (yani lizin, arginin, treonin) kullanılabilirliğinin azalmasına atfedilmiştir, çünkü Siyah Asker Sineği larvaları 90 ° C'de 60 dakika kurutulmuştur. Ayrıca öğütme Siyah Asker Sineği larva küspesinde kitin varlığına bağlı olarak daha düşük protein sindirilebilirliği) veya muhtemelen Siyah Asker Sineği larva küspesinin soya fasulyesi küspesine göre daha koyu rengine bağlı olarak yem alımını düşürmüş olabilir. Siyah Asker Sineği larva yeminin kararması, Siyah Asker Sineği larvalarının öğütülmesi sonrasında üzerine demir-polifenol komplekslerinin oluşmasından kaynaklanmaktadır. Farklı çalışmalarda gözlemlenen karışık sonuçlar, kısmen kullanılan Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinin besin kalitesindeki farklılıklara bağlı olabilir. Ek olarak, kümes hayvanlarının besin gereksinimi büyüme aşamasına ve kümes hayvanı türüne göre de değiştiğinden, bu tür bir değişiklik aynı zamanda Siyah Asker Sineği larva yeminin kanatlı yemi olarak performansındaki tutarsızlığa da katkıda bulunmuş olabilir. Kümes hayvanlarıyla yapılan tüm çalışmalarda gruplar izoenerjik ve izoproteik / izonitrojen olmadığından, farklı yemlemelerin sonuçları arasındaki tutarsızlıklar kısmen deneylerdeki farklılıklardan kaynaklanmaktadır. Genel olarak araştırmalar, Siyah Asker Sineği larva öğününün, ürünün performansını ve kalitesini iyileştirmese de olumsuz yönde etkilemeden kümes hayvanı diyetlerinde soya fasulyesinin önemli bir bölümünü ikame edebileceğini göstermiştir.
Balık
Siyah Asker Sineği larva küspesi, yaklaşık kırk yıldır farklı balık türleri için test edilmiştir. Balık türlerinin diyetlerinde balık ve soya fasulyesi küspesinin yerine Siyah Asker Sineği larva küspesinin dahil edilmesinin farklı yönlerini (besin sindirilebilirliği, büyüme performansı ve et kalitesi dahil) çeşitli araştırmalar yapılmıştır.
Araştırmalar, Siyah Asker Sineği larva öğününün gökkuşağı alabalığının diyetlerinde% 50'ye kadar balık unu öğününün yerine geçebileceğini, sağkalımı, büyüme performansını, kondisyon faktörünü (vücut ağırlığı / vücut uzunluğu oranı), somatik indeksleri, verimi ve fiziksel kalitesini etkilemediği gösterilmiştir. Daha da önemlisi, balıkla beslenen kontrol diyetlerine kıyasla, bağışıklığa, yem sindirilebilirliğine, fizyolojik fonksiyona ve balıkların refahına katkıda bulunabilen Siyah Asker Sineği larva küspesi içeren diyetlerin balık bağırsağında daha yüksek mikrobiyal çeşitlilik gözlenmiştir. Bununla birlikte, Siyah Asker Sineği larva küspesinin daha yüksek bir oranda dahil etme (yani, küspenin % 50 bin üzerinde ikame edilmesi), doymuş yağ asitlerini, özellikle laurik asidi arttırmış ve tekli ve çoklu doymamış (omega-3 ve omega-6) yağ asitleri içeriğini düşürmüştür. Bu durum lipit sağlık göstergelerini kötüleştirmektedir. Test edilen diyetler izoproteik ve izolipidik olmadığı için bu farklılıklar diyet formülasyonundan kaynaklanmış olabilir. Benzer şekilde, tatlı su ve deniz Atlantik somonunun diyetlerinde balık ve / veya soya fasulyesi küspesinin yerine Siyah Asker Sineği larva küspesinin kullanılması yem alımı, yem dönüşüm oranı veya protein, lipit, amino asitler ve minerallerin tüm vücut içeriği üzerindeki etkileri önemsiz bulunmuştur. Siyah Asker Sineği larva unu içeren diyetlerle beslenen gökkuşağı alabalığı ve Atlantic somonunun büyümesinde bir fark olmaması, ilgili balıkların beslenme gereksinimlerini karşılamak için Siyah Asker Sineği larva unu içeren diyetlerde metiyonin ve lizinin harici AA takviyesinden kaynaklanıyor olabilir. Balık türleri, amino asit gereksinimleri açısından farklılıklar gösterir ve Siyah Asker Sineği larva bazlı diyette düşük seviyelerde lizin olmasına rağmen, temel amino asitlerin takviyesi olmaksızın farklı oranlarda balık unu ikamesini tolere etme olasılıkları yüksektir. Avrupa levreğinin büyüme performansı, aminoasit takviyesi olmaksızın Siyah Asker Sineği larva küspesi (dahil etme oranı % 19,5) ile değiştirildiğinde etkilenmemiştir. Çalışmalar, Siyah Asker Sineği larva ununun, ürün kalitesi (kesim kalitesi) üzerindeki etkilerine ilişkin sonuçlar balık tipine, dahil etme seviyesine, Siyah Asker Sineği larva öğün tipine (zenginleştirilmiş ve zenginleştirilmemiş) ve amino asitlerin takviyesine bağlı olarak karışıktır. Örneğin,% 20 veya % 0 Siyah Asker Sineği larva küspesi içeren balıkla beslenen diyetlere kıyasla, % 40 Siyah Asker Sineği larva yemeği içeren gökkuşağı alabalığı ile beslenen diyetin dorsal flakonlarında kuru madde ve eter ekstresi içeriklerinin arttığı bulunmuştur. Bununla birlikte, diğer çalışmalar sazan ve Atlantik somonunun tüm vücut kompozisyonu üzerinde Siyah Asker Sineği larva öğününün diyete dahil edilmesinin önemli bir etkisi olmadığını gözlemlemiştir. Bununla birlikte, çalışmalar Siyah Asker Sineği larva unu içeren diyetle beslenen balıkların yağ asidi profili üzerindeki etkileri olduğu bildirilmiştir. Yağ asidi profilindeki bu tür bir varyasyonun duyarlılık özelliklerini etkilemesi muhtemeldir (balık ürünlerinin aroması ve kokusu). Bununla birlikte, Siyah Asker Sineği larva öğününün balık ürünlerinin duyusal parametreleri üzerindeki diyet etkilerine ilişkin bulgular da tutarsızdır. Siyah Asker Sineği larva öğününün (%40'a kadar), ürünlerin performansını ve kalitesini önemli ölçüde etkilemeden, farklı balık türlerinin diyetlerine bir balık unu ikamesi olarak başarılı bir şekilde dahil edildiği bildirilmiş, böylece Siyah Asker Sineği öğününün farklı balık türleri için alternatif protein kaynağı olma potansiyeli vurgulanmıştır. Bununla birlikte, daha yüksek kitin içeriği (besinlerin sindirilebilirliğini olumsuz etkiler) ve sınırlayıcı amino asitler (özellikle metiyonin ve lisin) ve yağ asitleri (özellikle omega-3 veomega-6 yağ asitleri) arasında uygun denge eksikliği, balık diyetine Siyah Asker Sineği larva ununun daha fazla dahil edilmesinde sorun yaratabilir. İşlenmeden önce böcek biyokütlesinden kitini, chitin sindiren enzimler (kitinazlar) kullanarak çıkarmak, daha yüksek oranda Siyah Asker Sineği larva unu içeren balık yeminin sindirilebilirliğini artırabilir. Ek olarak, Siyah Asker Sineği larvalarının beslenme balık ve/veya yosun işleme atıkları kullanıp substratlarını zenginleştirerek, özellikle amino asitler (örn., Metionine ve lizin) ve yağ asitleri (örn., Omega-3 ve omega-6 yağ asitleri) içeriklerinin sınırlandırılması ile ilgili olan sorunu aşabilir ve bazı balık türleri için diyetlere daha yüksek Siyah Asker Sineği larva küspesi dahil edilmesine izin verebilir.
Siyah asker Sineği Larva biyokütlesinin hayvan yemi olarak besin değeri
Siyah Asker Sineği larva küspesi, besin değerinin yanı sıra kitin, orta zincirli yağ asitleri (C6-12) ve antimikrobiyal peptitler gibi biyoaktif bileşikler bakımından zengindir. Yakın zamanda yapılan bir çalışma, Siyah Asker Sineği larvalarından, memeli makrofajlarının doğuştan gelen bağışıklığını aktive edebilen yeni bir polisakkarit(dipteroz-Siyah Asker Sineği) tanımladı. Bu nedenle, Siyah Asker Sineği larva diyetinde bulunan kiitin ve kitin türevleri, laurik asit, antimikrobiyal peptidler ve yeni polisakkaridin olası antimikrobiyal ve prebiyotik etkileri, Siyah Asker Sineği larva ununun; hayvan beslenmesinde geleneksel protein ve enerji kaynaklarına bir alternatif değil, aynı zamanda - antibiyotik ve prebiyotik niteliği sayesinde, monogastrik diyetlerine değer katan bir özellik taşıdığını göstermektedir. Ek olarak, Siyah Asker Sineği larva ununun dahil edilmesi yemlerin raf ömrünü daha da artırabilir.
Kitin
Kitin ve kitosan, doğuştan gelen bağışıklık sistemi üzerindeki olumlu etkilerinin yanısıra (Lee ve diğerleri, 2008), antimikrobiyal özelliği ve zararlı gram-negatif bakteriler üzerinde bakteriyostatik niteliği ve yararlı mikropların büyümesi üzerinde pozitif etkileri olan bir özelliğe sahiptir. Kuru madde bazında% 6-7 kitin içeren Siyah Asker Sineği larva küspesi, kitin ve kitosan kaynağı olarak veya bağışıklık sistemi üzerindeki prebiyotik veya uyarıcı etkileri yönünden kapsamlı bir şekilde çalışılmamış olmasına rağmen, piliçlerin ve balıkların diyetlerinde kitin takviyesi olumlu etkiler göstermiştir. (örneğin, patojenlerin inhibisyonu ve yararlı bağırsak mikrobiyotasının güçlendirilmesi). Örneğin, Siyah Asker Sineği larva küspesi içeren diyetle beslenen alabalık mikrobiyotasında, iyi bilinen probiyotiklerin, (Carnobacterium spp. gibi) daha fazla görülme sıklığı Siyah Asker Sineği larva diyetinde fermente olabilen kitin varlığına bağlanmıştır. Kitin ayrıca, gökkuşağı alabalığının ince bağırsağındaki prolin ve hidroksiprolin hidrolizi ve emiliminden sorumlu bir enzim olan prolidaz aktivitesi üzerinde olumlu etkilere sahip olduğu ileri sürülmüştür. Ayrıca, tavukların midesinde ve bağırsağında bulunan asidik kitinaz, kitini kitin-oligosakkaritlere indirgeme yeteneğine sahiptir. Siyah Asker Sineği larva küspesi içeren diyetin yumurtacı tavuklara verilmesi, bağırsak mikrobiyota bileşimini önemli ölçüde değiştirmiştir (potansiyel kitin parçalayıcı popülasyonunda artış) ve kısa zincirli yağ asidi üretimini artırarak, Siyah Asker Sineği ununun potansiyel bir prebiyotik etkisin olduğunu düşündürmüştür. Bu özellikleri nedeniyle, kitin açısından zengin Siyah Asker Sineği larva ununun hayvan yemine dahil edilmesi, yemin raf ömrünü artırabilir ve hayvan üretiminde antibiyotik ve prebiyotiklerin kullanımını azaltabilir. Ek olarak, balıklar, kuşlar ve normal hayvanlar kitin sentezleyemediğinden, bu hayvanların diyetlerine Siyah Asker Sineği larva biyokütlesini (bir kitin kaynağı olarak) dahil etmek potansiyel olarak bağışıklık sistemlerini uyarabilir.
Laurik asit
Daha önce belirtildiği gibi, Siyah Asker Sineği larva biyokütlesi orta zincirli yağ asitleri, özellikle laurik asit (toplam yağ asitlerinin %30-60'ı) bakımından zengindir. Yaygın olarak kullanılan anti-mikrobik maddeler gibi orta zincirli yağ asitleri, Mikobakterium smegmatis dahil çok çeşitli patojenler üzerinde antimikrobiyal etkilere sahiptir. (Chlamydia trachomatis, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Neisseriagonorrhoeae ve Helicobacter pylori gibi). Dahası, Siyah Asker Sineği prepupalarından elde edilen yağın laktobasil ve D-streptokoklara karşı önemli antimikrobiyal etkileri vardır. Daha da önemlisi, antimikrobiyal ajanlar olarak bu yağ asitlerinin ne bir insan veya hayvan toksisitesi vardır ne de kalıntılar ve çapraz direnç indüksiyonu sorununa neden olurlar. Bu nedenle, orta zincirli yağ asitleri, özellikle lauric asit, sadece hayvan diyetlerindeki geleneksel protein ve enerji kaynağına değil, aynı zamanda büyümeyi teşvik etmek ve gastrointestinal hastalıkları önlemek ve iyileştirmek için kullanılan besleyici antibiyotiklere de değerli bir alternatif oluşturabilir.
Antimikrobiyal peptitler
Böcekler, bakteriyel direnç riskinin düşük olduğu, çeşitli bakteri türlerine karşı etkisi olan antimikrobiyal peptitler üretirler. Siyah Asker Sineği genomu, herhangi bir böcekte saptanan en büyük antimikrobiyal peptid ailesi olan 50 antimikrobiyal peptidi kodlar. Ayrıca, Siyah Asker Sineği larvalarından türetilen antimikrobiyal peptidlerin gram negatif bakteriler ve gram-pozitif bakteriler üzerinde güçlü etkileri olduğu bildirilmiştir. Siyah Asker Sineği biyokütlesinde bulunan antimikrobiyal peptitlerin farklı hayvanların ve / veya patojenik ajanların performansı üzerindeki etkileri iyi araştırılmamış olsa da, böcek küspesi içeren diyetle beslenen sütten kesilmiş domuz yavrularında ishal vakalarının azalması böcek yeminde bulunan antimikrobiyal peptidlere bağlanmıştır. Antibiyotiklere dirençli bakteri ve genlerin artmasıyla ilgili artan küresel endişeyle birlikte, böcek biyokütlesinde bulunan antimikrobiyal peptidler, özellikle mantar ve virüslere potansiyel olarak etki edebilecek kadar büyük potansiyel taşır.
Siyah Asker Sineği Larva biyokütlesinin mikrobiyal ve kimyasal güvenliği
Organik atıklar genellikle çeşitli mikroorganizmalar ve farmasötik maddeler (insan dışkısı ve hayvan gübreleri), böcek ilaçları (meyve ve sebze atıkları), mikotoksinler (uygun olmayan şekilde depolanmış tahıl ve bira fabrikası yan ürünleri) ağır metaller ve dioksinler, poliklorlu bifeniller ve poliaromatik hidrokarbonlar (belediye katı atıklarının organik fraksiyonundan) dahil olmak üzere diğer toksinler ile kirlenmiştir.. Bu nedenle, Siyah Asker Sineği larva biyokütlesindeki mikrobiyal ve kimyasal kirleticilerin varlığı, özellikle bu tür kirleticiler içeren organik atıklar Siyah Asker Sineği larvalarının yetiştirildiği substrat olarak kullanılıyorsa, yem güvenliğini sağlamak için yakından izlenmelidir. Besin bileşimi konusunda yapılan araştırmalar ile karşılaştırıldığında, Siyah Asker Sineği larvalarının organik atıkların hayvan yemine biyolojik olarak dönüştürülmesine yönelik kullanımıyla ilişkili risk iyi çalışılmamıştır, insan dışkısı ve hayvan gübresi gibi organik atıklarda Salmonella spp. ve Bacillus cereus gibi gıda patojenlerinin her ikisi de Siyah Asker Sineği larva biyokütle kalıntılarında bulunur. Ayrıca, atığın Siyah Asker Sineği larvaları ile muamele edilmesinin, Eimeria tenella, E. gibi parazitlerin ookistleri veya yumurtaları üzerinde hiçbir etkisi olmamıştır. Bu nedenle,, Siyah Asker Sineği larva biyokütlesini hayvan yemi olarak ve rezidü gübre olarak özellikle gıda bitkileri yetiştirmek için uygulandığında kullanmadan önce uygun bir ön işlem gereklidir. Böceklerin bağırsak mikrobiyotası, ısıtma gibi hafif muamelelere oldukça dirençlidir (ağır sterilizasyon işlemleri, besin kalitesini olumsuz etkileyecektir.). Haşlama yoluyla Siyah Asker Sineği larvalarını veya prepuları öldürmek, yalnızca Siyah Asker Sineği larva biyokütlesindeki mikrobiyal yükü azaltmakla kalmayıp aynı zamanda hızlı ve daha az maliyetli olduğu, lipid oksidasyonunu azalttığı, renk stabilitesini artırdığı ve koku ve tadı etkilemediği için iyi bir seçenektir. Ek olarak, larva bağırsağındaki çekirdek mikrobiyotada farklılıklar bildirdiği için, substratın hem besleyici hem de mikrobiyal bileşiminin larva bağırsağını da etkilemesi beklenmelidir. Böylece, Siyah Asker Sineği larvalarının bağırsak mikrobiyotası diyet takviyesi yoluyla pozitif olarak değiştirilebilir. Ağır metallerin, pestisitlerin ve ilaçların olası biyolojik birikimi, Siyah Asker Sineği larvalarını bu tür kimyasallarla kirlenmiş çeşitli organik atıklar üzerinde yetiştirirken ciddi bir endişe kaynağıdır. Örneğin, Siyah Asker Sineği larvaları ağır metallerle spike edilmiş deneysel substrat üzerinde yetiştirildiğinde, Cd ve Pb, Siyah Asker Sineği biyokütlesinde biyolojik olarak birikir ve hayvan yemi için yasal eşikleri aşar. Krom (Cr), nikel (Ni), Arsenik(As), çinko(Zn) ve civa (Hg) için biyoakümülasyon gözlenmemiştir. Benzer şekilde, mikotoksinlerin (aflatoksinler B1 / B2 / G2, deoksinivalenol, okratoksin A, zearalenon) biyoakümülasyonu yoktur. Pestisitler ve farmasötikler (karbamazepin, roksitromisin, trimetoprim) Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinde gözlemlenmiş, artık substratta pestisitlerin ve farmasötiklerin konsantrasyonu azalmıştır, bu da Siyah Asker Sineği larvaları ile ilişkili mikroorganizmaların bu bileşiklerin degradasyonuna atfedilmiştir. Bu nedenle, mikotoksin gibi bileşiklerle kontamine olan mahsuller, Siyah Asker Sineği larvaları kullanılarak biyo-sanitize edilebilir; bu durum, mikotoksin konsantrasyonu, hayvan yemi uygulaması için sınır elegalsetil düzeylerini aştığında yok edilmesi gereken değerli mahsuller için bir çıkış noktası sağlar. Hayvan yemi uygulaması için Siyah Asker Sineği larvalarını ağır metaller, özellikle Cd, Pb bakımından zengin organik atıklar üzerinde yetiştirirken, ürün güvenliğini sağlamak için bir seçenek, bu tür organik atıkların, ağır metal içeriği oldukça düşük olan hammaddelerle karıştırılması olacaktır. Ek olarak, Siyah Asker Sineği teknolojisi, Siyah Asker Sineği biyokütlesi, Siyah Asker Sineği proteini ve yağın besleme amacıyla uygulanmasını engelleyen bu tür ağır metallerle yüksek derecede kirlenmiş organik atıkların arıtılması için kullanıldığında, biyoplastik, biyodizel ve biyobazlı yağlayıcı üretimi dahil olmak üzere diğer uygulamalar için yararlanılabilir.
Organik atıkların siyah asker biyokütlesine biyolojik olarak dönüştürülmesinin çevresel yönleri
Son zamanlarda, organik atıkların Siyah Asker Sineği larva biyokütlesine biyolojik olarak dönüştürülmesinin çevresel etkilerine odaklanan önemli çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmaların çoğu, küçük ölçekli biyodönüşüm tesislerinden alınan verilere dayanmaktayken yalnızca birkaçı büyük ölçekli tesislerden alınan verilerle gerçekleştirilmiştir. Organik atıkların Siyah Asker Sineği larva biyokütlesine biyolojik olarak dönüştürülmesinin çevresel etkisi, farklı üretim ölçeklerinde (küçük ölçekli veya pilot ölçekli çalışmalardan elde edilen veriler) ve yaşam döngüsü değerlendirmesi modlarında tutarlı değildir. Bununla birlikte, çalışmalar arasında çevresel etkinin büyük ölçüde Siyah Asker Sineği larvalarının yetiştirilmesinde kullanılan organik atık türlerine bağlı olduğu konusunda fikir birliği vardır. Genel olarak, Siyah Asker Sineği larvaları hayvan gübresi ve gıda atıkları üzerinde yetiştirmek yerine, hali hazırda gıda veya yem uygulamaları için yararlanılmakta olan organik atıkları Siyah Asker Sineği larvaları büyütmek için kullanıldığında (Örneğin, gıda veya yem değeri olan organik atıklar soya küspesi ve balık küspesi gibi), Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinin çevresel etkileri (örn., Küresel ısınma potansiyeli, arazi kullanımı ve enerji kullanımı) daha yüksektir. Küresel ısınma potansiyeli yanısıra, Siyah Asker Sineği larvalarının hayvan gübresi ve gıda atıklarında yetiştirilmesinin çevresel etkileri, balık küspesi ve soya küspesi ile karşılaştırıldığında daha düşüktür. Ancak mevcut besleme güvenliği yönetmelikleri, çiftlik böceklerinin (Avrupa Birliği tarafından tanımlanan Siyah Asker Sineğini de içerir) Avrupa Birliği'ndeki gıda ve yem uygulamaları için hayvan gübresi ve yemek atıkları gibi organik atıklarla beslenmesini yasaklamaktadır (European Commission, 2001, 2017; IPIFF, 2019). Ek olarak, çalışmalar, larvaların işlenmesi için enerji girdisinin, özellikle de Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinin kurutulmasının, Siyah Asker Sineği üretiminin çevresel olumsuz etkilerine en büyük katkıyı sağladığını göstermiştir. Bu nedenle, Siyah Asker Sineği larva biyokütlesini işleme verimliliğindeki gelişmeler, (ki bu büyük olasılıkla teknolojinin yükseltilmesiyle olur çünkü Life Cycle Assesment için verilerin çoğu küçük ölçekli çalışmalardan veya güneş kurutucu ve fotovoltaik gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımından elde edilmiştir) Siyah Asker Sineği biyokütle üretiminin çevresel etkilerinin daha da iyileşmesi ni sağlaması muhtemeldir. Ek olarak, hem gıda hem de yem uygulamaları için doğal su kaynaklarının aşırı kullanımı, biyoçeşitlilik kaybı da dahil olmak üzere önemli çevresel sorunlara neden olur. Böylelikle Siyah Asker Sineği larva küspesi, alan, su ve enerji kullanımı açısından balık küspesi ile karşılaştırıldığında çevresel ve ekolojik etkiler açısından çok daha iyi performans gösterir. Hayvan gübresi ile beslendiğinde çevresel etki balık ve soya ununa göre çok daha düşüktür ancak regülasyonlar buna izin vermemektedir. Ayrıca, çevresel etki analizleri, organik mikro kirleticilerin Siyah Asker Sineği biyokütlesi tarafından biyolojik ıslahını da hesaba katmalıdır. Ayrıca, araştırmalar, organik atıkların (örneğin ayrılmış mutfak atıkları) Siyah Asker Sineği larva biyokütlesine biyolojik olarak dönüştürülmesinin, kompostlamaya göre daha düşük doğrudan GHG (GreenHouseGase)emisyonlarına sahip olduğunu göstermiştir(Mertenat vd., 2019). Bu nedenle, çeşitli organik atıklardan kaynakların geri kazanılması için Siyah Asker Sineği tarımı ile kompostlama, atıkların hayvanlara doğrudan verilmesi ve anaerobik sindirim gibi organik atıkların arıtılması için halihazırda benimsenen teknolojileri karşılaştırmak için Life Cycle Assesment'lar ve tekno-ekonomik analiz (TEA) de yapılmalıdır.
Organik atıkların siyah asker biyokütlesine biyolojik olarak dönüştürülmesinin ekonomisi
Şu anda, organik atıkların hayvan yemi uygulaması için Siyah Asker Sineği larva biyokütlesine biyolojik olarak dönüştürülmesinin ekonomisine ilişkin çalışmalar sınırlıdır. Ayrıca, Agriprotein (Güney Afrika), EnviroFlight (ABD) gibi birçok özel şirket, Bioflytech (İspanya), Enterra FeedCorporation (Kanada), Entobel (Vietnam), Entofood (Malezya), Entomo Farm (Fransa), Hexa fly (İrlanda), F4F (Şili), HermetiaGmbH (Almanya), InnovaFeed (Fransa) ve Protix ( Nether-lands) Siyah Asker Sineği larva üretim işinde yer almaktadır, operasyonel süreçleri ve mali yönleri (örneğin, maliyetler ve faydalar) hakkında bilgiler muhtemelen rekabet avantajlarını korumak için kamuya açıklanmamaktadır. Siyah Asker Sineği teknolojisinin ekonomik performansı amaca göre önemli ölçüde değişir. Aynı şekilde operasyon, kullanılan substratlar, üretim ölçeği ve ürünlerin kullanım amacı önemlidir. Hayvan yemi için Siyah Asker Sineği larva biyokütle üretiminin ekonomik performansı üzerine yapılan bazı çalışmalar, mevcut teknolojinin kullanımının (çoğunlukla yalnızca yoğun emek gerektiren değil, aynı zamanda önemli miktarda alana ihtiyaç gösteren düz tepsi sistemi kullanılarak yapılan toplu modda çalıştırılması) gelenekselden daha yüksek bir maliyete sahip olduğunu göstermiştir. Örneğin, 53.6 ton yaş gıda atığını günde 3.64 ton kurutulmuş prepupaya ve 6.35 ton kuru gübreye dönüştüren bir tesis için, tek başına operasyon günlük 5.850 $ (5.282 €) tutarındadır (yani yaklaşık 1.600 $ (1.451 €) /ton kurutulmuş prepupae maliyeti). Ancak, genel bir kural olarak, organik atığın Siyah Asker Sineği larva biyokütle dönüştürme tesisinin operasyonu için, bir ton Siyah Asker Sineği larva biyokütlesi başına üretim maliyeti 907 $ 'ı (1.000 $ /metrik ton Siyah Asker Sineği biyokütlesi) aşmamalıdır. Küçük ölçekli üretime dayalı analiz, emeğin toplam işletme maliyetinin %30-65'ini ve atık edinim maliyeti eklendiğinde bu iki kalemin Siyah Asker Sineği larvalarından türetilen hayvan yemi üretiminin toplam maliyetinin yaklaşık %90'ını oluşturduğunu göstermiştir. Bununla birlikte, hayvan gübresi, gıda atıkları ve lağım çamuru gibi atıklar negatif değerlere sahiptir, çünkü bu tür atıkların üreticileri deşarj ücreti ödemek zorundadır. Ek olarak, ulusal ve / veya yerel yönetimler, atık oluşumunu en aza indirmek ve / veya atıkları uygun şekilde yönetmek için teşvikler (ölçek dahil) sağlayabilir. Bu nedenle, Siyah Asker Sineği larva tabanlı hayvan yemi üretiminin ekonomisindeki önemli iyileştirmeler, muhtemelen makineleşme ve süreç kontrolü, üretim sistemlerinin ölçeklendirilmesi ve teşvik temelli hükümet politikaları ile negatif değerli atıklar kullanılarak yerinde Siyah Asker Sineği larva biyokütlesi üretiminden sağlanacaktır. Örneğin, böcek fabrikalarının iş planlarının modellenmesi ve doğrulanması, biyo-dönüşüm tesisinin karlı olabilmesi için günde yaklaşık 110 ton (100 metrik ton) organik atığı 7,72 ton (7 metrik ton) Siyah Asker Sineği kuru larva biyokütlesine dönüştüren bir işleme ölçeğine ulaşması gerektiğini önermektedir.. Bununla birlikte, Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinin üretimi için hala kullanılmayan organik kaynaklardan yararlanılması böcek bazlı besleme endüstrisinin daha fazla geliştirilmesi için kritik olacaktır. Ayrıca, Siyah Asker Sineği larva küspesi, antimikrobiyal ve prebiyotik özelliklere sahip olduğu bildirilen laurik asit, kitin ve antimikrobiyal peptitler bakımından zengindir. Böylelikle, Siyah Asker Sineği larva küspesi, antibiyotik, prebiyotik ve organik ürün olarak sertifikalandırılmamış geleneksel yemlerin kullanımını başarılı bir şekilde ikame ederse, hayvan ve hayvan ürünleri organik ürün olarak sertifikalandırılabilir ve yüksek bir fiyata satılabilir ve böylelikle hayvan ve balık yemi olarak Siyah Asker Sineği larva yeminin ekonomisini destekleyebilir.
Daha az araştırılan bir yön, Siyah Asker Sineği larva larvalarının entomo-iyileştirmede kullanılmasıdır; bu, Cd ve Zn gibi metallerin geri kazanılması olasılığını vurgulamaktadır. Siyah Asker Sineği larva kullanarak çevreden gelen dışkı çamurunun biyoremediasyonu da önerilmiştir. Ayrıca mikotoksinle kirlenmiş tahıllardan böcekler kullanılarak yararlanılması önerilmiştir. Bu nedenle, gelecekte Siyah Asker Sineği teknolojisi, ağır metallerin, pestisitlerin ve farmasötikallerin biyo-iyileştirilmesinde ve mikotoksinlerle kontamine tahılların biyosanitleştirilmesinde daha geniş uygulama alanları bulabilir. Ayrıca Zhan ve ark. (2020), gen manipülasyonunun, uzatılmış besleme süresi gibi gelişmiş özelliklere sahip mutant Siyah Asker Sineği şujları oluşturabileceğini ve bunun sonucunda da Siyah Asker Sineği biyokütlesinin boyutunun artmasıyla sonuçlanabileceğini öne sürmüştür. Dahası, son zamanlarda yapılan bir çalışma, Siyah Asker Sineği larvasında yağ birikimini yöneten hayati genler ve düzenleyiciler hakkında bilgi sağlanmıştır ve böylelikle yem ve yakıt uygulamaları için Siyah Asker Sineği larva yağ üretimini manipüle etmek için genetik mühendisliği yaklaşımlarını kullanma potansiyeline işaret etmektedir. Islah teknolojisinde, Siyah Asker Sineği larva biyokütlesinin hem biyo-versiyon etkinliğini hem de beslenme özelliklerini iyileştirmede Siyah Asker Sineği genetiğinden yararlanma olasılığı da vardır (örneğin, daha yüksek sınırlayıcı esansiyel amino asitler ve çoklu doymuş yağ asitleri içeriği). Endüstriler, Siyah Asker Sineği suşlarını geliştirme olasılığını araştırmak için hayvan yetiştirme enstitüleriyle işbirliği yapıyorlar. Bir seçenek de, belirli atık akışı türlerini işleyebilecek türlerin seçilmesidir. Diğer bir seçenek de dünya çapında mevcut olan suşlardan yararlanmaktır. Polimorfik nükleer genetik belirteçlere dayalı Siyah Asker Sineğinin küresel popülasyonunun genetik araştırması, üç substrat üzerinde yetiştirilen genetik olarak farklı dört suşu karşılaştırmıştır. Hem suşlar hem de substrat, tüm yaşam öyküsü özellikleri ve vücut kompozisyonu özellikleri üzerinde oldukça önemli farklar göstermiştir. Sonuçlar, Siyah Asker Sineği üretiminin verimliliğinin ve sürdürülebilirliğinin, Siyah Asker Sineği genetiği ve substrat ile etkileşim dikkate alınarak önemli ölçüde artırılabileceğini ima etmektedir. Siyah Asker Sineği ile ilgili yayınlardaki üssel artış gözlenmektedir; Önceki 70 yılda (1946-2016) yayınlanan 137 makale ile karşılaştırıldığında son üç yılda (2017–2019) 384 dergi makalesi yayınlandı (Web of Science'a 18 Ocak 2020'de başvuruldu). Bu akademik ilgi, bu böceğin biyo-dönüşümdeki öneminin bir işaretidir. Siyah Asker Sineği endüstrisi, çeşitli organik atıklardan bu kaynakların geri kazanılması için kullanılan muhtemelen en umut verici teknolojilerin başında yer almaktadır. Çalışmalar çoğunlukla dönüşüm verimliliğini artırmaya ve teknolojinin ölçeğini büyütmeye odaklanmıştır; bununla birlikte, Siyah Asker Sineği teknolojisinin ekonomik ve çevresel performansını değerlendirmek için daha fazla veriye ihtiyaç vardır.
Bu yazı tarafımdan aşağıda makaleden çevrilmeye çalışılmıştır. Aslına sadık kalarak çevirdiğimi düşünmekle beraber metni kullanmak isteyenlerin orjinalinden yararlanmalarını öneririm.
Rethinking organic wastes bioconversion: Evaluating the potential of the black soldier fly (Hermetia illucens (L.)) (Diptera: Stratiomyidae) (BSF)
K C Surendra 1, Jeffery K Tomberlin 2, Arnold van Huis 3, Jonathan A Cammack 2, Lars-Henrik L Heckmann 4, Samir Kumar Khanal 5
