КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 23-26-00075

НазваниеНутриенты наземных беспозвоночных - источник пищевого сырья нового качества

РуководительСимакова Анастасия Викторовна, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет", Томская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 2023 г. - 2024 г. 

Конкурс№78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки, 06-204 - Животноводство

Ключевые словабеспозвоночные, нутриенты, разнообразие, биоэкономика, агроэкобиотехнология, фудбиотех, фуд-грэйд, утилизация, протеин, продукт питания, производство

Код ГРНТИ62.99.39

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Беспозвоночные (Invertebrata) — наиболее многочисленная группа животных, издавна привлекающая внимание человека функциональностью устройства, высокой экологической адаптивностью, внешним видом и высокой численностью. В настоящее время существуют промысловые виды беспозвоночных (от голотурий до высших членистоногих), преимущественно обитающие в морских и внутриконтинентальных водоемах. Наземные беспозвоночные намного реже фигурируют в хозяйственной деятельности человека, хотя представляют интерес для использования в качестве пищи, кормов, агентов экологичной рекультивации почв, биомедицины, инженерных изысканий бионики. В настоящее время особый интерес вызывают виды беспозвоночных, которые при искусственном разведении могут давать высокий прирост биомассы, содержащей животный протеин. Ряд видов насекомых и раков (муха-львинка, рачок гаммарус и др.) исследованы в лабораториях, для них разработаны технологические схемы содержания, выращивания и воспроизводства. Однако, биохимические исследования биомассы беспозвоночных проводятся редко. Необходимо формирование представлений о нутриентной базе получаемой биомассы, ее качественном составе и возможности регулирования искусственным путем, выращивая объекты на средах с заданными параметрами. В наземных беспозвоночных содержание макронутриентов (углеводов, протеина, жиров) высоко и специфично, присутствие микронутриентов (минеральных веществ, микроэлементов и витаминов) неравномерно, зависит от стадии и вида, но во всех беспозвоночных присутствуют пищевые волокна и волокноподобные вещества (сырая клетчатка, хитин). Научная проблема проекта: Проект посвящен решению фундаментальной проблемы – поиску новых источников пищевого сырья, а именно изучению состава нутриентов из потенциально перспективных наземных беспозвоночных при направленном регулировании пищевого субстрата В ходе работы необходимо решить следующие задачи: 1. Изучить параметры нутриентного состава (соотношение и качественный состав), отличающих биомассу беспозвоночных животных, выращиваемых на средах с заданными параметрами от биомассы этих же видов в природе. 2. Провести корректировку и программирование нутриентного состава биомассы беспозвоночных при направленном изменении химического состава питательного субстрата. 3. Выявить параметры нутриентного состава наиболее лабильных и эффективных при корректировке через изменение пищевого субстрата видов. 4. Представить сравнительный анализ нутриентного состава биомассы беспозвоночных животных в сравнении с биомассой традиционно используемых в пищу мясных продуктов (на примере говяжьих продуктов и курицы). Актуальность научной проблемы: Понимание процессов, сопровождающих модификацию нутриентного состава наземных беспозвоночных при направленном регулировании состава пищевого субстрата позволяет моделировать конечный продукт, получать биомассу с заданными свойствами. Это позволит подобрать виды для включения их в производственный цикл при создании высокопродуктивного, экологически чистого направления сельского хозяйства, нацеленного на создание безопасных, качественных и функциональных продуктов питания, что намечено в направлениях из Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации. Научная новизна заключается в исследовании закономерностей формирования свойств нутриентного состава наземных беспозвоночных, качественного и количественного содержания нутриентов в конечном продукте (биомассе) в зависимости от рецептуры предлагаемого питательного субстрата. Выявленная зависимость свойств нутриентного состава биомассы от предлагаемого состава кормов открывает широкие возможности в исследовании потенциала наземных беспозвоночных как источника пищи, она будет способствовать созданию технологий промышленного выращивания биомассы с определенными свойствами и химическим составом, что будет востребовано и в биомедицине для получения биологически активных форм витаминов, микроэлементов, ферментов и других веществ.

Ожидаемые результаты
1. Будут установлены параметры нутриентного состава биомассы наземных беспозвоночных животных, выращенных на средах с заданными параметрами, что позволит оценить перспективу использования этих животных, описать направление, по которому следует вести отбор и культивацию видов. 2. Разработка методов создания питательных субстратов, определяющих качество нутриентного состава получаемой биомассы в зависимости от целей последующего применения полученного продукта на основе выявленных значений биомассы беспозвоночных, выращенных на средах с заданными параметрами. 3. Определение степени качественного изменения нутриентного состава на подготовленных субстратах, что позволит разработать в дальнейшем целевые программы по направленному увеличению ценности получаемой биомассы посредством формирования пищевого субстрата. 4. Выявленный спектр изменения нутриентного состава биомассы выращенных наземных беспозвоночных при сравнении с традиционными источниками животного белка, употребляемыми в пищу, позволит охарактеризовать, насколько биомасса наземных беспозвоночных способна заменить животный белок, а в будущем – разработать методы выращивания на заданных субстратах таким образом, чтобы пищевая ценность получаемой биомассы не только не уступала мясным продуктам, но и превосходила их по ряду показателей нутриентного состава. Качественный анализ биомассы выращенных на разных средах животных, позволит не только установить наиболее эффективные виды разводимых наземных беспозвоночных, но и предлагать новые, выращивание которых для получения пищевого сырья наиболее перспективно.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В результате проведенных экспериментов выявлено значительное изменение уровня нутриентов в биомассе модельных видов после обогащения пищевого субстрата прекурсорами. Установлено высокое содержание белка в сырой биомассе модельных видов: у сверчков 35.0 %, у ахатин 20.4 %, у червей 17,6 %, у тараканов 8.6 %. Удалось значительно повысить содержание белка в биомассе тараканов в 2.1 раза до 18.8 %, а у червей — в 1,2 раза до 21,6 %. Таким образом, содержание «главного» нутриента биомассы беспозвоночных — белка вполне поддается корректировке и увеличения до необходимых значений. Содержание витаминов группы B в биомассе беспозвоночных, изъятых из природы, довольно неравномерно, ряд витаминов отсутствует в их организме. В эксперименте в пищевой субстрат вносились прекурсоры витаминов B1, B2, B3, B6, B7, B9 и B12. В результате, зафиксировано заметное накопление витаминов B3 (в 1,3 раза), B6 (в 1,6 раза), B7 (в 1,6 раза), B9 (в 1,1 раза) и B12 (в 1,96 раза) у сверчков, причем содержание B6, B7 и B12 повысилось более значительно. У червей накопление шло наиболее результативно: увеличилось содержание B2 (в 1,45 раза) B3 (в 1,4 раза), B6 (в 2 раза), B7 (в 1,7 раза) и B9 (1,4). У улиток ахатин заметно увеличилось почти в 2 раза содержание витамина B2 (в 2.1 раза) и B3 (в 1.8 раза), в 1.3 раза выросло значение B9. У тараканов максимальное увеличение содержания B6 и B1 составило 1.4 раза, B9 — 1.2 раза, а B6, B2 и B3 — 1.1 раза. Таким образом, в биомассе модельных видов отмечено значительное увеличение витаминов группы B в результате обогащения пищевого субстрата их прекурсорами. В эксперименте установлено, что витамин С присутствует в телах всех модельных видов, и его содержание в ходе эксперимеанта увеличилось: у ахатин в 1,5 раза, у тараканов в 1,3 раза, у червей в 1,4 раза, а у сверчков осталось примерно на том же уровне. Наличие в биомассе беспозвоночных витамина С бесспорно говорит о её потенциально высокой пищевой ценности. Содержание жирорастворимых витаминов в биомассе модельных видов увеличилось неравномерно, но довольно значительно. Так, у тараканов содержание витамина K выросло в 13.8 раза, A в 1.13 и E в 1.2 раза, у ахатин увеличилось содержание витаминов A в 1.5 раза и D3 в 1.2 раза, у сверчков повысилось содержание витаминов A (в 1,4 раза), D3 (в 1,3 раза) и K (в 1,1 раза), а у червей — E (в 1,7 раза), A (в 2 раза) и D3 (в 1,6 раза). Эксперименты показали, что накопление жирорастворимых витаминов в биомассе беспозвоночных вполне возможно, будущие эксперименты могут показать верхнюю границу накопления этих веществ. При этом, следует иметь в виду токсичность жирорастворимых витаминов, способных накапливаться в организме и приводить к сильному отравлению и летальному исходу у человека и ряда позвоночных животных. Содержание минералов по-разному изменилось у разных видов. Так, у ахатин в 4.3 раза увеличилось содержание йода, в 1.9 раз хлора, в 1.3–1.5 раз: кальция (1.4), натрия (1.5), меди (1.3) и селена (1.5), примерно в 1.1 раза — железа (1.1), цинка (1.05) и фосфора (1.08). У тараканов повысилось содержание следующих минералов: в 5.6 раз магния, в 2.5 раз хлора и свинца, в 2 раза йода и железа, в 1.3 раза фосфора и кальция, кальция в 1.2 цинка, в 1.1 раза калия и натрия. У сверчков отмечено увеличение железа и цинка фосфора в 1,3 раза, фосфора в 1,2 раза, и в 1,03 раза – калия. У дождевых червей в 1,2 раза выросло содержание железа, меди, в 1,04 магния и кальция, в 1,5 селена и цинка, в 1,6 марганца, в 3,6 раза йода, в 1.3 магния, 1,4 калия. Любопытно, что у сверчков и червей понизилось содержание натрия и хлора, а у червей особенно заметно снижение уровня свинца, ртути и молибдена. Таким образом, удалось значительно повысить в биомассе модельных видов таких необходимых минералов, как: железо, селен, цинк, магний, калий, фосфор, кальций, йода и меди. Микродозы других минералов, фиксирующиеся в биомассе беспозвоночных, способны восполнять суточную потребность организма человека при употреблении в пищу блюд из беспозвоночных животных. Интересно, что результаты исследования минерального состава биомассы беспозвоночных показали низкое содержание в их телах тяжелых металлов и токсических веществ. Проведенные эксперименты показали, что изменение нутриентного состава биомассы беспозвоночных вполне возможно трансформировать через питательный субстрат, обогащая его прекурсорами необходимых питательных веществ. Попадая в организм животных, минералы и витамины переходят в биоактивную форму, усиливая биодоступность (т.е. усваиваемость организмом) этих крайне необходимых веществ. Следующий этап исследований предполагает направленное увеличение отдельных нутриентов в биомассе беспозвоночных с контролем уровня других питательных веществ. Проведенное исследование является пилотным в разработке методов увеличения продуктивности биомассы беспозвоночных. На данном этапе оно позволяет ответить на небольшой круг вопросов, которые, тем, не менее, существенны в работе по созданию индустрии получения белка из наземных беспозвоночных. Приводимые в представленной работе данные позволяют заключить, что в зависимости от состава питания у беспозвоночных могут существенно варьировать количественные показатели нутриентов, а некоторые элементы могут отсутствовать совсем, или их количество может быть слишком низким. Поэтому, сравнение полученных данных с известными “табличными” показателями следует проводить с учетом характера выращивания особей. Различие в нутриентом составе одного и того же вида беспозвоночного, выращенного в разных условиях является нормой, а не ошибкой метода исследования.

 

Публикации

1. Чернышёв С.Э., Р.Т-О. Багиров, В.П.Модяева, М.Д. Морозова, К.Е. Скрипцова, Е.Ю. Субботина, М.В. Щербаков, А.В. Симакова Invertebrates of Siberia, a potential source of animal protein for innovative human food production. 3. Principles of biomass nutrient composition design EUROASIAN ENTOMOLOGICAL JOURNAL, т. 22, №5, р. 246–254 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.15298/euroasentj.22.05.03

2. М.Д. Морозова, С.Э. Чернышев, Р. Т-о. Багиров, И.Б. Бабкина, В.П. Модяева, К.Е. Скрипцова, Е.Ю. Субботина, М.В. Щербаков, А.В. Симакова ПРОЕКТИРОВАНИЕ НУТРИЕНТНОГО СОСТАВА БИОМАССЫ НАЗЕМНЫХ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ АНО «Инновационный центр Кольцово», Новосибирск, Наукоград Кольцово, 2023, X МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ: БИОИНФОРМАТИКОВ, БИОТЕХНОЛОГОВ, БИОФИЗИКОВ, ВИРУСОЛОГОВ И МОЛЕКУЛЯРНЫХ БИОЛОГОВ Сборник тезисов, 191-192 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.25205/978-5-4437-1526-1-105

3. - Российские ученые разрабатывают пищевые добавки из сверчков и тараканов Риа новости, NEWS2WORLD, - (год публикации - )

4. - БАДы из насекомых: новые разработки российских ученых Dunyo News, - (год публикации - )

5. - В России создают пищевые добавки на основе сверчков, червей и мраморных тараканов ИА "ЗА Новомосковск" (Тульская область), - (год публикации - )

6. - Пищевые добавки из сверчков, червей и тараканов могут появиться в магазинах Inbusiness.kz, - (год публикации - )

7. - БАДы на основе дождевых червей, сверчков и тараканов создадут сибирские ученые Телеканал "МИР24", - (год публикации - )

8. - Ученые ТГУ создают пищевые добавки на основе червей и сверчков 123ru.net - Информационно-новостной портал, Ru24 (Московская область), News-Life, РИА Томск, - (год публикации - )

9. - В России ученые создадут пищевые добавки из тараканов и сверчков noksmail, - (год публикации - )

10. - В России создадут пищевые добавки из сверчков и тараканов ПРАЙМ-Эмитент, - (год публикации - )

11. - Биологи ТГУ создают ценные добавки на основе беспозвоночных животных Новости Томского государственного университета, - (год публикации - )