Нутриенты наземных беспозвоночных - источник пищевого сырья нового качества

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 проекта 23-26-00075

НазваниеНутриенты наземных беспозвоночных - источник пищевого сырья нового качества

Руководитель Симакова Анастасия Викторовна, Доктор биологических наук

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

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 слова беспозвоночные, 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.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. 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)
10.25205/978-5-4437-1526-1-105

2. 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)
10.15298/euroasentj.22.05.03

3. Чернышев Сергей Эдуардович, Бабкина Ирина Борисовна, Багиров Руслан Толик-оглы., Модяева Вера Петровна, Морозова Маргарита Денисовна, Скриптцова Ксения Евгеньевна, Субботина Елена Юрьевна, Щербаков Михаил Викторович, Симакова Анастасия Викторовна Invertebrates of Siberia, a potential source of animal protein for innovative food and feed production. 2. Nutrient composition of the two new model species Acta Biologica Sibirica , № 10, р. 1337-1358 (год публикации - 2024)
10.5281/zenodo.14197730

4. С.Э. Чернышёв, А.С. Бабенко, И.Б. Бабкина, 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 food and feed production. 5. Changes of nutrient composition in worms and crickets a er particular enrichment of feeding substrate EUROASIAN ENTOMOLOGICAL JOURNAL, 23(5): 287–292, прил.: 1–6 (год публикации - 2024)
10.15298/euroasentj.23.05.07

5. С.Э. Чернышёв, А.С. Бабенко, И.Б. Бабкина, 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 as a promising source of animal protein for innovative feed and food production. 6. Potential of nutrient accumulation in biomass via feed enrichment Acta Biologica Sibirica, 10: 1499–1518 (год публикации - 2024)
10.5281/10.5281/zenodo.14292345

6. М.Д. Морозова, В.П. Модяева, К.Е. Скрипцова Потенциал накопления отдельных нутриентов в биомассе модельных видов беспозвоночных ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК Том 4. Биология и фундаментальная медицина Сборник научных трудов XXI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (год публикации - 2024)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Проведено исследование накопления нутриентов в биомассе двух модельных видов наземных беспозвоночных: домовом сверчке Acheta domesticus Linnaeus, 1758 и калифорнийском черве Eisenia fetida (Savigny, 1826). Эффект накопления был достигнут за счет обогащения пищевого субстрата предшественниками питательных веществ. В эксперименте модельные виды выращивались в трех группах: с субстратом без обогащения (контроль), с субстратом, обогащенным одинарной дозой, и с субстратом, обогащенным двойной дозой. Обогащение осуществлялось по трем направлениям: добавлением витаминов В и С для накопления белка, комплексной минеральной добавкой для сельскохозяйственных животных для накопления минералов, а также комплексом витаминов группы В для контроля накопления витаминов данной группы и жирорастворимых витаминов А, D, E и K для контроля их содержания в биомассе. В результате исследования были выявлены следующие показатели накопления нутриентов. Как минимальное, так и двойное обогащение субстрата практически не изменило содержание белка в биомассе Acheta domesticus (Linnaeus), в то время как у червей Eisenia fetida (Savigny) уровень белка увеличился при одинарной и двойной дозе. Таким образом, увеличение содержания белка в наземных беспозвоночных возможно, однако механизм положительной реакции организма на обогащение субстрата требует дальнейшего изучения. Обогащение субстрата минералами при одинарной дозе у домашнего сверчка привело к увеличению уровня фосфора, молибдена, кальция, железа, цинка и магния, а также значительному росту содержания свинца и ртути. У калифорнийского червя отмечено повышение уровня железа, меди, фосфора, натрия, цинка и марганца. При двойной дозе у сверчков количество минералов, изменивших свой уровень, было вдвое меньше по сравнению с однократной добавкой, и их уровень примерно соответствовал содержанию этих элементов при одинарной дозе прекурсоров. У червей при двойной дозе обогащения наблюдалось повышение уровня большего количества минералов в 1,5 раза. Хотя прямой зависимости накопления конкретных минералов от обогащения пищевого субстрата в биомассе модельных видов не было установлено, общий их уровень заметно изменился. В отличие от минералов, уровень большинства витаминов группы B практически линейно повысился. При двойной дозе обогащения субстрата не наблюдалось резкого увеличения содержания витаминов по сравнению с одинарной, при этом у сверчков уровень витаминов B1 и B9 остался неизменным. Одинарная доза обогащения субстрата привела к заметному, но неравномерному увеличению содержания жирорастворимых витаминов в биомассе модельных видов. При двойной дозе прекурсоров все жирорастворимые витамины продемонстрировали увеличение концентрации в биомассе, а у некоторых видов уровень витаминов значительно возрос по сравнению с однократной дозой. Наиболее выраженное накопление в биомассе модельных видов наблюдалось для витамина С: его уровень повысился после однократной дозы у всех исследуемых видов, а после двойной дозы обогащения субстрата уровень витамина С увеличился еще более значительно. Таким образом, обогащение субстрата приводит к значительному увеличению концентрации исследованных витаминов в биомассе модельных видов беспозвоночных и может успешно применяться на практике. Проведенный эксперимент показал, что для достижения наилучших результатов накопления конкретных нутриентов в биомассе беспозвоночных целесообразно разделять обогащение субстрата на группы предшественников, поскольку их совместная ассимиляция может приводить к ингибированию конечных веществ в биомассе. Результаты экспериментов свидетельствуют о том, что для успешного накопления конкретных нутриентов пищевой субстрат следует обогащать отдельно для белков, минералов и витаминов. Двойная доза минимально достаточного обогащения оказывается наиболее эффективной для накопления этих нутриентов в биомассе беспозвоночных. В качестве перспективы развития проекта для внедрения в производство двух видов наземных беспозвоночных — желтого слизня Limacus flavus (Linnaeus, 1758) (Gastropoda: Limacidae) и жука бронзовки золотистой Cetonia aurata viridiventris Reitter, 1896 (Coleoptera: Scarabaeidae) — был исследован нутриентный состав их биомассы и сопоставлен с данными о традиционно используемых в пищу белковых продуктах животного происхождения. Выявлен высокий уровень необходимых питательных веществ, который превосходит по многим параметрам традиционные источники белка как растительного, так и животного происхождения. Проведена калибровка инфракрасного анализатора СибСкан и созданы матрицы для трех видов беспозвоночных животных (тараканов, сверчков и улиток), что позволяет осуществлять анализы содержания белка и жира в биомассе наземных беспозвоночных. Результаты экспериментов, проведенных в рамках исследования проекта, обосновывают перспективу использования разработанного метода для промышленного выращивания беспозвоночных с заданными параметрами нутриентного состава.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Полученные в результате реализации проекта данные найдут применение в развития отрасли разведения наземных беспозвоночных с целью получения ценной белковой биомассы, применяемой в производстве кормов для животных и в качестве протеиновых добавок в продукты питания. В России это направление сельскохозяйственного производства только начинает развиваться, поэтому рекомендации по обогащению состава кормов и улучшению качества получаемой биомассы найдут прямое применение в практике нового животноводства. Использование биомассы беспозвоночных, выращенной с заданными параметрами нутриентного состава, в качестве источника белка и необходимых питательных веществ для производства продуктов питания представляет собой новое направление не только в кулинарии, но и в нутрициологии и экологии. Это также затрагивает социальную сферу и способствует формированию нового уровня ответственного отношения к природе и повседневной жизни. Предлагаемое направление формирует новые перспективы в науке, включая: 1) исследование новых особенностей биохимического состава беспозвоночных, способных оказывать влияние на здоровье человека и животных; 2) внедрение новых методов переработки сельскохозяйственных отходов с целью получения белковой массы и минимизации выбросов в атмосферу агентов, способствующих неконтролируемому потеплению.