Порошок из жесткокрылых насекомых и способ разведения жесткокрылых насекомых, предусматривающий обработку ультрафиолетовым излучением для приготовления такого порошка
POWDER FROM COLEOPTERA INSECTS AND METHOD FOR BREEDING COLEOPTERA INSECTS INVOLVING TREATMENT WITH ULTRAVIOLET RADIATION FOR PREPARING SUCH A POWDER

Область техники и предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Настоящее изобретение относится к области пищевых продуктов.
В частности, одной из целей настоящего изобретения является композиция пищевого порошка, обогащенная витамином D3 и выполненная из насекомых, в частности из жесткокрылых насекомых.
Еще одной целью настоящего изобретения является способ разведения жесткокрылых насекомых для получения такой композиции и ее применение в рационе человека или животного.
Кроме этого, настоящее изобретение охватывает широкий круг сфер применения, в частности, оно может применяться в пищевой промышленности, в частности, в продуктах питания, потребляемых человеком, в корме рептилий или даже в рыбоводстве.
На сегодняшний день в мире зарегистрировано свыше двух тысяч видов съедобных насекомых (согласно данным Продовольственной и сельскохозяйственной организация ООН, FAO).
Применение съедобных насекомых в пищу или в животном корме в качестве источника питательных веществ обладает богатым потенциалом и набирает все большую популярность, особенно в Европе.
Как показали исследования, некоторые виды насекомых сочетают в себе очень питательные свойства, представляющие немалый интерес как с качественной, так и с количественной точки зрения.
Кроме этого также известно, что производство продуктов питания на основе насекомых является безопасным для окружающей среды (см., в частности, публикации Belluco et al., 2013, Oonincx et al., 2010 или Van Huis et al., 2013).
В последние годы питательные свойства некоторых видов жесткокрылых насекомых подвергаются углубленным исследованиям.
Для вида Tenebrio molitor или Alphitobius diaperinus наибольший интерес с точки зрения питательных свойств представляют личиночная и куколочная стадии.
Такие исследования показывают, что в личинках и куколках этих двух видов содержатся самые разнообразные ценные питательные вещества, в числе которых белки (50–66% в пересчете на сухой вес), незаменимые жирные кислоты, такие как омега 3, в том числе АЛК, витамины и минералы.
В числе представляющих интерес питательных веществ, содержащихся в жесткокрылых насекомых, также следует упомянуть, в частности, витамин D3 (или холекальциферол), который представляет собой форму витамина D.
Витамин D3 обладает важными свойствами.
В организме человека витамин D3 помогает поддерживать нормальные уровни кальция и фосфора в крови, всасываемые в кишечнике.
Витамин D3 играет существенную роль в поддержании тонуса скелетных мышц и сохранении здоровья костей. Он используется в дополнение к кальцию для профилактики остеопороза у людей пожилого возраста.
На сегодняшний день известно, что около 80% людей страдают от дефицита витамина D3.
Необходимое суточное количество витамина D3 составляет 5 мкг для детей начиная от 4 лет до достижения зрелости, однако для детей младше 3 лет, беременных женщин и людей преклонного возраста это количество увеличивается до 10 мкг.
В организме рептилий витамин D3 обеспечивает оптимальное усвоение кальция и минерализацию костей.
Как правило, среди пищевых продуктов источниками витамина D3 выступает рыба, в частности ее жир, филе или печень.
Однако доступность рыбы снижается, приводя к повышению стоимости на нее.
Поэтому возникает необходимость в поиске альтернативных источников витамина D3, являющихся экологически безопасными и обоснованными.
Витамин D3, питательные свойства которого являются определяющими, входит в число жирорастворимых витаминов, которыми обладают некоторые виды жесткокрылых насекомых, такие как Tenebrio molitor и Alphitobius diaperinus.
Мы уже знаем, как получить пищевые порошки на основе таких жесткокрылых насекомых.
)
Исследование Klasing et al (1999 показало, что в личинках насекомых Tenebrio molitor, питающихся в течение 15 дней сухим кормом, содержащим 675 МЕ витамина D3 на 1000 грамм пищевого продукта, концентрация витамина D3 достигла 139 МЕ.
Сейчас единственным известным способом увеличения содержания витамина D3 является введение в корм этих видов добавки витамина D3 в форме порошка.
Заявитель утверждает, что концентрации витамина D3 на 100 грамм живой или сухой биомассы у насекомых Tenebrio molitor или Alphitobius diaperinus, получающих вместе с кормом добавку витамина D3 в форме порошка, остаются недостаточными для использования этих видов в качестве пищевой добавки витамина D3 в рационе человека или животных.
Такие порошки, получаемые посредством использования добавки витамина D3 во время разведения жесткокрылых насекомых, не являются удовлетворительными с точки зрения экономических параметров и питательной ценности.
Краткое описание и цель настоящего изобретения
Целью настоящего изобретения является улучшение ситуации, описанной выше.
Также целью настоящего изобретения является устранение существующих недостатков, указанных выше, за счет нового решения для значительного повышения содержания витамина D3 в живых насекомых Tenebrio molitor или Alphitobius diaperinus и (или) в порошке, полученном в результате их преобразования без добавления увеличенного количества витамина D3 в корм насекомых на личиночной стадии.
В соответствии с первым аспектом настоящее изобретение относится к порошку из жесткокрылых насекомых, содержащему витамин D3, весовое содержание которого больше или равно 0,00001%, при этом в настоящем документе весовое содержание указывается на общий вес порошка из жесткокрылых насекомых.
Таким образом, следует понимать, что в композиции такого порошка на 100 грамм порошка из жесткокрылых насекомых содержится по меньшей мере 10 мкг витамина D3 и 0,1 г кальция.
Такое содержание витамина D3 является весьма желательным и позволяет получить порошок с высоким содержанием витамина D3, достаточным для удовлетворения, в частности, его суточной нормы для человека.
Предпочтительно весовое содержание витамина D3 в порошке из жесткокрылых насекомых согласно настоящему изобретению больше или равно по меньшей мере 0,000015%, предпочтительно больше или равно по меньшей мере 0,000025%. Преимущественно весовое содержание кальция в порошке из жесткокрылых насекомых согласно настоящему изобретению больше или равно по меньшей мере 0,1%, при этом весовое содержание указывается на общий вес порошка из жесткокрылых насекомых.
Преимущественно весовое содержание жиров в порошке согласно настоящему изобретению составляет от 5% до 40%, при этом весовое содержание указывается на общий вес порошка из жесткокрылых насекомых.
Преимущественно активность в воде порошка согласно настоящему изобретению составляет меньше 0,7.
Как правило, активность в воде представляет собой давление водяного пара из влажного продукта, деленное на давление насыщенного пара при той же температуре. Этот параметр отражает взаимодействие воды с пищевой матрицей. Таким образом, активность в воде является одним из главных параметров, влияющих на хранение пищевых и фармацевтических продуктов.
Здесь следует отметить, что такое значение, не превышающее 0,7, обеспечивает хорошую сохранность порошка.
В соответствии со вторым аспектом настоящее изобретение относится к способу разведения жесткокрылых насекомых для получения порошка из жесткокрылых насекомых, как описано выше.
Согласно настоящему изобретению этот способ предусматривает этап обработки светом, в ходе которого источник ультрафиолетового излучения (или источник УФ-излучения) испускает ультрафиолетовые лучи в направлении личинок жесткокрылых насекомых.
Такая обработка светом во время разведения жесткокрылых насекомых позволяет после преобразования получить порошок из жесткокрылых насекомых с высоким содержанием витамина D3.
Предпочтительно источник УФ-излучения устанавливают над личинками жесткокрылых насекомых.
В соответствии с характерным вариантом осуществления настоящего изобретения этап обработки светом выполняют на личиночной и (или) куколочной стадии жесткокрылых насекомых.
Выражение «личиночная стадия» объединяет несколько стадий, предшествующих куколочной стадии.
Под выражением «куколочная стадия» следует понимать этап между последней личиночной стадией и половозрелой стадией.
Преимущественно этап обработки светом выполняют между шестой и двенадцатой неделей роста личинок, предпочтительно между девятой и одиннадцатой неделей.
Выполнение этапа обработки в течение этого периода дало интересные результаты.
Преимущественно продолжительность этапа обработки светом составляет от одной до шести недель, предпочтительно от двух до четырех недель.
Преимущественно ультрафиолетовые лучи, испускаемые источником УФ-излучения в направлении личинок жесткокрылых насекомых, представляют собой:
- лучи типа УФ-B, образуемые электромагнитным излучением, длина волны которого составляет от 280 нм до 320 нм, и (или)
- лучи типа УФ-A, образуемые электромагнитным излучением, длина волны которого составляет от 320 нм до 400 нм.
Также следует отметить, что излучение света в видимом диапазоне никоим образом не влияет на синтез витамина D3.
В соответствии с характерным вариантом осуществления настоящего изобретения, который может быть объединен с одним из описанных выше вариантов осуществления, на этапе обработки светом источник УФ-излучения располагают от личинок жесткокрылых насекомых на заданном расстоянии порядка 2–250 см, предпочтительно 10–100 см, предпочтительно 15–50 см.
Это расстояние является обоснованным и позволяет преимущественно ограничить воздействие на личинки тепла, вырабатываемого источником УФ-излучения.
В соответствии с характерным вариантом осуществления настоящего изобретения, который может быть объединен с одним из описанных выше вариантов осуществления, мощность излучения источника УФ-излучения составляет 13–125 Вт, предпочтительно 20–50 Вт.
Эта мощность является обоснованной и позволяет преимущественно ограничить воздействие на личинки тепла, вырабатываемого источником УФ-излучения.
В соответствии с характерным вариантом осуществления настоящего изобретения, который может быть объединен с одним из описанных выше вариантов осуществления, на этапе обработки светом источник УФ-излучения испускает ультрафиолетовые лучи в направлении личинок жесткокрылых насекомых в течение периода обработки, который составляет от десяти до двадцати четырех часов подряд или суммарно за двадцатичетырехчасовой период.
В течение этих диапазонов обработки происходит наиболее активный синтез витамина D3. В периоды без обработки УФ-излучением личинки хранятся в полной темноте.
Это обеспечивает высокие показатели синтеза витамина D3.
В соответствии с характерным вариантом осуществления настоящего изобретения, который может быть объединен с одним из описанных выше вариантов осуществления, личинки жесткокрылых насекомых содержат в среде с по существу постоянной температурой в диапазоне 24–30°C, предпочтительно 26–28°C. В таком температурном диапазоне окружающей среды источник УФ-излучения можно использовать, не боясь за воздействие дополнительного тепла, создаваемого этим источником УФ-излучения, на выживание личинок жесткокрылых насекомых.
В соответствии с характерным вариантом осуществления настоящего изобретения, который может быть объединен с одним из описанных выше вариантов осуществления, личинки жесткокрылых насекомых содержат в среде с по существу постоянной гигрометрией в диапазоне 45–70% относительной влажности, предпочтительно 55–65%.
Преимущественно способ согласно настоящему изобретению предусматривает перед началом этапа обработки светом выполнение начального этапа, называемого темным этапом, на котором после вылупления личинки жесткокрылых насекомых содержат в темноте от двенадцати до двадцати двух часов в сутки, предпочтительно от восемнадцати до двадцати часов в сутки.
Преимущественно температуру и (или) гигрометрию среды, в которой содержатся личинки жесткокрылых насекомых, контролируют таким образом, чтобы между темным этапом и этапом обработки светом перепад температур был меньше или равен 2°C, и (или) перепад гигрометрий был меньше или равен 10% относительной влажности.
Такая контролируемая регулировка параметров окружающей среды позволяет добиться лучших показателей синтеза витамина D3.
Предпочтительно личинки жесткокрылых насекомых получают питание на растительной и (или) овощной основе.
Предпочтительно жесткокрылых насекомых выбирают из таких видов: Tenebrio molitor, Alphitobus diaperinus.
В соответствии с третьим аспектом целью настоящего изобретения является применение порошка из жесткокрылых насекомых, описанного выше, в рационе человека или животных.
Предпочтительно речь идет о применении такого порошка в виде, например, пищевой добавки.
Также можно рассматривать другие преимущественные варианты применения, которые включают, например, рацион рептилий или рыб.
За счет различных технических характеристик, описанных выше, и, в частности, за счет обработки личинок жесткокрылых насекомых ультрафиолетовым светом настоящее изобретение позволяет получить порошок из жесткокрылых насекомых с процентным содержанием витамина D3 свыше 0,00001% (400 МЕ) и по меньшей мере с 0,1% кальция, причем процентные показатели приведены на 100 г порошка из жесткокрылых насекомых, то есть 10 мкг витамина D3 на 100 г порошка и 0,1 г кальция на 100 г порошка.
Подробное описание различных примеров
В графической части приведена таблица концентрации витамина D3.
Приведенные далее примеры служат наглядным пояснением настоящего изобретения и никоим образом не ограничивают объем его правовой охраны.
Способ разведения, описываемый далее в настоящем документе, направлен на значительное увеличение содержания витамина D3 в живых особях насекомых Tenebrio molitor или Alphitobius diaperinus и (или) в порошке, получаемом из них в результате преобразования, без введения большого количества витамина D3 в рацион насекомых на личиночной стадии, которое практикуется в современных методах.
В целях ясности и краткости под жесткокрылыми насекомыми далее по тексту описания будут подразумеваться насекомые таких видов: Tenebrio molitor и (или) Alphitobius diaperinus.
Известно, что количество питательных веществ, содержащихся в жесткокрылых насекомых, можно менять в соответствии со стадией роста, посредством изменения типа корма, способа преобразования и качества упаковывания и хранения.
Концепция, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в использовании обработки жесткокрылых насекомых УФ-излучением для увеличения содержания в них витамина D3, при этом не используя добавки витамина D3 в их рационе.
Способ разведения также предусматривает несколько этапов, которые будут описаны далее.
- Начальный этап
Состав и количество корма для личинок жесткокрылых насекомых подвергается контролю, начиная со стадии их вылупления, что позволяет исключить любые отклонения в опытах.
После вылупления личинки содержат в пластиковых контейнерах при температуре 24–30°C, более предпочтительно 26–28°C, и при гигрометрии 45–70% относительной влажности, более предпочтительно 55–65% относительной влажности.
Перед этапом обработки светом, следующим за этим этапом, личинки содержат в темноте в течение 12–22 часов в сутки, более предпочтительно в течение 18–20 часов в сутки.
В каждом контейнере личинки располагают с оптимизированной плотностью, при которой показатель смертности за весь цикл роста, составляющий от 10 до 16 недель, более предпочтительно от 11 до 13 недель, был бы близок к нулю.
Корм личинок на 100 % является растительным.
Количество корма адаптировано к количеству личинок и к их стадии развития.
В описываемом примере, начиная с шестой недели роста личинок, им давали предварительно очищенные овощи в количестве, адаптированном к количеству личинок и к их стадии развития.
- Этап обработки светом или обработки УФ-излучением
В ходе разных проведенных испытаний на этом этапе проводили обработку светом, в ходе которой источник УФ-излучения испускал в направлении жесткокрылых насекомые лучи УФ-A и (или) лучи УФ-B.
Различные испытания показали, что интенсивность обработки ультрафиолетовым излучением напрямую влияет на концентрацию в личинках витамина D3.
Концентрация витамина D3 зависит от ряда факторов: от расстояния от источника УФ-излучения, от мощности источника УФ-излучения, от частоты, продолжительности и периодичности обработки.
Расстояние от источника ультрафиолетового излучения до личинок должно составлять 15–50 см. Такое расстояние позволяет ограничить воздействие на личинки тепла, вырабатываемого источником УФ-излучения.
Мощность источника ультрафиолетового излучения должна составлять 20–50 Вт. Такая мощность позволяет ограничить воздействие на личинки тепла, вырабатываемого источником УФ-излучения.
В день обработки продолжительностью 24 часа обработка включает диапазоны обработки УФ-излучением продолжительностью от 10 до 24 ч непрерывно или суммарно за 24 ч. В течение этих диапазонов обработки происходит наиболее активный синтез витамина D3. В периоды без обработки УФ-излучением личинки хранятся в полной темноте.
Обработку проводят 1–6 недель, более предпочтительно 2–4 недели. Такие интервалы дают возможность получить необходимое содержание витамина D3, которое позволит применять порошок в качестве пищевой добавки.
Обработку можно начинать в период между 6 и 12 неделей роста личинки, более предпочтительно между 9 и 11 неделей. В этот период личинки достигают оптимального размера.
Эмиссионный спектр источника ультрафиолетового излучения включает электромагнитное излучение с длиной волны 280–400 нм.
Предпочтительно на каждом этапе температуру и относительную влажность контролировали таким образом, чтобы между этапом обработки с использованием ламп и этапом обработки без них (между темным этапом и этапом обработки светом) перепад температур не превышал 2°C, а перепад гигрометрий не превышал 10% относительной влажности.
Затем личинки претерпевали преобразование в соответствии с приведенным далее описанием.
- Этап преобразования
Между 6 и 14 неделей роста, более предпочтительно между 10 и 13 неделей роста личинок просеивали для удаления экскрементов.
После просеивания личинок помещали в пластиковый контейнер и не кормили их в течение 24–48 ч.
После этого личинок снова просеивали для сбора экскрементов.
Личинок помещали в воду при температуре от 85°C до 100°C на 1–4 минуты для убоя.
Во время такого преобразования сразу перед убоем также предусмотрен этап оглушения при температуре 0–4°C, который длится несколько минут.
После убоя личинок оставляли при температуре 50–150°C на период от 1 ч 20 мин до 24 ч в зависимости от используемой температуры. Содержание воды в полученных личинках составляло 2–15 %, более предпочтительно 3–8%, а показатель активности в воде составлял меньше 0,7.
Затем выполняли измельчение в порошок посредством перемалывания.
Под термином «порошок» в настоящем документе следует понимать любое измельчение целых насекомых на их личиночной или куколочной стадии или только морфологической части этих насекомых до частиц размером меньше 3 мм.
- Испытания и результаты (см. таблицу)
Для доказательства влияния лучей УФ-A и УФ-B на концентрацию витамина D3 в личинках жесткокрылых насекомых на личинках в возрасте от 6 до 12 недель, более предпочтительно в возрасте от 9 до 11 недель был проведен ряд испытаний.
- Испытание «УФ+ / D3+».
Контейнер с 500 г личинок помещали под флуоресцентную лампу, излучающую лучи УФ-A и УФ-B, располагаемую на расстоянии 30 см над контейнером. С момента вылупления личинок кормили с добавлением витамина D3 (2500 МЕ/1000 г).
- Испытание «УФ+ / D3–».
Контейнер с 500 г личинок помещали под флуоресцентную лампу, излучающую лучи УФ-A и УФ-B, располагаемую на расстоянии 30 см над контейнером. С момента вылупления личинок кормили без добавления витамина D3.
- Испытание «УФ– / D3+».
Контейнер с 500 г личинок помещали под галогенную лампу видимого света (теплый белый, или Warm white, 2700 K), располагаемую на расстоянии 30 см над контейнером, без УФ-излучения. С момента вылупления личинок кормили с добавлением витамина D3 (2500 МЕ/1000 г).
Под выражением «видимый свет» следует понимать электромагнитное излучение с длиной волны от 400 нм до 700 нм.
- Испытание «Контроль темнотой» (Ctrl Dark).
В течение периода, равного продолжительности испытаний с обработкой светом, контейнер с 500 г личинок помещали в темное место на 24 ч/24 ч.
Результаты этих испытаний, демонстрирующие содержание витамина D3, прилагаются к настоящему описанию.
Количественный анализ содержания витамина D3 проводился в независимой лаборатории, аккредитованной органом аккредитации Cofrac. Количественный анализ проводили посредством полупрепаративной ВЭЖХ с последующей обращенно-фазовой ВЭЖХ с применением детектора УФ / диодно-матричного детектора (265 нм).
Эти результаты подтверждают влияние излучения УФ-B на концентрацию витамина D3.
В ходе проведенных испытаний «УФ+ / D3+» и «УФ+ / D3–» было установлено, что обработка УФ-светом дает возможность увеличить содержание витамина D3 до значения 13.
Следует отметить, что добавка витамина D3 на этапе обработки позволила получить более эффективные результаты. С другой стороны, содержание витамина D3 без использования добавки увеличилось в 5 раз, что является весьма удовлетворительным результатом.
По результатам анализа было установлено, что концентрация в диапазоне от 2 мкг/100 г до 26 мкг/100 г достигается в результате обработки УФ-излучением на личиночной стадии.
С другой стороны, обработка светом видимого спектра (400–700 нм) не приводит к увеличению содержания в личинках витамина D3.
УФ-излучение активирует синтез витамина D3 даже без использования специальных добавок.
Таким образом, настоящее изобретение относится, в частности, к способу разведения жесткокрылых насекомых для получения порошка из жесткокрылых насекомых, а также к порошку, получаемому из жесткокрылых насекомых, разводимых указанным выше способом.
Следует отметить, что в приведенном выше описании подробно раскрывается один характерный пример осуществления настоящего изобретения, однако он не ограничивает объем правовой охраны настоящего изобретения, а наоборот, преследует цель предотвратить какое-либо ошибочное или неточное толкование приведенной далее формулы изобретения.
Также следует отметить, что любые ссылочные позиции, приведенные в скобках в приведенной далее формуле изобретения, не следует толковать как ограничения; они приведены исключительно для упрощения понимая формулы настоящего изобретения,
а также объема испрашиваемой защиты.