Der organische Recyclingprozess und der Einsatz von Insekten

Wir möchten einige Informationen zur Wiederverwertung organischer Abfälle, zum organischen Recyclingprozess und zur Nutzung von Insekten als Recyclingbestandteil zusammenstellen, die in den letzten Jahren sehr beliebt geworden sind und viele Geschäftsleute mit hohem Marktanteil dazu anregen, zu untersuchen, worum es sich dabei handelt.

Recycling organischer Abfälle und Insekten

Die Vielfalt der Insektenarten und ihre evolutionären Anpassungsfähigkeiten umfassen hochspezialisierte Gruppen hinsichtlich ihrer Fähigkeit, auf verschiedenen organischen Substraten als Nahrungsquellen zu gedeihen. Die Idee, Insekten mit ihrer evolutionär erworbenen Spezialisierung im organischen Recyclingprozess nutzen zu können, um ihre Einsatzbereiche zu erweitern, könnte uns Millionen Tonnen Substrat und Sekundärprodukte einbringen. Einige dieser organischen Substrate haben bereits die Aufmerksamkeit vieler Länder auf sich gezogen, da sie Ähnlichkeiten mit Lebensmittelabfällen aus der Landwirtschaft und Lebensmittelindustrie aufweisen. In der Literatur wird dies als insektenbasierte "Biokonversion" bezeichnet und stellt eine wirtschaftlich tragfähige Methode dar, um große Mengen an Lebensmittelabfällen in wertvolle Materialien umzuwandeln. Insektenbiomasse kann als Futter für Tiere (zusätzlich zum Tierfutter), als primäres Ziel für den menschlichen Verzehr, als sekundäre Industriekomponenten (Biokraftstoff, Schmierstoffe, Pharmazeutika, Farbstoffe usw.) und die verbleibenden Lebensmittelabfälle als bodenverbesserndes Mittel, reich an organischem Material und Nährstoffen, verwendet werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die durch die insektenbasierte Biokonversion bereitgestellten Dienstleistungen vermarktbare Lösungen zur Reduzierung von Lebensmittelabfällen bieten, die kostengünstig, bescheiden in Bezug auf Platz- und Energiebedarf, umweltfreundlich, mit echten Markt-/Geschäftschancen verbunden sind und im Vergleich zu traditionellen Nutztieren höhere Futterverwertungsraten ermöglichen.

Können Insekten als Futtermittel und Sekundärprodukte verwendet werden?

Obwohl es sich um einen relativ neuen Industriezweig handelt, ist die Massenproduktion von Insekten für Futtermittel und Sekundärprodukte ein schnell wachsendes Unternehmen mit erheblichem Wachstumspotenzial (Dossey, Morales-Ramos und Rojas, 2016; van Huis & Oonincx, 2017). Derzeit werden kommerziell nur wenige Insektenarten für die insektenbasierte Biokonversion von Lebensmittelabfällen verwendet, wobei die Larven der Schwarzen Soldatenfliege (Hermetia illucens L.) die am häufigsten eingesetzten Arten sind (Wang & Shelomi, 2017). Für weitere Informationen: Wissenswertes über die Schwarze Soldatenfliege (Black Soldier Fly) Dies ist ein Segen, der durch die enorme Vielfalt der Insekten geboten wird, die an eine breite Palette von Nahrungsquellen angepasst sind und somit in der Lage sind, eine effektive Biokonversion einer Vielzahl von Lebensmittelabfallmaterialien zu gewährleisten.

Ist die Schwarze Soldatenfliege für den Primärgebrauch geeignet?

Angesichts der Vielfalt der Lebensmittelabfallströme, die aus zahlreichen Kulturpflanzen und deren Nebenprodukten aus der Weiterverarbeitung entstehen, scheint es eine große Chance zu geben, die Kombinationen aus Lebensmittelabfällen und Insekten zu optimieren, um sowohl die Biokonversion als auch die Produktion von Insektenbiomasse zu maximieren. In diesem Artikel werden wir versuchen, die Notwendigkeit besserer Kombinationen von Lebensmittelabfällen und Insekten sowie die selektive Züchtung von Insekten zu behandeln, um die Kapazität der insektenbasierten Biokonversion von Lebensmittelabfällen zu erhöhen. Darüber hinaus werden wir sowohl theoretische als auch praktische Lösungen (Betriebe) und regulatorische Überlegungen zur insektenbasierten Biokonversion von Lebensmittelabfällen behandeln.

Warum ist die biologische Umwandlung von Lebensmittelabfällen durch Insekten wichtig?

Der Prozess der insektenbasierten Biokonversion von Lebensmittelabfällen spiegelt den natürlichen Abbau organischer Materie in Ökosystemen wider (Lim, Lee und Wu, 2016). In solchen Systemen besiedeln und zersetzen natürlich vorkommende Insekten, Würmer, eine Vielzahl anderer Wirbelloser, Pilze und Bakterien die Lebensmittelabfälle, wandeln die Nährstoffe für ihre eigenen metabolischen und reproduktiven Bedürfnisse um. Unter kontrollierten Bedingungen können die für den Zersetzungsprozess verantwortlichen Arten reguliert und die Umgebungsbedingungen zugunsten des Wachstums und der Biokonversion durch die spezifischen Arten optimiert werden, die den Dienst erbringen. Wichtiger ist, dass im Biokonversionsprozess auf mehreren Stufen Wert generiert werden kann. Beispielsweise kann die Beseitigung der ersten Abfälle, die Generierung von Einnahmen aus dem Verkauf von Insektenbiomasse für Lebensmittel und Futtermittel, fraktionierte Sekundärprodukte und der Verkauf von verbleibenden biokonvertierten Abfällen als Bodenverbesserungsmittel in vielen verschiedenen Schritten standardisiert und positiv genutzt werden, um die Kosten des biologischen Prozesses zu senken und einen wirtschaftlichen Beitrag zu leisten.

Abfall- und Insektenbeziehungskreisläufe

Obwohl die am häufigsten verwendeten Biokonverter-Arten in einigen Fällen sehr geeignet sind, kann eine Art die enorme Vielfalt der Lebensmittelabfallströme nicht ausreichend nutzen. Innerhalb der Vielfalt der Insekten gibt es Arten mit spezifischen Merkmalen, die sie einzigartig geeignet machen als Biokonverter für hochspezialisierte Lebensmittelabfälle. Um Insektenarten und Lebensmittelabfälle optimal aufeinander abzustimmen, muss eine Kombination aus abiotischen Wechselwirkungen und funktionellen Eigenschaften der Insekten zur Abfallverarbeitung berücksichtigt werden. Abiotische Eigenschaften sind die unbelebten chemischen und physikalischen Eigenschaften des Lebensmittelabfalls, d.h. Feuchtigkeitsgehalt, Phenole, Nährstoffgehalt usw. Die biologischen und funktionellen Eigenschaften von Insekten umfassen das Fressverhalten, die Morphologie (d.h. große Kiefer zum Kauen (Mundwerkzeuge), weiche Körper zum Bewegen zwischen Substraten, Verhaltensvermeidung von schlechten Eiablagebereichen), die Entwicklungszeit, die Serialität ihrer Lebenszyklen, Anpassungsqualitäten, die Fähigkeit zur Krankheitsresistenz und eine Reihe anderer Eigenschaften. Es ist die Kombination dieser abiotischen und funktionellen Eigenschaften, die es einigen Insekten erlaubt, sehr gut für die biologische Umwandlung von Abfällen geeignet zu sein, während andere ungeeignet sind.

Schwarze Soldatenfliege, Mehlwurm, Grillen

Pflanzliche Lebensmittelabfälle können zum Beispiel sowohl den Larven der Schwarzen Soldatenfliege als auch den Mehlwurmlarven Nahrung liefern, aber der Proteingehalt dieser Abfälle ist für Stubenfliegenlarven zu niedrig. Im Gegensatz dazu sind fleischhaltige Restaurant- und Küchenabfälle für Stubenfliegen- und Schwarze Soldatenfliegenlarven sehr gut geeignet, aber für Mehlwürmer, die Feuchtigkeit direkt aus der Luft aufnehmen können und somit in trockeneren Abfällen optimal gedeihen, zu feucht. Die Toleranz der Larven der Schwarzen Soldatenfliege gegenüber wässrigen Abfällen und hohen Temperaturen ermöglicht es ihnen, viele Abfallkreisläufe effizienter zu nutzen. Die Viehzucht erfordert jedoch auch spezielle Beleuchtung für die Zucht, die Fliegen sind empfindlich gegenüber Temperaturabfällen und plötzlichen Hitzeschwankungen und zeigen in einigen nährstoffarmen Abfällen (z. B. Rübenschnitzel) eine schlechte Lebens- und Reproduktionsleistung. Detaillierte Informationen: Häufig gestellte Fragen zum Mehlwurm (Tenebrio molitor) Diese abiotischen Wechselwirkungen und funktionellen Eigenschaften der Fliegen führen zu realen wirtschaftlichen Gleichgewichten, da das Trocknen von Lebensmittelabfällen und die Verwendung spezieller Ausrüstung (Beleuchtung) die kommerziellen Betriebskosten erhöhen. Daher ist die Sicherstellung der richtigen Zuordnung von Abfall zu Insekten ein wichtiger Bestandteil der Abfallreduzierung und der Nutzung von Insekten im Biokonversionsprozess.

Wie werden Insekten weltweit genutzt?

Der industrielle Insektenzuchtprozess kann viele Tonnen Lebensmittelabfallrohstoffe effizient in wertvolle Produkte umwandeln, und wie viele Literaturdaten zeigen, kann der Großteil der Lebensmittelabfälle der insektenbasierten Biokonversion zugeführt werden (Ortiz et al., 2016; Veldkamp et al., 2012). Zum Beispiel gibt Agriprotein für seine Anlage in Südafrika an, dass sie täglich 250 Megagramm (Mg Nassgewicht) Tonnen Lebensmittelabfälle verarbeitet und dabei 7 Mg "Insektenmehl" (getrocknetes Pulver aus Insektenbiomasse), 3 Mg Insektenöl und 20 Mg Dünger (trocken) erhält (www.agriprotein.com). Agriprotein nutzt die Schwarze Soldatenfliege (Black Soldier Fly oder auch schwarze Soldatenfliege genannt) zur biologischen Umwandlung von Lebensmittelabfällen und erwägt die Nutzung anderer Arten, sofern diese mit ihren Verarbeitungskapazitäten und Methoden kompatibel sind. Ynsect (www.ynsect.com), Nextalim (www.nextalim.com), UNIQUE (www.gzunique.com.cn) und Alapre sind nur einige Beispiele für Unternehmen in dem schnell wachsenden Sektor der insektenbasierten Biokonversion. Die Kommerzialisierung der insektenbasierten Biokonversion stellt direkt eine vielversprechende Entwicklung dar, um alternative Möglichkeiten zur Reduzierung von Lebensmittelabfällen zu bieten. Denn die industrielle Produktion von Insekten ist eine sehr vernünftige Wahl für Unternehmen, die die insektenbasierte Biokonversion wirtschaftlich nutzen möchten, da sie große Mengen an preiswerten, zuverlässigen Rohstoffen durch das geschätzte und wachsende globale Lebensmittelabfallangebot von 1,3 Milliarden Tonnen und den steigenden Proteinbedarf, den globalen Biokraftstoffbedarf und die konstante Düngernachfrage bereitstellt.

Insekten in der Lebensmittelversorgungskette und im Lebensmittelabfallmanagement

Heutzutage, da Verbraucher mehr denn je besorgt über das Umweltprofil von Produkten sind, wird die insektenbasierte Biokonversion von Lebensmittelabfällen und die Idee, dass diese als nachhaltige Anwendung fungiert, als vermarktungsfähiger Wert betrachtet, der Kunden ansprechen kann (D'Souza, Taghian, Lamb und Peretiatko, 2007). Auf philosophischer Ebene beruht das Konzept der insektenbasierten Biokonversion auf der vollständigen Neudefinition des Begriffs "Lebensmittelabfall". Obwohl das Wort Abfall im Allgemeinen als unerwünschtes Nebenprodukt angesehen wird, das entsorgt werden muss, handelt es sich global betrachtet nicht um Müll, sondern um ein unerwünschtes Nebenprodukt. Das Konzept der insektenbasierten biologischen Umwandlung bedeutet, dass Nebenprodukte eines Lebensmittelproduktionssystems zu Inputs in biologischen Umwandlungssystemen werden. Daher wäre das Wort "Verlust" eine passendere Beschreibung als die von uns bisher verachteten Begriffe "Müll" oder "Abfall", und die mangelnde sinnvolle Nutzung dieses Verlustes kann in vielen Bereichen als ernsthafter Verlust angesehen werden. Daher ist die insektenbasierte Biokonversion eine bahnbrechende, wundersame Anwendung innerhalb des natürlichen Kreislaufs. Wenn wir unsere Verluste in Gewinne umwandeln und sie als Sekundärprodukt oder sogar als Primärprodukt nutzbar machen können, wird die Nutzung von Insekten als Element des Recyclings, der Nachhaltigkeit und des wirtschaftlichen Gleichgewichts hervorragende Ergebnisse liefern.

Reichen Insekten als zukünftige Ressource aus?

Es wird erwartet, dass die menschliche Bevölkerung noch vor dem nächsten Jahrhundert die 9-Milliarden-Grenze überschreitet, begleitet von einem Anstieg des Tierproduktkonsums um 60-70 %. Die insektenbasierte Biokonversion von Lebensmittelabfällen hat das Potenzial, den zukünftigen Proteinbedarf zu decken, stellt jedoch angesichts der aktuellen Effizienz eine äußerst unzureichende Eigenressource in Bezug auf die Breite der Nutzung dar (van Huis, 2013).

Organischer Recyclingprozess

Daher fördern viele Institutionen, darunter die FAO, die EU und das USDA, die Verwendung von Insektenprotein als sinnvolle Komponente zur Ernährung zukünftiger Populationen. Trotz ihrer Unterstützung sind die aktuellen gesetzlichen Bestimmungen, Feldstudien und die Infrastruktur für den menschlichen Verzehr leider unzureichend entwickelt (Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit [EFSA], 2015) (siehe Abschnitt 6.0 Vorschriften).

Nutzung von Insekten als Nahrungs- und Futtermittel

Anstatt Insekten als menschliche Nahrung zu verwenden, gelangt Insektenprotein in den Märkten als Tierfutter in den aktuellen Kreislauf, und eine wachsende Zahl von Unternehmen nutzt Lebensmittelabfälle als Rohstoff, um ihren Betrieb aufrechtzuerhalten. Die am häufigsten untersuchten und verwendeten Arten für Tierfutter sind die Larven der Schwarzen Soldatenfliege, die Stubenfliege, der Mehlwurm und Grillen. Die Larven der Schwarzen Soldatenfliege sind eine besonders profitable Futterquelle, die sich schneller entwickelt als andere Arten, die für die Biokonversion verwendet werden, und reich an Protein und Fett ist (Wang & Shelomi, 2017). Als Insektenmehl können sie Soja- und Fischmehl in vielen Tierfuttermitteln ersetzen. Als alternative Anwendung können sie viele Komponenten ersetzen und haben das Potenzial, eine erhebliche Kosten-/Leistungsoptimierung sowohl in der Aquakultur als auch in der Geflügelzucht zu erzielen.

Insekten als Futtermittel in der Literatur

Studien haben gezeigt, dass sie für Tiere mit einem Magen wie Schweine, Geflügel, Süßwassergarnelen und einige Fischarten geeignet sind, aber nicht für Krokodile, einige Frösche oder Wiederkäuer (Kühe) (Makkar, Tran, Heuzé und Ankers, 2014). . Larven, die mit Fischinnereien aus Verarbeitungsbetrieben gefüttert wurden, enthielten durchschnittlich 30 % Lipide, wovon 3 % Omega-3-Fettsäuren waren (St-Hilaire et al., 2007). Viele Studien in der Literatur listen eine Vielzahl von Lebensmittelabfällen auf, die als Rohmaterial für die zu Tierfutter verarbeiteten Larven der Schwarzen Soldatenfliege (und anderer Insekten) verwendet werden. Eine Lebenszyklusanalyse aus einer Pilotanlage für die Biokonversion, die Larven der Schwarzen Soldatenfliege zur Behandlung von Lebensmittelabfällen einsetzte, ergab eine beträchtliche Umwandlungsrate: Bei einer Zufuhr von 10 Megagramm (Mg) Lebensmittelabfällen wurden 300 kg getrocknete Larven der Schwarzen Soldatenfliege und 3,3 Megagramm Kompost produziert (Salomone et al., 2017). Diese Ergebnisse stimmen mit den Bestätigungszahlen aus den Operationen großer und stabiler Anlagen wie Agriprotein und Nextalim überein und spiegeln die Realität wider.

FCR Futterverwertungsrate und Insekteneinsatz

In der tierischen Produktion wird der Vergleich von Inputs mit Massenoutputs als Futterverwertungsrate (FCR) bezeichnet, und umgekehrt wird dies terminologisch als Umwandlung der aufgenommenen Nahrung (ECI) ausgedrückt. Wir wollten diese Abkürzungen hier erwähnen, da wir sie noch benötigen werden. Anwendungen mit einem niedrigen FCR-Wert bedeuten eine höhere Effizienz und somit die Notwendigkeit der Umwandlung von Lebensmittelabfällen in tierische Biomasse. Die traditionelle Tierfutterliteratur verwendet diesen terminologischen Begriff in ihrem Fokus, indem sie dem FCR-Wert, den wir zum Vergleich von Insekten mit anderen Tieren verwenden werden, Bedeutung beimisst. Eine in der Literatur zitierte Studie (Oonincx et al., 2015) fand folgende FCR-Werte für Insekten:

• Larven der Schwarzen Soldatenfliege = 1.4-2.6,
• Mehlwürmer = 4.1-19.1
• Grillen = 2.3-10.0

Wenn FCR-Werte verglichen werden (Wilkinson, 2011), sind die FCR-Werte der traditionellen Viehzucht wie folgt:

• Geflügel = 2.3,
• Schweinefleisch = 4.0 und
• Rindfleisch = 8.8.

Dies zeigt, dass zur Herstellung eines Kilogramms Rind- oder Schweinefleisch eine größere Menge an Futtermittel benötigt wird als zur Herstellung eines Kilogramms Insekten. Wenn wir beispielsweise diese Werte als Grundlage für einen Vergleich nehmen: Wenn 100 kg Restaurant-Essensabfälle an Soldatenfliegenlarven, Hühner oder Rinder verfüttert werden könnten, würde dies zu 58 kg Soldatenfliegenlarven, 25 kg Hühnchen oder 2,9 kg Rindfleisch als Produktausbeute führen. Den Effizienzunterschied können Sie deutlich selbst erkennen. Es ist zu beachten, dass bei Insekten mit einem hohen FCR-Effizienz-Niveau der FCR-Wert stark vom Quellfuttermittel und der Dichte der Insektenpopulationen abhängen kann. Mit dem durchschnittlichen FCR der schwarzen Soldatenfliegenlarven ist es jedoch nicht schwer abzuschätzen, wie viel Ertrag pro Einheit Lebensmittelabfall erzielt werden kann. Daher ist die insektenbasierte Biokonversion von Lebensmittelabfällen eine attraktive Möglichkeit, die negativen Auswirkungen von Lebensmittelabfällen zu reduzieren und gleichzeitig vermarktbare Proteine zu produzieren.

Bei der Erstellung wurden folgende Quellen genutzt:

• Dossey, A. T., Morales-Ramos, J. A., & Rojas, M. G. (2016). Insects as sustainable food ingredients: production, processing and food applications. Cambridge: Academic Press.
• van Huis, A., & Oonincx, D. G. (2017). The environmental sustainability of insects as food and feed. A review. Agronomy for Sustainable Development, 37(5), 43.
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• Lim, S. L., Lee, L. H. & Wu, T. Y. Sustainability of using composting and vermicomposting technologies for organic solid waste biotransformation: recent overview, greenhouse gases emissions and economic analysis. J. Clean. Prod. 111, 262–278 (2016). doi:10.1016/j.jclepro.2015.08.083.
• Ortiz, J. C., Ruiz, A. T., Morales-Ramos, J. A., Thomas, M., Rojas, M. G., Tomberlin, J. K., Yi, L., Han, R., Giroud, L., & Jullien, R. L. (2016). Insect mass production technologies. In Insects as Sustainable Food Ingredients (pp. 153–201). Elsevier.
• Veldkamp, T., Van Duinkerken, G., Van Huis, A., Lakemond, C. M. M., Ottevanger, E., Bosch, G., & Van Boekel, T. (2012). Insects as a Sustainable Feed Ingredient in Pig and Poultry Diets: a Feasibility Study= Insecten als duurzame diervoedergrondstof in varkens-en pluimveevoeders: een haalbaarheidsstudie. Lelystad: Wageningen UR Livestock Research.
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• Van Huis, A. et al. Edible insects: future prospects for food and feed security. 171, (BioOne, 2013).
• Wang, Y.-S., & Shelomi, M. (2017). Review of Black Soldier Fly (Hermetia illucens) as Animal Feed and Human Food. Foods, 6(10), 91.
• Makkar, H. P., Tran, G., Heuzé, V. & Ankers, P. State-of-the-art on use of insects as animal feed. Anim. Feed Sci. Technol. 197, 1–33 (2014).
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• Salomone, R. et al. Environmental impact of food waste bioconversion by insects: application of life cycle assessment to process using Hermetia illucens. J. Clean. Prod. 140, 890–905 (2017). doi:10.1016/j.jclepro.2016.06.154.
• Wilkinson, J. M. (2011). Re-defining efficiency of feed use by livestock. Animal, 5(7), 1014– 1022.
• Derleyen: Cenk Önsoy.

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