Nome do Projeto
Utilização de farinha de insetos para nutrição e saúde animal
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
01/09/2021 - 01/09/2023
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Agrárias
Resumo
A demanda mundial por produtos de origem animal cresce anualmente em decorrência do aumento populacional bem como do poder aquisitivo, especialmente nos países em desenvolvimento. Como consequência, a necessidade por rações para alimentação animal vem crescendo anualmente. Nos setores da avicultura e aquacultura, o suprimento estratégico de proteínas é crucial e o principal componente do custo de produção. Neste sentido, as pesquisas até o momento indicam que os insetos podem desempenhar um papel importante na abordagem da crise iminente de fornecimento de proteínas. Os insetos são fonte de proteínas, lipídeos, minerais e vitaminas, causam menor impacto ambiental durante o processo de produção, pois requerem menos água e espaço, e emitem menor quantidade de gases de efeito estufa. Além disso, já fazem parte da dieta natural de muitos animais, como aves e peixes, tornando-os uma alternativa ideal como fonte proteica em rações animais. Ademais, componentes orgânicos de insetos, neste caso larvas do coleóptero Tenebrio molitor (TM), serão testados e avaliados quanto à sua capacidade de estimular o sistema imune, a resposta vacinal, desempenho produtivo, alometria e produção de animais. Avanços na tecnologia vacinal já comprovam a utilização de outras biomoléculas como alternativas adjuvantes. Além da capacidade de estimulação do sistema imune, serão avaliados parâmetros relacionados à persistência da resposta imune utilizando o extrato de TM como adjuvante como alternativa ao uso de adjuvantes químicos.

Objetivo Geral

Objetivo geral
Avaliar a utilização de insetos como fonte de biomoléculas para nutrição e saúde animal. Avaliar o desempenho zootécnico e produtivo de codornas de postura e de tilápias alimentadas com dietas contendo farinha de Ceratitis capitata ou de Tenebrio molitor. Além disso, estudar a capacidade adjuvante do extrato bruto e de subprodutos de larvas de T. molitor em protótipos vacinais contra a enterite necrótica aviária em camundongos.

Objetivos específicos
• verificar a composição bromatológica das farinhas de Ceratitis capitata e Tenebrio molitor;
• estudar o melhor nível de inclusão das farinhas de C. capitata e T. molitor na dieta de codornas japonesas e de tilápias;
• determinar a digestibilidade de dietas à base de milho e farelo de soja acrescidas de farinha de C. capitata e T. molitor;
• analisar o desempenho zootécnico (ganho de peso, conversão alimentar, consumo de ração e produção de ovos) de codornas japonesas alimentadas com dietas contendo farinha de C. capitata ou de T. molitor;
• verificar a qualidade interna e externa de ovos de codornas alimentadas com dietas contendo farinha de C. capitata ou de T. molitor;
• realizar análise sensorial dos ovos de codornas japonesas alimentadas com dietas contendo farinha de C. capitata ou de T. molitor;
• analisar o desempenho zootécnico (ganho de peso total, ganho de peso diário, conversão alimentar aparente), comprimento total, fator de condição alométrico e composição bromatológica de tilápias alimentadas com dietas contendo farinha de C. capitata ou de T. molitor;
• avaliar a resposta imune humoral e celular em camundongos induzida pelos protótipos vacinais, comparando a adjuvanticidade do extrato bruto e subprodutos de larvas de T. molitor com um adjuvante padrão ouro.

Justificativa

O crescimento populacional aliado à elevação do poder aquisitivo serão os responsáveis pelo aumento na demanda por produtos de origem animal especialmente nos países em desenvolvimento. Estima-se que em 2050 esta demanda será 75% maior do que a prevista em 2005/2007 (FAO, 2017). De acordo com o relatório da FAO “World Agriculture Towards 2030/2050” esse aumento ocorrerá a uma taxa de 2,7% ao ano (ALEXANDRATOS; BRUINSMA, 2012). Como consequência, a produção de rações animais cresceu 13% entre 2013 e 2017, sendo que ao final desse período foram produzidas cerca de 1,07 bilhões de toneladas de rações (ALLTECH, 2018).
Um dos setores responsáveis por atender a demanda por proteína de origem animal é a aquacultura, o qual tem apresentado crescimento contínuo nos últimos 40 anos (NADARAJAH; FLAATEN, 2017). Em 2016, 46,8% da oferta global de frutos do mar foi produzida em cativeiro (FAO, 2018; FROEHLICH et al., 2018). De acordo com a FAO, em 2015 o mercado global da aquacultura movimentou aproximadamente 711 bilhões de dólares (VILLARIM DE SIQUEIRA, 2018) e deve crescer a uma taxa de 7,7% entre 2019 e 2027 (AQUACUTURE MARKET, 2019). A produção da aquacultura brasileira cresceu de R$ 3,05 bilhões em 2013 para R$ 4,6 bilhões em 2016. No país, a criação de peixes é a principal atividade aquícola, com valor da produção estimado em aproximadamente R$ 3,3 bilhões (VILLARIM DE SIQUEIRA, 2018). Além disso, o peixe mais cultivado é a tilápia (Oreochromis niloticus (Linnaeus, 1758) (Perciformes: Cichlidae)) com uma produção de mais de 400 mil toneladas em 2018, o que coloca o país como sendo o 4º maior produtor mundial. A produção brasileira representa 6,67% da oferta global de tilápia, de cerca de seis milhões de toneladas/ano (ANUÁRIO PEIXE BR DA PISCICULTURA, 2019).
Além da aquacultura, outro setor que demanda proteína animal para a fabricação de rações é a avicultura, pois é um dos setores da produção animal com maior crescimento no Brasil, com foco principal na produção de carne e ovos. A produção de aves abrange diversos ramos, dentre eles a coturnicultura, que embora em menor escala, se encontra em constante desenvolvimento. A principal espécie de codorna produzida no país é a japonesa Coturnix coturnix japonica (Linnaeus, 1758) (Galliformes: Phasianidae) especialmente devido ao elevado investimento tecnológico nos plantéis e do aumento das pesquisas, principalmente na área da nutrição, como por exemplo, na avaliação de alimentos utilizados nas dietas (SAKOMOURA et al., 2014). A produção nacional de ovos de codorna no ano de 2016 foi de aproximadamente 3,3 bilhões de unidades. Embora este volume seja significativamente inferior ao da produção de ovos de galinha, que no país gira em torno de 44 bilhões de unidades, a coturnicultura é uma atividade que se revela promissora (ABPA, 2019). De acordo com o IBGE, em 2018 o plantel nacional de codornas atingiu a marca de 16,8 milhões de cabeças, representando um aumento de aproximadamente 4% em relação a 2017 (IBGE, 2018).
Nos setores da aquacultura e avicultura a alimentação representa o maior investimento do sistema produtivo, podendo chegar a 70% e 80%, respectivamente, dos custos totais da produção (COSTA et al., 2012; FAO, 2018). Na aquacultura a farinha e o óleo de peixe são os principais ingredientes usados como fonte proteica e lipídica. A matéria-prima para a produção destes ingredientes são espécies de peixes forrageiros, sem potencial para o consumo humano, as quais representam aproximadamente um terço das populações naturais disponíveis nos oceanos. Com o aumento da demanda por estes ingredientes tem-se verificado a redução das reservas naturais devido a maior captura, e em contrapartida há um encarecimento destes ingredientes (FAO, 2018; HENRY et al., 2015). Em decorrência dos impactos ambientais causados pela pesca predatória, e em especial devido à elevação dos preços, novas alternativas estão sendo buscadas para substituição da farinha e do óleo de peixe. Como alternativas, produtos oriundos à base de soja e de outras espécies vegetais ricas em proteínas têm sido utilizados em rações para peixes e camarões. No entanto, há preocupações quanto ao uso destes ingredientes, devido à presença de fatores antinutricionais (COLLINS, 2014), a ocorrência de inflamações do trato digestivo desses animais (MERRIFIELD et al., 2011) e a redução da palatabilidade das ações (PAPATRYPHON; SOARES, 2001).
Atualmente, um dos principais problemas da avicultura bem como na indústria de proteína animal é a limitação das fontes proteicas para fabricação de rações. Na avicultura o milho e a soja são os principais ingredientes usados como fonte energética e proteica, respectivamente, e representam os maiores custos das rações (RODRIGUES et al., 2001; SILVA et al., 2009). Nesse sentido, um dos principais desafios à atividade é reduzir os custos com nutrição sem afetar o desempenho produtivo das aves. Assim, muitos estudos vêm sendo realizados em busca de matérias-primas de qualidade capazes de substituir os ingredientes tradicionais, em especial aqueles de maior custo, como as fontes proteicas. O uso de alimentos alternativos que sejam mais econômicos, ricos nutricionalmente e que possam ser incluídos nas dietas dos animais é uma maneira de reduzir as despesas totais da produção. Mas, para isso, é necessário que haja disponibilidade do ingrediente e que o mesmo não apresente fatores antinutricionais que possam afetar negativamente o desempenho zootécnico ou a saúde das aves.
Outro ponto a ser considerado na produção de animais em confinamento é a utilização de antibióticos para fins quimioterápicos e profiláticos. Obviamente que o uso destas substâncias tem impacto importante sobre a saúde dos seres humanos. De acordo com GELBAND et al., (2015) a resistência a antibióticos em humanos é responsável por aproximadamente 23 e 25 mil mortes por ano nos Estados Unidos e Europa, respectivamente. Estas mortes são associadas principalmente ao uso de antibióticos em animais destinados ao consumo humano. Estima-se que em 2010, 63 mil toneladas de antibióticos foram utilizadas na produção animal e projeta-se que até 2030 haja um crescimento de 67% (VAN BOECKEL et al., 2015). O uso excessivo destas substâncias representa uma ameaça significativa à saúde pública, pois contribui para a seleção de patógenos resistentes em animais e humanos. Sendo assim, é iminente a necessidade de desenvolvimento de novos agentes microbianos (WANG et al., 2016).
Nesse sentido, os insetos têm sido apontados como uma importante e sustentável fonte nutricional para ser utilizada como ingrediente na formulação de rações de diferentes espécies animais, como por exemplo, peixes, camarões, aves e suínos (HENRY et al., 2015; HUIS, 2013; MAKKAR et al., 2014; VELDKAMP et al., 2012). De maneira geral, dependendo da espécie, do estágio de desenvolvimento e da dieta, os insetos são altamente nutritivos e considerados uma importante fonte de proteínas, lipídios, vitaminas e minerais (CHOI et al., 2018; HENRY et al., 2015; PANINI et al., 2017). Além disso, os insetos apresentam boa taxa de conversão alimentar quando comparados com outros organismos (HUIS, 2013; RAMOS-ELORDUY, 2008; SHELOMI, 2015), sendo ainda capazes de se alimentar de diferentes resíduos orgânicos transformando-os rapidamente em proteína de alta qualidade (RAMOS-ELORDUY et al., 2002; SPRANGHERS et al., 2017). No que diz respeito aos impactos ambientais, diversos estudos têm demonstrado que a produção de insetos requer menor utilização de terra, bem como de água (HUIS, 2013; OONINCX; DE BOER, 2012; SALOMONE et al., 2017). Assim, esse grupo de organismos se mostra adequado para a criação em cativeiro uma vez que produz proteína e lipídios de alta qualidade, aproveitam os resíduos agroindustriais e causam menor impacto ambiental se adequando a uma agricultura mais sustentável.
Na literatura é possível encontrar pesquisas utilizando insetos como fonte proteica na dieta de frangos, peixes e camarões com vários níveis de inclusão, desde 0,05% até a substituição total do farelo de soja, da farinha de peixe e do óleo de peixe (BALLITOC; SUN, 2013; BIASATO et al., 2017; BOVERA et al., 2016; CHOI et al., 2018; RAMOS-ELORDUY et al., 2002; TRAN; HEUZÉ; MAKKAR, 2015). A utilização de farinha de T. molitor e Zophobas morio Fabricius, 1776 (Coleoptera: Tenebrionidae) na alimentação de frangos de corte reduz as populações dos patógenos Escherichia coli (Migula, 1895) (Enterobacteriales: Enterobacteriaceae) e Salmonella spp Lignieris, 1900 (Enterobacteriales: Enterobacteriaceae) (ISLAM; YANG, 2017). De acordo com os autores a redução dos patógenos pode ser explicada pelo efeito combinado da quitina e de probióticos, os quais podem ser utilizados como alternativa aos antibióticos convencionais.

Metodologia

1 – Codornas de postura (Coturnix coturnix japonica)
O período experimental compreenderá 84 dias, dividido em três ciclos de 28 dias cada um. Serão utilizadas 180 codornas. As aves serão alojadas duas a duas em gaiolas metálicas e cada gaiola será considerada uma unidade experimental. Serão utilizados nove tratamentos conforme descrito na Tabela 1.
Tabela 1. Tratamentos dos experimentos testando níveis de inclusão da farinha de Ceratitis capitata ou de Tenebrio molitor na dieta de codornas de postura e de tilápias
Tratamentos Níveis de inclusão de farinha de C. capitata ou de T. molitor (%)
T1 (controle) Controle (sem inclusão de farinha de insetos)
T2 0,5 % de C. capitata
T3 1 % de C. capitata
T4 1,5 % de C. capitata
T5 2 % de C. capitata
T6 0,5 % de T. molitor
T7 1 % de T. molitor
T8 1,5 % de T. molitor
T9 2 % de T. molitor
Para variáveis de desempenho, como consumo de ração, conversão, ganho de peso e produção de ovos, cada gaiola (com duas aves) será considerada uma unidade experimental. Para outras variáveis, como as referentes à análise hematológica, morfometria e histologia do intestino delgado, além de características ósseas (resistência das tíbias à quebra e cinzas ósseas), cada ave será considerada uma unidade experimental.
Será utilizado o delineamento inteiramente casualizado, em função da uniformidade do ambiente e das aves. As codornas serão distribuídas aleatoriamente aos tratamentos, sendo 20 aves por tratamento. Cada tratamento terá 10 repetições.
Será verificado se os dados apresentam distribuição normal. A partir de então, os mesmos serão submetidos à análise de variância (ANOVA), com uso de um programa de análise estatística. O modelo estatístico incluirá efeitos do tratamento e do erro.
As médias dos tratamentos serão comparadas através de contrastes ortogonais e será realizada análise de regressão polinomial a 5% de probabilidade para verificação do nível ótimo de inclusão de farinha de insetos nas dietas.

2 - Tilápias (Oreochromis niloticus)
O estudo com tilápia será conduzido no Laboratório de Ictiologia do Departamento de Zootecnia da Faculdade de Agronomia Eliseu Maciel da Universidade Federal de Pelotas. Serão utilizados juvenis de tilápia com 27 dias de vida revertidos sexualmente. Os animais serão distribuídos aleatoriamente em aquários com capacidade de 50 litros, com filtragem, aquecimento e aeração individuais, mantendo os parâmetros em: temperatura da água a 27±2°C, o oxigênio dissolvido em 5,0±0,5 mg L-1 e o pH em 7,5. O experimento será conduzido em sala climatizada com temperatura ambiente de 27 ± 2°C.
Nove dietas (tratamentos) (Tabela 1), com cinco repetições, serão avaliadas, totalizando 45 unidades experimentais (aquários). Serão utilizados 30 peixes por unidade experimental. O experimento terá duração de 30 dias e as dietas serão fornecidas diariamente a cada três horas com alimentadores automáticos em quantidade correspondente a 20% da massa corporal média dos animais. A quantidade de alimento fornecido será ajustada semanalmente com base nos resultados das avaliações biométricas. Para estas avaliações serão amostrados 15 animais por unidade experimental, os quais terão sua massa corporal mensurada em balança de precisão bem como seu comprimento aferido com ictiômetro milimetrado. Após as avaliações os animais retornarão aos respectivos aquários.
No início e no final do experimento todos os animais terão sua massa corporal aferida em balança de precisão para que seja possível determinar o ganho de peso total (GPT) e diário (GPD) bem como a conversão alimentar aparente (CAA) e fator de condição alométrico (K). Antes da pesagem final os peixes serão mantidos em jejum por 24 horas. Os parâmetros serão calculados pelas equações:
GPT = peso médio final− peso médio inicial;
GPD=GPT /tempo em dias;
CAA=quantidade de ração fornecida/GPT;
K=peso/comprimentob;
Coeficiente b = relação peso e comprimento através do modelo Peso=a.Comprimentob.
Após a última avaliação biométrica, que será realizada no último dia do experimento, 15 peixes de cada unidade experimental terão morte induzida, sendo posteriormente eviscerados e acondicionados em freezer para avaliação da massa da carcaça eviscerada, rendimento da mesma e análise bromatológica.
Para as avaliações os animais serão anestesiados por imersão em água contendo solução de Eugenol na concentração de 75 mg L-1 (Vidal et al., 2008). A indução de morte será por superdosagem anestésica, onde os peixes serão imergidos em água contendo solução de Eugenol na concentração de 3000 mg L-1 (Lucena et al., 2013). A temperatura da água será mantida a 27±2°C, o oxigênio dissolvido será mantido a 5,0±0,5 mg L-1, e o pH em 7,5.
Os dados de todas as variáveis respostas serão analisados quanto à normalidade pelo teste de Shapiro-Wilk, à homocedasticidade pelo teste de Hartley e a independência dos resíduos por análise gráfica. Se os pressupostos para análise paramétrica forem atendidos a análise de variância será realizada por meio do teste F (p < 0,05). Constatando-se diferença significativa, os efeitos das diferentes dietas sobre as variáveis respostas serão avaliados usando modelos de regressão (p<0,05). Além disso, contrastes ortogonais serão utilizados para comparar as médias dos tratamentos com o tratamento controle. No entanto, se os pressupostos não forem atendidos serão utilizadas análises não paramétricas.

3 - Camundongos (Mus musculus)
Os ensaios biológicos serão desenvolvidos no Biotério Central da Universidade Federal de Pelotas (UFPel). Os animais com 45 dias de idade, procedentes do Biotério Central da UFPel, serão mantidos em gaiolas apropriadas de 30 X 20 X 13 cm, contendo 5 camundongos por gaiola, em ambiente com temperatura de 22-24°C e umidade relativa de 65-75%, e com ciclos de luz e escuridão de 12 h. Todos os animais receberão dieta padrão para roedores e água esterilizada ad libitum. Os animais serão aleatoriamente separados em 8 grupos de acordo à Tabela 2. Todos os grupos serão vacinados no dia 0 e receberão reforço vacinal aos 30 dias.
Amostras de sangue dos animais serão coletadas no dia 0, antes da primo-imunização e cada 30 dias durante 1 ano. O soro será separado por centrifugação (3000 rpm por 7 minutos) e congelado para posterior utilização em testes de titulação.
Tabela 2. Protocolos vacinais
Grupo Formulações
Controle negativo NaCl 0,15M
Controle positivo Quimera vacinal recombinante (25ug/50ug)
Grupo 1 Formulação vacinal recombinante (rQENA) na concentração de 25ug associado ao adjuvante TM (extrato de larvas de Tenebrio molitor)
Grupo 2 Formulação vacinal recombinante (rQENA) na concentração de 50ug associado ao adjuvante TM (extrato de larvas de Tenebrio molitor)
Grupo 3 Formulação vacinal recombinante (rQENA) na concentração de 25ug associado ao adjuvante padrão (Al(OH)3)(1mg)
Grupo 4 Formulação vacinal recombinante (rQENA) na concentração de 50ug associado ao adjuvante padrão (Al(OH)3)(1mg)
Grupo 5 Formulação oral contendo a quimera vacinal recombinante na concentração de 25ug associado ao adjuvante TM (extrato de larvas de Tenebrio molitor)
Grupo 6 Formulação oral contendo a quimera vacinal recombinante na concentração de 50ug associado ao adjuvante TM (extrato de larvas de Tenebrio molitor)
Após a segunda imunização, será procedida a eutanásia de 5 animais de cada grupo através da exsanguinação por punção cardíaca após anestesia com isoflurano para retirada do baço. Os animais serão colocados em caixas fechadas e expostos a algodão embebido em isoflurano. Após constatada a ausência de reflexos, será realizada a punção intracardíaca para exsanguinação e a coleta de sangue.
O baço dos animais será removido rapidamente em condições assépticas, pesados e homogeneizados.
Os demais animais de cada grupo serão mantidos até o período final do experimento aos 12 meses de início.
Se necessário, será realizado o deslocamento cervical para constatação da morte do animal. Todos os esforços serão realizados para diminuir o sofrimento dos animais. O procedimento será feito em sala específica e isolada.
Os dados coletados referentes às variáveis analisadas neste trabalho serão comparados pela Análise de Variância (ANOVA). Todos os dados serão avaliados no programa estatístico Graphpad Prism.
O cálculo de tamanho amostral descrito foi obtido usando o a planilha disponível em https://www.bu.edu/researchsupport/compliance/animal-care/workingwith-animals/research/sample-size-calculations-iacuc/).

Indicadores, Metas e Resultados

Espera-se obter informações referentes à bromatologia das farinhas de C. capitata e T. molitor. Além disso, espera-se conhecer a digestibilidade de dietas para codornas de postura (Coturnix coturnix japonica) formuladas com a substituição parcial e/ou total de farinha de soja pelas farinhas de C. capitata e de T. molitor. Adicionalmente, é esperado conhecer o efeito do fornecimento de dietas contendo as farinhas de insetos sobre o desempenho, hematologia, histologia, caraterísticas ósseas e qualidade dos ovos produzidos, incluindo o perfil de ácidos graxos e a análise sensorial. Ademais, comprovado o potencial da farinha dos insetos na alimentação das codornas de postura, será possível produzir dietas com menor custo e de qualidade comprovada, surgindo como uma alternativa viável ao farelo de soja e mesmo à farinha de peixes. Tais informações serão disponibilizadas para avicultores e técnicos que atuam na área.
Será desenvolvido um novo sistema de produção de insetos, baseado nos princípios da economia circular, com o objetivo de reduzir os custos de produção relativos ao substrato alimentar. Nesse sentido serão utilizados subprodutos agrícolas na formulação de dietas para criação de larvas de Ceratitis capitata e a reutilização dos resíduos de dieta desta espécie para a alimentação de larvas de Tenebrio molitor. A farinha fabricada com os insetos será utilizada na formulação de novas rações para alimentação de codornas de postura e tilápias, as quais terão seus desempenhos zootécnicos mensurados. Além disso, será avaliado o potencial biotecnológico do extrato de larvas de T. molitor ou quitina e quitosana
isoladas à partir das exúvias (resíduos), em formulações vacinais contra a enterite necrótica aviária, como adjuvante imunoestimulante e imunomodulador.
Além disso, espera-se poder levar para o meio acadêmico-científico, através de resumos, artigos, palestras, seminários e aulas, informações relevantes para a formação e preparação dos profissionais das áreas de Agronomia, Biotecnologia, Medicina Veterinária e Zootecnia, às novas exigências do mercado nacional e internacional com relação à nutrição e produção animal.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
ALINE ARASSIANA PICCINI ROLL
ANA ELICE FURTADO DA SILVA10
ANA VITÓRIA COSTA
ANDRE SILVEIRA DA SILVA10
CAMILA VON MÜHLEN
CAROLINA OREQUES DE OLIVEIRA
CAROLINA VIÉGAS PINTO
CHARLES NUNES FROES18
DEBORA CRISTINA NICHELLE LOPES3
DÉBORA MINETTI SARTURI
EDUARDO GONCALVES XAVIER18
FABRICIO ROCHEDO CONCEICAO11
FERNANDO RUTZ2
IGOR BORGES SOARES
JOAO CARLOS DESCHAMPS
JOSE ULISSES DA SILVA AZAMBUJA24
JOYCE PEREIRA LOPES
MIGUEL ANDRADE BILHALVA
PAULO RICARDO CENTENO RODRIGUES16
RAFAEL ALDRIGHI TAVARES7
RAFAEL DA SILVA GONÇALVES
RENATA CEDRÊS DIAS
SANDRO DANIEL NORNBERG
SERGIO RENATO NOGUEZ PIEDRAS6
SUELEN NUNES DA SILVA
VANESSA COSTA DE OLIVEIRA
VICTOR FERNANDO BUTTOW ROLL1

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