Ergebnisse

Die Herstellungskosten der Insektenmehlproduktion sind in großem Maße von den Rohstoffkosten abhängig. Als Ansatz zur Kostenoptimierung des Herstellungsverfahrens sind kostengünstige Rohstoffquellen auf Reststoffbasis als Nährsubstrat für die Insektenproduktion untersucht worden. Dazu zählte die Untersuchung der Substrateignung, Charakterisierung der Materialeigenschaften und die Konzeptentwicklung für das Rohstoffhandling.

Vorgehen und Methodik 

Grundlagen und Versuchsaufbau

Der gesamte Prozess der Hermetiaproduktion kann in zwei Produktionsstufen untergliedert werden, wobei in der ersten Stufe der Insektenproduktion die Insekteneigwinnung im Vordergrund steht und in der zweiten Stufe der Larvenproduktion die Aufzucht der Junglarven durchgeführt wird. Abbildung 1 zeigt eine schematische Darstellung des Hermetiaverfahrens. 
 

 

Während der Insektenproduktion werden die Eier der Hermetiafliege gesammelt, die in der Larvenproduktion zur Aufzucht der Insektenlarven und -puppen eingesetzt werden. Ein Teil der Larven entwickelt sich zu Hermetiapuppen, die in der Insektenproduktion zu geschlechtsreifen Hermetiafliegen heranwachsen und neue Hermetiaeier ablegen. Die übrigen Hermetialarven, die nicht in die Insektenproduktion gehen, werden vor der Verpuppung aus der Larvenproduktion entnommen und zu Hermetiamehl weiterverarbeitet. Der Einsatz kostengünstiger Futterstoffe ist im Besonderen im Produktionsschritt der Larvenproduktion von wirtschaftlicher Bedeutung, denn für die Aufzucht der Junglarven sind große Mengen an Substrat erforderlich. Im Labormaßstab sind unterschiedliche Futterstoffalternativen speziell im Bereich der Larvengewinnung näher untersucht worden.

 

Die Hermetia Baruth GmbH stellte Junglarven für die Fütterungsversuche im Labormaßstab zur Verfügung. Die Junglarven wurden mit einem durchschnittlichen Alter von 9-12 Tagen nach der Eiablage an das DBFZ Labor geliefert. Zu diesem Zeitpunkt hatten die Junglarven ein mittleres Gewicht von ca. 2,4mg und eine durchschnittliche Größe von 2 mm. In parallelen Fütterungsversuchen im Maßstab von ca. 250ml ist das Wachstum der Junglarven auf unterschiedlichen Substraten getestet worden. Dazu wurden die Junglarven und das Testsubstrat in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen jeweils als Dreifachansatz eingewogen und über den gesamten Versuchszeitraum temperiert (siehe Abbildung 3). Das Larvenwachstum und das Larvenendgewicht wurden über einen Versuchszeitraum von 13 - 17 Tagen dokumentiert. Die Versuche wurden bis zur Gewichtskonstanz der Larven durchgeführt. Nach Erreichen des Abbruchkriteriums wurden die Probenansätze gesiebt und Reststoffe und Larven einzeln untersucht. Stoffanalysen wurden von den ausgewachsenen Larven und den Einsatz- und Reststoffen durchgeführt. Aus den gewonnenen Daten konnte die Wachstumsgeschwindigkeit der Larven berechnet und die Gesamteffizienz der Futterverwertung der untersuchten Substrate bewertet werden.

Untersuchte Substrate 

Folgende Rohstoffe wurden bisher als potentielle Futtermittel für die Hermetialarvenzucht untersucht: 

Reststoffe und Abfallstoffe

  • Hühnertrockenkot 
  • Gärrest landwirtschaftlicher Biogasanlage 
  • Gärrest industrieller Biogasanlage 
  • Wasserpflanze Elodea Nutallii 
  • Wasserpflanzensilage Elodea Nutallii
  • Wasserpflanze Myophyllum 
  • Wasserpflanze Lemna Minor 
  • Wasserpflanze Nymphaea alba 
  • Maissilage-Futterreste aus der Milchkuhhaltung
  • Futterreste der Insektenzucht 

Reststoffe bzw. Nebenprodukte mit Nutztierfutterqualität

  • Biertreber 
  • Getrocknete Pressschlempe (DDGS) aus der Bioethanolerzeugung 
  • Getreideschlempe-Flüssigsilage
  • Kaffeereste

Die Substratauswahl kann in zwei Gruppen unterteilt werden. Die Reststoffe Getreideschlempe, Biertreber, Maissilage-Futterreste und Kaffeereste zählen zu den Futterstoffen, die Futtermittelrechtlich unbedenklich sind und nach derzeitigen rechtlichen Vorgaben für die wirtschaftliche Produktion von Hermetia eingesetzt werden dürfen. Nach der EU-Regulierung 1069/2009 Tierische Nebenprodukte (Artikel 3 Punkt 6) ist die Schwarze Soldatenfliege als Nutztier definiert. Somit dürfen in Europa derzeit lediglich Nutztierfuttermittel als Einsatzstoffe für die Hermeatiaproduktion verwendet werden. Die Regulierung 999/2001 BSE/TSE Regulierung sagt aus, dass keine verarbeiteten tierischen Proteine (PAP = processed animal protein) an Nutztiere verfüttert werden dürfen. 2001 wurde nur die Ausnahme Fischmehl zugelassen. Seit dem 1. Juli 2017 dürfen Proteinmehle von sieben Insektenarten an Fische in Aquakultur (Nutztiere) verfüttert werden. Die Regulierung ist ein Anhang zur 999/2001 und hat die Nummer 2017/893. Das Thema Insekten ist Bestandteil weiterer einschlägiger Regulierungen wie der Regulierung 767/2009 - Inverkehrbringen- und Verwendung von Futtermitteln und der Regulierung 68/2013 - Katalog der Einzelfuttermittel.

Untersuchte Prozessbedingungen

Im Rahmen paralleler Fütterungsversuche mit unterschiedlichen Substratproben sind folgende Einflussfaktoren auf das Wachstumsverhalten der Hermetialarven näher untersucht worden:

  •     Prozesstemperatur
  •     Temperatur des Substrates zu Versuchsbeginn
  •     Futterkonzentration und Wassergehalt des Substratmaterials
  •     Austrocknungsverhalten des Substrates während des Fütterungsversuchs
Versuchsmaterialien der Fütterungsversuche im Labormaßstab

Abbildung 3     Versuchsmaterialien der Fütterungsversuche im Labormaßstab

Versuchsmethodik

Methodik der Fütterungsversuche

Die Fütterungsversuche wurden mit drei unterschiedlichen Futtergaben (160, 240 und 320 mgoTS/Larven) jeweils als Dreifachansatz durchgeführt (siehe Tabelle 1). Die Versuchstemperatur hat über den gesamten Versuchszeitraum 30°C betragen. Als Probenbehälter wurden verschließbare Plastikboxen verwendet, die mit Luftlöchern versehen waren.

Arbeitsschritte

  • Bestimmung des Einzellarvengewichtes – Mehrmalige Messung des Gewichtes von 20 Einzellarven und anschließende Berechnung des Einzellarvengewichtes Bestimmung des Einzelgewichtes der Larven durch Mittelwertberechnung.
  • Berechnung der benötigten Larvenmasse jeder Futterkonzentration.
  • Beschriftung und Wiegung der Plastikboxen mit Deckel ohne Befüllung. Gelbe Felder im Excel-Sheet müssen ausgefüllt werden.
  • Vorbereitung der Substratmischung 
  • Junglarven hinzugeben. 
  • Wiegen der Becher Gewichte mit Deckel nach Befüllung. 
  • Verschließen der Becher und bei 30°C temperieren.
  • Nach 3, 6, 10 und 12 tagen Versuchsdauer sind 10 Junglarven zu entnehmen. Vorsichtig säubern - dazu kurz abspülen anschließend für 10min mit Zellstofftüchern trocknen und das Larveneinzelgewicht berechnen und notieren. Die Larven anschließend zurück in den Ansatz geben. 
  • Nach 12 Tagen den Test beenden. Dazu werden die Bechergewichte erneut notiert. Anschließend werden die ausgewachsenen Larven abgesiebt, gewaschen und anschließend für 10 min zum Trocknen auf Zellstoff gelassen und dann das Gesamtgewicht der Larven bestimmt. Die Larven werden mittels Siebung abgetrennt (Maschenweite 5mm). Futterreste sind für anschließende Analysen (TS, oTS, usw.) zu sammeln. 
  • Die TS und oTS Werte der Laven und Futterreste werden anschließend bestimmt und notiert.

Ergebnisse und Diskussion

Im nachfolgenden Abschnitt werden die erzielten Ergebnisse der Fütterungsversuche näher beschrieben und unterschiedliche Substratbewertungsansätze vorgestellt.

Food Conversion Ratio (FCR)

Die Bewertung von Fütterungssystemen in der Nutztierhaltung und Aquakultur erfolgt oftmals mit Hilfe des Faktors der Food Conversion Ratio (FCR). Der Wert gibt Aufschluss über die Effizienz der Futterverwertung und gibt an wieviel Kilogramm Trockenmasse des Einsatzstoff für den Aufbau eines Kilogramms Nutztier-Lebendmasse erforderlich sind. Ein niedriger Wert deutet auf einen guten Futterumsatz hin, während hohe Werte dagegen für eine schlechte Futterverwertung sprechen. In Tabelle 1 sind die FCR Werte unterschiedlicher Nutztiere dargestellt. Die Ergebnisse unserer Untersuchungen decken sich mit Ergebnisse anderer Hermetia-Studien. Die beste Futterverwertung konnten mit Getreideschlempe erzielt werden. Ebenfalls wurden gute Ergebnisse mit Biertreber, Maissilage und Insektenfrass erzielt. Schlechter war der Futterumsatz mit den Proben landwirtschaftlichen Gärrest, Elodea Wasserpflanzen, Hühnertrockenkot und Schlempegärrest. In Abbildung 4 ist die berechnete FCR dargestellt, die für unterschiedliche Substrate bei drei getesteten Futtergaben (80, 160 und 240 mg/l oTS Substrat je Junglarve) ermittelt wurde.
 

 

NutztierartFCR g TS Input/g FM OutputFutterstoff
Fleischrind4.5–7.5 (> 6 typisch)Futtermix
Schwein3.8–4.5Futtermix
Huhn1.6–1.9Futtermix
Schaf

4.0–6.0

40.0

Futtermix

Stroh

Fisch (Aquakultur)0.75-2trockene Futterpellets
Hermetia2.0–3.2Kernmehl der Ölpalme
 0.8–2.1Getreideschlempe

Tabelle 1: Typische FCR-Werte unterschiedlicher Nutztierarten

Der Ansatz der Bewertung von Fütterungssystemen mittels der FCR bringt allerdings auch Nachteile mit sich. So werden beispielsweise der Ascheanteil des Futterstoffs und der Wasseranteil des Produktes nicht berücksichtigt. Genauer ist die Betrachtung des Umsatzes der organischen Trockensubstanz. Der Wasser- und Ascheanteil im Produkt und Einsatzstoff haben keinen Einfluss auf diese Betrachtung. Lediglich der Umsatz an Organik wird hierbei bewertet. Die besten oTS-Ausbeuten von ca. 25% wurden mit Schlempe erzielt. Die oTS- Ausbeuten der Proben Maissilage, Biertreber und Insektenfrass lagen zwischen 8 und 12%. Eine oTS Ausbeute von ca. 2 bis 7% wurde mit den Reststoffen Hühnertrockenkot, Gärrest, Wasserpflanzen und Schlempegärrest erzielt. (Siehe Abbildung 5)
 

Larvenausbeute 

Die Fütterungsversuche haben gezeigt, dass aus einem Gramm Junglarven nach ca. 12 Tagen Versuchsdauer zwischen 18 und 120g ausgewachsene Larven gewonnen werden können. Abhängig von der Substratbeschaffenheit und der Futtergabe variieren die Ausbeuten allerdings deutlich (siehe Abbildung 6)

 

Zwischenfazit

Die Ergebnisse der Fütterungsversuche haben gezeigt, dass Schlempe, Biertreber, Maissilage Futterreste sehr gut als Futterstoff von der Hermetialarven angenommen werden (Siehe Tabelle 1 und 2). Die anderen getesteten Substrate erzielten vergleichsweise geringere Produktausbeuten. Das Larvenwachstum war nach ca. 10-12 Tagen Fütterungsdauer weitestgehend abgeschlossen. Nach einer kurzen Adaptionszeit an das Substratmedium von ca. 3 Tagen setzte ein zügiges Larvenwachstum ein. Die Masse der Einzellarven nahm in der Versuchszeit von ca. 2,4mg Ausgangsgewicht bis maximal 280mg Endgewicht zu. 

Aus einem Gramm der eingesetzten Junglarven konnten zwischen 18 und 129g ausgewachsene Larven gewonnen werden. Deutlich hat sich der Effekt der Futterkonzentration auf das Larvenwachstum gezeigt. Niedrigere Futtergaben führten zu einem schwächeren Wachstum der Larven. Von den drei getesteten Futtergaben 80, 160 und 240mg oTS /Larve hat die höchste Futterkonzentration zur stärksten Gewichtszunahme der eingesetzten Junglarven geführt. 

Das Gewicht einer ausgewachsen Hermetialarve hat zum Versuchsende ca. 280mg FM betragen, wobei das oTS Gewicht einer Einzellarve nach Abzug des Wasser- und Ascheanteils bei ca. 80mg lag. In den Fütterungsversuchen mit einer Substratkonzentration von 240mg oTS wurden zwischen 3 und 28 % des Substrat oTS in Larven oTS überführt. Die effektivste Futterverwertung konnte allerdings in den Ansätzen mit geringer Futterkonzentration gemessen werden. Bei einem geringen Futterangebot wurde der eingesetzte Futterstoff scheinbar vollständiger umgesetzt. Hohe Futterkonzentrationen hingegen scheinen zu einem schlechteren Umsatz zu führen. Die dargestellten Ergebnisse entstammen Laborversuchen. Die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf den Praxismaßstab muss tiefergehend untersucht werden.

 

 
Testbedingungen: Temperatur 30°C / Futtergabe 240mg oTS/ Larve / Fütterungsdauer ca. 12 Tage
FM = Frischmasse – Originalsubstrat 
oTS  = Organische Trockensubstanz nach Abzug des Wasser und Ascheanteils von der Frischmasse

Ausblick

Neben den Ergebnissen der Fütterungsversuche haben die Substratkosten der getesteten Einsatzstoffe einen wesentlichen Einfluss auf die Substratauswahl. Die Substratkosten werden im Projektverlauf recherchiert und in die Stoffdatenbank übernommen. Anhand der Fütterungsversuche erscheinen Getreideschlempe, Biertreber und Futterreste geeignete Substrate für das Hermetiaverfahren zu sein. Weitere Fütterungsversuche sind geplant u.a. mit Reststoffen der Biodieselherstellung und mit weiteren Agrarabfallstoffen.