Devoradores de Lixo: Aspectos biológicos, produtivos e nutricionais da Mosca Soldado Negra Hermetia illucens (L., 1758) (Diptera; Stratiomyidae) em resíduos orgânicos em Manaus, AM. Fonte: Registrado pelo autor, 2016. Universidade Federal do Amazonas - UFAM Programa de Pós Graduação em Ciências Ambientais e Sustentabilidade na Amazônia – PPGCASA Mestrando: Nelson Poli Teixeira Filho Orientador: Prof. Dr. Neliton Marques da Silva Coorientador: Prof. Dr. Carlos Gustavo Nunes UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO Programa de Pós-Graduação em Ciências do Ambiente e Sustentabilidade na Amazônia PPG/CASA Mestrado Acadêmico NELSON POLI TEIXEIRA FILHO DEVORADORES DE LIXO: ASPECTOS BIOLÓGICOS, PRODUTIVOS E NUTRICIONAIS DA MOSCA SOLDADO HERMETIA ILLUCENS (L., 1758) (DÍPTERA; STRATIOMYIDAE) EM RESÍDUOS SÓLIDOS ORGÂNICOS EM MANAUS, AM. Projeto de pesquisa apresentado no Programa de Pós Graduação em Ciências Ambientais e Sustentabilidade na Amazônia – PPGCASA como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Ciências Ambientais. Orientador: Prof. Dr. Neliton Marques da Silva Coorientador: Prof. Dr. Carlos Gustavo Nunes da Silva MANAUS 2018 Este trabalho é dedicado à humanidade. Que cada um de nós possa enxergar que nas mais diversas áreas existem opções tecnológicas diferentes e inovadoras que podem mudar o “status quo” e trazer benefícios sociais, ambientais e econômicas, proporcionando mais sustentabilidade para a vida planetária. Que os humanos no poder público e privado possam buscar essas inovações e aplicá-las na prática sem nunca se esquecerem de que acima de tudo são avós, pais, irmãos, filhos e que têm a responsabilidade e o dever de prezar pelo bem estar da atual e das futuras gerações. AGRADECIMENTOS Primeiramente agradeço a Deus por ter me dado a vida, saúde, sabedoria, diligência, e ter colocado pessoas em minha vida que me motivaram buscar este caminho e ter me dado oportunidade de cursar o mestrado em uma instituição reconhecida. Agradeço aos meus queridos pais por sempre terem me apoiado como puderam e terem se esforçado tanto para me dar uma boa educação que me proporcionou chegar até aqui. Obrigado, Aninha. Esposa amada e querida que durante o mestrado me deu o Pedro, filho abençoado! Agradeço a vocês dois por todo apoio nesta difícil etapa. Pela paciência e compreensão quando não pude estar tão presente quanto gostaríamos... Karolyne, durante a fase final do mestrado você entrou de maneira avassaladora em nossas vidas. Obrigado a você e à Maria Júlia, que com tanta empolgação com a ciência me fizeram ver de perto o quanto a educação pode fazer a diferença em nossas vidas. Sigam sempre em frente! Ao meu orientador e meu coorientador, Prof. Neliton e Prof. Gustavo, agradeço a disponibilidade e a empolgação com a qual sempre olharam nosso projeto. Isto me deu energia para seguir e fazer o melhor. Às nossas estagiárias Carla, Jéssica, Fernanda e Jamiele que trabalharam duro no projeto e que junto comigo, alimentaram nossas larvas com muito suor, revirando lixo orgânico, enfrentando nosso calor amazônico que muitas vezes chegou a 44°C em nosso viveiro, contando e pesando ovos microscópicos, servindo de babá de nossos berçários e voyeur em nossa área de reprodução. Sou muito grato a vocês! Aos amigos que foram parceiros, acreditam na ideia e me incentiva, meu muito obrigado! Vocês foram muito importantes, Camila, Marcus, Guilherme, Helena, Júlio, João, Lígia, Jaqueline e Rosemary. Graças à FAPEAM, o projeto pôde tomar uma escala um pouco maior já que obteve apoio quando aprovado pelo Programa Sinapse de Inovação, que possibilitou uma melhoria em nossa estrutura para ampliar os estudos. Aqui estão os loucos. Os desajustados. Os rebeldes. Os criadores de caso. Os pinos redondos nos buracos quadrados. Aqueles que veem as coisas de forma diferente. Eles não curtem regras. E não respeitam o “status quo”. Você pode citá-los, discordar deles, glorificá-los ou caluniá-los. Mas a única coisa que você não pode fazer é ignorá-los. Porque eles mudam as coisas. Empurram a raça humana para frente. E, enquanto alguns os veem como loucos, nós os vemos como geniais. Porque as pessoas loucas o bastante para acreditar que podem mudar o mundo, são as que o mudam. (KEROUAC, 2004) RESUMO Entre os problemas que o crescimento da população mundial explosiva traz ao meio ambiente, este trabalho propõe uma possível solução para mitigar dois deles: descarte de resíduos sólidos orgânicos e pressão sobre o fornecimento atual de proteína alimentar. Esta solução baseia-se na produção em massa de larvas de Hermetia illucens (L., 1758) (Diptera: Stratiomyidae), também conhecida como mosca soldado negra, para degradar resíduos sólidos orgânicos e também como fonte alternativa de proteína animal. A otimização desta solução reside na compreensão da biologia do inseto para descobrir a relação da qualidade e quantidades ideais de matéria orgânica para garantir sua degradação e aumentar o crescimento das larvas. Finalmente, conhecer a qualidade da proteína larval é fundamental para encontrar seu mercado consumidor. Para entender essas questões, foram realizadas experiências e análises quantitativas. Os resíduos sólidos orgânicos utilizados como alimento para as larvas mostraram na sua composição centesimal 66% de umidade, 63,8% de carboidratos, 13,8% de proteína bruta e 18,1% de gordura. Para a produção em massa de larvas de Hermetia illucens, o estudo procurou entender seu ciclo de vida no bioma amazônico em comparação com a literatura existente. Em relação à biologia das larvas, foi possível observar uma taxa de oviposição em torno de 1002 ovos / fêmea. O tempo de acasalamento leva cerca de 15 minutos. Observou-se um ciclo de cerca de 36 dias desde a oviposição até a idade adulta. Os ovos eclodiram em uma média de 74,75 horas. O tempo de desenvolvimento da larva do ovo para a fase pré-pupae levou cerca de 21 dias e o tempo de pupação 17,5 dias. 74,48% dos ovos atingem o estágio adulto com uma proporção sexual de 3 machos para 1 fêmea. No que diz respeito ao fornecimento da quantidade ótima de alimentos, concluiu-se que, para cada 100 mg de ovos de Hermetia illucens, o suprimento de 2000g de resíduo de restaurante em 2 frações de 1000 g com intervalo de alimentação de 5 dias atingiu o melhor potencial de redução de matéria orgânica. Observou-se uma redução de peso de resíduos sólidos orgânicos de 83,75% com uma taxa de conversão de resíduos sólidos em biomassa proteica de 23,2%. A pré-pupa como matéria-prima para a produção de proteínas animais apresentou 40% de proteína bruta e 32,6% de gordura, enquanto a farinha de pré- pupa desengordurada apresentou níveis em torno de 58,3% de proteína bruta e 6,6% de gordura. O aminograma da farinha de pré-pupa mostrou níveis de aminoácidos essenciais acima das fontes de proteína tradicionalmente utilizadas, como farinha de carne e osso, farinha de vísceras de aves e farelo de soja. A análise dos ácidos gordurosos obtidos a partir da larva trouxe altos níveis de ácido láurico e palmítico, corroborando com a literatura. Este trabalho forneceu uma boa indicação de que a produção em massa da mosca soldado negra para a degradação de resíduos orgânicos e posterior utilização como proteína animal é uma excelente alternativa sustentável aos problemas relacionados aos resíduos orgânicos sólidos e fontes alternativas de proteína. Palavras-chave: Resíduo. Mosca Soldado Negra. Taxas de Produtividade. Proteína. Reciclagem. ABSTRACT Among the problems explosive world population growth brings to the environment, this work proposes one possible solution to mitigate two problems: disposal of organic solid waste, and the pressure on the current supply of food protein. This solution is based on mass production of Hermetia Illucens larvae (L., 1758) (Diptera: Stratiomyidae), also known as black soldier fly, to degrade organic solid waste, and also serve as an alternative source of animal protein. The optimization of this solution lies on understanding the biology of the insect to find out the relation of the quality and optimal amounts of organic matter to ensure its degradation, and enhance the larvae growth. Finally, knowing the quality of the larvae protein is fundamental to finding its consumer market. To understand these questions, quantitative experiments and analyzes were made. The organic solid residues used as food for the larvae showed in their centesimal composition 66% of humidity, 63,8% of carbohydrates, 13,8% of crude protein and 18,1% of fat. For the mass production of Hermetia Illucens larvae, the study sought to understand its life cycle in the Amazonian biome in comparison to the existing literature. In relation to the larvae biology, it was possible to observe an oviposition rate around 1002 eggs/female. The mating time takes about 15 minutes. It was observed a cycle of about 36 days from oviposition to adulthood. The eggs hatched on average at 74,75 hours. The development time of the larva from egg to the pre-pupae phase took around 21 days and pupation time 17,5 days. 74,48% of the egg reach the adult stage with a sex ratio of 3 males by 1 female. Regarding the supply of the optimum quantity of food to be supplied, it was concluded that for each 100 mg of Hermetia Illucens eggs, the supply of 2000g of restaurant waste in 2 fractions of 1000g with a 5-day feeding interval reached the best potential of dry. It was observed a organic solid waste weight reduction of 83,75% with a conversion rate of solid residue in proteic biomass of 23,2%. The pre-pupal as raw material for the production of animal protein showed 40% of crude protein and 32,6% of fat, while the flour of defatted pre-pupal showed levels around 58, 3% crude protein and 6.6% fat. The pre-pupal meal aminogram showed levels of essential amino acids above traditionally used protein sources, such as meat- and-bone meal, poultry viscera meal and soybean meal. The analysis of the fatty acids obtained from the larva brought high levels of lauric and palmitic acid, corroborating with the literature. This work has provided a good indication that the mass production of black soldier fly for degradation of organic waste and subsequent use as an animal protein is an excellent sustainable alternative to problems related to organic solid waste and alternative sources of protein. Keywords: Waste. Black Soldier Fly. Productivity Rates. Protein. Recycling LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Comparação de redução de matéria orgânica por larvas de mosca soldado negra ......................................................................................................................... 38 Tabela 2 - Comparação de taxas de conversão ....................................................... 39 Tabela 3 – Duração dos estágios de ovo e período de pupação. Viabilidade total (ovo a emergência do adulto) de Hermetia illucens criada em resíduos do restaurante universitário da UFAM. Temperatura: 28,03 ± 1,19°c; UR: 72,64 ± 6,88%; fotofase: 12h. ........................................................................................................................... 53 Tabela 4 – Quantidade de ovos por postura, peso de ovos e pré-pupas e tempo de acasalamento de Hermetia illucens criada em resíduos do restaurante universitário da UFAM. Temperatura: 28,03 ± 1,19°c; UR: 72,64 ± 6,88%; fotofase: 12h. ................. 53 Tabela 5 – Percentual médio de pupação em 17 dias da Hermetia illucens em diferentes densidades populacionais. Temperatura: 28,03 ± 1,19°C; UR: 72,64 ± 6,88%; fotofase: 12h. ................................................................................................ 55 Tabela 6 – Análise de composição centesimal (média ± DP) do resíduo de restaurante universitário da UFAM ............................................................................................... 57 Tabela 7 – Percentuais (média ± DP) de taxa de redução de alimentos e de conversão de alimentos em biomassa larval do Experimento A. Temperatura: 28,12±1,05°C; UR: 72,72±5,70%; fotofase: 12h. ...................................................................................... 59 Tabela 8 – Percentuais (média ± DP) de taxa de redução de alimentos e de conversão de alimentos em biomassa larval do Experimento B. Temperatura: 28,41±1,31°C; UR: 74,33 ± 6,69%; fotofase: 12h. .................................................................................... 61 Tabela 9 - Percentuais (média ± DP) das análises centesimais da pré-pupa de MSN e da farinha de pré-pupa de MSN desengordurada .................................................. 63 Tabela 10 - Exigência de aminoácidos essenciais pelo tambaqui e comparativo do teor proteico e composição de aminoácidos essenciais da farinha de pré-pupa em relação a ingredientes proteicos de origem animal e vegetal utilizados em rações para aquicultura, incluindo os déficits em relação ao exigido pelo tambaqui. ................... 66 LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Cadeia produtiva de indústria de insetos ................................................. 16 Figura 2 - Ovos e larvas de MSN em 20 dias de desenvolvimento ........................... 33 Figura 3 - Aspecto geral da larva de MSN................................................................. 33 Figura 4 - Exemplar de adultos da MSN – (M) macho e (F) fêmea ........................... 34 Figura 5 - Viveiro adaptado p/ criação de Hermetia illucens em casa de vegetação 43 Figura 6 - Área de reprodução e oviposição de Hermetia illucens ............................ 44 Figura 7 - Célula de degradação de resíduos orgânicos e engorda de imaturos de Hermetia illucens ....................................................................................................... 44 Figura 8 – Sítio de oviposição para Hermetia illucens ............................................... 45 Figura 9 – Massa de ovos de H. illucens sobre ripa de madeira ............................... 46 Figura 10 – Berçário de H. illucens ........................................................................... 46 Figura 11 - Ovos de H. Illucens coletados ................................................................. 46 Figura 12 - Bandejas de degradação de resíduo e engorda ..................................... 48 Figura 13 – Moagem de pré-pupas secas de Hermetia illucens................................ 50 Figura 14 – Dissolução do óleo da pré-pupa de Hermetia illucens em hexano ......... 50 Figura 15 - Rotoevaporação do hexano diluído no óleo de Hermetia illucens .......... 50 Figura 16 - Moagem de pré-pupas secas de Hermetia illucens ................................ 50 Figura 18 - Comparação visual do desenvolvimento das larvas entre os três tratamentos do Experimento B .................................................................................. 61