The food of the future: risk of chemical contamination in edible insects

Abstract

The current emergency in the implementation of a circular economy, following sustainability and zero-waste policies, has led to the search for alternative solutions capable of meeting the needs of a constantly growing human population. Insects have been presented as an excellent solution, whether as nutritional sources added to animal feed or as a food complement to human nutrition. Furthermore, they are recognized as circularity tools, demonstrating a good capacity for transforming waste into high-value products, creating favorable conditions for a more environmentally sustainable type of protein source. However, for this to happen, the use of waste as a food substrate for insects must be decriminalized under current strict regulations. Therefore, a more in-depth study of the chemical risk of accumulation of different compounds is necessary from the scientific community, with strong recommendations for legislators. Although there are already several studies focusing on the contamination of edible insects by metals and mycotoxins, there is a lack of information regarding other classes of contaminants, such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). The objective of this dissertation is to understand how edible insects can deal with possible contamination by PAHs, in the specific case of the contamination of Tenebrio molitor larvae by benzo[a]pyrene (B[a]P), through its presence in wheat bran supplied as food substrate. Through toxicokinetic modeling, it was observed that Tenebrio molitor larvae accumulate B[a]P through the contaminated substrate, for the three exposure concentrations tested (0.03, 0.3, and 3 μg B[a]P g-1). It was observed that larvae can reach internal concentration levels higher than the maximum legislated B[a]P in human food (0.002 μg B[a]P g-1). On the other hand, it was also found that Tenebrio molitor larvae are able to eliminate the assimilated B[a]P when transferred to uncontaminated substrate, reaching internal concentration values similar to the basal ones. With this, it is proposed not only to incorporate PAHs into animal feed legislation, as well as a possible addition of a depuration period after bioconversion of the substrate before the commercialization of edible insects. Considering the process of bioconversion of waste into valuable materials, the study of the presence of these compounds in all products derived from insects must also be a reality, particularly in frass, an entomofertilizer that derives from organic matter resulting from the assimilation of the substrate.

A atual emergência na implementação de uma economia circular, seguindo políticas de sustentabilidade e desperdício zero, tem levado à procura por soluções alternativas capazes de suprimir as necessidades de uma população humana em constante crescimento. Os insetos têm se apresentado como uma excelente solução, sejam como fontes nutritivas acrescidas em rações para animais ou como um complemento alimentar à nutrição humana. Para além disso, são reconhecidos como ferramentas de circularidade, demonstrando boa capacidade de transformação de resíduos em produtos de elevado valor, criando condições favoráveis a um tipo de fonte proteica mais ambientalmente sustentável. No entanto, para isto acontecer, o uso de resíduos como substrato alimentar para os insetos deverá ser despenalizado nas atuais rigorosas regulamentações. Assim, um estudo mais aprofundado do risco químico de acumulação dos diferentes compostos vem sendo necessário por parte da comunidade científica, com fortes recomendações para os legisladores. Apesar de já existirem diversos estudos com foco na contaminação de insetos comestíveis por metais e micotoxinas, nota-se uma escassez de informação relativamente a outras classes de contaminantes, como os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs). O objetivo desta dissertação passa por compreender de que forma insetos comestíveis conseguem lidar com uma possível contaminação por HAPs, no caso concreto da contaminação de larvas de Tenebrio molitor por benzo[a]pireno (B[a]P), através da sua presença em farelo de trigo fornecido como substrato alimentar. Através de modelação toxicocinética, foi observado que as larvas de Tenebrio molitor acumulam B[a]P através do substrato contaminado, para as três concentrações de exposição testadas (0.03, 0.3 e 3 μg B[a]P g-1). Foi observado que as larvas podem atingir níveis de concentração interna superiores ao máximo legislado de B[a]P na alimentação humana (0.002 μg B[a]P g-1). Em contrapartida, também se verificou que as larvas de Tenebrio molitor conseguem eliminar o B[a]P assimilado quando transferidas para substrato não contaminado, chegando a atingir valores de concentração interna semelhantes aos valores basais. Com isto, propõe-se não só a incorporação dos HAPs na legislação da alimentação animal, bem como um possível acréscimo de um período de depuração após bioconversão do substrato, prévio à comercialização dos insetos comestíveis. Considerando o processo de bioconversão de resíduos em matérias de valor, o estudo da presença destes compostos em todos os produtos derivados de insetos deve também ser uma realidade, nomeadamente no “frass”, entomofertilizante que deriva da matéria orgânica resultante da assimilação do substrato.