Valorization of the municipal solid waste by Hermetia illucens larvae for the production of protein-based biomaterials

The management and disposal of food waste represents a serious concern. It is in fact estimated that 1.3 billion tons of the organic fraction of the municipal solid waste (OFMSW) are globally produced every year. One of the most promising approaches recently proposed to relieve this global emergency is represented by the insect-mediated bioconversion of this waste, to obtain proteins and lipids that can be used for different purposes. To this aim, the saprophagous larvae of the black soldier fly (BSF), Hermetia illucens, are efficient decomposers of organic waste and can thus help to develop innovative applications aimed at reducing and valorizing the OFMSW through the creation of high value and environmentally friendly bioproducts. In this study we investigated the growth performance of BSF larvae and their efficiency in the reduction of OFMSW. Moreover, we evaluated the exploitation of their proteins for the production of bioplastics. The analysis of waste bioconversion indexes demonstrated the high efficiency of BSF larvae to reduce two OFMSW substrates with different nutritional composition. In particular, although the growth rate of larvae reared on both substrates was comparable, significative differences in the reduction of waste and conversion efficiency into insect body mass were observed. In addition, larvae and pupae obtained from the bioconversion of both substrates revealed a similar amount of proteins and lipids. At the end of the bioconversion process, proteins were extracted from larvae and pupae for biofilm preparation. Biofilms revealed to be thermally stable and of high quality, but differences in terms of resistance and flexibility were detected according to the developmental stage of the insect. The results obtained so far indicates that the biotransformation of OFMSW into insect-derived bioproducts can really contribute to generate a circular economy supply chain with a significative impact on economic and environmental global issues. The study was funded by Fondazione Cariplo (2020-0900).

La gestione e lo smaltimento dei rifiuti alimentari rappresenta una seria problematica. Si stima infatti che ogni anno vengano prodotti a livello mondiale 1.3 miliardi di tonnellate della frazione organica del rifiuto solido urbano (FORSU). Uno degli approcci più promettenti recentemente proposti per alleviare questa emergenza di livello globale è rappresentato dalla bioconversione della FORSU mediante l’utilizzo di insetti, al fine di ottenere proteine e lipidi che possono essere utilizzati per lo sviluppo di diverse applicazioni. A questo scopo, le larve saprofaghe della mosca soldato nera (BSF), Hermetia illucens, rappresentano efficienti decompositori di rifiuti organici e possono quindi contribuire allo sviluppo di filiere produttive circolari volte a ridurre e valorizzare la FORSU attraverso la creazione di bioprodotti ad alto valore ed ecosostenibili. Nel presente studio abbiamo esaminato le performance di crescita delle larve di BSF e la loro efficienza nella riduzione della FORSU. Inoltre, abbiamo valutato l’utilizzo delle loro proteine per la produzione di bioplastiche. L’analisi degli indici di bioconversione ha dimostrato l'elevata efficienza delle larve di BSF nel ridurre due FORSU a diversa composizione nutrizionale. In particolare, sebbene il tasso di crescita delle larve allevate su entrambi i substrati sia comparabile, sono state osservate differenze significative nella riduzione del rifiuto e nella sua efficienza di conversione in massa corporea dell’insetto. Inoltre, le larve e le pupe ottenute dalla bioconversione di entrambi i substrati mostrano una quantità simile di proteine e lipidi. Al termine del processo di bioconversione, sono state estratte le proteine da larve e pupe ed utilizzate per produrre biofilm. I biofilm si sono rivelati termicamente stabili e di alta qualità, mostrando però differenze in termini di resistenza e flessibilità a seconda dello stadio di sviluppo dell’insetto analizzato. I risultati ottenuti finora indicano come la biotrasformazione della FORSU in prodotti derivati da insetti può realmente contribuire alla creazione di una filiera di produzione circolare caratterizzata da un impatto significativo sulle problematiche economiche ed ambientali globali. Lo studio è stato finanziato da Fondazione Cariplo (2020-0900).