The effect of induced fermentation on the nutritional value of artificial protein diets fed to honey bees

Através da coleta de pólen, néctar e água as abelhas sociais conseguem suprir as exigências nutricionais para a manutenção da colônia e crescimento das crias. Esses insetos necessitam de reservas de alimento suficientes para atender a seu próprio sustento e das crias em desenvolvimento. Se tiver falta de alimento disponível na natureza, as colmeias enfraquecem. A carência de pólen no campo tem se tornado um grande problema para os apicultores. Uma alimentação artificial que suplemente essa carência ajuda a diminuir as perdas em épocas críticas. Porém, para que essa alimentação seja eficaz tanto quanto a alimentação natural, essas dietas artificiais devem suprir as necessidades nutricionais, e serem palatáveis a essas abelhas. O objetivo do nosso trabalho foi desenvolver e testar, uma dieta que seja o mais próximo possível da realidade dessas abelhas, ou seja, próximo ao Beebread - pão da abelha, em relação à palatabilidade e ao valor nutricional. Os experimentos foram realizados no Apiário Experimental do Departamento de Genética da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto USP com colmeias de abelhas Africanizadas (Apis mellifera). Foi produzido um inóculo fermentado à base dos microrganismos que ocorrem naturalmente no Beebread para que posteriormente pudesse ser usado para fermentar a dieta proteica artificial. Para tal, foram adicionamos 10 gramas de Beebread recém-coletado dos favos de uma colmeia, a 300 mL de xarope de sacarose 50% (v/v) em frasco de vidro, com tampa solta para permitir saída de gás da fermentação. Após 28 dias de armazenamento em estufa (35ºC), notou-se o surgimento de várias bolhas na superfície, indicando a produção do gás carbônico. Para os testes em laboratório, 100 abelhas recém-emergidas foram coletadas e introduzidas em gaiolas de confinamento, onde foram alimentadas por um período de sete dias com as dietas D1, (controle positivo - mistura de 5 g de Beebread e 4 mL de água), dieta D2 (controle negativo - xarope de sacarose 70%), dieta D3 (Dieta proteica) ou Dieta D4 (Dieta proteica fermentada). A dieta proteica consistiu de 20 g de levedura de cana, 16,7 g de farinha de soja, 43,3 g de farelo de arroz, e 20 g de sacarose. Foram feitas oito repetições desse experimento. Verificamos as taxas de consumo e preferência das dietas D3 e D4, através de medições dos pesos das sobras de cada dieta. A taxa de sobrevivência foi analisada contando-se as abelhas sobreviventes durante o período de 28 dias. Foi retirada amostras de hemolinfa de 20 abelhas confinadas nas gaiolas, para a análise da concentração proteica utilizou-se o método descrito por Bradford e leitura em um espectrofotômetro. Realizamos testes qualitativos através de gel SDS-PAGE corado com Coomassie Brilliant Blue, onde detectamos as bandas das principais proteínas, como a Vitelogenina (Vg) e Lipoforina (Lp). Para testes no campo, foram utilizados seis núcleos padronizados e dispostos em balanças digitais. Dois núcleos foram alimentados durante 60 dias com a dieta D3 e dois núcleos com D4 (100 g por semana); os dois núcleos restantes não receberam alimentação suplementar. Avaliamos mudanças no peso dessas colônias, a área de cria aberta (CA), a área de cria operculada (CO) e o consumo de cada dieta. Para os testes de preferência, foram escolhidos três núcleos, onde as dietas D3 e D4 foram oferecidas simultaneamente (50 g de cada dieta). O peso da sobra dessas dietas foi medido de dois em dois dias e anotado para análises posteriores. Após três dias de alimentação, não havia diferença estatística entre as dietas proteicas comparado ao controle positivo, p=0,809 e p=0,437, respectivamente no parâmetro quantidade de proteína na hemolinfa. Em relação ao controle negativo as duas dietas (D3 e D4) e o controle positivo foram significativamente superiores (p=0,007). Já com sete dias de alimentação, verificou-se que tanto a dieta D3 quanto a dieta D4, foram significativamente inferiores ao controle positivo (p0,001 e p=0,007, respectivamente). A dieta D4 foi significativamente superior à dieta D3 (p=0,021) no parâmetro proteína na hemolinfa. Através da análise da densitometria das bandas do gel, observamos que a Dieta D4 resultou em significativamente mais proteína em relação à Dieta D3 (p=0,0027). Ao observarmos a densitometria das bandas de Lp, verificamos que não houve diferença estatística entre estas duas dietas (p=0,927). A taxa de sobrevivência das abelhas que se alimentaram das dietas D1, D3 e D4 foi significativamente superior à sobrevivência das abelhas alimentadas somente com sacarose (D2), (p0,001). Para este parâmetro não houve diferença significativa entre as dietas artificiais (D3 e D4) e o controle positivo (D1) (p=0,188). O consumo da dieta D4 foi significativamente superior em relação ao consumo da dieta D3 (p=0,002). Em relação à preferência, houve a mesma tendência observada para o consumo (p 0,001). No campo, a dieta D4 foi mais consumida do que à dieta D3 (p0,001). Não encontramos diferenças na preferência para as duas dietas (p=0,850). Verificamos que o núcleo 1, (alimentado com a dieta D3), obteve um aumento não significante em relação a área de CA e CO, p = 0,100. Em relação ao núcleo 2, (alimentado com a dieta D3), notamos um pequeno aumento, porém não significativo (p=0,12) na área total de cria depois dos primeiros 15 dias. Porém mesmo com a alimentação artificial (Dieta D3), houve uma enxameação por abandono. No núcleo 3, (alimentado com a dieta D4), houve um aumento significante, de CA. O núcleo 4, alimentado com a dieta D4, aumentou de peso, sendo necessário passar de núcleo para ninho. No núcleo 5 (grupo controle), houve uma queda brusca de CO no 45º dia para o 60º dia, sendo que esta colônia no final do mapeamento continuou com a mesma quantidade de CO que no início. No núcleo 6 (grupo controle), podemos observar que essa colônia sofreu várias oscilações referente as áreas de cria, porém não houve diferenças no final do experimento. Concluímos que em épocas de escassez alimentar, dietas artificiais proteicas fermentadas, além de serem mais palatáveis as abelhas, aumentam a quantidade de proteína no hemolinfa e a quantidade cria na colmeia.By collecting pollen, nectar and water, social bees are able to take care of their nutritional needs for colony growth and maintenance. Adult bees need sufficient food reserves for their own sustenance and to produce brood. If there is a lack of food in nature, the colonies weaken rapidly. Pollen is their only source of protein, lipids, minerals and vitamins. A lack of pollen in the field is becoming a major problem for beekeepers. An artificial diet supplement can overcome this lack of natural food and help reduce losses during critical periods. However, in order for this type of diet to be as effective as natural food sources, these artificial diets need to supply all nutritional necessities and also be palatable for the bees. Our objective was to develop and test a diet that is as close as possible to the natural food of the bees (beebread) in terms of palatability and nutritional value. It also needed to be of low cost so that the beekeeper could afford to use it in his apiaries. The experiments were conducted with Africanized honey bees (Apis mellifera). An inoculum was prepared from beebread. We added 10 g of recently harvest beebread to 300 mL of 50% (v/v) sucrose syrup in a sterilized glass bottle, that was loosely capped in order to allow the fermentation gasses to escape. After 28 days in an incubator (35ºC), we noted that bubbles had formed on the surface of the diet, indicating CO2 production. The diets were tested in the laboratory in small cages filled with 100 recently emerged adult worker bees. The cages were maintained in a dark incubator at 34ºC during seven days and fed with beebread, sucrose syrup, protein diet, or fermented protein diet. The protein diet consisted of 20 g of cane sugar alcohol yeast, 16.7 g soy flour, 43.3 g rice meal, and 20 g sucrose. Eight repetitions were made for each of these diets. We examined the consumption and preference for the fermented and unfermented protein diets by weighing the unconsumed diet. The survival rate was determined during 28 days in the cages. Hemolymph was collected from 20 bees from each cage for the protein content analysis, using the Bradford assay, with a spectrophotometer. Qualitative analyses were made of the proteins in the hemolymph with an SDS-PAGE gel stained with Coomassie Brilliant Blue; the main comparison was of the storage proteins vitellogenin and lipophorin. Field tests of the diets were made with five frame nucleus colonies maintained on digital scales. The colonies were fed for 60 days on fermented or unfermented protein diet (100 g/week), or no supplement (control). The colony weight, open brood area, sealed brood area and diet consumption were measured. Two colonies were tested for each diet condition. Preference tests were run with the fermented and unfermented protein diets (50 g each) in three nucleus colonies. After feeding for three days, the caged-bee hemolymph protein levels were similar in the comparison between the two protein diets and the beebread diet (p=0.809 and p=0.437). Both artificial diets were superior to sucrose alone (p=0.007). After feeding for seven days, both protein diets were inferior to beebread (p0.001 and p=0.007). However, the fermented diet was superior to the unfermented protein diet (p=0.021). In the analysis of proteins in the protein separation gel, the fermented diet gave more protein than the unfermented protein diet (p=0.0027). The lipophorin levels did not differ in bees fed with the fermented versus unfermented diet (p=0.927). However, the vitellogenin levels were significantly higher in the bees fed the fermented diet. Survival rates were higher for bees fed beebread or either of the protein diets, compared with bees fed only sucrose (p0.001). There was no significant difference in survival for bees fed one of the protein diets compared to beebread (p=0.188). The fermented diet was consumed at a significantly greater rate, compared to the unfermented diet (p=0.002). Preference for these diets followed the same trend (p 0.001). In the field, the fermented diet was consumed at a greater rate (p0.001). However, when side by side comparisons were made in the same colony, the consumption did not differ (p=0.850). One of the colonies fed with the unfermented protein diet had a small, non-significant, increase in open and sealed brood areas (p = 0.100). A second colony fed with the same diet absconded after 15 days. One of the colonies fed with the fermented diet had a significant increase in open brood area. A second colony fed on the same diet grew considerably and had to be transferred to a larger hive. One of the control colonies had a strong reduction in sealed brood from day 45 to 60, ending up with about the same amount as at day 0. The other control colony (no protein supplement) varied considerably in brood area and had about the same amount as at the beginning of the experiment. We conclude that fermented protein diets are more palatable, increase protein levels in the hemolymph and the amount of brood in the colonies