Compositional profile of food supplements for honeybees

Mestrado de dupla diplomação com a Université Libre de TunisHoneybees (Apis mellifera L.) are the main pollinating agents for numerous plants and fruit trees and, hence, play a key role in agriculture and more generally in the maintenance of ecological biodiversity. Like the most of organisms, honeybees need a diverse diet consisting of minerals, carbohydrates (sugars), fats, and amino acids (proteins) to survive and reproduce. An adult honey bees carbohydrate requirement is satisfied by the nectar produced in flowers and also occasionally from extra floral nectarines or honeydew secreted by plant-feeding insects, while, flower pollen is the main source of amino acids, protein building blocks, largely used to feed developing larvae and young bees to provide structural elements of muscles, glands and other tissues. Bee-population declines are linked to nutritional shortages caused by land-use intensification, which reduces diversity and abundance of plant species. Together with the deficiency caused by adverse climatic changes and with the need to reduce colony mortality and particularly to ensure good nutritional/health status of bees in specific production moments, artificial supplementation of honeybee colonies became a major issue in beekeeping, and now is a common and growing practice within Portuguese beekeepers. This practice, in association with the reduced regulation in this area is leading to the proliferation of commercial products based on carbohydrates, protein and other substances of diverse origins and compositions. The impact of these products on hives may enable the beekeeper to remedy colony imbalances resulting from adverse or beekeeping conditions, but also may pose risks to the bee’s health and the bee products quality, depending on the used raw materials and the presence of harmful substances. The present work, inserted within the project ApisCibus - Artificial food for honeybees: quality survey, digestibility and performance on the bee hive, will have as main objective to evaluate the quality of commercial honeybee artificial supplementation through composition analysis of commercial supplements. The quality parameters evaluated are: minerals quantified through atomic absorption spectroscopy, fatty acids analyzed by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS) and amino acids which are analyzed by ultra-performance liquid chromatography coupled with electro spray ionization mass spectrometry (UPLC-ESI-MS). Food supplements that are analyzed are largely used by beekeepers without knowing if they are benefic or not, toxic or not on the health of bees. Furthermore the results of the analysis shows that what is represented on the labels of products could be not exactly the same amounts of the real product inside the package. It shows also that some products may be considered as benefic or as toxic depending on the amount of these micronutrients. To continue this work in order to confirm these hypothesis, in vitro tests could be done on honeybees using these products analyzed in this thesis. Through the obtained results we could observe that the high amount of free amino acids presented in the studied supplements does not necessarily reflect a good source of nutrients, considering that for the bee it is important to have access to a diverse set of amino acids. Bee's nutritional requirements require 10 essential amino acids (Arg, Phe, His, Ile, Leu, Lys, Met, Thr, Trp and Val). The supplement P12 appears as the richest and most balanced, followed by P05. The C08 supplement, although containing an adequate proportion in most amino acids, has an excessive amount of Arg, which may cause adverse effects. Regarding fatty acids, the samples presented several compounds, among which the most abundant were hexanoic acids, 9-octadecenoic acid (oleic acid) and 9,12-octadecadenoic acid (linoleic acid). Although the role of fatty acids in bee nutrition is not yet fully understood, compounds such as linoleic acid, linolenic acid, myristic acid and dodecanoic acid appear to play an important role in inhibiting some microorganisms that affect bees, as Paenibacillus larvae larvae (American foulbrood). For this reason the sample P05 appears as the one with the highest nutritional quality, since it presented a higher number of fatty acids. In the analysis of minerals, it was observed that protein foods are significantly richer in micronutrients. In this work, the most common elements were potassium, sodium, calcium and magnesium, while copper and manganese appeared in some foods in small quantities. Cadmium, often an associated element with heavy metal contamination appeared in only one of the products, P05, but in very small quantities, lead was not detected in any of the supplements. In general, there were discrepancies between the results obtained and the description available on product labels, making clear the need for further quality control of these commercial products.As abelhas melíferas (Apis mellifera L.) são os principais agentes polinizadores de inúmeras plantas e árvores frutíferas e, portanto, desempenham um papel fundamental na agricultura e, de maneira mais geral, na manutenção da biodiversidade ecológica. Como a maioria dos organismos, as abelhas precisam de uma dieta diversificada, composta de minerais, hidratos de carbono, lípidos e aminoácidos (proteínas) para sobreviver e se reproduzir. A necessidade de hidratos de carbono de uma abelha adulta é satisfeita pelo néctar produzido pelas flores e também, ocasionalmente, por meladas segregadas por insetos, enquanto o pólen de flores é a principal fonte de aminoácidos, principais constituintes das proteínas, tendo um papel preponderante no desenvolvimento de larvas e abelhas jovens, fornecendo elementos estruturais de músculos, glândulas e outros tecidos. O declínio das populações de abelhas está ligado à escassez nutricional causada pela agricultura intensiva, que reduz a diversidade e a abundância de espécies de plantas.Juntamente com a deficiência causada por alterações climáticas adversas e com a necessidade de reduzir a mortalidade de colónias, particularmente para garantir um bom estado nutricional/saúde das abelhas, a suplementação artificial de colónias de abelhas tornou-se uma questão importante na apicultura, sendo uma prática comum e crescente entre os apicultores portugueses. Esta prática, associada à escassa regulamentação existente para este tipo de produtos, está a aumentar a oferta comercial destes produtos.O impacto destes produtos nas colmeias pode permitir ao apicultor remediar desequilíbrios existentes nas colónias, resultantes de condições adversas ou de apicultura, mas também pode representar riscos à saúde da abelha e à qualidade dos produtos apícolas, dependendo das matérias-primas usadas e da presença de substâncias nocivas. O presente trabalho, inserido no projeto ApisCibus - Alimentos artificiais para abelhas: levantamento de qualidade, digestibilidade e desempenho sobre a colmeia, teve como objetivo principal avaliar a qualidade de suplementos artificiais de abelhas comerciais através da análise da sua composição química. Os parâmetros de qualidade avaliados foram: minerais, quantificados por espectroscopia de absorção atómica, ácidos gordos, Analisados por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (GC-MS) e aminoácidos analisados por cromatografia líquida de ultra-pressão acoplada à espectrometria de massas por ionização por eletrospray (UPLC- ESIMS). Através dos resultados obtidos pudemos observar que a elevada quantidade de aminoácidos livres apresentada nos suplementos estudados, não reflete necessariamente uma boa fonte de nutrientes, considerando que para a abelha é importante ter acesso a um conjunto de aminoácidos diversificados. As exigências nutricionais da abelha requerem 10 aminoácidos essenciais (Arg, Phe, His, Ile, Leu, Lys, Met, Thr, Trp e Val).O suplemento P12 surge como o mais rico e equilibrado, seguindo-se o P05. O suplemento C08, apesar de conter uma proporção adequada na maioria dos aminoácidos, apresenta uma quantidade excessiva de Arg, o que poderá provocar efeitos adversos. Relativamente aos ácidos gordos, as amostras apresentaram diversos compostos, entre os mais abundantes os ácidos hexanóico, ácido 9-octadecenóico (ácido oleico) e ácido 9,12-octadecadienóico (ácido linoleico). Embora o papel dos ácidos gordos na nutrição das abelhas ainda não seja totalmente compreendido, compostos como o ácido linoleico, ácido linolénico, ácido mirístico e ácido dodecanóico parecem ter um papel importante na inibição de alguns microorganismos que afectam as abelhas, como Paenibacillus larvae larvae (Loque Americana). Por esta razão a amostra P05 surge como a de maior qualidade nutricional, já que apresentou um maior número de ácidos gordos. Na análise dos minerais, observou-se que os alimentos proteicos são significativamente mais ricos em micronutrientes. Neste trabalho, os elementos mais comuns foram o potássio, sódio, cálcio e magnésio, enquanto cobre e o manganês surgiram em alguns alimentos em pequenas quantidades. O cádmio, um elemento associado frequentemente com a contaminação por metais pesados surgiu apenas num dos alimentos, P05, mas em quantidades muito reduzidas, já o chumbo não foi detetado em nenhuma dos suplementos. No geral, verificaram-se discrepâncias entre os resultados obtidos e a descrição disponível nos rótulos dos produtos, tornando-se evidente a necessidade de um maior controlo de qualidade destes produtos comerciais.The author thanks to Programa Apícola Nacional (2017-2019) for the funding to the Apiscibus and to Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) and FEDER inside the Program PT2020 for the finantial support to CIMO (UID/AGR/00690/2019)