< Terug naar vorige pagina

Project

Microbiologische dynamiek en veiligheidsrisico's tijdens het kweken van insecten voor voeding en diervoeder

Eetbare insecten krijgen steeds meer aandacht in westerse landen omwille van hun potentieel als duurzame eiwitbron voor voeding en diervoeders. Insecten worden beschouwd als “minivee” en kunnen potentieel duurzamer geproduceerd worden in vergelijking met traditioneel vee en veevoederingrediënten (bv. sojaschroot en vismeel), terwijl ze toch evenwaardige nutritionele eigenschappen bezitten. Er is echter weinig geweten over de endogene microbiota van industrieel gekweekte insecten en over de microbiologische dynamiek gedurende de kweekfase. Verder zijn de potentiële risico’s die de microbiologische veiligheid van gekweekte insecten kunnen beïnvloeden nog niet in detail onderzocht. In deze doctoraatsthesis werd de microbiota van een aantal gekweekte insecten gekarakteriseerd tijdens de kweekfase en tijdens naoogstbehandelingen op labo-, grote en/of industriële schaal. Daarnaast werden mogelijke microbiologische veiligheidsrisico’s geïdentificeerd door een selectie voedselpathogenen te bestuderen.  

In eerste instantie werd de endogene microbiota van drie verschillende insectensoorten tijdens de kweekfase onderzocht. Larven van de zwarte wapenvlieg (Hermetia illucens), gekweekt voor hun potentieel als diervoederingrediënt, werden bestudeerd tijdens de kweek op vier verschillende locaties: één op laboschaal en drie op grote schaal. Kleine meelwormen (Alphitobius diaperinus) en bandkrekels (Gryllodes sigillatus) werden bestudeerd tijdens een kweekcyclus op industriële schaal voor humane consumptie. Voor de drie insectensoorten werden stalen genomen van de insecten, van de substraten voor toevoeging aan de kweek, en van de residuen (bestaande uit niet-geconsumeerd substraat, uitwerpselen en vervellingshuiden). De intrinsieke parameters, microbiële aantallen (via plaattellingen) en bacteriële gemeenschap (door sequenering van het 16S rRNA gen via het Illumina platform) van deze stalen werden geanalyseerd. Voor elk van de onderzochte insectensoorten werd een groot aantal van de bacteriële soorten, die gevonden werden in de insecten, ook teruggevonden in de substraten (hoewel vaak in erg verschillende relatieve abundanties). Het substraat bleek dus een belangrijke bron te zijn van bacteriën voor de microbiota van het insect. Toch verschilden zowel de microbiële aantallen als de bacteriële gemeenschappen sterk tussen substraten en insecten, voornamelijk voor kleine meelwormen en zwarte wapenvlieglarven. Zwarte wapenvlieglarven gekweekt op verschillende reststromen en op verschillende locaties verschilden ook sterk in larvale bacteriële gemeenschap. De bacteriële gemeenschap van insecten bleek dus niet zomaar een weerspiegeling van die van het substraat te zijn, maar was waarschijnlijk het resultaat van een selectief proces dat bepaalt welke bacteriën de darm kunnen koloniseren. Zo werd ook vastgesteld voor de kleine meelworm dat het enkele weken duurde vooraleer een stabiele bacteriële gemeenschap ontwikkeld werd. Echter, voor alle onderzochte insectensoorten werden bacteriële genera waargenomen die ook werden waargenomen in andere kweekcycli (voor de zwarte wapenvlieg) en/of in de literatuur. Hoewel meer onderzoek nodig is, zou de hypothese gesteld kunnen worden dat er tijdens de kweek een selectieproces plaatsvindt dat bepaalde bacteriële soorten of genera begunstigt. Deze zouden dan mogelijks zelfs een functionele rol kunnen vervullen in de insectendarm.

Stalen van de zwarte wapenvlieglarven, kleine meelwormen en bandkrekels gekweekt in externe kwekerijen op grote en/of industriële schaal werden ook onderzocht voor de aanwezigheid van een selectie van vier voedselpathogenen. Listeria monocytogenes en coagulase-positieve staphylococci werden nooit gedetecteerd in deze studie. Vermoedelijke Bacillus cereus-kolonies en Salmonella sp. werden tevens niet gedetecteerd in de kweek van de kleine meelworm of bandkrekel. Voor de kweek van de zwarte wapenvlieg daarentegen, werden deze laatste twee voedselpathogenen wel gedetecteerd. Meer specifiek werd Salmonella sp. gedetecteerd (aanwezig in 25 g) in het residu van één externe kwekerij, terwijl B. cereus gedetecteerd werd in één residustaal (200 kve/g) van een tweede kwekerij, en in alle residu- en larvenstalen van een derde kwekerij (aantallen tot 3.8 log kve/g). Dat toont aan dat bijzondere aandacht nodig is voor deze pathogenen wanneer zwarte wapenvlieglarven gebruikt worden in diervoeder. Microbiologische monitoring van de substraten die gevoederd worden aan insecten kan een belangrijke rol spelen in het bewaken van microbiologische veiligheid. Met betrekking tot die hypothese werd ook nagegaan of het mogelijk is dat voedselpathogenen die in het substraat aanwezig zijn, opgenomen worden door de insecten (horizontale transmissie). Dat werd onderzocht voor de casus waarbij Salmonella sp. aanwezig was in tarwezemelen en waarbij transmissie naar gele meelwormen (Tenebrio molitor) werd bestudeerd. Tarwezemelen, geplaatst in kweekcontainers op laboschaal, werden daarvoor artificieel gecontamineerd met Salmonella sp. in verschillende contaminatieniveaus. Na zeven dagen werd de aanwezigheid van Salmonella sp. in zowel de tarwezemelen als in de larven opnieuw nagegaan. Uit de resultaten bleek dat Salmonella sp. aanwezig bleef in de tarwezemelen gedurende zeven dagen wanneer larven afwezig waren, maar dat het aantal gereduceerd werd in aanwezigheid van de larven. De larven zelf waren besmet met Salmonella sp. op dag 1, maar voor het laagste contaminatieniveau in de zemelen (2 log kve/g) werd geen Salmonella sp. meer gedetecteerd in de larven op dag 7. Dat suggereert dat het risico op aanwezigheid van Salmonella sp. in meelwormen afhangt van het contaminatieniveau in de zemelen. De studie toont echter wel aan dat meelwormen gecontamineerd kunnen worden wanneer Salmonella sp. aanwezig is in het substraat. Controle op de aanwezigheid van deze pathogeen in de zemelen bij levering in de kwekerij en in de meelwormen na oogst is dus aangewezen.

Nadat insecten geoogst worden, kunnen ze een variatie aan naoogstbehandelingen ondergaan zoals spoelen, uitvasten (om de darm te legen), en hittebehandelingen. Voor de gele meelworm werd de invloed van spoelen en uitvasten in detail onderzocht. Uit die studie bleek dat noch spoelen, noch uitvasten, noch een combinatie van beide behandelingen de microbiologische kwaliteit verbeterde door de microbiële aantallen in de larven te reduceren. Uitvasten had ook geen substantiële invloed op samenstelling van de bacteriële gemeenschap. Deze behandelingen blijken dus overbodig te zijn vanuit een microbiologisch oogpunt.

Als naoogstbehandeling na de kweek van de kleine meelworm en de bandkrekel voor humane consumptie, werd in beide gevallen een hittebehandeling toegepast. Voor beide insecten bleek deze behandeling de meeste microbiële kiemgetallen te reduceren. Hoewel dit niet onderzocht werd voor de zwarte wapenvlieg, wordt ook hier aangeraden om een hittebehandeling of een andere decontaminatietechnologie toe te passen zodat potentieel aanwezige voedselpathogenen geëlimineerd worden. Bacteriële endosporen bleken echter weinig tot niet gereduceerd te worden door de hittebehandelingen uitgevoerd op de kleine meelworm en bandkrekel. Bacteriesporen zijn vaak in hoge aantallen aanwezig in insecten. In deze doctoraatsthesis werden zelfs aantallen tot 7,5 log kve/g geobserveerd. Aan kwekers wordt dus geadviseerd om de toegepaste hittebehandelingen te valideren zodat bacteriesporen gereduceerd worden, hoewel voor deze pathogeen in de wetgeving nog geen microbiologisch criterium bestaat. Gezien vermoedelijke B. cereus werd gedetecteerd in zwarte wapenvlieglarven in onze studie, alsook in andere insecten in de literatuur, is het van groot belang dat de aanwezigheid van (sporen van) deze bacteriesoort bepaald wordt.

Deze doctoraatsthesis verschaft basisinzicht in de microbiota van enkele industrieel gekweekte insectensoorten. De resultaten suggereren dat een goede beheersing van de microbiologische contaminaties in het substraat, alsook een goede validatie van sporendode naoogstbehandelingen, belangrijke aandachtspunten zijn bij het ontwikkelen van goede hygiënepraktijken voor de sector. Voortbouwend op dit werk, richt verder onderzoek zich best (1) op de microbiologische veiligheid van (nu nog niet toegelaten) substraten die gevoederd worden aan insecten, zodat in de toekomst mogelijks meer substraten kunnen toegelaten worden, (2) op de variatie in de microbiota bij herhaling van kweekcycli in iedentieke of variërende omstandigheden, (3) op het uitdiepen van de mycoflora, (4) op nog niet bestudeerde invloedsfactoren zoals de “huisflora” in een kwekerij, (5) op de transmissie van andere voedselpathogenen, zoals B. cereus, naar meelwormen maar ook andere insectensoorten om op die manier waardevolle risico-analyses te verkijgen per pathogeen-insect-combinatie, (6) op het ontwikkelen van sporenreducerende behandelingen voor de insecten en het voorkomen van kieming van sporen en uitgroei van vegetatieve cellen in de eindproducten, en (7) op decontaminatietechnieken voor het residu die nieuwe toepassingen ervan zullen toelaten.

Datum:18 sep 2015 →  16 mei 2019
Trefwoorden:Food microbiology, Insect rearing
Disciplines:Microbiologie, Systeembiologie, Laboratoriumgeneeskunde, Engineering van biomaterialen, Biologische systeemtechnologie, Biomateriaal engineering, Biomechanische ingenieurswetenschappen, Andere (bio)medische ingenieurswetenschappen, Milieu ingenieurswetenschappen en biotechnologie, Industriële biotechnologie, Andere biotechnologie, bio-en biosysteem ingenieurswetenschappen
Project type:PhD project