Comparaison de différentes techniques de
prétraitement et de séchage sur la charge microbienne,
les caractéristiques physicochimiques et nutritionnelles
des larves de mouches soldats noires (Hermetia
illucens) comme aliment alternatif pour l'alimentation
animale.
Mémoire
M'ballou Cisse
Maîtrise en sciences animales - avec mémoire
Maître ès sciences (M. Sc.)
Québec, Canada
Comparaison de différentes techniques de prétraitement et de séchage sur
la charge microbienne, les caractéristiques physicochimiques et
nutritionnelles des larves de mouches soldats noires (Hermetia
illucens) comme aliment alternatif pour l’alimentation
animale.
Mémoire
M’ballou Cissé
Sous la direction de :
Linda Saucier, directrice de recherche
ii
Résumé
Les larves de mouches soldat noires (Hermetia illucens, HI) sont une source alternative de protéines et d’énergie pour l’alimentation du bétail. De nombreux aspects liés à l’optimisation des procédés de transformation pour assurer l’innocuité, la conservation et la qualité nutritionnelle de ce nouvel ingrédient sont cependant encore peu connus. Cette étude vise à optimiser les techniques de conditionnement et de séchage des larves pour réduire efficacement leur contenu en eau et leur charge microbienne, afin d’établir les paramètres de transformation en une farine de larves respectant les exigences de l’Agence canadienne
d’inspection des aliments, tout en minimisant les impacts négatifs sur la qualité
nutritionnelle. Après 10 jours d’alimentation sur une diète de contrôle Gainesville à 27 °C et 70 % d’humidité, les larves de mouches HI ont été récoltées par immersion, rincées à l’eau stérile, emballées sous vide pour être congelées, et ainsi euthanasiées, à -40 °C (n=3 productions). Après décongélation, des aliquotes de 30g/traitement (n= 3) ont été prétraitées, ou non, par blanchiment (100 °C/40 s), ébouillantage (100 °C/2, 4, 6 et 8 min) ou perforées mécaniquement avant d’être séchées à air chaud (60 °C) ou lyophilisées (40 °C) jusqu’à une activité de l’eau finale ≤ 0,3 pour la farine de larve. La qualité microbiologique des larves a été évaluée par dénombrement incluant les aérobes mésophiles totaux (AMT), Pseudomonas spp., Listeria spp., les bactéries lactiques présomptives, les entérobactéries et les coliformes. L’impact des techniques de séchage sur les propriétés physicochimiques et nutritionnelles a été déterminé par la couleur (L*, a*, b*, ∆E), le pH des larves avant et après transformation, l’oxydation des lipides (TBARS, Xylénol Orange) ainsi que la teneur en lipides et en protéines. Nos analyses ont montré que la contamination initiale des larves en AMT (9 log ufc/g de larves fraîches sur base sèche) pouvait être réduite de l’ordre de 3 à 4 log ufc/g après prétraitement suivi d’un séchage à air chaud (60 °C). L’ébouillantage pendant 4 min à 100 °C suivi d’un séchage à l’air chaud à 60 °C pendant 6 h se sont avérés être les paramètres à suivre pour un traitement optimal. La présence d’une cuticule recouverte de cires, qui réduit la déshydratation chez les larves vivantes, pourrait bien constituer un frein notable à l’évaporation lors du séchage.
Mots clés : larves de mouches soldats noires, ébouillantage, séchage à air chaud,
iii
Abstract
Black soldier fly larvae (Hermetia illucens; BSFL) are an alternative source of protein and energy for livestock feeding. Many aspects related to process optimization to ensure the safety, conservation and nutritional quality of this new ingredient are still unknown. The presence of a wax-coated cuticle, to reduce drying of the larvae, constitutes a barrier to evaporation. The purpose of this study was to optimize larval conditioning and drying techniques to effectively reduce their water content and microbial load in order to establish the processing parameters into larval meal required by the Canadian Food Inspection Agency while minimizing negative impacts on nutritional quality. After 10 days of feeding on a Gainesville control diet at 27 ℃ and 70% moisture, BSFL were collected by sieving, they were rinsed with sterile water, packaged under vacuum, frozen at -40 °C (n=3 replicates). After thawing, aliquots of 30 g/treatment (n=3) were pretreated, or not, by blanching (100 °C for 40 s), boiling (100 °C for 2, 4, 6 or 8 min) or mechanically perforated before being hot-air dried (60 °C) or freeze-dried (40 °C) until a final water activity ≤ 0.3 was obtained for the larval meal. The microbiological quality of the larvae was assessed by enumeration of total aerobic mesophilic (AMT), Pseudomonas spp., Listeria spp., presumptive lactic acid bacteria, Enterobacteriaceae and coliforms. The impact of drying techniques on physicochemical and nutritional properties have been evaluated using colour (L*, a*, b*), larval pH before and after processing, lipid oxidation (xylenol orange, TBARS) and proximal composition including lipid and protein levels. The results demonstrate that the initial larvae contamination (9 log CFU/g AMT of fresh larvae on dry basis) was reduced by 3 to 4 log CFU/g after a pre-treatment followed by hot air drying (60 °C); 4 min boiling at 100 °C followed by hot air drying at 60 °C for 6 h was found to be the optimal treatment parameter.
Key words: black soldier fly larvae, processing boiling, drying, freeze drying, nutritional
iv
Table des matières
Résumé ... ii
Abstract ... iii
Table des matières ... iv
Liste des tableaux... viii
Liste des abréviations, sigles, acronymes... x
Remerciements ... xi
Avant-propos ... xiii
Introduction ... 1
Chapitre I : Revue de la littérature ... 2
1.1. Besoins en aliments alternatifs pour les animaux d’élevage monogastriques ... 2
1.2. Le gaspillage alimentaire et la gestion des matières organiques résiduelles ... 3
1.3. La mouche soldat noire comme aliment alternatif pour les animaux ... 4
1.4. L'espèce ... 4
1.5. Qualité nutritionnelle des larves ... 6
1.5.1. Composition proximale ... 6
1.6. Production de mouches soldats noires ... 8
1.6.1. L'industrie... 8
1.6.2. Cadre réglementaire et normes de salubrité des aliments ... 10
1.6.3. Écologie microbienne associée aux larves d’insectes ... 12
1.6.4. Écologie microbienne de l’habitat naturel de la larve de mouche soldat noire et du substrat de production ... 13
1.6.5. Les larves dans leur habitat nature, en conditions d’élevage ... 14
1.6.6. Risques sanitaires liés à l’introduction de larves d’insectes dans l’alimentation animale ... 14
v 1.7.1. Décontamination... 16 1.7.2. Blanchiment ... 17 1.7.3. L'ébouillantage ... 17 1.7.4. Procédés de séchage ... 18 1.7.4.1. Lyophilisation ... 18
1.7.4.2. Séchage à air chaud ... 20
1.8. Efficacité dans le contrôle des agents pathogènes ... 21
1.8.1. Procédés de réduction de charge microbienne ... 21
1.8.2. Impact sur la qualité des larves ... 23
1.8.3. Procédés de lyophilisation ... 24
1.8.4. Influence sur la qualité du produit ... 25
1.9. L’oxydation des lipides ... 25
1.9.1. Méthode du xylénol orange-oxydation ferreux (FOX) ... 27
1.9.2. Méthode TBARS ... 27 1.10. Couleur ... 28 1.11. Broyage ... 28 1.12. Entreposage ... 29 2.1. Problématique ... 30 2.1.1. Pression réglementaire ... 30
2.1.2. Difficultés liées au séchage ... 31
2.2. Hypothèse ... 32
2.3. Objectif principal ... 32
2.3.1. Objectifs spécifiques ... 32
Chapitre III : Transformation des larves de mouches soldats noires pour l’alimentation animale ... 33
vi
3.1. Matériel et méthodes ... 33
3.1.1. Design expérimental ... 33
3.2. Matériel biologique ... 35
3.3. Optimisation du procédé de décontamination ... 35
3.3.1. Optimisation du procédé de séchage ... 36
3.4. Mesure de la teneur en eau ... 36
3.5. Paramètre de lyophilisation ... 37
3.6. Paramètres de séchage à air chaud ... 37
3.7. Préparation des farines d'insectes ... 37
3.8. Mesure de la couleur ... 38
3.9. Activité de l’eau (aW) ... 38
3.10. Mesure du pH ... 38
3.11. Matières sèches analytiques et cendres ... 39
3.12. Analyse des lipides et protéines brutes ... 39
3.13. Oxydation des lipides ... 40
3.13.1. Méthode TBARS ... 41
3.14. Analyses microbiologiques ... 42
3.15. Entreposage ... 43
3.16 Analyse statistique ... 44
3.17 Résultats ... 44
3.17.1. Caractérisation initiale (avant déshydratation) des larves de mouches soldats noires 44 3.17.1.1. Propriétés physicochimiques et nutritionnelles ... 44
3.17.1.2. Aspects microbiologiques avant déshydratation ... 45
vii
3.17.3. Qualité des larves après la déshydratation ... 51
3.17.3.1. Propriétés physicochimiques et nutritionnelles ... 51
3.17.3.2. Qualité microbiologique des larves après séchage ... 52
3.17.3.3. Impact global de la transformation sur la qualité et l'innocuité des larves ... 52
3.18. Entreposage ... 59
3.18.1. Propriétés physicochimiques et nutritionnelles ... 59
3.16. Discussion ... 62
3.18.1. Caractérisation initiale (avant déshydratation) de larves de mouches soldats noires ... 62
3.18.1.1. Propriétés physicochimiques et nutritionnelles ... 62
3.18.1.2. Qualité microbiologique ... 63
3.18.2. Courbes de séchage ... 64
3.18.3. Qualité des larves après la déshydratation ... 65
3.18.3.1 Propriétés physicochimiques et nutritionnelles ... 65
3.18.3.2 Qualité microbiologique après séchage ... 69
3.19. Essai d’entreposage ... 71
3.19.1. Propriétés physicochimiques et nutritionnelles ... 71
3.19.1.2. Qualité microbiologique après 30 jours d’entreposage à température pièce 71 Conclusion générale ... 73
Bibliographie ... 74
viii
Liste des tableaux
Tableau 1.1. Protéines et matières grasses brutes dans différentes sources de protéines ... 7 Tableau 1.2. Profil d'acides aminés essentiels de quatre espèces d'insectes et quelques
ingrédients utilisés dans l'alimentation animale ... 8 Tableau 1.3. Profil d'acides gras de quatre insectes sélectionnés pour l'alimentation des
animaux d'élevage ... 8 Tableau 3.1. Propriétés physicochimiques des larves de mouches soldats noires après
prétraitement ... 46 Tableau 3.2. Dénombrement microbien (log ufc/ g) des larves de mouches soldats noires
non traitées et après prétraitement ... 47 Tableau 3.3. Temps optimaux de séchage, réduction du temps de séchage et teneur en eau
des larves selon la méthode de séchage. ... 50 Tableau 3.4. Propriétés physicochimiques et nutritionnelles des larves de mouches soldats
noires après séchage à air chaud (60 ℃; x/x0 < 0,1) ... 54 Tableau 3.5. Propriétés physicochimiques et nutritionnelles (%, base sèche) des larves de
mouches soldats noires après séchage par lyophilisation (40 ℃; x/x0 < 0,1) ... 55 Tableau 3.6. Dénombrement microbien (log ufc/ g des larves de mouches soldats noires
prétraitées après séchage à air chaud ... 56 Tableau 3.7. Dénombrement microbien (log ufc/ g) des larves de mouches soldats noires
prétraitées après lyophilisation. ... 57 Tableau 3.8. Différentes valeur-p entre les prétraitements (p) et le séchage (s) des larves de
mouches soldats noires prétraitées et séchées pour les propriétés physicochimiques et nutritionnelles. ... 58 Tableau 3.9. Différentes valeur-p entre les prétraitements (p) et le séchage (s) des larves de
mouches soldats noires prétraitées et séchées pour les comptes microbiens. ... 58 Tableau 3.10. Propriétés physicochimiques des larves de mouches soldats noires
décongelées, ébouillantées 4 min et séchées à air chaud (60 ℃) après 30 jours
d'entreposage à température pièce (21 ℃). ... 59 Tableau 3.11. Dénombrement microbien (log ufc/ g) sur les larves de mouches soldats
noires décongelées, ébouillantées 4 min et séchées à air chaud (60 ℃) pendant un entreposage à température pièce (21 ℃) de 30 jours... 61
ix
Liste des figures
Figure 1.1. Protocole expérimental pour la transformation des larves de mouches soldats noires ... 34 Figure 3.1. Courbe de séchage à air chaud (60 ℃) des larves d mouches soldats noires selon les prétraitements appliqués. Ébouil. = ébouillantées. ... 49 Figure 3.2. Courbe de séchage par lyophilisation des larves de mouches soldats noires selon les prétraitements. ... 49 Figure 3.3. Impact global du prétraitement et du séchage sur l'oxydation secondaire des larves. ... 67 Figure 3.4. Changement de couleur des larves selon le prétraitement et les méthodes de séchage. ... 68
x
Liste des abréviations, sigles, acronymes
ACIA Agence canadienne d’inspection des aliments AMT Aerobes mésophiles totaux
ANOVA Analyse de variance aW Activité de l’eau
CIE Commission internationale de l'éclairage
FAO Organisation des Nations unies pour l’alimentation et l’agriculture FDA Administration des aliments et des médicaments
g Gramme
g/kg Gramme/ kilogramme kg Kilogramme
LAB Bactéries lactiques
Log Logarithme
MAPAQ Ministère de l'agriculture, des pêcheries et de l'alimentation de Québec MDA Malonaldehyde
oC Degré Celsius
T Température
t Temps
ufc Unité formant une colonie
X Teneur en eau finale (g d'eau/g de matières sèches) X/Xo Teneur en eau sans dimension en base sèche Xo Teneur en eau initiale
MS Matières sèches
FOX Orange-ferrous oxidation TBA Acide thiobarbiturique
TBARS Thiobarbituric Acid Reactive Substances (substances réactives à l’acide thiobarbiturique) eq. Équivalent HPC Hydroperoxyde de Cumène Kp Facteur de conversion h Heure nmol Nanomole s Seconde min Minute j Jour
xi
Remerciements
Le mérite de ce travail, je le dois à l’ensemble du Département de sciences animales de l’Université Laval, en particulier mes directrices et mon directeur de recherche, les professeurs Linda Saucier, Cristina Ratti et Grant W. Vandenberg pour leur disponibilité, leur soutien moral et leur volonté de former. Sans leur contribution, il m’aurait été difficile de produire un tel document. Je dois également le mérite de ce travail au Programme
canadien de bourses de la francophonie (PCBF) pour le soutien financier et moral qu’ils
n’ont cessé de m'apporter durant mon séjour au Canada. Nos remerciements vont également à l’endroit de Monsieur Youssouf Sidimé, directeur général de l’Institut supérieur des sciences et de médecine vétérinaire de Dalaba, pour son soutien inlassable. Nous remercions du fond du cœur le programme Innov’Action agroalimentaire, "un programme issu de
l’accord cultivons l’avenir 2 conclu entre le ministre de l’Agriculture, des Pêcheries et de l’Alimentation du Québec, et Agriculture et agroalimentaire Canada" pour son aide
financière.
Je remercie spécialement mes amis et collaborateurs qui m'ont soutenu moralement tout au long de ma formation ici à Québec dans le grand froid qui me paraissait invivable au début et dans la rédaction de ce mémoire. Il s’agit de Monsieur Mohamed Lamine Dioubaté (docteur en administration, évaluation en éducation à la Faculté des Sciences de l’éducation de l’Université Laval) et de son épouse Kadiatou Keita, Dr Daouda Koman, enseignant chercheur au département de sociologie à l’université général Lansana Conté de Sonfonia, messieurs Mohamed Salif Condé, Moussa Doumbouya et Ibrahima Sory Bangoura ; nos collègues du Ministère des pêches, de l’aquaculture et de l’économie maritime de la République de Guinée plus particulièrement ceux de la direction nationale de la pisciculture ; je remercie spécialement monsieur Fodé Mohamed Sankhon et monsieur Amara Mickael Sylla, Directeur du Bureau stratégique de développement et assistant du directeur des ressources humaines du Ministère des Pêches, de l'Aquaculture et de l'Économie Maritime.
Je tiens également à remercier toutes les personnes sans lesquelles ce projet n’aurait pas pu se réaliser : Dr Marie-Hélène Deschamps, Yolaine Lebeuf, Frédéric Prayal, Dominic Gagné, Dr Amenan Prisca Koné qui ont eu l’amabilité de me lire et d’apporter les critiques
xii
nécessaires à l’avancement de ce mémoire. Je remercie aussi tous les étudiants du laboratoire du Prof. Grant W. Vandenberg et M. Piterson Florendin pour leur soutien. Un grand merci aux techniciennes du laboratoire du Département de sciences animales.
Je voudrais adresser mes sincères remerciements à mes chers parents. Mon bien aimé feu Père Elhadj Amara Cissé, ma feue belle-mère Hadja Aminata Camara et mon adorable mère Hadja Adama Sylla pour les efforts consentis à notre éducation. À mes beaux-parents : Sékou Camara, feu Maciré Traoré, Hadja Nantènin Sidibé, Sékouba Traoré, Moussa Sékou Camara et Alama Camara, Siraman Camara, Salématou Bangoura. Que ma chère jumelle madame Aïssatou Cissé et ses enfants Daouda et Aicha Sylla, ma tante Amy Kaba et mes frères et sœurs de toute la famille Cissé y trouvent mon infinie reconnaissance pour leur soutien moral et financier.
Mes remerciements vont aussi à l’endroit de mon époux monsieur Sékouba Camara et notre fils Sékou Camara qui ont priorisé ma formation en me laissant poursuivre mes études au Canada. Leur patience à supporter mon absence pour les deux ans de ma formation m'a tellement marqué que je manque de mots pour les remercier. Qu’ils en soient sincèrement remerciés.
xiii
Avant-propos
La population mondiale ne cesse d’augmenter. Les estimations de l’organisation des Nations unies (ONU) font état de 9 milliards d’individus à l’horizon de 2050 (Damon, J. 2003). Pour faire face aux besoins nutritionnels de cette population, la production alimentaire actuelle devra doubler. Les filières de productions de viandes suscitent aujourd’hui de plus en plus d’inquiétudes quant à leur impact sur l’environnement et la vie sur terre. Revoir nos façons de produire et nos habitudes alimentaires s’impose à l’aube de ce millénaire comme le moyen le plus efficace pour améliorer la sécurité alimentaire. À cet effet, l’utilisation des insectes comestibles dans l’alimentation des humains et des animaux s’est avérée une franche opportunité de lier les connaissances antérieures traditionnelles sur les insectes collectés dans la nature et celles de la science moderne sur la production de masse non seulement dans les pays en développement, mais aussi ceux développés. Ce programme de recherche sur les sources alternatives de protéine est né de l’initiative du Prof. Grant W. Vandenberg de la Faculté des sciences de l’agriculture et de l’alimentation (FSAA) de l’Université Laval a été réalisé grâce à un financement du programme de soutien à l’Innov’action agroalimentaire, un programme issu de l’accord du cadre Cultivons l’avenir conclu entre le ministère de l’Agriculture, des Pêcheries et de l’Alimentation, et Agriculture et Agroalimentaire Canada. Ce mémoire de maîtrise est issu de cette programmation scientifique. Il comporte une introduction générale qui en fait la mise en contexte, et quatre chapitres. Le premier chapitre correspond à la revue de la littérature en rapport avec la production et la transformation des larves de mouches, les différentes méthodes de transformation et de décontamination des larves. Le deuxième est structuré comme suit : la problématique, l’hypothèse de recherche, l’objectif général et les objectifs spécifiques. Le troisième chapitre parle de la transformation des larves de mouches soldats noires pour l’alimentation animale. Il contient le matériel et les méthodes utilisés dans la réalisation de ce projet. Viennent ensuite les résultats, la discussion et une conclusion générale. Ce mémoire jette les bases sur la production et la transformation des insectes et devrait servir à l’industrialisation de ce nouvel ingrédient à grande échelle.
1
Introduction
Plusieurs recherches réalisées ces dernières années ont décrit les risques éventuels et les avantages liés à l’introduction des insectes, en particulier les diptères (mouches domestiques et mouches soldats noires), dans l'alimentation animale (Van Huis et al., 2013 ; Van Huis et al., 2015 ; ANSES, 2015). Par exemple, la présence de certains microorganismes dans les larves de mouches (Escherichia coli, Salmonella, Staphylococcus et les moisissures) pourrait causer des infections intestinales chez les humains et animaux (Lee et al., 1995) suite à la consommation de tissus de larves contaminés. Cependant, ces auteurs précisent que leurs expériences n’ont pas couvert les impacts que ces microorganismes peuvent avoir sur les performances zootechniques des animaux d’élevage. La préservation de la qualité des aliments pour le bétail et le maintien palatabilité de même que leurs propriétés fonctionnelles et nutritionnelles demeurent également des préoccupations majeures de l’industrie alimentaire (Van Huis, 2013). Rares sont les études qui ont porté sur l’oxydation des lipides contenus dans les aliments à base d’insectes ou de leurs larves. Dans les années 80, des travaux américains ont démontré que les procédés thermiques utilisés dans la transformation des larves peuvent détériorer, à différents degrés, les lipides qui les composent (Frankel, 1980). Ces procédés peuvent à la fois causer l’oxydation des lipides susceptible de changer leurs odeurs et leurs saveurs, mais aussi de diminuer leur qualité nutritionnelle et leur innocuité (Frankel, 1980). La nécessité de choisir une technique de transformation optimale qui réduirait les risques sanitaires et permettrait de contrôler la détérioration des lipides s’impose (ANSES, 2015). Plusieurs procédés thermiques sont actuellement disponibles dans l’industrie agroalimentaire, mais certains d’entre eux peuvent affecter la qualité des produits (Caparros Megido et al., 2015). Parmi les plus prometteurs pour les larves de mouches mentionnons la pasteurisation à chaud (De Roux, 1994), le séchage par lyophilisation et à l’air chaud (Vandenweyer et al., 2017). Ceux-ci visent à éliminer l’eau et/ou à réduire la prolifération microbienne dans les produits pour en permettre la stabilisation et un entreposage de longue durée (Brochu et al., 1994). Les séchages par lyophilisation et à air chaud ont été appliqués aux larves de mouches soldats noires dans ce projet de recherche.
2
Chapitre I : Revue de la littérature
1.1. Besoins en aliments alternatifs pour les animaux d’élevage
monogastriques
La production mondiale d’aliments pour animaux était estimée à 870 millions de tonnes en 2011 avec un revenu généré par la fabrication et la commercialisation aux environs de 350 milliards de dollars US (Van Huis et al., 2013). Avec un doublement attendu de la production de viande (200 millions de tonnes entre 2010 et 2050) en raison de l’augmentation mondiale de la population et de la demande accrue en protéines, la production d’aliments devrait augmenter de 70 pour cent afin de couvrir le besoin alimentaire du bétail (volaille, porc et bœuf) en 2050 (IFIF, 2012). Le secteur de l’élevage utilise principalement les farines de céréales et animales pour l’alimentation des animaux (Brillant, 2016). L’alimentation classique des monogastriques est basée sur des sources en protéines végétales, céréalières (orge, maïs) et animales (farines de poissons et de viande, farine de plumes, farine de sang, gras de poulet, etc.) de haute qualité (Purschke et al., 2018).
Ces dernières décennies ont été marquées par de fortes flambées des prix des denrées alimentaires et elles ont entraîné une augmentation du nombre de personnes affligées par la famine et la malnutrition révélant ainsi la fragilité du système alimentaire mondial. La pénurie alimentaire constitue une menace planétaire à l’horizon de 2050. Les sources d’aliments (céréales et végétaux) pour animaux peuvent être redirigées vers l’alimentation humaine et ouvre la voie à d’autres sources de protéines novatrices dans les aliments pour le bétail, telles que les produits à base d’insectes moins chers, écoresponsables et durables (Sauvant, 2005; FAO et IFIF, 2013). Les difficultés liées à l’approvisionnement de ces produits classiques (farine maïs et de soja), la rareté de la farine de poissons et celle des terres disponibles pour l’élevage ont engendré une forte demande en protéines animales et justifie l’intérêt pour l’utilisation d'insectes comme source alternative de protéines dans l’alimentation des animaux d’élevage (Lee et al., 2003; FayazBhat et al., 2011). L’introduction des produits à base d’insectes contribue à l’élaboration d’une ration journalière équilibrée, suffisante en protéines, acides aminés essentiels, lipides et en micronutriments, vitamines et minéraux, qui répondent aux besoins de croissance du bétail.
3
Elle permettra aussi de réduire les coûts liés à la culture des surfaces fourragères qui constitut un tiers des terres cultivables (FAO, 2015).
Les insectes ou leurs produits seraient également une source de vitamines, minéraux et autres nutriments précieux qui peuvent contenir, par exemple, un taux de thiamine variant entre 0,1-0,4 mg par 100 g de matières sèches (MS) et de riboflavine compris entre 0,11 et 0,8 mg par 100 g de MS, nettement supérieurs à celui des sources classiques de protéines telles que : le bœuf dont le taux de riboflavine varie entre 0,2-0,3 mg par 100 g, les grains de soja avec 0,2 mg par 100g de MS (Ramos Bukkens, 1997; Elourdy et al., 2002; Finke, 2002; Bukkens et Paoletti, 2005; Van Huis et al., 2013).
1.2. Le gaspillage alimentaire et la gestion des matières organiques
résiduelles
Les données de la FAO (2013) indiquent que près du tiers des fruits et légumes, viandes et poissons, céréales, aliments transformés est perdu ou gaspillé. La FAO conclut que ce gaspillage augmentera la demande mondiale en denrées alimentaires à près de 70% d’ici 35 ans (FAO, 2013). Le Canada n’est pas épargné par ce gaspillage. Au Québec, les denrées alimentaires perdues dans cette province et qui pourraient être consommées si elles avaient été mieux valorisées représentent près de 2 Mt (Statistiques Canada, 2015). Cette perte de denrées pourrait avoir des conséquences environnementales, sociales et économiques. Face à cette situation, l’entotechnologie reste l’une des solutions idoines de valorisation matières organiques résiduelles de façon non seulement durable, mais aussi écologique (Sheppard et al., 1994; Diener et al., 2009). Le choix des insectes dans ce processus s’explique par le fait qu’ils se nourrissent d’un large éventail de matières organiques et offrent des bioproduits variés (protéine, huile, compost, chitine, enzymes, antimicrobiens) importants tant pour les marchés agroalimentaires, médicaux, pharmacologiques qu’énergétiques (MDDELCC, 2016). Dussault, 2017 a montré que la production de masse des mouches soldats noires est une réelle opportunité pour lutter contre le gaspillage alimentaire et un moyen efficace de valorisation des matières organiques de manière durable et écoresponsable. Cette espèce est connue pour son efficacité à réduire des matières organiques résiduelles. Pour environ 2 kg d'aliments, il est possible de produire 1 kg de larves ou 1 kg d’œufs de mouches soldats noires
4
peut générer en moyenne 10 tonnes de larves vivantes qui permettraient d’éliminer entre 40 à 50 tonnes de déchets alimentaires (Dussault, 2017).
1.3. La mouche soldat noire comme aliment alternatif pour les animaux
Quoique la production d’insectes pour l’alimentation animale soit très ancienne dans certaines régions du monde, notamment en Afrique et en Asie, elle est récente dans les pays occidentaux et son utilisation dans l'alimentation du bétail y est en émergence (Van Huis et al., 2015). Il existerait, potentiellement, près de 2163 espèces d'insectes comestibles tel que rapporté par la FAO (2013), et sont représentés entre autres par les ordres des diptères (mouches soldats noires, mouches domestiques), des coléoptères (scarabées et coccinelles), des lépidoptères (papillons et mites), des hyménoptères (abeilles, guêpes et fourmis), des orthoptères (sauterelles et grillons), des isoptères (termites), des hémiptères (punaises), des homoptères (cigales) (FAO, 2013).
Pour le moment, seulement quelques espèces d’insectes (grillons, vers de farine, super vers et mouches soldats noires) seraient particulièrement intéressantes pour l’élevage de masse en raison de la maîtrise actuelle du cycle de vie de l'animal, des taux de conversion élevés requis (aliments/protéines), de la valeur nutritionnelle visée, de leur résistance au stress, de leur taux de croissance, et de leur capacité à s'alimenter sur des substrats alimentaires variés (Kok, 2012 ; Cabrera et al., 2015). Parmi ces espèces, la mouche soldat noire (Hermetia illucens) s’avère indéniablement très prometteuse pour répondre aux besoins en protéines et réduire le gaspillage alimentaire (Van Huis et al., 2014).
1.4. L'espèce
La mouche soldat noire appartient à la famille des Stratiomyidaes, de l'ordre des diptères. Son apparence physique (Fig. 1.1.) et son comportement lui font ressembler à une guêpe, mais contrairement à la guêpe, elle n’est pas offensive (ne pique pas, ne mord pas) (Hardouin, 1997; Hardouin et al., 2000; Hardouin et Mahoux, 2003). La mouche soldat noire est originaire du Sud-Est des États-Unis d’Amérique, mais elle s’est propagée partout dans les régions tropicales et subtropicales humides du monde où les températures peuvent atteindre 45°C (Planelle, 2014). Comparativement aux mouches domestiques qui supportent les
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températures basses, les milieux froids ne sont pas propices pour la mouche soldat noire ; à 0 °C elle ne survit pas, ce qui est un atout pour la biosécurité. La mouche soldat noire adulte est de couleur noire et sa taille varie de 15 à 20 mm de long (Hardouin et al., 2000; Hardouin et Mahoux, 2003). Le cycle de vie normal de la mouche soldat noire varie entre quatre et cinq semaines et peut être prolongé jusqu’à quatre mois selon les conditions et la température du milieu de vie (Hardouin et al., 2000). Contrairement à la mouche domestique qui ne produit que 100 œufs par ponte ou 500 à 1000 œufs par femelle pour une durée d’éclosion de 8 à 9 jours (Emond, 2017), la reproduction de la mouche soldat noire est plus rapide, les femelles peuvent pondre jusqu’à 9000 œufs en forme de chapelets dans les zones les moins humides du fumier ou du lisier (Emond, 2017). Les œufs qu’elles pondent vont éclore au bout de quatre jours et donnent des larves qui se développent dans des matières organiques en décomposition, de grain humide et de fumier (Hardouin et al., 2003, Emond, 2017). Les larves au dernier stade larvaire peuvent atteindre jusqu'à 27 mm de long et 6 mm de large pour un poids pouvant atteindre jusqu'à 220 mg (Makkar et al., 2014). Les étapes les plus importantes sont les stades de prépupe et de nymphe. Pendant les premiers stades larvaires de prépupe, les larves ne se nourrissent plus et ne se déplacent plus. Elles vident alors leur tube digestif et développent un corps gras qui fournira l’énergie dont elles ont besoin pour migrer de son milieu d’éclosion à un autre plus sec et qui facilitera leur passage de prépupe à l’état adulte. C’est au stade larvaire ou prépupe que peuvent être récoltés les insectes pour être utilisés dans l’alimentation animale. La migration au dernier stade larvaire et la capacité des larves de s’entasser les unes sur les autres (jusqu’à 14 kg) automatisent l’élevage et la récolte (Burtle et al., 2012).
Les larves de mouches soldats noires ont une grande capacité d’adaptation à tous les milieux de production. Leur capacité à recycler les déchets résoudrait d'ailleurs de nombreux problèmes environnementaux liés notamment aux fumiers et à d’autres déchets organiques comme la réduction du volume de fumier, le taux d’humidité et les odeurs nauséabondes et produirait du matériel alimentaire de valeur pour les animaux (Newton et al., 2005). Les recherches ont déterminé qu’elles peuvent se développer sur les restes de vertébrés (Tomberlin et al., 2005), déchets de cuisine, fruits et légumes, poisson cru, foie (Nguyen et al., 2013, 2015), abats (St-Hilaire et al., 2007), déchets municipaux (Diener et al., 2011) et le
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fumier de cheptel laitier (Myers et al., 2008). Cette plasticité fait des mouches soldats une espèce idéale pour la production de masse (Cortes Ortiz et al., 2016).
1.5. Qualité nutritionnelle des larves
1.5.1. Composition proximale
Les animaux d’élevage ont des besoins nutritionnels spécifiques en protéines, lipides, glucides, vitamines, minéraux et micronutriments pour leur croissance, le fonctionnement de leur organisme et leur survie. Un apport trop faible de ces nutriments influencerait la ponte des œufs chez les poules, et la constitution des muscles chez les porcs (Finke, 2012; 2013). Les larves de mouches soldats noires peuvent fournir environ 35-75 % de protéines de haute qualité, 35% de matières grasses et 227 kg de chitine, qui ont des vertus comparables à la farine de poisson et peuvent fournir un apport calorique élevé pour les aliments riches en énergie (De Foliart, 1992; Bukkens, 1997; Bukkens et Paoletti, 2005; Finke, 2013; Gahukar, 2011).
Les données de Planella (2014) démontrent que les larves de mouches soldats noires ont un taux élevé de matières grasses et de protéines d’insectes (Tableau 1.1.) pouvant ainsi substituer les aliments pour le poisson d’élevage et autres animaux (Planella, 2014). L’expérience de Finke (2013) sur quatre espèces d’insectes (mouche domestique adulte, ver de soie jaune, les nymphes de cafard du Turkestan et les larves de mouches soldats) révèle que les larves de mouches constituent un complément alimentaire riche en acides aminés essentiels bien que certains profils chez le cafard les dépassent légèrement ceux des larves de mouches (Tableaux 1.2 et 1.3; Finke, 2013). Cette expérience montre également que les larves de mouches soldats noires sont une source importante d’acides gras essentiels donc les acides linoléiques et alpha-linoléniques soit 42 % (Bukkens, 1997; Bukkens et Paoletti, 2005). Elles constituent, de ce fait, une contribution calorique plus élevée comparativement à la diète à base de soja, de maïs (Gahukar, 2011) et un régime complet pour la volaille (Bondari et Sheppard, 1987; Sheppard et Newton, 2000), les poissons et les animaux monogastriques (Pimentel et al., 2004; Sheppard et al., 2008). Ces acides gras ne sont pas produits par ces animaux, ils ne peuvent les assimiler que dans leur nourriture (Bussières, 2016).
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Une autre expérience montre que les larves de mouches sont riches en lysine et thréonine, ces deux acides aminés essentiels ne sont pas forcément présents en même temps dans le blé, le riz, le manioc et les régimes à base de maïs, ce qui constitue une lacune pour l’alimentation animale parce que les animaux d’élevage ont besoin de ces acides aminés pour leur maintien et croissance (Foliart, 1992).
Tableau 1.1. Protéines et matières grasses brutes dans différentes sources de protéines.
Sources protéiques Protéine brutes (%) Graisse (%)
Hermetia illucens (mouche noire) 35-75 35
Musca domestica (mouche commune) 43-68 4-32
Tenebrio molitor (ver de farine) 44-69 23-47
Farine de poisson 61-77 11-17
Farine de soja 49-56 3
Tiré de Planella (2014).
Les résultats d’une expérience sur l’évaluation des qualités nutritionnelles des larves dans l’alimentation de la barbue de rivière et le tilapia bleu ont démontré que les diètes constituées de larves de mouches soldats séchées contenaient au moins 38-40% de protéines, de matières grasses dans une proportion de 18-28% et de fibres avec une proportion de 5-7% (Saint-Hilaire et al., 2007). Sur la base des résultats obtenus, ces auteurs concluent, cependant, que les larves ne contiennent pas tous les nutriments essentiels à la croissance des animaux d’élevage, c’est pourquoi elles doivent être complétées par d’autres sources telles que la farine de poisson. L’expérience de Finke (2013) sur quatre espèces d’insectes (mouche domestique adulte, Ver de soie jaune, les nymphes de cafard du Turkestan et les larves de mouches soldats) révèle que les larves de mouches constituent un complément alimentaire riche en acides aminés essentiels bien que certains profils d’acide chez le cafard les dépassent légèrement (Tableaux 1.2. et 1.3). (Finke, 2013). Cette expérience montre également que les larves de mouches soldats noires sont une source importante d’acides gras essentiels donc les acides linoléiques et alpha-linoléniques (42%, Bukkens, 1997; Bukkens et Paoletti, 2005). Elles constituent, de ce fait, une contribution calorique plus élevée comparativement à la
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diète à base de soja, de maïs (Gahukar, 2011) et un régime complet pour la volaille (Bondari et Sheppard, 1987; Sheppard et Newton, 2000), les poissons et les animaux monogastriques (Pimentel et al., 2004; Sheppard et al., 2008). Ces acides aminés ne sont pas synthétisés par ses animaux, ils doivent être apportés par les aliments qui leur sont donnés (Médale et Kaushik, 2009).
Tableau 1.2. Profil d'acides aminés essentiels de quatre espèces d'insectes et quelques ingrédients utilisés dans l'alimentation animale.
Acides aminés essentiels g/kg Mouches soldats noires (larves) Ver de soie jaune (larves) Cafard Turkestan (Nymphes) Mouches domestiques (Adulte)
Maïs Soja Poissons
Histidine 5,94 4,08 5,49 5,71 3,01 2,62 2,70 Isoleucine 7,62 6,51 7,73 8,14 4,21 5,00 4,95 Lysine 11,9 8,72 12,8 12,8 1,62 6,62 8,13 Méthionine 4.39 3,35 4,79 7,24 2,41 1,40 2,65 Phénylalanine 19,66 13,42 21,97 17,17 6,30 5,30 4,00 Thréonine 7,02 7,88 8,38 6,97 3,01 3,80 4,40 Tryptophane 3,00 1,56 1,66 2,40 3,01 1,60 1,00 Valine 12,9 9,71 12,31 11,00 4,40 5,11 5,30
Tiré de Finke (2013); Donadelli et al., (2018).
Tableau 1.3. Profil d'acides gras de quatre insectes sélectionnés pour l'alimentation des animaux d'élevage. Acides gras essentiels (g/kg) Mouches soldats noires (larves) Ver de soie jaune (larves) Cafard Turkestan (nymphes) Mouches domestiques (adultes) Linoléiques 16,9 6,99 21,6 4,15 Alpha-Linolénique 0,65 0,45 0,71 0,45 Tiré de Finke (2013).
1.6. Production de mouches soldats noires
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La production industrielle de larves de mouches soldats noires pour nourrir les animaux est une pratique émergente. En Afrique et en Asie, les entreprises Agri Protein (Afrique du Sud) et JM Green (Chine) explorent leur production industrielle (Hardouin, 2003 ; Ekonda, 2013). En Europe, une poignée d'entreprises, dont Ynsect (production de vers de farine) en France et Protix aux Pays-Bas, expérimentent la production à grande échelle de mouches soldats noires. Depuis plusieurs années, les États-Unis produisent des larves de mouches soldats dans le fumier de volaille et de porcs (Cabrera et al., 2015). L’entreprise Enviroflight évolue dans les techniques d’élevage favorisant une production massive. Elle utilise les coproduits de brasseries, les déchets alimentaires et d’épicerie pour élever les larves (Burtle et al., 2012). Au Canada, plusieurs entreprises émergent dans la production et la transformation des insectes comestibles, telles que : Larvatria à Québec, Entomo Farms en Ontario, Enterra Feed en Colombie-Britannique, etc. L’entreprise Enterra Feed corporation produit jusqu’à 15 tonnes de larves de mouches soldats par jour nourries de déchets organiques de pré consommation provenant de fermes, de serres et de commerces d’alimentation de la région de Vancouver. Les frass servent de fertilisant pour les agriculteurs (Enterra Feed, 2015). Les mouches soldats noires (Hermetia illucens) peuvent être produites sur des résidus alimentaires et organiques (fruits et légumes) qui ne sont plus propres à la consommation provenant de la récupération des fermes, serres, supermarchés, boulangeries, producteurs agricoles de céréales, transformateurs, grossistes en alimentation, etc. avec un avantage de réduction de la charge microbienne même sans génération de chaleur pour assurer l’innocuité du compost larves de mouches ne favorisent pas la survie des bactéries pathogènes, telles que
E. coli, possiblement à cause des interactions entre les invertébrés, les microorganismes et
les conditions physicochimiques dans le substrat d’élevage par rapport au compostage traditionnel (Van-Huis, 2013; Cabrera et al., 2015, Enterra Feed, 2016a; Hénault-Ethier et al., 2016d). Deux systèmes s’avèrent prometteurs dans la production de masse des mouches soldats noires et leurs larves (ANSES, 2015). Le premier système concerne la production continue qui consiste à inoculer des larves de mouches tous les jours dans les auges construites avec des murs inclinés dans lesquels les larves sont nourries avec un flux constant de déchets à faible volume (Cortes Ortiz et al., 2016).
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1.6.2. Cadre réglementaire et normes de salubrité des aliments
Bien que les mouches soldats noires soient l’une des alternatives les plus durables dans la valorisation des matières résiduelles et la lutte contre le gaspillage, du fait qu’elles se nourrissent de matières organiques très variées, elles doivent tout de même respecter les normes de salubrité avant d’être introduites dans l’alimentation du bétail. En Afrique et en Asie, la production industrielle doit se conformer à la réglementation internationale sur l’innocuité des aliments pour animaux. Par contre, les insectes ou leurs larves peuvent être récoltés dans leur milieu de vie naturel selon les saisons et la biomasse sans aucune législation spécifique (Hardouin, 2003 ; Ekonda, 2013). En Europe, les farines d’insectes n’étaient autorisées que dans l’alimentation des animaux de compagnie, c’est tout récemment qu’elles ont été accréditées pour l'alimentation des poissons d'élevage. Les données de l’Autorité européenne de sécurité des aliments (EFSA) indiquent qu’en dépit de la modification de la réglementation européenne n°999/2008 sur les protéines animales transformées pour l’alimentation du bétail, la production de masse des larves d’insectes et de leurs farines ne se fera que progressivement (Finke, 2015).
La production de masse d’insectes aux États-Unis est soumise au contrôle du Federal Food,
Drug, and Cosmetic Act (FFDCA). En outre, certains insectes classés dans la catégorie des
additifs et utilisés dans l’alimentation doivent suivre le protocole "348 Food additives" de la FFDCA qui précise que « Toute personne peut utiliser un additif alimentaire à condition de déposer auprès du secrétaire une pétition proposant l’émission d’un règlement prescrivant les conditions dans lesquelles l'additif peut être utilisé en toute sécurité ». En plus, tous les producteurs d’insectes doivent étiqueter leurs produits en indiquant le nom commun et le nom scientifique et, s’il y a lieu, un avertissement d’allergie potentielle doit être mis sur l'emballage du produit conformément aux normes de l’United States Food and Drug
Administration (USFDA; Good Manufacturing Practice GMP, Cabrera et al., 2015). Au
Canada, il existe des standards pour les contaminants chimiques, mais pas de standard microbien dans l’alimentation des animaux d’élevage en raison de la diversité et de la variabilité de leur composition (Burtle et al., 2012). Ce qui explique les difficultés qu’a l’Agence canadienne d’inspection des aliments (ACIA) à prédire les risques pour la santé que ces aliments nouveaux pourraient représenter pour les humains et pour les animaux. Par
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ailleurs, les produits d'insectes sont considérés comme de "nouveaux aliments" qui doivent être soumis à des évaluations par le Bureau des dangers microbiens qui applique un cadre normatif régissant la salubrité de ces nouveaux aliments (ACIA, 2014). Les sérotypes de
Salmonella étant considérés pathogènes chez l’humain, elles se doivent d’être contrôlées
dans les aliments du bétail et la chaîne alimentaire. L’ACIA met tout en œuvre pour que les aliments du bétail soient exempts de cette bactérie dans tout le continuum agroalimentaire, de la production à la mise sur le marché. Les politiques mises en place se basent sur l’évaluation des produits avant la mise sur le marché et l’approbation ou l'enregistrement des ingrédients individuels et de tous les aliments mélangés composés d’un ingrédient ou plus. Elle exige que les renseignements fournis sur les étiquettes des aliments du bétail soient exacts et conformes aux normes relatives à la forme et à la composition fixée par l’Agence (ACIA, 2017). À part les éleveurs qui fabriquent des aliments pour nourrir exclusivement leurs animaux sans ajouter de médicament et autre substance pouvant nuire à la santé ou à l'environnement, les règlements relatifs aux aliments du bétail s'appliquent à tous les produits destinés à la vente, à la fabrication et à la mise sur le marché. L’ACIA réalise fréquemment des inspections auprès des fabricants et détaillants canadiens d'aliments du bétail ainsi que certaines exploitations agricoles afin de s’assurer de la conformité des produits quant aux exigences concernant la salubrité, la composition et la qualité des produits (ACIA, 2017). L’ACIA, l’organisme responsable du suivi des normes établies par Santé Canada (Forge, 2002) administre et met en application la Loi sur l’emballage et l’étiquetage des produits de
consommation, qui s’applique à divers produits alimentaires vendus au Canada. Cette agence
doit également s’acquitter de responsabilités dans le domaine de la santé des animaux en ce qui concerne l’introduction de tout nouvel aliment dans leur alimentation (Forge, 2002). Par ailleurs, ces normes ne s’appliquent pas aux aliments nouveaux, comme les produits de mouches fabriqués dans les établissements de recherche gouvernementale, universitaire et privée tant qu’ils ne sont pas vendus et que les établissements assument la responsabilité d’éliminer de façon sécuritaire tous les produits animaux obtenus à partir de ces aliments (ACIA, 2014). De nos jours, il n’existe aucune norme ni de recommandation sur la production (élevage, transformation et entreposage) et la commercialisation des insectes comestibles au Canada. Cela étant dit, les produits d’insectes destinés à l’alimentation humaine ou animale doivent satisfaire aux mêmes normes d’hygiène et de salubrité que tous
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les autres aliments vendus ou consommés au Canada (ACIA, 2018; Ministère de la justice du Canada, 2015). Avec tous les facteurs cités plus haut et leur pertinence pour la population canadienne, il a été décidé de soumettre tous les insectes comestibles à une étude préliminaire qui permettra d’obtenir une base sur la salubrité des produits et coproduits. Au cours de cette étude qui s’est déroulée du 1 er avril 2017 au 30 mars 2018 soit un an, les insectes entiers séchés et en poudre achetés en ligne et aux détaillants du Canada ont été analysés (ACIA, 2018). Sur les 51 échantillons analysés pour la détection de Salmonella spp. et d’Escherichia
coli, aucun de ces organismes qui donnent des informations des conditions sanitaires sur la
chaîne de production alimentaire, n’a été détecté. Ce résultat permet de dire que les insectes comestibles soumis à cette étude ont été produits dans des conditions sanitaires acceptables (ACIA, 2018). Ceci n’exclut pas la réalisation d’autres études en rapport avec la production, la transformation, la manipulation et l’entreposage des insectes comestibles à fin d’avoir une assurance sur la qualité des produits d’insectes (ACIA, 2018).
1.6.3. Écologie microbienne associée aux larves d’insectes
Une grande diversité de microorganismes et d’agents pathogènes se retrouve tant dans les insectes capturés dans la nature que dans ceux élevés dans des conditions standardisées. Ces microorganismes et agents pathogènes peuvent être présents dans la microflore intestinale, sur la cuticule ou l'exosquelette des insectes (FAO, 2013). Les mouches soldats noires partagent les mêmes bactéries que la plupart des insectes notamment les espèces du genre Staphylococcus, Bacillus, Campylobacter, Pseudomonas, Micrococcus, Acinetobacter, Proteus, Escherichia et autres entérobactéries de même que certaines
bactéries sporulées (Klunder et al., 2012 ). Belluco et al. (2013) précisent que certaines toxines d’origine microbienne ne peuvent être neutralisées par traitement thermique minimal (par exemple celle Staphylococcus aureus) et sont susceptibles d’entraîner de graves conséquences pour la santé (Belluco et al., 2013).
Les petits crustacés peuvent constituer un point de départ sur le type d’analyse microbiologique à effectuer afin d’établir la qualité microbiologique et la salubrité des larves d’insectes. Des études ont révélé que les crevettes crues peuvent être contaminées par des
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bactéries naturellement présentes dans l’environnement marin d’où elles sont issues, comme
Vibrio spp., Aeromonas spp., Pseudomonas spp., Flavobacterium spp., Serratia spp., Shewanella spp. (Hanninen et al., 1997 ; Gopal et al., 2005 ; Jeyasekaran et al., 2006) ou des
bactéries présentes dans leur tube digestif, notamment Carnobacterium, Enterococcus et
Lactobacillus (Gomez-Gil et al., 1998 ; Al-Harbi, 2003). Ces bactéries peuvent se développer
très rapidement sur les crevettes crues et participer à leur altération en raison de leur pH neutre (pH proche de 7), d’une activité de l’eau élevée 1et de la présence de composés chimiques de faible poids moléculaire facilement assimilables tels que les acides aminés (Jeyasekaran et al., 2006). Cependant, la cuisson des crevettes permet de réduire leur charge bactérienne initiale telle que les bactéries à Gram positif incluant Brochothrix thermosphacta et des bactéries lactiques (Carnobacterium, Enterococcus et Lactobacillus ; Dalgaard et al., 2003 ; Mejlholm et al., 2008).
Par ailleurs, une expérience réalisée par Van Huis, (2013) sur les éléments nutritifs contenus dans les mouches soldats noires a démontré que la chitine produite par ces mouches exerce une action non négligeable sur la diminution de bactéries intestinales des volailles comme E.
coli ou des espèces du genre Salmonella au profit des Lactobacillus. Ce qui permettrait aux
éleveurs de diminuer l’utilisation d’antibiotique dans la nourriture des animaux pour la prévention de certaines maladies infectieuses (Caparros-Megido et al., 2015, Lopez, 2015).
1.6.4. Écologie microbienne de l’habitat naturel de la larve de mouche soldat noire et du substrat de production
Les mouches soldats noires adultes vivent naturellement près de matières organiques en décomposition, fumier, déchets alimentaires, etc. Elles pondent dans ces substrats où peuvent vivre une gamme très variée de microorganismes notamment l’E. coli, Pseudomonas
aeruginosa, Salmonella typhimurium, Shigella dysenteriae, S. aureus et Bacillus subtilis
(FAO, 2013). Une étude réalisée par Erickson et al., (2004) confirme que l’élevage des larves
1 a
w : se définie par le rapport aw = (p/p') T où p = pression partielle de vapeur d'eau du milieu d’étude et p' =
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de mouches est facile sur ces substrats, mais leur écologie microbienne peut varier d’un substrat à l’autre. L’expérience de ces auteurs a prouvé que les fumiers de bétail et de volailles contiennent naturellement toutes sortes de bactéries, de virus et de protozoaires, mais les principaux sont E. coli 0157:H7 et Salmonella. Cependant, l’activité métabolique des larves réduit considérablement ces agents pathogènes dans les fientes de poulet (Erickson
et al., 2004). Une autre étude démontre la présence de salmonelles, Staphylococcus doré, Clostridium botulinum et perfringens et autres germes anaérobies dans les résidus
alimentaires et les matières organiques putrescibles. Mais les larves les ingèrent et récupèrent tous les acides aminés et les autres nutriments pour les métaboliser en protéines et en matières grasses (Erickson et al., 2004; Emond, 2017). Les recherches ont révélé que les larves de mouches possèdent des propriétés antimicrobiennes qui contribueraient à leur capacité de digérer les microbes et les substances phytosanitaires contenus dans les végétaux et réduiraient les risques sanitaires (Enterra Feed, 2016a).
1.6.5. Les larves dans leur habitat nature, en conditions d’élevage
Les substances contenues dans le corps des insectes, notamment des larves de mouches, peuvent être de nature chimique : anti-nutritionnelles, des résidus de produits vétérinaires (antibiotiques, vaccins) pour les insectes élevés sur des déchets animaux, des polluants organiques (pesticides) présents dans l'environnement ou l'alimentation des insectes, etc. (Finke, 2015). Elles peuvent aussi contenir des parasites, des virus, des bactéries et leurs toxines qui nécessitent l’établissement de normes spécifiques visant à assurer le contrôle des risques pour la santé (ANSES, 2015). Un rapport de la FAO précise après une évaluation des conditions d’élevage des insectes qu’il y eût plus de risques liés à la consommation d’insectes récoltés dans la nature que ceux élevés dans un milieu standardisé ou contrôlé avec un suivi régulier des étapes de développement (FAO, 2013).
1.6.6. Risques sanitaires liés à l’introduction de larves d’insectes dans l’alimentation animale
Des études réalisées par Giaccone (2005) et Belluco et al., (2013) sur les vers de farine géants (Zophobas morio), des vers de farine (Tenebrio molitor), des chenilles de la fausse teigne
15
(Galleria melonella) et des grillons domestiques (Acheta domesticus) d'élevage et frais ont conclu que la microflore de ces insectes se composait essentiellement de bactéries à Gram négatif, dont entre autres les coliformes. La population Gram positive est constituée principalement de Micrococcus spp., de Lactobacillus spp. (105 ufc/g) et de Staphylococcus spp. environ 103 ufc/g (Giaccone, 2005; Belluco et al., 2013). Ces travaux n’ont pas révélé la présence de Salmonella ni de Listeria monocytogenes. Cependant, une étude réalisée sur d'autres espèces d’insectes, notamment les mouches, a conclu que ces espèces sont des vecteurs de Salmonella spp. et Campylobacter spp. chez les animaux (Klunder et al., 2012; Belluco et al., 2013). Certaines données indiquent que les larves de mouches, particulièrement les mouches soldats noires, se nourrissent de matières organiques qui n’ont pas déjà été dégradées par des bactéries (Furman et al., 1959; Sheppard et al., 2002; Van Huis
et al., 2013; Schlüter et al., 2016). En raison de leur densité et leur capacité à assimiler les
aliments, les larves traitement rapidement les matières organiques fraîches. Le risque de croissance des bactéries est ainsi minimisé. Par conséquent, la contamination bactérienne est réduite et les larves ne sont pas considérées insalubres et vectrices de maladies (Myers et al., 2008).
Par ailleurs, certaines recherches ont démontré que les larves de mouches soldats noires peuvent être la cause de myiases2 intestinales chez les humains et chez les animaux (Lee et al., 2003). Les parasites peuvent être présents dans l’organisme animal et se nourrir des tissus vivants ou morts de l’hôte ou de la nourriture qu’il ingère. Cependant, ne connaissant pas les impacts que ces parasites (Diptera) peuvent avoir sur la croissance des animaux d’élevage, Lee et al., (2003) suggèrent la réalisation de recherches qui pourraient s’intéresser à l’influence de la présence des parasites Diptera dans l’organisme animal, sur leur croissance ou leur bien-être (Lee et al., 2003).
2 Les myiases sont des zoonoses causées par l'infestation de l'homme ou des animaux vertébrés par diverses
espèces de larves de diptères des familles Calliphoridae, Sarcophagidae, Cuterebridae, Muscidae, notamment les mouches (Ajili et al., 2013).
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En comparant les risques potentiels liés à l’introduction des farines d’insectes dans la diète animale avec ceux associés aux sources traditionnelles de protéines animales, l’EFSA ( 2015) a abordé la question du transfert des contaminants avec un profil de risques qui met en lumière les dangers potentiels de nature biologique et chimique , ainsi que l'allergénicité et les problèmes environnementaux associés à l’utilisation des larves ou de leurs farines dans l’alimentation animale (EFSA, 2015). Les résultats de cette recherche ont précisé que la présence éventuelle de risques biologiques et chimiques dans les produits de larves peut dépendre de plusieurs facteurs, tels que les méthodes de production, l’alimentation, le stade du cycle de vie au moment de la récolte et les méthodes de traitement qu’ils subiront (EFSA, 2015). Cette agence signale que les substances susceptibles de présenter des risques sanitaires sont souvent des protéines que les mouches semblent partager avec les autres insectes. Les principales protéines ayant un potentiel allergisant sont les tropomyosines, l’arginine kinase, les hémocyanines qui respectivement sont utilisées pour le mouvement, pour le métabolisme énergétique, le transport de l’oxygène.
1.7. Procédés de transformation des larves de mouches soldats noires
1.7.1. Décontamination
Une grande diversité de méthodes modernes de transformation et de conservation des coproduits de mouches sont actuellement décrites, mais des mesures spécifiques pour s’assurer de la qualité du produit restent nécessaires, en fonction de leur constitution. Le choix d’une ou des méthodes optimales de transformation sera un facteur déterminant dans l’introduction des coproduits de mouches soldats noires dans l’alimentation du bétail (Van Huis et al., 2013).
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1.7.2. Blanchiment
Le blanchiment est un prétraitement de conservation qui consiste à chauffer brièvement les larves de mouches soldats noires jusqu’à 100 °C et les refroidir avant de les sécher (Bazinet, et Castaigne, 2011). Le but de cette technique est d’inactiver les enzymes microbiennes qui peuvent agir pendant la conservation réfrigérée et causer l'altération des vitamines et des qualités sensorielles par oxydation (Bazinet et Castaigne, 2011; Amrouche, 2016). Il permet de modifier la structure cellulaire des larves en réduisant le volume et en facilitant l’entreposage (Patras, Tiwari et Brunton, 2011).
Les conditions de blanchiment peuvent varier d’un produit à l’autre. Appliqué habituellement pour la désactivation des enzymes, le blanchiment doit être réalisé à une température et un temps qui pourrait détruire toutes les enzymes qui résistent à la chaleur. Ceux-ci doivent être compris entre 85 et 100 °C et 1 à 10 minutes, respectivement. Pour la plupart des aliments, il s’effectue entre 2 à 3 minutes à 100 °C avec la possibilité d’augmenter le temps en fonction des dimensions du produit (Bazinet et Castaigne, 2011). En deçà de ces températures, elles seront trop basses pour éliminer efficacement les microorganismes dans un temps raisonnable ; au-dessus, elles risquent de dénaturer le produit. Pour contrôler la prolifération des microorganismes qui résistent à la chaleur, les produits doivent être soumis à d’autres traitements notamment le séchage (Patras, Tiwari et Brunton, 2011; Amrouche, 2012).
1.7.3. L'ébouillantage
L’ébouillantage est un prétraitement qui, tout comme le blanchiment, consiste à inactiver les enzymes responsables du changement de la couleur, la saveur ou la valeur nutritive. Cette technique précède la congélation, les larves doivent d’abord être ébouillantées pour réduire les germes aérobies avant d’être congelées (Purschke et al., 2018). L’ébouillantage efficace se fait à une température minimum avoisinant 65 °C jusqu’à un maximum de 100 °C pour une durée de 1 à 15 min ((Purschke et al., 2018, Klunder et al., 2012).
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1.7.4. Procédés de séchage
Le séchage est une opération qui consiste à éliminer l’eau contenue dans un produit (liquide ou solide) afin de le transformer en produit sec dont l’humidité résiduelle est très faible (Amrouche, 2010). Plusieurs procédés sont utilisés pour sécher les produits agricoles et agroalimentaires (Huang et al., 2018; David-Birman et al., 2018; David-Birman et al., 2018 ; David-Birman et al., 2018). Le séchage permet de convertir des denrées périssables en produits stabilisés, par abaissement de l’activité de l’eau exprimée sur une échelle de 0 à 1. Ce paramètre constitut un indicateur de stabilité à la conservation et à l’entreposage. Une valeur élevée (proche de 1) de l’activité de l’eau d’un produit favorise sa dégradation accélérée (Bonazzi et Bimbenet, 2003 ; Amrouche, 2010).
1.7.4.1. Lyophilisation
Trois étapes principales et indissociables composent la lyophilisation. La congélation qui consiste à transformer l’eau libre contenue dans les larves en cristaux, la sublimation qui permet la dessiccation primaire des cristaux formés et la désorption qui favorise l’élimination de l’eau non congelée adsorbée à la surface des pores de la matière sèche ou incluse dans la masse du lyophilisat (René et Marin, 2000 ; Bogdani, 2013). La lyophilisation a pour objet de préserver les propriétés et la fraîcheur du produit traité et d'éviter son altération chimique et bactériologique (René et Marin, 2000 ; Bogdani, 2013). Ensuite, le produit placé sous un vide avoisinant 0,4 mm Hg, apporte de la chaleur avec un profil déterminé afin que la réaction soit complète. Les régulations d’une lyophilisation doivent être très précises, car elle conditionne directement la qualité du produit. Pendant ce procédé, lorsque la vapeur d’eau est captée par un condensateur, la déshydratation du produit se poursuit jusqu’à sublimation de la plus grande partie de l’eau. Le produit ainsi réchauffé perd environ 80 à 90% de son eau, ce qui facilite le conditionnement qui doit se faire à l’abri de l’air et de l’humidité, sous vide ou à température ambiante (Bogdani, 2013).
La congélation permet de limiter les réactions de détérioration des produits à lyophiliser. Le produit doit être à une température inférieure à la température de fusion de l’eau et à celle du produit. C’est-à-dire, congelé à une température inférieure à la plus basse température de
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fusion de chaque élément présent dans le produit (René et Marin, 2000 ; Désage et Toulemonde, 2016). La deuxième étape est la mise sous vide dont le but est de baisser la pression dans l’enceinte du lyophilisateur en éliminant l’atmosphère qui s’y trouve au moyen des pompes à vide ou de groupe de pompage au vide à haut débit pendant environ 10 à 15 min. Une réduction progressive du débit de la pompe assurera le maintien de la basse pression. La pression initiale étant égale à la pression atmosphérique qui avoisine 1013 Pa (soit environ 760 mmHg) et la pression finale au début de dessiccation primaire doit se situer entre 133.3 et 40 Pa (soit 1 et 0,3 mmHg) selon les produits et les appareillages utilisés (Désage et Toulemonde, 2016). L’étape suivante est la sublimation ou dessiccation initiale qui est un changement d’état au cours duquel un corps passe de l’état solide à l’état gazeux sans passer par l’état liquide. L’apport de la chaleur est nécessaire au produit congelé pour éviter le refroidissement excessif qui pourrait constituer un blocage à la réaction de sublimation (Jeantet et al., 2006). La désorption est l’étape qui succède à la sublimation. Elle commence lorsque le produit est totalement décongelé et une partie de l’eau contenue dans le produit est éliminée. À cette phase, la surface du produit apparaît sèche, mais il a absorbé une quantité importante d’eau qui doit être éliminée pour éviter qu’elle nuise à la conservation sécuritaire du produit lyophilisé. Donc, la désorption correspond à une l’étape d’isotherme pendant laquelle l’eau est éliminée du produit sous forme moléculaire à pression et température non variables et constantes (Antal et al., 2013 ; Désage et Toulemonde, 2016). Certains paramètres dont la transition vitreuse (Tg), l’isotherme de sorption, la réhydratation du produit doivent être maîtrisés pour une lyophilisation réussie (René et Marin, 2000 ; Antal, Sikolya et Kerekes, 2013). La transition vitreuse est le paramètre repère qui favorise le maintien du produit à l'état vitreux dans le but de réduire non seulement le risque de changement de la texture du produit ou de son goût, mais aussi de garder les propriétés structurelles et organoleptiques des produits lyophilisés (Jeantet et al., 2006; Liu et al., 2006). Quant à l’isotherme de sorption, il est l’un des paramètres clés de la lyophilisation, qui doit équilibrer l’activité de l’eau à une certaine température (Khalloufi et al., 2000; René et Marin, 2000). Quant à la réhydratation, elle se caractérise par la reconstitution ou le remplacement de l'eau perdue dans le produit lors de la déshydratation. Une attention particulière doit être portée aux traitements effectués sur le produit avant la réhydratation pour éviter tout
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changement de structure, une réduction des propriétés hydrophiles ou encore une perte d'intégrité cellulaire. La capacité de réhydratation est une mesure du dommage qu’aura subi le produit lors du séchage (Krokida et Maroulis, 2001).
1.7.4.2. Séchage à air chaud
Le séchage à l'air chaud est une technique qui consiste à placer un produit humide dans un courant d'air assez chaud et sec parfaitement maîtrisé : température, humidité, vitesse (Vazquez-Vila et al., 2009). Il nécessite l’établissement spontané d’un écart de température et de pression partielle d'eau entre le produit et l'air, permettant non seulement le transfert de chaleur par convection, qui est dû au gradient de température entre l'air et la surface du produit, mais aussi le transfert d'eau dû au gradient de pression de vapeur d'eau entre la surface du produit et celle dans l'air (Vazquez-Vila et al., 2009).
L'air chaud appliqué au produit lui transmet une part de sa chaleur qui développe une pression partielle en eau à sa surface supérieure à la pression partielle de l'eau dans l'air utilisé pour le séchage. Ce qui facilite un transfert de matière de la surface du solide vers l'agent séchant. Au départ, le produit soumis au séchage est humide avec une pression de vapeur faible, d'où un transfert de masse lent. Cependant, le gradient de température entre l'air chaud et la surface du produit est très élevé, ce qui occasionne un transfert important de chaleur vers la surface du produit et une diminution du gradient de température (Mafart, 1991 ; Vazquez-Vila et al., 2009).
La cinétique du séchage à air est exprimée à partir de la teneur en eau dépendamment du temps de séchage, la vitesse de séchage en fonction du temps, la vitesse de séchage en fonction de la teneur en eau (Bonazzi et Bimbenet, 2003). La mesure expérimentale de cette cinétique permet de caractériser le comportement de séchage d’un produit. S’il s’agit de soumettre un corps solide au séchage à air chaud, il est nécessaire de le placer dans le courant d’air chaud et sec, et d’enregistrer l’évolution de son poids par pesée à chaque étape de l’opération (Bonazzi et Bimbenet, 2003; Grabowski et al., 2003). L’opération de séchage à l'air chaud doit prendre en compte trois paramètres principaux qui peuvent affecter le taux et le temps global du séchage. Il s'agit de propriétés physiques du produit (dimension
