Cette étude visait à étudier le potentiel des larves de mouches soldats noires (MSN) à convertir les matières organiques végétales (MOV) pré-consommation à forte teneur en humidité recueillies chez les détaillants alimentaires de la région de Québec. Les MOV recueillies dans des épiceries clientes d’un collecteur de matières organiques résiduelles (MOR) local (Sanimax Inc, Québec, Canada) ont été caractérisées quantitativement (masse et fréquence des différents types de MOV) et qualitativement (matières sèches, cendres, fibres, glucides, énergie, contenu en protéines et en lipides). Différentes diètes à base de MOV ont été formulées pour alimenter des larves de mouches et tester leurs effets sur la croissance (poids moyen, longueur, largeur, rapport longueur/largeur et indice de Fulton) et la composition proximale nutritionnelle des larves de MSN. De plus, cette étude établit le rendement de conversion auquel on peut s'attendre sur ces matières par la production de larves de MSN. L’évolution de différents paramètres physico-chimique (température et pH) lors de la bioconversion et le profil nutritionnel des larves sont aussi présentés. / The purpose of this study was to study the potential of BSF larvae to convert high moisture, pre-consumer organic vegetable matter (VRO) collected from food retailers in the Quebec City area. The VRO collected from grocery store through a partner local residual organic matter (ROM) collector (Sanimax Inc, Quebec, Canada) were characterized quantitatively (mass and frequency for different categories of VRO) and qualitatively (dry matter, ash, fibre, carbohydrates, energy, protein and fat content). Different VRO diets have been formulated to feed BSF larvae and test their effects on growth (average weight, length, width, length/width ratio and Fulton index) and the nutritional proximal composition of BSF larvae. In addition, this study establishes the conversion yield that can be expected on these materials for the production of BSF larvae. The evolution of different physicochemical parameters (temperature and pH) during bioconversion and the nutritional profile of the larvae are also presented.

La littérature actuellement disponible visant à explorer la physiologie du tube digestif des larves de la mouche soldat noire (Hermetia illucens) est incapable de caractériser l'ensemble du corps des larves. La méthodologie d'histologie utilisant soit de la paraffine soit de la résine époxy permet d'observer la morphologie cellulaire. De plus, elle ne préserve pas les aspects physiologiques des tissus comme les enzymes. La méthode de substitution par congélation est préconisée car elle minimise la dénaturation des protéines et préserve les enzymes dans leur état réactif après incorporation dans le méthacrylate de glycol. La cuticule des insectes présente généralement un obstacle pour les processus histologiques car les échanges de liquides à travers cette barrière sont limités. Ainsi, la perforation de cette membrane est essayée pour permettre l'inclusion. Différentes méthodes de pré-traitements et de déshydratation sont utilisées dans ce travail afin optimiser le protocole d'inclusion du glycol méthacrylate. Les coupes histologiques obtenues ont été soumises à une coloration enzymatique afin de localiser ces protéines dans le tube digestif des larves. La qualité des lames histologiques obtenues a été évaluée sur la base de la conservation, de la fragilité des tissues et de la quantité corps gras présent dans la larve. La perforation de la chitine ne présente aucun effet bénéfique sur la qualité des lames produites. En revanche, la substitution par congélation suivie de l'inclusion de méthacrylate s'est révélé être une méthode viable pour des applications histologiques sur les larves d'insectes. Les résultats montrent qu'une composante de la trypsine liée à la membrane est localisée dans la partie postérieure de l'intestin moyen, tandis que les composantes de l'α-galactosidase soluble et liée à la membrane sont localisées dans la partie antérieure de l'intestin moyen. La trehalase n'a pas pu être localisée dans le tube digestif des larves en raison d'un protocole défectueux. / The current literature aimed at exploring the digestive physiology of the larvae of the black soldier fly (Hermetia illucens) is unable to characterise the whole body of the larvae. These studies have either used paraffine or epoxy, which are sufficient for observing cell morphology, however these methods do not preserve certain aspects of the physiology such as enzymes. Freeze-substitution followed by subsequent embedding in glycol methacrylate is a preferable method as it minimizes protein denaturation and preserves enzymes in their reactive-state. The cuticle of insects commonly presents an obstacle for histological processes, as the sclerotized chitin prevents liquid exchange, the puncturing of the chitin is one way to circumvent this issue. Larvae were subjected to no pre-treatment, puncturing the chitin before or after freezing or the removal of the chitin and daily dehydrations to optimise the embedding protocol, upon optimising this protocol the sections were subjected to enzyme staining for localizing enzymes in the digestive tract, to localize the enzyme activity in the digestive tract. The slides were evaluated based on the preservation, brittleness of the tissue and on the relative amount of fat body present in the insect. The puncturing of the chitin was found to have no beneficial effect on the quality of the slides produced, freeze-substitution and methacrylate inclusion were shown to be a viable method for histological applications on these larvae. Furthermore, a membrane-bound version of trypsin was localized in the posterior part of the midgut, whereas both the solubilized and membrane-bound versions of α-galactosidase were localized within the anterior part of the midgut, trehalase was unable to be localized, most likely due to a faulty protocol.

Les larves de mouches soldat noires (Hermetiaillucens, 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/40s), ébouillantage (100°C/2, 4, 6 et 8min) 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), Pseudomonasspp., Listeriaspp., 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 quela 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 4min à 100 °C suivi d’un séchage à l’air chaud à 60 °C pendant 6h 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. / 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 barrierto 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°Cand 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 30g/treatment (n=3) were pretreated, or not, by blanching (100°C for 40s), 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), Pseudomonasspp., Listeriaspp., 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 (9logCFU/g AMT of fresh larvae on dry basis) was reduced by 3 to 4 log CFU/gafter a pre-treatment followed by hot air drying (60°C); 4min boiling at 100°C followed by hot air drying at 60°C for 6h was found to be the optimal treatment parameter.

Les larves de mouches soldats noires représentent un ingrédient alternatif prometteur pour le bétail, mais les étapes de transformation peuvent affecter leur qualité. Les périodes de vidange gastrique utilisées pour évacuer les excréments du tractus digestif afin de réduire sa charge microbienne, et les méthodes d’abattage sont variables et peu documentées. Ce projet vise à optimiser la vidange gastrique et l’abattage des larves pour en maximiser la qualité. En effet, un jeûne prolongé et une méthode d’abattage inadéquate pourraient altérer la composition et la microbiologie du produit. Le temps d’évacuation du tractus digestif des larves alimentées de Gainesville a été déterminé en suivant l’excrétion des fèces aux douze heures. Puis, l’impact du temps de jeûne sur la composition et la contamination ont été mesurés quotidiennement pendant quatre jours. Également, les effets de dix méthodes d’abattage sur la composition, la microbiologie et la coloration ont été comparés : ébouillantage (40 s), dessiccation (60 °C, 30 min), congélation (-20 °C et -40 °C, 1 h; azote liquide, 40 s), hautes pressions hydrostatiques (3 min, 600 MPa), broyage (2 min) et asphyxie (CO2 et conditionnement sous vide, 120 h; N2, 144 h). Bien que le temps d’évacuation du tractus digestif médian fût de 72 h, un jeûne de 96 h n’a pas permis de réduire la contamination. Certaines méthodes d’abattage ont affecté le pH, la stabilité de la couleur ainsi que la charge microbienne. De plus, ébouillantage, asphyxie et dessiccation ont affecté la composition proximale et l’oxydation des lipides. Malgré l’incapacité de la vidange gastrique à réduire la contamination des larves, l’ébouillantage apparait comme la méthode la plus appropriée en réduisant la charge microbienne et l’humidité tout en minimisant l’oxydation des lipides. Nous proposons donc un protocole pour abattre les larves répondant aux exigences réglementaires canadiennes en matière de transformation des insectes. / Black soldier fly (BSF) larvae represents a promising alternative ingredient for animal feed, but post-production processing can affect their quality. Feed withdrawal periods (FWP) used to evacuate fecal matter from the gastrointestinal tract, reducing the microbial load (ML), and killing methods are variable and poorly documented. This project aims to optimize the FWP and killing methods of BSF larvae to maximize product quality. Indeed, a prolonged FWP and an inappropriate killing method could alter larvae composition and ML. The gastrointestinal evacuation time (GET) of BSF larvae fed on coloured Gainesville diet was determined by following frass excretion every 12 h for 108 h. Then, FWP impact on the proximate composition and ML was measured daily over four days. Finally, the effects on the chemical composition, ML and colour of 10 killing methods were compared, i.e., blanching (B = 40 s), desiccation (D = 60 °C, 30 min), freezing (F20 = − 20 °C, 1 h; F40 = − 40 °C, 1 h; N = liquid nitrogen, 40 s), high hydrostatic pressure (HHP = 3 min, 600 MPa), grinding (G = 2 min) and asphyxiation (CO2 = 120 h; N2 = 144 h ; vacuum conditioning, V = 120 h). Although, the median GET was 72 h, a 96 h FWP did not reduce larvae ML. Certain killing methods affected the pH (B, asphyxiation), total moisture (B, asphyxiation and D), ash (B), lipid content (asphyxiation) and lipid oxidation (B, asphyxiation and D), as well as the colour stability during freeze-drying. FWP were ineffective in reducing the ML. Blanching appeared as the most appropriate method since it minimizes lipid oxidation, reduces ML and total moisture (78.1 ± 1.0%). Our studies propose a standardize protocol to kill BSF that meet the Canadian regulatory requirements of the insect production and processing industry.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Cette thèse présente une vue d'ensemble complète de trois études qui ont évalué le potentiel d'utilisation du frass, matériau résiduel résultant de la bioconversion de la matière organique par les larves de la mouche soldat noire (LMSN), comme amendement organique en horticulture. Au cours de la première étude, des essais in vitro de superposition de cultures ont révélé la présence de microorganismes produisant des composés inhibant la croissance mycélienne des sept agents phytopathogènes (champignons/oomycètes) importants dans les extraits du frass et les extraits du régime de référence Gainesville (GV). Parmi les bactéries/champignons isolé(e)s du régime GV et du frass, la bactérie Bacillus velezensis, utilisée comme agent de lutte biologique, a montré une forte activité antifongique/anti-oomycète suggérant que cette bactérie présente dans le régime GV survive au processus d'élevage de LMSN et soit l'un des facteurs clés contribuant à l'activité antifongique/anti-oomycète du frass. Cela souligne l'importance des caractéristiques microbiennes de la matière première dans les propriétés antifongiques et anti-oomycètes du frass. La deuxième étude a comparé les caractéristiques du frass dérivé de deux régimes alimentaires différents : un régime à base de déchets de fruits/légumes/boulangerie complété par des déchets de brasserie (FVBB) et un régime GV. Les résultats ont démontré que les deux frass contenaient des éléments nutritifs essentiels, comparables aux engrais organiques disponibles commercialement. De plus, le frass provenant du régime FVBB ont présenté des effets d'antibiose, inhibant la croissance des pathogènes des plantes, tout en favorisant de meilleures performances des larves, une composition nutritionnelle et une réduction efficace des déchets. Dans la troisième étude, le potentiel du frass de LMSN à limiter le développement du flétrissement causé par Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (FOL) chez les plants de tomate a été étudié. Le frass provenant des régimes GV et FVBB a été pasteurisé à 70°C (pendant 1 heure) ou non avant d'être incorporé dans le milieu de culture des plants de tomate. Les résultats ont révélé que le frass provenant du régime GV, pasteurisé ou non, réduisait significativement la gravité du flétrissement causé par FOL et la colonisation des racines par le champignon pathogène comparativement au frass provenant du régime FVBB et au groupe témoin sans frass, tout en étant comparables au compost. De plus, l'étude a identifié des différences dans les communautés microbiennes de la rhizosphère associées au type de frass et à la pasteurisation, certaines familles bénéfiques étant associées à une réduction de la gravité de la maladie. Les trois études démontrent collectivement le potentiel du frass de LMSN comme amendement organique efficace pour la gestion des agents pathogènes des cultures horticoles. Le choix du régime d'élevage des larves influence considérablement l'activité antifongique du frass et son efficacité globale dans la lutte contre les maladies des plantes. / This thesis presents a comprehensive overview of three studies evaluating the potential use of frass, the residual material resulting from the bioconversion of organic matter by black soldier fly larvae (BSFL), as an organic amendment in horticulture. In the first study, in vitro culture overlay assays revealed the presence of microorganisms producing compounds inhibiting mycelial growth of seven important plant pathogens (fungi/oomycetes) in frass extracts and Gainesville diet (GV) extracts, a widely used reference diet. Among the bacteria/fungi isolated from the GV diet and frass, the bacterium Bacillus velezensis, used as a biological control agent, showed strong antifungal/anti- oomycete activity suggesting that this bacterium is present in the GV diet survives the BSFL rearing process and is one of the key factors contributing to the antifungal/anti-oomycete activity of frass. This highlights the significance of feedstock microbial characteristics in the frass antifungal and anti- oomycete properties and suggests the possibility of exploiting frass to control horticultural plant pathogens. The second study compared the characteristics of frass derived from two different diets: a fruit/vegetable/bakery waste-based diet supplemented with brewery waste (FVBB) and a GV reference diet. Results demonstrated that frass derived from both diets contained essential nutrients and elements, comparable to commercially available organic fertilizers. Moreover, frass from the FVBB diet also exhibited antibiosis effects, inhibiting the growth of plant pathogens, while also promoting better larval performance, nutritional composition, and efficient waste reduction. In the third study, the potential of BSFL frass to limit the development of Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (FOL) in tomato plants was investigated. Frass derived from the GV and FVBB diets underwent pasteurization at 70°C (for 1 hour) and not before being incorporated into the growing medium of tomato plants. The results revealed that frass derived from GV diet, regardless of pasteurization, significantly reduced the severity of wilt caused by FOL and pathogen root colonization by the pathogenic fungus compared to frass derived from FVBB diet and the control group with no frass while being comparable with compost. Additionally, the study identified differences in rhizosphere microbial communities associated with the type of frass and pasteurization, with certain beneficial orders associated with the reduced disease severity. The three studies collectively demonstrate the potential of BSFL frass as an efficient organic amendment for plant pathogens management in horticultural crops. The choice of larval rearing diet significantly influences the frass antifungal activity and overall effectiveness in controlling plant diseases.