Green Disinfestation Strategies for Different Stored Grains: Microwave, Infrared and Ultrasound Inactivation of the Red Flour Beetle (Tribolium castaneum Herbst)

Elk jaar steelt een stille dief uit de wereldwijde voedselvoorraad. Lang voordat een graankorrel van tarwe of een linse naar een keuken reikt, is deze kwetsbaar voor insecten die leven en zich voortplanten in opgeslagen oogsten. Onder de meest hardnekkige van deze plagen is de rode meelkever, een klein insect dat gedijt in magazijnen en silo's, graan consumeert en afval achterlaat dat de smaak, geur en veiligheid van het voedsel ruïneert. Decennialang was de standaardverdediging tegen deze plagen chemische fumigatie, een proces waarbij opslagruimtes worden gevuld met giftige gassen om de insecten te doden. Deze aanpak wordt echter minder levensvatbaar. Veel insectenpopulaties hebben resistentie ontwikkeld tegen deze chemicaliën, en de residuen die achterblijven vormen risico's voor de menselijke gezondheid en de internationale handel. Terwijl de wereld op zoek is naar veiligere, schonere manieren om voedsel te beschermen, richten wetenschappers zich op fysieke krachten — hitte en geluid — om de taak zonder gif uit te voeren.

In een recente studie zetten onderzoekers zich in om drie specifieke fysieke methoden te testen tegen de rode meelkever bij vijf verschillende soorten opgeslagen granen: tarwe, bulgur, boekweit, linse en kikkererwten. Het team, gevestigd aan de Gaziantep Universiteit, wilde zien of ze de kevers konden doden met behulp van microgolven, infrarood licht en ultrasoon geluid, terwijl het graan zelf veilig bleef om te eten. Ze keken niet alleen naar de vraag of de insecten stierven; ze maten zorgvuldig hoe deze behandelingen het vochtgehalte, de kleur en de temperatuur van het graan veranderden. Het doel was om een balans te vinden waarbij de plaag wordt geëlimineerd, maar het voedsel van hoge kwaliteit blijft.

De eerste methode die werd getest, was de magnetron. Deze technologie werkt door de watermoleculen binnenin het graan en het insect snel te laten vibreren, waardoor er van binnenuit hitte ontstaat. De onderzoekers stelden monsters van graan met kevers bloot aan microgolfenergie op verschillende vermogensniveaus, variërend van 360 tot 900 watt, voor korte periodes tussen de 10 en 40 seconden. De resultaten waren opvallend snel. Bij de hoogste vermogensinstellingen stierven de kevers volledig binnen 30 tot 40 seconden. De gegenereerde hitte was intens en bracht de temperatuur van het graan in sommige gevallen met wel 90 graden Celsius omhoog. Hoewel deze snelle verhitting zeer effectief was bij het doden van de insecten, zorgde het er ook voor dat het graan wat van zijn vocht verloor. De onderzoekers ontdekten dat hoe langer het graan werd blootgesteld en hoe hoger het vermogen, hoe droger het graan werd. Ondanks dit uitdrogende effect veranderde het visuele uiterlijk van het graan nauwelijks, wat suggereert dat het voedsel nog steeds acceptabel zou zijn voor consumenten.

De tweede aanpak maakte gebruik van infraroodstraling, die het oppervlak van objecten opwarmt, vergelijkbaar met hoe de zon de huid verwarmt. In dit deel van de studie werden de graanmonsters onder een infraroodverwarmer geplaatst en blootgesteld aan temperaturen van 50, 70 en 90 graden Celsius voor periodes van drie tot vijf minuten. In tegen tegenstelling tot de magnetron, die de binnenkant van het graan snel verhit, warmde de infraroodmethode het oppervlak geleidelijker op. De kevers stierven met een snelheid die sterk afhankelijk was van de temperatuur en de duur van de blootstelling. Bij 90 graden Celsius waren de insecten na ongeveer vier minuten volledig geëlimineerd. Deze methode droogde het graan ook uit, maar de onderzoekers observeerden dat de kleur van het voedsel opmerkelijk stabiel bleef. De korrels werden niet bruin of zagen er verbrand uit, zelfs niet nadat de kevers dood waren. Dit suggereert dat infraroodverhitting een milde manier kan zijn om granen te ongedierte te bestrijden die gevoelig zijn voor veranderingen in uiterlijk.

De derde methode was ultrasoon geluid, dat hoogfrequente geluidsgolven gebruikt om mechanische spanning en piepkleine bubbels te crekken die levende cellen kunnen beschadigen. De onderzoekers plaatsten het graan en de kevers in ziplock zakjes, die vervolgens werden ondergedompeld in een ultrasoon bad op temperaturen van 50, 70 en 90 graden Celsius. Dit proces duurde veel langer dan de andere twee methoden, met blootstellingstijden tussen de 10 en 30 minuten. Bij de lagere temperatuur van 50 graden was de ultrasone behandeling alleen niet voldoende om de kevers te doden, zelfs niet na een lange tijd. Echter, wanneer de temperatuur werd verhoogd naar 70 of 90 graden, werd de combinatie van geluid en hitte dodelijk, waarbij alle insecten binnen 20 tot 30 minuten stierven. Het voordeel van deze methode was dat het de minste verandering veroorzaakte aan het graan zelf. Het vochtgehalte en de kleur van de behandelde granen bleven zeer dicht bij hun oorspronkelijke staat, wat het een veelbelovende optie maakt voor het behoud van de kwaliteit van het voedsel, mits het proces snel genoeg kan worden uitgevoerd voor grootschalig gebruik.

Een belangrijke bevinding van de studie was dat niet alle granen op dezelfde manier reageerden op deze behandelingen. De fysieke structuur van het graan deed ertoe. Kleinere, lichtere granen zoals boekweit en linse absorbeerden de energie van microgolven en infraroodverwarmers efficiënter, wat leidde tot snellere verhitting en sneller insectendood. In contrast hiermee vereisten dichtere granen zoals tarwe en kikkererwten langere blootstellingstijden om dezelfde dodelijke temperaturen te bereiken. Dit verschil benadrukt dat een enkele instelling niet voor elk type voedsel kan werken; de behandeling moet worden afgestemd op het specifieke graan dat wordt beschermd.

De onderzoekers analyseerden ook de relatie tussen de behandelingscondities en de uitkomst. Ze vonden dat voor zowel microgolven als infraroodverhitting de bereikte temperatuur en de duur van de blootstelling de meest cruciale factoren waren bij het doden van de kevers. Er was een duidelijke link tussen hoe heet het graan werd en hoeveel insecten er stierven. De studie bevestigde ook dat hoewel deze fysieke methoden effectief zijn, ze het graan enigszins veranderen. Microgolven en infraroodverhitting verminderden beide het vochtgehalte, wat de latere opslag of verwerking van het graan kan beïnvloeden. Echter, de veranderingen in kleur waren minimaal bij alle methoden, wat betekent dat het voedsel er niet versleten of onsmakelijk uit zou zien.

Uiteindelijk toont de studie aan dat het mogelijk is om de rode meelkever te elimineren zonder chemische gifstoffen te gebruiken. Elke van de drie geteste methoden biedt een andere set aan afwegingen. Microgolven zijn het snelst en doden insecten in seconden, maar brengen het risico van snelle uitdroging met zich mee. Infraroodverhitting zorgt voor een gelijkmatiger opwarmen dat het uiterlijk van het graan behoudt, maar vereist enkele minuten blootstelling. Ultrasoon geluid is het meest zacht voor de kwaliteit van het graan, maar duurt het langst en heeft hoge temperaturen nodig om effectief te zijn. De onderzoekers concluderen dat deze technologieën levensvatbare alternatieven zijn voor chemische fumigatie, maar dat hun succes afhangt van het zorgvuldig afstemmen van de instellingen voor elk specif kind type graan. Door de juiste fysieke kracht te matchen met het juiste voedsel, kan het mogelijk zijn om de wereldwijde graanvoorraad te beschermen tegen plagen, terwijl het voedsel veilig, schoon en vrij van chemische residuen blijft.