Sprong voorwaarts door metabarcoding

ham_pexels

Vlaamse wetenschappers hebben met een op DNA-gebaseerde analysetechniek bederforganismen in voeding aangetroffen die met klassieke analysetechnieken niet opgepikt werden. 

Het is een extra tool om houdbaarheid van voeding te garanderen en de kwaliteit van het verwerkingsproces te verbeteren”, klinkt het optimistisch. Wel is vervolgonderzoek noodzakelijk.

Het ophelderen van voedselbederf lijkt een beetje op het oplossen van een misdaad: welke bacterie heeft het bederf veroorzaakt, hoe kwam die in het levensmiddel terecht en hoe kreeg die de gelegenheid om te groeien en bederf te veroorzaken? Net zoals forensische onder­zoekers bij de politie beschikken micro­biologen in een lab over een hele reeks technieken om deze vragen te beantwoorden.

Klassieke methode

“Tot nu waren zij daarvoor hoofdzakelijk aangewezen op het in kweek brengen van de bacteriën die aanwezig zijn in een voedingsstaal. Een beproefde maar tijdrovende metho­de, die helaas niet voor alle bacteriën even goed werkt”, vertelt Marc Heyndrickx, verbonden aan het Instituut voor Landbouw-, Visserij- en Voedingsonderzoek (ILVO) en tevens gastprofessor microbiologie aan de Universiteit van Gent. “Bij de klassieke kweekmethode kunnen vaak maar een beperkt aantal bacteriën in kaart gebracht worden die bederf kunnen veroorzaken.”
Heyndrickx is samen met bio-ingenieur Koen De Reu een van de ILVO-promotoren die betrokken was bij het doctoraatsonderzoek van Evelyne Duthoo naar nieuwe opsporings­technieken van bederforganismen in voedsel. “We zijn op zoek gegaan naar additionele technieken om bacteriën in voedings­middelen in kaart te brengen. Vergelijk het met extra onderzoekstechnieken voor de forensische onderzoekers. Beter inzicht in bederforganismen en –processen kan voedings­bedrijven op termijn helpen om de houdbaarheid van hun producten beter te garanderen en zelfs te verlengen”, verklaart hij.

Techniek uit andere sector

In de zoektocht naar aanvullende instru­menten kwamen de wetenschappers terecht op de op DNA-gebaseerde analysetechniek, metabarcoding genaamd. “Deze techniek wordt in andere domeinen al langer toe­gepast, zoals bijvoorbeeld bij darm- of bodem­onderzoek”, vertelt De Reu.

Met metabarcoding kunnen microbiologen zonder iets op te kweken alle bacterie-DNA in een voedingsproduct isoleren, daarna met de PCR-reactie stukjes van dit DNA vermenigvuldigen en daarvan hun DNA-codes aflezen en die codes vervolgens door een DNA-databank halen, om de bacteriën snel en correct te identificeren.

Getest op charcuterie

In het doctoraatsonderzoek, dat ook uitgevoerd werd in samenwerking met Prof. Frédéric Leroy van de Vrij Universiteit Brussel, gebruikte het onderzoeksteam dus zowel klassieke kweek als DNA-gebaseerde technieken om het voorkomen en de evolutie van bacteriën tijdens de houdbaarheidstermijn van drie voorverpakte vleeswarenproducten op te volgen: verpakte ham, kipfilet en een vegetarisch alternatief van deze producten.
Beide technieken vonden melkzuurbacteriën als dominante groep in alle drie de product­en. Ook de meest aanwezige bacterie die de klassieke kweek en de DNA-gebaseerde techniek detecteerde op het einde van de houdbaarheidsperiode, was hetzelfde: bij ham was dat Leuconostoc carnosum, bij kipfilet - of in het Vlaams: kippenwit - en het vegetarisch product Latilactobacillus sakei. Het feit dat de voornaamste resultaten van beide technieken gelijk liepen, duidt volgens de onderzoekers ook op de betrouwbaarheid van metabarcoding.

Nieuwe bacteriën

Zij wijzen echter op de verschillen die de toegevoegde waarde van metabarcoding aantonen. De op DNA-gebaseerde analyse ontdekte méér types bacteriën dan de klassieke kweekanalyses. In zowel gekookte ham als kipfilet vonden zij ook de bacterie photobacterium en in gekookte ham ook vibrio.
“Beide organismes komen vaak bij zout­waterproducten terug”, aldus De Reu die de aanwezigheid in de onderzochte producten verklaart door het gebruik van zout in de bereiding van deze producten waardoor hun groei wellicht wordt bevorderd.

De aanwezigheid van deze bacteriën wil overigens nog niet zeggen dat deze de houdbaarheid beïnvloeden. Dat moet eventueel vervolgonderzoek uitwijzen, vertelt Heyndric­kx. “In dat vervolgonderzoek zou moeten worden vastgesteld of deze bacteriën levend in het product aanwezig waren. Het zijn immers alleen de levende bacteriën die bederf van een product kunnen veroorzaken. Door het kookproces bij de bereiding worden namelijk ook bacteriën gedood.”

Dode bacteriën

Het vast­stellen of de bacteriën levend aanwezig zijn, wellicht door een nabesmetting, moet via de klassieke weg op kweekbodems plaats­vinden.
“Daarnaast kan ook DNA aanwezig zijn van een bacterie die gebruikt werd in het productie­proces van een ingrediënt, maar daarna gedood werd en dus onschadelijk gemaakt is”, legt Heyndrickx uit. Ter illustratie hiervan wijst hij op het derde product dat onderzocht werd: het vegetarische alternatief voor vleeswaren. Hierin werd met de DNA-techniek xanthomonas als het vaakst voorkomende micro-organisme aangetoond naast de melkzuurbacteriën streptococcus en weissella als sterkst aanwezige melkzuur­bacteriën.

“We weten echter dat xanthaangom als dikkingsmiddel gebruikt wordt in dit product, een gom die in een fermentatieproces aangemaakt wordt door diezelfde bacterie xanthomonas. Na het fermentatieproces wordt de bacterie afgedood, maar zijn DNA blijft blijkbaar in de gom wel aanwezig”, valt De Reu zijn collega ILVO-onderzoeker bij. “We zijn er dus vrij zeker van dat we in plaats van de levende bacterie, het DNA van xanthomonas als ‘contaminant’ hebben gemeten.”
“Alhoewel deze ‘contaminant’ dan geen bederf in de hand werkt, zou het DNA van deze bacterie normaal uitgezuiverd moeten worden”, vertelt De Reu volgens wie de onderzoeksmethode op deze manier ook een instrument kan zijn om de kwaliteit van ingrediënten van toeleveranciers beter te monitoren.

De onderzoekers geven aan dat de techniek ook kan worden gebruikt om kwaliteits­controle uit te oefenen tijdens bepaalde productieprocessen. Neem een product dat gefermenteerd wordt. “Met deze techniek kun je de samenstelling en dynamiek van de micro-organismen tijdens het proces monitoren en zo detecteren of er geen bacteriën voorkomen die de kwaliteit van je product benadelen”, vertelt De Reu.

Probleem achterhalen

ILVO wordt als Vlaams onderzoeksinstituut regelmatig door voedingsbedrijven benaderd om problemen met de houdbaarheid van producten in kaart te brengen. Zo klopte recent een kaasproducent aan met gezwollen kazen. “Zij hadden zelf al onderzoek gedaan, maar kwamen er niet achter wat ervoor zorgde dat de kazen gebombeerd waren”, vertelt De Reu.

Hij vervolgt “Met de klassieke analyse denk je gelijk een bepaalde richting op en dan ga je met de klassieke kweekmethode de aan­wezigheid van deze bacteriën controleren. Met metabarcoding kun je gelijk alle bac­teriën in kaart brengen en verbreed je daardoor de scope. Je krijgt als het ware een totaalbeeld en de microbiële contaminant die de ongewenste gasvorming veroorzaakt kan zo in kaart gebracht worden.”

Nog tijdrovend en kostbaar

Toch is niet alles rozengeur en maneschijn met de nieuwe onderzoekstechniek. De onderzoekers wijzen op kosten die met het onderzoek gepaard gaan maar het is de verwachting dat die nog verder gaan dalen. Ook neemt dit onderzoek minstens een week in beslag, zeker als je niet alle stappen zelf uitvoert.

Dat was het geval bij het ILVO-onderzoek. De eerste stap in het proces is het isoleren van DNA in de materie en de kwaliteit controleren. Stukjes bacterieel DNA worden dan met verschillende PCR-reacties vermenigvuldigd en klaargemaakt voor next generation sequencing, de parallelle sequentiërings­techniek die metabarcoding mogelijk maakt. De stalen worden vervolgens opgestuurd naar een bedrijf of instituut dat een DNA sequencer in huis heeft. Deze leverancier brengt de DNA codes in kaart en stuurt deze lijsten terug naar het labo. “Vervolgens moet iemand met bio-informatica-kennis deze gegevens analyseren alvorens er conclusies getrokken kunnen worden. Dit is al met al behoorlijk arbeids- en kennisintensief en daardoor ook kostbaar.”

Volgens de onderzoekers is het hierdoor nog afwachten voordat deze techniek wijdverspreid wordt ingezet in de voedingsmiddelenindustrie. “De grote bedrijven zullen deze techniek al wel inzetten maar voor de kleine en middelgrote bedrijven is een algemene inzet wellicht vooralsnog te prijzig. Maar omdat het hele proces geoutsourced kan worden, kan het in specifieke gevallen ook voor deze bedrijven interessant zijn. Bijvoorbeeld voor het oplossen van hardnekkige problemen”, besluit De Reu.

Lees ook
DSM brengt dit jaar nieuw eiwit van canolazaden op de markt

DSM brengt dit jaar nieuw eiwit van canolazaden op de markt

Tijdens het evenement Food Technology vertelt Maartje Franse van DSM tijdens het Kennisplatform Labmanagers over de ontwikkeling van een nieuw eiwit: CanolaPro, gemaakt van canolazade

Lees alles over Food Technology in de digitale special

Lees alles over Food Technology in de digitale special

Food Technology 2022 komt steeds dichterbij: op 13 en 14 april vindt het kennis- en netwerkevenement over hightech innovaties in de voedingsmiddelenindustrie plaats.

WUR: Houdbaarheids-iconen op verpakkingen kunnen voedselverspilling verminderen

WUR: Houdbaarheids-iconen op verpakkingen kunnen voedselverspilling verminderen

Houdbaarheids-iconen op de verpakking kunnen consumenten helpen om minder voedsel te verspillen. Dat blijkt uit onderzoek van Wageningen University & Research. Het onderzoek laat zien dat het loont om te investeren in duidelijke houdbaarheidsinformatie op de verpakking en biedt aanknopingspunten voor de praktijk.