基于残余流昆虫养殖的牛海绵状脑病传播定量风险评估

《Frontiers in Microbiology》：Quantitative risk assessment of BSE transmission if insects are reared on residual streams containing animal proteins

　　

摘要 昆虫生产在将农业食品生产中的残余流生物转化为饲料和食品的有价值营养素方面可发挥重要作用，并由此推动从线性食品生产系统向循环食品生产系统的转型。然而，根据现行欧盟立法，禁止使用含动物蛋白的残余流饲养昆虫，原因在于动物疾病传播风险，包括牛海绵状脑病（bovine spongiform encephalopathy, BSE）。本研究采用定量风险模型评估BSE风险。该模型估算牛只对BSE感染性的预期暴露量，以牛口服半数感染量（cattle oral ID50, CoID50）表示，并估算当单头BSE感染牛逃脱检测时，该暴露导致至少一例新BSE感染的概率。研究人员针对三种残余流进行了模型参数化：超市前食品（former food from supermarkets, SM）、消费者家庭厨房食物残渣（kitchen food scraps from consumer households, KF）以及第2类动物炼制品肉粉（category 2 meat meal from rendering, MM）；并针对两种昆虫物种：黄粉虫（Tenebrio molitor）（YMW）和黑水虻（Hermetia illucens）幼虫（BSFL）。考虑的暴露途径包括反刍动物饲料的交叉污染、施用猪或禽粪或虫粪（frass）的草地，以及犊牛代乳粉。模型中的主要不确定性为朊病毒从底物向昆虫的转移。研究人员采用最坏情况方法，假设昆虫养殖期间朊病毒无灭活。对于缺乏数据描述朊病毒存在和持久性的其他参数，亦采用类似的保守估计。模型结果表明，牛只暴露的BSE感染性取决于底物和昆虫物种，但所有评估组合均处于极低水平，最大中位总体暴露量为YMW以KF饲养时的5.2 × 10?6 CoID50，对应的至少一例新BSE感染概率为3.6 × 10?6，意味着每100,000头屠宰的BSE感染牛中，不足1头会导致新BSE感染。因此研究人员得出结论：在残余流上饲养昆虫不太可能导致新BSE疫情的出现。

基于残余流昆虫养殖的BSE传播定量风险评估：研究解读

一、研究背景与问题

全球食品需求持续增长、自然资源有限以及食品和饲料生产的环境副作用，共同推动了从线性食品生产系统向循环食品生产系统的转型，其中副产品与废物流被重新纳入生产体系。联合国粮食浪费指数报告估计，仅在消费阶段（零售、餐饮服务和家庭），全球食品产量的19%即被浪费。昆虫可在循环食品生产系统中发挥生物转化器的重要作用，将食品生产链中的废弃物和副产品转化为食品和饲料的有价值营养素。然而，若底物受重金属、农药、兽药或其他化学品以及病原体污染，使用废弃物和副产品作为昆虫养殖底物可能带来安全问题。现行欧盟立法因疾病传播风险，限制使用含动物蛋白的废弃物和副产品作为包括昆虫在内的养殖动物饲料来源。历史上，饲喂泔水曾导致严重传染病疫情，包括2001年英国口蹄疫疫情以及影响全球多国的非洲猪瘟疫情。同样，将动物蛋白回收用于反刍动物饲料的广泛实践，导致了20世纪末牛海绵状脑病（BSE）的大规模流行。BSE由一种错误折叠的朊病毒蛋白（PrP^SC）引起，该蛋白具有极强的耐热性，当时应用的默认炼製工艺无法将其灭活。1994年实施的禁止在反刍动物饲料中饲喂反刍动物蛋白的禁令，以及2001年扩展至全面禁止向牲畜饲喂加工动物蛋白的禁令，使欧洲BSE病例迅速下降，几乎所有欧盟成员国现已具有BSE可忽略风险状态。近年来，欧盟对全面饲料禁令实施了一些放宽措施，包括允许在犊牛代乳粉中使用鱼粉、在水产饲料及猪禽饲料中使用昆虫粉，以及允许禽源加工动物蛋白（PAPs）用于猪饲料和猪源PAPs用于禽饲料。然而，反刍动物PAPs仍被严格禁止用于非反刍动物饲料，且任何物种的PAPs均不得作为昆虫养殖底物。这限制了含混合动物蛋白的废弃物和副产品作为昆虫养殖底物的使用，从而阻碍了从线性向循环食品生产系统转型的推进。为在循环性收益与残余流使用风险之间做出平衡决策，需要更深入了解在含动物蛋白残余流上饲养昆虫导致新BSE感染的风险。欧洲食品安全局（EFSA）对此进行了定性评估，但未给出风险水平的具体指示。本研究的目的是定量评估在含动物蛋白残余流上饲养昆虫的BSE风险。

二、研究内容与结论

研究人员采用类似于EFSA对PAPs及反刍动物胶原蛋白和明胶BSE风险评估的方法，构建了定量随机风险模型，评估若将三种残余流——超市前食品（SM）、家庭厨房食物残渣（KF）和第2类炼制品肉粉（MM）——用作昆虫养殖底物时，可能到达牛只的BSE感染性及其导致至少一例新BSE感染的概率。模型假设单头处于临床终末期的BSE感染牛逃脱了农场和屠宰场检测，并被加工为供人消费的肉制品或第2类肉粉。考虑的暴露途径包括：昆虫粉加工为猪禽饲料时在饲料厂、运输或养殖场环节对反刍动物饲料的交叉污染；采食经猪禽粪或虫粪施肥的草地或饲草作物；以及昆虫粉用于水产饲料后，由此生产的鱼粉用于犊牛代乳粉。模型采用质量平衡方程评估生产链中感染性的削减，削减通过加工灭活（如炼製）或产品使用方式导致的感染性“部分去除”实现。模型结果表明，牛只暴露的BSE感染性取决于底物和昆虫物种，但所有评估组合均极低，最大中位总体暴露量为黄粉虫（YMW）以KF饲养时的5.2 × 10^?6 CoID₅₀，对应至少一例新BSE感染的概率为3.6 × 10^?6，即每100,000头屠宰的BSE感染牛中不足1头会导致新BSE感染。研究人员因此得出结论：在残余流上饲养昆虫不太可能导致新BSE疫情的出现。该研究为监管决策提供了定量风险评估依据，有助于在促进循环食品生产系统转型与保障饲料安全之间做出更科学的权衡。

三、主要技术方法

研究人员构建了基于Excel和@Risk 8.3.2的定量随机风险模型。模型参数来源于多个渠道：牛只体重和脑重等解剖学数据来自Ballarin et al. (2016)；BSE感染性浓度数据基于Konold et al. (2012b)和EFSA评估报告；炼製灭活效果参考Schreuder et al. (1998)；残余流中肉制品废弃比例基于荷兰监测数据（Dagevos et al., 2023；Van Lieshout and Knüppe, 2023；STV, 2024）；昆虫收获时昆虫与虫粪的重量比例来自生长性能研究（Den Boer and Brugmans, 2022；Meijer et al., 2026；Hoek-van den Hil et al., 2024）。模型采用最坏情况假设，即昆虫养殖期间朊病毒无灭活，且昆虫与虫粪间感染性按重量比例均分。

四、研究结果

4.1 残余流中的BSE感染性

研究人员通过公式（1）和（2）分别估算被宣布适合人消费的BSE感染牛可食产品中的总感染性（I_meat）和被宣布不适合人消费并加工为第2类肉粉的牛只组织中的总感染性（I_cat2）。模型考虑了特定风险材料（SRM）的去除、脊髓不完全去除和击晕导致脑组织栓塞的交叉污染概率。可食组织中的BSE浓度采用最坏情况假设，设定为生物测定检测限10^?6.4 CoID₅₀/g。第2类肉粉经炼製（133°C，3 bar，20分钟）后预计产生1至3个log₁₀的感染性削减。模型假设约5%的第2类肉粉可作为昆虫养殖底物投放市场。SM和KF底物中的感染性则根据肉制品零售比例、超市废弃比例和家庭废弃比例计算，分别假设90%和50%的可用比例。

4.2 昆虫粉和虫粪中的BSE感染性

研究指出，朊病毒可从昆虫中回收，但昆虫缺乏天然朊病毒蛋白，因此朊病毒不太可能在昆虫体内复制。由于缺乏昆虫体内朊病毒灭活的研究数据，模型采用最坏情况假设，即昆虫养殖期间无灭活。基线模型中假设感染性在收获时的昆虫与虫粪之间按两者相对重量均等分布。昆虫与虫粪的重量比例取决于养殖底物，数据来自黄粉虫（YMW）和黑水虻幼虫（BSFL）在三种底物上的生长性能研究。BSFL在第2类肉粉上生长极差，收获时幼虫重量仅为常规底物（鸡饲料）饲养时的5%。

4.3 牛只暴露评估

模型评估了三条暴露途径。第一条为交叉污染途径：昆虫粉用于猪禽饲料时，通过饲料厂、运输或养殖场环节的交叉污染（携带系数10^?3）进入反刍动物饲料。第二条为草地施肥途径：猪禽粪或虫粪施用于草地和饲草作物（施用比例分别为0.2和0.05），牛只通过采食草料和摄入土壤（土壤摄入比例Uniform(0.01,0.0234)）暴露。第三条为犊牛代乳粉途径：昆虫粉用于水产饲料（市场份额Uniform(0.1111,0.3661)），鱼粉生产（鱼副产品比例0.45）后，部分鱼粉（0.05）用于犊牛代乳粉。模型还考虑了鱼胃肠道中感染性滞留的概率和时间，以及收获前禁食期对感染性清除的影响。

4.4 总体暴露与感染概率

模型结果表明，所有底物与昆虫物种组合的总体暴露量均极低。最大中位总体暴露量为YMW以KF饲养时的5.2 × 10^?6 CoID₅₀，对应至少一例新BSE感染的概率为3.6 × 10^?6。这意味着每100,000头屠宰的BSE感染牛中，不足1头会导致新BSE感染。

五、讨论与结论

讨论部分指出，模型的主要不确定性在于朊病毒从底物向昆虫的转移，研究采用最坏情况假设即无灭活。对于缺乏数据描述朊病毒存在和持久性的其他参数，亦采用保守估计。模型假设感染性在受感染动物组织和各产品中均匀分布，未区分经典BSE（C-BSE）与非常规变异型（L-BSE和H-BSE）的风险。模型代表当前欧洲情况，部分参数数据局限于单一欧洲国家或历史普查数据，但研究人员假设这些数据对模型的地理和时间范围具有代表性。研究结论为：在残余流上饲养昆虫不太可能导致新BSE疫情的出现，BSE感染性水平极低，最大中位总体暴露量为5.2 × 10^?6 CoID₅₀，对应概率为3.6 × 10^?6，即每100,000头屠宰的BSE感染牛中不足1头会导致新BSE感染。