Justyna Młynarska Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie Katedra Mikrobiologii Środowiskowej Mikotoksyny w artykułach spożywczych, pochodzenie i zagrożenia Termin mikotoksyny pochodzi od słów: greckiego mycos - grzyb oraz łacińskiego toxicum - trucizna. Określa się w ten sposób toksyczne substancje chemiczne wytwarzane przez niektóre gatunki pleśni rozwijającej się na produktach żywnościowych oraz zbożach (Błażej, 2001). Należy pamiętać jednak, że nie wszystkie pleśnie wytwarzają substancje toksyczne. Niektóre, jak się okazuje, mają wręcz korzystne właściwości i mogą być użyte przy produkcji artykułów spożywczych (sery, wędzone mięso) lub antybiotyków (Czerwiecki, 2005). Mikotoksyny stanowią drugorzędowe metabolity wytwarzane przez liczne grzyby pleśniowe. Rola tych wtórnych produktów przemiany materii w procesie wzrostu grzybni nie została poznana. Ich wytwarzanie uzależnia się od uwarunkowań genetycznych, które często są ograniczone tylko do jednego gatunku, a nawet szczepu grzyba. Ta sama toksyna może być jednak produkowana przez kilka różnych gatunków pleśni. Stwierdzono, iż pewne (nieznane dotąd) czynniki mogą powodować utratę zdolności syntezy mikotoksyn przez grzyby (Schrődter, 2004). Na wytwarzanie mikotoksyn wpływają specyficzne czynniki środowiskowe, takie jak niedobory lub obecność któregoś z istotnych składników odżywczych w podłożu czy obecność w danym miejscu innych, konkurencyjnych gatunków grzybów pleśniowych bądź bakterii (Miller, 1994). Znamy przeszło 250 gatunków grzybów pleśniowych, z których duża część może wytwarzać w produktach żywnościowych toksyczne substancje (przeszło 400 mikotoksyn i ich pochodnych) (Tab.1) (Goliński, 2002).
Chemicznie scharakteryzowano dotychczas ponad 300 mikotoksyn, z czego 20 to substancje występujące głównie na artykułach spożywczych, co ma zasadnicze znaczenie w aspekcie bezpieczeństwa żywności (Pokrzywa i in., 2007). Tab. 1. Zestawienie najważniejszych gatunków grzybów oznaczonych jako toksynotwórcze z produkowanymi przez nie mikotoksynami Rodzaj grzyba Wytwarzane toksyny Aspergillus flavus, A.parasiticus, aflatoksyna B1, G1,G2, M1, ochratoksyna A, A.ochraceus sterigamtocystyna Penicillium verrucosum, ochratoksyna A, cytrynina, patulina, penitrem A Aspergillus carbonarius Fusarium graminearum, trichoteceny (m.in. Deoksyniwalenol (DON), F.culmorum,F. verticillioides niwalenol, toksyna T-2, toksyna HT-2,), (moniliforme), F.proliferatum zearalenon, fumonizyny B1 i jej pochodne B2 i B3, moniliformina Alternaria kwas tenauzonowy, alternariol Claviceps ergotalkaloidy Świadomość zagrożenia ze strony pleśni, a co za tym idzie pojawiania się mikotoksyn znalazła odzwierciedlenie w ustawodawstwie światowym, europejskim, a także polskim. Aktualnie obowiązującym (od 1 marca 2007roku) w Polsce aktem prawnym w zakresie zanieczyszczenia środków spożywczych w tym ziaren zbóż i nasion roślin uprawnych mikotoksynami jest Rozporządzenie Komisji (WE) Nr 1881/2006 z dnia 19 grudnia 2006 roku ustalające najwyższe dopuszczalne poziomy niektórych zanieczyszczeń w środkach spożywczych (Dz. Urz. WE L 364 z 20.12.2006). Treść ustawy mówi o dopuszczalnych zawartościach mikotoksyn w produktach
spożywczych pochodzenia roślinnego (ziarno zbóż, mąki, kasze, produkty sypkie przetworzone z kukurydzy, oleje, pieczywo, soki, przyprawy), a także zwierzęcego (mleko, mięso, jaja). Rozporządzenie zwraca uwagę na najbardziej szkodliwe dla zdrowia ludzi oraz zwierząt mikotoksyny: Aflatoksyny (B1, suma B1, B2, G1, G2, M1) Ochratoksynę A Patulinę Deoksyniwalenol (DON) Zearalenon Fumonizyny Toksyny T-2; HT-2 Dopuszczalne poziomy zanieczyszczeń mikotoksynami dla zbóż i produktów zbożowych na podstawie Rozporządzenie Komisji (WE) Nr 1881/2006 przedstawia Tab. 2. Mikotoksyna Produkt Dopuszczalny poziom [μg/kg] Aflatoksyna B1 Wszystkie zboża i produkty otrzymywane ze zbóż, z wyj. kukurydzy 2 kukurydza 5 Aflatoksyna B1+B2+G1+G2 Wszystkie zboża i produkty otrzymywane ze zbóż, z wyj. kukurydzy 4 kukurydza 10
Ochratoksyna A nieprzetworzone zboża 5 Deoksyniwalenol Produkty pochodzące z nieprzetworzonych zbóż nieprzetworzone zboża 3 1250 nieprzetworzone pszenica durum, owies 1750 Zearalenon nieprzetworzona kukurydza nieprzetworzone zboża 1750 100 nieprzetworzona kukurydza 200 Toksyna T-2 i HT-2 nieprzetworzone zboża - Fumonizyny nieprzetworzona kukurydza 2000 Charakterystyka najważniejszych mikotoksyn Aflatoksyna jest pochodną difuranokumaryny, należy do najsilniejszych czynników rakotwórczych, szczególnie w stosunku do wątroby. Obecnie znane są aflatoksyny B1, B2, M1, M2, G1, G2. Aflatoksyny są rozpuszczalne w wodzie i łatwo przenikają przez błony i tkanki roślin, zwierząt oraz przez skórę. Kumulują się w organizmie prowadząc do zaburzeń czynnościowych, a w następstwie do chorób i śmierci. Są odporne na podwyższoną temperaturę, wrażliwe na promieniowanie UV, nadtlenek wodoru i środowisko alkaliczne. Zdolność do tworzenia aflatoksyn rozpoznano u szczepów z rodzaju Aspergillus i Penicillium. W 1960 roku na jednej z farm drobiu w Anglii w przeciągu paru miesięcy padło ponad 100 tys. młodych indyków na nieznaną wtedy chorobę nazwaną chorobą indyczą X. Wkrótce okazało się, że nie ogranicza się ona tylko do indyków. Objęła ona również młode kaczki oraz bażanty.
Wnikliwa analiza pierwszej epidemii wykazała, że wszystkie one związane były z paszą, w której skład wchodziły brazylijskie orzeszki ziemne. Podjęto zatem dalsze badania podejrzanej paszy i natychmiast odkryto, że jest ona wysoce toksyczna wobec drobiu i wywołuje charakterystyczne objawy choroby indyczej X. Już w 1960 roku obserwując właściwości toksyn, zaczęto podejrzewać, że ich źródłem mogą być grzyby. Rzeczywiście, rok później stwierdzono, że Aspergillus flavus syntetyzuje szkodliwe związki. Niebezpieczne metabolity nazwano aflatoksynami, od nazwy grzyba-producenta (A. flavus à Afla ). To odkrycie doprowadziło do wzrostu świadomości potencjalnego zagrożenia dla ludzi i innych ssaków chorobami, a nawet śmiercią, w przypadku gdy związki te znajdą się w żywności lub paszy. Badania wskazują, że aflatoksyny są produkowane przez niektóre rodzaje A. flavus i większość, lecz nie wszystkie, rodzaje A. parasiticus. Istnieją cztery główne aflatoksyny: B1, B2, G1, G2. Ich oznaczenie jako B oraz G, wzięło się z faktu, iż posiadają zdolność fluorescencji w świetle UV. Aflatoksyna B pod wpływem promieniowania nadfioletowego emituje światło niebieskie (ang. Blue), a aflatoksyna G światło zielono-żółte (ang. Greenyellow). Różnice te wynikają z różnej budowy chemicznej. Dodatkowo, występują jeszcze dwa metabolity oznaczone M1 oraz M2, które są głównymi aflatoksynami zanieczyszczającymi produkty żywnościowe oraz pasze. Pierwszy raz zidentyfikowano je w mleku karmiących ssaków. Stąd też pochodzi ich oznaczenie (ang. Milk). Aflatoksyny wchłaniają się głównie przez przewód pokarmowy. Największe ich ilości stwierdzono w wątrobie ludzi i zwierząt. W licznych badaniach doświadczalnych potwierdzono wysoką hepatotoksyczność aflatoksyn. Uzyskano dowody na istnienie korelacji między spożytą dawką aflatoksyn, a działaniem hepatotoksycznym. Wykazano, że aflatoksyny są
powodem nowotworów umiejscowionych w innych narządach: okrężnicy, żołądku, nerkach, gruczołach łzowych, języku i tchawicy (Saleemullah, 2006). Ochratoksyna A jest najważniejszą mikotoksyną występującą w surowcach roślinnych w klimacie umiarkowanym (Czaban i in., 2006). Ochratoksyna A (OTA) wykazuje działanie nefrotoksyczne i nefrokancerogenne. Odkłada się w nerkach, następnie w wątrobie, mięśniach i tkance tłuszczowej (Pardo i in., 2004). U świń karmionych paszą porażoną grzybami powodowała martwicę kanalików nerkowych oraz martwicę tkanki podstawowej nefronu, co skutkowało poważnym uszkodzeniem nerek. Nefropatia ochratoksynowa świń związana jest z warunkami klimatycznymi panującymi podczas zbiorów, oraz przechowywaniem pasz (Petersson i Schnűrer, 1999). Nie stwierdzono dotychczas przechodzenia OTA z paszy do krwi, mleka i mięsa przeżuwaczy. W przewodzie pokarmowym przeżuwaczy znajduje się swoista mikroflora bakteryjna, która rozkłada ochratoksynę A (Jarczyk i in., 1999) Deoksyniwalenol (DON) niemal zawsze jest wytwarzany na roślinach przed zbiorem. Powstaje w czasie długotrwałych okresów chłodu, w czasie wegetacji i żniw przebiegających w warunkach dużej wilgotności. DON jest odpowiedzialny za hamowanie biosyntezy białka, redukcję aktywności enzymów, zaburzenia w przepuszczalności błon cytoplazmatycznych oraz zaburzenia w podziałach komórkowych (Buśko i in., 2006). Po spożyciu tej toksyny występują u ludzi biegunki, wymioty, anoreksja wywołana stanem zapalnym nabłonka jelita cienkiego. DON jest toksyną o działaniu alergizującym (Tomczak i in., 2002)
Zearalenon wykazuje małą toksyczność ostrą. Mimo to, obecność zearelenonu w paszy, przez długi czas była poważnym problemem w rolnictwie, przede wszystkim dlatego, że powodowała bezpłodność i inne choroby pokrewne, zwłaszcza u świń i owiec. Pasza zawierająca zearalenon wywołuje u zwierząt zespół estrogenny. Brak jest informacji o szkodliwym wpływie tej toksyny na organizm człowieka (Kłyszejko i in., 2005). Patulina w warunkach naturalnych znana jest przede wszystkim jako substancja skażająca jabłka i sok jabłkowy. Zanieczyszczenie produktów wytwarzanych z jabłek może czasami być znaczne, np. w soku jabłkowym przygotowanym z częściowo zgniłych jabłek, stężenie patuliny może osiągać 8000 μg/l (wartość dopuszczalna dla tej toksyny to 50 μg/l). Patulina jest wykrywana nie tylko w jabłkach i produktach wytworzonych z jabłek, ale także w owocach dotkniętych brązową zgnilizną, takich jak banany, ananasy, winogrona, brzoskwinie, morele i pomidory oraz w spleśniałych kompotach i soku gruszkowym. Zwraca się uwagę na częściowy rozkład patuliny w procesach stosowanych przy przetwórstwie żywności. Rozkład tej toksyny powoduje fermentacja alkoholowa jednak może być ona nadal obecna w napojach, jeżeli sok jabłkowy był dodany po zakończeniu fermentacji. Patulina jak wykazały badania ma działanie mutagenne, ponadto charakteryzuje się wysoką toksycznością: zwiększa przepuszczalność naczyń krwionośnych, hamuje diurezę i uszkadza wątrobę. Fumonizyny wzrost poziomu tych toksyn w paszach dla zwierząt objawia się np. zwiększeniem zachorowalności koni na leukodystroficzne rozmiękanie mózgu (leucoencefalomalacja), występowanie obrzęku płuc u świń. Potwierdzono również nefrotoksyczne i hepatotoksyczne działanie na szczurach (Placinta i in., 1999).
Produkty rolne mogą ulec zanieczyszczeniu wtórnymi metabolitami grzybów pleśniowych w każdym momencie, począwszy od rozwoju rośliny na polu, poprzez zbiór, jak też w trakcie obróbki, przechowywania i transportu gotowego artykułu. Dlatego niezmiernie istotna jest właściwa pielęgnacja plonu w czasie wegetacji, a także podczas magazynowania i przetwarzania produktów (Czerwiecki, 2007). Ze względu na możliwość wykorzystania ziaren zbóż do produkcji pasz, a także jako surowca w przemyśle młynarskim i piekarnictwie mikotoksyny odnajdywane w ziarnie przechowywanym w złych warunkach stanowią realne źródło zakażenia dla zwierząt gospodarskich i ludzi oraz możliwość kumulowania się produktach pochodzenia zwierzęcego (mleko, jaja, mięso) (Broda i Grajek, 2009). Pojawianie się mikotoksyn w produktach pochodzenia zbożowego można ograniczyć stosując takie metody jak (Korbas i Horoszkiewicz- Janka, 2007): Wentylacja przesuszenie przechowywanego ziarna do bezpiecznego poziomu poniżej 14% wilgotności i niska temperatura przechowywanych produktów ograniczające rozwój mikrofory grzybowej. Fumigacja lub środki konserwujące ziarno np. kwas propionowy kwas askorbowy i jego pochodne, amoniak. Mycie ziarna woda zawierającą chlor w odpowiednim stężeniu przez 3-8 minut usuwa większość mikroflory obecnej na ziarnie (Reby i Kowalik, 1998). Usuwanie kurzu, uszkodzonych ziaren, części wegetatywnych chwastów. Kierowanie uprawy i ochrony roślin (zabiegi w czasie wegetacji), tak aby zminimalizować obecność patogenów, odpowiedni dobór odmian wykazujących odporność na porażenie grzybami.
Literatura: 1. Błażej J. 2001. Metabolity grzybów toksynotwórczych i ich znaczenie (praca przeglądowa). Zesz. Nauk. AR im. Hugona Kołątaja w Krakowie nr 388, 51-54. 2. Broda M., Grajek W. 2009. Mikroflora ziaren zbóż i metody redukcji skażenia mikrobiologicznego. Postępy Nauk Rolniczych nr 2/2009: 19 30. 3. Buśko M., Góral T., Cichy H., Matysiak A., Perkowski. 2006. Akumulacja deoksyniwalenol i ergosterolu w ziarnie pszenżyta porażonym przez Fusarium culmorum. Folia Univ. Agric. Stetin., Agricultura 247 (100), 21 28. 4. Czaban J., Wróblewska B., Stochmal A., Janda B. 2006. Growth of Penicillium verrucosum and production of ochratoxin A on nonsterilized wheat grain incubated at different temperatures and water conten. Pol.J.Microb. vol.55, nr 4, 321-331. 5. Czerwiecki L. 2005. Mikotoksyny i pleśnie- zagrożenie jakości zdrowotnej ziarna zbóż i ich przetworów oraz pieczywa. Przeg. Zbożowo Młynarski 49, nr 8, 11-13. 6. Czerwiecki L. 2007. Mikotoksyny w ziarnie zbóż i co dalej? Przeg. Zbożowo Młynarski 10, 25-27. 7. Goliński P. 2002. Ochratoksyna A i inne mikotoksyny nadal obecne w krajowych zbożach. Przeg. Zbożowo Młynarski 2, 15-18. 8. Jarczyk A., Jędrychowski L., Wróblewska B., Jędryczko R. 1999. Relation between ochratoxin A content in cereal grain and mixed meals determined by the ELISA and HPLC methods and attempt to evaluate their usability for monitoring studies. Pol.J. Food Nutr.Sci. Vol.8(49) nr 1, 53-64.
9. Kłyszejko A., Kubus A., Żakowska Z. 2005. Mycological Annalysis of cereal samples and screening of Fusarium strains ability to torm deoxynivalenole [DON] and zearalenone [ZEA] mycotoxins- a pilot study. Pl. Journal of Microbiology, 54, 21-25. 10. Korbas M., Horoszkiewicz- Janka J. 2007. Znaczenie i możliwości ograniczenia szkodliwych metabolitów pochodzenia grzybowego. Progress in Plant Protection / Postępy w Ochronie Roślin, 47 (2), 141-148. 11. Miller D. 1994. Fungi and Mycotoxins in Grain: Implications for Stored Product Research. Journal of Stored Products Research. Vol 32, No 1, 1-16. 12. Pardo E., Marin S., Sanchis V., Ramos A. 2004. Prediction of fungal growth and ochratoxin A production by Aspergillus ochraceus on irradiated barley grain as influenced by temperature and water activity. International Journal of Food Microbiology 95, 79 88. 13. Petersson S., Schnűrer J. 1999. Growth of Penicillium roqueforti, P. carneum, and P. paneum during malfunctioning airtight storage of highmoisture grain cultivars. Postharvest Biology and Technology 17,47 54. 14. Placinta C., D'Mello J., Macdonald A. 1999. A review of worldwide contamination of cereal grains and animal feed with Fusarium mycotoxins. Animal Feed Science and Technology 78, 21-37. 15. Pokrzywa P., Cieślik E., Topolska K. 2007. Ocena zawartości mikotoksyn w wybranych produktach spożywczych. ŻYWNOŚĆ. Nauka. Technologia. Jakość, 3 (52), 139 146. 16. Reby E., Kowalik M. 1998. Aktywność fungistatyczna ACE (podchlorynu sodu) i chloraminy T (do odkażania materiału roślinnego w kulturach in vitro). Zeszyty Naukowe AR w Krakowie. Sesja Naukowa z. 57 (333), t.2.
17. ROZPORZĄDZENIE KOMISJI (WE) NR 1881/2006 z dnia 19 grudnia 2006 r. ustalające najwyższe dopuszczalne poziomy niektórych zanieczyszczeń w środkach spożywczych. L364 5-24. 18. Saleemullah, Amjad Iqbal, Iqtidar A. Khalil, Hamidullah Shah. 2006. Aflatoxin contents of stored and artificially inoculated cereals and nuts. Food Chemistry 98, 699-703. 19. Schrődter R. 2004. Influence of harvest and storage conditions on trichothecenes levels in various cereals. Toxicology Letters 153,47 49. 20. Tomczak M., Wiśniewska H., Stępień Ł., Kostecki M., Chełkowski J., Goliński P. 2002. Deoxynivalenol, nivalenol and moniliformin in wheat samples with head blight (scab) symptoms in Poland (1998 2000). European Journal of Plant Pathology 108, 625 630.