Artykuł naukowy

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
Penicillium
sterigamtocystyna
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
2
ze zbóż, z wyj. kukurydzy
kukurydza
5
Wszystkie zboża i produkty otrzymywane
4
Aflatoksyna
B1+B2+G1+G2
ze zbóż, z wyj. kukurydzy
kukurydza
10
Ochratoksyna A
nieprzetworzone zboża
5
Produkty pochodzące z nieprzetworzonych
3
zbóż
Deoksyniwalenol
Zearalenon
nieprzetworzone zboża
1250
nieprzetworzone pszenica durum, owies
1750
nieprzetworzona kukurydza
1750
nieprzetworzone zboża
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), 141148.
11. Miller D. 1994. Fungi and Mycotoxins in Grain: Implications for Stored
Product Research. Journal of Stored Products Research. Vol 32, No 1, 116.
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.