Copyright 2019

 

Mariusz Pietras, Tadeusz Barowicz

Instytut Zootechniki-PIB w Krakowie

 

Szacuje się, że ponad 30% światowej produkcji ziarna zbóż jest zainfekowana toksynami grzybowymi – mikotoksynami. Są one produktami przemiany materii niższych grzybów toksynotwórczych, namnażających się w paszach w okresie zbioru lub podczas ich przechowywania. Namnażaniu się grzybów sprzyjają: uszkodzenie i zabrudzenie ziarna spowodowane mechanicznym zbiorem zbóż, niestaranne dosuszenie ziarna, niewłaściwe warunki przechowywania, długotrwały transport oraz długotrwałe przechowywanie zbóż. Ogólnie ujmując grzyby preferują wilgotne środowisko, bogate w węglowodany i tlen.

 

Do najważniejszych grzybów produkujących mikotoksyny zalicza się m.in.: Aspergillus spp., Fusarium spp., Penicillium spp., oraz Stachybotrys spp. Pobranie toksyn produkowanych przez w/w grzyby przez zwierzęta w paszy ma negatywny wpływ na produkcję, rozród oraz ich zdrowie.              

Szczególnie niekorzystny wpływ na zdrowie trzody chlewnej wywierają dwie mikotoksyny – aflatoksyny i ochratoksyny. W warunkach klimatycznych naszego kraju najczęściej mamy do czynienia z ochratoksyną A, wykrywaną w paszach oraz zbożach. Najbardziej podatne na atak grzybów wytwarzających ochratoksynę A jest ziarno żyta i pszenicy, w mniejszym stopniu ziarno jęczmienia, pszenżyta oraz kukurydzy. Jedną z przyczyn tworzenia się ochratoksyny A jest maszynowy zbiór zbóż kombajnami, zamiast tradycyjnego zbioru dwufazowego. Ten ostatni umożliwiał podsuszanie ziarna w snopkach oraz dojrzewanie pożniwne ziarna w kłosach przed omłotem. Natomiast, nagminne stosowanie opóźnionego dosuszania ziarna po zbiorze kombajnowym sprzyja tworzeniu się toksyn grzybowych. Przechowywanie ziarna o podwyższonej wilgotności przez 2-3 miesiące, również prowadzi do tworzenia się znacznych ilości trujących toksyn. Występowaniu ochratoksyny A sprzyja również zanieczyszczenie ziarna glebą, nasionami chwastów oraz uszkodzenia mechaniczne nasion urządzeniami młócącymi. Ziarno czyste, nie uszkodzone jest bardziej odporne na porażenie przez grzyby toksynotwórcze.               

Grzyby pleśniowe z rodzaju Aspergillus oraz Penicillium w korzystnych dla siebie warunkach osiągają możliwość nieograniczonego rozwoju, co prowadzi do produkcji dużych ilości toksyn i ich koncentracji w skażonej paszy. Obecność mikotoksyn w mięsie jest skutkiem skarmiania zwierząt rzeźnych oraz drobiu paszami skażonymi toksynami grzybowymi. Ochratoksyna A podlega kumulacji w organizmie zwierząt, wiąże się z białkami krwi oraz przedostaje się do tkanki mięśniowej. Mikotoksyna ta kumuluje się przede wszystkim w nerkach, wątrobie, mięśniach i tkance tłuszczowej trzody chlewnej oraz drobiu skarmianych skażoną paszą. Sądzi się, że około 5-10% ochratoksyny A spożywanej przez ludzi pochodzi z mięsa wieprzowego. Mikotoksyna ta występuje również w mięsie drobiowym. Rzadko natomiast jest spotykana w mięsie wołowym, ze względu na rozkład jej przez mikroflorę żwacza.              

Obok szkodliwego wpływu na zdrowie zwierząt i ludzi skażenie pasz toksynami grzybowymi prowadzi do poważnych strat ekonomicznych. Zgodnie z opinią Komisji Codex Alimentarius (2003) całkowite uniknięcie spożycia wraz z pokarmem toksyn grzybowych jest niemożliwe, stąd prowadzonych jest szereg prac, których celem jest znalezienie (opracowanie) metod skutecznie dekontaminujących zanieczyszczone pasze i produkty. Poza metodami fizycznymi i chemicznymi, coraz częściej w kręgu zainteresowania pojawiają się metody biologiczne. Współczesne podejście do hamowania rozwoju mikroflory pleśni w paszach obejmuje wykorzystanie naturalnych właściwości mikroorganizmów do antagonistycznego oddziaływania pomiędzy sobą. W metodach biologicznych mają zastosowanie preparaty zawierające żywe mikroorganizmy: grzyby lub bakterie.

Drożdże

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

W licznych doświadczeniach stwierdzono, że drożdże Saccharomyces cerevisiae w istotny sposób redukują toksyny, zarówno te bakteryjne jak i grzybowe, występujące w surowcach oraz w paszach. Przy ich zastosowaniu nie obserwuje się efektów ubocznych, jakie mają miejsce przy użyciu absorbentów mineralnych. Te ostatnie bowiem zubożają paszę o witaminy i sole mineralne, sorbując je na swojej powierzchni, podobnie jak toksyny bakteryjne lub grzybowe. Wykazano, że wiązanie mikotoksyn odbywa się w 10 minut od momentu zmieszania z produktem, zaś skuteczność wiązania toksyn grzybowych przez ½ kg drożdży porównywalna jest z działaniem 4 kg preparatów mineralnych opartych np. na glinokrzemianach. W badaniach Gedek (2001) obserwowano, że dodatek 20 kg drożdży na 1 tonę paszy, wiąże w ok. 60% zawarte w niej takie toksyny grzybowe jak DON (deoksynivalenol, womitoksyna) oraz ZEA (zearalenon).               

Zdolności drożdży do wiązania mikotoksyn wynikają z ich specyficznej budowy. Podczas produkcji piwa, w drożdżach mają miejsce pęknięcia membran błon komórkowych, ale jednocześnie nie ulegają uszkodzeniu struktury składników czynnych. Do tych ostatnich zalicza się β-glukany, glukomannany oraz nukleotydy. Ściany komórek drożdży tworzą coś na kształt sieci przestrzennej, która ma zdolność wyłapywania toksyn grzybowych znajdujących się w treści przewodu pokarmowego. Komponenty ze ścian komórkowych drożdży Saccharomyces cerevisiae zawierają w swoim składzie β-D-glukany, które są w stanie tworzyć trwałe kompleksy z mikotoksynami. Ostatnie doniesienia naukowe wskazują na duży potencjał wiązania mikotoksyn przez frakcje D-glukanów komórek drożdży za pomocą wiązań wodorowych oraz sił van der Waals’a. Dzięki temu zjawisku, mikotoksyny nie zostają wchłonięte, lecz wraz z kałem usunięte z organizmu zwierzęcia. Przyjmuje się, że w przewodzie pokarmowym drożdże tworzą sieć o znacznej powierzchni, w którą wychwytywane są toksyny grzybowe. Szacuje się, że właściwości sorpcyjne drożdży wahają się od 50 do 60% i są zależne zarówno od rodzaju jak i stężenia toksyn grzybowych, kwasowości panującej w przewodzie pokarmowym oraz uwodnienia i stopnia rozdrobnienia paszy. Istnieje szereg skutecznych preparatów wykorzystujących drożdże do detoksykacji pasz. Preparaty te ponadto są biodegradowalne, a tym samym w pełni bezpieczne dla środowiska. Zalecaną dawką dla wyciągów aktywnych składników drożdży wynosi 1-2 kg/tonę paszy, co odpowiada dziennej dawce 20 g/dzień dla krowy.

Bakterie kwasu mlekowego

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Obok drożdży, uwaga badaczy coraz częściej skupia się na bakteriach kwasu mlekowego z rodzaju Lactobacillus sp. Bakterie fermentacji mlekowej produkują liczne związki o aktywności bakteriobójczej oraz hamujące wzrost m.in. grzybów z rodzaju Monilia, Aspergillus, Penicillium a także Fusarium. Wykazują one również właściwości ograniczające zawartość mikotoksyn w produktach, jak również w treści pokarmowej na całej długości przewodu pokarmowego. Wytwarzanie składników o charakterze grzybobójczym zależy od fazy wzrostu, w jakiej znajdują się komórki szczepów bakterii kwasu mlekowego, a także od temperatury, podłoża, składników odżywczych oraz kwasowości. Przyjmuje się, że mechanizm działania przeciwdrobnoustrowego szczepów bakterii kwasu mlekowego polega na produkcji kwasów organicznych, współzawodnictwie o substancje odżywcze oraz na syntezie antagonistycznych związków.               

Bakterie fermentacji mlekowej, obok kwasu mlekowego produkują również takie lotne kwasy organiczne jak kwas octowy, mrówkowy, propionowy i inne. Kwas mlekowy jest podstawowym metabolitem omawianej grupy bakterii i w decydujący sposób wpływa na obniżenie pH środowiska. Pleśnie i drożdże mogą rozwijać się nawet do pH o wartości odpowiednio 2 i 2,5. Ponadto postać niezdysocjowana kwasu mlekowego działa silniej z uwagi na łatwiejszą dyfuzję do wnętrza komórki na drodze transportu pasywnego. Po wniknięciu do wnętrza komórki grzybowej, kwas mlekowy w cytoplazmie ulega dysocjacji i zakwaszając środowisko, powodując wzrost ciśnienia osmotycznego. W takiej komórce dochodzi do zniszczenia gradientu elektrochemicznego protonów, co w konsekwencji skutkuje jej śmiercią. Kwas octowy i propionowy również wpływają na utratę potencjału elektrochemicznego przez błonę komórkową grzybów. Kwas propionowy z kolei redukuje namnażanie się pleśni w niższym stężeniu oraz przy niższej kwasowości. Uszkadza błony komórkowe grzybów przy pH poniżej 4,5. Oba kwasy hamują wchłanianie aminokwasów przez komórki grzybów. Właściwości grzybobójcze w stosunku do kilku gatunków pleśni w tym Aspergillus niger posiada także kwas 4-hydroksyfenylomlekowy.               

Bakterie fermentacji mlekowej należą do grupy mikroorganizmów katalazo-ujemnych. Powstający podczas ich wzrostu nadtlenek wodoru kumuluje się w znacznych ilościach w środowisku, co pociąga za sobą destrukcję struktur białek komórkowych grzybów. Odkryto również szereg peptydów o aktywności antyfungistatycznej produkowanych przez bakterie fermentacji mlekowej.               

Zdolność do obniżania zawartości mikotoksyn przez bakterie z rodzaju Lactobacillus jest właściwością szczepową. Szczepy posiadające takie właściwości w stosunku do obniżania zawartości jednej mikotoksyny nie koniecznie muszą być efektywne w degradacji innej grupy mikotoksyn. Większość z nich obniża zawartość toksyn grzybowych tylko o około kilkanaście procent. Wyjątkiem są szczepy powodujące spadek mikotoksyn w środowisku o ponad 50%. Wykazano, że inaktywowane termicznie drobnoustroje mają większe powinowactwo do mikotoksyn wiążąc je trwale, podczas gdy w żywych proces ten jest odwracalny. Sugeruje to mechanizm wiązania toksyn do elementów ścian komórkowych oraz oddziaływania sił elektrostatycznych i hydrofobowych, podobnie jak to ma miejsce w przypadku dekontaminacyjnych właściwości drożdży.

Inne bakterie i mikroorganizmy

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Zdolność do obniżania zawartości mikotoksyn w paszach jest cechą właściwą nie tylko bakteriom z rodzaju Lactobacillus, ale także szczepom z rodzaju Streptococcus oraz Bifidobacterium, a także mikroflorze bakteryjnej bytującej w jelitach ślepych. Toksyny grzybowe z kolei, w przedżołądkach przeżuwaczy ulegają biotransformacji najprawdopodobniej dzięki obecnym tam pierwotniakom. W tym przypadku ma miejsce hydroliza wiązania peptydowego mikotoksyny z uwolnieniem fenyloalaniny, zaś powstałe w wyniku produkty, nie są szkodliwe dla organizmu zwierzęcia.

Enzymy

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Coraz częściej, w szerokiej praktyce, znajdują zastosowanie dodatki paszowe, zawierające w swoim składzie substancje rozkładające mikotoksyny na drodze enzymatycznej (np. BioMycoSorb). Ich zadaniem, w środowisku przewodu pokarmowego, jest rozkład wielkocząsteczkowych toksyn grzybowych, które nie mogą być usunięte z organizmu na drodze absorpcji (np. wiązane przez glinokrzemiany). Enzymy rozkładają toksynę grzybową na drobne fragmenty, które nie wykazujące działania toksycznego. Następnie, zostają one usunięte z organizmu wraz z kałem.

Podsumowanie

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Organiczne substancje dekontaminujące są skuteczniejsze w działaniu wobec znajdujących się w paszach mikotoksyn, niż nieorganiczne substancje wiążące. Prowadzone prace badawczo-rozwojowe sprawiają, że ich skuteczność z roku na rok jest coraz wyższa, niezależnie od rodzaju i poziomu mikotoksyn w paszach. Są one ponadto biodegradowalne oraz, po wydaleniu ich przez zwierzęta, nie kumulują się w środowisku naturalnym. Przeciwnie, dość powszechnie będące w użyciu mineralne absorbenty, są stosowane w większych dawkach niż związki organiczne, gromadzą się w nawozie i zanieczyszczają ziemie orną oraz pastwiska podczas ich rozsiewania. ■