| Mykotoksyny w paszy |
 |
 |
 |
| Hodowca Drobiu | |||
| Wpisany przez Katarzyna Śliżewska Instytut Technologii Fermentacji i Mikrobiologii, Politechnika Łódzka | |||
|
Mykotoksyny to toksyczne, wtórne metabolity, niektórych gatunków grzybów strzępkowych, głównie należących do rodzajów Aspergillus, Penicillium i Fusarium (tab. 1). Mogą stanowić zanieczyszczenie żywności i pasz, zwłaszcza zbóż, produktów zbożowych, orzechów, nasion oleistych, mleka i mięsa. Występują w grzybni, ale mogą pojawić się także w sporach. Produkowane są zazwyczaj po zakończeniu fazy stacjonarnej wzrostu. Wytwarzanie mykotoksyn jest specyficzne dla gatunku, a nawet dla szczepu. Udowodniono, że im bardziej skomplikowany jest szlak wytwarzania toksyny, tym mniejsza liczba gatunków grzybów ją produkuje.   Chociaż liczba wyizolowanych i scharakteryzowanych chemicznie mykotoksyn sięga 300, badania skupione są obecnie na tych związkach, które wykazują największą toksyczność w stosunku do organizmu człowieka i zwierząt. Należą do nich: aflatoksyny, ochratoksyny, trichoteceny, zearalenon oraz fumonizyny. Aflatoksyny  Tworzone są przez toksynotwórcze szczepy Aspergillus flavus oraz Aspergillus parasiticus. Należą do najbardziej toksycznych spośród mykotoksyn. Zaliczone przez IARC (Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem) do ludzkich kancerogenów. Wyróżnia się cztery rodzaje związków z tej grupy. Są to aflatoksyny B1, B2, G1 i G2. O ich toksyczności decyduje połączenie pierścienia laktonowego i benzenowego oraz obecność dwóch pierścieni fumarowych. Najczęściej znajdowane są w żywności pochodzenia roślinnego (orzeszki arachidowe, pistacje, makuchy bawełniane, ziarna kukurydzy, zboża, ryż, ziarna kakaowe, przyprawy, sorgo, soja, migdały, orzeszki ziemne, śruta roślin oleistych). Mogą także zanieczyszczać żywność pochodzenia zwierzęcego, na przykład przez przechodzenie aflatoksyny B1 i B2 do mleka w postaci metabolitów odpowiednio aflatoksyny M1 i M2. Aflatoksyna B1 może również kumulować się w jajach i mięsie. Obecność toksyn w mleku, jajach czy mięsie jest spowodowana spożyciem przez zwierzęta skażonej paszy (tzw. efekt carry – over). Aflatoksyny mogą wywołać różne objawy chorobowe, w zależności od gatunku, jednak u wszystkich zwierząt nawet niewielkie dawki mogą powodować uszkodzenia wątroby, obumieranie i wady zarodków, zaburzenia ze strony układu immunologicznego, nowotwory, spadek produkcji mleka i jaj. Objawem ostrego uszkodzenia wątroby są: zwiększona kruchość naczyń krwionośnych, koagulopatie, krwotoki i przedłużające się występowanie zakrzepów. Barwniki krwi mogą pojawiać się w moczu, a błony śluzowe wykazują objawy żółtaczkowe. Wątroba zwiększa swoje rozmiary na skutek krwotoków i zmian tłuszczowych hepatocytów. Przy przewlekłym zatruciu aflatoksyną, skutki również w większości dotyczą przede wszystkim wątroby, ale nie są tak dotkliwe. Wątroba przybiera barwę od żółtej do miedzianej, pęcherzyk żółciowy jest powiększony, a żółć rozrzedzona. Następuje rozrost dróg żółciowych. Aflatoksyna wywiera również szkodliwy wpływ na grasicę, powodując zanik komórek części korowej. Najbardziej czułym objawem klinicznym chronicznej aflatoksykozy jest spadek szybkości wzrostu u młodych zwierząt. Inne symptomy to przedłużające się występowanie zakrzepów, zwiększenie poziomu kwasów żółciowych oraz transaminazy glutamino-szczawiooctanowej i karbamoilotransferazy ornitynowej w surowicy. Często objawy przewlekłego zatrucia aflatoksyną są tak zmienne, że pozostaje ono przez długi czas niezdiagnozowane. Maksymalny dopuszczalny poziom aflatoksyny B1 w mieszankach paszowych pełnowartościowych dla drobiu wynosi 0,02 mg/kg (tab. 4). Ochratoksyny Ochratoksyna A jest najważniejszą z grupy ochratoksyn, produkowana przez toksynotwórcze gatunki z rodzaju Aspergillus, głównie A. ochraceus (obecna nomenklatura Aspergillus alutaceus), ale także A. alliaceus, A. sclerotiorum, A. sulphureus, A. wentii, A. melleus i A. awamori. Niewielkie ilości produkuje również Aspergillus niger var. niger. Ochratoksyna A jest typowym przedstawicielem mykotoksyn, tworzonych w trakcie niewłaściwego przechowywania ziarna zbóż. Występuje bardzo często w zbożach rosnących w Wielkiej Brytanii, Danii, Szwecji, Norwegii, Finlandii, Polsce, co jest spowodowane wysoką wilgotnością ziarna podczas zbioru i bardzo dogodnymi temperaturami (15°C-30°C). Najczęściej występuje w zbożach w stężeniach 50-200 mg/kg oraz w paszach w stężeniach 10-50 mg/kg. Do organizmu ludzkiego ochratoksyna A przedostaje się nie tylko z zanieczyszczonych produktów roślinnych, ale także wtórnie poprzez skażone tkanki zwierzęce (nerki głównie wieprzowe i przetwory mięsne zawierające krew i podroby). Bardzo często w naturalnie zanieczyszczonych zbożach ochratoksyna A występuje razem z cytryniną, która posiada również właściwości nefrotoksyczne, kwasem penicylinowym, patuliną czy innymi mykotoksynami, wykazującymi podobne nefrotoksyczne czy hepatokancerogenne działanie. Ochratoksyna A jest bardzo stabilna termicznie. Poziom redukcji OTA w produktach poddawanych obróbce cieplnej zależy od wysokości użytej temperatury oraz wilgotności surowca. W temperaturach 100°C i 150°C obserwowano redukcję ochratoksyny A w suchej, zmielonej pszenicy na poziomie 20-30%. W tych temperaturach podgrzewanie mokrej pszenicy daje o wiele lepsze wyniki (redukcja OTA>60%). Odwrotna sytuacja jest obserwowana przy użyciu wyższych temperatur -200°C i 250°C. Odpowiednio po 48 i 16 min. następuje redukcja ochratoksyny A powyżej 85% w suchej pszenicy. Podczas podgrzewania ochratoksyny A powstaje jej mniej toksyczny 3S-epimer (3S-OTA), którego obecność zanotowano w prażonej kawie i surowicy krwi ludzkiej. Ochratoksyna A już w stężeniu 0,2-4,0 mg/kg paszy może wywołać poważne uszkodzenie nerek u świń, którego objawami są: powiększenie masy, zmiana barwy, drobne pęcherzyki na powierzchni, atrofia kanalików bliższych oraz śródmiąższowe zwłóknienie części korowej. Metabolizm ochratoksyny A u trzody chlewnej przebiega bardzo wolno, w związku z czym jest ona wykrywalna w narządach wewnętrznych, mięśniach, tkance tłuszczowej i krwi. Największe stężenie stwierdza się we krwi po 2-3 tygodniach narażenia. Czas zaniku toksyny z organizmu świń jest bardzo długi, wynosi ok. 7 tygodni. Nefropatia ochratoksynowa świń jest to typowa choroba dla krajów europejskich. Występowanie ochratoksyny A w mięsie wieprzowym, we krwi i wyrobach garmażeryjnych pochodzenia wieprzowego jest uważane za przyczynę tzw. nefropatii ochratoksynowej ludzi. Ocenia się, że drób jest jeszcze bardziej wrażliwy na ochratoksynę A od trzody chlewnej, stąd toksyczne efekty u drobiu występują szybciej, już nawet przy mniejszej dawce i są bardziej widoczne. Trichoteceny Toksyny z tej grupy produkowane są przez grzyby z rodzaju Fusarium (F. ayenaceum, F. culmorum, F. graminearum, F. equiseti, F. sporotrichioides), ale również Stachybotrys (S. atra), Trichoderma, Cephalosporium i inne. Należą do nich deoksyniwalenol (womitoksyna), niwalenol, diacetoksyscirpenol, fusarenon-X, toksyna T-2 i inne. Występują głównie w zbożach, najczęściej w kukurydzy. Dane światowe podają, że DON wykryto średnio w 57% analizowanych próbek pszenicy, 40% kukurydzy, 68% owsa, 59% jęczmienia, 49% żyta i 27% ryżu. Obecność DON stwierdzono także w produktach wytwarzanych z pszenicy i kukurydzy, na przykład mące, chlebie i śniadaniowych produktach zbożowych. Zawartość DON w losowo wybranych próbkach zboża wykazywała sezonową zmienność, od progowej wielkości wykrycia (5-50 mg/kg) do ponad 30 mg/kg. Fitotoksyczne działanie trichototecen obejmuje: hamowanie kiełkowania nasion, hamowanie wzrostu korzeni i pędów, redukcję świeżej masy organów roślinnych, chlorozy, nekrozy, więdnięcia. Natomiast na poziomie komórkowym, zarówno u roślin jak i zwierząt, DON jest odpowiedzialny za hamowanie biosyntezy białka, redukcję aktywności enzymów, zaburzenia w przepuszczalności błon cytoplazmatycznych, zaburzenia w podziałach komórkowych, indukowanie aberracji chromosomowych i zaburzenia w przebiegu cyklu komórkowego. Może również indukować zamieranie komórek na drodze nekrozy i apoptozy. Spożycie trichoteceny wraz z paszą wywołuje ostre zatrucia (wymioty, krwawe biegunki, stany letargu, bladość skórny, a nawet śmierć) oraz stany przewlekłe charakteryzujące się obniżeniem przyrostu masy u zwierząt hodowlanych, zaburzenie funkcjonowania receptorów serotoniny, zaburzenia funkcji ośrodkowego układu nerwowego. U kur niosek obserwuje się spadek nieśności oraz martwicę jamy dzioba. Zawartość DON w nieprzetworzonych zbożach na cele konsumpcyjne nie powinna przekraczać 1,25 mg/kg, a w ziarnie pszenicy twardej (durum), owsa i kukurydzy – 1,75 mg/kg. Górna granica zawartości DON w zbożach przeznaczonych do żywienia zwierząt wynosi 8 mg/kg (tab. 4). Zearalenon Zearalenon nazywany toksyną F-2, jest głównym metabolitem grzybów Fusarium graminearum i Fusarium culmorum. U produkujących je grzybów (głównie Fusarium roseum i Giberella zeae) jest hormonem regulującym rozmnażanie płciowe. Reakcja ta jest zależna od stężenia ZEA, wzmaga się przy niskich stężeniach (1-100 ng) i jest hamowana przy wysokich (10-100 g). Zearalenon jest wytwarzany przez grzyby z rodzaju Fusarium w zbożach, a szczególnie w kukurydzy. Zakażenie następuje już w trakcie wzrostu roślin, gdzie atakowane są przede wszystkim kolby kukurydzy i kłosy zbóż, które rosnąca pleśń zabarwia charakterystycznie na kolor różowy – fuzarioza. Średnia zawartość ZEN w porażonym ziarnie zbóż drobnoziarnistych uprawianych na terenie Europy wynosi od kilku do 8 mg/kg, natomiast w porażonym ziarnie kukurydzy odnotowano maksymalną zawartość tej mykotoksyny – 275 mg/kg. Górna granica zawartości ZEN w nieprzetworzonych zbożach na cele spożywcze to 0,1 mg/kg i 2 mg/kg w paszach dla zwierząt (Tab. 4). Stwierdzono estrogenne działanie zearalenonu, powodujące bezpłodność u świń (zarówno macior jak i samców) i bydła spożywających pasze z zawartością zearalenonu na poziomie od 6,8 do 14,0 mg/kg. W trakcie karmienia u loch występują anomalie w drogach rodnych. Obserwuje się mniej liczne mioty, często prosięta rodzą się martwe. Oddziaływując z receptorami estrogenowymi toksyna ta ma właściwości kancerogenne. Obecność tej toksyny w mniejszych ilościach potwierdzono w badaniach próbek mąki kukurydzianej i płatków kukurydzianych na poziomie 6,81 Ķg/kg. W ryżu, w mące pszennej i owsie zanotowano stężenia mniejsze niż 2,13 Ķg/kg. Zearalenon wykazuje także toksyczne działanie na komórki wątroby. Fumonizyny Fumonizyny są wtórnymi metabolitami przede wszystkim Fusarium moniliforme i Fusarium proliferatum znajdowane głównie w kukurydzy i jej przetworach. Wyróżnia się następujące formy chemiczne fumonizyn: B1, B2, B3, B4, A1, A2. Do chorób łączonych z obecnością fumonizyn w diecie zalicza się: zanik istoty białej mózgu koni, zapalenie płuc u świń, raka wątroby u szczurów, raka przełyku u ludzi. Fitotoksyczność fumonizyn potwierdzono u szeregu gatunków chwastów jak i roślin uprawnych. Toksyczne działanie fumonizyn w stosunku do komórek zwierząt i roślin związane jest z metabolizmem sfingolipidów zaangażowanych w regulację cyklu komórkowego, różnicowanie komórek, indukowanie stresu oksydacyjnego i zamierania komórek drogą apoptozy lub nekrozy. Zawartość fumonizyn w ziarnie kukurydzy waha się w szerokich granicach od 0,02 do 25,9 mg/kg dla FB1 i od 0,05 do 11,3 mg/kg dla FB2. Górna granica zawartości fumonizyny w zbożach przeznaczonych do żywienia zwierząt wynosi 60 mg/kg (tab. 4). Dekontaminacja mykotoksyn zawartych w paszach i surowcach paszowych Jeżeli zapobieganie tworzeniu mykotoksyn jest niemożliwe lub nie daje efektów, należy zastosować odpowiednio dobrane sposoby detoksyfikacji. Należą do nich metody fizyczne, chemiczne i biologiczne. Niezależnie od tego, jaka metoda dekontaminacji została zastosowana, musi ona spełniać następujące kryteria: ✓ Produktami przemiany mykotoksyny nie mogą być związki toksyczne, ✓ Zarodniki i grzybnia pleśni muszą zostać zniszczone, aby nie doszło do ponownego wytworzenia mykotoksyny, ✓ Surowiec musi zachować swoje własności odżywcze i pozostać strawny, ✓ Właściwości fizyczne surowca nie powinny ulec znaczącym zmianom, ✓ Zastosowana metoda musi być opłacalna (koszt detoksyfikacji nie może być wyższy niż wartość surowca). Metody fizyczne Z metod fizycznych stosowanych w praktyce wymienić należy: frakcjonowanie, mielenie, ekstrakcję, działanie podwyższoną temperaturą oraz radiację. Spośród nich należy zwrócić uwagę, np. na efektywność wstępnego sortowania ziarniaków orzeszków ziemnych zawierających aflatoksyny, jak i sortowanie ziarniaków zbóż pod kątem widocznych objawów fuzariozy, a także na znaczne obniżenie zawartości mykotoksyn podczas obłuskiwania ziarna jęczmienia, bądź segregację ziarna. W czasie mielenia ziarna zawierającego mykotoksyny proces ten powoduje jedynie niewielkie zmniejszenie ich stężenia, jednak poprzez możliwość odrzucenia frakcji śrutowych i otrębów można obniżyć stężenie toksyn. Podwyższona temperatura powoduje nieznaczne obniżenie zawartości mykotoksyn, ze względu na ich wysoką termostabilność. Ulegają rozkładowi dopiero w temperaturze powyżej 200°C. Radiacja natomiast stosowana jest na niewielką skalę, gdyż promieniowanie gamma powoduje mutacje grzybów, co przyczynia się do wzrostu ilości mykotoksyn w napromieniowanej żywności, a poprzez wyeliminowanie konkurującej ze sobą mikroflory powoduje się podniesienie ryzyka podwyższonej kumulacji mykotoksyn. Metody chemiczne Spośród metod chemicznych najistotniejszą z praktycznego punktu widzenia i najbardziej skuteczną jest metoda amoniakowania ziarna zawierającego mykotoksyny, która na skalę wielkotonażową stosowana jest w naturalnych warunkach magazynowania, na mniejszą natomiast przy podwyższonej temperaturze i przy podwyższonym ciśnieniu. Wiele innych metod chemicznych było stosowanych z użyciem takich odczynników, jak np.: H2O2, NaOH, podchloryn sodu, metyloamina, CaCl2, formaldehyd. Metody chemicznej detoksykacji powinny powodować rozłożenie mykotoksyn bądź ich inaktywację chemiczną. Pozostałości poreakcyjne w produkcie końcowym nie powinny wykazywać właściwości kancerogennych ani toksycznych. W czasie detoksykacji muszą zostać zniszczone spory i micelia grzybowa, które w odpowiednich warunkach mogą ponownie zanieczyszczać produkt. Powinno się także zabiegać o to, o ile jest to możliwe, aby zachować wartości odżywcze i smakowe produktów. Zabiegi te jednak nie powinny w znaczący sposób zmieniać właściwości technologicznych surowca. Wśród metod chemicznej detoksykacji należy również wspomnieć o adsorbentach stosowanych w celu zmniejszenia zawartości mykotoksyn w matrycy. Do najważniejszych z nich należą: glikokrzemian sodowo-wapniowy, kaolin, celit, węgiel aktywny, krzemian glinu, krzeman magnezu, gliny czy też bentonit. Stosowanie związków o silnych właściwościach adsorpcyjnych powoduje jednak wiązanie pierwiastków śladowych bądź rozpuszczalnych w wodzie witamin, co ogranicza ich stosowanie. Metody biologiczne Biologiczna degradacja mykotoksyn w żywności, surowcach, mieszankach pasz treściwych, a także w ustroju człowieka i zwierząt stanowi novum i jest metodą bardzo obiecującą. Wśród organizmów, które w badaniach naukowych były wykorzystywane do eliminowania mykotoksyn należy wymienić: bakterie Acinetobacter calcoaceticus (Hwang i Draughon, 1994), grzyby pleśniowe Aspergillus niger, bakterie fermentacji mlekowej z rodzaju Lactobacillus oraz drożdże z rodzaju Saccharomyces. Szczególne zainteresowanie należy jednak zwrócić na bakterie fermentacji mlekowej ze względu na ich korzystne oddziaływanie na organizm człowieka (bakterie probiotyczne) oraz szerokie wykorzystywanie w produkcji żywności fermentowanej. Bakterie te hamują wzrost pleśni oraz tworzenie przez nie mykotoksyn. Probiotyki zwiększają również wykorzystanie paszy poprzez produkcję i wydzielanie enzymów hydrolitycznych. Niestrawione węglowodany (określane często jako polisacharydy nieskrobiowe) utrudniają dostęp soków trawiennych do składników pokarmowych zawartych w komórkach pasz roślinnych oraz mają zdolność wiązania znacznych ilości wody. U młodych zwierząt, żywionych paszą zawierającą znaczny udział rozpuszczalnych niestrawionych węglowodanów, obserwuje się pogorszenie wskaźników produkcyjnych i rozwolnienie odchodów, a niekiedy także skłonność do występowania niedoboru witamin i składników mineralnych. Probiotyki wytwarzają enzymy rozkładające węglowodany. Zwiększają również aktywność enzymów własnych gospodarza, takich jak β-galaktozydaza, sacharaza i maltaza. Z uwagi na powszechne występowanie i wielokomórkowy sposób działania wobec różnych organizmów, mykotoksyny stanowią bezpośrednie zagrożenie dla roślin oraz pośrednie dla zwierząt i człowieka. Pomijając czynniki atmosferyczne, istnieje jednak szansa, że po podjęciu określonych przedsięwzięć na płaszczyźnie rolniczej, biologicznej i technicznej uda się zredukować skażenie spowodowane mykotoksynami.
|
Żaden z regionów geograficznych nie jest wolny od występowania mykotoksyn (tab. 2). Zanieczyszczenie tymi związkami dotyka corocznie 25 procent światowych plonów. Niezależnie od tego, czy jest to obszar strefy umiarkowanej, subtropikalnej czy tropikalnej, jeżeli w czasie zbioru wilgotność jest wysoka, zakażenie ziarna grzybami strzępkowymi staje się prawdopodobne. Pleśnie są bowiem organizmami o dużych możliwościach adaptacyjnych, zdolnymi do metabolizowania różnorodnych substratów i rozwoju w szerokim zakresie warunków środowiskowych. Rozwój pleśni może nastąpić jeszcze w czasie wzrostu rośliny bądź w czasie przechowywania zboża, a także w obu tych fazach. Tak więc składowane ziarno może być zanieczyszczone mykotoksynami powstałymi w czasie wzrostu, przechowywania lub obydwoma rodzajami jednocześnie (rys. 1). Jednak sam wzrost pleśni nie zawsze jest równoznaczny z zanieczyszczeniem mykotoksynami, ponieważ każdy z toksynotwórczych grzybów ma indywidualne wymagania dotyczące temperatury, natlenienia i rodzaju substratu w czasie wzrostu, które mogą być różne od warunków koniecznych do produkcji toksyn. 
Tworzenie mykotoksyn uzależnione jest od wielu czynników, ogólnie podzielonych na trzy kategorie: czynniki biologiczne, fizyczne i chemiczne. 
Stosowanie fungicydów do ochrony zbóż przed chorobami wywoływanymi przez grzyby jest zasadniczym czynnikiem chemicznym wpływającym na produkcję mykotoksyn. Jeżeli efekt użycia środka grzybobójczego jest pełny, ryzyko zanieczyszczenia mykotoksynami jest niskie. Jednakże w przypadku zastosowania dawek subletalnych fungicydu produkcja mykotoksyn może być pobudzona. 