A MIKOTOXINOK JELENTŐSÉGE AZ ÉLELMISZERGAZDASÁGBAN Dr. Bartók Tibor DSc Fumizol Kft., SZTE MK Élelmiszermérnöki Intézet Szeged
Hévíz, 2016.01.13.
A mikotoxinok a mikroszkópikus gombák másodlagos (szekunder) anyagcseréjének termékei
A kalapos gombák toxinjai (pl. α-amanitin, β-amanitin, phalloidin, phallacidin) nem mikotoxinok!
Felmérések szerint a világszerte és Európában betakarított termények 25- illetve 20%-a szennyezett mikotoxinokkal
Több száz mikotoxint írtak már le, azonban közülük csak néhány okozhat jelentős közegészségügyi problémát
A penészgombák jelenléte a terméshozamot és a termények értékesíthetőségét csökkenti
A penészes takarmányt az állatok visszautasíthatják, fejlődési és szaporodási zavar léphet fel, sőt elhullás is bekövetkezhet
A penészgombával fertőzött alapanyagból készült élelmiszerek fogyasztása súlyos humán megbetegedésekhez vezethet
A mikotoxinok felosztása kémiai szerkezetük alapján 1. Furanofuránok (pl. aflatoxinok) 2. Szubsztituált piron és hidroxanton vegyületek 3. Szubsztituált kinonok 4. Telítetlen laktonok (pl. patulin, zearalenon) 5. Grizeofulvin és mollicellin vegyületek 6. Trichotecének (pl. dezoxinivalenol (DON)) 7. Ergot alkaloidok 8. Policiklikus szubsztituált monomer indolvegyületek 9. Ciklikus dipeptidek 10. Laktámok 11. Citokalazánok 12. Egyéb mikotoxinok (pl. ochratoxinok, fumonizinek)
Aflatoxinok 1960-ban az elhíresült Angliai pulykavész („X disease”) során fedezték fel az aflatoxinokat, amikor több mint 100 000 állat hullott el Brazíliaieredetű földimogyoró dara etetését követően. Ekkor indult el világszerte a mikotoxin kutatás.
AFLATOXINOK O
B1
O
B2
O
O
OCH3
O
O
G1
OCH3
O
O
M1
O
G2
O
OCH3
O
O
O
M2
O
O
O
O
O
O OH
OH
O
OCH3
O
O O
O
O
O
O
O
O
AFLATOXINOK
O
OCH3
O
O
Kémiailag, dihidro- ill. tetrahidrofuranofuránok
OCH3
A fő aflatoxin termelő gombafajok
Aspergillus flavus Aspergillus paraziticus
Aflatoxinok fő előfordulásai - kukorica - földimogyoró - fűszerpaprika - pisztácia
Aspergillus flavus által fertőzött kukorica
Aspergillus flavus által fertőzött földimogyoró
Aspergillus flavus mikroszkópos képe
Aflatoxinok hatása
• Akut toxikus hepatitis – Kenya, >150 halott • Májrák - Mozambik • Reye szindróma (gyulladás és duzzanat az agyban, elfajulás a májban)
A ma ismert legrákkeltőbb mikotoxinok!
AFLATOXIN határértékek 1881/2006/EK rendelet Termékcsoport (közvetlen emberi fogyasztásra)
Pisztácia, földimogyoró, összes mogyorófajta, olajos magvak, szárított gyümölcsök, gabonafélék Fűszerek Tej, tejtermékek Anyatej helyettesítő és kiegészítő tápszerek, beleértve a tejet is Ételek és cereáliaalapú feldolgozott termékek csecsemők és gyermekek számára Speciális orvosi célú, gyermek táplálékkiegészítők
B1 Σafla M1 µg/kg µg/kg µg/kg 2,0 4,0
5,0
10,0
-
-
0,05
0,10
-
-
0,10
-
0,025
0,025
Ochratoxin-A
Kémiailag, dihidrokumarinhoz kapcsolódó β-fenilalanin
Erősen nefrotoxikus és hepatotoxikus hatás!
A fő ochratoxin termelő gombafajok
Aspergillus ochraceus Aspergillus carbonarius Penicillium verrucosum
Aspergillus ochraceus
Penicillium verrucosum (ecsetpenész)
Ochratoxinok előfordulása - gabonafélék - fűszernövények - kávé - hüvelyesek, szója, kukorica, rizs, mogyoró, kakaóbab - sör, szőlő, must, bor, mazsola - penészes takarmánnyal etetett állatok veséje és vére - emberi vér és anyatej
Kakaóbab mikobiótája
Az Aspergillus carbonarius fontos ochratoxin-A termelő faj
Ochratoxin-A határértékek 1881/2006/EK rendelet
Élelmiszercsoport
Határérték (µg/kg)
Feldolgozatlan gabonafélék, pörkölt babkávé az oldható kávé kivételével Feldolgozatlan gabonafélékből származó valamennyi termék, beleértve a feldolgozott gabonatermékeket
5
Szárított szőlő, oldható kávé Bor (beleértve a pezsgőt és kivéve a likőrborokat és a minimum 15 térfogatszázalék alkoholt tartalmazó borokat), szőlőlé, must Csecsemők és kisgyermekek számára készült feldolgozott gabonaalapú élelmiszerek és bébiételek Speciális gyógyászati célokra szánt diétás élelmiszerek kifejezetten csecsemők számára
10 2
3
0,5 0,5
Patulin (klavacin, expansin)
Kémiailag, telítetlen öttagú laktonvegyület Antibiotikus hatása ellenére a mikotoxinokhoz sorolják, mert ödéma- és rákkeltő, valamint teratogén hatása van
A fő patulin termelő gombanemzetségek
Aspergillus pl. A. clavatus, A. claviforme
Penicillium pl. P. patulum, P. expansum
A patulin fő előfordulási helyei a gombafertőzött gyümölcsök és a belőlük készített gyümölcslevek, különösen az almalé!
Penicillium expansum által fertőzött alma
Patulin határértékek 1881/2006/EK rendelet
Élelmiszercsoport
Határérték (µg/kg)
Gyümölcslevek, koncentrált gyümölcslevekből készített gyümölcslevek és gyümölcsnektárok
50
Szeszes italok, almabor és almából készült vagy almalevet tartalmazó más erjesztett italok
50
Szilárd almatermékek, beleértve a közvetlen fogyasztásra szánt almakompótot és almapürét
25
Csecsemők és kisgyermekek számára készült almalé és almából készült szilárd termékek beleértve az almakompótot és almapürét, így címkézve és eladva
10
Csecsemők és kisgyermekek számára készült feldolgozott gabonaalapú élelmiszerektől eltérő bébiételek
10
A FUZÁRIUM PROBLÉMA
Az
Európai
mikotoxinok
Uniós közül
vizsgálatok a
szerint
fuzáriumtoxinok
elterjedtek az élelmiszerláncban.
a
igen
A
fuzáriumtoxinok
szintje
a
gabonában
különféle tisztítási és malomipari eljárásokkal csökkenthető, de ennek eredményessége függ a kiindulási
mikotoxin
élelmiszerlánc alapterméket
tartalomtól.
elején előállító
elsődleges szerepe van!
Emiatt
elhelyezkedő,
az az
gabonatermelőnek
Az uniós szabályozás szerint határérték felett mikotoxint
tartalmazó
gabona
tételt
tilos
összekeverni határérték alatti mennyiségben mikotoxint tartalmazó tétellel abból a célból, hogy a mikotoxin tartalom
az eladhatóság
végett a határérték alá csökkenjen.
Az élelmiszerbiztonsági szempontból legjelentősebb Fusarium fajok és fő toxinjaik • Fusarium graminearum (trichotecének (pl. dezoxinivalenol, DON), zearalenon) • Fusarium culmorum (trichotecének, zearalenon) • Fusarium verticillioides (fumonizinek) • Fusarium proliferatum (fumonizinek)
Fuzáriumos kukorica csövek
Természetes fuzáriumos fertőződés búzában kukorica elővetemény után, Szeged 2010
Búza kalászfuzariózisa (Fusarium Head Blight)
A gabonafélék a fuzáriumos fertőzésre a virágzás idején a legfogékonyabbak, a fertőzést a csapadékos, meleg időjárás és a megdőlés segíti
Egészséges és fuzáriumos búzaszem
Búzaszemek fuzáriumos fertőzöttségének ellenőrzése fuzáriumokra szelektív táptalajon
Félüzemi kísérletek
„Hagyományos” permetezés (XR TeeJet) „Traditional” spraying
Permetezés oldal irányból (Turbo FloodJet) Sideward spraying
A trichotecénvázas mikotoxinok szerkezete
A
R1
R2
R3
R4
R5
T-2 toxin
OH
OAc
OAc
H
OCOCH2CH(CH3)2
HT-2 toxin
OH
OH
OAc
H
OCOCH2CH(CH3)2
OH
OAc
OAc
H
H
neoszolaniol
OH
OAc
OAc
H
OH
4-acetil-nivalenol
OH
OAc
OH
OH
=O
nivalenol (NIV)
OH
OH
OH
OH
=O
OH
H
OH
OH
=O
3-acetil-dezoxinivalenol
OCOCH3
H
OH
OH
=O
15-acetil-dezoxinivalenol
OH
H
OCOCH3
OH
=O
típus diacetoxiszcirpenol (DAS)
B
típus 4-dezoxinivalenol (DON)
A trichotecének erős sejtmérgek, az idegrendszert és
az
immunrendszert
károsítják,
dermatotoxikus hatásuk is van
valamint
Dezoxinivalenol (DON) határértékek 1881/2006/EK rendelet Határérték (µg/kg)
Élelmiszercsoport Feldolgozatlan gabonafélék, kivéve durumbuza, zab és kukorica
1250
Feldolgozatlan durumbuza, zab és kukorica
1750
Közvetlen emberi fogyasztásra szánt gabonaliszt, korpa és csíra, tészta (száraz)
gabonafélék,
750
Kenyér (beleértve a kis pékárukat), tésztafélék, keksz, gabonaszeletek és reggeli gabonapelyhek
500
Csecsemők és kisgyermekek számára készült gabonaalapú élelmiszerek és bébiételek
200
Az EU bizottsági ajánlása (2006/576/EK) a takarmányok dezoxinivalenol szennyezettségével kapcsolatban
Takarmányozásra szánt termék Gabonafélék és gabonakészítmények kivéve a kukorica melléktermékeket Kukorica melléktermékek szánt
8000 12000
Kiegészítő és teljesértékű takarmányok, kivéve: Sertéseknek takarmányok
Irányérték (µg/kg)
kiegészítő
és
5000
teljesértékű
900
Borjaknak (< 4 hónap), bárányoknak és gidáknak szánt kiegészítő és teljesértékű takarmányok
2000
A zearalenon (F-2 toxin) szerkezeti képlete
Kémiailag, a rezorcilsav-laktonok (RAL) közé tartozik Ösztrogén-mimetikus hatása van A zearalenon optimális bioszintéziséhez több héten keresztül 12 °C körüli hőmérséklet szükséges a gomba számára, így közvetlenül a betakarítás után ritkán fordul elő jelentős zearalenon szennyezés
Zearalenon (F2 toxin) határértékek 1881/2006/EK rendelet Határérték (µg/kg)
Élelmiszercsoport Feldolgozatlan gabonafélék a kukorica kivételével
100
Feldolgozatlan kukorica, a nedves őrlésre szánt kivételével
350
Közvetlen emberi fogyasztásra gabonaliszt, korpa és csíra
szánt
gabonafélék,
75
Kenyér (beleértve a kis pékárukat), tésztafélék, keksz, gabonaszeletek és reggeli gabonapelyhek
500
Csecsemők és kisgyermekek számára készült feldolgozott gabonaalapú élelmiszerek a kukoricaalapú kivételével
20
Csecsemők és kisgyermekek számára készült feldolgozott kukoricaalapú élelmiszerek
20
Az EU bizottsági ajánlása (2006/576/EK) a takarmányok zearalenon szennyezettségével kapcsolatban
Takarmányozásra szánt termék
Irányérték (µg/kg)
Gabonafélék és gabonakészítmények kivéve a kukorica 2000 melléktermékeket Kukorica melléktermékek
3000
Malacoknak és kocasüldőknek szánt takarmányok
100
Tenyészkocáknak és hízósertéseknek szánt takarmányok
250
Borjaknak, tejelő marháknak, juhoknak és kecskéknek szánt takarmányok
500
Fumonizinek Az első két fumonizint (FB1 és FB2) DélAfrikában fedezték fel 1988-ban (Marasas és mtsai)
Fusarium verticillioides
A fumonizinek szerkezete a
d
OH g
Me Me Típus
A
B
C
P
Komponens FA1 FA2 FA3 PHFA3a PHFA3b HFA3 FAK1 FBK1 FB1 izo-FB1 PHFB1a PHFB1b HFB1 FB2 FB3 FB4 FB5 FC1 N-acetil-FC1 izo-FC1 N-acetil-izo-FC1 OH-FC1 N-acetil-OH-FC1 FC3 FC4 FP1 FP2 FP3
b
Me
c
e
f
A fumonizin váz szubsztituensei
a
b
c
d
e
f
HO
g
TCA TCA OH OH H NHAc Me TCA TCA H OH H NHAc Me TCA TCA OH H H NHAc Me TCA OH OH H H NHAc Me OH TCA OH H H NHAc Me OH OH OH H H NHAc Me TCA OH OH H NHAc Me =O TCA OH OH H Me =O NH 2 TCA TCA OH OH H Me NH 2 TCA TCA OH H OH Me NH 2 TCA OH OH OH H Me NH 2 OH TCA OH OH H Me NH 2 OH OH OH OH H Me NH 2 TCA TCA H OH H Me NH 2 TCA TCA OH H H Me NH 2 TCA TCA H H H Me NH 2 Hexahidroxialkil váz; A pontos szerkezet jelenleg még nem ismert TCA TCA OH OH H H NH 2 TCA TCA OH OH H NHAc H NH 2 TCA TCA OH H OH H TCA TCA OH H OH NHAc H NH 2 TCA TCA OH OH OH H NHAc TCA TCA OH OH OH H TCA TCA OH H H H NH 2 TCA TCA H H H H NH 2 TCA TCA OH OH H 3-HP Me TCA TCA H OH H 3-HP Me TCA TCA OH H H 3-HP Me
O O OH O O
Trikarballilsav (TCA)
HO +N
3-hidroxipiridínium (3-HP)
Fumonizin határértékek 1881/2006/EK rendelet
Határérték
Élelmiszercsoport
FB1 + FB2 (µg/kg)
Feldolgozatlan kukorica, a nedves őrlésre szánt feldolgozatlan kukorica kivételével Közvetlen emberi fogyasztásra szánt kukorica és kukoricaalapú élelmiszerek Kukoricaalapú reggeli pelyhek és kukoricaalapú szeletek Csecsemők és kisgyermekek számára kukoricaalapú élelmiszerek és bébiételek
készült
4000 1000 800 200
Az EU bizottsági ajánlása (2006/576/EK) a takarmányok fumonizin B1+B2 szennyezettségével kapcsolatban
Takarmányozásra szánt termék
Irányérték FB1+FB2 (µg/kg)
Kukoricafélék és kukoricakészítmények 60000 Az alábbiaknak szánt kiegészítő és teljesértékű takarmányok: Sertések, lovak (lófélék), nyulak, kedvtelésből tartott 5000 állatok Halak 10000 Baromfi, borjak (< 4 hónap), bárányok és gidák
20000
Felnőtt kérődzők (> 4 hónap) és vidra
50000
A fumonizinek által okozott kórképek • Lovak leucoencephalomalacia (ELEM) nevű kórképe (az agy fehérállománya nekrotizál) • Sertésekben tüdőödéma (PPE) • Kísérleti állatokban vese- és májelfajulás (karcinóma) • A humán nyelőcsőrák kialakulásával is kapcsolatba hozták olyan helyeken, ahol gyakran fogyasztottak fumonizineket tartalmazó táplálékot
A fumonizinek, mint szfinganin/szfingozin analógok, a szfinganin/ szfingozin-N-aciltranszferázt (ceramid szintáz) bénítják, ezzel gyakorlatilag a szfingolipidek bioszintézise sérül
Helyes Mezőgazdasági Gyakorlattal a fuzáriumtoxin szennyezettség megelőzése érdekében Vetésforgó Megfelelő fajta/hibrid választás és vetésterv Talaj-előkészítés Tápanyagutánpótlás Növényvédelem Öntözés Betakarítás Szárítás Tárolás
A mikotoxin probléma kezelése mikotoxin megkötő/lebontó adalékanyagok takarmányhoz történő hozzáadásával
(386/2009/EK rendelet – „ új funkcionális takarmány adalékanyag csoport:
„a
takarmányok
mikotoxinok
csökkentésére szolgáló anyagok”)
általi
szennyeződésének
A mikotoxin megkötő vegyületekkel szemben támasztott követelmények • Polaritás (felszíni töltések) • Hőstabilitás a takarmányipari műveletek során • Stabilitás a gyomor-bélcsatorna eltérő pH értékén • Gyors hatás (30-60 perc) in vivo körülmények között is • Ne, vagy csak kismértékben kösse meg a biológiailag aktív és esszenciális anyagokat (vitaminok, ásványi anyagok) • Kis mennyiségben is hatékony legyen
Aktív szén • Nagy aktív felülettel rendelkezik (500-3500 m2/g) • Számos mikotoxint képes megkötni: aflatoxinok, zearalenon, T-2 toxin, fumonizinek • csak nagy dózisban (5-20 g/kg takarmány) hatékony, emiatt a gyakorlatban nem terjedt el
Szilícium-alapú polimerek
• filloszilikátok (montmorrilonit/szmektit, kaolinit és illit), lektoszilikátok (zeolitok) • csak nagy mennyiségben (5–20 g/kg) hatékonyak • megkötik a poláris karakterű táplálóanyagokat is (egyes vitaminok és mikroelemek) • a természetes agyagásványok esetenként nehézfémekkel (pl. ólom, kadmium) vagy dioxinokkal szennyezettek lehetnek – FDA (1999): nem biztonságos mikotoxin-kötő anyagok
Szilícium-alapú polimerek • kaolin ⇒ aflatoxinok • bentonit (montmorillonit vagy szepiolit) ⇒ aflatoxinok, T-2 toxin csökkenti a takarmányokkal adagolt antibiotikumok felszívódását pl. baromfi esetében robenidinnel együtt alkalmazása nem javasolt maximális mennyisége a takarmányban: 20 g/kg (1060/2013/EU végrehajtási rendelet • hidratált nátrium-kalcium-aluminium szilikát (HSCAS) mesterséges agyagásvány hatékonyan köti az aflatoxinokat (2-4 g/kg mennyiségben) mérsékelt vitamin és mikroelem kötési kapacitás • zeolitok - jelentős pozitív kation kötési kapacitás, pH érzékenyek - pH <4,0 a kristályszerkezet felbomlik ⇒ aflatoxinok
Szén-alapú polimerek • kolesztiramin ⇒ ochratoxin, zearalenon, fumonizinek Megköti az epesavakat – a zsíroldékony karakterű mikotoxinok kisebb mértékben szívódnak fel – takarmányban való felhasználása nem engedélyezett. • klorofillin (34% klorofill + 66% só) ⇒ aflatoxinok • nagy nyersrost tartalmú takarmányok (lucernaszéna, búzaszalma) ⇒ zearalenon, T-2 toxin (Fusarium fertőzöttség veszélye!!) csak extrém nagy mennyiségben (15-25%) hatékony
Szén-alapú polimerek • mannán oligoszacharidok (élesztő sejtfal kivonatok), valamint ezek β-D-glükán észterei ⇒ aflatoxinok, zearalenon, ochratoxinok, DON, T-2 toxin • karboximetil-glükán ⇒ zearalenon, T-2 toxin • huminsav származékok ⇒ aflatoxin
Biológiai transzformáció mikrobás/élesztő enzimekkel Biotranszformáció: trichothecénvázas mikotoxinok (12,13-epoxid gyűrű) ⇒ toxikus hatás csökken ⇒ de-epoxidáció - bél mikroflóra • Eubacterium spp. - epoxidáz – 12,13 epoxid gyűrű transzformációja (pl. T-2 toxin) • Trichosporon mycotoxinivorans (élesztő) – OTA és ZEA bontása • Gliocladium roseum (fitopatogén gomba) - zearalenon hidrolízise egy zearalenon-specifikus laktonáz enzimmel • Sphygopyxis sp. (baktérium) - fumonizinek lebontása – deészterifikáció + dezamináció ⇒ hidrolizált fumonizin
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!
