Mykotoksyny w kukurydzy

Co to są mykotoksyny?

Mykotoksyny to wtórne metabolity grzybów strzępkowych, które w organizmach żywych mogą powodować negatywne zmiany na poziomie biochemicznym, fizjologicznym i patologicznym. Są niskocząsteczkowymi związkami wykazującymi działanie toksycznie już w niewielkich stężeniach. Mykotoksyny określić można jako „cichych zabójców”. Są bezwonne, bezbarwne i niewidoczne gołym okiem. Ich obecność można potwierdzić jedynie w oparciu o specjalistyczne testy i techniki oznaczania. Wytworzone przez grzyby toksyny wykazują działanie teratogenne, kancerogenne, mutagenne, estrogenne i alergenne.

Do zanieczyszczeń mykotoksynami może dojść na każdym etapie produkcji żywności i pasz. Mykotoksyny stanowią jeden z przykładów zanieczyszczeń mikrobiologicznych. Do ich wytworzenia dochodzi w czasie wzrostu roślin, czego sprawcami są choroby grzybowe kukurydzy oraz podczas przechowywania zebranego ziarna, kiedy obecnie warunki sprzyjają dalszemu rozwojowi grzybów. Choroby grzybowe kukurydzy będące producentami mykotoksyn rozwijają się nie tylko na ziarnie, ale też na pozostałych fragmentach rośliny. Błędy wykonania kiszonki generować będą jej skażenie toksynami. Obecność mykotoksyn w kiszonce kukurydzy stanowi duży problem z uwagi na ważną rolę kukurydzy w żywieniu zwierząt.

Jakie zagrożenie stanowią mykotoksyny w kukurydzy i nie tylko?

Zagrożenie ze strony mykotoksyn wiąże się z szeregiem negatywnych oddziaływań na różne sfery organizmów żywych.  Toksyny mogą wykazywać działanie:

• dermatotoksyczne,
• estrogenie,
• hepatotoksyczne,
• immunosupresyjne, 
• kancerogenne,
• kardiotoksyczne,
• mutagenne,
• nefrotoksyczne,
• neurotoksyczne, 
• pulmotoksyczne,
• teratogenne.

Najgroźniejsze mykotoksyny w kukurydzy

Największe znaczenie na każdym etapie uprawy kukurydzy mają grzyby z rodzaju Fusarium spp. Są uznawane za najgroźniejsze patogeny w wielu uprawach. U kukurydzy odpowiadają na zgorzel siewek, fuzariozę łodyg i kolb. To występowanie tych chorób kukurydzy przyczynia się do obecności mykotoksyn w ziarnie, ale i kiszonce. Akumulacja toksycznych metabolitów ma związek również z rozwojem grzybów Aspergilllus spp. czy Penicillium spp. 

Do najważniejszych mykotoksyn zaliczyć można:

• trichoteceny

Trichoteceny są najliczniejszą i najczęściej wykrywana grupą mykotoksyn fuzaryjnych. Toksyczne działanie tej grupy przypisywane jest obecności pierścienia 12,13-epoksydowego. W zależności od budowy trichoteceny dzieli się na 4 typy: A, B, C i D. Najczęściej występującym metabolitem z grupy trichotecenów jest deoksyniwalenol.

• zearalenon

Powszechnie obecny w ziarnie różnych zbóż, a także w paszy i kiszonce. Określany jako niesteroidowy mykoestrogen z uwagi na obecność obok pierścienia rezorcynowego makrocyklicznego pierścienia laktonowego o podobnym układzie do układu hormonów sterydowych. 

• fumonizyny

Związki te najczęściej występują w kukurydzy. Wśród nich największe znaczenie odgrywa fumonizyna B1. Głównie produkowane przez grzyby z rodzaju Fusarium spp. Zdolność ich syntezy wykazano również u Alternaria alternata f.sp. lycopersici, Aspergillus niger.

• aflatoksyny

Mykotoksyny produkowane przez grzyby z rodzaju Aspergillus spp. Ich obecność można odnotować w surowcach magazynowanych podczas złych warunków przechowywania. Zagrożenie mogą stanowić także w produktach importowanych np. orzeszki arachidowe, migdały. W produktach znaleźć można 6 aflatoksyn: B1, B2, G1, G2, M1 i M2. Najczęściej występującą w płodach rolnych jest aflatoksyna B1.

• ochratoksyny

Metabolity wtórne grzybów z rodzaju Aspergillus i Penicillum. Najczęściej spotykana jest ochratoksyna A. Ich obecność odnotowywana jest w ziarnie zbóż i paszach. Do skażenia może dojść podczas przechowywania zboża, przy podwyższonej wilgotności ziarna. 

Monitorowanie obecności mikotoksyn w ziarnie kukurydzy

Mykotoksyny to jeszcze nie do końca zbadany temat. Identyfikacja i określenie ich wielkości w ziarnie kukurydzy, ale też i produktach pochodnych jest kluczowe dla zapewnienia bezpiecznej żywności. Jedną z metod powszechnie stosowaną w oznaczaniu mykotoksyn jest chromatografia. Najnowocześniejsze rozwiązania z tej dziedzinie to wysokosprawna chromatografia cieczowa (HPLC), która umożliwia wykrywanie określonych grup związków chemicznych. Kolejną z technik analitycznych jest chromatografia gazowa. Polega na podziale mieszaniny na frakcje, które po zmianie w stan lotny nie ulegają rozkładowi.

Możliwość wykrycia bardziej złożonych mieszanin oraz nawet śladowych ilości toksyn wymaga metod wysoce czułych i specyficznych. Pełna identyfikacja wraz z poznaniem struktury związku i ilościową analizą może zostać wykonana w połączeniu techniki chromatograficznej ze spektrometrią mas.

Ważną rolę w analizie metabolitów odgrywają techniki immunoanalityczne, które opierają się na zależności między antygenem a przeciwciałem. Przykładem jest test ELISA, która stosowana jest już od lat 70. XX wieku i nadal bardzo dobrze się sprawdza, szczególnie w testach przesiewowych.

Dostępne są również akredytowane szybkie testy na obecność mykotoksyn, które działają zero-jedynkowo. Są to immunochromatograficzne testy paskowe, które bazują na interakcji specyficznych przeciwciał (kompleksy z cząsteczkami koloidalnego złota i lateksu na membranie nitrocelulozowej) z antygenem, czyli mykotoksyną.

Monitorowanie zawartości mykotoksyn w kukurydzy powinno być realizowane na każdym etapie jej produkcji, a wynik porównywany z dostępnymi  normami określającymi dopuszczalną zawartość mykotoksyn.

Mykotoksyny występujące w kukurydzy

Tabela przedstawia najważniejsze mykotoksyny mogące znajdować się w ziarnie kukurydzy i produktach kukurydzianych. Opracowanie własne na podstawie Rozporządzenia Komisji (WE) nr 1881/2006 z dnia 19 grudnia 2006 r. ustalającego najwyższe dopuszczalne poziomy niektórych zanieczyszczeń w środkach spożywczych.

Efekty działania mykotoksyn

Mykotoksyny swoim działaniem zagrażają zdrowiu ludzi oraz zwierząt. Mogą doprowadzić do ostrych, chronicznych lub przewlekłych zatruć określanych jako mykotoksykozy. Posiadają również działanie fitotoksyczne. Metabolity mogą przedostać się do organizmu ze skażonym surowcem, ale i z wytworzonymi z nich produktami. Dodatkowo metabolity mogą kumulować się w produktach pochodzenia zwierzęcego np. mleku, jajach, mięsie.

Negatywne skutki mykotoksyn u ludzi

• nudności,
• wymioty,
• zmiany skórne,
• spadek masy ciała,
• osłabienie odporności,
• krwotoki,
• zmiany neuroendokrynne, 
• rakotwórcze,
• uszkodzenie nerek, wątroby,
• zaburzenie pracy ośrodkowego układu nerwowego,
• toksycznie działanie na zarodek lub płód,
• bezpłodność,
• mutacje genowe.

Negatywne skutki mykotoksyn u zwierząt

Gatunek zwierząt oraz ich wiek wpływa na poziom szkodliwego oddziaływania mykotoksyn. Najbardziej odporne są przeżuwacze, a najmniej trzoda chlewna i drób. Najczęściej u zwierząt występują:

• wymioty, 
• biegunki, 
• krwawienia, 
• spadek spożycia paszy, 
• u drobiu: wzrost masy żołądka, wątroby, płuc, serca, mniejszy przyrost wagi,
• u bydła: zmiany w obrębie przewodu pokarmowego i zmniejszenie produkcji mleka, bezpłodność, zmiany hormonalne,
• u koni: leukodystroficzne rozmiękanie mózgu, obrzęk płuc, zamieranie wątroby,
• u świń: problemy hormonalne, wypadanie pochwy i odbytu, obrzęk zaczerwienie sromu.

Negatywne skutki mykotoksyn u roślin

• nekrozy tkanek, 
• obniżenie zdolności kiełkowania nasion,
• hamowanie wzrostu,
• zaburzenie pobierania składników pokarmowych,
• zakłócenia fotosyntezy,
• zniekształcenia tkanek, 
• zaburzenie biosyntezy skrobi i białek.

Jak ograniczyć mykotoksyny w kukurydzy?

Ograniczanie mykotoksyn w ziarnie kukurydzy to jedno z trudniejszych wyzwań. Wiele stosowanych metod jest niewystarczających bądź nieskutecznych w zapewnieniu bezpieczeństwa wytwarzanych produktów.

Zapobieganie w czasie wegetacji

Ograniczanie możliwości pojawienia się mykotoksyn w zebranym ziarnie powinna nastąpić na etapie uprawy kukurydzy. Środki zapobiegawcze służące ograniczaniu rozwoju np. fuzariozy kolb obejmują działania agrotechniczne służące ograniczaniu presji ze strony patogenów. Do tych kluczowych zaliczyć można:

• płodozmian, zmianowanie,
• odpowiednie zagospodarowanie resztek pożniwnych,
• stosowanie zdrowego materiału siewnego, 
• dobór odmian o wyższej tolerancji na choroby grzybowe kukurydzy, głównie fuzariozę,
• skuteczna walka ze szkodnikami, np. obecność omacnicy prosowianki wpływa na wzrost presji ze strony grzybów z rodzaju Fusarium spp., 
• odpowiedni termin zbioru.

Zapobieganie w czasie przechowywania

Z kolei jednym ze sposobów eliminacji mykotoksyn w zebranym już ziarnie kukurydzy jest jego fizyczne czyszczenie. Oczyszczenie ziarna ma na celu usunięcie wszelkich zanieczyszczeń np. zielonych fragmentów, nasion chwastów, ziemi, a także uszkodzonych ziarniaków. Takie zachowanie umożliwi utrzymanie odpowiedniej wilgotności, a co za tym idzie odpowiednich warunków przechowywania hamujących rozwój grzybów oraz mykotoksyn. Zachowanie odpowiedniej wilgotności ziarna w trakcie przechowywania jest prostą i skuteczną metodą eliminującą zagrożenie skażenia mykotoksynami. Dla ziarna kukurydzy bezpieczny poziom wilgotności wynosi 14%.

Eliminacja i dezaktywacja

Do unieczynnienia, zmniejszania aktywności i zwalczania mykotoksyn mogą posłużyć pewne substancje organiczne i nieorganiczne:

• minerały

W celu zminimalizowania toksyn w paszach stosuje się zeolit oraz węgiel aktywowany. Zeolit jest minerałem z grupy glinokrzemianów, który bardzo dobrze radzi sobie z aflatoksynami. Natomiast w stosunku do mykotoksyn wytwarzanych przez grzyby z rodzaju Fusarium jego skuteczność jest ograniczona. Trwałe wiązanie toksyn fuzaryjnych jest możliwe za pomocą węgla aktywnego.

• drożdże Saccharomyces cerevisiae

Zdolność absorpcji mykotoksyn posiadają również drożdże. Jest to możliwe dzięki obecności polisacharydów znajdujących się w ścianie komórkowej. Skuteczność działania drożdży odnotowano w przypadku redukcji aflatoksyn oraz ochratoksyn. Warto dodać, że stosowanie preparatów opartych na drożdżach nie wpływa na pogorszenie parametrów jakościowych paszy. 

• środki zakwaszające

Najczęściej wykorzystywanymi środkami zakwaszającymi są m.in.: kwas propionowy, mrówkowy, fosforowy, cytrynowy, fumarowy. Zakwaszanie służy stworzeniu niesprzyjających dla grzybów warunków do wzrostu i rozwoju, a tym samym tworzenie się wtórnych metabolitów. Jednak istnieje ryzyko braku działania, ponieważ niektóre substancje mogą stymulować wzrost grzybów.

• bakterie fermentacji mlekowej

Są przykładem organizmów metabolizujących węglowodany i wytwarzających kwas mlekowy. Powstały kwas mlekowy przyczynia się do ograniczenia wzrostu niepożądanych drobnoustrojów poprzez obniżenie pH kiszonki i zachowania jej trwałości  przechowalniczej. Bakterie kwasu mlekowego obniżają poziom toksyn głównie aflatoksyny B1.

Na co odporne są mykotoksyny?

Metabolity wtórne grzybów wykazują odporność na działanie temperatury. W procesach technologicznych są w stanie zachować swoje zdolności toksycznego działania. W związku z tym obecność mykotoksyn można wykazać również w przetworzonych produktach. Obróbka nie wpływa na ich rozpad. Skarmiane zwierząt paszą, w której znajdują się mykotoksyny, powoduje utrzymywanie ich łańcuchu żywieniowym, z uwagi na możliwość ich akumulacji w produktach pochodzenia zwierzęcego.

Przeczytaj również: Choroby i szkodniki kukurydzy

Źródła

Bahn R., Nowoczesna metoda oznaczania mikotoksyn w zbożach i kukurydzy. Przegląd Zbożowo-Młynarski. 2015, 59 (09), s. 14-15. 

Horoszkiewicz-Janka J., Korbas M., Mikotoksyny straszą w kukurydzy. Top Agrar Polska. 2009, 10, s. 74-75. 

Kłosowski G., Blajet-Kosicka A., Mikulski D., Grajewski J., Ocena możliwości redukcji stężenia mikotoksyn w procesie produkcji etanolu z ziarna kukurydzy technologią BUS i klasyczną. Żywność Nauka Technologia Jakość. 2011, 18 (2), s. 89-105. 

Majewski A., Mikotoksyny w ziarnie kukurydzy – okiem praktyka. Kukurydza. 2015, 2, s. 17-20. 

Ochodzki P., Mikotoksyny w ziarnie kukurydzy. Agrotechnika. Poradnik Rolnika. 2010, 10, s. 22-25. 

Ochodzki P., Wpływ modyfikacji genetycznych na skażenie kukurydzy mikotoksynami. Wieś Jutra. 2009, 01, s. 41-42.

Sadowski J., Gołębiowska H., Wysocki A., Metoda oznaczania mikotoksyn w ziarnie kukurydzy. Progress in Plant Protection. 2010, 50 (4). 

Stancelewska D., Opóźniony zbiór kukurydzy to zagrożenie mikotoksynami. Tygodnik Poradnik Rolniczy. 2017, 47, s. 53. 

Sulewska H., Ptaszyńska G., Buśko M., Perkowski J., Zawartość mikotoksyn w ziarnie kukurydzy [Zea mays L.] w zależności od terminu zbioru. Progress in Plant Protection. 2005, 45 (2), s. 1117-1119.

Tekiela A., Bereś P., Grajewski J., Miklaszewska B., Wpływ zwalczania chorób i szkodników kukurydzy na zasiedlenie ziarna przez grzyby i zawartość mikotoksyn. Progress in Plant Protection. 2005, 45 (2), s. 1149-1152.

Tekiela A., Fuzarioza kukurydzy a zagrożenie skażenia ziarna kukurydzy przez mikotoksyny w warunkach polskich. Kukurydza. 2008, 2, s. 30-33.

Tekiela A., Gabarkiewicz R., Występowanie fuzariozy kolb kukurydzy i skażenie ziarna przez mikotoksyny w Polsce w 2006 roku. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych. 2008, 529. 

Tekiela A., Różnice w stopniu infekcji ziarna kukurydzy przez grzyby Fusarium Spp. a skażenia przez mikototksyny w uprawie mieszańców w kukurydzy modyfikowanych genetycznie i ich form wyjściowych w warunkach polskich. Kosmos. Problemy Nauk Biologicznych. 2007, 56 (3-4), s. 301-305.

Tekiela A., Zagrożenie zanieczyszczenia pasz i żywności produkowanych z kukurydzy uprawianej w Polsce przez mikotoksyny, w świetle obowiązującej dyrektywy UE. Wieś Jutra. 2008, 01, s. 56-58.