Mykotoksyny w kukurydzy

Mykotoksyny – co to?

Mykotoksyna to wtórny metabolit grzybów strzępkowych, który w organizmach żywych może powodować negatywne zmiany na poziomie biochemicznym, fizjologicznym i patologicznym.

Mykotoksyny to wtórne produkty metabolizmu grzybów pleśniowych, które są niebezpiecznymi metabolitami grzybów pleśniowych. Grzyby pleśniowe są głównym źródłem tych niebezpiecznych metabolitów, które mogą negatywnie wpływać na organizm, uszkadzać nerki, osłabiać układ odpornościowy i prowadzić do schorzeń wywoływanych przez mikotoksyny.

Jest niskocząsteczkowymi związkami wykazującymi działanie toksycznie już w niewielkich stężeniach. Mykotoksyna określana jest jako „cichy zabójca”. Jest bezwonna, bezbarwna i niewidoczna gołym okiem. Jej 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 mogą występować w produktach spożywczych i produktach pochodzenia zwierzęcego, stanowiąc poważne zagrożenie dla zdrowia człowieka i zdrowia ludzi.

Obecność tych toksyn w przemyśle spożywczym oraz ich występowanie w mikroflorze gleby wpływa na bezpieczeństwo żywności. Mykotoksyny mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia, a zatrucia nimi mogą mieć charakter objawowy – objawy zatrucia mogą pojawić się zarówno po spożyciu drogą pokarmową, jak i drogą oddechową.

W mniejszym stopniu narażone są osoby dorosłe, ale w skrajnych przypadkach może dojść do masowego zatrucia lub zatruć pokarmowych. Mykotoksyna stanowi jeden z przykładów zanieczyszczeń mikrobiologicznych. Do jej 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 stanowi mykotoksyna w kukurydzy i nie tylko?

Zagrożenie ze strony mykotoksyn wiąże się z szeregiem negatywnych oddziaływań na różne sfery organizmów żywych. Mykotoksyny mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia ludzi i zwierząt, wywołując schorzenia wywoływane przez mikotoksyny. Toksyczna mykotoksyna może wykazywać działanie:

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

Najgroźniejsza mykotoksyna w kukurydzy

Choroby kukurydzy, w tym choroby liści kukurydzy, takie jak drobna plamistość, żółta plamistość, głownia guzowata oraz głownia pyląca kukurydzy, są wywoływane przez różne grzyby, w tym grzyb Ustilago maydis i grzyb Sphacelotheca reiliana. Objawy chorobowe widoczne są najpierw na dolnych liściach, liściach okrywowych kolb, pochwach liściowych oraz młodych roślinach. Pierwsze objawy to plamy, nekrozy i zasychanie liści. Charakterystyczna jest także czarna masa grzybni i zarodniki grzybów, które obecne na resztkach pożniwnych i materiale siewnym stanowią główne źródło infekcji.

Wysoka wilgotność sprzyja rozwojowi tych chorób, a uszkodzenia roślin i obumieranie ziarniaków są skutkiem działania patogenów. Choroby te mogą w mniejszym stopniu dotyczyć innych upraw, ale największe zagrożenie stanowią dla kukurydzę. Grzyby pleśniowe i inne grzyby są odpowiedzialne za wytwarzanie mikotoksyn, które mogą być obecne w całej roślinie, nie tylko w ziarnie. Chorobami tymi można zarządzać poprzez odpowiedni dobór materiału siewnego i eliminację resztek pożniwnych.

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 kukurydzy. 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 na kiszonkę i ziarno 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.

Warto pamiętać, że mykotoksyny mogą występować nie tylko w kukurydzy, ale także w innych produktach spożywczych oraz w produktach pochodzenia zwierzęcego, takich jak mleko, mięso i jaja.

Efekty działania mykotoksyn

Mykotoksyny swoim działaniem zagrażają życiu 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

Mykotoksyny stanowią poważne zagrożenie dla zdrowia człowieka i zdrowia ludzi. Objawy zatrucia mykotoksynami mogą obejmować uszkodzenie nerek, osłabienie układu odpornościowego oraz inne schorzenia wywoływane przez mikotoksyny. Zatrucie mykotoksynami może mieć różnorodny przebieg i wymaga odpowiedniej diagnostyki.

• 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

Objawy chorobowe wywołane przez grzyby pleśniowe i inne grzyby mogą być widoczne na młodych roślinach, dolnych liściach, liściach okrywowych kolb, pochwach liściowych oraz liściach. Pierwsze objawy to uszkodzenia i obumieranie ziarniaków, a choroby liści kukurydzy oraz inne choroby kukurydzy są często związane z wytwarzaniem mikotoksyn przez grzyby. Objawy chorobowe widoczne na roślinach obejmują:

• 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 na ziarno czy kiszonkę. Środki zapobiegawcze służące ograniczaniu rozwoju np. fuzariozy kolb obejmują działania agrotechniczne służące ograniczaniu presji ze strony patogenów. Warto podkreślić, że głównym źródłem infekcji są resztki pożniwne, gleba oraz zainfekowany materiał siewny, gdzie obecne są zarodniki grzybów pleśniowych i innych grzybów. Zarodniki te rozprzestrzeniają się na plantacji, prowadząc do rozwoju chorób grzybowych kukurydzy. Do tych kluczowych działań zaliczyć można:

• płodozmian, zmianowanie,
• odpowiednie zagospodarowanie resztek pożniwnych,
• stosowanie zdrowego materiału siewnego, 
• dobór odmian kukurydzy 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.