Izlaganje sa skupaSigurnost hrane

Mikotoksini u hrani – izloženost potrošača i javnozdravstveni značaj

Jelka Pleadin


Izv. prof. dr. sc. Jelka PLEADIN, znanstvena savjetnica, Hrvatski veterinarski institut, Laboratorij za analitičku kemiju, Savska cesta 143, 10000 Zagreb

Uvod


Jelka PleadinMikotoksini su toksični sekundarni metaboliti plijesni koji se smatraju jednim od najvećih prirodnih kontaminanata hrane i hrane za životinje. Njihovo intenzivnije proučavanje započelo je 1960. godine, kada je u Velikoj Britaniji došlo do pomora mladih purana, svinja i fazana kao posljedice izloženosti mikotoksinu aflatoksinu B1 kojeg je producirala plijesan Aspergillus flavus iz brašna kikirikija. Danas je poznato više stotina mikotoksina, a razlikuju se po vrstama plijesni koje ih produciraju, kemijskoj strukturi, toksičnosti i mehanizmu djelovanja. Među njima najveći javnozdravstveni značaj imaju aflatoksini (AFB1, AFB2, AFG1, AFG2, AFM1 ), okratoksin A (OTA), zearalenon (ZEA), deoksinivalenol (DON), fumonizini (FB1, FB2, FB3), citrinin (CIT), T-2 i HT-2 toksini (T-2/HT-2), patulin (PAT) i ergot alkaloidi (EA) (Pleadin i sur., 2015.; Karlovsky i sur., 2016.; Pleadin i sur., 2017.a).

Osim različite hrane biljnog podrijetla, ujedno krmiva i krmnih smjesa, mikotoksini kontaminiraju i hranu životinjskog podrijetla, a izloženost ovim tvarima u ljudi i životinja uzrokuje brojne akutne i kronične štetne učinke (IARC, 1993.; Creppy, 2002.; Wild i Turner, 2002.; Sudakin, 2003.). Ujedno, kontaminacija poljoprivrednih proizvoda ovim toksinima uzrokuje velike ekonomske gubitke i ima negativan utjecaj na gospodarstvo zahvaćenog područja, prvenstveno zemalja u razvoju u kojima se strategije prevencije uglavnom ne primjenjuju. Razina kontaminacije ovisna je o brojnim čimbenicima, započinje još na polju i moguća je u svim fazama proizvodnje “od polja do stola”, uključujući skladištenje, a njihova pojavnost varira s obzirom na geografsko područje i klimatske uvjete proizvodne regije (Pleadin i sur., 2018.a).
Klimatske promjene svakim danom uzrokuju sve značajniju pojavnost mikotoksina, čime istraživanja u ovom području imaju sve veći javnozdravstveni značaj. Budući da je kontaminacija hrane i učestalost mikotoksikoza diljem svijeta vrlo rasprostranjena, daljnja istraživanja toksičnih učinaka ovih tvari te metoda njihove prevencije, redukcije i dekontaminacije od velikog su značaja za sigurnost potrošača.

Svojstva i podjela mikotoksina


Riječ mikotoksini dolazi od grčke riječi myces, što znači gljiva, te grčke riječi toxicon, što znači otrov. Mikotoksini su po svojim svojstvima kemijski spojevi niske molekularne mase (Mr < 700). Ove tvari je teško jedinstveno sistematizirati zbog njihove različite kemijske strukture, biokemijskog puta sinteze, podrijetla te bioloških učinaka u ljudi i životinja. Sistematizacija se najčešće provodi prema vrsti plijesni (aspergilus i penicilium toksini i trihoteceni), kemijskoj strukturi (kumarini, laktoni i seskviterpeni) te prema načinu djelovanja (hepatotoksini, nefrotoksini, citotoksini, tremogeni, imunotoksični i estrogeni mikotoksini) (Duraković i Duraković, 2003.). Nadalje, dijele se i s obzirom na podrijetlo, odnosno mjesto nastanka, na mikotoksine polja i skladištenja. U mikotoksine polja ubrajaju se oni koje sintetiziraju plijesni iz roda Fusarium, uključujući trihotecene (DON, T-2/HT-2 i ZEA) i fumonizine, dok se u skladišne ubrajaju mikotoksini koje proizvode plijesni iz roda Aspergillus i Penicillium, uključujući AFB1 i OTA kao najznačajnije predstavnike. Podjela mikotoksina u skupine prema bolestima i simptomima koje izazivaju u ljudskom i životinjskom organizmu prikazana je u tablici 1.

Tablica 1. Podjela mikotoksina u skupine prema bolestima i simptomima koje uzrokuju (Pleadin i sur., 2018.a).

Plijesni i čimbenici utjecaja


Primarnim metabolizmom plijesni nastaju tvari potrebne za njihov rast, dok sekundarnim metabolizmom nastaju one koje nisu neophodne, nego se sintetiziraju kao reakcija na okolinu (Pleadin i sur., 2018.a). Mikotoksine produciraju toksikotvorne plijesni, među kojima su najznačajnije one iz rodova Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Alternaria i Claviceps. Toksikotvorne plijesni na žitaricama se mogu podijeliti u tri skupine: (i) plijesni polja koje rastu na ratarskim kulturama u polju, tijekom zriobe, te zahtijevaju veću količinu vlage – rodovi Fusarium, Alternaria, Cladosporium i Rhizopus; (ii) plijesni skladištenja koje onečišćuju zrnje žitarica za vrijeme skladištenja, nakon žetve, a za rast trebaju manje vlage – rodovi Penicillium, Aspergillus i Mucor; (iii) plijesni uznapredovalog kvarenja koje rastu na oštećenom zrnju – rodovi Fusarium i Chaetomium (Duraković i Duraković, 2003.).

Okolišni uvjeti koji pogoduju produkciji većine mikotoksina su temperatura u rasponu od 20 do 30 °C, udio vlage u supstratu iznad 13 % te aktivitet vode veći od 0,65 (Kabak i sur., 2006.; Delaš, 2010.). Produkciji aflatoksina pogoduju temperature veće od 30 °C, a T-2/HT-2 toksinima uglavnom oko 15 °C. Stoga je geografska rasprostranjenost mikotoksina ovisna o klimatskim uvjetima koji mogu pogodovati rastu toksikotvornih plijesni te njihova pojavnost ima godišnje oscilacije po regijama svijeta. Poznata je visoka kontaminacija usjeva mikotoksinima prouzročena dugim kišovitim razdobljima s izraženim temperaturnim promjenama, a posebno u osjetljivoj fazi klasanja (metličanja) i razvoja zrnja žitarica (Pepeljnjak i sur., 2008.; Gruber-Dorninger i sur., 2019.). U tablici 2 prikazani su okolišni uvjeti optimalni za produkciju mikotoksina.

Tablica 2. Okolišni uvjeti optimalni za produkciju mikotoksina.

Literaturni podaci govore da je kontaminacija namirnica moguća tijekom uzgoja na polju, žetve, transporta, prerade te skladištenja (Bhatnagar i sur., 2006.; Pereira i sur., 2014.). Brojna istraživanja pokazuju da je onečišćenje plijesnima te posljedična produkcija mikotoksina u značajnoj ovisnosti o načinu uzgoja žitarica, mehaničkom oštećenju zrnja, prisutnosti insekata te razdoblju i uvjetima pohrane (CAST, 2003.; Kabak i sur., 2006.). Dakle, na pojavnost mikotoksina u žitaricama utječu brojni biološki parametri te čimbenici okoliša, od samog početka proizvodnje, pa sve do distribucije finalnog proizvoda. Važno je istaknuti da se prisutnost mikotoksina u žitaricama smatra gotovo neizbježnom (Pleadin i sur., 2015.). Ujedno, mikotoksini su po svojoj prirodi stabilni spojevi, otporni na povišenu temperaturu, pa se uobičajenim postupcima prerade hrane uglavnom ne postiže njihovo potpuno uklanjanje iz prehrambenog lanca (Karlovsky i sur., 2016.; Pleadin i sur., 2017.a).

Pojavnost mikotoksina teško je predvidjeti zbog kompleksnog međudjelovanja različitih faktora utjecaja na njihovu produkciju. Pod utjecajem klimatskih promjena u skoroj budućnosti i na području Europe se može očekivati još izraženiji porast prosječnih godišnjih temperatura, uz izrazito sušna razdoblja te ekstremne padaline s poplavama. Takve promjene klime mogu povećati pojavnost i raznolikost toksikotvornih plijesni, a naročito onih iz roda Aspergillus koje su karakteristične za produkciju izrazito toksičnog AFB1 te njegovih metabolita (Battilani i sur., 2016.).

Pojavnost mikotoksina u hrani


Glavni izvor mikotoksina u prehrani ljudi su različite žitarice i proizvodi na bazi žitarica, začini, orašasti plodovi te proizvodi životinjskog podrijetla. Općenito je najveća razina kontaminacije karakteristična za kukuruz, budući da nutritivni sastav ove žitarice posebno pogoduje razvoju plijesni i produkciji mikotoksina, dok je najniža u riži (Chulze, 2010.). Potrošači mogu biti izloženi mikotoksinima i putem hrane čije kvarenje nije prepoznato (pljesnive namirnice) (Fink-Gremmels i van der Merwe, 2019.). Supstrati tipični za pojavnost mikotoksina i njihovi glavni producenti prikazani su u tablici 3.

Tablica 3. Supstrati karakteristični za prirodnu pojavnost odabranih mikotoksina.

Dok podaci Organizacije za hranu i poljoprivredu (eng. Food and Agricultural Organization) iz 1999. godine govore o 25 %-tnoj kontaminaciji žitarica mikotoksinima, noviji podaci ukazuju na čak 60 – 80 %-tnu kontaminaciju svjetske proizvodnje žitarica kao najznačajnijeg izvora ovih toksina u ljudskoj prehrani (Eskola i sur., 2019.). Opsežno višegodišnje istraživanje žitarica i stočne hrane, koje uključuje podatke iz gotovo stotinu zemalja svijeta, dokazalo je visoku povezanost pojavnosti mikotoksina s klimatskim uvjetima. Tijekom razdoblja 2008. – 2017. godine utvrđena je najveća pojavnost AF (82,2%) i OTA (60,4 %) u južnoj Aziji, ZEA (58,2 %) u istočnoj Aziji, a FB u brojnim regijama diljem svijeta od srednje Amerike (81,8 %), sjeverne Europe (74,9 %) do Afrike (72,6 %). Na području sjeverne i središnje Europe zabilježena je visoka pojavnost DON-a (74,2 %) (Gruber-Dorninger i sur., 2019.).

Literaturni podatci pokazuju da slijedom činjenice da su mikotoksini prirodni kontaminanti žitarica koje se koriste i kao krmiva, dolazi do posljedične kontaminacije krmnih smjesa koje se koriste u hranidbi farmskih životinja, što rezultira i kontaminacijom hrane životinjskog podrijetla. Na ovaj način, putem tzv. carry over effect-a, osim izravnim putem moguća je izloženost potrošača mikotoksinima iz hrane životinjskog podrijetla i neizravnim putem (Pleadin i sur., 2019.a).

Istraživanja pokazuju da OTA može biti prisutan u visokim koncentracijama u iznutricama farmskih životinja, posebno u bubrezima i jetri svinja, te nadalje i proizvodima životinjskog podrijetla proizvedenim od izloženih životinja, a značajne razine ovog mikotoksina nađene su u trajnim suhomesnatim proizvodima koje tijekom višemjesečnog zrenja obrastaju plijesni (Pleadin i sur., 2013.; Pleadin i sur., 2015.). Osim sa OTA, mesni proizvodi mogu biti kontaminirani i sa CIT, AFB1, sterigmatocistinom kao prekursorom AFB1, te ciklopiazoničnom kiselinom (Pleadin i sur., 2019a). Također, u brojnim zemljama svijeta utvrđena je kontaminacija mlijeka i mliječnih proizvoda s AFM1 kao najznačajnijim metabolitom AFB1 i najtoksičniji mikotoksinom u ovim proizvodima. U mlijeku je moguća prisutnost i drugih mikotoksina, kao što su npr. fuzarijski mikotoksini DON, ZEA i fumonizini, iako literaturni podaci ne ukazuju na visoku razinu njihove pojavnosti (Pleadin i sur., 2017.b).

Toksični učinci u organizmu


Bolesti koje nastaju kao posljedica izloženosti mikotoksinima putem hrane, kože ili udisanjem spora, nazivaju se mikotoksikozama. Učestalo se pojavljuju u zemljama s tropskom klimom koja je općenito povoljna za rast plijesni i sintezu mikotoksina, poglavito najtoksičnijih aflatoksina (Bennett i Klich, 2003.; Pitt i sur., 2012.). Njihovo toksično djelovanje općenito je analogno patološkim stanjima uzrokovanim izloženošću ostalih kemijskih kontaminanata iz okoliša, poput pesticida ili teških metala (Adeyeye, 2016.). Primarni mehanizam djelovanja uključuje modifikaciju procesa transkripcije DNA i inhibiciju translacije u sintezi proteina, a primarni organ patološkog djelovanja mikotoksina su jetra, gdje se zbiva proces njihove detoksikacije.

Mikotoksini u organizmu uzrokuju niz štetnih učinaka, poput oksidativnoga stresa, apoptoze, oštećenja DNK-e, blokade staničnog ciklusa, inhibicije sinteze bjelančevina, nekroze, peroksidacije lipida te uzrokuju podložnost organizma drugim bolestima na način da remete funkciju imunosnog sustava (Deshpande, 2002.; Pestka, 2008.; Doi i Uetsuka, 2011.; Wen i sur., 2016.). Akutne mikotoksikoze su posljedica izloženosti visokim koncentracijama mikotoksina, pri čemu simptomi bolesti nastupaju vrlo brzo. Istraživanja su potvrdila da izloženost organizma ovim tvarima kroz duže vremensko razdoblje uzrokuje kronične učinke, uključujući kancerogenost, neurotoksičnost, hepatotoksičnost, imunotoksičnost, nefrotoksičnost te probavne, reproduktivne i razvojne poremećaje (Pfohl-Leszkowicz i Manderville, 2007.; Fink-Gremmels i Malekinejad, 2007.; Hueza i sur., 2014.; Kowalska i Habrowska-Górczyńska, 2016.; Wen i sur., 2016.). Izravni toksični učinci djelovanja mikotoksina na ljude i životinje očituju se u smanjenoj konverziji hrane, usporenom rastu, oslabljenom imunitetu te smetnjama u reprodukciji. Ujedno, često istovremeno patološki djeluju na nekoliko sustava organa u organizmu, što ovisi o vrsti mikotoksina, mehanizmu djelovanja, dozi i vremenu izloženosti (Bennett i Klich, 2003.; CAST, 2003.).

Međunarodna agencija za istraživanje raka je 1993. godine procijenila karcinogena svojstva aflatoksina, trihotecena, fumonizina te OTA i ZEA. Mikotoksinom od najvećeg javnozdravstvenog značaja smatra se AFB1 koji je svrstan u skupinu 1 (dokazani karcinogen). Nefrotoksični OTA i hepatotoksični FB1 svrstani su u skupinu 2B (mogući karcinogeni), a ZEA, koji pokazuje estrogena svojstva, te trihotecenski mikotoksini sa izraženim imunosupresivnim efektom, svrstani su u skupinu 3, kao spojevi za koje nema dovoljno dokaza da se mogu klasificirati kao ljudski karcinogeni (IARC, 1993.). U tablici 4. prikazani su zdravstveni problemi zabilježeni u ljudi kao posljedica izloženosti mikotoksinima.

Tablica 4. Zdravstveni problemi koje mikotoksini uzrokuju u ljudi (Delaš, 2010.; Schuhmacher-Wolz i sur., 2010.).

Mjere prevencije i redukcije


Budući da mikotoksini predstavljaju opasnost po zdravlje potrošača i da mogu prouzročiti velike gubitke u poljoprivednoj proizvodnji, nužan je sustavan nadzor ovih tvari u svim kritičnim točkama prehrambenog lanca. Provedbom dobre proizvođačke prakse moguće je smanjiti razvoj plijesni, a samim time i produkciju odnosno pojavnost ovih tvari (Kabak i sur., 2006.; Binder, 2007.). Zakonska regulativa propisuje kontrolu hrane i hrane za životinje na prisutnost mikotoksina, a uključuje veći broj uredbi i pravilnika kojima su definirane najveće dopuštene ili preporučene količine mikotoksina, metode uzorkovanja i analitičke metode za njihovo određivanje. Količine mikotoksina trebaju se ispitivati u sirovinama i finalnim proizvodima namijenjenim prehrani ljudi i hranidbi životinja, uz primjenu osjetljivih analitičkih metoda (Shanakhat i sur., 2018.). Važno je istaknuti da je kontaminaciju teško u potpunosti spriječiti, međutim, postoje brojne preventivne mjere, koje primarno eliminacijom najznačajnijih vanjskih čimbenika, mogu rezultirati njenim smanjenjem.

Kada je riječ o žitaricama, potrebno je primjeniti prikladne agrotehničke mjere, kao što su odabir sorti žitarica otpornih na infekciju plijesnima, rana sjetva, navodnjavanje tijekom suhih i vrućih klimatskih razdoblja, upotreba fungicida, primjena plodoreda i smanjenje oštećenja zrna uzrokovanih insektima (Binder, 2007.). Ujedno, procesiranjem hrane spriječava se daljnja proizvodnja mikotoksina, uz uvjet da se nadalje osigura prikladno skladištenje sa optimalnom temperaturom i vlažnošću zraka (Karlovsky i sur., 2016.). Svakako, sprječavanje pojavnosti mikotoksina još u polju i dalje se smatra najučinkovitijom i ekonomski najprihvatljivijom preventivnom mjerom (Hojnik i sur., 2017.). Po pitanju hrane životinjskog podrijetla, kako bi se spriječila prekomjerna pljesnivost površine trajnih suhomesnatih proizvoda tijekom procesa zrenja, neophodno je osigurati razmak među proizvodima, čime se postiže nesmetano strujanja zraka. Zrenje proizvoda potrebno je provoditi u komorama za zrenje u potpuno kontroliranim uvjetima (Karlovsky i sur., 2016.; Pleadin i sur., 2019.b). Plijesni s površine proizvoda je potrebno kontinuirano uklanjati postupcima četkanja i pranja, također u cilju sprječavanja prekomjerne pljesnivosti (Sørensen i sur., 2008.). Kontaminaciju mlijeka i mliječnih proizvoda sa AFM1 potrebno je spriječiti kontrolom krmiva i krmnih smijesa namijenjenih hranidbi mliječnih goveda na prisutnost AFB1.

Ukoliko do kontaminacije ipak dođe, poznata je primjena bioloških, kemijskih ili fizikalnih metoda u cilju redukcije mikotoksina. Fizikalne metode, koje imaju najznačajniju primjenu u industriji, podrazumijevaju mehaničko odstranjivanje onečišćenih frakcija iz sirovina sortiranjem, čišćenjem i mljevenjem te primjenu topline, ozračivanja, uporabu adsorbensa, hladne plazme, fotoradijacije i mikrovalnih tretmana. Uporaba kemijskih metoda, kao što su amonizacija, kiselinski tretmani, alkalna hidroliza, peroksidacija, ozoniranje i upotreba bisulfita, ograničena je zbog potencijalne toksičnosti kemijskih agenasa i njihove slabe učinkovitosti, ali i visokih troškova provedbe postupka te negativnih učinaka na kvalitetu sirovina. Biološka detoksifikacija podrazumijeva primjenu mikroorganizama i njihovih enzima s ciljem razgradnje ili modifikacije strukture mikotoksina (Pleadin i sur., 2018.b; Pleadin i sur., 2019.c).

Međutim, dosadašnje spoznaje uglavnom se odnose samo na manji broj zakonodavstvom reguliranih mikotoksina, dok veliki broj mikotoksina novije generacije, te njihovi maskirani ili modificirani oblici, još uvijek nisu istraženi i regulirani. Ujedno, većina spomenutih metoda redukcije mikotoksina još uvijek se ne koristi u prehrambenoj i stočarskoj industriji zbog nedostatnih spoznaja o produktima degradacije mikotoksina, kao i nutritivnim promjenama sirovina i finalnih proizvoda koje mogu biti posljedica tretmana. Primjena učinkovitih metoda redukcije i dekontaminacije zasigurno predstavlja daljnja prioritetna istraživanja u području mikotoksina. Ujedno, potrebna je provedba daljnjih toksikoloških istraživanja kojima bi se detaljnije razjasnili potencijalni sinergistički i aditivni učinci kao posljedica istovremene prisutnosti više različitih mikotoksina i njihovih metabolita u hrani na zdravlje potrošača.

Zahvala


Ovaj rad sufinanciran je iz projekta Hrvatske zaklade za znanost “Mikotoksini u hrvatskim tradicionalnim mesnim proizvodima: molekularna identifikacija plijesni producenata i procjena izloženost potrošača” (HRZZ IP-2018-01-9017).


Literatura [… prikaži]

Vezano:

Vezani sadržaji

7. Hrvatski veterinarski kongres

Urednik

Gljivične bolesti u veterinarskoj kliničkoj praksi – izazovi dijagnostike i liječenja

Urednik

U Osijeku obilježen Svjetski dan sigurnosti hrane

Urednik

17. Konferencija o sigurnosti i kvaliteti hrane

Urednik

Peti simpozij “SIGURNOST HRANE I ZAŠTITA POTROŠAČA” u Velikoj Gorici

Urednik

Očekuju li nas prosvjedi veterinara?

Urednik

Ova web stranica koristi kolačiće radi poboljšanja korisničkog doživljaja pri njezinom korištenju. Korištenjem ove stranice suglasni ste s tim. Prihvati Više