Контаминация кукурузы микотоксинами и их продуцентами

Введение

Развитие микроскопических грибов на зерне приводит к потерям сухого вещества, снижению пищевой ценности, биологических, технологических, семенных достоинств, самосогреванию и пол­ной порче зерна. Кроме того, продуктами метаболизма грибов являются ядовитые, опасные для чело­века и животных вещества — микотоксины, наиболее опасные и распространенные контаминанты зерна, пищевых продуктов и кормов. Выделено около 30 000 видов различных микроскопических грибов, в том числе свыше 250 токсигенных, идентифицировано около 300 микотоксинов [1, 2]. По оценке ФАО, около 25 % мирового урожая зерновых ежегодно поражается микотоксинами, основ­ными продуцентами которых являются различные виды Aspergillus, Penicillium, Fusarium.

Наиболее острым аспектом проблемы микотоксинов являются афлатоксины, продуцируемые грибами Аspergillus (А. flavus и A. рarasiticus). Они были выделены из различных продуктов во мно­гих странах и представляют собой химические соединения фурокумаринового ряда, образующие свыше 20 наименований, главными из которых являются В1, В2, G1, G2.

С момента открытия микотоксинов прошло более 40 лет, проведено немало исследований, опуб­ликован ряд обзоров и рекомендаций, однако эта проблема остается главной для многих сельскохозяйственных культур и прежде всего для кукурузы.

Неопровержимы данные о канцерогенном действии афлатоксинов на здоровье человека. Особо высокой токсичностью, мутагенностью и канцерогенностью отличается афлатоксин В1, получивший название печеночного канцерогена, так как вызывает рак печени. В организме животного преобразу­ется в микотоксин М1, но концентрация последнего в коровьем молоке почти в 300 раз ниже в срав­нении с концентрацией афлатоксина В1 в потребленном корме. Афлатоксин М1 также обнаружен в молоке женщины как функция организма матери, употреблявшей продукты, контаминированные аф­латоксином В1. Известны острые афлатоксикозы с летальным исходом у людей, связанные с высоки­ми концентрациями афлатоксинов в пище. Присутствие афлатоксинов в грудном и коровьем молоке, детском питании на молочной основе и особенно в молочных продуктах обнаружено в юго-восточной части Казахстана [3].

Установлена прямая зависимость между распространенностью и частотой первичного рака пе­чени с содержанием афлатоксинов в пищевых продуктах и суточных рационах.

Вышеизложенное обусловливает актуальность проблемы.

С целью установления контаминации кукурузы микотоксинами и их продуцентами — плесне­выми микроскопическими грибами, разработки соответствующих рекомендаций проведены много­летние исследования.

Материалы и методы

Материалом исследований являлись пробы зерна кукурузы, отобранные на предприятиях АПК южного региона Казахстана и Узбекистана.

Численность и видовой состав микроорганизмов определяли методом глубинного посева смывов с зерна (поверхностное) и раскладки поверхностно стерилизованных семян (субэпидермальное пора­жение) на агаризованные питательные среды с последующим инкубированием, видовую принадлеж­ность — в чистых культурах, идентификацию видов — по специальным определителям [4-6]. Со­держание ЖЗФ-зерен, сигнализирующих о контаминации зерна афлатоксинами — авторским мето­дом [7], микотоксины — химико-хроматографическим методом, заключающимся в их экстрагирова­нии водно-ацетоновой смесью в присутствии хлористого натрия, последующей очистке экстракта, переэкстракции хлороформом, качественном и количественном определении с использованием пла­стинок «Silufol» под источником ультрафиолетового освещения [8], статистическую обработку ре­зультатов — общепринятыми в биологии методами [9].

Статистически обработанные данные по контаминации зерна афлатоксинами представлены в виде частоты обнаружения (отношение количества контаминированных проб к общему количеству исследованных), медианы (уровня загрязнения средней пробы из всех проб, расположенных по воз­растающей степени загрязнения) и 90 %-ного уровня (уровня загрязнения пробы, превышающего уровень 90 % проб).

Результаты и обсуждение

Общий объем исследований (табл. 1) составляет 790 проб, который по результатам технического анализа распределен на 2 массива: нормального качества — 287 проб (36,6 %) и пониженного качества (с признаками самосогревания, плесневения, порчи, с повышенной влажностью и засоренностью) — 503 пробы (73,4 %). Удельный вес проб пониженного качества по Казахстану составляет 457 проб (62,8 %) с колебаниями в разрезе областей в пределах 38,6-74,3 %, по Узбекистану — 68,7 % (46 проб).

Все исследованные пробы зерна в той или иной степени поражены микромицетами. Они с точки зрения экологии условно классифицированы на две группы: «полевые» грибы (поражающие зерно в поле в процессе произрастания, как правило отмирающие при хранении) и грибы «хранения» (про­должающие развитие при хранении зерна).

Грибы хранения представлены в основном родами: Aspergillus (A.flavus Link, A.glaucus Link, A.candidus Link, A.fumigatus Fres, A.nidulans Eidam, A.versicolor Tirab, A.niger V.Tiegh, A.ochraceus Wilh, A.terreus Thorn, A.wentti Wehm), Penicillium (P. cyclopium, P.frequentans, P. multicolor, P. raistrickii, P. veridicatum), Mucor; полевые: Cladosporium sp, Cephalosporium sp, Alternaria sp, Fusarium sp, Helminthosporium sp, Trichoderma sp.

Численность и видовой состав микромицетов варьировали по культурам и годам урожая. Мак­симальная численность наблюдалась в зерне пониженного качества.

В зерне нормального качества численность грибов варьировала в пределах 2,9-4,3 тыс/г (по­верхностное поражение) и 34-50 кол/100 зерен (субэпидермальное). Доминировали потенциально токсигенные грибы вида A.flavus (n = 94 % при гпср = 0,2 тыс/г и гпотн = 7,9 % при поверхностном и n = 79 % при гпср = 8 кол/100 зерен и гпотн = 20,3 % при субэпидермальном поражении).

Изложенное позволяет заключить, что нормальное зерно кукурузы нельзя считать вполне благо­получным с точки зрения возможности развития активных микробиологических процессов при опти­мальных для этого сочетаниях температуры и влажности.

Содержание микромицетов в зерне кукурузы пониженного качества характеризуется значитель­ным увеличением численности «грибов хранения», а также изменением соотношений между видами. Среднее содержание «грибов хранения» увеличилось более чем в 24 раза, а вида A.flavus, A.candidus суммарно — 115 раз.

В результате математической обработки данных установлены средние значения численности микроскопических грибов в зерне кукурузы нормального качества, составившие при поверхностном поражении гпср=3,6 + 0,7 тыс/г, в том числе грибов хранения 2,9 + 0,1 тыс/г, при субэпидермальном -42 + 8 и 40,0 + 9 кол/100 зерен соответственно, что может быть положено в основу для нормирования этого показателя.

Таким образом, для зерна кукурузы, подвергавшегося самосогреванию, плесневению и порче, характерно высокое абсолютное содержание грибов вида A.flavus и его высокая доля в общем объеме микромицетов, что дает основание ожидать присутствия афлатоксинов в пробах кукурузы.

Микотоксикологические исследования

Исследования проведены в последовательности: поле — ток — автомобильные партии при по­ступлении на хлебоприемные предприятия — элеватор (склад) — поставляемые партии. Установле­но, что афлатоксины распространены во всех областях и практически на всех этапах хранения и по­слеуборочной обработки зерна.

Частота обнаружения афлатоксинов в общем массиве проб по зоне исследований составила 47,4 % (345 проб из 728 исследованных), а среди массива проб пониженного качества 75,5 % (345 из 457), в том числе свыше ПДК 42,6 % и 67,8 % соответственно.

Микотоксины обнаружены как правило в пробах пониженного качества.

Статистически обработанные результаты (рис. 1) представлены по четырем показателям (частота обнаружения, средний уровень, медиана и 90 % уровень). Частота обнаружения в общем массиве проб составила 47,7 % (345 из 728), средний уровень — 157 мкг/кг, медиана — 45 мкг/кг, 90 % уро­вень — 346 мкг/кг.

Показатели контаминации афлатоксинами зерна кукурузы
Самые высокие показатели контаминации установлены в областях: Южно-Казахстанской (n = 64,7 %, гпср = 156 мкг/кг; медиана — 50,6 мкг/кг; 90 % уровень — 356,4 мкг/кг и Жамбылской: 30,4 %; 198,3 мкг/кг, 35,6 мкг/кг — 316,8 мкг/кг соответственно.

В Талдыкорганской области при сравнительно низкой частоте обнаружения (15,8 %) средний уровень и медиана достаточно высокие, 105,2 и 256,3 мкг/кг соответственно, тогда как в Алматин-ской при частоте обнаружения 17,8 % средний уровень, медиана и 90 % уровень составили 24,7; 4,6 и 51,2 мкг/кг.

Наиболее широко распространен афлатоксин В1 — частота обнаружения 97,4 % при уровне 130,5 мкг/кг, В2 — 52,3 % и 23,6 мкг/кг, G1 — 90 % и 107,9 мкг/кг и G2 — 3,3 % и 21,7 мкг/кг.

Анализ распределения контаминированных афлатоксинами проб кукурузы по происхождению показал (рис. 2), что их преобладающее большинство (80 %) в Южно-Казахстанской области. На до­лю остальных областей приходится 20 %, в том числе (Жамбылская — 12,5 %, Талдыкорганская — 3,9, Алматинская — 3,6 %).

Контаминация афлатоксинами кукурузы в разрезе регионов

Частота обнаружения афлатоксинов в пробах кукурузы из Узбекистана составила 68,7 %, в том числе свыше ПДК 46,8 % при уровне до 610 мкг/кг.

Для выявления факторов, способствующих контаминации кукурузы афлатоксинами, научного обоснования различий в частоте обнаружения и уровнях, проведены специальные исследования. Ус­тановлено, что главным фактором токсинообразования в регионе является высокий токсигенный по­тенциал (частота обнаружения и уровни) грибов вида A. flavus.

Частота обнаружения токсигенных штаммов по региону (табл. 2) составила 78,8 % при среднем уровне 456,2 мкг/кг, в том числе в разрезе областей в пределах 55,0-95,5 % и 28,8-787,6 мкг/кг соот­ветственно. Самый высокий показатель токсигенного потенциала характерен для Южно-Казахстанской области, частота 95,5 % при среднем уровне 787,6 мкг/кг.

Токсигенный потенциал штаммов грибов A. flavus

Установлена степень загрязнения кукурузы афлатоксинами и их продуцентами микроскопиче­скими грибами в период ее созревания в различной фазе развития (от молочной до полной) по 35 пробам, отобранным в Талдыкорганской (16), Южно-Казахстанской (11), в Алматинской (8) облас­тях, в том числе: в молочной фазе — 7 проб, молочно-восковой — 8, восковой — 8, полной — 12.

Установлено, что 34 пробы из 35 исследованных поражены грибами хранения при численных значениях 0,01...28,43 тыс/г. В 26 пробах установлено (табл. 3) присутствие потенциально токсиген-ного гриба A.flavus.

Афлатоксины обнаружены в восьми пробах, в том числе в четырех — в фазе молочной спелости, двух — молочно-восковой и двух — восковой. В шести пробах (трех молочной, двух молочно-восковой и одной восковой) содержание афлатоксинов превышало допустимые нормы и составило 11,83+1,29 мкг/кг. Частота обнаружения афлатоксинов в кукурузе при созревании по зоне исследова­ний составила 22,8 % (54,5 % — в Южно-Казахстанской, 8,3 % — в Талдыкорганской, 12,5 % — в Алматинской), в том числе свыше ПДК 17,1 % (в Южно-Казахстанской — 45,5 %, Талдыкорганской — 8,3 %). Полученные результаты согласуются с результатами зарубежных исследователей, устано­вившими присутствие грибов хранения и синтез микотоксинов в период созревания зерна.

Одним из важнейших условий, при которых происходит синтез и накопление микотоксинов в зерне, является самосогревание. Это подтверждается исследованиями (табл. 4), проведенными в про­изводственных условиях на 5 партиях зерна.

От каждой партии были отобраны пробы, характеризующие партию в целом, а также очаги са­мосогревания с различной температурой (от 35 до 63°С). Численность микроскопических грибов, в том числе A.flavus, а также их метаболитов — афлатоксинов в очагах самосогревания в десятки-сотни раз выше, чем в партии. Причем их численные значения достигали своего максимума при температу­ре 35...50°С.Так, если в пробах, характеризующих общие партии, численность грибов A.flavus соста­вила 0,1...5,5 тыс/г, а содержание афлатоксинов 0,0...8,9 мкг/кг, то в пробах, отобранных из гнезд са­мосогревания, соответственно 25,0...4500,0 тыс/г и 26,6...4200,0 мкг/кг.

Для хранящейся кукурузы типичным является длительное бунтовое хранение в сыром и влаж­ном состоянии, что приводит к интенсивному росту микроскопических грибов, появлению очагов самосогревания и синтезу афлатоксинов.

Синтез афлатоксинов, начавшийся в период вегетации, продолжается в процессе последующего хранения зерна, особенно при его самосогревании при температурах 35-50°С.

По результатам исследований разработаны рекомендации по экспрессному обнаружению, сис­тематическому контролю и профилактике микотоксинов. 

Поражение кукурузы микроскопическими грибами и микотоксинами в вегетационный период

 

Влияние самосогревания на синтез афлатоксинов в кукурузе

 

Выводы

-           представлена микотоксикологическая характеристика кукурузы при произрастании, после­уборочной обработке и хранении в Казахстане и Узбекистане. Установлены средняя численность микроскопических грибов, в том числе потенциально токсигенных в зерне нормального и понижен­ного качества, частота и уровни обнаружения афлатоксинов;

-           установленные численные значения микроскопических грибов в зерне нормального качества могут быть положены в основу нормирования этого показателя;

-           Республика Казахстан является зоной повышенного риска контаминации афлатоксинами зерна кукурузы;

-           широкое распространение и высокий токсигенный потенциал грибов A. flavus в совокупно­сти с другими обязательными условиями (температурно-влажностной режим, продолжительность воздействия и др.) являются основными факторами загрязнения афлатоксинами зерна кукурузы;

-           применение разработанных рекомендаций позволит улучшить санитарно-гигиеническое со­стояние зерна на всех этапах его производства, послеуборочной обработки и хранения. 

 

Список литературы

1      Безопасность пищевых продуктов. Дата индексирования: 16.12.2007. Интернет-сайт: mariamm.ru/doc_241 .htm.

2         FAO soils bulletin 3. Application of nitro-fixing systems in soil management/Roma. — FAO. — 1982. — 188 p.

3         Невидимые убийцы животных и людей // Тодорова Н. / Казахстанская правда. — 1997. — 9 апр.

4         Курсанов Л.И. Пособие по определению грибов из рода Aspergillus и Penicillium. — М.: Медгиз, 1947. — 116 с.

5         ПидопличкоН.М. Грибная флора грубых кормов. — Киев: Изд. АН УССР, 1953. — 486 с.

6         Билай В.И. Фузарии. — Киев: Наук. думка, 1977. — 300 с. 

7         Ремеле В.В., Львова Л.С. Экспрессный метод выявления зерна кукурузы, загрязненного афлатоксинами, по его жел­то-зеленой флуоресценции (ЖЗФ) // Инф. листок. — № 72. — Целиноград: ЦМТЦНТИП, 1989. — 4 с.

8         Методические рекомендации по обнаружению, идентификации и определению содержания афлатоксинов в пищевых продуктах. — М., 1981.

9      Плохинский Н.А. Биометрия. — М.: Изд. МГУ,1970. — 367с.

Фамилия автора: В.В.Ремеле
Год: 2010
Город: Караганда
Категория: Биология
Яндекс.Метрика