Dr inż. Anna Wilkanowska

Grzyby pleśniowe to mikroorganizmy heterotroficzne, które wytwarzają m.in. węglowodany, kwas cytrynowy. Niektóre z nich (np. grzyby z rodzaju Penicillium, Aspergillus i Fusarium), produkują ponadto metabolity wtórne, czyli tzw. mikotoksyny. Termin ten pochodzi od słów: greckiego „mycos” – grzyb oraz łacińskiego „toxicum” – trucizna. Są to wtórne produkty przemiany materii grzybów strzępkowych, nie są one niezbędne do życia wytwarzającego grzyba.

Mikotoksyny należą do węglowodorów aromatycznych, rzadziej alifatycznych. Wydzielane są jako egzotoksyny do podłoża lub magazynowane są jako endotoksyny w konidiach i grzybni. Zaliczane są do związków słabo polarnych, nie ulegają rozkładowi podczas pasteryzacji. Do ich degradacji prowadzą promienie UV i środowisko alkaiczne. Różnią się między sobą poziomem toksyczności. Należy podkreślić, że różne mikotoksyny różnie działają na ludzi i zwierzęta. Do tej pory poznano przeszło 4000 mikotoksyn, co ważne, nie wszystkie tego rodzaju metabolity są toksyczne.

Mikotoksyny zanieczyszczają pasze, produkty przemysłu spożywczego, żywność odzwierzęcą. Powodują charakterystyczne schorzenia, które nazywa się mikotoksykozami. Organem odpowiedzialnym za ocenę toksyczności poszczególnych mikotoksyn na podstawie analizy badań na zwierzętach jest komitet Ekspertów FAO/WHO ds. Substancji Dodatkowych i Zanieczyszczeń w Żywności. O mikotoksynach mowa jest również w rozporządzeniach i zaleceniach, pokazujących ile wynosi górny dopuszczalny poziom produktów przemiany materii grzybów strzępkowych. Obecnie w Unii Europejskiej regulacjom prawnym w żywności i paszach podlega 14 mikotoksyn, w tym aflatoksyna B1, B2, G1, G2, M1, patulina, DON, ZEN, OTA, FB1 i FB2, T-2 i HT-2.

Mikotoksyny na kartach historii

Problem mikotoksyn nie jest niczym nowym, człowiek walczy z nim od stuleci. Historia zna przypadki zatruć ludzi i zwierząt wynikające z zapleśniałej żywności czy pasz. W przeszłości nic nie wiedziano o mikotoksynach, dlatego za choroby obwiniano karę za grzechy, klątwę. W przeszłości miktoksyny były powodem śmierci mieszkańców Bliskiego Wschodu, Etrusków, Ateńczyków. W Grecji w V wieku p.n.e. problemem były zatrucia zearalenonem produkowanym przez grzyby z rodzaju Fusarium.
Po 1945 roku w krajach zlokalizowanych nad Morzem Bałtyckim zanotowano występowanie endemicznej nefropatii bałkańskiej, wywołanej metabolitem grzyba z rodzaju Aspergillus – ochratoksyną A.
Tymczasem przykładem toksycznego działania metabolitów grzybów na zwierzęta gospodarskie były masowe padnięcia indyków na farmach drobiowych w Anglii w 1960 r. Za śmierć ptaków odpowiedzialna była wówczas substancja wytwarzana przez grzyby Aspergillus flavus.
Mimo upływu lat problem mikotoksyn nie zniknął, w dalszym ciągu są one powodem ogromnych start finansowych, oceniono, że aż 1/4 ziarna zbóż na świecie jest skażona tego rodzaju substancjami (40% ziaren jest skażona, co najmniej jedną mikotoksyną). Przeprowadzone do tej pory badania ujawniły, że w Niemczech, Francji, we Włoszech i w Australii w niektórych przypadkach przeszło 3/4 kiszonek było skażonych różnymi rodzajami grzybów pleśniowych. Sugeruje się, w Polsce sytuacja nie wygląda lepiej. Przeprowadzone niedawno badania wykazały, że 94% próbek zbóż pobranych z całego kraju zawierało zearalenon, 72% próbek było zanieczyszczonych ochratoksyną.

Najważniejsze mikotoksyny

Dla specjalistów od ekonomii najważniejszymi mikotoksynami są: aflatoksyna, ochratoksyna, deoksyniwalenol wraz z pochodnymi, zearalenon (ZEN) i fumonizyny (FB1, FB2).
Grzybem, którego metabolity izolowano na całym świecie jest Aspergillus flavus, produkowane przez niego mikotoksyny są najbardziej kancerogennymi związkami wytwarzanymi przez organizmy żywe. W ich wytwarzaniu specjalizuje się również Aspergillus parasiticus. Produkowane przez wymienione grzyby metabolity wtórne występują obficie na orzeszkach ziemnych, znaleźć je można na nasionach bawełny, w mleku i oczywiście na ziarnach zbóż. Aflatoksyny zawierają heterocykliczną pochodną kumaryny o wysokim stopniu utlenienia.
W różny sposób działają na organizmy zwierzęce. Mogą wywoływać:

  • spadek apetytu,
  • zahamowanie wzrostu młodych osobników,
  • przekrwienie wątroby (jej nekrotyczne zmiany i formowanie się guza),
  • uszkodzenie nerek, śledziony i płuc,
  • zmiany na poziomie komórkowym i molekularnym,

W przypadku kaczek, brojlerów, niosek, indyków i przepiórek zatrucie aflatoksynami powoduje:

  • spadek masy ciała,
  • obniżeniu produkcji jaj,
  • zatrucie zarodków w jajach,
  • wzrost wrażliwości na działanie czynników środowiska – głównie mikroorganizmów.

Dawką śmiertelną aflatoksyny dla kaczki jest 0,335 mg/kg masy ciała. Ochratoksyna A to przedstawiciel neurotoksyn. Produkowana jest we wszystkich strefach klimatycznych przez Penicillium verrucosum oraz niektóre gatunki Aspergillus, tj. A. ochraceus, A. sulphureus, A. sclerotium i A. mellus. Jest to najczęściej wytwarzana mikotoksyna w warunkach klimatycznych Polski. Powstaje przy okazji niewłaściwego przechowywania ziarna zbóż. Obliczono, że zanieczyszcza 12% zbóż. Najbardziej podatne są na nią ziarna pszenicy i żyta, średnia koncentracja tej mikotoksyny to około 200 μg·na kg ziaren. Sporadycznie zdarzają się przypadki, aby ochratoksyna A powodowała straty w produkcji zwierzęcej. Po wchłonięciu z przewodu pokarmowego szybko ulega dystrybucji. U osobników spożywających zanieczyszczoną paszę pojawiają się objawy zatrucia ostrego lub przewlekłego, w zależności od stopnia ekspozycji.

Ochratoksyna A wywołuje zaburzenia koordynacji ruchowej, odkładana jest w nerkach i wątrobie, przez co może prowadzić do uszkodzenia nefronów (powoduje martwicę tkanki podstawnej nefronu), wykazuje działanie hepatotoksyczne, prowadzi to do śmierci zwierzęcia. Zatrucia ochratoksyną A najrzadziej są problemem bydła, przeżuwacze mają zdolność do jej rozkładania. Mikotoksyna, o której mowa wpływa nie tylko na funkcjonowanie organizmu zwierzęcego. Konsumenci powinni mieć świadomość, że podawanie drobiu paszy skażonej ochratoksyną ma wpływ na skład mięsa. Toksyna kumuluje się w mięsie i innych produktach pochodzenia zwierzęcego. Spożywanie żywności o takim pochodzeniu skutkuje rozwojem nefropatii ochratoksynowej u ludzi.

Zearalenon to niesteroidowy mikoestrogen, który jest produkowany przez grzyby (Fusarium graminearum, F. culmorom, F. cerealis i F. equiseti) powodujące choroby zgorzelowe siewek, podstawy źdźbła i łodyg oraz fuzariozę kłosów i kolb (zgnilizna czerwona i różowa). Niektóre z wymienionych chorób skutkują tworzeniem się mikotoksyny na polu. Tworzenie się ZEA bywa też konsekwencją dłuższego składowania ziarna w warunkach wilgotności wynoszącej przynajmniej 22%. Zearalenon wyróżnia się dość małą toksycznością ostrą. Rodzaj objawów wynikających z podania zwierzęciu paszy zanieczyszczonej ZEA zależy od kilku czynników – wieku, płci, kondycji i poziomu zanieczyszczenia. Zearalenon po dostaniu się do krwiobiegu powoduje zmiany funkcjonalne w układzie rozrodczym, z tym że jego działanie jest kilka razy silniejsze niż naturalnych estrogenów. Wywołuje zaburzenia w cyklu rozrodczym zwierząt – tzw. hyperestrogenizm. Warto jednak podkreślić, że przed zdiagnozowaniem zatrucia ZEA, należy sprawdzić, czy stwierdzone zaburzenia rozrodu nie są efektem innych nieprawidłowości. Hodowcy drobiu powinni wiedzieć, że na ZEA najbardziej wrażliwa jest trzoda chlewna, w przypadku której omawiana mikotoksyna powoduje zmniejszenie wagi płodów, poronienia, bezpłodność. Zearalenon nie odgrywa dużej roli w żywieniu drobiu, ponieważ ptaki są odporne na jego duże ilości w diecie.

Trichoteceny to metabolity grzybów z rodzaju Fusarium. Wyróżnia się trichoteceny A i B oraz C i D. Do pierwszej z wymienionych grup należą toksyny T-2 i HT-2, z kolei do grupy B deoksyniwalenol, który występuje w ziarnie pszenicy i innych zbóż drobnoziarnistych oraz kukurydzy w uprawach na wszystkich kontynentach. Niemniej jednak wśród trichotecen silniejszą toksyną jest T-2, która występuje rzadziej niż DON i jest typowa dla krajów o chłodnym klimacie.

Tymczasem fumonizyny występują głównie w ziarnie kukurydzy i produktach jego przetwarzania. Jest to mikotoksyna, którą tworzą przede wszystkim endofity kukurydzy, gatunki Fusarium proliferatum oraz Fusarium verticillioides. Do tej pory poznano przeszło piętnaście analogów fumonizyn, spośród których największe znaczenie ma fumonizyna B1, wykazuje ona cechy prokancerogenne. Udowodniono, że fumonizyny uszkadzają szlak biosyntezy sfingozyny oraz prowadzą do uszkodzenia funkcji nerek. Wpływają na syntezę lipidów w komórkach nerwowych.

Walka z mikotoksynami

Skuteczną walkę z mikotoksynami zapewnia odpowiedni dobór odmian zbóż (niektóre z nich są mniej podatna na porażenie kłosów przez grzyby) i zastosowanie odpowiedniej metody uprawy gleby. Rolnicy powinni wiedzieć, że grzyby są w stanie przetrwać w resztkach pożniwnych nawet 2 lata. Zostając na kolejne sezony, zarażają kolejne zboże. Przenoszenie grzybów bywa konsekwencją stosowania uproszczonej uprawy powierzchniowej i siewu bezpośredniego. Kluczem do sukcesu jest postawienie na płodozmian i odejście od uprawy monokultur zbóż. Zaobserwowano, że przenoszenia się grzybów z rodzaju Fusarium pomiędzy poszczególnymi zbożami bywa konsekwencją stosowania krótkich cykli rotacji upraw, opierając się przede wszystkim na rzepaku i pszenicy, wplatając je pomiędzy kukurydzę. Narzędziem do walki z fuzariozami bywają fungicydy. Niestety pomimo ich skuteczności i łatwości w aplikacji, metoda ta budzi dużo kontrowersji, szczególnie z punktu widzenia ochrony zdrowia konsumenta. Należy również pamiętać, że użycie tego rodzaju środków w końcowej fazie wegetatywnej jest ograniczone. Oprysk fungicydami ma kluczowe znaczenie w okresie po wykształceniu kłosów przez rośliny.
Niestety zdecydowana większość wtórnych produktów przemiany materii grzybów strzępkowych jest odporna na mechaniczne procesy przetwarzania komponentów paszowych i zmiany temperatury. Powoduje to, że stwierdza się również w śrutach, otrębach i mieszankach paszowych. Pozbycie się mikotoksyn z wymienionych produktów nie jest łatwym zadaniem. Robi się to na kilka różnych sposobów.
Usuwanie mikotoksyn możliwe jest poprzez oddzielenie zanieczyszczonych partii produktu. Można postawić na ekstrakcję mikotoksyn. Skuteczna jest również dezaktywacja mikotoksyn metodami fizycznymi. Do tego sposobu eliminowania mikotoksyn należą działanie wysoką temperaturą oraz promieniowaniem UV i gamma, także w połączeniu ze związkami chemicznymi. Aby osiągnąć sukces w walce z mikotoksynami, wykorzystywane są również metody chemiczne i biologiczne.

Dekontaminację mikotoksyn można przeprowadzić, stosują dodatek suplementów diety, które skutecznie adsorbują toksyny bezpośrednio
w paszy lub w przewodzie pokarmowym zwierząt. W wyniku tego nie następuje wchłanianie toksyn do krwioobiegu oraz uniemożliwiona jest ich resorpcja. Do takich adsorbentów zalicza się glinki, kaolin, zeolity, i bentonit. Na uwagę zasługuje również amoniakowanie, jest to sposób na chemiczne oddziaływanie na ziarna zbóż w celu zmniejszenia stężenia mikotoksyn.

W procesie tym wykorzystuje się dwa związki, a mianowicie – wodorotlenek amonu albo lotny amoniak. Dzięki nim można doprowadzić do zmniejszenia stężenia aflatoksyn w paszach. Stwierdzono, że używanie gazowego amoniaku lub jego wodnego roztworu powoduje degradację aflatoksyn z nasion z 95% wydajnością. Znacznie słabszymi właściwościami detoksykacyjnymi cechują się następujące związki chemiczne – kwas askorbinowy, nadtlenek wodoru, kwas chlorowodorowy, węglan amonu.

Szukając substancji wiążących mikotoksyny, należy zwrócić uwagę na glinokrzemiany, służą one do walki z aflatoksynami, niestety nie są efektywne w stosunku do toksyn fuzaryjnych. Przeprowadzone do tej pory badania wykazały, że glinokrzemiany zdecydowanie lepiej radzą sobie z aflatoksynami niż węgiel aktywny. Tymczasem szukając sposobu na ZEA, można postawić na niestrawne włókno pokarmowe.
Absorpcja toksyn bezpośrednio w paszy lub z przewodu pokarmowego zwierząt przy użyciu obojętnych suplementów diety nie jest bez wad. Należy mieć świadomość, że absorpcja często jest niespecyficzna, w związku z tym poza mikotoksynami wiązaniu mogą ulegać witaminy, mikro- i makroelementy oraz inne niezbędne składniki pokarmowe.

Dobrym rozwiązaniem wydawałoby się wykorzystanie ozonu. Przy zastosowaniu procesu ozonowania stwierdzono spadek wartości zearalenonu w paszach. Przeprowadzone do tej pory badania pokazały, że ozon redukuje zawartość aflatoksyny B, z wydajnością 78% w orzeszkach ziemnych i 91% w nasionach bawełny po godzinie ekspozycji na jego działanie. Dobre efekty daje stosowanie amoniaku
i ozonu, użycie dwóch metod nastawionych na usuwanie mykotoksyn z ziarna jest obiecujące, ponieważ degradacji ulega wiele rodzajów mikotoksyn, bez tworzenia szkodliwych produktów i pozostałości.

Alternatywą dla metod fizykochemicznych są metody biologiczne, na szczególną uwagę zasługują mikrobiologiczne metody detoksyfikacji mikotoksyn. Mikroorganizy, tak samo, jak i enzymy przeprowadzają detoksykację mikotoksyn na drodze biotransformacji. Już w latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku dokonano przeglądu mikroorganizmów pod kątem degradacji aflatoksyn. Wykazano wówczas, że drożdże, promieniowce i glony nie wykazywały tej cechy, zaś niektóre pleśnie takie jak Aspergillus niger, A. parasiticus, A. terreus, A. luchuensis, Penicillium reistrickii częściowo przekształcały aflatoksynę B1 do nowego produktu fluoryzującego.

Duże znaczenie mają bakterie fermentacji mlekowej i drożdże Saccharomyces cerevisiae. Mają one szansę zostać zwycięzcami wojny o bezpieczną zdrowotnie żywność. Ich niewątpliwą zaletą jest fakt, iż wykorzystane są one w procesach biotechnologicznych podczas produkcji spożywczej. Przykładowo bakterie fermentacji mlekowej, a w szczególności szczepy probiotyczne poza właściwościami hamującymi wzrost pleśni oraz wytwarzanie mikotoksyn mają korzystny fizjologiczny wpływ na organizm zwierząt. Wykazano, że szczepy Lactobacillus acidophilus zmniejszają ilość aflatoksyny B1 i obniżają mutagenność środowiska. Toksyny są wiązane przez bakterie fermentacji mlekowej powierzchniowo, głównie do zewnętrznych warstw ściany komórkowej. Co ważne, zaobserwowano, występowanie między typowymi bakteriami mlekowymi odmian o zróżnicowanych uzdolnieniach do detoksykacji środowisk z mikotoksyn, wykazano to zarówno w badaniach in vitro, jak i in vivo.

Do obniżenia negatywnego działania aflatoksyn w diecie kurcząt brojlerów wykorzystuje się również żywe kultury drożdży, podobnie działają liofilizowane drożdże (głównie dzięki obecności β-glukanu w ścianie komórkowej). Skutecznym orężem w walce z mikotoksynami są polimery glukanu wyizolowane ze ścian komórkowych drożdży. Badania naukowe potwierdziły, że estryfikowane polimery wyizolowane ze ściany komórkowej drożdży, oprócz wiązania aflatoksyn, mają również zdolność wiązania ochratoksyn. Zaobserwowano, że bakterie Streptococcus salivarius, Bifidobacterium bifidum i bakterie znajdujące się w jogurtach zmniejszają zawartość ochratoksyny A w próbkach mleka. Również szczepy grzybów A. funitoejus, A. japonicus, A. Niger prowadzą do degradacji ochratoksyny A do mniej toksycznych produktów (takich jak ochratoksyna α).

Należy podkreślić, że zminimalizowanie produkcji toksyn przez grzyby pleśniowe nie zawsze jest możliwe. Ponadto dekontaminacja surowców roślinnych jest dopuszczalna wyłącznie w odniesieniu do pasz. Nie może być stosowana w przypadku żywności oraz w stosunku do surowców przeznaczonych do jej produkcji.

Piśmiennictwo dostępne u autorki