Τι είναι οι μυκοτοξίνες και πώς επηρεάζουν την ασφάλεια των τροφίμων και των ζωοτροφών;

Ποιες είναι οι συνέπειες για την παραγωγικότητα των ζώων, την ασφάλεια των ζωοτροφών και την ανθρώπινη υγεία; 

Πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί η νανοτεχνολογία για την πρόληψη και την εξάλειψη της μόλυνσης από μυκοτοξίνες στην αλυσίδα εφοδιασμού τροφίμων και ζωοτροφών; 

Οι μυκοτοξίνες αποτελούν μείζον παγκόσμιο πρόβλημα και σημαντική πρόκληση για την ασφάλεια των τροφίμων λόγω των επιβλαβών επιπτώσεών τους. Ο εμφάνιση τους στις καλλιέργειες τροφίμων κυμαίνεται μεταξύ 60-80% και οι ετήσιες οικονομικές απώλειες σε γεωργικά προϊόντα που έχουν μολυνθεί με μυκοτοξίνες ανέρχονται σε πάνω από 932 εκατομμύρια δολάρια σε παγκόσμιο επίπεδο (1),(2). 

Οι μυκοτοξίνες, είναι τοξικοί μεταβολίτες χαμηλού μοριακού βάρους που προέρχονται από μυκοτοξινογόνους μύκητες όπως οι Aspergillus, Alternaria, Fusarium και Penicillium spp. και μολύνουν διάφορες κατηγορίες τροφίμων και ζωοτροφών (3),(4). Πάνω από 400 μυκοτοξίνες έχουν ταξινομηθεί ως τοξικές. Επίσης έχουν αποδειχθεί επιστημονικά οι βλαβερές συνέπειες της μυκοτοξίκωσης που προκαλείται από τη μόλυνση με μυκοτοξίνες στον άνθρωπο, συμπεριλαμβανομένων της ηπατίτιδας, της αιμορραγίας, της γυναικομαστίας με ατροφία των όρχεων, των νευρολογικών διαταραχών, διαφόρων τοξικοτήτων, του καρκίνου ακόμα και του θανάτου σε ακραίες περιπτώσεις (1),(5),(6). Ομοίως, ζωοτροφές που είναι μολυσμένες με μυκοτοξίνες μπορούν να οδηγήσουν σε μείωση των διαθέσιμων θρεπτικών συστατικών της τροφής, χρόνιες ασθένειες, βλάβες στην υγεία των ζώων, μειωμένη παραγωγή και θάνατο των ζώων(7). 

Οι πιο τοξικοί τύποι μυκοτοξινών είναι οι αφλατοξίνες (AF) και οι ωχρατοξίνες (OT) (8). Η AFB1 είναι μια ισχυρή ηπατοκαρκινογόνος μυκοτοξίνη που ανιχνεύεται κυρίως σε δημητριακά, ξηρούς καρπούς, σιτηρά και ζωοτροφές, ενώ οι AFB1 και AFB2 μπορούν να μετατραπούν σε υδροξυλιωμένες AFM1 και AFM2 στα θηλάζοντα βοοειδή μετά την κατάποση μέσω μολυσμένων ζωοτροφών. Αντίθετα, η ΟΤΑ με ηπατοτοξικές και νεφροτοξικές επιδράσεις ανιχνεύεται κυρίως σε δημητριακά, καφέ, κρασί, χυμό σταφυλιών και αποξηραμένα φρούτα (9),(10). Ως εκ τούτου, υπάρχει επείγουσα ανάγκη για κατάλληλες προσεγγίσεις και τεχνικές για τη μείωση ή/και την εξάλειψη της παρουσίας μυκοτοξινών στα τρόφιμα. Οι χημικές δομές των κυριότερων μυκοτοξινών στα τρόφιμα παρουσιάζονται στο Σχήμα 1, ενώ οι κατηγορίες μυκοτοξινών με βάση τα συμπτώματα και τις ασθένειες που προκαλούνται στα ζώα και στον άνθρωπο παρουσιάζονται στον Πίνακα 1.

Πίνακας 1. Κλάσεις μυκοτοξινών με βάση τα συμπτώματα και τις ασθένειες που προκαλούνται σε ζώα και ανθρώπους (11).

Εικόνα 1. Χημικές δομές των κυριότερων μυκοτοξινών στα τρόφιμα (11).

Τι είναι οι μυκοτοξίνες στα τρόφιμα και τις ζωοτροφές; 

 Ο κίνδυνος μόλυνσης των τροφίμων από μυκοτοξίνες μπορεί να αυξηθεί και να επηρεαστεί από περιβαλλοντικούς και κοινωνικοοικονομική παράγοντες και να εντοπιστεί σε όλα τα τμήματα της αλυσίδας εφοδιασμού ζωοτροφών (Εικόνα 2). 

Παράγοντες που επηρεάζουν την παραγωγή μυκοτοξινών και τη μόλυνση στα τρόφιμα

Οι μυκοτοξίνες μπορούν να αναπτυχθούν σε ένα ευρύ φάσμα γεωργικών προϊόντων και τροφίμων. Η πιο κοινή πηγή έκθεσης του ανθρώπου είναι τα μολυσμένα δημητριακά, τα προϊόντα με βάση τα δημητριακά και τα τρόφιμα που παράγονται από ζώα που εκτίθενται σε μυκοτοξίνες. Η μόλυνση μπορεί να συμβεί από τα στάδια πριν από τη συγκομιδή έως και μετά τη συγκομιδή κατά μήκος της αλυσίδας διαχείρισης των τροφίμων. Η παρουσία μυκήτων δεν μεταφράζεται απαραίτητα σε μόλυνση με μυκοτοξίνες, καθώς οι συνθήκες παραγωγής μυκοτοξινών είναι συγκεκριμένες και ανεξάρτητες από τις συνθήκες ανάπτυξης των μυκήτων. 

Το σύστημα διαχείρισης της ασφάλειας των τροφίμων (FSMS) είναι ένα σύστημα ετοιμότητας, παρακολούθησης και πρόληψης για τη διαχείριση της υγιεινής και της ασφάλειας των τροφίμων στις επιχειρήσεις που σχετίζονται με τα τρόφιμα. Είναι ένα σύστημα που έχει προταθεί ως πιθανή προσέγγιση για τον επηρεασμό ή την πρόληψη της παραγωγής μυκοτοξινών σε γεωργικά προϊόντα και τρόφιμα. Το FSMS θεωρείται ως ένα πρακτικό εργαλείο για τον έλεγχο της διαδικασίας παραγωγής τροφίμων και για τη διασφάλιση της ασφάλειας των τελικών προϊόντων προς κατανάλωση. Τυπικά περιλαμβάνει διαδικασίες και πολιτικές διαχείρισης που βασίζονται στις ορθές πρακτικές υγιεινής (GHP), στις ορθές γεωργικές πρακτικές (GAP), στις ορθές πρακτικές αποθήκευσης (GSP), στις ορθές πρακτικές παραγωγής (GMP) και στην ανάλυση κινδύνων στα κρίσιμα σημεία ελέγχου (HACCP).

Ο έλεγχος της ασφάλειας των τροφίμων μπορεί να επιτευχθεί με την παρακολούθηση σε όλα τα στάδια και την εφαρμογή κατάλληλων συνθηκών επεξεργασίας για τη μείωση των μυκοτοξινογόνων μυκήτων και κατ’ επέκταση τον έλεγχο της παρουσίας μυκοτοξινών στα τρόφιμα. Η εφαρμογή των προαπαιτούμενων προγραμμάτων, όπως οι διαδικασίες που βασίζονται στο HACCP, μπορεί να μειώσει τη μόλυνση από μυκοτοξίνες, ενώ για την αποτοξίνωση μετά τη μόλυνση μπορούν να χρησιμοποιηθούν συμβατικές χημικές, βιολογικές και φυσικές μέθοδοι. Ένα ολοκληρωμένο εγχειρίδιο για την εφαρμογή του συστήματος HACCP για τον έλεγχο και την πρόληψη της παραγωγής μυκοτοξινών προσδιορίζει τα στάδια για τα συστήματα παρακολούθησης και τα στάδια της επεξεργασίας στα οποία μπορούν να προληφθούν ή να εξαλειφθούν οι μυκοτοξίνες (13),(14). Λόγω της αυξανόμενης ανθεκτικότητας στις συμβατικές μεθόδους και των δυσκολιών που προκύπτουν, υπάρχει ανάγκη για την ανάπτυξη νέων και καινοτόμων στρατηγικών που μπορούν να εξαλείψουν γρήγορα τις μυκοτοξίνες, με ελάχιστες επιπτώσεις στην ποιότητα και σε σύντομο χρόνο επεξεργασίας.  (11). 

Σχήμα 2. Παράγοντες που επηρεάζουν την εμφάνιση μυκοτοξινών στην αλυσίδα των ανθρώπινων τροφίμων και των ζωοτροφών. (Pestka et Casale, 1990) (12)

Η εμφάνιση και η µόλυνση µυκοτοξινών κατά µήκος της εφοδιαστικής αλυσίδας γεωργικών προϊόντων, τροφίμων και ζωοτροφών προκαλεί παγκόσμια ανησυχία λόγω της τοξικότητάς τους, του κινδύνου που ενέχουν για την υγεία των ανθρώπων και των ζώων αλλά και των οικονοµικών απωλειών. Ακόμη και με την εφαρμογή των προαπαιτούμενων προγραμμάτων των συστημάτων διαχείρισης τροφίμων, όπως GAP, GMP, GSP, GHP και διαδικασίες που βασίζονται στο HACCP στα κατάλληλα στάδια της προσυλλογής, της μετασυλλογής και της μεταποίησης, η μόλυνση από μυκοτοξίνες είναι αναπόφευκτη (14). Η έγκαιρη και ταχεία ανίχνευση είναι ζωτικής σημασίας για την εξάλειψη των μυκοτοξινών, τη συνολική ασφάλεια των τροφίμων και την πρόληψη των σχετικών προβλημάτων υγείας. Η αυξανόμενη ευαισθητοποίηση των καταναλωτών όσον αφορά την ασφάλεια των τροφίμων, τα νομοθετικά και ρυθμιστικά ζητήματα, ο πιθανός σχηματισμός καρκινογόνων υποπροϊόντων, η περιορισμένη αποτελεσματικότητα και οι πιθανές αλλοιώσεις της ποιότητας έχουν περιορίσει τις εφαρμογές των συμβατικών χημικών, βιολογικών και φυσικών μεθόδων αποτοξίνωσης. Εξάλλου, η αυξανόμενη αντίσταση, ιδίως των νέων στελεχών στις συμβατικές μεθόδους, έχει προσανατολίσει την έρευνα προς καινοτόμες στρατηγικές για τον γρήγορο έλεγχο, τη μείωση και την εξάλειψη των μυκοτοξινών στα τρόφιμα με σύντομο χρόνο επεξεργασίας και αμελητέο αντίκτυπο στις μορφολογικές και φυσικοχημικές ιδιότητες των τροφίμων και του περιβάλλοντος.

Τα μαγνητικά υλικά και τα νανοσωματίδια παρουσιάζουν μεγάλες δυνατότητες σε διάφορες πτυχές της βιομηχανίας τροφίμων, της γεωργίας και της κτηνοτροφίας τα τελευταία χρόνια. Η ικανότητα τους να προσροφούν τις μυκοτοξίνες αποτελεί μια μεγάλη και σημαντική προσθήκη στους τρόπους καταπολέμησης των μυκοτοξινών. Ωστόσο, όπως και οι φυτοχημικοί αναστολείς, η εφαρμογή τους βρίσκεται ακόμη σε πρώιμο στάδιο. Τα τελευταία χρόνια, έχουν εμφανιστεί μελέτες που υποστηρίζουν τα φιλικά προς το περιβάλλον, χαμηλού κόστους και αποτελεσματικά μέσα ελέγχου των μυκοτοξινών μέσω της χρήσης μαγνητικών υλικών και νανοσωματιδίων. Για παράδειγμα, μαγνητικά σωματίδια ( Fe₃O₄) που ήταν επικαλυμμένα με χιτοζάνη αποδείχθηκαν αποτελεσματικά για την προσρόφηση πατουλίνης από χυμό φρούτων. Η σύζευξη νανοκυτταρίνης με ρετινοϊκό οξύ θα μπορούσε να προσροφήσει την AFB1 από μια ποικιλία τροφίμων χωρίς ίχνος τοξικότητας, ανάλογα με τη συγκέντρωση και το pH (15), (16). Μαγνητικά νανοσωματίδια, όπως νανοάργιλος, νανογέλη, επιφανειοδραστικός μαγκεμίτης, νανοϋλικά όπως νανοσωματίδια οξειδίου του ψευδαργύρου (ZON), νανοσωματίδια αργύρου (SLN), νανοσωματίδια χαλκού και νανοσωματίδια σεληνίου (SEN) ήταν αποτελεσματικά για την απομάκρυνση και δέσμευση μυκοτοξινών σε γεωργικές ζωοτροφές και τρόφιμα (17), (18). Οι επιστήμονες (19) εξέτασαν τις βασικές ιδιότητες των νανοσωματιδίων άνθρακα, όπως τα φουλερένια, οι νανοσωλήνες άνθρακα και το γραφένιο (εγγενές γραφένιο (G), οξείδιο του γραφενίου (GO) και μειωμένο γραφένιο (rGO)) και την πιθανή αλληλεπίδραση δέσμευσης με τις μυκοτοξίνες (Σχήμα 3). Οι μυκοτοξίνες μπορούν να συνδεθούν στην επιφάνεια, τις δέσμες, τις αυλακώσεις ή τα κανάλια μεταξύ αυτών των νανοσωματιδίων μέσω διαφορετικών αλληλεπιδράσεων σύνδεσης, αλλά μέχρι στιγμής, η αλληλεπίδραση των ΝΡ με τα επιμέρους συστατικά των κυττάρων των μυκήτων εξακολουθεί να λείπει και δεν έχει ακόμη διερευνηθεί.

Σχήμα 3. Δεσμευτικές αλληλεπιδράσεις νανοσωματιδίων άνθρακα με μυκοτοξίνες,  (Α) φουλερένια, (Β) νανοσωλήνες άνθρακα και (Γ) γραφένιο.

Τι στρατηγικές υπάρχουν ως προς την καταπολέμηση των μυκοτoξινών;

Οι μυκοτοξίνες αποτελούν έναν σημαντικό κίνδυνο για την υγεία και την ευημερία των ανθρώπων και των ζώων και αποτελούν σημαντικό ζήτημα ασφάλειας των τροφίμων. Παρά την ερευνητική προσπάθεια που έχει προσπαθήσει να οριοθετήσει τις πολλαπλές πτυχές της μόλυνσης με μυκοτοξίνες των αλυσίδων εφοδιασμού τροφίμων για τον άνθρωπο και ζωοτροφών, πολλά ερωτήματα πρέπει ακόμη να απαντηθούν. Παρόλο που οι μυκοτοξικώσεις είναι γνωστές εδώ και αιώνες, μόλις τα τελευταία 50 χρόνια έχουμε καταφέρει να κατανοήσουμε την παραγωγή, τη χημεία και τις βιολογικές επιδράσεις αυτών των φυσικών μολυσματικών ενώσεων (20). Στο διάστημα αυτό έχουν αναπτυχθεί στρατηγικές, συμπεριλαμβανομένων διαφόρων γεωπονικών πρακτικών, αναπαραγωγής φυτών και διαγονιδιακής παραγωγής, βιοτεχνολογίας, πρόσθετων υλών ζωοτροφών που δεσμεύουν και απενεργοποιούν τις τοξίνες. Επιπλέον έχουν γίνει σημαντικά βήματα και στην εκπαίδευση των προμηθευτών ζωοτροφών και των παραγωγών ζώων για τη μείωση της μόλυνσης και της έκθεσης στις μυκοτοξίνες (21). Παρόλα αυτά, έχει αποδειχθεί δύσκολο να ελεγχθεί η έκθεση του ανθρώπου και των ζώων σε αυτές τις φυσικές περιβαλλοντικές ενώσεις. Πρόκειται για ένα σημαντικό παγκόσμιο ζήτημα ασφάλειας των τροφίμων και των ζωοτροφών και θα πρέπει να αποδεχθούμε ότι ζήσουμε με κάποιο βαθμό κινδύνου. Η κατάσταση περιπλέκεται ακόμη περισσότερο όταν εκτιμάται ότι υπάρχουν πολλές χιλιάδες δευτερογενείς μεταβολίτες μυκήτων (22), η συντριπτική πλειοψηφία των οποίων δεν έχει ελεγχθεί ως προς την τοξικότητα ή δεν έχει συσχετιστεί με επιδημίες ασθενειών ή μειωμένη παραγωγικότητα των ζώων. Ωστόσο, με αυξημένη ευαισθητοποίηση και συνεχή επιτήρηση για μυκοτοξίνες, η βιομηχανία ζωοτροφών και οι παραγωγοί ζώων θα παράγουν καλύτερα και ασφαλέστερα προϊόντα.

Πηγές

1. Adebo, O. A., Molelekoa, T., Makhuvele, R., Adebiyi, J. A., Oyedeji, A. B., Gbashi, S., et al. (2021). A review on novel non-thermal food processing techniques formycotoxin reduction. International Journal of Food Science and Technology, 56 (1), 13–27. https://doi.org/10.1111/ijfs.14734
2. Moretti, A., Pascale, M., & Logrieco, A. F. (2019). Mycotoxin risks under a climate change scenario in Europe. Trends in Food Science & Technology, 84, 38–40. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2018.03.008
3. Emmanuel, K. T., Els, V. P., Bart, H., Evelyne, D., Els, V. H., & Els, D. (2020). Carry-over of some Fusarium mycotoxins in tissues and eggs of chickens fed experimentally mycotoxin-contaminated diets. Food and Chemical Toxicology, 145, Article 111715. https://doi.org/10.1016/j.fct.2020.111715
4. Gavahian, M., Sheu, S. C., Magnani, M., & Mousavi Khaneghah, A. (2021). Emerging technologies for mycotoxins removal from foods: Recent advances, roles in sustainable food consumption, and strategies for industrial applications. Journal of Food Processing and Preservation. , Article e15922. https://doi.org/10.1111/jfpp.15922
5. Atanda, S. A. (2011). Fungi and mycotoxins in stored foods. African Journal of Microbiology Research, 5(25), 4373–4382. https://doi.org/10.5897/ajmr11.487
6. Milicevic, D., Nesic, K., & Jaksic, S. (2015). Mycotoxin contamination of the food supply chain – implications for one health programme. Procedia Food Science, 5, 187–190. https://doi.org/10.1016/j.profoo.2015.09.053
7. Luo, Y., Liu, X., & Li, J. (2018). Updating techniques on controlling mycotoxins – a review. Food Control, 89, 123–132. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2018.01.016
8. Hamad, G. M., El-Makarem, H. A., Elaziz, A. A., Amer, A. A., El-Nogoumy, B. A., & Abou-Alella, S. A. (2022). Adsorption efficiency of sodium & calcium bentonite for ochratoxin A in some Egyptian cheeses: An innovative fortification model, in vitro and in vivo experiments. World Mycotoxin Journal, 15(3), 285–300. https://doi.org/10.3920/WMJ2021.2682
9. Bangar, S. P., Sharma, N., Kumar, M., Ozogul, F., Purewal, S. S., & Trif, M. (2021). Recent developments in applications of lactic acid bacteria against mycotoxin production and fungal contamination. Food Bioscience, 44, Article 101444. https://doi.org/10.1016/j.fbio.2021.101444
10. Smith, M. C., Madec, S., Coton, E., & Hymery, N. (2016). Natural Co-occurrence of mycotoxins in foods and feeds and their in vitro combined toxicological effects. Toxins, 8(4), 94. https://doi.org/10.3390/toxins8040094
11. Hamad G. M., A., Mehany T., Gandara, J.-S., Abou-Alella S., Esua, O. J., Abdel-Wahhab M.A., Hafez E.E. (2023) A review of recent innovative strategies for controlling mycotoxins in foods. Food Control  144, Article 109350.
12. Pestka, J.J., Casale, W.L., 1990. Naturally occurring fungal toxins. Adv Environ. Sci. Technol. 23, 613–638.
13. FAO. (2001). Manual on the application of the HACCP system in mycotoxin prevention and control. FAO Food and Nutrition Paper 73. Joint FAO/WHO Food Standards Programme FAO http://books.google.com/books?hl=en&lr=&id=kUjDSC5NVkUC&oi=fnd&pg=PR3&dq=Manual+on+the+application+of+the+HACCP+ystem+in+Mycotoxin+prevention+and+control&ots=wmRA7j479c&sig=COKalIkuJ5JCSBQTe-aXXQNfTFk
14. Nada, S., Nikola, T., Bozidar, U., Ilija, D., & Andreja, R. (2022). Prevention and practical strategies to control mycotoxins in the wheat and maize chain. Food Control, 136, Article 108855. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2022.108855
15. Jebali, A., Yasini Ardakani, S. A., Sedighi, N., & Hekmatimoghaddam, S. (2015). Nanocellulose conjugated with retinoic acid: Its capability to adsorb aflatoxin B1. Cellulose, 22(1), 363–372. https://doi.org/10.1007/s10570-014-0475-0
16. Luo, Y., Zhou, Z., & Yue, T. (2017). Synthesis and characterization of nontoxic chitosancoated Fe3O4 particles for patulin adsorption in a juice-pH simulation aqueous. Food Chemistry, 221, 317–323. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2016.09.008
17. Abd-Elsalam, K. A., Hashim, A. F., Alghuthaymi, M. A., & Said-Galiev, E. (2017). Nanobiotechnological strategies for toxigenic fungi and mycotoxin control. In A. M. Grumezescu (Ed.), Food preservation (pp. 337–364). Elsevier Academic Press. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-804303-5.00010-9
18. Magro, M., Moritz, D. E., Bonaiuto, E., Baratella, D., Terzo, M., Jakubec, P., et al. (2016). Citrinin mycotoxin recognition and removal by naked magnetic nanoparticles. Food Chemistry, 203, 505–512. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2016.01.147
19. Horky, P., Skalickova, S., Baholet, D., & Skladanka, J. (2018). Nanoparticles as a solution for eliminating the risk of mycotoxins. Nanomaterials, 8(9), 727. https://doi.org/10.3390/nano8090727
20. Richard, J.L., 2007. Some major mycotoxins and their mycotoxicoses; An overview. Int. J. Food Microbiol. 119, 3–10.
21. Bryden, W.L., 2009. Mycotoxins and mycotoxicoses: significance, occurrence and mitigation in the food chain. In: Ballantyne, B., Marrs, T., Syversen, T. (Eds.), General and Applied Toxicology. , third ed. John Wiley & Sons Ltd, Chichester, UK, pp. 3529–3553.
22. Cole, R.J., Scheweikert, M.A., Jarvis, B.B., 2003. Handbook of Secondary Fungal Metabolites, Vols. I–III. Academic Press, CA, USA.