ما هي السموم الفطرية الموجودة في الغذاء والأعلاف؟

ما هي الآثار على إنتاجية الحيوانات والأمن الغذائي وصحة الإنسان؟

كيف يمكن استخدام التكنولوجيا النانوية لمنع والقضاء على تلوث الأغذية وسلسلة التوريد بالسموم الفطرية؟

السموم الفطرية تعتبر قلقًا عالميًا رئيسيًا وتحدًيا كبيرًا لسلامة الأغذية بسبب تأثيراتها الضارة. يُقدر أن انتشارها في محاصيل الأغذية يتراوح بين ٦٠-٨٠٪ وتم الإبلاغ عن خسائر مالية سنوية تبلغ أكثر من ٩٣٢ مليون دولار في المنتجات الزراعية الملوثة بالسموم الفطرية على الصعيدين العالمي (١)، (٢). هذه المركبات السامة ذات الوزن الجزيئي المنخفض تنشأ من الفطريات الممرضة مثل Aspergillus وAlternaria وFusarium وPenicillium spp. وتلوث فئات مختلفة من الأطعمة والعلف (٣)، (٤). تم تصنيف أكثر من ٤٠٠ نوع من السموم الفطرية على أنها سامة، وتم توثيق التأثيرات الضارة للإصابة بالسموم الفطرية الناتجة عن تلوث الأغذية بها في البشر، بما في ذلك النخر، والتهاب الكبد، والنزيف، وتضخم الثدي و ضمور الخصية، واضطرابات عصبية، والسرطان والوفاة في الحالات الشديدة (١)، (٥)، (٦). بالمثل، يمكن أن يؤدي تلوث العلف للحيوانات بالسموم الفطرية إلى انخفاض في المواد الغذائية المتاحة في العلف، والإصابة بأمراض مزمنة، وضرر لصحة الحيوان، وفي النهاية الموت وتراجع في الإنتاج (٧). أنواع السموم الفطرية الأكثر سمية هي الأفلاتوكسينات (AF) والأكراتوكسينات (OT) (٨). الأفلاتوكسين B1 (AFB1) هو سم فطري قوي مكتشف بشكل رئيسي في الحبوب والمكسرات والحبوب والعلف، ويمكن تحويل AFB1 وAFB2 إلى AFM1 وAFM2  الهيدروكسيديه في الأبقار المرضعة بعد ابتلاع العلف الملوث. على العكس، تُكتشف OT بتأثيرات كبدية وكلوية بشكل رئيسي في الحبوب والقهوة والنبيذ وعصير العنب والفواكه المجففة (٩)، (١٠). لذلك، هناك حاجة عاجلة لأساليب وتقنيات مناسبة للحد من و/أو القضاء على وجود السموم الفطرية في الأغذية. تُقدم هياكل الكيميائية للسموم الفطرية الرئيسية في الأغذية في الشكل ١، بينما تُعرض فئات السموم الفطرية استنادًا إلى الأعراض والأمراض التي تسببها للحيوانات والبشر في الجدول ١.

قد يزداد خطر تلوث الأغذية بالسموم الفطرية من وجهات النظر البيئية والزراعية والاقتصادية، وتوجد في جميع أجزاء سلسلة إمداد العلف للحيوانات (الشكل ٢).

تأثيرات العوامل التي تؤثر على إنتاج السموم الفطرية وتلوث الأطعمة يمكن للسموم الفطرية أن تنمو على مجموعة واسعة من المنتجات الزراعية والغذائية. وأكثر مصدر شائع لتعرض الإنسان لها هو الحبوب الملوثة ومنتجاتها والطعام الذي ينتجه الحيوان الذي تعرض للسموم الفطرية. يمكن أن يحدث التلوث من مرحلة ما قبل الحصاد إلى مرحلة ما بعد الحصاد على طول سلسلة إدارة الغذاء ووجود الفطريات لا يعني بالضرورة وجود تلوث بالسموم الفطرية، حيث تكون شروط إنتاج السموم الفطرية محددة ومستقلة عن شروط نمو الفطريات. نظام إدارة سلامة الغذاء (FSMS) هو نظام استعداد ومراقبة ووقاية لإدارة نظافة وسلامة الطعام في الأعمال المتعلقة بالطعام. وقد تم اقتراحه كنهج محتمل للتأثير على إنتاج أو منع إنتاج السموم الفطرية في المنتجات الزراعية والأطعمة. رأي هو أن يعتبر نظام إدارة سلامة الغذاء أداة عملية للتحكم في عملية إنتاج الطعام والبيئة لضمان سلامة المنتجات النهائية للاستهلاك ويتضمن عادة إجراءات وسياسات إدارة تعتمد على ممارسات النظافة الجيدة (GHP) وممارسات الزراعة الجيدة (GAP) وممارسات التخزين الجيدة (GSP) وممارسات التصنيع الجيدة (GMP) وتحليل نقاط التحكم الحرجة (HACCP).

يمكن تحقيق مراقبة سلامة الطعام عن طريق مراقبة جميع المراحل وتنفيذ ظروف معالجة مناسبة لتقليل الفطريات المسببة للسموم الفطرية وتحكماً في وجود السموم الفطرية في منتجات الطعام. يمكن أن تقلل تنفيذ برامج الشروط الأساسية مثل إجراءات التحكم الحرجة المستندة إلى HACCP من التلوث بالسموم الفطرية، في حين يمكن استخدام الأساليب الكيميائية والبيولوجية والفيزيائية التقليدية لإزالة السموم بعد التلوث. وتظهر الطرق التقليدية، أي الاستراتيجيات الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية لتطهير السموم الفطرية في الأطعمة، في الشكل ٣.

التلوث بالسموم الفطرية على طول سلسلة إدارة المنتجات الزراعية والأغذية وعلف الحيوانات يشكل قلقًا عالميًا بسبب سميتها والخطر الذي تشكله على صحة الإنسان والحيوان، والخسائر الاقتصادية المرتبطة. حتى مع تنفيذ برامج إدارة الأغذية الأساسية مثل GAP وGMP وGSP وGHP وإجراءات HACCP في المراحل المناسبة من قبل الحصاد وبعده وخلال المعالجة، فإن تلوث السموم الفطرية لا يمكن تجنبه (١٤). لذا فإن الكشف المبكر والسريع ضروري للقضاء على السموم وضمان سلامة الأغذية بشكل عام، ومنع المشكلات الصحية المتعلقة. لقد حدَّ من الوعي المتزايد للمستهلكين بسلامة الغذاء، والقضايا التنظيمية، والتكوين المحتمل لمنتجات جانبية قابلة للسرطان، والكفاءة المحدودة والتغييرات الممكنة في الجودة و تطبيقات الطرق التقليدية للتنقية الكيميائية والبيولوجية والفيزيائية. علاوة على ذلك، فإن زيادة المقاومة، خاصة من قبل سلالات جديدة للطرق التقليدية، دفعت بالبحث نحو استراتيجيات مبتكرة للتحكم السريع والتقليل والقضاء على السموم الفطرية في الأغذية بزمن معالجة قصير وتأثير ضئيل على الخصائص المورفولوجية والفيزيوكيميائية والتركيبية والهيكلية للطعام والبيئة على حد سواء.

المواد المغناطيسية وجسيمات النانو تُظهر إمكانات كبيرة في مختلف جوانب صناعات الغذاء والزراعة وتربية الماشية. قدرتها على امتصاص السموم الفطرية هي إضافة رائعة. ومع ذلك، مثل مثبطات الفيتو كيماويات، لا تزال التطبيقات في مراحلها الأولى. ظهرت دراسات مؤخرًا لدعم وسائل فعالة ومنخفضة التكلفة وصديقة للبيئة للتحكم في السموم الفطرية من خلال استخدام المواد المغناطيسية وجسيمات النانو. على سبيل المثال، أظهرت جسيمات المغناطيس (Fe₃O₄) المغطاة بالكايتوسان فعالية في امتصاص الباتولين من عصير الفواكه. استطاعت تكوين النانوسيلولوز مع حمض الريتينويك امتصاص AFB1 من مجموعة متنوعة من المواد الغذائية بدون أي أثر سمية، اعتمادًا على التركيز ودرجة الحموضة (١٥)، (١٦). أظهرت جسيمات النانو المغناطيسي مثل النانو الطين، والنانو الجل، والماغنيت الفعالة سطحيًا، والمواد النانوية مثل جسيمات أكسيد الزنك (ZON)، وجسيمات الفضة (SLN)، وجسيمات النحاس وجسيمات السيلينيوم (SEN) فعالية في إزالة وربط السموم الفطرية في علف المواشي والأغذية (١٧)، (١٨). قام علماء بمراجعة الخصائص الرئيسية لجسيمات الكربون مثل الفوليرينات وأنابيب الكربون النانوية و الغرافين الطبيعي (G)، وأكسيد الغرافين (GO)، والغرافين المخفض (rGO)) والتفاعل المحتمل لها مع السموم الفطرية (الشكل ٤). يمكن ربط السموم الفطرية بسطح، وحزم، وأخاديد، أو قنوات بين هذه الجسيمات من خلال تفاعل الربط المختلف، ولكن حتى الآن، لا تزال التفاعلات بين الجسيمات النانوية والمكونات الفردية لخلايا الفطريات تفتقر وما زال يحتاج إلى التحقيق.

السموم الفطرية تشكل مخاطر كبيرة على صحة الإنسان ورفاهيته وتعتبر مشكلة كبيرة في مجال سلامة الغذاء. على الرغم من الجهد البحثي الذي حاول توضيح العديد من جوانب تلوث السموم الفطرية لسلاسل الإمداد الغذائي للإنسان والحيوان، هناك العديد من الأسئلة التي تحتاج إلى الإجابة. على الرغم من أن سموم الفطر كانت معروفة منذ قرون، إلا أننا فقط في ال٥٠ عامًا الماضية حققنا فهمًا للإنتاج والكيمياء والتأثيرات البيولوجية لهذه الملوثات الطبيعية في العلف (٢٠). وقد تم تطوير في ذلك الوقت استراتيجيات، بما في ذلك الممارسات الزراعية، وتربية النباتات والتحول الوراثي، والتكنولوجيا الحيوية، وإضافات العلف التي تقوم بربط وتعطيل السموم، وتثقيف موردي العلف ومنتجي الحيوانات للحد من تلوث السموم الفطرية والتعرض لها (٢١). ومع ذلك، كان من الصعب السيطرة على تعرض الإنسان والحيوانات لهذه المركبات البيئية الطبيعية. وهذه قضية عالمية هامة في مجال أمان الغذاء والعلف، وسيتعين علينا أن نعيش مع درجة من المخاطر. يزداد التعقيد عندما يتم التقدير أن هناك الكثير من المركبات الفطرية الثانوية (٢٢)، حيث أن غالبيتها لم يتم اختبارها من حيث السمية أو الارتباط بتفشي الأمراض أو الإنتاج الحيواني المنخفض. ومع ذلك، مع زيادة الوعي والمراقبة المستمرة للسموم الفطرية، ستقدم صناعة العلف ومنتجو الحيوانات منتجات أفضل وأكثر أمانًا.

مراجع:

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.147344
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.