AFLATOXINS : Előfordulás és egészségügyi kockázatok

Az aflatoxinok olyan mérgező anyagcseretermékek, amelyeket bizonyos gombák termelnek az élelmiszerekben és takarmányokban/az élelmiszereken. Valószínűleg ezek a legismertebb és legintenzívebben kutatott mikotoxinok a világon. Az aflatoxinokat világszerte számos betegséggel, például aflatoxikózissal hozták összefüggésbe a haszonállatok, háziállatok és emberek körében. Az aflatoxinok előfordulását bizonyos környezeti tényezők befolyásolják; ezért a szennyeződés mértéke a földrajzi elhelyezkedéstől, a mezőgazdasági és agronómiai gyakorlatoktól, valamint az áruknak a betakarítás előtti, tárolási és/vagy feldolgozási időszakokban a gombák inváziójára való érzékenységétől függően változik. Az aflatoxinok minden más mikotoxinnál nagyobb figyelmet kaptak a fogékony laboratóriumi állatokban kimutatott potenciális rákkeltő hatásuk és az emberre gyakorolt akut toxikológiai hatásuk miatt. Mivel felismerték, hogy az abszolút biztonságot soha nem lehet elérni, számos ország megpróbálta korlátozni az aflatoxinoknak való kitettséget az élelmiszer- és takarmányként való felhasználásra szánt árukra vonatkozó szabályozási korlátozások bevezetésével.

Bevezetés

1960-ban Angliában több mint 100 000 fiatal pulyka halt meg néhány hónap alatt egy látszólag új betegségben, amelyet “Turkey X disease”-nek neveztek el. Hamarosan kiderült, hogy a probléma nem korlátozódott a pulykákra. A kacsák és a fiatal fácánok is érintettek voltak, és súlyos elhullást tapasztaltak.

A korai járványkitörések gondos vizsgálata kimutatta, hogy mindegyik a takarmányokkal, nevezetesen a brazil mogyoróliszttel volt összefüggésben. A gyanús földimogyoró-liszt intenzív vizsgálatára került sor, és gyorsan kiderült, hogy ez a földimogyoró-liszt erősen mérgező volt a baromfira és a kacsákra, és a Turkey X betegségre jellemző tüneteket mutatott.

A toxin természetére vonatkozó 1960-as feltételezések azt sugallták, hogy az gombás eredetű lehet. Valójában a toxintermelő gombát Aspergillus flavus-ként azonosították (1961), és a toxin eredetéből adódóan az Aflatoxin nevet kapta (A.flavis–>Afla).

Ez a felfedezés vezetett ahhoz, hogy egyre inkább tudatosult ezeknek az anyagoknak a potenciális veszélye, amelyek az élelmiszerek és takarmányok szennyezőanyagaként megbetegedést, sőt halált okozhatnak az emberekben és más emlősökben. A következő szakaszokban összefoglalt vizsgálatok kimutatták, hogy az aflatoxinokat elsősorban az A. Flavus egyes törzsei és az A. parasiticus , valamint a rokon fajok, az A. nomius és az A.niger legtöbb, ha nem az összes törzse termeli. Ezenfelül ezek a vizsgálatok azt is feltárták, hogy négy fő aflatoxin létezik: B1, B2, G1, G2, valamint két további anyagcseretermék, M1 és M2, amelyek az élelmiszerek és takarmányok közvetlen szennyezőjeként jelentősek. Az M1 és M2 aflatoxinokat először az aflatoxin-készítményekkel etetett laktáló állatok tejéből izolálták; innen az M elnevezés. Míg a B1 és B2 aflatoxinok B jelölése az UV-fényben mutatott kék fluoreszcenciából ered, a G jelölés pedig a megfelelő struktúrák UV-fényben mutatott sárgászöld fluoreszcenciájára utal. Ezek a toxinok nagyon hasonló szerkezetűek, és a nagy oxigéntartalmú, természetesen előforduló heterociklusos vegyületek egyedülálló csoportját alkotják. Elemi analízisek és tömegspektrometriai meghatározások alapján megállapított molekuláris képleteik a következők:

• B1 : C17 H12 O6
• B2 : C17 H14 O6
• G1 : C17 H12 O7
• G2 : C17 H14 O7

A B2 és G2 aflatoxinokat B1és G1 dihidroxi származékaként állapították meg. Míg az aflatoxin M1 a 4-hidroxi aflatoxin B1 és az aflatoxin M2 a 4-dihidroxi aflatoxin B2.

Előfordulás

Nyers mezőgazdasági termékekben :

Az aflatoxinok gyakran előfordulnak a szántóföldi növényekben a betakarítás előtt. Betakarítás utáni szennyeződés akkor fordulhat elő, ha a termény szárítása késik, és a termény tárolása során, ha a víz meghaladja a penészgombák növekedése szempontjából kritikus értékeket. Rovar- vagy rágcsálófertőzés megkönnyíti a penész behatolását néhány tárolt árucikkbe.

Aflatoxinokat alkalmanként kimutatnak tejben, sajtban, kukoricában, földimogyoróban, gyapotmagban, dióban, mandulában, fügében, fűszerekben és számos más élelmiszerben és takarmányban. A tej, a tojás és a húskészítmények néha az aflatoxinnal szennyezett takarmány állati fogyasztása miatt szennyeződnek. Az aflatoxinszennyezés legnagyobb kockázatát azonban a kukorica, a földimogyoró és a gyapotmag jelenti.

Feldolgozott élelmiszerekben :

A kukorica valószínűleg a világszerte legnagyobb aggodalomra okot adó termék, mivel olyan éghajlaton termesztik, ahol valószínűsíthető az aflatoxinokkal való tartós szennyezettség, és a kukorica számos országban alapvető élelmiszer. A kukorica feldolgozása során alkalmazott eljárások azonban segítenek csökkenteni a keletkező élelmiszer szennyezettségét. Ennek oka, hogy bár az aflatoxinok a legtöbb élelmiszeripari eljárás során stabilak vagy mérsékelten stabilak, instabilak az olyan eljárásokban, mint például a tortillák készítése során alkalmazott eljárások, amelyek lúgos körülményeket vagy oxidáló lépéseket alkalmaznak. Az aflatoxinnal szennyezett kukorica- és gyapotmagliszt a tejadagokban aflatoxin M1-szennyezett tejet és tejtermékeket eredményezett, beleértve a zsírmentes száraz tejet, sajtot és joghurtot.

Az aflatoxintermelést elősegítő tényezők

A gomba növekedése és az aflatoxinszennyezés a gomba, a gazdaszervezet és a környezet közötti kölcsönhatások következménye. E tényezők megfelelő kombinációja határozza meg az aljzat fertőzöttségét és kolonizációját, valamint a termelt aflatoxin típusát és mennyiségét. A gombák növekedéséhez és az azt követő toxintermeléshez azonban megfelelő szubsztrátra van szükség, bár a toxinképződést elindító pontos tényező(k) nem jól ismert(ek). A vízstressz, a magas hőmérsékleti stressz és a gazdanövény rovarkárosodása a penészfertőzés és a toxintermelés fő meghatározó tényezői. Hasonlóképpen, bizonyos növénynövekedési szakaszok, a gyenge termékenység, a nagy terméssűrűség és a gyomnövény-konkurencia összefüggésbe hozható a penész fokozott növekedésével és a toxintermeléssel. Az aflatoxinképződést más penészgombák vagy mikrobák társult növekedése is befolyásolja. Például a földimogyoró és a kukorica betakarítás előtti aflatoxinszennyeződésének kedvez a magas hőmérséklet, a hosszan tartó szárazság és a nagyfokú rovartevékenység; míg a kukorica és a földimogyoró betakarítás utáni aflatoxintermelésének kedvez a meleg hőmérséklet és a magas páratartalom.

Aflatoxicosis and Animal Health

Az aflatoxikózis elsősorban májbetegség. Az egyes állatok aflatoxinokkal szembeni fogékonysága jelentősen változikfajtól, kortól, nemtől és táplálkozástól függően. Valójában az aflatoxinok az alacsony étrendi koncentrációt fogyasztó állatokban az embriótoxicitáson túlmenően az alacsony étrendi koncentrációt fogyasztó állatokban májkárosodást, csökkent tej- és tojástermelést, az immunitás elnyomása következtében visszatérő fertőzéseket (pl. szalmonellózis) okoznak. Míg egy faj fiataljai a legérzékenyebbek, minden korosztály érintett, de a különböző fajok esetében eltérő mértékben. Az aflatoxikózis klinikai tünetei az állatokban a következők: gyomor-bélrendszeri zavarok, csökkent szaporodóképesség, csökkent takarmányhasznosítás és hatékonyság, vérszegénység és sárgaság. A szoptató állatok az aflatoxin B1-nek a tejelő szarvasmarhák tejében kiválasztódó aflatoxin M1 metabolitjává történő átalakulása következtében érintettek lehetnek.

A rák aflatoxinok általi indukcióját széles körben tanulmányozták. Kimutatták, hogy az aflatoxinB1, az aflatoxin M1 és az aflatoxin G1 különböző állatfajokban különböző típusú rákot okoz. A Nemzetközi Rákkutatási Ügynökség (IARC) azonban csak az aflatoxin B1-t tekinti úgy, hogy kísérleti állatokon elegendő bizonyítékot szolgáltatott a rákkeltő hatásra ahhoz, hogy rákkeltő anyagnak minősüljön.

Aflatoxinok és az emberi egészség

Az emberek az aflatoxinoknak a gombatermékekkel szennyezett élelmiszerek fogyasztásával vannak kitéve. Az ilyen expozíciót nehéz elkerülni, mert az élelmiszerekben a gombák szaporodását nem könnyű megakadályozni. Annak ellenére, hogy a fejlett országokban az erősen szennyezett élelmiszereket nem engedik a piacra, továbbra is aggodalomra ad okot az élelmiszerekben található alacsony aflatoxinszinteknek való hosszú távú kitettségből eredő lehetséges káros hatások.
A világ számos részéből, nevezetesen a harmadik világ országaiból, mint Tajvan, Ouganda, India és sok más országból jelentettek akut aflatoxikózisról emberekben. A szindrómát hányás, hasi fájdalom, tüdőödéma, görcsök, kóma és halál jellemzi agyi ödéma és a máj, a vese és a szív zsíros érintettsége mellett.

Az emberekben előforduló akut aflatoxikózis valószínűségét növelő feltételek közé tartozik az élelmiszerek korlátozott elérhetősége, a terményekben és árucikkekben a gombák fejlődésének kedvező környezeti feltételek, valamint az aflatoxinok megfigyelésére és ellenőrzésére szolgáló szabályozási rendszerek hiánya.

Miatt az aflatoxinok, különösen az aflatoxin B1, egyes állatokban erős rákkeltő hatásúak, érdeklődés mutatkozik az e fontos mikotoxinok alacsony szintjének való hosszú távú kitettség emberre gyakorolt hatása iránt. 1988-ban az IARC az aflatoxin B1-et felvette az emberi rákkeltő anyagok listájára. Ezt számos Ázsiában és Afrikában végzett epidemiológiai vizsgálat támasztja alá, amelyek pozitív összefüggést mutattak ki az étrendi aflatoxinok és a májrák (LCC) között. Ezenkívül az aflatoxinnal kapcsolatos betegségek kifejeződését az emberekben befolyásolhatják olyan tényezők, mint az életkor, a nem, a tápláltsági állapot és/vagy más kórokozóknak, például vírusos májgyulladásnak (HBV) vagy parazitafertőzésnek való egyidejű kitettség.

Az élelmiszerek és takarmányok aflatoxinjainak legújabb vizsgálati módszerei

Mintavétel és mintaelőkészítés :

A mintavétel és mintaelőkészítés továbbra is jelentős hibaforrás az aflatoxinok analitikai azonosításában. Ezért a mintavétel, a mintaelőkészítés és az elemzés szisztematikus megközelítése feltétlenül szükséges az aflatoxinok részecske per milliárdos szinten történő meghatározásához. E tekintetben néhány árucikkre, például a kukoricára, a földimogyoróra és a diófélékre speciális terveket dolgoztak ki és teszteltek szigorúan; néhány más árucikkre vonatkozó mintavételi terveket ezek mintájára dolgoztak ki. Az összes mintavételi terv közös jellemzője, hogy a teljes elsődleges mintát őrölni és keverni kell, hogy az analitikai vizsgálati résznek ugyanolyan toxinkoncentrációja legyen, mint az eredeti mintának.

Szilárdfázisú extrakció :

Minden analitikai eljárás három lépést tartalmaz: extrakció, tisztítás és meghatározás. A tisztítási lépés legjelentősebb legújabb fejlesztése a szilárd fázisú extrakció alkalmazása.
A vizsgálati kivonatokat a műszeres elemzés (vékonyréteg- vagy folyadékkromatográfia) előtt megtisztítják, hogy eltávolítsák az együtt extrahált anyagokat, amelyek gyakran zavarják a célanalitok meghatározását.

Vékonyréteg-kromatográfia :

A vékonyréteg-kromatográfia (TLC), más néven síkágyas kromatográfia vagy planáris kromatográfia az egyik legszélesebb körben alkalmazott elválasztási technika az aflatoxin analízisben. 1990 óta ez az AOAC hivatalos módszere, és az aflatoxinok azonosítására és mennyiségi meghatározására választott módszer, akár 1 ng/g-os szinten is. A TLC-módszert a megállapítások újabb, gyorsabb technikákkal történő ellenőrzésére is használják.

Folyadékkromatográfia :

A folyadékkromatográfia (LC) sok tekintetben hasonlít a TLC-hez, beleértve az analit alkalmazását, az állófázist és a mozgófázist. A folyadékkromatográfia és a TLC kiegészítik egymást. Nem szokatlan, hogy egy elemző TLC-t használ előzetes munkára az LC elválasztási feltételek optimalizálásához.
Az élelmiszerekben lévő aflatoxinok meghatározására szolgáló folyadékkromatográfiás módszerek közé tartozik a normál fázisú LC (NPLC), a fordított fázisú LC (RPLC) elő- vagy oszlop előtti derivatizációval (BCD), az RPLC, amelyet oszlop utáni derivatizáció követ (PCD), és az RPLC elektrokémiai detektálással.

Immunokémiai módszerek :

Az aflatoxinin élelmiszerekben történő meghatározására szolgáló vékonyréteg-kromatográfiás és LC módszerek munkaigényesek és időigényesek. Gyakran ezek a technikák a kromatográfiás technikák ismeretét és tapasztalatát igénylik a szeparációs és interferenciaproblémák megoldásához. A biotechnológia fejlődésének köszönhetően a kereskedelemben ma már kaphatók olyan, nagymértékben specifikus antitest-alapú tesztek, amelyek kevesebb mint 10 perc alatt képesek azonosítani és mérni az aflatoxinokat az élelmiszerekben. Ezek a tesztek a monoklonális vagy poliklonális antitestek aflatoxinokhoz való affinitásán alapulnak. Az immunkémiai módszerek három típusa a radioimmunoassay (RIA), az enzimhez kötött immunoszorbens próba (ELISA) és az immunoaffinitás oszlopos próba (ICA).

Az aflatoxinok azonosságának megerősítése :

Bár az analitikai módszerek különböző extrakciós, tisztítási és mennyiségi meghatározási lépésekből állhatnak, az ilyen módszerekkel végzett elemzések eredményeinek hasonlónak kell lenniük, ha a módszereket megfelelően alkalmazzák. Mivel a mennyiségi adatok megbízhatósága nem kérdéses, a még megoldandó probléma az aflatoxinok azonosságának megerősítése. Az alkalmazott megerősítési technikák vagy kémiai derivatizálást, vagy tömegspektrometriát (MS) tartalmaznak.

A penészes gabonák és az aflatoxinok kezelésének biztonsági kérdései :

A biztonság kulcsfontosságú kérdés az aflatoxinok területén dolgozó tudósok számára.Lépéseket kell tenni a toxinoknak, valamint a termelő mikroorganizmusoknak, az Aspergillus flavusnak és az Aspergillusparasiticusnak való kitettség minimalizálása érdekében. Olyan biztonsági programot kell létrehozni, amely megfelel az Occupational Safety andHealth Administration (1990) laboratóriumi szabványának és a National Institutesof Health (1981) a kémiai rákkeltő anyagok használatára vonatkozó iránymutatásainak.

Monitoring technikák az aflatoxinoknak való emberi expozíció értékelésére

Az elmúlt néhány évben új technológiákat fejlesztettek ki, amelyek pontosabban nyomon követik az aflatoxinoknak való egyéni expozíciót. Különös figyelmet fordítottak az aflatoxin DNS- és albumin-adduktok elemzésére, amelyek az emberekben a genotoxicitás helyettesítői. Autrup és munkatársai (1983) úttörőként alkalmazták a szinkron fluoreszcens spektroszkópiát a vizeletben lévő aflatoxin DNS-adduktok mérésére. Az alfatoxinoknak való kitettség után gyűjtött vizeletminták 2,3-dihidroxi-2-(N7-guanil)-3-hidroxiaflatoxinB1-et, triviálisan AFB-Gual néven ismertetettek. Wild és munkatársai (1986) nagy érzékenységű immunpróbákat alkalmaztak az aflatoxinok emberi testfolyadékokban történő mennyiségi meghatározására. Az aflatoxinB1 mennyiségi meghatározására 0,01 ng/ml és 10 ng/ml közötti tartományban egy enzimhez kötött immunoszorbens tesztet (ELISA) alkalmaztak, amelyet humán vizeletmintákban validáltak. Ezzel a módszerrel az aflatoxin-DNS-addukt vizeletben történő kiválasztása pozitív korrelációt mutatott az étrendi bevitellel, és a vizeletben kiválasztódó nagyobb aflatoxin B1-DNS-addukt megfelelő mérőeszköznek bizonyult az aflatoxin étrendi expozíciójának nyomon követésére.

Az aflatoxinok ellenőrzése és kezelése

A- Szabályozási ellenőrzés :

Az aflatoxinokat az élelmiszerek és takarmányok elkerülhetetlen szennyeződésének tekintik, még akkor is, ha a helyes gyártási gyakorlatot követték. Az FDA az emberi és állati élelmiszerekben és takarmányokban található aflatoxinok elfogadható szintjére vonatkozó konkrét iránymutatásokat állapított meg, olyan beavatkozási szintek meghatározásával, amelyek lehetővé teszik a jogsértő tételek forgalomból való kivonását. Az emberi élelmiszerekre vonatkozó beavatkozási szint 20 ppb összes aflatoxin, kivéve a tejet, ahol az aflatoxin M1 esetében 0,5 ppb a beavatkozási szint. A legtöbb takarmány esetében a beavatkozási szint szintén 20 ppb. Azonban nagyon nehéz pontosan megbecsülni az aflatoxinkoncentrációt egy nagy anyagmennyiségben a vizsgálati eljárásokkal kapcsolatos változékonyság miatt; ezért a tételben lévő valódi aflatoxinkoncentrációt nem lehet 100%-os biztonsággal meghatározni.

B- Méregtelenítési stratégiák :

Mivel az aflatoxinszennyezés elkerülhetetlen, számos stratégiát javasoltak a méregtelenítésükre. Ezek közé tartoznak a fizikai elválasztási módszerek, a termikus inaktiválás, a besugárzás, az oldószeres extrakció, az oldatból való adszorpció, a mikrobiális inaktiválás és a fermentáció. A méregtelenítés kémiai módszereit is gyakorolják, mint a hatékony méregtelenítés egyik fő stratégiáját:

Szerkezeti degradáció kémiai kezelést követően :
Vegyszerek különböző csoportját vizsgálták az aflatoxinok lebontására és inaktiválására való képességük szempontjából. E vegyszerek egy része képes az aflatoxinok hatékony elpusztítására (vagy lebontására), de a legtöbbjük nem kivitelezhető vagy potenciálisan veszélytelen a mérgező maradványok képződése vagy a tápanyagtartalom és a termék érzékszervi tulajdonságainak megzavarása miatt. Az aflatoxinok méregtelenítésének két, jelentős figyelmet kapott kémiai megközelítése az ammóniás kezelés és a nátrium-biszulfit reakció.
Számos tanulmány bizonyítja, hogy az ammóniás kémiai kezelés hatékony módszer lehet az aflatoxinnal szennyezett kukorica és más áruk méregtelenítésére. Úgy tűnik, hogy ennek a hatásnak a mechanizmusa a laktongyűrű hidrolízisét és az aflatoxinB1 alapvegyület kémiai átalakulását jelenti számos olyan termékké, amelyek jelentősen csökkent toxicitást mutatnak.
Másrészről kimutatták, hogy a nátrium-biszulfit különböző hőmérsékleti, koncentrációs és időbeli körülmények között reagál az aflatoxinokkal (B1, G1 és M1), és vízben oldódó termékeket képez.

A toxicitás módosítása étrendi vegyi anyagokkal :
A mikotoxinok toxicitását erősen befolyásolhatják étrendi vegyi anyagok, amelyek megváltoztatják az emlősök rendszereinek ezekre az anyagokra adott normális válaszait.Az aflatoxinok állatokban kifejtett hatásait kémiai tényezők változatos skálája befolyásolhatja, beleértve a táplálkozás összetevőit (pl. étrendi fehérjék és zsírok, vitaminok és nyomelemek), az élelmiszer- és takarmányadalékokat (pl. antibiotikumok és tartósítószerek), valamint más kémiai tényezőket.

A biológiai hozzáférhetőség módosítása aflatoxin kemoszorbensekkel :
Az aflatoxinok méregtelenítésének új megközelítése a szervetlen szorbens anyagok, az úgynevezett kemoszorbensek, például a hidratált nátrium-kalcium-aluminoszilikát (HSCAS) hozzáadása az állatok takarmányához. A HSCAS képes szorosan megkötni és immobilizálni az aflatoxinokat az állatok gyomor-bélrendszerében, ami az aflatoxin biológiai hozzáférhetőségének jelentős csökkenését eredményezi.

Az aflatoxinok gazdasági hatása

Az aflatoxinok gazdasági hatása közvetlenül a termés és az állatállomány veszteségéből, valamint közvetve az állati és emberi egészséget érintő kockázatok csökkentésére irányuló szabályozási programok költségeiből származik. Az Élelmezési és Mezőgazdasági Szervezet (FAO) becslése szerint a világ élelmiszernövényeinek 25%-át érintik mikotoxinok, amelyek közül a legismertebbek az aflatoxinok. Az aflatoxinnal szennyezett takarmányok által az állat- és baromfitenyésztőknek okozott veszteségek közé tartozik az elhullás és az immunrendszer elnyomásának finomabb hatásai, a növekedési ütem csökkenése és a takarmányhatékonyság csökkenése. Az aflatoxinok egyéb káros gazdasági hatásai közé tartozik az élelmiszer- és rostnövények alacsonyabb terméshozama.

Ezenkívül az aflatoxinok rákot és kapcsolódó betegségeket okozhatnak az emberekben, mivel látszólag elkerülhetetlenül előfordulnak az élelmiszerekben és takarmányokban, ezért e mikotoxinok megelőzése és méregtelenítése napjaink egyik legnagyobb kihívást jelentő toxikológiai kérdése.

Anon. 1989. Mikotoxinok , gazdasági és egészségügyi kockázatok. Council for Agricultural science and Technology, Report No.116 pp91.

Eaton, D.L. és Groopman, J.D. 1994. Az aflatoxinok toxikológiája. AcademicPress, New York. pp383-426.

Finley, J.W.,Robinson, S.F. and Armstrong, D.J. 1992. Food Safety Assessment.American Chemical Society, Washington, D.C. pp261-275.

Goldbatt, L.A. 1969. Aflatoxin. Academic Press,New York. pp1-40.

Heathcote, J.G. and Hibbert, J.R. 1978. Aflatoxins : Chemical andbiological aspect. Elsevier, New York. pp.173-186.

Liener, I.E. 1969. Növényi élelmiszerek toxin összetevői. AcademicPress , New york. pp392-394.

Wyllie, T.D. és Morchause,L.G. 1978. Mycotoxin Fungi, Mycotoxins,Mycotoxicoses-An Encyclopedic Handbook.Vols.1,2, and 3.Marcel Dekker, Inc. Newyork.