AFLATOXINE : Prezența și riscurile pentru sănătate

Aflatoxinele sunt metaboliți toxici produși de anumite ciuperci în/pe produsele alimentare și furaje. Ele sunt probabil cele mai bine cunoscute și cele mai intens cercetate micotoxine din lume. Aflatoxinele au fost asociate cu diverse boli, cum ar fi aflatoxicoza, la animale de fermă, animale domestice și oameni din întreaga lume. Apariția aflatoxinelor este influențată de anumiți factori de mediu; prin urmare, gradul de contaminare variază în funcție de locația geografică, de practicile agricole și agronomice, precum și de sensibilitatea produselor de bază la invazia fungică în timpul perioadelor de pre-recoltare, depozitare și/sau prelucrare. Aflatoxinele au făcut obiectul unei atenții mai mari decât orice alte micotoxine, datorită efectului lor potențial cancerigen demonstrat la animalele de laborator sensibile și a efectelor lor toxicologice acute la om. Deoarece s-a realizat că siguranța absolută nu poate fi niciodată atinsă, multe țări au încercat să limiteze expunerea la aflatoxine prin impunerea unor limite de reglementare pentru produsele destinate utilizării ca alimente și furaje.

Introducere

În 1960, peste 100.000 de curcani tineri din fermele avicole din Anglia au murit în decurs de câteva luni din cauza unei boli aparent noi care a fost denumită “Turkey X disease” . În curând s-a constatat că dificultatea nu era limitată la curcani . Rățuștele și fazanii tineri au fost, de asemenea, afectați și s-a înregistrat o mortalitate mare.

Un studiu atent al primelor focare a arătat că toate au fost asociate cu furajele, și anume cu făina de arahide braziliană . S-a întreprins o investigație intensivă a făinii de arahide suspecte și s-a constatat rapid că această făină de arahide era foarte toxică pentru păsările de curte și rățuște, cu simptome tipice pentru boala Turkey X.

Speculațiile făcute în 1960 cu privire la natura toxinei au sugerat că aceasta ar putea fi de origine fungică. De fapt, ciuperca producătoare de toxină a fost identificată ca fiind Aspergillus flavus (1961), iar toxina a primit numele de Aflatoxină în virtutea originii sale (A.flavis–>Afla).

Această descoperire a dus la o conștientizare din ce în ce mai mare a pericolelor potențiale ale acestor substanțe ca și contaminanți ai alimentelor și furajelor care provoacă boli și chiar moartea la oameni și alte mamifere. Studiile care sunt rezumate în următoarele secțiuni au arătat că aflatoxinele sunt produse în principal de unele tulpini de A. Flavus și de majoritatea, dacă nu de toate tulpinile de A. parasiticus , plus speciile înrudite, A. nomius și A.niger. Mai mult decât atât, aceste studii au arătat, de asemenea, că există patru aflatoxine principale: B1, B2, G1, G2, plus doi produș i metabolici suplimentari, M1 ș i M2, care sunt importanți ca contaminanți direcți ai alimentelor ș i furajelor. Aflatoxinele M1 și M2 au fost izolate pentru prima dată din laptele animalelor lactante hrănite cu preparate pe bază de aflatoxine; de aici și denumirea M. În timp ce denumirea B a aflatoxinelor B1 și B2 a rezultat din fluorescența albastră la lumina UV, în timp ce denumirea G se referă la fluorescența galben-verde a structurilor relevante la lumina UV. Aceste toxine au structuri foarte asemănătoare ș i formează un grup unic de compuș i heterociclici foarte oxigenați, care apar în mod natural. Formulele lor moleculare, așa cum au fost stabilite în urma analizelor elementare și a determinărilor prin spectrometrie de masă, sunt:

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

Aflatoxinele B2 și G2 au fost stabilite ca fiind derivați dihidroxilați ai B1și, respectiv, G1. Întrucât, aflatoxina M1 este 4-hidroxi aflatoxina B1și aflatoxina M2 este 4-dihidroxi aflatoxina B2.

Prezența

În produsele agricole brute :

Aflatoxinele apar adesea în culturile din câmp înainte de recoltare. Contaminarea post-recoltare poate apărea dacă uscarea culturii este întârziată și în timpul depozitării culturii dacă se permite ca apa să depășească valorile critice pentru dezvoltarea mucegaiului. Infestarea cu insecte sau rozătoare facilitează invazia mucegaiului în unele produse depozitate.

Aflatoxinele sunt detectate ocazional în lapte, brânză, porumb, arahide, semințe de bumbac, nuci, migdale, smochine, condimente și o varietate de alte alimente și furaje . Laptele,ouăle și produsele din carne sunt uneori contaminate din cauza consumării de către animale a furajelor contaminate cu aflatoxine . Cu toate acestea, produsele de bază cu cel mai mare risc de contaminare cu aflatoxine sunt porumbul, arahidele și semințele de bumbac.

În alimentele procesate :

Cornul este, probabil, produsul de bază care suscită cele mai mari îngrijorări la nivel mondial, deoarece este cultivat în climate care sunt susceptibile de a avea o contaminare perenă cu aflatoxine, iar porumbul este alimentul de bază al multor țări. Cu toate acestea, procedurile utilizate în prelucrarea porumbului ajută la reducerea contaminării produsului alimentar rezultat. Acest lucru se datorează faptului că, deși aflatoxinele sunt stabile sau moderat stabile în majoritatea proceselor alimentare, ele sunt instabile în procese precum cele utilizate la fabricarea tortilla, care utilizează condiții alcaline sau etape de oxidare. Porumbul și făina din semințe de bumbac contaminate cu aflatoxină din rațiile de lapte au dus la contaminarea cu aflatoxină M1 a laptelui și a produselor lactate, inclusiv a laptelui praf degresat, a brânzei și a iaurtului.

Factorii care favorizează producerea de aflatoxine

Creșterea fungică și contaminarea cu aflatoxine sunt consecința interacțiunilorîntre ciupercă, gazdă și mediu. Combinația adecvată a acestor factori determină infestarea și colonizarea substratului, precum și tipul și cantitatea de aflatoxină produsă. Cu toate acestea, este necesar un substrat adecvat pentru dezvoltarea ciupercii ș i producerea ulterioară de toxine, deș i factorul (factorii) exact(i) care inițiază formarea toxinelor nu este (sunt) bine înțeles(e). Stresul hidric, stresul provocat de temperaturile ridicate și distrugerea plantei gazdă de către insecte sunt factori determinanți majori în infestarea cu mucegai și producerea de toxine. În mod similar, anumite stadii de creștere a culturilor, fertilitatea slabă, densitatea mare a culturilor și concurența buruienilor au fost asociate cu o creștere crescută a mucegaiului și a producției de toxine. Formarea aflatoxinelor este, de asemenea, afectată de creșterea asociată a altor mucegaiuri sau microbi. De exemplu, contaminarea cu aflatoxine a arahidelor și a porumbului înainte de recoltă este favorizată de temperaturile ridicate, de condițiile de secetă prelungită și de activitatea ridicată a insectelor; în timp ce după recoltă, producția de aflatoxine la porumb și arahide este favorizată de temperaturile ridicate și de umiditatea ridicată.

Aflatoxicoza și sănătatea animală

Aflatoxicoza este în primul rând o boală hepatică. Sensibilitatea individuală a animalelor la aflatoxine variază considerabilîn funcție de specie, vârstă, sex și nutriție. De fapt, aflatoxinele cauzeazădeteriorarea ficatului, scăderea producției de lapte și ouă, infecții recurente ca urmare a suprimării imunității (de exemplu, salmoneloza), în plus față de embriotoxicitate la animalele care consumă concentrații dietetice scăzute. În timp ce puii unei specii sunt cei mai sensibili, toate vârstele sunt afectate, dar în grade diferite pentru diferite specii. Semnele clinice ale aflatoxicozei la animale includ disfuncții gastrointestinale, reducerea reproductivității, reducerea utilizării și eficienței hranei, anemie și icter. Animalele care alăptează pot fi afectate ca urmare a conversiei aflatoxinei B1 în metabolitulaflatoxina M1 excretat în laptele vitelor de lapte.

Inducția cancerului de către aflatoxine a fost studiată pe larg. S-a demonstrat că aflatoxina B1, aflatoxina M1 și aflatoxina G1 provoacă diferite tipuri de cancer la diferite specii de animale. Cu toate acestea, numai aflatoxina B1 este considerată de către Agenția Internațională pentru Cercetarea Cancerului (IARC) ca având suficiente dovezi de carcinogenitate pe animale de laborator pentru a fi identificată ca fiind cancerigenă.

Aflatoxinele și sănătatea umană

Oamenii sunt expuși la aflatoxine prin consumul de alimente contaminate cuproduse de creștere a ciupercilor. O astfel de expunere este dificil de evitat deoarececreșterea fungică în alimente nu este ușor de prevenit. Chiar dacă produsele alimentare puternic contaminate nu sunt permise pe piață în țările dezvoltate,rămâne îngrijorarea cu privire la posibilele efecte adverse care rezultă din expunerea pe termen lung la niveluri scăzute de aflatoxine în produsele alimentare.
Probe de aflatoxicoză acută la om au fost raportate în multe părți ale lumii, și anume în țări din lumea a treia, cum ar fi Taiwan, Ouganda, India și multe altele. Sindromul se caracterizează prin vărsături, dureri abdominale, edem pulmonar, convulsii, comă și deces cu edem cerebral și afectare grasă a ficatului, rinichilor și inimii.

Condițiile care cresc probabilitatea aflatoxicozei acute la om includdisponibilitatea limitată a alimentelor, condițiile de mediu care favorizează dezvoltarea ciupercilor în culturi și produse de bază și lipsa unor sisteme de reglementare pentru monitorizarea și controlul aflatoxinelor.

Pentru că aflatoxinele, în special aflatoxina B1, sunt agenți cancerigeni puternici la unele animale, există un interes pentru efectele pe termen lung ale expunerii la niveluri scăzute ale acestor micotoxine importante asupra oamenilor . În 1988, IARC a plasat aflatoxina B1 pe lista substanțelor cancerigene umane. Acest lucru este susținut de o serie de studii epidemiologice efectuate în Asia și Africa, care au demonstrat o asociere pozitivă între aflatoxinele din alimentație și cancerul celulelor hepatice (LCC). În plus, expresia afecțiunilor legate de aflatoxine la om poate fi influențată de factori precum vârsta, sexul, starea de nutriție și/sau expunerea concomitentă la alți agenți cauzali, cum ar fi hepatita virală (VHB) sau infestarea cu paraziți.

Metode recente de analiză pentru aflatoxine în alimente și furaje

Eșantionarea și pregătirea probelor :

Eșantionarea și pregătirea probelor rămân o sursă considerabilă de erori în identificarea analitică a aflatoxinelor. Astfel, este absolut necesară o abordare sistematică a eșantionării, pregătirii și analizei probelor pentru a determina aflatoxinele la nivel de părți per miliard. În această privință, au fost elaborate ș i testate riguros planuri specifice pentru anumite produse, cum ar fi porumbul, arahidele ș i nucile; planurile de prelevare de probe pentru alte produse au fost modelate după acestea. O trăsătură comună a tuturor planurilor de eșantionare este aceea că întreaga probă primară trebuie măcinată și amestecată astfel încât porțiunea de probă analitică să aibă aceeași concentrație de toxină ca și proba originală.

Extracția în fază solidă :

Toate procedurile analitice includ trei etape: extracția, purificarea și determinarea. Cea mai semnificativă îmbunătățire recentă a etapei de purificare este utilizarea extracției în fază solidă.
Extractele de analiză sunt curățate înainte de analiza instrumentală (cromatografie în strat subțire sau cromatografie lichidă) pentru a elimina materialele coextractate care interferează adesea cu determinarea analiților țintă.

Cromatografia în strat subțire :

Cromatografia în strat subțire (TLC), cunoscută și sub numele de cromatografie pe pat plat sau cromatografie planară, este una dintre cele mai utilizate tehnici de separare în analiza aflatoxinelor. Din 1990, a fost considerată metoda oficială AOAC și metoda de alegere pentru a identifica și cuantifica aflatoxinele la niveluri de până la 1 ng/g. Metoda TLC este, de asemenea, utilizată pentru a verifica rezultatele prin tehnici mai noi și mai rapide.

Cromatografia lichidă :

Cromatografia lichidă (LC) este similară cu TLC în multe privințe, inclusiv în ceea ce privește aplicarea analitului, faza staționară și faza mobilă. Cromatografia liguidăși TLC se completează reciproc. Nu este neobișnuit ca un analist să folosească TLC pentru lucrări preliminare pentru a optimiza condițiile de separare LC.
Metodele de cromatografie lichidă pentru determinarea aflatoxinelor în alimenteinclud LC în fază normală (NPLC), LC în fază inversă (RPLC) cu derivație înainte sau înainte de coloană (BCD), RPLC urmată de derivație după coloană (PCD) și RPLC cu detecție electrochimică.

Metode imunochimice :

Metodele de cromatografie în strat subțire și LC pentru determinarea aflatoxinelor din alimente sunt laborioase și consumatoare de timp. Adesea, aceste tehnici necesităcunoașterea și experiența tehnicilor cromatografice pentru a rezolva problemele de separare și de interferență. Datorită progreselor în biotehnologie, în prezent sunt disponibile în comerț teste foarte specifice pe bază de anticorpi, care pot identifica și măsura aflatoxinele din alimente în mai puțin de 10 minute. Aceste teste se bazează pe afinitățile anticorpilor monoclonali sau policlonali pentru aflatoxine. Cele trei tipuri de metode imunochimice sunt testul radioimunologic (RIA), testul imunoenzimatic (ELISA) și testul pe coloană de imunoafinitate (ICA).

Confirmarea identităților aflatoxinelor :

Deși metodele analitice pot consta în diferite etape de extracție, curățare și cuantificare, rezultatele analizelor prin astfel de metode ar trebui să fie similare atunci când metodele sunt aplicate corect. Deoarece fiabilitatea datelor cantitative nu este pusă sub semnul întrebării, problema care mai trebuie rezolvată este confirmarea identității aflatoxinelor. Tehnicile de confirmare utilizate implică fie derivatizarea chimică, fie spectrometria de masă (MS).

Probleme de siguranță în manipularea cerealelor mucegăite și a aflatoxinelor :

Siguranța este o problemă cheie pentru oamenii de știință care lucrează în domeniul aflatoxinelor.Trebuie luate măsuri pentru a minimiza expunerea la toxine, precum și la microorganismele producătoare, Aspergillus flavus și Aspergillusparasiticus. Ar trebui stabilit un program de siguranță care să respecte cerințele standardului de laborator al Administrației pentru Securitate și Sănătate în Muncă (1990) și liniile directoare ale Institutului Național de Sănătate (1981) privind utilizarea substanțelor chimice cancerigene.

Tehnici de monitorizare pentru evaluarea expunerii umane la aflatoxine

În ultimii câțiva ani, au fost dezvoltate noi tehnologii care monitorizează mai precis expunerile individuale la aflatoxine. O atenție deosebită a fost acordată analizei adaosurilor ADN ale aflatoxinei și adaosurilor de albumină ca surogate de genotoxicitate la om. Autrup et al.(1983) au fost pionieri în utilizarea spectroscopiei de fluorescență sincronă pentru măsurarea adausurilor de ADN ale aflatoxinelor în urină. S-a constatat că probele de urină recoltate după expunerea la alfatoxine conțineau 2,3-dihidroxi-2-(N7-guanil)-3-hidroxi-aflatoxina B1, cunoscută în mod trivial sub numele de AFB-Gual . Wild et al.(1986) au utilizat imunoanalize foarte sensibile pentru a cuantifica aflatoxinele în fluidele corporale umane. Un test imunoenzimatic (ELISA) a fost utilizat pentru a cuantifica aflatoxinaB1 în intervalul de la 0,01 ng /ml la 10 ng/ml și a fost validat în probe de urină umană. Utilizând această metodă, s-a constatat că excreția în urină a produsului de adaos ADN al aflatoxinei în urină a fost corelată pozitiv cu aportul alimentar, iar produsul de adaos ADN al aflatoxinei B1 majoritar excretat în urină s-a dovedit a fi undosimetru adecvat pentru monitorizarea expunerii alimentare la aflatoxină.

Controlul și gestionarea aflatoxinelor

A- Controlul de reglementare:

Aflatoxinele sunt considerate contaminanți inevitabili ai produselor alimentare și ai hranei pentru animale,chiar și atunci când au fost respectate bunele practici de fabricație. FDA a stabilit orientări specifice privind nivelurile acceptabile de aflatoxine în alimentele pentru oameni și animale, stabilind niveluri de acțiune care permit retragerea din comerț a loturilor care încalcă normele. Nivelul de acțiune pentru alimentele de uz uman este de 20 ppb de aflatoxine totale, cu excepția laptelui care are un nivel de acțiune de 0,5 ppb pentru aflatoxina M1. Nivelul de acțiune pentru majoritatea furajelor este, de asemenea, de 20 ppb. Cu toate acestea, este foarte dificil să se estimeze cu exactitate concentrația de aflatoxine într-o cantitate mare de material din cauza variabilității asociate cu procedurile de testare; prin urmare, adevărata concentrație de aflatoxine dintr-un lot nu poate fi determinată cu o certitudine de 100%.

B- Strategii de detoxifiere :

Pentru că contaminarea cu aflatoxine este inevitabilă, au fost propuse numeroase strategii de detoxifiere a acestora. Acestea includ metode fizice de separare, inactivare termică, iradiere, extracție cu solvenți, adsorbție din soluție, inactivare microbiană și fermentare. Metodele chimice de detoxifiere sunt, de asemenea, practicate ca o strategie majoră pentru o detoxifiere eficientă:

Degradarea structurală în urma tratamentului chimic :
Un grup divers de substanțe chimice a fost testat pentru capacitatea de a degrada și inactiva aflatoxinele. Un număr dintre aceste substanțe chimice pot reacționa pentru a distruge (sau degrada) aflatoxinele în mod eficient, dar majoritatea sunt nepractice sau potențial nesigure din cauza formării de reziduuri toxice sau a perturbării conținutului de nutrienți și a proprietăților organoleptice ale produsului. Două metode chimice de detoxifiere a aflatoxinelor care au primit o atenție considerabilă sunt amoniacul și reacția cu bisulfit de sodiu.
Multe studii demonstrează că tratamentul chimic prin amoniac poate constitui o metodă eficientă de detoxifiere a porumbului contaminat cu aflatoxine și a altor produse. Mecanismul acestei acțiuni pare să implice hidroliza inelului lactonă și conversia chimică a compusului părinte aflatoxina B1 în numeroși produse care prezintă o toxicitate mult diminuată.
Pe de altă parte, s-a demonstrat că bisulfitul de sodiu reacționează cu aflatoxinele (B1, G1 și M1) în diferite condiții de temperatură, concentrație și timp pentru a forma produse solubile în apă.

Modificarea toxicității prin substanțe chimice din alimentație :
Toxicitatea micotoxinelor poate fi puternic influențată de substanțele chimice din alimentație care modifică răspunsurile normale ale sistemelor mamiferelor la aceste substanțe.O gamă variabilă de factori chimici, inclusiv componente nutriționale (de exemplu, proteine și grăsimi alimentare, vitamine și oligoelemente), aditivi alimentari și furajere (de exemplu, antibiotice și conservanți), precum și alți factori chimici pot interacționa cu efectele aflatoxinelor la animale.

Alterarea biodisponibilității prin chimisorbenți pentru aflatoxine :
O nouă abordare pentru detoxifierea aflatoxinelor este adăugarea de materiale sorbente anorganice, cunoscute sub numele de chimisorbenți, cum ar fi aluminosilicatul de calciu hidratat-sodic (HSCAS) în dieta animalelor. HSCAS posedăcapacitatea de a lega strâns și de a imobiliza aflatoxinele în tractul gastrointestinal al animalelor, ceea ce duce la o reducere majoră a biodisponibilității aflatoxinelor.

Impactul economic al aflatoxinelor

Impactul economic al aflatoxinelor derivatdirect din pierderile de recolte și de animale, precum și indirect din costul programelor de reglementare menite să reducă riscurile pentru sănătatea animală și umană. Organizația pentru Alimentație și Agricultură (FAO) estimează că 25%din culturile alimentare din lume sunt afectate de micotoxine, dintre care cele mai notorii sunt aflatoxinele. Pierderile suferite de crescătorii de animale și de păsări de curte din cauza furajelor contaminate cu aflatoxine includ moartea și efectele mai subtile de suprimare a sistemului imunitar, reducerea ratei de creștere și pierderi de eficiență alimentară. Alte efecte economice negative ale aflatoxinelor includ scăderea randamentelor pentru culturile de alimente și fibre.

În plus, capacitatea aflatoxinelor de a provoca cancer și boli conexe la om, având în vedere prezența lor aparent inevitabilă în alimente și furaje, face ca prevenirea și detoxifierea acestor micotoxine să fie una dintre cele mai dificile probleme de toxicologie din prezent.

Anon. 1989. Micotoxine , Riscuri economice și de sănătate. Council forAgricultural science and Technology, Raport nr.116 pp91.

Eaton, D.L. și Groopman, J.D. 1994. The Toxicology of Aflatoxins (Toxicologia aflatoxinelor). AcademicPress, New York. pp383-426.

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

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

Heathcote, J.G. și Hibbert, J.R. 1978. Aflatoxinele : Aspecte chimice și biologice. Elsevier, New York. pp.173-186.

Liener, I.E. 1969. Constituenții toxinelor din produsele alimentare vegetale. AcademicPress , New york. pp392-394.

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