УДК 579.674

ББК 28.4

Ц 59

Цикуниб А.Д., Гринь И.А.

Лаборатория нутрициологии и экологии НИИ комплексных проблем Адыгейского государственного университета

ПРОБЛЕМЫ КОНТАМИНАЦИИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ МИКРОСКОПИЧЕСКИМИ ГРИБАМИ И ИХ ТОКСИНАМИ

Аннотация. В статье отражены современные представления о микотоксинах и их продуцентах. Рассмотрены условия, способствующие токсинообразованию. Наибольшее внимание уделено афлатоксинам, продуцируемым плесневым грибом Aspergillus flavus.

Ключевые слова: плесневение пищевых продуктов, Aspergillus flavus, микотоксины, афлатоксин B1.

Tsikunib A.D., Grin I.A.

Nutrition and Environment Laboratory, of Scientific Research Institute of complex Problems of Adyghe State University

THE PROBLEM OF FOOD CONTAMINATION

BY MICROSCOPIC FUNGI AND THEIR TOXINS

Abstract. The article reflects the current understanding of mycotoxins and their producers. The conditions conducive to toxin. The greatest attention is paid to aflatoxin, produced by mold fungi Aspergillus flavus

Keywords: moldy foodstuffs, Aspergillus flavus, mycotoxins, aflatoxin B1.

 

Хранение большинства пищевых продуктов представляет серьезную проблему из-за высокого риска микробиологической порчи. Развитие микроорганизмов приводит не только к потере потребительской привлекательности, но и накоплению токсичных для организма человека веществ [18]. Наиболее распространенной формой микробиологического поражения является плесневение пищевых продуктов, которое вызывается микроскопическими грибами, чаще всего грибами рода Penicillium, Mucor, Fussarium, Aspergillus [9]. Особенностью данных микроорганизмов является то, что в процессе их жизнедеятельности образуются вторичные метаболиты - микотоксины: афлатоксиныB1, В2, А, охратоксин А, цитринин, патулин, пеницилловаякислота, являющиеся токсичными веществами, обладающие мощными канцерогенными свойствами и вызывающие тяжелые заболевания человека [3].

Микотоксины являются наиболее опасными загрязнителями сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов. По предварительным оценкам FAO, до 1/4 всего продовольствия в мире загрязнено микотоксинами. Каждый год в негодность приходит около миллиона тонн продукции [22].

В России объемы зерна, пораженные микотоксинами, за последние годы увеличились в десятки раз. Уровень контаминации проб зерна, отобранных в Центральном, Центрально-Черноземном, Волго-Вятском и Поволжском регионах РФ, токсиногенными грибами в течение 2008-2009 гг. достигал 45,0–74,7%. При анализе кормов, сельскохозяйственной продукции, продуктов питания выявляется высокая загрязненность микроскопическими грибами, в 40-60% случаев – токсиногенными, более 30% кормов и другой сельскохозяйственной продукции загрязняется микотоксинами [20, 25]. Распространению и поражению пищевых продуктов плесневыми грибами и тем самым микотоксинами, способствует ряд факторов: неправильная стадия посева и обработки сельскохозяйственной продукции, несоблюдение правил и сроков хранения [12]. В значительной степени распространению микотоксинов способствует и расширение международной торговли. При контаминации кормов токсигенными грибами существует не только возможность накопления микотоксинов, но и угнетается полезная микрофлора самих растений [26].

Роль микотоксинов в жизнедеятельности самих микроскопических грибов до конца не изучена. Возможно их функции - это обеспечение выживания плесневых грибов в разных экологических нишах [24].

На данный момент известно пять основных путей биосинтеза микотоксинов: поликетидный, характерный для афлатоксинов, стеригматоцистина, охратоксинов, патулина; терпеноидный - для трихотеценовых микотоксинов; через цикл трикарбоновых кислот - рубратоксинов; путь в котором исходным соединением являются аминокислоты - эргоалколоиды, споридесмин; смешанный путь [24].

Актуальной проблемой в микотоксикологии является изучение афлатоксинов- группы микотоксинов, включающей четыре типа: B1, B2, G1, G2 и более десяти соединений, являющихся их производными или метаболитами. По своему химическому строению афлатоксины относятся к классу гетероциклических соединений - фурокумаринов. В основе их синтеза лежит линейная конденсация ацетил-CoAc тремя и более молекулами малонил-CoAc сопутствующим декарбоксилированием, но без обязательного восстановления промежуточных β-дикарбольных систем [21, 23]. Строения афлатоксинов было установлено в 1967 г., а в 1969 г. подтверждено лабораторным синтезом [22,30].

Афлатоксины одни из самых сильных гепатоканцерогенов. Многочисленными исследованиями установлена их способность индуцировать опухоли у радужной форели, утят, мышей, крыс и обезьян [7,11,15]. Эпидемиологическими исследованиями, проведенными в ряде стран Азии и Африки, выявлена прямая коррелятивная зависимость между частотой заболевания населения первичным раком печени и содержанием афлатоксинов в пищевых продуктах [5].

Последние исследования ученых показывают, что канцерогенная активность афлатоксинов отличается от действия других гепатоканцерогенных веществ некоторыми особенностями. Это выражается в возможности развития опухолевого процесса не только при длительном влиянии малых доз токсина, но и при однократном введении большой дозы, в возможности развития опухоли печени часто без предшествующего цирроза, развития на фоне длительно сохраняющейся биллиарной пролиферации гепа-тоцеллюлярного рака, а не аденокарцином [15, 29].Так же было выявлено, что афлатоксины действуют практически на все компоненты клетки, нарушают проницаемость плазматических мембран, влияют на генетический аппарат клетки [24]. В ядрах они связываются с ДНК, ингибируют репликацию ДНК, ингибируют активность ДНК-зависимой-РНК-полимеразы – фермента, осуществляющего синтез матричной РНК, и тем самым подавляют процесс транскрипции. В митохондриях афлатоксины вызывают повышение проницаемости мембран, блокируют синтез митохондриальных ДНК и белка, нарушают функционирование системы транспорта электронов, вызывая тем самым энергетический голод клетки. В эндоплазматическом ретикулуме под воздействием афлатоксинов наблюдаются патологические изменения: ингибируется белковый синтез, нарушается регуляция синтеза триглициридов, фосфолипидов и холестерина. Афлатоксины оказывают прямое действие на лизосомы, что приводит к повреждению их мембран и высвобождению активных гидролитических ферментов, которые, в свою очередь, расщепляют клеточные компоненты. Все перечисленные нарушения приводят к так называемому метаболитическому хаосу и гибели клетки [11, 22, 34]. Среди проявления острого токсического действия афлатоксинов установлен так же иммунодепрессивный эффект, лежащий в основе снижения резистентности животных к инфекциям, подавляя как клеточный и гуморальный иммунитет, так и факторы неспецифической защиты организма [24].

Такими мощными токсическими свойствами обосновывается опасность загрязнения пищевых продуктов афлатоксинами и необходимость их тщательного контроля. 

Пищевые продукты могут поражаться грибами, синтезирующими афлатоксины в процессе производства, хранения или приготовления пищи. Наиболее подвержены плесневению и контаминации афлатоксинами такие растительные продукты, как арахис, кукуруза, просо, пшеница, кофе, сорго, бобовые культуры и др. [9,25]. Однако, афлатоксины и их продуценты нередко обнаруживаются и в продуктах животного происхождения - молоке, яйцах, мясе и других тканях животных, получавших корм, загрязненный данными токсинами [1,2,4].

Вопрос о возможности загрязнения продуктов животноводства афлатоксинами и их продуцентами довольно широко обсуждается в научной литературе, однако мало сведений по оценке качества молока, яиц, мяса и других продуктов при афлатоксикозах животных. Между тем имеются данные, что состояние здоровья животных значительно влияет не только на продуктивность, но и на качественные показатели молока, яиц, мяса [5,6,13].

В настоящее время установлено, что продуцентами афлатоксинов являются лишь некоторые штаммы двух видов микроскопических грибов – Aspergillus flavus и Aspergillus parasiticus [17]. Они способны образовывать афлатоксины на различных питательных субстратах. Из четырех основных представителей афлатоксинов наиболее токсичным является афлатоксин B1 и он обычно синтезируется в наибольшем количестве, а афлатоксин G2 - в наименьшем. Соотношение между концентрациями продуцируемых отдельных видов афлатоксинов в значительной степени варьирует у различных штаммов грибов-продуцентов и существенно зависит от характера субстрата. Указывается, что способностью вырабатывать афлатоксины обладают от 20 до 98% штаммов Aspergillus flavus, выделенных из различных субстратов [8,16].

Наиболее оптимальной для образования токсинов является температура 27-31⁰С. Критическими факторами, определяющими рост Aspergillus flavus и синтез афлатоксина, являются влажность субстрата и относительная влажность атмосферного воздуха. Отмечено, что максимальный синтез токсинов наблюдается при влажности выше 18% для субстратов с высоким содержанием липидов, при относительной влажности воздуха 97-99% [31]. Изучение условий, способствующих росту и токсинообразованию плесневых грибов, представляется исключительно важной проблемой. Так при одинаковых температуре, влажности, освещенности и других условиях различные природные субстраты или даже разновидности одного и того же субстрата могут существенно отличаться по степени устойчивости к заражению и по количеству образующихся на них афлатоксинов. Многие вещества, находящиеся в пищевых продуктах, обладают, антимикробным действием. Это фосфатиды и некоторые белки, жирные кислоты, органические кислоты. Ингибирующая активность, этих соединений зависит от длины цепи, степени насыщенности, геометрической конфигурации [28]. Давно отмечена антимикробная активность эфирных масел некоторых растений, например, чеснока и лука [29].

Пристальное внимание было обращено к природным веществам, специфически влияющим на синтез и биологическую активность афлатоксинов. MissbleckN. иBoundJ.N., 1983, показали, что некоторые овощи, такие как, тыква, зеленая фасоль и особенно свекла содержат не идентифицированные факторы, усиливающие, канцерогенное действие афлатоксинаB1 на крыс [35]. Циклопропанкарбоновые кислоты, содержащиеся в некоторых растительных продуктах, стимулируют канцерогенное действие афлатоксинов B1 и M1 на радужную форель[29]. Включение в корм цыплят-бройлеров таниновой кислоты или особого сорта сорго с высоким содержанием таннина усиливало, токсическое действие афлатоксина [34]. Алкилрезоцины из зерна ржи и родственных соединений оказывают сильное ингибирующее действие на A. flavus. Установлено, что при высоком содержании гликозинолатов в семенах рапса снижается уровень контаминации A. flavus, но при этом увеличивается токсигенность штаммов [27].

Ряд токсичных химических соединений, контаминирующих сельскохозяйственное сырье и пищевые продукты могут усиливать действие афлатоксинов. Так, И.М. Еремеевым, 2012 г., установлено взаимоусиливающее действие дециса и афлатоксина В1. При сочетанном воздействии этих токсикантов на уровне существующих ПДК для каждого (децис - 0,01 мг/кг; афлатоксин В1 - 0,1 мг/кг) они оказывали эмбриотоксическое и тератогенное действие на организм белых крыс [10].

Афлатоксины настолько токсичны, что для веществ этого типа нет пороговых величин, ниже которых вредного воздействия не наблюдается [19], поэтому, по мнению экспертов, никакой приемлемой суточной дозы приема установить невозможно. Существующие научно-технические знания и усовершенствования в технологии производства и хранения не предотвращают развития плесени и, следовательно, не дают возможности устранить наличие афлатоксинов в пищевых продуктах полностью. Поэтому рекомендуется устанавливать предельные нормы настолько низкие, насколько это обоснованно достижимо.

В настоящее время перед пищевой промышленностью стоит проблема увеличения сроков годности продукции. Соответственно актуальным стало изучение изменения количественного и качественного состава в процессе хранения. Многолетние исследования по изучению контаминации кондитерских изделий в процессе хранении свидетельствуют о наличии волнообразного характера изменения количества микроорганизмов по основным нормируемым группам: мезофильные аэробные и факультативно анаэробные микроорганизмы, бактерии группы кишечных палочек, плесневые грибы и дрожжи. Изучение качественного состава микроорганизмов, приводящиеся в ходе исследования количественных изменений, показывает, что нередко в кондитерских изделиях обнаруживаются опасные микроорганизмы, в т.ч. патогенные плесневые грибы [14].

Важной проблемой с точки зрения безопасности, является изучение влияния на микрофлору продукта антимикробных добавок, использование которых стало традиционным в настоящее время. Особенно это актуально в связи с тенденциями увеличения срока годности наряду с неизвестным действием консервантов на качество продукта и его изменение в процессе хранения [32,33].

Таким образом, анализ литературы показывает, что, несмотря на многочисленные исследования контаминации пищевых продуктов микроскопическими грибамии микотоксинами, остаются нерешенными вопросы, касающиеся выявленияусловий, способствующих росту плесневых грибов и усилению токсинообразования, роли микотоксинов в жизнедеятельности самих микроскопических грибов, регламентирования содержания афлатоксинов в пищевых продуктах.

Примечания:

1. Акулова Н.С. Экспериментальный аспергиллёз цыплят // Бюллетень научно-технической информации ВНИИВС и эктопаразитологии. 1989. № 1. С. 62-63.

2. Алексеева A.A. Афлатоксикозы сельскохозяйственных животных // Животноводство и ветеринария. 1975. Т. 8. С. 132-179.

3. Микотоксикозы: значение, диагностика, борьба / В.Н. Афонюшкин, C.B. Леонов, B.C. Городов, К.В. Морозов, Е.В. Дударева // Архив ветеринарных наук. 2005. Т. 6, № 53. С. 27-34.

4. Антипов В.А., Васильев В.Ф., Кутищева Т.Г. Микотоксикозы – важная проблема животноводства // Ветеринария. 2007. № 11. С. 7-9.

5. Билай В.И., Пидопличко Н.М. Токсинообразующие микроскопические грибы и вызываемые ими заболевания человека и животных. Киев: Наукова думка, 1970. 291 с.

6. Билай В.И. Микологические аспекты алиментарных токсикозов (человека и сельскохозяйственных животных) // Микробиологический журнал. 1978. Т. 40, № 2. С. 205-213.

7. Билай В.И., Пидопличко Н.М. Аспергиллотоксикозы // Токсинообразующие микроскопические грибы. Киев, 1970. С. 104-129.

8. Болтянская Э.В. Биология плесневых грибов продуцентов афлатоксинов (выделенных из кормов). Научный доклад высшей школы // Биологические науки. 1977. № 11. С. 18-25.

9. Григорьева Р.З. Безопасность продовольственного сырья и продуктов питания: учеб. пособие. Кемерово, 2004. С. 21-26.

10. Еремеев И.М. Разработка метода обезвреживания кормов, загрязненных сочетаннодецисом и афлатоксином B1, с изучением их влияния на организм животных: дис. … канд. биол. наук. Казань, 2012. 132 с.

11. Кашкин П.Н. Медицинская микология. Л.: Медгиз, 1962. 344 с.

12. Кононенко Г.П., Буркин A.A. Фузариотоксины в зерне колосовых культур: региональные особенности // Успехи медицинской микологии. Т. 1. М.: Национальная академия микологии, 2003. С. 141-144.

13. Курасова В.В. Методы исследования в ветеринарной микологии. М.: Колос, 1971. 312 с.

14. Леонова И.Б. Некоторые проблемы пищевой микробиологии на примере кондитерских изделий // Фундаментальные исследования. 2008. № 12. С. 46-47.

15. Маянский А.Н., Заславская М.И., Салина Е.В. Введение в медицинскую микологию: учеб.-метод. пособие. Н. Новгород: Изд-во Нижегород. гос. мед. акад., 2000. 54 с.

16. Монастырский О.А. Токсинообразующие грибы, паразитирующие на зерне // Агро XXI. М., 2001. № 11. С. 6-7.

17. Современная микология России / О. Марфенина, А. Кулько, А. Данилогорская, В. Потребич // Грибы рода aspergillus: распространение, основные места обитания // Материалы 3-го Съезда микологов России. Т. 3 / под ред. И.И. Сидорова. М.: Национальная академия микологии, 2012.  С. 161-163.

18. Нечаев А.П. Пищевая химия. СПб.: ГИОРД. 2003. 640 с.

19. Регламент комиссии ЕС устанавливающий максимальные уровни для некоторых контаминантов № 466/2001. 12 с.

20. Современное состояние качества и безопасности кормов в России / И.Р. Смирнова, A.B. Михалев, Л.П. Сатюкова, B.C. Борисова // Ветеринария. 2009. № 2. С. 3-7.

21. Смирнов У.С., Зайченко Ф.М., Рубежняк И.Г. Микотоксины: фундаментальные и прикладные аспекты // Современные проблемы токсикологии. 2000. № 1. С. 2-12.

22. Актуальные проблемы ветеринарной токсикологии / М.Я. Тремасов, К.Х. Папуниди, Э.И. Семенов, Е.Ю. Тарасова // Современные тенденции в ветеринарной медицине: докл. междунар. науч.-практ. интернет-конф. 2012. URL: http://www.stgau.ru/science/conference/conference_21.11.12/doklad/index.php

23. Тутельян В.А., Кравченко Л.B. Микотоксины. М.: Медицина, 1985. 320 с.

24. Тутельян В.А. Современные представления о метаболизме и механизме действия микотоксинов // Чужеродные вещества в пищевых продуктах: материалы Первой всесоюз. конф. Алма-Ата, 1979.

25. Фадеева Л.М., Волков Д.Г. Токсинообразующие грибы на пищевых продуктах в Казахстане // Тезисы докладов симпозиума по микотоксинам. Киев: Наукова думка, 1982. С. 44-45.

26. Хамидуллин Т. Поражение кормов микотоксинами // Кормление сельскохозяйственных животных и кормопроизводство. 2006. № 3. С. 15-17.

27. Цикуниб А.Д. Устойчивость семян рапса к токсигенной микрофлоре и разработка рекомендаций по улучшению биологической ценности получаемых продуктов: дис. … канд. технол. наук. Краснодар, 1992. 138 с.

28. Beuchat L.R., Golden D.A. Antimikrobialsoccurringnaturally in foods // Food Technol. 1989. Vol. 43, № 1. P. 134-142.

29. Cheng Sku-Jng, Ho chi-Tang. Mutegene, carcinogene and inhibitors in Chinese foods // Food rev. Int. 1988. Vol. 4, № 3. P. 353-374.

30. Chelkowsci J. Mikotoxins in cereal grain. Part 3. Production of aflatoxin in different varieties of wheat, rye and Barley // Nahrung. 1981. Vol. 25, № 7. P. 625.

31. Krogh F., Hald B. Madsen A. Aflatoxin residues in bacon pige // Pure appl. Chem. 1973. № 35. P. 275-282.

32. López-Malo A., Alzamora S.M., Palou E. Aspergillus flavus dose-response curves to selected natural and synthetic antimicrobials // Int. J. Food Microbiol. 2002. Mar. 73 (2-3). Р. 213-218.

33. Saleem A1., El-Said A.H. Proteolytic activity of beef luncheon fungi as affected by incorporation of some food preservatives // Acta Microbiol. Immunol. Hung. 2009. Dec. 56 (4). Р. 417-426. doi: 10.1556/AMicr.56.2009.4.11.

34. Hussein S. Hussein, Jeffrey M. Brasel Toxicity, metabolism and impact of mycotoxins on humans and animals // Toxicology. 2001. В. 167, № 2. Р. 101-134.

Цикуниб Аминет Джахфаровна, доктор биологических наук, профессор, директор НИИ комплексных проблем АГУ, зав. лабораторией, тел. 8928461725, e-mail: cikunib58@mail.ru

Tsikunib A.D., Head of Nutrition and Environment Laboratory, Director of Scientific Research Institute of complex Problems of Adyghe State University

Гринь Иван Анатольевич, аспирант АГУ, тел. 89531099624, e-mail: vanyamaykop@yandex.ru

Grin I.A. graduate student of Adyghe State University