Mykotoxiny v obilovinách a jejich dopad na kvalitu potravin a krmiv

Transkript

1 Mykotoxiny v obilovinách a jejich dopad na kvalitu potravin a krmiv Ivana Polišenská Agrotest fyto, s.r.o., Kroměříž Úvod Přítomnost mykotoxinů v zemědělských komoditách a projevy jejich škodlivého působení na organismus lidí a zvířat nejsou záležitostí posledních několika let, ale doprovází producenty a konzumenty rostlinných produktů od dávných dob. Všechny dosud známé zemědělsky významné mykotoxiny byly nejprve identifikovány jako látky toxické pro zvířata. Většina mykotoxinů je tepelně velmi stabilní a jejich obsah podstatně neklesá ani po technologickém zpracování surovin. Na rozdíl od insekticidů a jiných látek vyrobených člověkem jsou mykotoxiny látky přírodní a nemohou být z potravního řetězce odstraněny zcela. Řešením je stanovit úroveň akceptovatelného rizika za současného zavádění opatření k redukci obsahu mykotoxinů v obilovinách na co nejnižší míru. Stanovení rizikovosti každého toxinu začíná studiem mechanismu toxicity a její intenzity na buněčné úrovni a na tkáňových systémech. Mykotoxiny jsou dále obvykle testovány na zvířatech, získané výsledky extrapolovány pro lidský organismus a je stanovena hladina tolerovatelného denního příjmu (TDI). Je to takové množství toxinu, které, je-li v potravě přijato během jednoho dne, nemá podle současně dostupných poznatků na lidský organismus negativní vliv. Vyžadují-li to zjištěné skutečnosti, následuje formulace legislativy, limitující daný mykotoxin v určité komoditě. Významné mykotoxiny v obilovinách Jak uvádí Lee a Ryu (2017) na základě analýzy dat o výskytu a maximálních hodnotách obsahu mykotoxinů v obilovinách v uplynulých 10 letech, z hlediska veřejného zdraví je v obilovinách za nejvýznamnější považováno těchto 5 mykotoxinů, resp. jejich skupin: aflatoxiny, ochratoxiny, fumonisiny, deoxynivalenol a zearalenon. Všechny tyto mykotoxiny mají v Evropě stanoveny legislativní limity pro maximální obsah v potravinách, některé z nich pak i v krmivech. Legislativa pro mykotoxiny v potravinách a krmivech V současné době jsou maximální limity kontaminujících látek v potravinách určeny nařízením Evropské Komise (ES) č. 1881/2006 ze dne 19. prosince 2006 v aktuálním znění. Z mykotoxinů jsou dány limity pro aflatoxiny (aflatoxin B1 a sumu aflatoxinů B1, B2, G1, G2), ochratoxin A, deoxynivalenol a zearalenon, a to jak v obilovinách, tak v odvozených produktech. T-2 a HT-2 toxiny jsou uvedeny mezi limitovanými, nemají ale zatím stanovenou limitní hodnotu (Tabulka 1). Nařízením Komise (ES) č. 1126/2007 jsou určeny také limity pro obsah fumonisinů (suma B1 a B2) v potravinářské kukuřici a výrobcích z ní (Tabulka 2). V krmivech a krmných surovinách je legislativně limitován pouze aflatoxin B1 a námel (Claviceps purpurea), a to směrnicí 2002/32/ES o nežádoucích látkách v krmivech. Doporučení komise 2006/576/ES pak uvádí tzv. směrné hodnoty v produktech určených ke krmení zvířat pro deoxynivalenol, zearalenon, ochratoxin A, T-2 a HT-2 toxiny a fumonisiny. Tyto hodnoty jsou různé pro různé druhy zvířat i jejich stáří. Odběr vzorků na analýzy mykotoxinů Odběr vzorků je při analýzách mykotoxinů v obilovinách největším zdrojem chyb. Je to proto, že obvykle je kontaminován pouze malý podíl zrn, avšak tato kontaminovaná zrna mají velmi

2 vysoké hodnoty obsahu mykotoxinů. Je nutno sestavit dostatečně velký reprezentativní vzorek, který v maximální možné míře odpovídá vzorkované šarži obiloviny. Vzhledem k důležitosti tohoto kroku jsou také metody odběru vzorků pro úřední kontrolu množství mykotoxinů v potravinách dány legislativou (nařízení komise ES č. 401/2006 v aktuálním změní). Je zde popsána hmotnost souhrnného vzorku, počet dílčích vzorků a jejich hmotnost v závislosti na velikosti vzorkované šarže, a to jak pro obiloviny, tak pro ostatní druhy potravin. Tabulka 1. Maximální limity pro obsahy mykotoxinů v nezpracované pšenici, ječmeni a žitě podle nařízení Komise (ES) č. 1881/2006 (aktuální znění). Kontaminant Surovina/potravina Maximální obsah Aflatoxin B 1 všechny druhy obilovin a výrobky z nich kromě výrobků 2 μg/kg z kukuřice a produktů určených pro dětskou výživu Suma aflatoxinů všechny druhy obilovin a výrobky z nich kromě výrobků 4 μg/kg B 1 B 2 G 1 G 2 z kukuřice a produktů určených pro dětskou výživu Ochratoxin A nezpracované obiloviny 5 μg/kg Deoxynivalenol nezpracované obiloviny jiné než pšenice tvrdá, oves a kukuřice 1250 μg/kg Zearalenon nezpracované obiloviny jiné než kukuřice 100 μg/kg T-2 a HT-2 toxin nezpracované obiloviny a výrobky z obilovin - Námelové sklerocie nezpracované obiloviny kromě kukuřice a rýže 0,5 g/kg Tabulka 2. Maximální limity pro obsahy mykotoxinů v nezpracované kukuřici podle nařízení Komise (ES) č. 1881/2006 (aktuální znění). Kontaminant Surovina/potravina Maximální obsah Aflatoxin B 1 Kukuřice a rýže, jež mají být před použitím k lidské spotřebě nebo 5 μg/kg před použitím jako potravinová složka tříděny nebo jinak fyzikálně ošetřeny Suma aflatoxinů Kukuřice a rýže, jež mají být před použitím k lidské spotřebě nebo 10 μg/kg B 1 B 2 G 1 G 2 před použitím jako potravinová složka tříděny nebo jinak fyzikálně ošetřeny Ochratoxin A nezpracované obiloviny 5 μg/kg Deoxynivalenol Nezpracovaná kukuřice kromě nezpracované kukuřice určené ke 1750 μg/kg zpracování mokrým mletím Zearalenon Nezpracovaná kukuřice kromě nezpracované kukuřice určené ke 350 μg/kg zpracování mokrým mletím Fumonisiny Nezpracovaná kukuřice kromě nezpracované kukuřice určené ke 4000 μg/kg zpracování mokrým mletím T-2 a HT-2 toxin nezpracované obiloviny a výrobky z obilovin - Aktuální otázky ve výzkumu mykotoxinů V historických dobách nebyly vůbec toxické projevy mykotoxinů na lidech a zvířatech dávány s konzumací kontaminovaných obilovin do souvislosti. V současné době je k dispozici obrovské množství znalostí. Jsme schopni detekovat stovky druhů mykotoxinů, známe jejich producenty a zcela nebo částečně již byly identifikovány i geny odpovědné za produkci

3 jednotlivých mykotoxinů v zemědělských komoditách. Současná doba však přináší do výzkumu mykotoxinů další výzvy, např. vliv globální změny klimatu, dopad redukované biologické diverzity v globálním i lokálním měřítku v podobě redukovaných osevních sledů a problematiku toxicity současné kontaminace více mykotoxiny najednou. Hojně diskutovanou otázkou je také vliv různých pěstitelských systémů, zejména otázka kontaminace produkce mykotoxiny v ekologickém zemědělství. Kontaminace obilovin v konvenčním a ekologickém způsobu hospodaření Ohledně úrovně kontaminace produktů ekologického zemědělství v praxi panuje u nás stále nejistota. Ekologický způsob hospodaření s sebou nese určitá specifika v podobě absence chemického ošetření porostu. Někteří autoři u nás na základě výsledků polních pokusů uvádějí (Hajšlová a Schulzová, 2006), že četnost výskytu hub rodu Fusarium byla při spíše nižší při konvenčním způsobu pěstování stejně jako kontaminace pšenice mykotoxiny. V některých výsledcích polních pokusů se jevila jako srovnatelná (Váňová et al., 2008). Ze zahraniční jsou k dispozici průzkumy obsahu kontaminantů v obilovinách srovnávající velké soubory vzorků pěstovaných konvenčně a ekologickým způsobem v provozních podmínkách (Harz et al., 2007; Bernhoft et al., 2010; Bernhoft et al., 2012; Twaruzek et al., 2013; Kuzdralinski et al., 2013; Edwards 2009). U nás toto zatím chybí. Cílem naší práce bylo porovnat kontaminaci potravinářské pšenice pěstované v ČR v konvenčním a ekologickém režimu mykotoxiny deoxynivalenolem (DON) a zearalenonem (ZEA). Materiál a metoda Tříleté sledování je realizováno v rámci projektu QJ a je naplánováno na sklizňové roky Zatím jsou zpracovány výsledky ze 2 ročníků, 2015 a V jednotlivých letech bylo získáno 48 (2015) a 53 (2016) dvojic vzorků pšenice, pěstovaných v ekologickém a konvenčním režimu v provozních podmínkách. Ekologicky pěstované vzorky byly získávány na základě přímých kontaktů s pěstiteli a prostřednictvím firmy PRO-BIO, obchodní společnost s r.o. Komplementární soubor konvenčních vzorků byl vybírán z více než 1000 vzorků pšenice z celé ČR, které byly spolu s potřebnými údaji (původ, předplodina, odrůda) shromážděny v laboratoři Agrotestu fyto, s.r.o. pro účely sledování technologické kvality pšenice pěstované v ČR. Cílem bylo, aby soubory vzorků pěstované v ekologickém a konvenčním zemědělství byly co nejvíce totožné, a to s ohledem na původ (lokalita kraj, okres), předplodinu a pokud možno i odrůdu. Toto však nebylo vždy možné dodržet, protože mezi ekologickými vzorky byly odrůdy zvlášť doporučené pro ekologické zemědělství které v konvenci k dispozici nebyly (Scaro, Aszita, Capo, Lukullus). Určité kompromisy bylo nutno dělat také u výběru předplodin: předplodinami ekologických vzorků byly např. dýně, úročník bolhoj, či se jednalo o úhor. V těchto případech byly vybírány komplementární konvenční vzorky s nehostitelskou předplodinou. V případě nahrazování odrůd byl dodržován princip typu (jarní, ozimá) a byl respektován stupeň náchylnosti k fuzáriím, pokud je znám. Pšenice pocházela téměř z celé ČR, je zahrnuto 10 krajů. U všech 202 vzorků byl analyzován obsah DON a ZEA. Byla použita imunoenzymatická metoda ELISA (kity RIDASCREEN DON, RIDASCREEN ZEA) s limitem kvantifikace pro DON 20 μg/kg, pro ZEA 2 μg/kg. Výsledky

4 V roce 2015 byl obsah mykotoxinů nízký u obou souborů vzorků, což odpovídá situaci ve sklizni 2015 obecně (Polišenská, 2016). U souboru ekologických vzorků byl zjištěn jen 1 vzorek s obsahem DON nad LOQ, jednalo se o odrůdu Tobak pěstovanou po kukuřici (kraj Vysočina, obsah 141 μg/kg). Jednalo se o jediný vzorek pšenice z ekologického zemědělství pěstovaný po předplodině kukuřici. Komplementární vzorek ze souboru konvenčních vzorků (odrůda Tobak, předplodina kukuřice, kraj Vysočina) měl obsah DON pod LOQ (<20 μg/kg). V souboru konvenčních vzorků byly celkem 3 vzorky nad LOQ (Jihočeský kraj, odrůda Jindra, předplodina řepka - 24 μg/kg, Moravskoslezský kraj, SW Kadrilj, mák - 98 μg/kg, Plzeňský kraj, odrůda Penalta, předplodina brambory - 22 μg/kg). Obsah ZEA byl u všech vzorků velmi nízký, bez ohledu na způsob pěstování. Všechny vzorky pšenice měly obsah ZEA pod LOQ (Tabulka 3). Tabulka 3. Srovnání obsahu mykotoxinů v ekologicky a konvenčně pěstované pšenici, sklizeň 2015, 48 vzorků z celé ČR DON ZEA ekologie konvence ekologie konvence průměr* (μg/kg) <2 <2 medián (μg/kg) <20 <20 <2 <2 min (μg/kg) <20 <20 <2 <2 max (μg/kg) <2 <2 podíl pozitivních vzorků (%) 2% 6% 0% 0% 90% percentil (μg/kg) <20 <20 <2 <2 *průměr je počítán jen z pozitivních vzorků (tj. nad LOQ) V roce 2016 byl nejvyšší obsah DON v ekologicky pěstované pšenici 306 μg/kg, v konvenčně 960 μg/kg (Tabulka 4). Vyšší byl v souboru konvenčně pěstovaných vzorků také 90 % percentil. Podíl pozitivních vzorků (>20 μg/kg) byl téměř shodný v obou souborech (26 % eko, 28 % konvence). Obsah ZEA byl nízký v obou souborech vzorků. Tabulka 4. Srovnání obsahu mykotoxinů v ekologicky a konvenčně pěstované pšenici, sklizeň 2016, 53 vzorků z celé ČR DON ZEA ekologie konvence ekologie konvence průměr* (μg/kg) medián (μg/kg) <20 <20 <2 <2 min (μg/kg) <20 <20 <2 <2 max (μg/kg) podíl pozitivních vzorků (%) 26% 28% 9% 9% 90% percentil (μg/kg) <2 <2 *průměr je počítán jen z pozitivních vzorků (tj. nad LOQ)

5 Obsah mykotoxinů byl v roce 2016 obecně vyšší, než v roce 2015 (Obr. 1). Obsah ZEA byl v roce 2015 u konvenčně i ekologicky pěstovaných vzorků srovnatelně velmi nízký všechny vzorky byly pod limitem kvantifikace. V roce 2016 bylo zjištěno mezi 53 vzorky pšenice v každém ze souborů vždy po 5 vzorcích s obsahem ZEA nad LOQ. Průměrná i maximální hodnota byla mírně vyšší v souboru konvenčních vzorků (průměr 9 μg/kg, maximum 18 μg/kg) než v souboru ekologických vzorků (průměr 7 μg/kg, maximum 11 μg/kg). Na obsah DON bylo v roce 2015 zjištěno více pozitivních vzorků mezi konvenčně pěstovanou pšenicí (3 vzorky) ve srovnání s ekologicky pěstovanou pšenicí (1 vzorek), maximální zjištěná hodnota byla o něco vyšší u ekologické pšenice (141 μg/kg) než u konvenční (98 μg/kg). V roce 2016 byl mírně vyšší podíl pozitivních vzorků zjištěn u konvenční pšenice (28 %) ve srovnání s ekologickou (26 %), vyšší byla u konvenční pšenice průměrná hodnota (131 μg/kg konvence, 67 μg/kg ekologie) a zejména maximální hodnota (960 μg/kg konvence, 306 μg/kg) ekologie). Obr. 1. Srovnání obsahu deoxynivalenolu (DON) v souboru ekologicky a konvenčně pěstované pšenice v provozních podmínkách v ČR v letech 2015 a Diskuse Hodnocení rozdílů mezi kontaminací konvenčně a ekologicky pěstovanou potravinářskou pšenicí v podmínkách ČR fuzáriovými mykotoxiny na základě dosavadních průběžných výsledků z let 2015 a 2016 je ovlivněno obecně nízkou úrovní kontaminace v důsledku suššího charakteru počasí v obou letech, a to zejména v období kvetení a dozrávání pšenice. Sledování v současné době pokračuje ještě ve vzorcích ze sklizně 2017 a statistické zpracování výsledků bude provedeno pro kompletní tříletou řadu. Dosud je možno konstatovat, že mírně vyšší obsah mykotoxinů byl zjištěn u pšenice pocházející z konvenčního pěstování.

6 Kromě obecně nízké úrovně kontaminace ztěžuje objektivní srovnání také výběr srovnatelných vzorků, a to zejména s ohledem na odrůdu, ale i předplodinu. V ekologickém způsobu hospodaření jsou často pěstovány jiné odrůdy, než v konvenci a vyšší je také zastoupení pícnin. Harz et al. (2007) srovnávali kontaminaci mykotoxiny DON a ZEA v ozimé pšenici sklizené v letech 2002 až 2005 v Belgii a hodnotili denní příjem těchto kontaminantů u jednotlivých skupin konzumentů. Na základě analýzy 65 vzorků konvenčně pěstované a 52 vzorků ekologicky pěstované pšenice zjistili vyšší úroveň obou mykotoxinů u konvenčně (průměr: DON 65 μg/kg, ZEA 68 μg/kg; max: DON 2842 μg/kg, ZEA 232 μg/kg) než u ekologicky (průměr: DON 52 μg/kg, ZEA 47 μg/kg; max: DON 1184 μg/kg, ZEA 86 μg/kg) pěstované pšenice. I když hodnoty kontaminace zjištěné v jejich průzkumu jsou mnohem vyšší, než hodnoty zjištěné u nás, poznatek o nižším obsahu DON a ZEA v ekologicky pěstované pšenici ve srovnání s konvenční je shodný s našimi výsledky. K obdobným závěrům došli také v Norsku (Bernhoft et al., 2010; Bernhoft et al., 2012). Provedli velmi rozsáhlý průzkum, do kterého zahrnuli celkem 602 vzorků organicky a konvenčně pěstovaného ječmene, ovsa a pšenice, ze sklizní v letech Analyzovali obsah mykotoxinů i přítomnost jejich původců, různých druhů Fusarium. Soubory vzorků byly velmi pečlivě sestaveny, organické a konvenční vzorky byly párově sestavovány s ohledem na druh obiloviny, místo pěstování, odrůdu i datum sklizně. Průkazně nižší výskyt patogenů Fusarium i nižší koncentraci mykotoxinů našli v organicky pěstovaných obilovinách. Jako průkazný faktor podílející se na nižším obsahu mykotoxinů i méně častém výskytu patogenů Fusarium uvádějí předplodinu jinou než obilovinu a obecně pak osevní sledy s menším zastoupením obilovin. Za významný považují dále fakt, že v ekologickém systému hospodaření nejsou používána minerální hnojiva a herbicidy. Edwards (2009a) analyzoval v průběhu let 2002 až 2005 celkem 1624 vzorků pšenice z Velké Británie, pěstované konvenčně i ekologicky. Statisticky průkazný rozdíl mezi konvenčně a organicky pěstovanými vzorky v obsahu DON ani ZEA nezjistil, na rozdíl od obsahu T-2 a HT-2 toxinů, který byl u ekologicky pěstované pšenice průkazně nižší. Soubory konvenčně a ekologicky pěstovaných vzorků nebyly sestaveny cíleně, jako např. u průzkumu v Norsku (Bernhoft et al., 2012), ale lišily se jak počtem vzorků, tak skladbou předplodin apod. Obdobná zjištění jsou uváděna i pro ostatní obiloviny. Např. Twaruzek et al. (2013) zjistili v Polsku v letech častější výskyt mykotoxinů v konvenčně než v ekologicky pěstovaném ovsu, stejně jako Kuzdralinski et al. (2013) v polském ovsu v letech Edwards (2009b) ve Velké Británii udává vysoce průkazný rozdíl mezi kontaminací konvenčně a organicky pěstovaného ovsa T-2 a HT-2 toxiny, přičemž průměr součtu T-2 + HT-2 byl téměř 5x vyšší u konvenčně než u organicky pěstovaného ovsa. Závěr Existuje celá řada studií, srovnávající kontaminaci konvenční a ekologické produkce obilovin mykotoxiny. Některé studie žádný rozdíl neprokázaly, jiné nalezly nižší kontaminaci u ekologicky pěstované produkce. Výsledky se liší také v závislosti na konkrétním mykotoxinu

7 a druhu obiloviny. Předběžné dvouleté výsledky z analýzy 202 vzorků z ČR potvrzují tendenci k nižšímu obsahu DON v organicky pěstované pšenici ve srovnání s konvenční, obsah ZEA byl srovnatelný a zároveň velmi nízký u obou souborů vzorků. Studie však probíhá ještě v roce 2017 a výsledky nejsou konečné. Literatura: Bernhoft, A., Clasen, P.E., Kristoffersen, A.B., Torp.,M. (2010): Less Fusarium infestation and mycotoxin contaminantion in organic than in conventional cereals. Food additives and Contaminants, 27, 6: Bernhoft A., Torp M., Clasen P.E., Loes A.K., Kristoffersen A.B. (2012): Influence of Agronomic and Climatic Factors on Fusarium Infestation and Mycotoxin Contamination od Cereals in Norway. Food Addit Contam Part A, 29 (7): Edwards S.G. (2009a): Fusarium mycotoxin content of UK organic and conventional wheat. Food Addit Contam Part A Chem Anal Control Expo Risk Assess Apr;26(4): Edwards S.G. (2009b): Fusarium mycotoxin content of UK organic and conventional oats. Food Addit Contam Part A Chem Anal Control Expo Risk Assess Jul;26(7): Hajšlová, J., Schulzová, V.: Porovnání produktů konvenčního a ekologického zemědělství. Praha, ÚZEI, Lee H.J. a Ryu D. (2016): Worldwide Occurrence of Mycotoxins in Cereals and Cereal- Derived Food Products: Public Health Perspectives of Their Co-occurrence. J. Agric. Food Chem., 2017, 65 (33), pp Polišenská, I.: Fuzáriové mykotoxiny v obilninách v ČR. Rostlinolékař: Odborný recenzovaný časopis specializovaný na ochranu rostlin, 27, 2016, 1, ISSN: Twaruzek M., Blajet-Kosicka A., Piesik_Wenda A., Palubicki J. (2013): Statistical comparison of Fusarium mycotoxins content in oat grain and related products from two agricultural systems. Food Control 34: Kuzdralinski A., Solarska E., Mazurkiewicz J. (2013): Mycotoxin content of organic and Conventional oats from southeastern Poland. Food Control 33: Váňová, Marie - Klem, Karel - Míša, Petr - Matušinsky, Pavel - Hajšlová, Jana - Lancová, Kateřina: The content of Fusarium mycotoxins, grain yield and quality of winter wheat cultivars under organic and conventional cropping systems. Plant, Soil and Environment, 54, 2008, 9, ISSN: Dedikace: Výsledky byly získány a zpracovány za podpory: řešení projektu MZe ČR QJ , funkčních úkolů MZe ČR (419/ a 636/ ) a institucionální podpory na dlouhodobý koncepční rozvoj výzkumné organizace (MZe ČR). Kontaktní adresa: RNDr. Ivana Polišenská, Ph.D., Agrotest fyto s.r.o., Havlíčkova 2787, Kroměříž, polisenska@vukrom.cz