Mykotoxiny v obilovinách a jejich dopad na kvalitu potravin a krmiv

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

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

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 QJ1510204 a je naplánováno na sklizňové roky 2015-2017. Zatím jsou zpracovány výsledky ze 2 ročníků, 2015 a 2016. 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

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) 141 48 <2 <2 medián (μg/kg) <20 <20 <2 <2 min (μg/kg) <20 <20 <2 <2 max (μg/kg) 141 98 <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) 67 131 7 9 medián (μg/kg) <20 <20 <2 <2 min (μg/kg) <20 <20 <2 <2 max (μg/kg) 306 960 11 18 podíl pozitivních vzorků (%) 26% 28% 9% 9% 90% percentil (μg/kg) 52 77 <2 <2 *průměr je počítán jen z pozitivních vzorků (tj. nad LOQ)

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 2016. 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.

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 2002-2004. 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 2009-2011 častější výskyt mykotoxinů v konvenčně než v ekologicky pěstovaném ovsu, stejně jako Kuzdralinski et al. (2013) v polském ovsu v letech 2006-2008. 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

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, 6:842-852. 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):1129-1140. Edwards S.G. (2009a): Fusarium mycotoxin content of UK organic and conventional wheat. Food Addit Contam Part A Chem Anal Control Expo Risk Assess. 2009 Apr;26(4):496-506. Edwards S.G. (2009b): Fusarium mycotoxin content of UK organic and conventional oats. Food Addit Contam Part A Chem Anal Control Expo Risk Assess. 2009 Jul;26(7):1063-9. Hajšlová, J., Schulzová, V.: Porovnání produktů konvenčního a ekologického zemědělství. Praha, ÚZEI, 2006. 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 7034 7051 Polišenská, I.: Fuzáriové mykotoxiny v obilninách v ČR. Rostlinolékař: Odborný recenzovaný časopis specializovaný na ochranu rostlin, 27, 2016, 1, 21-23. ISSN: 1211-3565. 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 34:291-295. Kuzdralinski A., Solarska E., Mazurkiewicz J. (2013): Mycotoxin content of organic and Conventional oats from southeastern Poland. Food Control 33:68-72. 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, 395-402 ISSN: 1214-1178. Dedikace: Výsledky byly získány a zpracovány za podpory: řešení projektu MZe ČR QJ1510204, funkčních úkolů MZe ČR (419/2015-17221 a 636/2016-17221) 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, 767 01 Kroměříž, polisenska@vukrom.cz