Контрольные вопросы:

1. Какие группы микроорганизмов обязательно контролируются в продуктах питания?

2. Какими патогенными микроорганизмами могут быть загрязнены продукты питания?

3. Каково воздействие отдельных видов микроорганизмов на человека?

4. Каковы причины возникновения сальмонеллеза и какие продукты наиболее опасны в этом плане?

5. Что такое ботулизм? Какие продукты чаще всего содержат ботулотоксины и какие условия способствуют поражению ими продуктов?

§ 3.2. Микотоксины

Микотоксины. Микотоксины (от греч. mukes – гриб и toxicon – яд) – токсичные продукты жизнедеятельности микроскопических плесневых грибов, обладающие выраженными токсическими свойствами.

Плесневые грибы – повсеместно распространенные микроорганизмы. Их роль в возникновении порчи при хранении известна точно так же, как и их применение в ферментативных процессах при изготовлении отдельных видов сыров или при микробиологическом синтезе лимонной кислоты и пенициллина. Токсичность заплесневелых пищевых продуктов и кормов известна сравнительно давно.

Проблема микотоксинов известна с глубокой древности. Периодически случались отравления людей и животных при употреблении продуктов, содержащих микотоксины. Наиболее известна гибель 14 тысяч человек в Париже в 1129 г. от употребления хлеба, содержащего микотоксин (эрготоксин) спорыньи злаков. В России также отмечены случаи массового отравления людей и животных зерном и хлебом, содержащим микотоксины возбудителя фузариоза. Приблизительно с 60-х годов 20-го века проблема микотоксинов приобрела глобальный характер в связи с нарушением экологического равновесия при интенсивных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур, а также из-за повышения содержания фотооксидантов в атмосфере (воздушного загрязнения), из-за чего растения теряют устойчивость к фитопатогенам. Возрастание микотоксикоза сельскохозяйственных продуктов связано также с широким применением азотных удобрений и пестицидов. Имеет значение и ограниченное количество генотипов сортов сельскохозяйственных культур. В настоящее время нет эффективных химических способов борьбы с загрязнением продуктов урожая злаковых культур микотоксинами.

Распространение микотоксинов в пищевых продуктах зависит от их образования специфическими штаммами грибов и подвержено влиянию таких факторов, как влажность и температура. Таким образом, загрязнение пищевых продуктов может изменяться в зависимости от географических условий, методов производства и хранения, вида продукта. Грибы-продуценты микотоксинов широко распространены в природе и способны развиваться практически на всех продуктах как растительного, так и животного происхождения с образованием токсинов на любом из этапов их производства – в полевых условиях, при уборке, транспортировке, хранении урожая, в процессе кулинарной обработки.

Токсины не удаляются из пищевых продуктов обычными способами кулинарной обработки. Снижения содержания токсинов в продуктах можно добиться правильным хранением урожая, применением устойчивых сортов, пестицидов. Характерно, что семена, в которых концентрируются токсины, отличаются окраской и их можно и нужно отделить.

Микотоксины являются важнейшими вторичными метаболитами микроскопических грибов, которые в течение последних 35–40 лет признаны одними из наиболее вредных для здоровья человека и животных агентов, введены в перечень веществ, регламентированных в пищевых продуктах, кормах и сырье. Высокая опасность микотоксинов выражается в том, что они обладают токсическим эффектом в чрезвычайно малых количествах и способны весьма интенсивно диффундировать вглубь продукта.

Выделено более 300 микотоксинов, продуцируемых представителями 350 видов микроскопических грибов, однако практическое значение как загрязнители пищевых продуктов имеют лишь около 20. Многие из них обладают мутагенными (в том числе канцерогенными) свойствами. Среди микотоксинов, представляющих опасность для здоровья человека и животных, наиболее распространены афлатоксины (формула I и II), трихотеценовые микотоксины, или трихотецены (III–IV), охратоксины (V), патулин (VI), зеараленон и зеараленол (VII), формулы представителей которых приведены в таблице 3.2. Большинство микотоксинов – кристаллические вещества (табл. 3.3), термически стабильны, хорошо растворимые в органических растворителях. Микотоксины (за исключением охратоксинов) достаточно устойчивы к действию кислот, разрушаются щелочами с образованием нетоксичных или малотоксичных соединений.

Для многих из микотоксинов установлена структура, изучены свойства и биохимический механизм действия, разработаны методы выделения, идентификации и количественного определения. К их числу относятся афлатоксины, охратоксины, патулин, цитринин, зеараленон, трихотеценовые микотоксины. Учитывая, что микотоксины, помимо общетоксического действия, обладают мутагенными, тератогенными и канцерогенными свойствами, а также существенно влияют на иммунный статус теплокровных, их следует рассматривать как одну из важнейших медицинских проблем.

Потенциальная и реальная опасность микотоксинов значительно усиливается их высокой стабильностью к различным неблагоприятным

Таблица 3.2. – Микотоскины, наиболее распространенные в продуктах питания

Таблица 3.3. – Основные физико-химические свойства микотоксинов

воздействиям, как-то: кипячение, обработка минеральными кислотами, щелочами и другими агентами.

География распространения микотоксинов охватывает большинство стран всех континентов. Контаминации микотоксинами подвержены все основные продукты питания, корма, продовольственное сырье, а интенсивные торговые связи между различными странами в значительной степени способствуют распространению как микотоксинов, так и микотоксикозов, поэтому эта проблема имеет глобальный характер.

Афлатоксины. В эту группу наиболее опасных микотоксинов входят более 15 их представителей, которые продуцируются грибами Aspergillus flavus и Aspergillus раrasiticus. Эти грибы встречаются повсеместно, чем объясняются значительные масштабы загрязнения ими пищевых продуктов и кормов. Размножение грибов Aspergillus связано с определенным набором условий: высокий уровень углеводов, низкое содержание протеинов, наличие ионов металлов, таких как, Cd²⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Zn²⁺. Особое значение имеет цинк, потому, что он интенсивно потребляется при синтезе афлатоксинов. На развитие грибов, продуцирующих афлатоксины, влияют влажность продукта и воздуха, температура воздуха, освещенность, рН. Оптимальной температурой для образования токсинов является температура 27–30ºС, хотя синтез афлатоксинов возможен и при более низкой (12–13ºС) или при более высокой (40–42ºС) температуре.

Критическим фактором, также определяющим рост микроскопических грибов и синтез афлатоксинов, является влажность субстрата и атмосферного воздуха. Максимальный синтез токсинов наблюдается при влажности выше 18% для субстратов, богатых крахмалом (пшеница, ячмень, рожь, овес, рис, кукуруза), и выше 9–10% – для субстратов с высоким содержанием липидов (арахис, подсолнечник, различные виды орехов). При относительной влажности воздуха ниже 85% синтез афлатоксинов прекращается.

По своей химической структуре афлатоксины являются фурокумаринами (табл. 3.3).

Афлатоксины слаборастворимы в воде (растворимость порядка 10–20 мг/л), нерастворимы в неполярных растворителях, но хорошо растворяются в растворителях средней полярности, таких как хлороформ, метанол, диметилсульфоксид и др.

Афлатоксины обладают способностью сильно флуоресцировать при воздействии длинноволнового УФ-излучения. Афлатоксины В₁ и В₂ обладают сине-голубой флуоресценцией, G₁ и G₂ – зеленой флуоресценцией, М₁ и М₂ – сине-фиолетовой (В₁:_ех = 265 360 нм, _ем = 425 нм).

Это свойство лежит в основе практически всех физико-химических методов их обнаружения и количественного определения и позволяет определять афлатоксины в низких концентрациях (М₁ в молоке 0,02 мкг/л). Способность флуоресцировать послужила также основой для названия афлатоксинов: группа В – голубая флуоресценция (blue), G – зеленая (green). Подстрочные индексы связаны с хроматографической подвижностью соединения.

В виде чистых веществ афлатоксины чрезвычайно термостабильны при нагревании на воздухе, но относительно легко разрушаются под воздействием света, особенно УФ-лучей.

Афлатоксины (главным образом токсин В) являются основными загрязнителями пищевых продуктов. Высокой токсичностью обладают афлатоксины В₁, В₂, G₁ и G₂ (для афлатоксина B₁ ЛД₅₀ = 7,8 мг/кг (макаки, перорально)). Афлатоксины или их активные метаболиты действуют практически на все компоненты клеток. Афлатоксины нарушают проницаемость плазмотических мембран. Токсичное действие обусловлено их взаимодействием с нуклеофильными участками ДНК, РНК и белков. Биологическая активность афлатоксинов проявляется как в виде острого токсического эффекта, так и отдаленных последствий – канцерогенного, мутагенного и тератогенного эффектов. Острое токсическое действие афлатоксинов связано с тем, что они являются одними из наиболее сильных гепатропных ядов, органом-мишенью которых является печень. Особенно опасны афлатоксины для детей, поскольку резко угнетают их рост, физическое и умственное развитие, снижают устойчивость к инфекционным заболеваниям. Понемногу накапливаясь в организме, афлатоксины через десятилетие, два, три могут вызвать рак печени.

Одним из доказательств реальной опасности афлатоксинов является тот факт, что в ряде стран Африки и Азии, где наблюдаются острые афлатоксикозы у людей, выявлена прямая корреляция между частотой заболевания населения раком печени и содержанием афлатоксинов в пищевых продуктах.

В настоящее время основным токсином, нормируемым в пищевых продуктах, является афлатоксин В₁. Его ПДК в Германии составляет 2 мкг/кг, 5 мкг во Франции и 1 мкг в Швеции. В России и РБ норма для всех пищевых продуктов, кроме молока, составляет 5 мкг/кг В₁ и для молока и молочных продуктов – 0,5 мкг/кг М₁ (при недопустимом содержании в них афлатоксина В₁). Допустимая суточная доза – 0,005–0,01 мкг/кг массы тела.

В естественных условиях афлатоксины загрязняют арахис, кукурузу, некоторые зерновые, бобы какао, семена масличных культур, продукты их переработки. Афлатоксины могут также накапливаться в зернах какао, кофе и ряде других пищевых продуктов, в кормах сельскохозяйственных животных. Загрязнение афлатоксинами является серьезной проблемой для сельскохозяйственной продукции растительного происхождения из стран и регионов с субтропическим климатом. Оптимальные условия для образования афлатоксинов могут также возникать при неправильном хранении сельскохозяйственной продукции, например, при самосогревании зерна. В естественных условиях встречаются 4 афлатоксина: афлатоксины В₁ и В₂ и афлатоксины G₁ и G₂. Среди них высокими токсическими свойствами и наиболее широкой распространенностью выделяется афлатоксин В₁. С молоком коров, потребляющих корма, загрязненные афлатоксинами В₁ и В₂, может выделяться до 3% потребленных афлатоксинов в виде соответствующих гидроксилированных метаболитов – афлатоксинов М₁ и М₂. Причем афлатоксин М₁ обнаружен как в цельном, так и в сухом молоке, и даже в молочных продуктах, подвергшихся технологической обработке (пастеризация, стерилизация, приготовление йогутров, творога, сыров).

Ввиду высокой токсичности и канцерогенности афлатоксинов и обнаружения их в значительных количествах в основных продуктах питания, в настоящее время применяют комплекс мероприятий по детоксикации загрязненных продуктов. Различают механические, физические и химические методы детоксикации. Механические методы связаны с отделением загрязненного материала вручную или с помощью электронно-колориметрических сортировщиков. Физические методы основаны на достаточно жесткой термической обработке материала или связаны с ультрафиолетовым облучением и озонированием. Химический метод предполагает обработку материала сильными окислителями. Каждый из указанных методов имеет свои существенные недостатки: применение механических и физических методов не дает высокого эффекта, а химические методы приводят к разрушению не только афлатоксинов, но и полезных нутриентов и, кроме того, нарушают всасывание. Так, химическая детоксикация кормов аммиаком при повышенном давлении и температуре (США, Франция) или пероксидом водорода (Индия) позволяет снизить содержание афлатоксинов до безопасного уровня. При этом, однако, теряется часть питательной ценности корма. Перспективна биологическая детоксикация афлатоксинов и других микотоксинов некоторыми видами микроорганизмов.

Методы анализа. Афлатоксины встречаются в продуктах различной природы (орехи, зерновые, какао, чай, мясо). Каждый из продуктов имеет свои особенности по составу, поэтому для определения афлатоксинов используется в каждом случае свои методы пробоподготовки, кроме того, отбор проб представляет достаточно трудную задачу из-за неравномерного распространения афлатоксинов в загрязненных продуктах.

Для обнаружения афлатоксинов разрабатываются различные химические и биологические методы. Биологические методы – длительные и характеризуются низким пределом обнаружения. Химические – не всегда специфичны, но более точны и экспрессны. Обычно присутствие токсинов подтверждается образованием их производных, а токсичность определяется биопробой.

Биологичесие методы. 1) Используют однодневных утят. Измеряют степень изменения желчных протоков при кормлении их продуктами, содержащими афлатоксины. 2) Биопроба на куриных эмбрионах. Вводят афлатоксины и регистрируют смертность.

Химические методы. Основные этапы:

- экстракция (метанол или хлороформ),

- удаление липидов,

- очистка,

- разделение,

- количественное определение.

В зависимости от продукта методы могут быть упрощены.

Афлатоксины экстрагируют хлороформом, образец очищают на колонке, заполненной силикагелем, с использованием сульфата натрия. Обнаружение и количественнаяя оценка обеспечиваются методами 2-мерной ТСХ и денситометрической регистрации по флуоресценции или ВЭЖХ. Афлатоксины в растворе разрушаются под действием света, поэтому весь анализ проводят в темноте.

Определение методом ТСХ. Метод основан на экстракции афлатоксинов из исследуемой пробы водно-ацетоновой смесью или хлороформом, очистке экстракта колоночной хроматографией, концентрировании и двумерном хроматографировании в тонком слое силикагеля с флуоресцентным проявлением пятен при облучении УФ-светом. Предел обнаружения афлатоксинов В и G – 2–5·10^–3 мг/кг, М₁ – 5·10^–4 мг/кг. Такая методика используется в настоящее время в РБ для контроля за содержанием афлатоксинов. Методика трудоемкая и недостаточно точная.

В настоящее время определение афлатоксинов проводят сочетая жидкость-жидкостную экстракцию с распределительной хроматографией. Проба экстрагируется водой, вода – хлороформом, липиды и афлатоксины переносятся на колонку с силикагелем, где липиды избирательно элюируются гексаном, а пигменты и другие мешающие вещества вымываются абсолютным диэтиловым эфиром. На конечном этапе афлатоксины элюируются из колонки 3% расвором метанола в хлороформе. Этот метод называется метод СВ (Contamination Branch). Метод трудоемок и его упрощают. Используют жидкость-жидкостное распределение, а не колонку с силикагелем, и центрифугирование вместо фильтрации. Этот модифицированный метод называется методом на «высококачественные продукты» (BF, Best Food)

Проба экстрагируется и обезжиривается двухфазной водной метанол-гексановой системой, после чего афлатоксины отделяются от водной фазы в хлороформ, а липиды и пигменты остаются в гексане и водном метаноле.

Афлатоксины концентрируют выпариванием хлороформа и отделяют методом ТСХ. Определяют по интенсивности флуоресценции. Количественное определение и идентификация возможны, если есть чистые стандарты.

Воспроизводимость метода BF снижается при низких концентрациях.

Метод ТСХ дает хорошие результаты только при использовании флюоресцентного денситометра, потому что он количественно оценивает содержание веществ на пластинке. При использовании УФ облучения пластинок и тестов с различными реактивами нельзя гарантировать высокую точность определения, т.к. многие вещества дают свечение в этой области. Эта методика может служить качественной оценкой присутствия афлатоксинов. Недостатками ее являются большие объемы растворителей, длительная процедура подготовки, многоэтапность, что может привести к потерям афлатоксинов.

Развитие методов хроматографии привело к созданию ВЭЖХ, которая практически полностью вытеснила тонкослойную хроматографию. В ВЭЖХ для определения афлатоксинов используют несколько типов детекторов: диодно-матричный и флюоресцентный. При использованиии диодно-матричного детектора можно с высокой точностью проводить определение афлатоксина В₁, так как идентификация осуществляется по времени удерживания и по спектру вещества. Но для определения афлатоксинов с этим детектором необходима тщательная очистка пробы от пигментов и жироподобных веществ, поглощающих УФ в области при 365 нм. Провести качественную очистку реальных проб без потерь самого афлатоксина – очень сложная задача. Афлатоксины в растворах крайне чувствительны к свету. Обычный анализ должен выполняться в темной комнате. При длительной пробоподготовке отмечаются дополнительные потери. Поэтому для количественного определения чаще используют флюоресцентный детектор. К преимуществам флюоресцентного детектора можно отнести избирательность, высокую чувствительность. Определение афлатоксина В₁ проводится только по времени удерживания, многие примеси на этом детекторе не дают сигнала. По величине отклика на афлатоксин В₁ диодно-матричный детектор превосходит флюоресцентный. В отношении афлатоксинов М₁, G₁, B₂ флюоресцентный детектор превосходит диодную матрицу.

В литературе описан ряд методик определения афлатоксинов, отличающихся в плане экстракции и очистки афлатоксинов, а именно применяемых для этих целей растворителей. Любая методика включает следующие стадии:

-измельчение пробы и экстракция афлатоксина;

-очистка экстракта и приотовление концентрированной пробы;

-количественное определение афлатоксина.

Считают, что для наиболее надежного определения афлатоксина В₁ в зерне, шпротах, жмыхах, комбикормах, подготовку пробы следует проводить следующим образом:

-экстракция пробы ацетоном,

-фильтрация экстракта и упаривание досуха на роторном испарителе,

-растворение остатка в метаноле и разбавление водой,

-3–4-х кратное обезжиривание гексаном,

-экстракция афлатоксина из водно-метанольной смеси хлороформом,

-упаривание хлороформа на роторном испарителе или в токе инертного газа до объема 0,5–1 мл,

-очистка экстракта от пигментов на колонке с силикагелем.

При анализе проб риса и пшеничной муки не проводят очистку экстракта на колонке, т.к. эти продукты содержат мало пигментов. При анализе продуктов с высоким содержанием жира (арахис, горчица и др.) увеличивают объемы применяемых для экстракции растворителей.

Описанная методика позволяет выполнять определение в течение 2–2,5 часов и определять следовые количества афлатоксина В₁.

При определении афлатоксинов эффективнее использование метода ВЭЖХ, позволяющего повысить чувствительность и точность.

Охратоксины. Охратоксины вырабатываются некоторыми видами грибов Aspergillus и Penicillium. Основными продуцентами являются A.ochraceus и P.viridicatum. Эти грибы встречаются повсеместно. Aspergillus вырабатывает охратоксины при повышенной температуре и влажности, а Penicillium уже при 5ºС. Охратоксины – соединения высокой токсичности, с ярко выраженным тератогенным эффектом.

Охратоксины А,В, и С представляют собой группу близких по структуре соединений, являющихся изокумаринами, связанными с L-фенилаланином пептидной связью. В зависимости от природы радикалов образуются охратоксины различных типов (табл. 2.3.).

Охратоксин А – бесцветное кристаллическое вещество, слабо растворимое в воде, умеренно растворимое в полярных органических растворителях (метанол, хлороформ), а также в водном растворе карбоната натрия. В химически чистом виде он нестабилен и очень чувствителен к воздействию света и воздуха, однако в растворе этанола может сохраняться без изменений в течение длительного времени. В УФ свете обладает зеленой флуоресценцией.

Охратоксин В – кристаллическое вещество, аналог охратоксина А, не содержащий атом хлора. Он примерно в 50 раз менее токсичен, чем охратоксин А. В УФ-свете обладает голубой флуоресценцией.

Охратоксин С – аморфное вещество, этиловый эфир охратоксина А, близок к нему по токсичности, но в качестве природного загрязнителя пищевых продуктов и кормов не обнаружен. В У-свете обладает бледно-зеленой флуоресценцией.

Охратоксины принадлежат к токсичным микотоксинам, обладают высокой токсичностью для печени, почек, тератогенными и иммунодепрессивными свойствами, выраженным гемолитическим эффектом. Из охратоксинов наиболее токсичен охратоксин А (ЛД₅₀ = 3,4 мг/кг, (однодневные цыплята, перорально)). Он более токсичен, чем афлатоксины. Другие микотоксины этой группы на порядок менее токсичны.

Биохимические, молекулярные, клеточные механизмы действия охратоксинов изучены недостаточно. Известно, что охратоксин А подавляет синтез протеина и метаболизм углеводов, в частности гликоногеноз, путем ингибирования активности фенилаланин – т-РНК – специфического фермента, играющего ключевую роль в начальной стадии синтеза протеина.

Охратоксин А обнаружен в кукурузе, ячмене, пшенице, овсе, ячмене. Важен и опасен тот факт, что при высоком загрязнении кормового зерна и комбикормов охратоксин А обнаруживается в животноводческой продукции (ветчина, бекон, колбасы). Охратоксин В встречается редко. Охратоксины также поражают все плоды садово-огородных культур. Особенно сильно поражаются яблоки: до 50% урожая может загрязняться микотоксинами.

Следует отметить, что охратоксины являются стабильными соединениями. Так, например, при длительном прогревании пшеницы, загрязненной охратоксином А, его содержание снижалось лишь на 32% (при температуре 250–300ºС). Таким образом, распространненость в продуктах питания, токсичность и устойчивость охратоксинов создают реальную опасность для здоровья человека.

Методы анализа. Охратоксин А содержится в окисленных продуктах. Он легко растворяется во многих органических растворителях, что используется для экстракции. Наиболее часто используется экстракция хлороформом и водным раствором фосфорной кислоты с последующей очисткой на колонке и количественное определение с использованием метода ТСХ.

Разработан также метод ВЭЖХ. Перед ВЭЖХ анализом образец готовят следующим образом. Измельченный образец обрабатывают смесью 2 М соляной кислоты и 0,4 М раствора хлорида магния. После гомогенизации экстрагируют толуолом в течение 60 мин. Смесь центрифугируют. Центрифугат пропускают через колонку с силикагелем и промывают смесью толуола с ацетоном (подвижная фаза). Охратоксин А элюируется смесью толуола с уксусной кислотой (9:1) и высушивается при 40°С. Остаток растворяют и фильтруют. Анализ проводят с использованием ВЭЖХ.

Кроме того, разработан ряд биопроб на креветках, бактериях, но полученные результаты не позволили использовать эти методы для определения охратоксинов.

Трихотецены. Трихотеценовые микотоксины (ТТМТ) продуцируются грибами Fusarium spo-rotrichiella, Fusarium solani, Fusarium graminearum и др. Эти микроскопические грибы являются возбудителями так называемых гнилей корней, стеблей, листьев, семян, плодов, клубней и сеянцев сельскохозяйственных культур. Таким образом, поражаются корма и пищевые продукты, и как следствие наблюдается возниковение алиментарных токсикозов у животных и человека. Известно более 80 трихотеценовых микотоксинов и вторичных метаболитов.

По своей структуре ТТМТ относятся с сесквитерпенам. Они содержат основное ядро из трех колец, названное трихотеканом. В зависимости от структуры трихотеценового ядра эти микотоксины подразделяются на 4 группы: А, В, С и D. Структура различных типов трихотеценовых микотоксинов очень сложна (табл. 2.3.). Представители группы А – токсин Т-2 и диацетокси-скирпенол, группы В – дезоксиниваленол и ниваленол, группы С – роридин А, группы D – кротоцин. ЛД₅₀ для этих микотоксинов (мыши, перорально) варьирует от 6,7 мг/кг (токсин Т-2) до 46 мг/кг (дезоксиниваленол).

В качестве природных загрязнителей пищевых продуктов и кормов к настоящему времени выявлены только четыре: Т-2 токсин и диацетоксискирпенол, относящиеся к типу А, а также ниваленол и дезоксиниваленол, относящиеся к типу В.

ТТМТ – это бесцветные кристаллические, химически стабильные соединения, плохо растворимые в воде. ТТМТ типа А растворимы в умеренно полярных растворителях (ацетон, хлороформ), типа В – в более полярных растворителях (этанол, метанол и др.). Эти токсины, за исключением некоторых, не обладают флюоресценцией. В связи с этим, для их обнаружения, после разделения методом ТСХ, используют различные способы (например, нагревание до 100–150ºС после обработки спиртовым раствором серной кислоты) с целью получения окрашенных или флуоресцирующих производных.

Трихотецены проявляют тератогенные, цитотоксические, иммунодепрессивные, дерматотоксические свойства, действуют на кроветворные органы, центральную нервную систему, вызывают лейкопению, геморрагический синдром, ответственны за ряд пищевых микотоксикозов человека и животных. Токсические свойства обусловлены их участием в подавлении биосинтеза белка и нуклеиновых кислот. Токсическое действие трихотеценовых токсинов характеризуется поражением кроветворных и иммунокомпетентных органов, анемией, поражением функций желудочно-кишечного тракта.

Опасность, которую трихотеценовые микотоксины представляют для здоровья человека, связана с повсеместной распространенностью грибов-продуцентов, преимущественно поражающих зерно и зернопродукты, и их высокой токсичностью. Следует отметить, что часто в одном и том же продукте обнаруживают два или более микотоксинов.

Методика определения трихотеценов содержит следующие стадии:

-экстракция токсинов водным метанолом;

-очистка и концентрирование экстракта;

-хроматографирование в тонком слое силикагеля;

-проявление цветных пятен при обработке пластин растворами солей алюминия, хромотроповой или серной кислот и облучение УФ-светом.

Предел обнаружения – 0,05–0,1 мг/кг. Для определения трихотеценов в зерне и продуктах его переработки может быть использован микробиологический метод.

Зеараленон и его производные. Зеараленон и его производные также продуцируются микроскопическими грибами рода Fusarium. Основными продуцентами зеараленона являются Fusarium graminearum и Fusarium roseum.

По своей структуре зеараленон является лактоном резорциловой кислоты (табл. 2.3.).

Зеараленон – белое кристаллическое вещество, плохо растворимое в воде, но хорошо растворимое в этаноле, ацетоне, метаноле, бензоле. Имеет три максимума поглощения в ультрафиолете (236, 274 и 316 нм) и обладает сине-зеленой флуоресценцией (_em = 360 нм).

Зеараленон обладает выраженными гормоноподобными (эстрогенными) свойставми, что отличает его от других микотоксинов. Кроме того, в опытах на различных лабораторных животных было доказано тератогенное действие зеараленона, хотя он и не обладает острым (летальным) токсическим эффектом даже при введении его животным в очень больших дозах (для зеараленона ЛД₅₀ = 10 000 мг/кг (крысы, перорально)). Из-за наличия у зеараленона эстрогенных свойств, он нарушает у человека и животных функции воспроизводства. Потребление кормов с высоким содержанием зеараленона может приводить к накоплению в тканях сельскохозяйственных животных и к экскретированию с молоком как зеараленона, так и его метаболитов, отрицательное действие которых на здоровье человека выше, чем у исходного микотоксина. В этой связи содержание зеараленона в зерновых на уровне, превышающем 1000 мк/кг, следует рассматривать как потенциально опасное для здоровья населения.

В естественных условиях зеараленон чаще всего и в высоких концентрациях обнаруживается в кукурузе, пораженной гнилью початков. Высока также частота обнаружения зеараленона в пшенице, ячмене, овсе и других зерновых продуктах. Поражение сельскохозяйственных культур микроскопическими грибами рода Fusarium – продуцента зеараленона – происходит как в поле, на корню, так и при хранении. Среди пищевых продуктов этот токсин был обнаружен в кукурузной муке, хлопьях и кукурузном пиве.

Тепловая обработка в нейтральной или кислой среде не разрушает зеараленон, но в щелочной среде при 100ºС за 60 минут разрушается около 50% токсина. К разрушению зеараленона приводит и обработка загрязненной кукурузы 0,03% раствором персульфата аммония или 0,01% раствором пероксида водорода.

Метаболиты, продуцируемые различными видами Fusarium, определяют методом ТСХ (измерение флуоресценции в УФ-свете), ГЖХ или ГЖХ с масс-спектроскопией. Подготовка образца ведется практически также как и в случае охратоксинов. Предел обнаружения используемых методов до 1,5 мк/кг, а ПДК составляет 5мкг/кг.

Патулин. Впервые выделен в 1943 г. как антибиотик. Основными продуцентами патулина являются микроскопические грибы Penicillium expansum и Penecilliumpatulum. Максимальное токсинообразование отмечается при температуре 21–30ºС.

По своей химической структуре патулин представляет 4-гидроксифуропиран (табл. 2.3.). Он имеет максимум поглощения в УФ-области при 276 нм.

Биологическое действие патулина проявляется как в виде острых токсикозов, так и в виде ярко выраженных канцерогенных и мутагенных эффектов. (ЛД₅₀ =17–36 мг/кг (мыши, перорально)). Патулин ингибирует синтез белка, ДНК, РНК, ферменты, содержащие в активном центре группы SH.

Продуценты патулина поражают в основном фрукты и некоторые овощи, вызывая их гинение. Патулин обнаружен в яблоках, грушах, абрикосах, персиках, винограде, бананах, клубнике, голубике, бруснике, облепихе, томатах. Наиболее часто патулином поражаются яблоки, где содержание токсина может доходить до 17,5 мг/кг. Интересно, что патулин концентрируется в подгнившей части яблока, в отличие от томатов, где он равномерно распределяется по всей ткани.

Патулин в высоких концентрациях обнаруживается и в продуктах переработки фруктов и овощей: соках, варенье, пюре, джемах, томатной пасте. В яблочном соке патулин обнаруживается наиболее часто и концентрация его колеблется от 0,02 до 0,4 мг/л. Следует отметить, что цитрусовые и некоторые овощные культуры, такие как картофель, лук, редис, редька, баклажаны, цветная капуста, тыква и хрен обладают естественной устойчивостью к заражению грибами продуцентами.

Для определения микотоксинов в пробе его извлекают органическим растворителем, осуществляют предварительную очистку, переводят (в случае необходимости) в летучее, флуоресцирующее или окрашенное соединение. На конечном этапе используют различные виды хроматографии, для некоторых микотоксинов – радиоиммунные и иммуно-ферментные методы.

Методы определения микотоксинов. При рассмотрении различных групп микотоксинов уже упоминались возможные методы их определения. Обобщая информацию о современных методах обнаружения и определения содержания микотоксинов в продуктах питания и кормах, можно резюмировать, что в настоящее время используются скрининг-методы, количественные аналитические и биологические методы.

Скрининг-методы отличаются быстротой и удобны для проведения серийных анализов, позволяют быстро и надежно разделять загрязненные и незагрязненные образцы. К ним относятся такие широко распространенные методы, как миниколоночный метод определения афлатоксинов, охратоксина А и зеараленона; методы ТСХ для одновременного определения до 30 различных микотоксинов, флуоресцентный метод определения зерна, загрязненного афлатоксинами.

В качестве количественных аналитических методов определения микотоксинов используются химические, радиоиммунологические и иммуноферментные методы. Химические методы являются в настоящее время наиболее распространенными и включают стадии выделения и количественного определения микотоксинов. Стадия выделения включает экстракцию и очистку микотоксинов от соединений с близкими физико-химическими характеристиками. Окончательное разделение микотоксинов проводится с помощью различных методов хроматографии: ГХ, ГЖХ, ТСХ, ВЭЖХ и масс-спектрометрия. Количественная оценка содержания микотоксинов осуществляется либо путем сравнения интенсивности флуоресценции в УФ области образца и стандарта (ТСХ), либо по площадям (высотам) пиков (ВЭЖХ, ГЖХ), но и в этом случае обязательным условием является наличие стандартных образцов определяемых веществ.

Высокочувствительные и высокоспецифичные радиоиммуно-химические и иммуноферментные методы обнаружения, идентификации и количественного определения микотоксинов находят все более широкое применение. Эти методы основаны на получении антисывороток к конъюгатам микотоксинов с бычьим сывороточным альбумином. Основным преимуществом этих методов является их исключительная чувствительность.

Биологические методы обычно не отличаются высокой специфичностью и чувствительностью и применяются, в основном, в тех случаях, когда отсутствуют химические методы выявления микотоксинов или в дополнение к ним в качестве подтверждающих тестов. В качестве тест-объектов, как упоминалось выше, используют различные микроорганизмы, куриные эмбрионы, различных лабораторных животных, культуры клеток и тканей.

Действие микотоксинов на организм человека и возможности предупреждения микотоксикозов. Сельскохозяйственные продукты и корма, пораженные грибками, изменяют свой внешний вид, что помогает установить их недоброкачественность. Такие продукты и корма могут стать причиной тяжелых заболеваний людей и животных вследствие накопления в них микотоксинов. Особое внимание следует обращать на обнаружение микотоксинов в продуктах животного происхождения (мясо, молоко, молочные продукты, яйца), которые могут попасть в них вследствие скармливания сельскохозяственным животным и птице кормов, зараженных микотоксинами. Последние частично накапливаются в тканях и органах животных, у яйценесущих птиц – также в яйцах. Из организма лактирующих животных микотоксины, метаболизируясь, выделяются с молоком. Такие продукты представляют наибольшую опасность для здоровья человека, т.к. микотоксины могут присутствовать в них без видимого роста плесени. Микотоксины обладают канцерогенным, мутагенным действием, подавляют иммунитет организма, поражают почки, печень, нервную и кровеносную системы, желудочно-кишечный тракт, вызывают заболевания крови, септическую ангину, дерматиты, судороги, острые боли, состояние тяжелого опьянения, нарушают гормональное равновесие и функции воспроизводства.

Микотоксины устойчивы к действию физических и химических факторов. Поэтому разрушение их в пищевых продуктах представляет собой трудную задачу. Общепринятые способы технологической и кулинарной обработки лишь частично уменьшают содержание микотоксинов в продукте. Высокая температура (свыше 200 градусов), замораживание, высушивание, воздействие ионизирующего и ультрафиолетового излучения оказались также малоэффективными. Микотоксины почти не разрушаются при нагревании, поэтому нельзя использовать для приготовления пищи подпорченные продукты: крупы, муку, хлеб, макаронные изделия, овощи, фрукты, орехи и т.д.

Отравление может проявляться не сразу: понемногу накапливаясь в организме, микотоксины через десятилетия могут вызвать тяжелые заболевания, в том числе онкологические. Выявлено более 100 токсических соединений, вырабатываемых плесенью. Важно знать, что микотоксины находятся не только там, где плесень и гниль, но и во всем продукте. Нельзя использовать орехи, особенно очищенные, арахис, если они имеют истекший срок хранения, имеют запах плесени или заплесневели. Следует избегать употребления любых заплесневевших продуктов, в том числе заплесневевшего творога и колбасы. Вредно использовать заплесневевший хлеб: обрезание корок ничего не дает - токсинами заражен весь батон. Не следует есть или использовать для приготовления пищи (варенья, компотов) наполовину испорченные фрукты, особенно яблоки: здоровая на вид часть плода может быть сильно заражена микотоксином. То же относится и к другим овощам и фруктам – если свекла, морковь или кабачок наполовину загнили, то их нельзя использовать в пищу. Если плоды испорчены незначительно, то их следует сильно обрезать, а не просто вычистить подгнившее, заплесневевшее место. Летом, во время затянувшихся дождей, в саду быстро портятся и плесневеют ягоды малины и ежевики, особенно перезрелые. Даже частично подплесневевшие или размягченные ягоды нельзя использовать в пищу или для варки компотов или варенья – микотоксины находятся не только там, где плесень и гниль, а во всей ягоде. Отсутствие микотоксинов в пищевых продуктах является одним из показателей их безопасности.

Классифицируются микотоксикозы по преимущественному поражению тех или иных органов или систем. Так, к нейротоксикозам относят эрготизм (Claviceps purpurea), микотоксикозы, сопровождающиеся тремором (Aspergillus fumigatus и др.), сердечную форму бери-бери связывают с действием цитреовиридина (Penicillium citrеo-viride). Гепатоксикозы включают преимущественно довольно редкие случаи острых афлатоксикозов (Asp.flavus, Asp.parasiticus), синдром Рейя, циррозы печени, которые, как считают, вызываются циклохлоротином (P.islandicum). К нефротоксикозам относят Балканскую нефропатию, в этиологии которой прослеживается связь с охратоксином А (Asp.ochraceus). К токсикозам с преимущественным поражением желудочно-кишечного тракта и кроветворных органов относят алиментарную токсическую алейкию (АТА), причинным агентом которой являются главным образом токсины Fusarium sporotrichiella. Самостоятельный тип составляют дерматоксикозы и респираторные микотоксикозы (Stachybotrys chartarum, Dendrodochium toxicum, Myrothecium verrucaria и др.). Предполагают, что зеараленон (F-2 токсин), обладающий эстрогенным эффектом, может быть причиной наблюдавшихся случаев раннего полового созревания и изменения вторичных половых признаков (F.graminearum).

Некоторые формы рака (первичный рак печени, легких, пищевода) также могут быть связаны с наличием микотоксинов в пищевых продуктах.

Существующие классификации микотоксинов основаны преимущественно на их химической природе. Среди микотоксинов встречаются не только вещества белковой природы, а и глюкозиды, стероиды, поликетиды, сесквитерпеноиды, различные гетероциклы, полисахариды, органические кислоты, макролидные структуры и т. п. Многообразие химических структур микотоксинов затрудняет оценку путей их биогенеза. Однако при более детальном рассмотрении оказывается, что они синтезируются из довольно ограниченного числа продуктов основного метаболизма, таких как ацетат, мевалонат, некоторые аминокислоты путем конденсации, окисления, восстановления, алкилирования, циклизации. В настоящее время хорошо изучено 5 основных путей биосинтеза микотоксинов:

-поликетидный, характерный для афлатоксинов, стеригматоцистина, патулина и др.;

-терпеноидный, характерный для обширной группы трихотеценовых микотоксинов;

-через цикл трикарбоновых кислот, характерный для рубратоксинов;

-аминокислотный, характерный для эргоалкалоидов, споридесмина и др.

-смешанный путь, характерный для производных циклопиазоновой кислоты. Характерной особенностью продуцентов микотоксинов является их способность синтезировать семейства микотоксинов. Эта особенность хотя и не является для них уникальной, поскольку широко распространена среди микроорганизмов, образующих антибиотики, до настоящего времени не нашла убедительного объяснения. Образование семейств микотоксинов, незначительно различающихся по строению и физико-химическим свойствам, определяет исключительную сложность выделения многих их них.

Для здоровья человека один из наиболее опасных токсинов – афлатоксин. Потребление пищевых продуктов, содержащих 1,7 мг/кг афлатоксина, за короткий период времени может привести к необратимым повреждениям в печени, а 75 мг/кг – к смерти.

Пораженная афлатоксином пища ассоциируется с синдромом Рейа или оспой, которая поражает детей. Симптомы: рвота, конвульсии и кома. Смертность может достигать 80%. Некоторые исследователи связывают гепатит B с афлатоксином, предположительно изменяющим генетическую структуру ДНК, в результате чего вирус гепатита поражает клетку.

Болезнь Кашин-Бека и алиментарная токсическая алеукия – прямое следствие потребления пищи, содержащей фузариотоксины. Первая была впервые описана в восточной части России более 150 лет назад. Причина этой болезни – грибки, растущие на пшенице. Симптомы включают хрупкость костей и двухсторонний деформирующий остеоартроз.

Основные источники опасных для человека микотоксинов – зерновые культуры (кукуруза, пшеница, рис), арахис и другие культуры. Однако микотоксины могут также переходить в продукты животного происхождения.

Для предупреждения контаминации пищевых продуктов микотоксинами необходимо соблюдать правила агротехники. Важным является возделывание устойчивых и аклиматизированных сортов, обработка семян и посевов фунгицидами, севооборот, своевременная уборка зерна и семян при полном созревании, немедленная сушка зерна до степени, безопасной для хранения, и дальнейшее поддержание этой влажности. В случае невозможности быстрого просушивания зерна рекомендуется охлаждение его с помощью активного вентилирования в кратчайшие сроки, удаление из массы недозрелых, дробленных семян, сорняков. Важное значение имеет постоянный контроль влажности и температуры при хранении, широкое использование инсектицидов для подготовки помещений, предупреждения загрязнения насекомыми и борьба с ними при хранении. Хранение продуктов рекомендуется в сухом, охлажденном состоянии без доступа воздуха.