Mikrobiologiske bekæmpelsesmidler og toksiske metabolitter

4. Naturligt forekommende mikroorganismers toksinproduktion i planteprodukter

4.1 Naturlig forekomst af toksiske metabolitter i planteprodukter
4.2 Økologiske parametres betydning for mikroorganismers aktivitet og toksinproduktion
4.3 Sekundære toksiske metabolitter i jord
4.3.1 Forekomst og nedbrydning
4.3.2 Planteabsorption
4.4 Toksiske sekundære metabolitter i sporer
4.5 Opsummering

Mange af de mikroorganismer der findes naturligt på planter i vækstperioden, på efterhøstprodukter under transport og lagring og i jorden er kendt for at kunne producere toksiske metabolitter, der kan detekteres i planteprodukter. Det gælder især arter indenfor svampeslægterne Aspergillus, Penicillium, Fusarium og Alternaria, der potentielt kan producere en lang række mykotoksiner (Betina, 1989 & 1994; Frisvad & Samson, 1991, Smith et al., 1994). Indenfor disse slægter findes der både patogene og saprofytiske arter, der er stærk involveret i ødelæggelse og nedbrydning af afgrøder i marken og under transport og lagring.

Betina (1994) har opstillet tre overordnede betingelser der influerer på produktionen af toksiner i naturlige habitater:

1. Den mikroorganisme der producerer det /de pågældende metabolitter, skal være fysisk tilstede.
    
2. Der skal være et passende substrat, der kan understøtte organismens vækst.
    
3. Miljøbetingelser der er passende for organismens produktion af sekundære metabolitter.

Selv om en organisme, der er kendt for at kunne producere sekundære metabolitter, detekteres i eller på et produkt, kan der udelukkende drages definitive konklusioner om forekomsten af metabolitter, såfremt disse isoleres og identificeres. Det skyldes først og fremmest:

1. at tilstedeværelse af organismen selv ikke er et bevis for produktion af metabolitter,
2. at metabolitter kan persistere i foder og fødevare efter at den producerende organisme ikke længere er tilstede;
3. at en given organisme kan være i stand til at producere mere end en metabolit.
4. at en given metabolit ofte kan produceres af mere end en art eller slægt af mikroorganismer.

4.1 Naturlig forekomst af toksiske metabolitter i planteprodukter.

Penicillium

Arter indenfor slægten Penicillium forekommer hyppigt i fyllosfæren og på høstede produkter (tabel 2.4 og 2.5). Det er estimeret at 70-80% af Penicillinerne potentielt er stand til at producerer mykotoksiner (Pohland & Wood, 1987). Vigtige naturlig forekommende Penicillium toxiner i planterprodukter er citrinin, penicillic acid og ochratoxin A, der primært forekommer i korn samt patulin, der primært er detekteret i frugt og grønsager (tabel 4.1 og 4.2). Ifølge Smith et al., (1994) er æblejuice ofte kontamineret med patulin, men niveauet er generelt meget lavt i størrelsesordenen <100 ppb.

Aspergillus

Arter indenfor slægten Aspergillus kan ofte detekteres i fyllosfæren, og forekommer hyppigt på især lagret korn, men også på høstprodukter af frugt og grønsager (Bulgarelli & Brackett, 1991), se endvidere tabel 2.4 og 2.5. De vigtigste toksiner produceret af Aspergillus spp. er aflatoksinerne B₁, B₂, G₁, G₂, der formodentlig er de mest dokumenterede mykotoksiner på verdensplan i fødevarer. De højsete koncentrationer af toksinerne er fundet i visse typer af nødder og frø (Smith et al., 1994). Ochratoxin A produceres af Aspergillus spp. er også detekteret i planteprodukter (Tabel 4.1). I Danmark er der fastsat maksimalgrænseværdier for indhold visse mykotoksiner i levnedsmidler: for aflatoxin B₁, (2 µg/kg), for summen af aflatoksinerne B₁, B₂, G₁, G₂ (4µg/kg) og for ochratoksin A (5µg/kg korn eller kornprodukt)

Fusarium

Arter indenfor slægten Fusarium kan detekteres i fyllosfæren, på korn og grønsagsprodukter. Mange af Fusarierne optræder som patogener.

Fusarium spp. kan potentielt producere en lang række trichothecene mykotoksiner. Indenfor trichothecenerne kan toxiner som DON (Tabel 4.2), T-2 og DAS detekteres i planteprodukter (Smith et al., 1994).

Alternaria

Næst efter Cladosporium er sporer af Alternaria spp (A. Alternata, A. tenius) blandt de mest almindeligt forekommende luftbårne sporer over det meste af verden (Lacey, 1989). Alternaria er derfor også almindeligt forekommende på de fleste planteafgrøder i fyllosfæren og på frugter, bær og korn ved høst (se tabel 2.4 og 2.5). Alternaria spp. kan producere adskillige mycotoxiner så som tenuazonic acid (TA), alternariol (AOH), alternariol methylether (AME), der er detekteret i en lang række fødevarer inficeret med Alternaria spp. (Pohland & Wood, 1987; Lacey, 1989; Visconti & Sibilia, 1994) (se tabel 4.1).

Tabel 4.1. Eksempler på naturlig forekomst af toxiner i frugt og grønsager (Mod. efter Pohland & Wood, 1987; Speijers & Egmond, 1993).

Table 4.1. Examples of natural occurrence of mycotoxins in fruits and vegetables.

Tabel 4.2. Naturlig forekomst af mycotoksinerne ochratoxin A og DON i cerealier (Modificeret efter Pohland & Wood; Speijers & Egmond, 1993)

Table 4.2. Natural occurrence of the mycotoxins ochratoxin A and DON in cereals.

I en rapport udarbejdet for EU-kommisionen "Mycotoxins in Human Nutrition and Health" (Smith et al., 1994) konkluderes det blandt andet, at 20% af kornafgrøderne produceret i EU har et måleligt indhold af myktoksiner.

4.2 Økologiske parametres betydning for mikroorganismers aktivitet og toksinproduktion.

Mykotoksiner kan produceres på planter i vækst og derved kontaminerer høstprodukter eller produktionen kan ske under transport og lagring af de høstede produkter. Såvel vækst af svampene som produktion af mykotoksiner er stærkt afhængig af miljøfaktorer, men de betingelser der understøtter toksinproduktionen er oftest mere specifikke end betinglserne for vækst generelt (Frisvad og Samson; 1991)

Mykotoksinproduktion under markforhold.

De mikroorganismer der i stand til at producere mykotoksiner i afgrøder på marken findes primært indenfor slægterne Aspergillus og Fusarium. Indenfor Fusarium drejer det sig under danske forhold primært om de patogene arter F. graminearum og F. culmorum, der kan inficere aks og kerner og producere mykotoksiner under særlige klimatiske betingelser.

Mykotoksinproduktion under lagring

Såfremt en mikroorganisme der potentielt er toksinproducerende er tilstede på et lagret produkt, er der en lang række økologiske parametre der influerer på vækst og toksindannelsen. Vigtige faktorer er produktets kemiske sammensætning og fysiologiske tilstand, vandaktivitet, temperatur, pH, mekanisk beskadigelse, beskadigelse som følge af insekters aktivitet, O₂ og CO₂ niveau og interaktioner mellem mikroorganismer (Ominski et al., 1994; Betina, 1994).

Temperatur og vandaktivitet

Generelt set er især vandindhold og temperaturforhold under lagring kritiske faktorer, der er stærkt bestemmende (begrænsende) for en specifik svamps vækst og produktion af sekundære metabolitter (Betina, 1994). Som det fremgår af tabel 4.3 er den nedre temperaturgrænse for vækst og dermed potentiel mulighed for mycotoksinproduktion meget varierende fra art til art. P. digitatum kan kun vokse i intervallet 6° til 37°, mens P. expansum er i stand til at vokse ved temperaturer helt ned til -6°C. Også med hensyn til vandaktivitet er der stor variation mellem slægter og arter. Generelt er a_w minimums grænsen for vækst lavere end a_w værdien for toksin produktion. Eksempelvis kan P. expansum vokse ved vandaktivitet ned til 0.82-0.85, mens produktion af mycotoksinet patulin kræver en vandaktivitet på minimum 0.99 (Frisvad & Samson, 1991).

Tabel 4.3. Eksempler på svampe der kan producere mycotoksiner på foder og fødevarer. Temperaturområde og optimum for aktivitet samt laveste a_w for henholdsvis svampevækst og toksinproduktion er angivet.

Table 4.3. Fungi able to produce mycotoxins on foods and feeds. Temperature range and optimum for activity plus minimal a_w for growth and toxin production is shown

Se her

Kontaminering af planteprodukter med mykotoksiner som følge af svampeaktivitet, kan i mange tilfælde undgåes eller minimeres såfremt, produkterne høstes på det optimale tidspunkt, håndteres korrekt og skånsomt, og lagres under fysiske forhold, der så vidt mulig hindre vækst af mikroorganismer. Væsentlige betingelser for god lagning af udvalgte planteprodukter er beskrevet i afsnit 2.3.

4.3 Sekundære toksiske metabolitter i jord

4.3.1 Forekomst og nedbrydning

Forekomst af organismer

Mange af de antibiotika- og mykotoksinproducerende svampe og bakterier som Aspergillus, Penicillium, Fusarium og Streptomyces er naturligt forekommende i jordøkosystemer (Domsch et al., 1980). I tabel 5.4 er der vist eksempler på naturlig forekomst af potentielt mykotoksinproducerende svampearter og slægter i landbrugsjorde.

Produktion af toksiner

Nielsen (1995) udarbejdede en rapport på baggrund af en gennemgang af litteraturen og fandt at der er meget få informationer omkring produktion af sekundære metabolitter som antibiotika og mykotoksiner i jord. Kun i en enkelte undersøgelse fra 1969 blev der detekteret patulin i en hvededyrket jord. Den højeste produktion var koncentreret omkring organisk materiale i jorden. Nielsen (1995) konkluderede på linie med Williams & Vickers (1986), at mykotoksiner sandsynligvis forekommer naturligt i jord, i kortvarige perioder, i områder lokaliseret omkring organisk materiale.

Detektion

De få eksisterende informationer omkring forekomst af mykotoksiner i jord kan dels henføres til tekniske vanskeligheder ved isolering af metabolitterne, og dels at sekundære metabolitter vil være uensartet

fordelt i jorden og oftest koncentreret omkring næringkilder i form planterester og rødder.

Tabel 4.4. Naturlig forekomst af mykotoksinproducerende svampeslægter og arter i landbrugsjorde

Table 4.4 Natural occurrence of mycotoxin producing fungi in soils.

Se her

Nedbrydning og adsorbtion

En hurtigt nedbrydning enten kemisk eller mikrobiologisk af mykotoksiner i jord samt adsorbering af især basiske toksiner til jordpartikler regnes for at være stærkt medvirkende til, at det generelt er vanskeligt at påvise metabolitproduktion i jorden (Gottlieb, 1976; Williams & Vickers, 1986; Nielsen, 1995).

4.3.2 Planteabsorption

Planteabsorption

Såfremt planter dyrkes i jord og voksemedier, der er kontamineret med sekundære metabolitter, er der en potentiel mulighed for at planterne kan optage sådanne stoffer.

Mertz et al, (1981) kunne detektere aflatoksin B₁ (AFB₁) i kimrødder og blade af salat 7 til 10 døgn efter udplantning af forspirede frø i henholdsvis steril og usteril jord tilført aflatoxin AFB₁ (125µg/1.5 g jord). Den mængde AFB₁ som salatkimplanter i usteril jord absorberede svarede kun til 0.2-0.8% af den mængde der var tilsat jorden, men undersøgelsen demonstrere dog, at en sekundær metabolit i jord kan absorbers af planter.

4.4 Toksiske sekundære metabolitter i sporer

En række undersøgelser har vist, at sporer fra mange almindeligt forekommende svampearter kan indeholder toksiske sekundære metabolitter (Tabel 4.5). Disse toksiner kan formodentlig medføre en direkte sundhedskadelig toksisk effekt ved inhalering af større mængder sporer. Desuden er toksiner i sporer muligvis også involveret i udvikling af human allergier (Smith et al., 1994).

Tabel 4.5. Toksiske sekundære metabolitter detekteret i svampesporer.

Table 4.5. Toxic secondary metabolites in fungal spores

Se her

4.5 Opsummering

Indefor svampeslægterne Aspergillus, Penicillium Fusarium og Alternaria findes der både patogene og saprofytiske arter, der er stærk involveret i ødelæggelse og nedbrydning af afgrøder i marken og under transport og lagring. Mange af disse arter er også i stand til at producere mykotoksiner og disse detekteres hyppigt i visse planteprodukter til konsum, så som cerealier.

Mykotoksiner kan produceres på planter i vækst og derved kontaminere høstprodukter, eller produktionen kan ske under transport og lagring af de høstede produkter. Såvel vækst af svampene som produktion af mykotoksiner er stærkt afhængig af miljøfaktorer (substrat, vandaktivitet, temperatur, mikrobiel interaktion etc.. De betingelser der understøtter toksinproduktionen er oftest mere specifikke og begrænsede end betinglserne for vækst.

Risikoen for produktion af mykotoksiner på høstprodukter øges, hvis produkterne lagres under ugunstige forhold, det vil blandt andet sige forhold der accelererer produkternes naturlige nedbrydning og senescens (specielt frugt og grønsager) eller med et vandindhold, der er for højt (primært cerealier). Under sådanne betingelser vil mykotoksinproducerende patogener og svækkelsesparasitter have gode muligheder for vækst og potentiel mykotoksinproduktion.