Estrategias para la detección y control del deoxinivalenol y las fumonisinas en cereales y derivados

Abstract

Les micotoxines són metabòlits secundaris produïts per fongs que no només són perjudicials per a la salut humana i animal, sinó que també causen important pèrdues econòmiques. El deoxinivalenol (DON) i les fumonisines B1 i B2 (FB1 i FB2) són micotoxines que es troben amb freqüència en alguns dels cereals més consumits a nivell mundial, com ara el blat o el panís. Controlar aquestes micotoxines al llarg de la cadena alimentària és un repte tant per als agricultors com per a la indústria alimentària. En aquest treball s’estudien diferents estratègies per a poder controlar el DON, la FB1 i la FB2 en blat o en panís. En primer lloc, es va avaluar la influència de tres factors agronòmics diferents (la diversificació de cultiu, el sistema de conreu i la freqüència de fertilització nitrogenada) sobre la contaminació per micotoxines en el panís. També es va estudiar el període entre la collita i l’assecat d’aquest cereal, en el qual encara hi pot haver creixement fúngic i producció de micotoxines. El panís plantat utilitzant sembra directa en comptes de llaurat intensiu presentava menor concentració de FB1 i FB2, i minimitzar el període entre la collita i l’assecat pot reduir els nivells de DON. En segon lloc, es va avaluar el NIR-HSI com a eina per a la determinació dels nivells de DON, FB1 i FB2 en mostres de grans de panís. També es va investigar la capacitat del NIR-HSI per classificar mostres de grans de panís segons si complien o no amb la legislació Europea referent a aquestes micotoxines. Els millors models de regressió per al DON, la FB1 i la FB2 van presentar RPDs (Ratios of Performance to Deviation) de 2,344, 2,018 i 2,301, respectivament; i els millors models de classificació per al DON i per a la suma de FB1+FB2 van mostrar unes balanced accuracies de 0,899 i 0,773, respectivament. En tercer lloc, es van tractar grans de blat que contenien DON amb vapors d’amoníac, amb l’objectiu de degradar la micotoxina. Es van provar diferents concentracions d’amoníac i temperatures, i es va descobrir que el tractament òptim era a 4,8 % de NH4OH i 90 °C. Es van identificar temptativament possibles productes de degradació del DON, i la seva avaluació in silico va indicar que, en general, presentaven menor toxicitat i efectes biològics que els del DON. En quart i últim lloc, es va desenvolupar un mètode per analitzar el DON total (incloent el DON dissolt i el DON adsorbit) en assajos de cultius microbiològics. El mètode és ràpid, senzill, fiable i econòmic, el que el fa adequat com a mètode de cribatge per a cercar microorganismes capaços de biodegradar DON.

Las micotoxinas son metabolitos secundarios producidos por hongos que no sólo son perjudiciales para la salud humana y animal, sino que también causan importantes pérdidas económicas. El deoxinivalenol y las fumonisinas B1 y B2 (FB1 y FB2) son micotoxinas que se encuentran con frecuencia en algunos de los cereales más consumidos a nivel mundial, como el trigo o el maíz. Controlar estas micotoxinas a lo largo de la cadena alimentaria es un reto tanto para los agricultores como para la industria alimentaria. En este trabajo se estudian distintas estrategias para poder controlar el DON, la FB1 y la FB2 en trigo o en maíz. En primer lugar, se evaluó la influencia de tres factores agronómicos distintos (la diversificación de cultivos, el sistema de laboreo y la frecuencia de fertilización nitrogenada) sobre la contaminación por micotoxinas en el maíz. También se estudió el período entre la cosecha y el secado de este cereal, en el cual todavía puede haber crecimiento fúngico y producción de micotoxinas. El maíz plantado utilizando siembra directa en vez de laboreo intensivo presentaba menor concentración de FB1 y FB2, y minimizar el período entre la cosecha y el secado puede reducir los niveles de DON. En segundo lugar, se evaluó el NIR-HSI como herramienta para la determinación de los niveles de DON, FB1 y FB2 en muestras de granos de maíz. También se investigó la capacidad del NIR-HSI para clasificar muestras de granos de maíz según si cumplían o no con la legislación Europea referente a estas micotoxinas. Los mejores modelos de regresión para el DON, la FB1 y la FB2 presentaron RPDs (Ratios of Performance to Deviation) de 2,344, 2,018 y 2,301, respectivamente; y los mejores modelos de clasificación para el DON y para la suma de FB1+FB2 mostraron unas balanced accuracies de 0,899 y 0,773, respectivamente. En tercer lugar, se trataron granos de trigo que contenían DON con vapores de amoníaco, con el objetivo de degradar la micotoxina. Se probaron diferentes concentraciones de amoníaco y temperaturas, y se descubrió que el tratamiento óptimo era a 4,8 % de NH4OH y 90 °C. Se identificaron tentativamente posibles productos de degradación del DON, y su evaluación in silico indicó que, en general, presentaban menor toxicidad y efectos biológicos que el DON. En cuarto y último lugar, se desarrolló un método para analizar el DON total (incluyendo el DON disuelto y el DON adsorbido) en ensayos de cultivos microbiológicos. El método es rápido, sencillo, fiable y económico, lo que lo hace adecuado como método de cribado para la búsqueda de microorganismos con capaces de biodegradar DON.

Mycotoxins are secondary metabolites produced by fungi that not only are detrimental to human and animal health, but also cause important economic losses. Deoxynivalenol (DON) and fumonisins B1 and B2 (FB1 and FB2) are mycotoxins frequently found in cereals widely consumed worldwide such as wheat or maize. Managing these mycotoxins throughout the food chain is a challenge for both farmers and the food industry. In the present work different strategies for controlling DON, FB1 and FB2 in wheat or maize are studied. First, the influence of three different agronomic factors (crop diversification, tillage system and nitrogen fertilization rate) on mycotoxin contamination of maize was evaluated. The period between harvesting and drying of this cereal, in which fungal growth and mycotoxin production can still occur, was also studied. Maize planted under direct drilling instead of intensive tillage had lower concentrations of FB1 and FB2, and minimizing the harvest-till-drying period may reduce DON levels. Second, NIR-HSI was tested as a tool to determine DON, FB1 and FB2 levels in samples of maize kernels. NIR-HSI capacity for classifying samples of maize kernels according to whether they complied or not with the European regulations for these mycotoxins was also investigated. The best DON, FB1 and FB2 regression models presented ratios of performance to deviation (RPDs) of 2.344, 2.018 and 2.301, respectively; and the best DON and FB1+FB2 classification models showed balanced accuracies of 0.899 and 0.773, respectively. Third, DON-contaminated wheat kernels were treated with ammonia vapours, in order to degrade the mycotoxin. Different ammonia concentrations and temperatures were tested, and the optimal treatment was found to be 4.8 % NH4OH and 90 °C. Potential DON degradation products were tentatively identified, and their in silico evaluation indicated, in general, lower toxicity and biological effects than for DON. Fourth and last, a method for analysing total DON (including dissolved and adsorbed DON) in microbiological culture assays was developed. The method is quick, simple, reliable and economical, which makes it suitable as a screening method for searching DON-biodegrading microorganisms.