CC BY
420
УДК 664.764.22 + 574.166
АФЛАТОКСИНЫ, ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПРОДОВОЛЬСТВЕННОЕ СЫРЬЕ И МЕТОДЫ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ
Т.А. Толмачева
В статье представлены пути загрязнения продовольственного сырья и продуктов питания афлатоксинами, которые являются одной из наиболее опасных групп микотоксинов и обладают сильными канцерогенными свойствами. К методам детоксикации афлатоксинов относятся: механические, физические и химические методы. В статье автор приводит исследование по детоксикации афлатоксинов методом СВЧ-обеззараживания.
Ключевые слова: продовольственное сырье, микотоксины, афлатоксины, штаммы, микроскопические грибы, детоксикация, СВЧ-обеззараживание.
К продовольственному сырью относятся объекты растительного, животного, микробиологического и минерального происхождения, используемые для производства пищевых продуктов.
Основные пути загрязнения продовольственного сырья и продуктов питания - это:
- загрязнение сельскохозяйственных культур и продуктов животноводства пестицидами, используемыми для борьбы с вредителями растений и в ветеринарной практике для профилактики заболеваний животных;
- нарушение правил гигиены при использовании удобрений в растениеводстве;
- частое использование в процессе кормления животных и птиц неразрешенных кормовых добавок, различных консервантов, стимуляторов роста, лечебных и профилактических медикаментов либо применение в повышенных дозах разрешенных добавок и прочих соединений;
- миграция в продукты питания токсических веществ из сырьевых ресурсов, пищевого оборудования, посуды, инвентаря, тары, упаковок вследствие использования неразрешенных полимерных, резиновых и металлических материалов;
- несоблюдение санитарных требований в технологии производства и хранения пищевых продуктов, что приводит к образованию бактериальных токсинов (микотоксины, бату-лотоксины и др.).
- поступление в продукты питания токсических веществ, в том числе радионуклидов, из окружающей среды - атмосферного воздуха, почвы, водоемов;
- использование неразрешенных красителей, консервантов, антиокислителей или применение разрешенных в повышенных дозах;
- применение нетрадиционных технологий производства продуктов питания либо отдельных пищевых веществ, полученных путем химического или микробиологического синтеза.
Санитарное качество продовольственного сырья снижается от развития в нем токсинообразующих грибов и накопления продуктов их жизнедеятельности - микотоксинов, вырабатываемых плесневыми грибами. Рассматривая микотоксины с биологической точки зрения, можно отметить, что они необходимы для выживания плесневых грибов и сохранения вида. В то же время, с точки зрения гигиены продовольственного сырья, они являются особо опасными веществами, загрязняющими сырье и продукты питания [2]. Попав в организм человека или животных, они вызывают различные отравления, которые способствуют появлению специфического заболевания, называемого микотоксикозом. Кроме того, отдельные микотоксины обладают канцерогенными свойствами [4].
Известно более 250 различных микроскопических грибов, продуцирующих около 100 токсичных метаболитов, при этом не сформирована единая классификация и номенклатура микотоксинов. В отдельных случаях в основу группового деления микотоксинов положена их химическая структура, в последующих -характер действия и далее - видовая принадлежность грибов-продуцентов [2].
Афлатоксины являются одной из наиболее опасных групп микотоксинов и обладают сильными канцерогенными свойствами.
Афлатоксины продуцируются штаммами двух видов микроскопических грибов: Aspergillus flavus (Link.) и Aspergillus parasiticus (Speare). Грибы этого рода относят
к мезофильным микроскопическим, способным развиваться при температуре 6 - 8° С.
Благодаря ученым-микробиологам стало известно, что семейство афлатоксинов включает десять соединений. Наиболее токсичными является афлатоксин В1, Т2 токсин, зеара-ленон и дезоксиниваленол (вомитоксин). Афлатоксины данной группы являются наиболее сильными гепотропными ядами, обладающими выраженными канцерогенными свойствами.
Анализируя различные способы переработки продовольственного сырья и обычные приемы кулинарной обработки пищевых продуктов, было выявлено, что происходит лишь частичное снижение уровня загрязнения афлатоксинами. При помоле загрязненного зерна большая часть токсинов остается в отрубях. Накапливаясь в зерне, токсины передаются по наследству муке и хлебу, делая их токсичными. При экструдировании и поджаривании зернового сырья наступает частичная инактивация афлатоксинов [4].
Т2 токсин продуцируют грибы рода Бшагшш. Среди других токсинов они часто встречаются и отличаются высокой токсичностью. Повышенная влажность и пониженная температура благотворно влияет на их активное накопление. По этой причине в перезимовавшем под снегом зерне можно обнаружить Т2 токсин, так как он устойчив к температурным воздействиям.
Зеараленон продуцирует различные виды грибов рода Бшагшш. В основном, гриб Б. Огаштеагаш. В естественных условиях чаще всего зеараленон встречается в зерновом сырье. Работы по исследованию влияния методов и условий переработки зерна на уровень загрязненности показали, что данный микотоксин концентрируется, главным образом, внутриклеточно и во фракциях с высоким содержанием жира. Тепловая обработка в нейтральной среде или кислой не разрушает его, а в щелочной при 100 °С за время 50 минут инактивируется 56 % токсина.
Дезоксиниваленол (вомитоксин) относится к высокотоксичным ядам и может быть причиной отравления людей и животных. Продуцирует его гриб Бшагшш gгaшineaгuш. При сильном поражении зерно становится щуплым, сморщенным, легковесным, иногда с малиновым или розовым оттенком. Вомитоксин накапливается в зерне и соломе в процессе вегетации. В продуктах переработки зерна (отрубях), лузге и зерноотходах концентрация
его значительно выше, чем в муке, к тому же он устойчив к высоким температурным воздействиям.
Высокотоксичные и канцерогенные микотоксины обнаружены в значительных количествах в основных пищевых продуктах во всем мире, что привело к необходимости разработки методов детоксикации (разрушения и обезвреживания) сырья, пищевых продуктов и кормов.
К методам детоксикации афлатоксинов относятся: механические, физические и химические методы.
Механические методы детоксикации связаны с отделением загрязненного сырья (материала) вручную или с помощью электронно-колориметрических сортировщиков.
Физические методы основаны на очень жесткой термической обработке материала (автоклавирование), а также связаны с ультрафиолетовым облучением и озонированием. При этом необходимо отметить, что микотоксины обладают способностью флуоресцировать при воздействии длинноволнового ультрафиолетового излучения. Это лежит в основе физико-химических методов их выявления и количественного определения.
Химический метод предполагает обработку материала сильными окислителями [4].
Необходимо отметить, что каждый из названных 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 нут-риентов и, кроме этого, нарушают их всасывание.
С целью обеззараживания семян овощных и зерновых культур, продовольственного, фуражного зерна и продуктов их переработки, сухофруктов (кураги, чернослива, изюма) и другого сырья для хлебопекарного и кондитерского производства от микотоксинов учеными КрасГАУ, под руководством ректора Красноярского государственного аграрного университета, доктора технических наук, профессора, член-корреспондента РАСХН, академика Национальной академии наук Монголии Н.В. Цугленка были разработаны методики по обеззараживанию в электромагнитном поле СВЧ.
Метод обеззараживания в электромагнитном поле является одним из электрических способов борьбы с вредителями через облучение растительного сырья потоками энергии
Экологические проблемы биохимии и технологии
электромагнитных колебаний СВЧ [1]. Явления, происходящие при воздействии СВЧ-энергии на живые ткани, имеют в основном тепловой характер, зависят от дисперсии, диэлектрической проницаемости и проводимости. Гибель микроорганизмов происходит в результате денатурации белка при сравнительно невысоких темпах нагрева 0,5-0,8 “C/с при удельной мощности 0,09-0,3 кВт/кг, в том случае, если темпы нагрева увеличиваются до 1,2-1,6 “C/с, то гибель происходит за счет диэлектрического разрушения клеток живой ткани. Технология обеззараживания пищевого сырья с использованием СВЧ-поля предполагает объединение следующих операций:
- предварительное увлажнение анализируемого сырья, так как в основе большинства технологических процессов, выполняемых с помощью СВЧ-энергии лежит диэлектрический нагрев обрабатываемого материала [3-5];
- нагрев продукции для достижения определенного уровня их равномерного увлажнения, а также инициации роста спор грибов;
- термическое обеззараживание.
Были проведены исследования с использованием «Методики выполнения измерения доли микотоксинов в продовольственном сырье методом тонкослойной хроматографии», а также ГОСТ 3071-2001 «Продукты пищевые. Методы выявления и определения содержания афлатоксинов В1 и М1». Опыты проводились на образцах, отобранных от партий зерна пшеницы, хранившихся длительное время при температуре 6-8 °С, с влажностью 20 %. Обследование образцов на зараженность микроскопическими грибами подтвердило предположение о загрязнении патогенами, продуцирующими микотоксины. Выявлены грибы родов: Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Mucor. Преобладающее распространение имели грибы рода Aspergillus [4].
С целью установления влияния СВЧ-энергии были проведены опыты. Пробы зерна после обработки СВЧ-энергией высевали в чашки Петри по 50 штук на питательный агар - среду Чапика (см. таблицу).
Из табличных результатов видно, что при обработке зерна в режимах варианта 1 инфекция иллиминирована полностью, а в режимах варианта 2 сведена до безопасных пределов. В 3-м варианте не происходит обеззараживания, все виды микотоксинов остались на уровне контроля. В ходе исследования выяснилось, что партия зерна имеет высокий процент зараженности грибами, продуцирующими микотоксины, было принято решение о проведении исследования на содержание афлатоксина В1. Подготовка обработанных в СВЧ-поле проб зерна и контрольного образца проводилась по методике ГОСТ 30711-2001 [4].
На пластины «Силуфол» сверху и снизу карандашом были нанесены линии на расстоянии 1,5 см от краев. На нижней (стартовой) линии были отмечены три точки через 2 см друг от друга. В эти точки были нанесены с помощью микрошприца по 0,002; 0,005; 0,01 см3 рабочего раствора (смесь афлатоксинов В1 и В2). На расстоянии один сантиметр между точками нанесли по 0,01 и 0,02 см3 исследуемого раствора. Пластинки помещаются в хромотографичесскую камеру, заполненную смесью: этиловый эфир-метанол-вода. После извлечения пластинок из камеры их просушивают и просвечивают ультрафиолетовым излучением. На хромотограмме рабочего раствора последние расположены по направлению движения фронта растворителя в следующем порядке: В2, В1. Обнаружение на хро-мотограммах экстракта пятен, соответствующих по хромотографической подвижности и цвету флюоресценции пятнам афлатоксинов В1, свидетельствует о наличии этих афлатоксинов в зерне. Обнаружение на хромотограм-мах экстракта пятен, соответствующих по
Влияние СВЧ энергии на микотоксины
Вари- анты Режимы Температура нагрева зерна t, °C Зараженность грибами (штук)
Экспозиция т, с Мощность P, Вт Aspergillus Penicillium Fusarium Alternaria
1 90 600 85 0 0 0 0
2 60 450 65 0 3 0 1
3 30 300 43 50 42 40 19
Контроль 50 43 39 17
хромотографической подвижности и цвету пятен афлатоксина В2, подтверждают правильность извлечения афлатоксинов из пробы. Для подтверждения присутствия афлатоксина B1 пластины опрыскивались раствором азотной кислоты и вновь просвечивались ультрафиолетовым излучением. Цвет флюоресценции пластин с нанесенными рабочими растворами менялся с насыщенного яркосинего свечения на желтый. При опрыскивании пластин с нанесенными испытуемыми пробами раствором азотной кислоты цвет с сине-фиолетового менялся на желтый в варианте 3 и контроле, а в вариантах 1 и 2 не менялся. Изменение цвета флюоресценции на желтый в вариантах 3 и контрольном свидетельствует о наличии афлатоксинов [4].
Следовательно, в вариантах 1 и 2 под действием температуры и режимных параметров энергии СВЧ-поля происходило разрушение афлатоксинов.
В результате воздействия эффективных режимов СВЧ-обеззараживания были выявлены положительные качественные изменения биохимического состава.
Обработка СВЧ-энергией на заключительном этапе гидротермической обработки позволяет изменять реологические свойства муки. Режимы экспозиции т = 39-60 с, мощность Р = 300-400 Вт при температуре нагрева 46-55 °С ослабляют клейковину; режимы: экспозиция т = 60-90 с, мощность Р = 450-600 Вт при температуре нагрева зерна 70-75 °С укрепляют клейковину. А режимы: экспозиция т=90 с, мощность Р=600 Вт при температуре нагрева зерна 80°С вызывают разрушение клейковинного комплекса.
Воздействие СВЧ-энергии не влияет на показатель числа падения. Режимы СВЧ-обеззараживания при температуре нагрева 60-85 °С улучшают качественные показатели жира зерна кукурузы, уменьшают перекисное число жира в 1,5-3 раза, кислотное число на 30 %, что делает продукцию безопасной. По-
лученные показатели сохраняются в течение 2,5 месяцев, а в дальнейшем начинают возрастать, но медленнее, чем в контроле.
В результате воздействия режимов: экспозиция т = 60-90 с, мощность Р = 450-600 Вт, при температуре 65-80 °С разрушаются высокотоксичные вещества - афлатоксины [4].
Из представленных исследований следует, что обработка зерна СВЧ-полем в десятки, раз ускоряет процесс термообработки и дает возможность использовать для этого микроэлементы физиологически и биологически активные вещества. Время обработки сельскохозяйственного сырья СВЧ-полем для обеззараживания от вирусных, грибных и бактериальных болезней составляет 120-150 с, что позволяет снизить энергоматериальные затраты на предприятиях АПК.
Литература
1. Наумов, Н.А. Методы микологических и фитопатологических исследований / Н.А. Наумов. - М. : Сельхозгиз. 1973. - 272 с.
2. Нечаев, А.П. Пищевая химия: учебник для студентов вузов, обучающихся по направлениям: 552400 «Технология продуктов питания» /А.П. Нечаев, С.Е. Траубенберг, А.А. Кочеткова. - СПб.: ГИОРД, 2003.- 640 с.: ил.
3. Цугленок, Г.И. Исследование СВЧ-обеззараживания в пищевой промышленности. Экономика и социум на рубеже веков: мат-лы межвуз. науч. конф. / Г.И. Цугленок, Г.Г. Юсупова, Т.А. Толмачева. - Челябинск, 2003. - Ч. 1.
4. Юсупов, Р.Х. Сырье для хлебопекарного и кондитерского производств и методы его улучшения: моногр. /Р.Х. Юсупов, Т.А. Толмачева, Г.Г. Юсупова. - Челяб. Ин-т (фил) ГОУ ВПО «РГТЭУ». - Челябинск, 2004. - 156 с.
5. Юсупова, Г.Г. Экологический метод обеззараживания сырья используемого в хлебном и кондитерском производствах / Г.Г. Юсупова, Г.И. Цугленок, Т.А. Толмачева // Мат-лы науч. техн. конф. - Челябинск: Челябинский государственный агроинженерный университет, 2003. - Ч. 3. - С. 223-238.
Экологические проблемы биохимии и технологии
Толмачева Татьяна Анатольевна. Кандидат биологических наук, доцент кафедры «Хлебопекарное и кондитерское производство», Южно-Уральский государственный университет (г. Челябинск). Область научных интересов - пищевая и перерабатывающая промышленность, технологии приготовления продуктов питания из растительного сырья, методы и методики обработки основного и дополнительного сырья, технологическое оборудование хлебопекарного, кондитерского и макаронного производств. Контактный телефон 89090757041, e-mail: [email protected]
AFLATOXINS AND THEIR IMPACT ON FOOD RAW MATERIALS AND DISINFECTION METHODS
T.A. Tolmacheva
The article presents ways of pollution of food raw materials and food products with aflatoxins, which are one of the most dangerous groups of mycotoxins and have strong carcinogenic properties. The methods of detoxification of aflatoxins include mechanical, physical and chemical methods. In the article the author analyzes detoxification of afla-toxins by microwave disinfection.
Keywords: food raw material, mycotoxins, aflatoxins, strains, microscopic fungi , detoxification, microwave disinfection.
Tatiana Anatolievna Tolmacheva, Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Department of Bakery and Confectionary Production, South Ural State University (Chelyabinsk). Research interests: food processing industry, technology of food preparation from vegetable raw materials, methods and techniques of processing primary and secondary raw materials, manufacturing equipment for bakery and confectionery industries. Tel.: 89090757041, e-mail: [email protected].
Поступила в редакцию 20 ноября 2013 г.
