آفلاتوکسین در خوراک و راه های کاهش اثرات سمی آنها
راه های کاهش آفلاتوکسین در خوراک
A Review on Aflatoxins Reduction in Food
قسمت اول: روش های فیزیکی
چکیده:
آفلاتوکسین ها متابولیت های ثانویه سرطان زایی هستند که عمدتاً بوسیله آسپرژیلوس فلاووس و آسپرژیلوس پارازیتوکوس در محصولات کشاورزی مانند بادام زمینی، دانه های ذرت، غلات، و غذای حیوانات تولید می شود. سازمان غذا و کشاورزی (FAO) تخمین زد که ۲۵ درصد محصولات کشاورزی جهان آلوده به مایکوتوکسین ها هستند که باعث ضرر اقتصادی قابل توجهی می شود. به علاوه، آفلاتوکسین ها دارای سمیت بالا، جهش زا، تراتوژنیک و سرطانزا هستند.
بنابراین، کاهش آفلاتوکسین در مواد غذایی و خوراکی یک نگرانی جهانی محسوب می شود. هدف این بررسی مطرح نمودن روش های سم زدایی بکاربرده شده برای کاهش آفلاتوکسین ها بوسیله روش های فیزیکی (پاکسازی، حرارت، رادیواکتیو، جذب)، شیمیایی (ترکیب شیمیایی، ازونیزاسیون) و زیستی (بکاربردن باکتری ها، مخمر و گونه های غیر سمی آسپرژیلوس) در خوراک های مختلف از سال ۲۰۰۰ تا ۲۰۱۵ است. مقالات مرتبط با کاهش آفلاتوکسین با مدیریت خطرات آفلاتوکسین، استفاده از انواع محصولات مقاوم و روش های کشاورزی خوب و مقالات مرتبط با آفلاتوکسین های M1 و M2 از مطالعه حذف شدند.
مقدمه:
سازمان غذا و دارو پیش بینی کرد که ۲۵ درصد محصولات کشاورزی جهان آلوده به مایکوتوکسین ها هستند که باعث ضرر اقتصادی قابل توجهی شده است. به علاوه مایکوتوکسین ها می توانند انواع اثرات سمی مزمن در انسان و حیوان ایجاد کنند، از اینرو، آنها یکی از مهمترین مشکلات پیش روی سلامت و ایمن بودن مواد غذایی هستند. در میان ۴۰۰ نوع مایکوتوکسین شناخه شده، آفلاتوکسین B1 (AFB1)، B2 (AFB2)، G1 (AFG1) و G2 (AFG2) مهمترین مایکوتوکسین ها در مواد خوراکی و غذایی هستند. آنها به دلیل سمیت بالا، خصوصیات سرطان زایی، تراتوژنیک، هپاتوتوکسیک و موتاژنیک برای سلامتی انسان خطرناک هستند.
به علت اثرات سمی آفلاتوکسین B1، از سوی آژانس بین المللی تحقیقات سرطان در گروه یک عامل سرطان زا در انسان دسته بندی شده است. آفلاتوکسین ها ترکیبات دیفوماروکومارینی هستند که از دو حلقه فوران و کومارین تشکیل شده اند. ساختار چهار آفلاتوکسین اصلی (B1، B2، G1 و G2) در شکل یک نشان داده شده است. آفلاتوکسین ها عمدتا بوسیله آسپرژیلوس فلاووس و آسپرژیلوس پارازیتوکوس در محصولات کشاورزی مانند بادام زمینی، ذرت، دانه ها، غلات و خوراک های حیوانات تولید می شود. تولید آفلاتوکسین معمولا در مزرعه رخ می دهد بویژه زمانیکه با خشکسالی، استرس و دمای بالا و یا طی خشکی طولانی مدت تحریک شده باشد.
به علت اثرات مضر آفلاتوکسین ها تلاش محققان در جهت جلوگیری از تشکیل شدن آفلاتوکسین هاست. سیاست های پیشگیرنده از جمله شیوه های خوب کشاورزی در مزرعه و شیوه های انبار داری خوب به عنوان بهترین راه کاهش مقدار آفلاتوکسین در خوراک ها شناخته شده است. با این حال، با توجه به این واقعیت که پیشگیری از آفلاتوکسین همیشه ممکن نیست، به تازگی روش های ضدعفونی به عنوان جایگزین روش کاهش مصرف آفلاتوکسین در زنجیره غذایی مورد توجه قرار گرفته اند.
به طور کلی، فرآیند کاهش سموم برای رسیدن به سطوح ایمن و سالم باید موارد زیر را برآورده کند:
۱) غیرفعال کردن، تخریب یا حذف سموم؛
۲) بقایای سمی را در مواد غذایی و خوراکی تولید و یا رهاسازی نکند؛
۳) ارزش غذایی خوراک/ غذا را حفظ کند؛
۴) قابلیت پذیرش یا خصوصیات تکنولوژیکی محصول را تغییر ندهد؛
۵) و اسپورهای قارچ ها را از بین ببرد.
تا کنون، ضد عفونی آفلاتوکسین با حذف یا از بین بردن کالاهای آلوده یا با غیرفعال کردن توکسین های موجود در این کالاها بوسیله روش های فیزیکی، شیمیایی، یا زیستی حصول شده است. در مقاله حاضر بررسی های اخیر در سال های ۲۰۰۰ تا ۲۰۱۵ در مورد این موضوع بررسی شده است. در مجموع ۱۰۲ مقاله از سال ۲۰۰۰ تا ۲۰۱۵ مورد مطالعه قرار گرفته است. مقاله های جمع آوری شده بر کاهش آفلاتوکسین ها (B1، B2، G1و G2) بوسیله روش های فیزیکی (پاکساری، حرارت، رادیواکتیو، جذب)، شیمیایی (ترکیب شیمیایی، ازونیزاسیون) و زیستی ( بکاربردن باکتری ها، مخمر و گونه های غیر سمی آسپرژیلوس) در مواد غذایی مختلف متمرکز شده است.
روش های فیزیکی
عمده روش های فیزیکی بکار رفته برای کاهش آفلاتوکسین می تواند به عنوان پاکسازی، حرارت، رادیواکتیو و جذب دسته بندی شود.
پاکسازی:
پاکسازی یک فرآیند چند مرحله ای است که شامل از بین بردن گرد و غبار، پوسته ها و محصولات کلونیزه شده بوسیله کپک ها، شستشوی مکانیکی و مرتب سازی است. پوسته برخی محصولات مانند قهوه مایکوتوکسین ها را کاهش می دهد. قهوه، کاکائو، برخی غلات و تعدادی از ادویه جات بک مرحله پوستگیری دارند که باید به طور موثری انجام شود چون ثابت شده است که پوسته ها به آلودگی مایکوتوکسینی بسیار حساس هستند. تقریباً ۸۰ درصد آلودگی آفلاتوکسینی را میتوان به دانه های کوچک خرد شده کپک زده، دانه های لکه دار آسیب دیده نسبت داد. غذاهای آلوده رنگ و تراکم غذاهای سالم را ندارند. از اینرو، جداسازی هسته برای حذف غلاف های رنگ شده (بر اساس رنگ یا تراکم) اغلب برای به حداقل رساندن غلظت آفلاتوکسین توصیه شده است.
وقتی آلودگی مایکوتوکسینی ناهمگون باشد، دسته بندی پروتئین آلوده نشده ممکن است سطح مایکوتوکسین را در محصول نهایی کاهش دهد. به حلالیت کم آفلاتوکسین ها در آب، معمولا از بین بردن آفلاتوکسین با شستشو سخت است. اگر چه، در مطالعه ای که Hwang (15) انجام داد، حدود ۴۰ درصد آفلاتوکسین B1 کندم آلوده شده با شستشو از بین رفت. Fandohan گزارش کرد از آنجایی که آفلاتوکسین ها معمولا در سطح گندم قرار می گیرند، ممکن است با شستن بشود آنها را از بین برد. اما از بین بردن آفلاتوکسینی که متصل شده یا محکم به بافت داخلی غذا چسبیده بسیار مشکل است. برخی مثال های کاهش آفلاتوکسین بوسیله پاکسازی در جدول ۱ بیان شده است.
حرارت:
دمای تجزیه آفلاتوکسین ها بالا و در دامنه ۲۳۷ تا ۳۰۶ درجه سانتیگراد قرار دارد. آفلاتوکسین جامد به حرارت خشک در دماهای زیر دمای تجزیه ۲۶۷ درجه سانتیگراد کاملا پایدار است. با این حال گزارش شده است که تمام عملیات حرارتی (جوشاندن، سرخ کردن، پخت و پز) همچنان یک مکانیزم عملی برای کاهش غلظت آفلاتوکسین در مواد غذایی است. اثرات فرآیند خانگی بر محتوی آفلاتوکسین محصولات ذرت (ذرت پخته شده، فرنی، نان، بیسکویت، کلوچه و کیک) بررسی شد. همه روش های فرآوری ( جوشاندن، سرخ کردن، پخت و پز)آفلاتوکسین را به مقدار قابل ملاحظه ای کاهش می دهند. درصد تخریب بین ۷۰-۵۰ درصد است.
اثر بخشی و و مقدار کاهش به چندین عامل از جمله: غلظت آفلاتوکسین، میزان اتصال بین آفلاتوکسین و مواد غذایی، نفوذ گرما، مقدار رطوبت، pH، مقاومت یونی، شرایط فرآوری و منبع آلودگی (طبیعی یا مصنوعی) وابسته است. رابطه بین مقدار رطوبت خوراک ها و کاهش آفلاتوکسین ها چندین مرتبه ثابت شده است . بر اساس این گزارش ها با افزایش میزان رطوبت تخریب آفلاتوکسین در هنگام پخت و پز افزایش پیدا می کند. Kabak و همکاران نیز گزارش کردند که مقدار رطوبت یک فاکتور حیاتی در کاهش آفلاتوکسین است و در حضور آب ضدعفونی خوراک بوسیله حرارت آسانتر و موثرتر است. آنها پیشنهاد کردند که وجود آب به باز شدن حلقه لاکتون AFB1 (با افزودن مولکول آب به حلقه) برای تشکیل کربوکسیلیک اسید انتهایی کمک می کند. سپس گروه اسید انتهایی دراثر گرما دکربوکسیله می شود.
اگرچه برخلاف این نظریه، Mendez Albores گزارش کردند که کاهش بالاتر غلظت آفلاتوکسین در فرایند سرخ کردن حاصل می شود و فقط یک کاهش بیش از حد متوسط در هنگام جوشاندن رخ می دهد. به علاوه، Hussain و همکاران گزارش کردند که برشته کردن باعث کاهش معنیدار میزان آفلاتوکسین آجیل، ذرت و دانه های روغنی شد. کاهش آفلاتوکسین به روش برشته کردن به زمان و دما بستگی دارد. برشته کردن در دمای ۱۵۰ درجه سانتیگراد به مدت ۱۲۰ دقیقه بیش از ۹۵ درصد AFB1 را در بادام زمینی از بین می برد.
محقق دیگی نیز گزارش داد که آفلاتوکسین ها به شکل طبیعی مقاومت بیشتری در مقابل تخریب شدن دارند تا زمانی که بطور مصنوعی حرارت دیده باشند. در مطالعه ای با همین مضمون برشته کردن باعث کاهش متوسط ۵/۶۶ درصدی شد اما به نظر می رسید که این کاهش ناهم گون باشد یا یکنواخت نباشد. در چندین مدل آزمایشی نشان داده شده است که تخریب مایکوتوکسین ها با وجود ماتریکس ترکیباتی خاص بهبود می یابد. به نظر می رسد که نمونه های مختلف تحت شرایط گرمایی رفتار متاوتی نشان می دهند و تحقیق بیشتری برای ارزیابی اثر تیمار حرارتی بر روی آفلاتوکسین ها باید انجام شود.
اشعه
به طور کلی تابش به دو دسته طبقه بندی می شود: یونیزه و غیر یونیزه. اشعه یونیزه ( اشعه ایکس، اشعه های گاما و فرابنفش) ممکن است با افزایش جزئی یا بدون افزایش دما تغییرات بالقوه در مولکول های جسم اشعه دیده ایجاد کنند و تغییرات مولکولی خطرناکی بوجود آید. اما اشعه غیر یونیزه (امواج رادیویی، مایکروویو، امواج مادون قرمز، نور مرئی) در شدت مناسب باعث افزایش دما شده و معمولا تغییرات مولکولی ایجاد شده خطرناک نیستند. اشعه گاما که به عنوان یک فرایند سرمایی در نظر گرفته شده است، با کاهش جمعیت میکروارگانیسم ها برای ماندگاری غذاهای خاص بوسیله بسیاری از محققان به کار برده می شود. بسیاری از محققان از اشعه گاما برای غیر فعال کردن آفلاتوکسین ها استفاده می کنند و نتایج متناقض گزارش شده است.
برخی از محققان معتقدند که اشعه گاما در کاهش آفلاتوکسین ها موثر نیست و دیگران درجه مختلفی از ضدعفونی با اشعه گاما را در غذاهای مختلف گزارش کردند. اثربخشی اشعه گاما در تخریب مایکوتوکسین ها به طور قابل توجهی به دوز یا شدت اشعه بستگی دارد. Ghanem و همکاران نشان دادند که تخریب آفلاتوکسین در محصولات دان های (بادام زمینی، پسته پوست کنده، پسته بدون پوست، برنج و ذرت) و خوراک ها (جو، سبوس، ذرت) با افزایش دوز مصرفی اشعه گاما رابطه مثبتی داشت.
Jalili نشان داد در فلفل سیاه و سفید در دوزهای پایینتر از ۱۰kGyکاهشی در میزان آفلاتوکسین مشاهده نشد. اگر چه، Ahsan گزراش گردن که پس از تیمار با اشعه گاما در ۶ kGy، بیش از ۹۵ درصد کاهش AFB1 در نمونه های برنج آلوده شده با غلظت های بالای AFB1 مشاهده شد.
حضور آب نقش مهمی در تخریب آفلاتوکسین ها بوسیله اشعه گاما دارد چون radiolysis آب باعث تشکیل رادیکال های فعال آزاد می شود. این رادیکال های آزاد به انتهای حلقه فوران حلقه بچسبد و محصولات با فعالیت بیولوژیکی کمتر تولید کند. به نظر می رسد از بین آفلاتوکسین ها AFB1 و AFG1 حساسیت بیشتری به اشعه گاما در مقایسه با AFB2 و AFG2 دارند. این پدیده ممکن است مربوط به پیوند دوگانه ۸،۹ AFB1 و G1 باشد که با اشعه گاما دستخوش تغییر می شود.
برخی محققان اشاره کرده اند که روش پرتوافکنی برای پیشگیری از کپک است و از اینرو کاهش آفلاتوکسین ها بصورت غیر مستقیم اتفاق می افتد. برای مثال، Prado گزراش کرد که ضدعفونی کپک ها با اشعه، قبل از تولید AFB1، قابل قبولترین روش حفظ بادام زمینی است. در یک مطالعه مرتبط، Aziz نشان داد که پرتوافکنی میوه جات در دوزهای ۵/۱ و ۵/۳ kGy به طور قابل توجهی مجموع تعداد قارچ ها را در مقایسه با نمونه های پرتوافکنی نشده کاهش داد. به این ترتیب نتیجه گرفته شد که ضدعفونی مایکوتوکسین ها با اشعه قبل از تولید آنها از کپک ها مورد نیاز است.
جذب:
جذب یک تیمار بسیار رایج برای کاهش مایکوتوکسین هاست که شامل اتصال توکسین به ترکیب جاذب در طول فرآیند هضمی داخل دستگاه گوارش است. جذب آفلاتوکسین ها نیازمند قطبیت و موقعیت مناسب گروه های عاملی است. برخی از جاذب های معمول آفلاتوکسین ها شامل کربن فعال، diatomaceous earth، آلومینو (شن، بنتونیت، مونتموریلونیت، سدیم و کلسیم آلومینیوم سلیکات که عمدتاً از زئولیت تشکیل شده است، فیلوسلیکات ها و سدیم کلسیم آلومینوسلیکات هیدراته، کمپلکس کربوهیدارات های (سلولز و الیگوساکاریدها) موجود در دیواره سلولی مخمرها و باکتری ها (مانند گلوکومانان-ها، پپتیدوگلیکان ها) و پلیمرهای سنتتیک (مانند کلستیرامین، پلیوینیل پیرولیدون و مشتقات آنها Hasheminya and Dehghannya معتقدند که استفاده از جاذب های آفلاتوکسین در خوراک های آلوده یک روش امیدوار کننده برای کاهش آفلاتوکسین در خوراک دام است.
از طریق اتصال به جاذب ها، آفلاتوکسین موجود در خوراک از واکنش های سمی در بدن حیوان و همینطور از جذب در دستگاه گوارش جلوگیری می کند. در توافق با این نظریه، مشخص شده است که بنتونیت با اتصال به آفلاتوکسین در غذای هضم شده و از بین بردن سمیت نزدیک به ۱۰۰ درصد آفلاتوکسین را در محلول مایع از بین برد. رسوبات بنتونیتی در سراسر جهان یافت شده و عمدتا شامل مواد معدنی smectite قابل گسترش است. سطوح smectite minerals می تواند برای ایجاد خاک رس اصلاح شده با ترکیبات آلی باند شده که راحتتر از شن تیمار نشده به برخی آلودگی ها متصل می شود. به تازگی، زئولیت های اصلاح شده قدرت بیشتری برای جذب مواد داشته زیرا نتایج خوبی در ضدعفونی مواد غذایی داشته اند.
در تحقیقی که بوسیله Jebali و همکاران انجام شد برای کاهش آفلاتوکسین ها در آبمیوه ها از زئولیت استفاده شد. نتایج نشان که آفلاتوکسین پس از عبور از میان ستون زئولیت به مقدار زئولیت و زمان عبور مرتبط است. محققان نشان دادند که زئولیت می تواند به عنوان جاذب آفلاتوکسین عمل کند و در کارخانه های آبمیوه گیری استفاده شود. اثربخشی مخمر، زئولیت و زغال فعال به عنوان جاذب در جیره جوجه های گوشتی بوسیله Khadem مورد بررسی قرار گرفت. نتایج مطالعه نشان داد که مخلوط جاذب های تست شده در کاهش نشانه های سمی آفلاتوکسین در جوجه های گوشتی در حال رشد موثرتر بود. نانو MgO-SiO 2 برای جذب آفلاتوکسین در نمونه های آرد گندم استفاده شده بود. نتایج نشان داد که نانو MgO-SiO 2 یک عامل جذب کننده موثری برای آفلاتوکسین بود که با توجه به غلظت آفلاتوکسین عملکرد آن ۱۰۰-۸۰ درصد بود.
