آفلاتوکسین در خوراک و راه های کاهش اثرات سمی آن با روش شیمیایی
راه های کاهش آفلاتوکسین در خوراک
A Review on Aflatoxins Reduction in Food
قسمت دوم: روش های شیمیایی
ترکیبات شیمیایی:
تعداد بسیار زیادی از مواد شیمیایی از جمله اسیدها، بازها و عوامل اکسید کننده می توانند با آفلاتوکسین ها واکنش داده و آنها را به ترکیبات غیر سمی یا با سمیت کمتر تبدیل کنند. اثر بخشی برخی از ترکیبات شیمیایی در سمزدایی آفلاتوکسین ها و سایر مایکوتوکسین ها ازمایش شده است از جمله اسید هیدروکلریک، اسید سیتریک، اسید لاکتیک، آمونیوم پر سولفات، هیدروکسید کلسیم، بیکربنات سدیم و کربنات پتاسیم،فرمالدئید، پراکسید هیدروژن، بیسولفا سدیم، گاز اوزون،هیدروکسید سدیم و هیدروکلریت سدیم هستند.
مکانیسم احتمالی تخریب AFB1 نشان داده شده است. احتمال از بین رفتن آفلاتوکسین ها با تیمار کردن نمونه با رقیق کردن مواد قلیایی یا سایر مواد شیمایی بسیار مورد بحث است. اثر ۱۸ مواد شیمیایی مختلف از جمله ترکیبات اسیدی (اسید سولفوریک، اسید کلریدیک، اسید فسفریک، اسید بنزوئیک، اسید سیتریک، اسید استیک)، ترکیبات قلیایی (آمونیاک، بیکربنات سدیم، هیدروکسید سدیم، هیدروکسید پتاسیم، هیدروکسید کلسیم)، نمک ها (آمونیوم استات، بیسولفیت سدیم، هیدروسولفیت سدیم، کلرید سدیم، سولفات سدیم) و اکسیدکننده ها (پراکسید هیدروژن، هیدروکلریت سدیم) در فلفل سیاه و سفید در محلول شستشو با غلظت ۲ درصد آزمایش شدند. تقریبا همه ترکیب های شیمیایی به کار رفته به یک میزان قابل توجه مایکوتوکسین ها را کاهش دادند.
پایینترین و بالاترین میزان کاهش AFB1 20.5%±۲٫۷% در بنزوئیک اسید و ۵۴٫۵%±۲٫۷% در هیدروکسید سدیم مشاهده شد اگر چه تغییرات ناخواسته مانند کلرزدایی فلفل سفید و از دست رفتن لایه خارج فلفل سیاه درهنگام استفاده از اسیدها و بازها رخ می دهد. بیشتر کاهش در میزان آفلاتوکسین ها زمانی گزارش شده است که مواد غذایی و خوراکی با غلظت بیشتری از اسید سیتریک و سایر مواد شیمیایی تیمار شده باشند. آفلاتوکسین ها (AFB1 و AFB2) با استفاده از اسید سیتریک مایع یک نرمال در دانه ذرت کاهش پیدا کردند (۷/۹۶%). در یک مطالعه مرتبط، با استفاده از اسید سیتریک مایع یک نرمال کاهش ۸۶ درصدی در خوراک آلوده شده به AFB1 مشاهده شد. تیمار کردن مواد غذایی و خوراکی با بازها نیز آفلاتوکسین ها را کاهش می دهد.
اخیراً، آمونیوم و سدیم بی-سولفات فرآیندهایی صنعتی عمده ای هستند که به طور گسترده ای برای کاهش آفلاتوکسین در کنجاله بادام زمینی، ذرت و دانه کتان برای تغذیه حیوان ها استفاده می شود. بکاربردن آمونیوم (تحت شرایط مناسب) نتایج خوبی در کاهش غلظت آفلاتوکسین ها در مواد خوراکی و غذایی آلوده شده در بر دارد. تیمار کردن ذرت آلوده شده با ۱ درصد آمونیا باعث تخریب ۹۸ درصد هر ۴ نوع آفلاتوکسین می شود. مطالعات تغذیه ای در مقیاس بزرگ برای ازریابی بیشتر سالم بودن ذرت ضدفونی شده با آمونیاک بوسیله ایالت متحده آمریکا در سال ۱۹۷۵ در سازمان غذا و دارو آغاز شد.
با در نظر گرفتن استانداردهای FDA، استفاده از آمونیگ برای کاهش آفلاتوکسین ها در خوراک دام ها در ایالت متحده مجاز شد. حدود ۹۵ درصد آفلاتوکسین خوراک با گاز یا مایع آمونیاک کاهش یافت. آمونیاک با هیدرولیزه و دکربوکسیله کردن AFB1 ، ان را به ترکیب غیر سمی آفلاتوکسین D1 تبدیل می کند. بیشتر فرآیندهای شیمیایی مورد بررسی غیر عملی (تحت شرایط دما و فشار شدید انجام می شوند)، غیر ایمن (تشکیل باقیمانده های توکسین) و نامطلوب (کاهش مواد مغذی، حساس و عملکردی محصول) هستند.
علاوه بر این، قادر به تخریب مایکوتوکسین ها هستند اما فرآورده های حاصل از تخریب پایدار نبوده و با از بین بردن شرایط اسیدی ممکن است به محصول اصلی خود تبدیل شوند. بنابراین به نظر می رسد بکار بردن مواد شیمیای یا روش های دیگر مانند دما یا فشار بالا باعث کاهش بیشتر آفلاتوکسین ها و کیفیت بهتر مواد غذایی می شود. Nyandieka گزراش تیمار آمونیاک تحت فشار بالا آفلاتوکسین ها را بیشتر از تیمار در اتمسفر یا فشار پایین تخریب می کند.
در یک مطالعه مرتبط، غیر فعال کردن آفلاتوکسین در طول فرآیند اکستروژن با هیدروکسید کلسیم به همراه پراکسید هیدروژن باعث کاهش بیشتر AFB1 شد نسبت به زمانی که این دو ترکیب به تنهایی استفاده شدند. برخی ترکیبات شیمایی (به تنهایی یا در ترکیب با سایر روش ها) بکار برده شده برای کاهش آفلاتوکسین ها در مواد غذایی در جدول ۲ خلاصه شده است.
اوزونیزه کزدن:
با وجود گزارش های فراوان در خصوص استفاده از اوزون علیه قارچ های رشته ای یا مایکوتوکسین های آنها، نتایج امیداور کننده ای گزارش شده است. اوزون با نیمه عمر کوتاه در pH طبیعی و دمای محیط قادر به غیر فعال نمودن میکروارگانیسم ها و تجزیه متابولیت های سمی آنها است. اوزون یک اکسیدان قوی است که با حمله الکتروفیلی در طول باند دوگانه ۸،۹ حلقه فوران آفلاتوسین باعث تشکیل ozonides اولیه به دنبال بازسازی به مشتقات monozonide مانند آلدهیدها، کتون ها و اسیدهای آلی می شود.
Inan گزارش کردند که کاهش میزان AFB1 در فلفل قرمز فلسدار و خرد شده پس از قرا گرفتن در معرض ۳۳ و ۶۶میلیگرم در میلی لیتر اوزون به ترتیب ۸۰ و ۹۳ درصد بود. درصد کاهش آفلاتوکسین در گندم آلوده شده پس از قرار دادن در معرض ۲۰ و ۴۰ پیپیام برای ۲۰ دقیقه به ترتیب ۱/۸۴ % و ۶۶/۹۹ % بود. Luo و همکاران نشان دادند که اوزونیزه کردن می تواند به سرعت و به طور موثری AFB1 را در ذرت کاهش داده و درجه سمیت آفلاتوکسین را کاهش داد و از اینرو انتظار می رود اوزونه شدن یک روش موثر، سریع و ایمن برای کاهش آفلاتوکسین در ذرت باشد.
در توافق با این نظریه، De-Alencar گزارش داد که اوزون یک جایگزین مهم برای ضدعفونی بادام زمینی است زیرا در کنترل قارچ های آفلاتوکسینزا موثر بوده و همچنین در کاهش غلظت آفلاتوکسین در مغز هسته یا دانه عمل می کند.
روش های زیستی
روش های زیستی بر اساس فعالیت میکروارگانیسم ها بر مایکوتوکسین ها است و مکانیسم فعالیت آنها بر اساس رقابت با مواد مغذی، فضا، اثر متقابل و آنتیبیوزیس است. کنترل زیستی مایکوتوکسین ها یک روش امیدوار کننده برای کاهش آلودگی مایکوتوکسینی قبل و پس از برداشت محصول است. توانایی کنترل آفلاتوکسین ها در ارگانیسم های مختلف از جمله باکتری ها بویژه، پروبیوتیک ها و باکتری های اسید لاکتیک، سویه های مخمر ساکرومایسس سرویسه و قارچ آسپرژیلوس غیر سمی آزمایش شده است.
باکتری ها:
چندین سویه باکتری مانند Bacillus subtilis، Lactobacilli spp.,، Pseudomonas spp.,، Ralstonia spp و Burkholderia spp., توانایی جلوگیری از رشد قارچ و تولید آفلاتوکسین بوسیله Aspergillus spp ا نشان دادند.
باکتری های اسید لاکتیک گروه بزرگی از باکتری هایی هستند که از نظر ژنتیکی متفاوت بوده و خاصیت آنتیبیوتیکی دارند. آنها قادر به مهار رشد میکروارگانیسم هایی هستند که محصول را فاسد کرده و برای سلامتی انسان خطرناک هستند. یکی از اثرات لاکتوباسیل ها محافظت در برابر توکسین های تولید شده در غذاها، مانند آمین های هتروسایکلیک، هیدروکربن های آروماتیک پلیسیکلیک، گونه های اکسیژن آزاد و مایکوتوکسین هاست.
بسیاری از مطالعات نشان دادند که لاکتوباسیل ها قادر به جلوگیری از سنتز آفلاتوکسین، و یا حذف مایکوتوکسین ها از محیط کشت هستند. باکتری های اسید لاکتیک (Lactobacillus casei, Lactobacillu plantarum, و Lactobacillus fermentum) که از خمیر ترش و محصولات لبنی ایرانی جدا شده بودند قادر به حذف ۲۵ تا ۶۱ درصد AFB1 بودند.
لاکتوباسیلوس کازئی محکمتر از سایر باکتری ها به AFB1 متصل شد. در یک مطالعه مرتبط، پنج محیط کشت مختلف شامل لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس، L. brevis, L. casei, L. delbruekii, و لاکتوباسیلوس پلنتاروم به ذرت آلوده شده به AFB1تلقیح شدند. مقدار کاهش مشاهده شده در ذرت آلوده به ۵۰ تانوگرم در گرم ۵/۴۴ درصد بود در حالی که در ذرت آلوده شده با ۵۰۰ نانو گرم در گرم میزان کاهش به حداقل رسید (۹/۲۹ %). لاکتوباسیلوس پلنتاروم موثرترین ارگانیسم در کاهش AFB1 است. کاهش رشد میسیلیوم آسپرژیلوس پارازیتوکوس در نتیجه تلقیح همزمان چهار باکتری (Leuconostoc mesenteroides، Lactobacillus ، plantarum Lactobacillus casei, و Bacillus subtilis) بین ۹/۲۰ تا ۲/۸۶ % بود در حالی که کاهش تولید آفلاتوکسین بین ۶/۲۱ تا ۴/۷۰ % بود.
بیشترین کاهش زمانی بود که قارچ با باسیلوس سوبتیلیس، سپس با Leu مزنتروئیدها، سپس با L. casei و حداقل کاهش با لاکتوباسیلوس پانتاروم بود. چندین سویه باسیلوس سوبتیلیس و P. solanacearum جدا شده از خاک ذرت غیر ریزوسفر نیز مانع تجمع آفلاتوکسین شدند یک باکتری خاک با شماره سویه ۲۷ بازدارنده های آفلاتوکسین تولید کرد. Palumbo گزارش داد که در یک آزمایش آزمایشگاهی، تعدادی از سویه های Bacillus، Pseudomonas، Ralstonia و Burkholderia جدا شده از نمونه های بادام کالیفرنیا به طور کامل از رشد آسپرژیلوس فلاووس جلوگیری کردند.
Oluwafemi گزراش دادند که گنجاندن غذاهای تخمیر شده مناسب و تلقیح باکتری های اسید لاکتیک یا پروبیوتیک به جیره ممکن است روشی قابل قبول برای کاهش جزئی خطر آفلاتوکسین باشد. از اینرو استفاده از باکتری های اسید لاکتیک بطور کلی به عنوان یک وضعیت ایمن محسوب شده و می بایست برای استفاده به عنوان یک عامل زیستزدایی آفلاتوکسین ها ترغیب شود. در تناقض با این نتایج Dorner گزارش کرد که در بسیاری از موارد، اگر چه این سویه ها در شرایط آزمایشگاهی علیه تولید آفلاتوکسین و رشد قارچ بسیار موثر هستند اما کارایی خوبی در این زمینه ندارند چون رسیدن سلول های باکتریای به محله ای آلوده به آسپرژیلوس بر روی کالاها در شرایط مزرعه سخت است.
مخمر:
برخی از گونه ای مخمر ساپروفیت (مانند کاندیدا کروسی و پیشیا آنومالا) به عنوان عوامل کنترل زیستی علیه آسپرژیلوس فلاووس دارند. مشابه عوامل باکتریایی، این گونه های مخمر قادر به مهار رشد آسپرژیلوس در شرایط آزمایشگاه بودند. اگر چه، اتصال آفلاتوکسین ها به مخمر یک فرآیند سریع و برگشت پذیر بوده و بطور کلی کمتر از گونه های اکتریایی است.
این یک ویژگی خاصی است و بین گونه-های مختلف متفاوت است. اتصال AFB1 به ساکارومایسس سرویسه یک فرآیند سیع در محیط مایع است و شامل تشکیل یک کمپلکس برگشت پذیر بین توکسین و سطح دیواره سلولی مخمر می باشد. تا بحال، برخی مطالعات ثابت کرده اند که ساختار و ترکیبات دیواره سلولی مسئول اتصال میکروبی آفلاتوکسین هاست، اگرچه مکانیسم اتصال بوسیله گونه خاص هنوز روشن نیست. در دیواره سلولی مخمر گلوکومانان و مانانالیگوساگارید مطرح شده اند.
در حالیکه در لاکتوباسیل ها پپتیدوگلیکان ها و پلیساکاریدهای دیواره سلولی به عنوان مهمترین عوامل مسئول اتصال AFB1 هستند. هفت و ۱۵ روز پس از افزودن ساکارومایسس سرویسه آلودگی AFB1 در بادامزمینی به ترتیب ۴/۷۴ % و ۹/۵۵ % کاهش یافت (۸۵). در مطالعه مرتبط اثر سه نوع مخمر تجاری در دسترس شامل مخمر خشک فعال، instant dry yeast و مخمر متراکم در هنگام تهیه نان مورد بررسی قرار گرفت.
هر سه نوع مخمر بر کاهش آفلاتوکسین ها موثر بودند. ترتیب کاهش آفلاتوکسین ها به صورت AFB1> AFB2> AFG1 است. به علاوه، نتایج نشان دادند که instant dry yeast موثرترن مخمر بوده است. تخمیر در ترکیب با روش های دیگر نیز مورد بررسی قرار گرفته است. Motawe اثر پروبیوتیک به همراه مخمر به عنوان یک عامل محافظتی بالقوه علیه سمیت آفلاتوکسین را نشان داد که خطر ابتلا به اختلالات کلیه و کبد را کاهش می دهد. حداکثر مقدار کاهش (۷۰ %) با عمل ترکیب از تخمیر و بخار دادن حاصل شد.
گونه های غیر سمی آسپرژیلوس
بطور کلی، گزراش شده است که گونه های غیر سمی آسپرژیلوس (آسپرژیلوس نیجر و آسپرژیلوس پارازیتوکوس)، Trichoderma viride، Mucor ambiguous و تعداد کمی از سایر قارچ ها به طور قابل توجهی AFB1 را کاهش دادند. استفاده از سویه های آسپرژیلوس غیر سمی رقابتی تاکنون موفقیت زیادی در کنترل زیستی آلودگی آفلاتوکسینی در محصولات پیش و پس از برداشت در بسیاری از ازمایش های مزرعه ای بویژه بادام زمینی و پنبه دانه نشان داده اند .
اخیرا، آژانس حفاظت محیط زیست دو محصول از سویه های غیر سمی دریافت کرده و به عنوان biopesticides برای کنترل آلودگی آفلاتوکسین در پنبه دانه و بادام زمینی در ایالات متحده آمریکا ثبت شد. در کل، استراتژی مبتنی بر استفاده از سویه های غیر سمی است ک به طور رقابتی سویه های طبیعی سمی را در همان ابتدا حذف کرده و برای مواد غذایی رقابت می کنند.
بنابراین، برای حذف رقابتی موثر، کنترل زیستی سویه های غیر سمی باید در محیط های کشاورزی غالب باشد زمانی که مواد غذایی به آلودگی سویه های سمی حساس هستند. موفقیت این روش به بعضی عوامل بستگی دارد از جمله: فرمولاسیون ( ترکیب سویه رقابتی و حامل یا سوبسترا)، میزان تلقیح، کاربرد علفکش و دمای خاک. استفاده از سویه های غیر سمی در خاک باید به تاخیر بیافتد تا زمانی که دمای خاک به حداقل ۲۰ درجه سانتیگراد برسد (۸۸ Rajani et al., 2012). برخی مطالعات طیف مختلف کاهش آلودگی آفلاتوکسین را نشان دادند.
دو سال بررسی برای ارزیابی راندمان سویه های غیر سمی آسپرژیلوس فلاووس و پارازیتوکوس برای کاهش آلودگی آفلاتوکسین ها قبل از برداشت بادام زمینی انجام شد. در سال اول، درصد دانه ها یا هسته های آلوده به نوع وحشی آسپرژیلوس فلاووس و آسپرژیلوس پارازیتوکوس در قطعه های تیمار شده با دانه های آرد برنج و ذرت بطور قابل توجهی کاهش یافت.
Tehnkeng در آفریقا نشان داد که سویه های غیر سمی آسپرژیلوس فلاووس غلظت آفلاتوکسین را در شرایط آزمایشگاه و مزرعه به ترتیب ۷۰ و ۹۹ درصد کاهش داد. یک مطالعه مشابه که در استرالیا انجام شد، نشان داد که استفاده از سویه های غیر سمی می تواند تولید آفلاتوکسین در بادام زمینی را تا۹۵ درصد کاهش دهد.
در چین، یک سویه بسیار رقابتی AF051 که از بیش از ۳۰ سویه غیر سمی آسپرژیلوس فلاووس جدا شده بود، به طور طبیعی جمعیت آسپرژیلوس را تا ۹۹ درصد در خاک مزارع بادام زمینی کاهش داد. اگر چه روش های بیولوژیکی به عنوان عوامل کنترل زیستی آفلاتوکسین ها در نظر گرفته شده اند، آزمایش های بیشتری برای اثر بخشی آنها در شرایط مزرعه باید اجرا شود.
ترکیب روشهای فیزیکی، شیمیایی و زیستی
Tripathi اثر روش های مختلف فیزیکی (اشعه یووی، حرارت، مایکرویوو)، شیمیایی (اکسیداسیون، bleaching، آمونیزاسیون، سولفاتکردن) و زیستی برای ضدعفونی AFB1 در پودر فلفل قرمز را مورد بررسی قرار داد. در میان روش های فیزیکی، حرارت مستقیم آون (۱۲۰ درجه سانتیگراد) حداکثر کاهش (۳۲/۸۳%) AFB1 را ایجاد کرد. به غیر از اکسیداسیون با پراکسید هیدروژن که کاهش ۳۲/۵۸ % درصدی ایجاد کرد، سایر ترکیبات شیمیایی انتخاب شده تاثیری بر AFB1 نداشتند. ضدعفونی زیستی با تیمار پودر فلفل قرمز همراه با پراکسید هیدروژن خالص، ۲/۶۶ % بود.
نویسنده گزارش داد که روش های فیزیکی در میان سایر روش ها در تخریب AFB1 موثرتر بود اما اتلاف مواد مغذی معنی دار بود (p<0.05) . در کل، موفقیت درضدعفونی آفلاتوکسین ها با روشهی فیزیکی، شیمیایی و زیستی به فاکتورهای بسیاری مانند غلظت آفلاتوکسین، ترکیب و خصوصیات فیزیک و شیمیایی نمونه خوراک ( مقدار رطوبت، چربی، اسیدیتیه، بافت و غیره) و منبع آلودگی (طبیعی یا مصنوعی) بستگی دارد. در اینصورت انتخاب روش مناسب بسیار چیچیده است. برای مثال، علیرغم این حقیقت که اشعه یک روش مناسب برای از بین بردن آلودگی ادویه جات می باشد اما روش امیدوارکننده ای برای خوراک های با میزان رطوبت بالا مانند میوه جات، سبزیجات و گوشت-هاست.
مثال دیگر، با این حال، سرخ کردن در ضدعفونی بادام زمینی نشان داد اما این روش برای غلات مناسب نیست. به همین دلیل نمی شود با اطمینان بیان کرد که کدام روش در کاهش آفلاتوکسین ها موثرتر است. به علاوه تقریبا همه روش ها محدودیت های قابل توجهی دارند. روش های فیزیکی معمولا پر هزینه هستند. با وجود اینکه، جذب آفلاتوکسین ها در شرایط آزمایشگاهی نتایج امیدوارکننده ای داشت، استفاده از این سوبسترها در بدن دام متفاوت بوده و روش زمانبری است.
به علاوه، برخی عوامل مانند گونه دام، سن و جنس بر نتایج آزمایش تاثیرگذار هستند. به دلیل اینکه آفلاتوکسین ها به گرما مقاوم هستند، استفاده از درجه حرارت های بالا ممکن است تغییرات نامطلوبی در خوراک ایجاد کند و گاهی اوقات حرارت دادن غذاها در دمای بیش از ۱۰۰ درجه سانتیگراد برای کاهش غلظت آفلاتوکسین ها غیر ممکن است. علیرغم نتایج امیدوار کننده یک ترکیب شیمیایی در کاهش آفلاتوکسین ها، آنها معمولا باقیمانده های سمی نامطلوب تولید کرده که باعث تغییر در مواد غذایی، حساسیت ( بافت، مزه، رنگ و بو) و خصوصیات عملکردی خوراک می گردد.
در مورد روش های زیستی برخی محدودیت ها مانند زمان طولانی تجزیه (بیش از ۷۲ ساعت طول می کشد)، تجزیه ناقص، عدم سازگاری با نوع تخمیرهای غذایی و culture pigmentation عوامل اصلی کاهش پتانسیل روش های زیستی برای استفاده در صنعت مواد غذایی است. به علاوه برخی از این سویه هایی که دارای پتانسیل تخریب هستند ممکن است در شرایط مختلف AFB1 تولید کنند.
نتیجه گیری
این برسی نتایج زیر را در برداشت:
۱) اثرگذاری روش های فیزیکی، شیمیایی و زیستی در کاهش آفلاتوکسین ها تا حد زیادی بستگی به ۱) طبیعت خوراک ها و خصوصیات فیزیک و شیمایی، سطح آلودگی و میزان ارتباط آفلاتوکسین ها با اجزا مواد غذایی دارد. بنابراین برقراری یک روش سمزدایی منحصر به فرد برای همه مواد غذایی و خوراکی غیر ممکن است. ۲) بکار بردن ترکیبی از روش ها (مانند گرما و مواد شیمیایی، تخمیر و بخار دادن و غیره) در کاهش آفلاتوکسین ها موثرتر از یک روش است. ۳) همچنان تحقیقات بیشتری بویژه برای خوراک های که بطور طبیعی آلوده هستند برای توسعه فرآیندهای یشتر و کاربردی تر نیاز است. ۴) مناسب ترین روش کنترل وجود آفلاتوکسین در موا ذایی و خوراکی جلوگیری از تشکیل آنها پیش، هنگام و پس از برداشت محصولات است.
بخش اول مقاله
https://zarinjavdaneh.ir/آفلاتوکسین-ها/
