Причины контаминации производственных партий семян подсолнечника (Helianthus annuus L.) микотоксинами

Автор: Буркин А.А., Устюжанина М.И., Зотова Е.В., Кононенко Г.П.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Статья в выпуске: 5 т.53, 2018 года.

Бесплатный доступ

В последние годы в нашей стране отчетливо прослеживается тенденция к устойчивому росту масштабов производства подсолнечного масла. Для побочной продукции маслобойных и маслоэкстракционных отраслей - жмыхов и шротов, которые традиционно востребованы как ценное сырье для комбикормов, в процессе многолетнего мониторинга установлены высокие риски контаминации микотоксинами (Г.П. Кононенко с соавт., 2018). В числе возможных причин чаще всего называют нарушения технологии производства и хранения конечной продукции, однако проблема санитарного качества масличных семян, поступающих от сельхозпроизводителей, остается без внимания. Целью работы стало сравнение контаминации микотоксинами основных семян и сорной примеси в производственных партиях, предназначенных для выработки подсолнечного масла. Средние образцы масличных семян из хозяйств Белгородской, Воронежской, Курской и Липецкой областей урожая 2016 года фракционировали на семена и сорную примесь (по ГОСТ 22391-2015) для раздельного изучения характера их контаминации...

Еще

Подсолнечник, семена, сорная примесь, микотоксины, иммуноферментный анализ

Короткий адрес: https://sciup.org/142216610

IDR: 142216610 | DOI: 10.15389/agrobiology.2018.5.969rus

Текст научной статьи Причины контаминации производственных партий семян подсолнечника (Helianthus annuus L.) микотоксинами

В России, где сосредоточено около 70 % мировых посевов подсолнечника, масштабы производства подсолнечного масла в последние годы демонстрируют тенденцию к устойчивому росту. Для жмыхов и шротов — побочной продукции предприятий маслобойных и маслоэкстракционных отраслей, которые традиционно востребованы как ценное сырье при произ- водстве комбикормов, в процессе многолетнего мониторинга установлена значительная загрязненность микотоксинами (4). В числе ее возможных причин чаще всего называют нарушения технологических схем при переработке семян, транспортировке и хранении конечной продукции на предприятиях, однако проблема санитарного качества масличных семян, поступающих от сельхозпроизводителей, остается без внимания.

В настоящей работе при микотоксикологической оценке производственных партий масличных семян подсолнечника мы впервые определили характер контаминации основных семян и выявили повышенное накопление микотоксинов в сорной примеси. Эксперимент с вегетирующим подсолнечником перед уборкой урожая позволил показать, что основной вклад в контаминацию примеси вносят фрагменты корзинок и листьев растений. Новые данные по резкому усилению загрязненности микотоксинами партий семян, подвергшихся самосогреванию, представляют особый интерес, поскольку информация о степени реализации потенциала токсинообразова-ния грибами-продуцентами в таких условиях весьма ограничена.

Целью работы стало сравнение контаминации микотоксинами основных семян и сорной примеси в производственных партиях, предназначенных для выработки подсолнечного масла.

Методика. Исследование выполняли на средних образцах от 19 партий масличных семян подсолнечника ( Helianthus annuus L.), произведенных на сельхозпредприятиях Белгородской, Воронежской, Курской и Липецкой областей в 2016 году. Перед анализом образцы от каждой партии фракционировали на основные семена и сорную примесь, разделяя мелкую часть (весь проход через сито с отверстиями диаметром 3,0 мм) и органическую примесь (лузгу, остатки листьев, стеблей, корзинок) из остатка на сите (8).

При микологическом анализе образцов из партии семян, складированной после уборки в два отсека, в одном из которых были нарушены условия хранения, инкубировали поверхностно стерилизованные семена и размол нестерилизованных семян на питательной среде с последующим выделением и видовой идентификацией грибов Alternaria и Penicillium по культурально-морфологическим признакам (9, 10). Токсинообразование у типичных штаммов оценивали после культивирования на агаризованной среде с экстрактом солода (malt extract agar, MEA, «Liofilchem», Италия) (11) в темноте при 25 ° С в течение 7 сут.

Для анализа вегетирующих растений подсолнечника их отбирали в июне-сентябре 2016 и 2017 годов в подсобных хозяйствах Московской, Тверской, Воронежской и Ростовской областей. Наземные части ( n = 65) срезали на высоте 5 см от поверхности почвы, высушивали в затененном проветриваемом помещении и размельчали цельными. Другую часть растений ( n = 29) перед размолом разделяли на листья, стебли и корзинки.

В группе микотоксинов, определяемых методом иммунофермент-ного анализа с использованием коммерческих и аттестованных исследовательских тест-систем (12, 13), были Т-2 токсин (Т-2), диацетоксисцир-пенол (ДАС), дезоксиниваленол (ДОН), зеараленон (ЗЕН), фумонизины (ФУМ), альтернариол (АОЛ), афлатоксин В1 (АВ1), стеригматоцистин (СТЕ), циклопиазоновая кислота (ЦПК), эмодин (ЭМО), охратоксин А (ОА), цитринин (ЦИТ), микофеноловая кислота (МФК), PR-токсин (PR) и эргоалкалоиды (ЭА).

Статистическую обработку результатов количественного определения микотоксинов проводили методом однофакторного дисперсионного анализа (14) с использованием программы R version 3.4.3 (15). Различия между средними (M) 970

оценивали по уровню значимости p = 0,05.

Результаты. Средние образцы от производственных партий семян подсолнечника были фракционированы на основные семена и сорные примеси для раздельного изучения характера их контаминации (табл. 1).

1. Встречаемость ( n ⁺) и содержание микотоксинов (мкг/кг) в основных семенах и сорной примеси в партиях масличных семян подсолнечника ( Helianthus annuus L.) ( Белгородская, Воронежская, Курская, Липецкая обл., 2016 год)

Микотоксин	Основные семена ( n = 19)	Сорная примесь
Микотоксин	Основные семена ( n = 19)	органическая примесь ( n =	19) 1	мелкая часть ( n = 18)
Т-2		15 (3-11-100)^a		18 (2-12-100)^a
ДОН		1 (1000)		2 (79, 1000)
ДАС		14 (145-250-395)^a		15 (130-305-935)^a
ЗЕН	1 (15)	15 (25-34-50)^a		16 (25-37-63)^a
ФУМ	1 (79)
ЭА		1 (6)		4 (2-7-16)
АОЛ	15 (21-450-3080) ^a	19 (40-2390-7940)^b		18 (44-1800-5620)^b
АВ 1
СТЕ		2 (9, 12)		1 (20)
ЦПК	1 (200)	9 (77-145-250)^a		7 (64-135-250)^a
ЭМО	8 (12-42-125)^a	17 (130-825-1620)^b		17 (50-415-795)^c
ОА				1 (9)
ЦИТ		12 (25-44-94)		6 (21-32-43)
МФК	6 (12-28-53)^a	16 (16-245-2400)^b		15 (27-260-1050)^b
PR		4 (230-360-645)		2 (235, 300)

П р и м е ч а н и е. Т-2 — Т-2 токсин, ДАС — диацетоксисцирпенол, ДОН — дезоксиниваленол, ЗЕН — зеараленон, ФУМ — фумонизины, ЭА — эргоалкалоиды, АОЛ — альтернариол, АВ₁ — афлатоксин В₁, СТЕ — стеригматоцистин, ЦПК — циклопиазоновая кислота, ЭМО — эмодин, ОА — охратоксин А, ЦИТ — цитринин, МФК — микофеноловая кислота, PR — PR-токсин; n — число исследованных проб. Число положительных проб n ⁺ указано перед скобками, в скобках приведено минимальное-среднее-мак-симальное содержание микотоксинов в положительных пробах. Прочерк означает, что положительных проб не обнаружили. В одной строке для значений с неодинаковыми надстрочными индексами (a, b, c) различия статистически значимы при р = 0,05.

Из 15 исследуемых микотоксинов в семенах практически повсеместно встречался АОЛ, реже — МФК и ЭМО, в единичных пробах — ЗЕН, ФУМ и ЦПК. Напротив, в сорной примеси, наряду с АОЛ, ЭМО и МФК, достаточно часто содержались фузариотоксины (Т-2, ДАС, ЗЕН), несколько реже — ЦПК и ЦИТ, в немногих случаях — ДОН, СТЕ, ЭА и PR. Существенных различий по характеру контаминации органической примеси и мелкой части у большинства микотоксинов не отмечалось. Диапазоны содержания АОЛ, ЭМО и особенно МФК в примесях были заметно шире и по средним значениям достоверно превышали показатели у семян. Впервые описанный факт множественной и интенсивной контаминации сорной примеси имеет важное практическое значение, поскольку экспериментально обосновывает необходимость тщательной очистки семян подсолнечника, поставляемых на дальнейшую переработку.

Представляло интерес выявить, какие части растений, попадающие к семенам при уборке, вносят основной вклад в контаминацию. Для этого мы изучили компонентный состав микотоксинов в наземных частях, а также листьях, корзинках и стеблях вегетирующего подсолнечника (табл. 2). Контаминация растений была множественной, чаще всего встречались ЦПК, ЭА, АОЛ, ЭМО, далее следовали СТЕ, ЦИТ, МФК, реже других — ОА и PR, из фузариотоксинов были выявлены Т-2 и ДАС с частотой 14/65 и 24/65. Если к накоплению Т-2, ДАС и АОЛ вполне могли быть причастны фитопатогенные грибы Fusarium и Alternaria , то практически постоянное обнаружение в образцах ЦПК, ЭА и ЭМО, по-видимому, связано с представителями родов Aspergillus и Penicillium (16-18). Они нередко сопутствуют возбудителям грибных заболеваний подсолнечника в весьма незначительном количестве (19), однако их роль в продуцировании токсинов еще предстоит оценить.

2. Встречаемость ( n ⁺) и содержание микотоксинов (мкг/кг) в листьях, корзинках, стеблях и целых растениях подсолнечника ( Helianthus annuus L.) (Московская, Тверская, Воронежская, Ростовская обл., 2016 и 2017 годы)

Микотоксин	Целые растения ( n = 65)	Части растений ( n = 29)
Микотоксин	Целые растения ( n = 65)	листья	корзинки	стебли
Т-2	14 (2-6-20)	23 (2-3-6)^a	16 (2-15-145)^a	1 (2)
ДАС	24 (97-165-265)	25 (130-265-645)^a	9 (130-205-315)^a
ДОН		2 (76, 100)
ЗЕН		4 (28-34-39)^a	5 (26-29-33)^a
ФУМ
ЭА	52 (2-14-60)	22 (2-14-100)		2 (2, 3)
АОЛ	42 (14-32-91)	23 (12-40-100)^a	14 (15-110-775)^a	3 (20-200-415)
АВ 1		1 (2)	1 (4)
СТЕ	17 (12-14-25)	11 (10-16-27)	1 (25)
ЦПК	64 (89-235-500)	29 (130-415-980)^a	20 (50-150-400)^b	4 (115-130-140)
ЭМО	27 (19-37-10)	26 (25-47-100)^a	17 (20-61-225)^a	2 (26, 30)
ОА	7 (4-5-7)	3 (5-5-6)	1 (6)
ЦИТ	12 (32-42-50)	16 (29-44-63)	4 (21-42-60)
МФК	15 (15-52-225)	11 (13-21-35)^a	11 (13-42-215)^a	2 (13, 36)
PR	9 (150-180-265)	20 (130-300-500)	4 (135-195-260)

П р и м еч а ни е. Т-2 — Т-2 токсин, ДАС — диацетоксисцирпенол, ДОН — дезоксиниваленол, ЗЕН — зеараленон, ФУМ — фумонизины, ЭА — эргоалкалоиды, АОЛ — альтернариол, АВ1 — афлатоксин В1, СТЕ — стеригматоцистин, ЦПК — циклопиазоновая кислота, ЭМО — эмодин, ОА — охратоксин А, ЦИТ — цитринин, МФК — микофеноловая кислота, PR — PR-токсин; n — число исследованных проб. Число положительных проб n ⁺ указано перед скобками, в скобках приведено минимальное-среднее-максималь-ное содержание микотоксинов в положительных пробах. Прочерк означает, что положительных проб не обнаружили. В одной строке для значений с неодинаковыми надстрочными индексами (a, b) существенно различаются при р = 0,05.

В листьях и корзинках комплекс основных контаминантов в целом соответствовал установленному для целых растений, а в стеблях токсичные метаболиты обнаруживались крайне редко (см. табл. 2). Эти результаты соответствовали опубликованным ранее для меньшей выборки (20). Неоднородный характер распределения микотоксинов по органам растений рассматривается как проявление сложных ассоциативных связей этих организмов с микроскопическими грибами, главным образом эндофитами (21, 22). Согласно полученным данным, в корзинках в сравнении с листьями содержание всех токсинов, кроме ЗЕН и МФК, было меньше. При этом наблюдалось статистически достоверное снижение содержания ЦПК. Появившиеся за последние годы обширные сведений о составе и содержании метаболитов грибов в слоевищах лишайников (23), а теперь и в подсолнечнике, стали важным вкладом в понимание биохимических механизмов регуляции ценотических взаимодействий. Особенно перспективными представляются углубленные комплексные исследования эндогенных грибов и метаболического профиля, формируемого в растениях с участием всего ассоциированного сообщества организмов.

3. Содержание микотоксинов (мкг/кг) в основных семенах подсолнечника ( He-lianthus annuus L.) и сорной примеси в одной партии при соблюдении (отсек 1) и нарушении условий хранения (отсек 2 с очагами самосогревания) (Курская обл., 2016 год)

Микотоксин	Основные семена	Сорная примесь
Микотоксин	Основные семена	органическая примесь	мелкая часть
Т-2	–/–	–/3	3/5
ДАС	–/–	–/–	215/400
ДОН	–/–	–/–	–/–
ЗЕН	–/–	–/–	49/45
ФУМ	–/–	–/–	–/–
ЭА	–/–	–/–	–/–
АОЛ	26/240	955/245	480/390
АВ 1	–/–	–/–	–/–
СТЕ	–/–	–/–	–/15
ЦПК	–/–	–/–	–/250
ЭМО	–/41	735/600	355/1000
ОА	–/–		–/–
ЦИТ	–/–	26/-	–/–
МФК	53/2630	125/1000	345/6310
PR	–/–	–/–	–/–

На растительных остатках в примесях в результате самосогревания произошло усиление контаминации МФК и появление СТЕ и ЦПК, однако такой же отчетливой тенденции в отношении АОЛ, ЭМО и фузарио-токсинов (Т-2, ДАС, ЗЕН) не наблюдалось (см. табл. 3). Возможно, интенсификация накопления МФК на отмерших тканях подсолнечника связана с тем, что в этих условиях P. stoloniferum получает шанс реализовать потенциал микофильного гриба из физиологической группы некротрофов (27). Описан факт его обитания на стромах фитопатогена Helminthosporium sativum Pam. и подавляющий эффект против возбудителей распространенных заболеваний подсолнечника Botrytis cinerea Fr. и Verticillium dahliae (31).

Резкое накопление микотоксинов не только в семенах, но и в сорной примеси, служит еще одним аргументом в пользу повышенного внимания к процедуре очистки партий перед хранением и переработкой.

При обследовании производственных партий семян, а также об- разцов из очагов самосогревания мы не отметили ни одного случая обнаружения АВ1 при достаточно высокой чувствительности использованного метода (0,002 мг/кг). Тем не менее, АВ1 официально признан единственным показателем безопасности (не более 0,005 мг/кг) для семян масличных культур пищевого назначения (в том числе подсолнечника), а также для нерафинированных растительных масел всех видов и продуктов их переработки (32-34). Явные несоответствия между микотоксиколо-гическими критериями контроля подсолнечных жмыхов и шротов и распространенностью реальных носителей угрозы для здоровья животных подробно рассмотрены нами ранее (4).

Таким образом, в масличных семенах подсолнечника основные кон-таминанты микогенного происхождения представлены альтернариолом, микофеноловой кислотой и эмодином. Для сорной примеси, попадающей в партии при уборке и содержащей остатки зеленой массы растений, характерно более интенсивное накопление этих микотоксинов и появление ряда других — фузариотоксинов, а также циклопиазоновой кислоты и цит-ринина. При нарушении правил хранения в условиях повышенной влажности и температуры в основных семенах может резкое возрасти накопление альтернариола и микофеноловой кислоты, обладающих токсическим действием, включая генотоксичность и иммунодепрессивную активность. Впервые полученные сведения о характере контаминации микотоксинами производственных партий масличных семян подсолнечника, несомненно, представляют собой важный шаг к созданию российской пополняемой информационной базы данных для совершенствования гигиенических и санитарных требований безопасности пищевых продуктов и кормов.

Авторы выражают признательность Е.А. Пирязевой за помощь в оценке состава микобиоты семян и выделении чистых культур грибов.

Список литературы Причины контаминации производственных партий семян подсолнечника (Helianthus annuus L.) микотоксинами

Chulze S.N., Torres A.M., Dalcero A.M., Etcheverry M.G., Ramirez M.L., Farnochi M.C. Alternaria mycotoxins in sunflower seeds: incidence and distribution of the toxins in oil and meal. J. Food Prod., 1995, 58: 1133-1135.
Suganthi M.P.F., Ravi R., Purushothaman M.R., Mohan B., Vasanthakumar P. Occurrence of ochratoxin A in sunflower cake and evaluation of detoxified sunflower cake in poultry. Indian Journal of Poultry Science, 2003, 38(1): 37-41.
Mmongoyo J.A., Wu F., Linz J.E., Nair M.G., Mugula J.K., Tempelman R.J., Strasburg G.M. Aflatoxin levels in sunflower seeds and cakes collected from micro-and small-scale sunflower oil processors in Tanzania. PLoS ONE, 2017, 12(4): 1-14 ( ) DOI: 10.1371/journal.pone.0175801
Kononenko G.P., Ustyuzhanina M.I., Burkin A.A. The problem of safe sunflower (Helianthus annuus L.) use for food and fodder purposes (review). Agricultural Biology, 2018, 53(3): 485-498 ( ) DOI: 10.15389/agrobiology.2018.3.485eng
Ostry V. Alternaria mycotoxins: an overview of chemical characterization, producers, toxicity, analysis and occurrence in foodstuffs. World Mycotoxin J., 2008, 1(2): 175-188 ( ) DOI: 10.3920/WMJ2008.x013
EFSA Panel on Contaminants in the Food Chain. Scientific Opinion on the risks for animal and public health related to the presence of Alternaria toxins in feed and food. EFSA Journal, 2011, 9(10): 2407 ( ) DOI: 10.2903/j.efsa.2011.2407
Arcella D., Escola M., Ruiz J.A.G. Dietary exposure assessment to Alternaria toxins in the European population. EFSA Journal, 2016, 14(12): 4654 ( ) DOI: 10.2903/j.efsa.2016.4654
ГОСТ 22391-2015. Подсолнечник. Технические условия. М., 2015.
Raper K.B., Thom C., Fennell D.I. A manual of the Penicillia. Williams & Wilkins Company, USA, Baltimore, 1949.
Simmons E.G. Alternaria. An identification manual. CBS, Utrecht, 2007.
Introduction to food-and airborne fungi. 6th edition/R.A. Samson, E.S. Hoekstra, J.C. Frisvad, O. Filtenborg (eds.). CBS, Utrecht, 2000.
ГОСТ 31653-2012 Корма. Метод иммуноферментного определения микотоксинов. М., 2012.
Burkin A.A., Kononenko G.P. Mycotoxin contamination of reindeer moss. Russian Agricultural Science, 2011, 37(2): 182-184.
McDonald J.H. Handbook of biological statistics. 3rd edition. Sparky House Publishing, USA, Baltimore, 2014. Режим доступа: http://www.biostathand-book.com. Без даты.
The R project for statistical computing. Режим доступа: http://www.r-project.org. Без даты.
Chang P.-K., Erlich K.C., Fujii I. Cyclopiazonic acid biosynthesis of Aspergillus flavus and Aspergillus oryzae. Toxins, 2009, 1: 74-99 ( ) DOI: 10.3390/toxins1020074
Gerhards N., Neubauer L., Tudzynski P., Li S.-M. Biosynthetic pathways of ergot alkaloids. Toxins, 2014, 6: 2381-2395 ( ) DOI: 10.3390/toxins6123281
Izhaki I. Emodin -a secondary metabolite with multiple ecological functions in higher plants. New Phytologist, 2002, 155(2): 205-217 ( ) DOI: 10.1046/j.1469-8137.2002.00459.x
Выприцкая А.А. Микобиота подсолнечника в Тамбовской области. Тамбов, 2015.
Зотова Е.В., Кононенко Г.П., Буркин А.А. Микотоксины в подсолнечнике (Helianthus annuus L.): компонентный состав и распределение по растению. Современная микология в России, 2017, 7: 202-204.
Rodriguez R.J., White J.F. Jr., Arnold A.E., Redman R.S. Fungal endophytes: diversity and functional roles. New Phytol., 2009, 182(2): 314-330 ( ) DOI: 10.1111/j.1469-8137.2009.02773.x
Zhang H.W., Song Y.C., Tan R.X. Biology and chemistry of endophytes. Nat. Prod. Rep., 2006, 23(5): 753-771 ( ) DOI: 10.1039/b609472b
Kononenko G.P., Burkin A.A. Distribution of mycotoxins and usnic acid in the thalli of epigeous lichens. Biology Bull., 2015, 42(3): 213-219 ( ) DOI: 10.1134/S1062359015030036
Tralamazza S.M., Piacentini K.C., Tadashi Iwase C.H., de Olivera Rocha L. Toxigenic Alternaria species: impact in cereals worldwide. Current Opinion in Food Science, 2018, 23: 57-63 ( ) DOI: 10.1016/j.cofs.2018.05.002
Scott J.A., Wong B., Summerbell R.C., Untereiner W.A. A survey of Penicillium brevicompactum and P. bialowiezense from indoor environments, with commentary on the taxonomy of the P. brevicompactum group. Botany, 2008, 86(7): 732-741 ( ) DOI: 10.1139/B08-060
Burkin A.A., Kononenko G.P. Producers of mycophenolic acid in ensiled and grain feeds. Applied Biochemistry and Microbiology, 2010, 46(5): 545-550 ( ) DOI: 10.1134/S0003683810050145
Frisvad J.C., Filtenborg O. Terverticillate Penicillia: chemotaxonomy and mycotoxin production. Mycologia, 1989, 81(6): 837-861 ( ) DOI: 10.2307/3760103
Overy D.P., Frisvad J.C. Mycotoxin production and postharvested storage rot of ginger (Zingiber officinale) by Penicillium brevicompactum. J. Food Protect., 2005, 68(3): 607-609.
Müller M.E.H., Urban K., Köppen R., Siegel D., Korn U., Koch M. Mycotoxins as antagonistic or supporting agents in the interaction between phytopathogenic Fusarium and Alternaria fungi. World Mycotoxin J., 2015, 8(3): 311-321 ( ) DOI: 10.3920/WMJ2014.1747
Orina A.S., Gavrilova O.P., Gagkaeva T.Yu., Loskutov I.G. Symbiotic relationships between aggressive Fusarium and Alternaria fungi colonizing oat grain. Agricultural Biology, 2017, 52(5): 986-994 ( ) DOI: 10.15389/agrobiology.2017.5.986eng
Рудаков О.Л. Микофильные грибы, их биология и практическое значение. М., 1981.
Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. СанПиН 2.3.2.1078-01. М., 2008.
ТР ТС 021/2011 Технический регламент Таможенного союза «О безопасности пищевой продукции». Утвержден решением Комиссии Таможенного союза от 9 декабря 2011 г. № 880.
ТР ТС 015/2011 Технический регламент Таможенного союза «О безопасности зерна». Утвержден решением Комиссии Таможенного союза от 9 декабря 2011 г. № 874.

Еще

Статья научная