Warsztaty szkoleniowe : Ochrona zdrowia ryb w aspekcie jakości i bezpieczeństwa żywności

MIKOTOKSYNY W PASZACH DLA RYB Małgorzata Woźniak, Paweł Poczyczyński Katedra Biologii i Hodowli Ryb, Wydział Nauk o Środowisku Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Olsztyn, 21-22 września 2015 r

Ryby cenne źródło składników odżywczych odżywczych Cenne źródło składników

Wzrost popytu na ryby

Dynamiczny rozwój akwakultury

Żywienie Komponenty zwierzęce

Komponenty roślinne

Grzyby toksynotwórcze (Aspergillus, Penicillium, Fusarium)

wtórne metabolity -mikotoksyny (gr. mycos- grzyb łac. toxicum – trucizna) 400 związków Magazynowane w:  endotoksyny – magazynowane w grzybni lub konidiach  egzotoksyny – wydzielane do podłoża

Przypadki zatruć ludzi i zwierząt • • • • •

Ateny – V wiek p.n.e. – zatrucie zearalenonem Wyginięcia Etrusków – zearalenon Średniowiecze – zatrucia sporyszem Syberia (II wojna światowa) - trichoteceny Kraje Bałkańskie (po II wojnie światowej) – zatrucia ochratoksyną A • Anglia 1960 r. – masowe padnięcia indyków – aflatoksyna B1 • Indie i Kenia – nowotwory wątroby u ludzi i zwierząt domowych – aflatoksyna B1 Według FAO 25% zbóż (40%) skażonych co najmniej jedną toksyną

Podział grzybów pleśniowych ze względu na rodzaj podłoża  fitopatogeniczne - grzyby polowe (pleśnie polowe) największe zagrożenie to gatunki z rodzaju Fusarium (trichoteceny, zearalenon) akumulacja głównie - zboża drobnoziarniste, kukurydza, ziemniaki, nasiona roślin oleistych duża wilgotność podczas kwitnienia i tworzenia ziarna  saprofityczne - grzyby przechowalnicze, największe zagrożenie to gatunki z rodzaju Aspergillus i Penicillium ( aflatoksyny, ochratoksyna A)

Grzyby toksynotwórcze wytwarzające wybrane mikotoksyny Mikotoksyna

Surowiec

Gatunek grzyba

Aflatoksyny

Zboża

Aspergillus flavus, A. parasiticus, A. nomius

Ochratoksyna A Zboża

Fumonizyny

Zboża i produkty zbożowe

Trichoteceny

Zboża i produkty zbożowe

Zearalenon

Zboża

Aspergillus alutaceus, A. melleus, A. ochraceus, A. carbonarius, A. niger, A. ostianus, Penicillium verrucosum var. cyclopium, Penicillium verrucosum var. verrucosum, P. commune, P. nordicum, P. purpurescens, P. variable Fusarium verticillioides, F. proliferatum, F. subglutinans Fusarium sporotriichioides, F. poae, F. equiseti, F. culmorum, F. graminearum Fusarium cerealia, F. culmorum, F. equiseti, F. graminearum

Źródło opracowanie własne na podstawie Piotrowska (2012)

Mikotoksyny Zanieczyszczają żywność i pasze: • głównie zboża i produkty zbożowe, kukurydzę, orzechy, nasiona oleiste • warzywa, owoce, mleko i jego przetwory • mięso i jego przetwory Szkodliwe działanie - niewielkie stężenia około 1 mg/kg masy (ziarna zbóż, przetworów zbożowych, pasz i innych produktów) Działania mikotoksyn  zootoksyczne – toksyczne dla człowieka i zwierząt  fitotoksyczne - toksyczne dla roślin  antybiotyczne- inhibuje wzrost drobnoustrojów (bakterii i grzybów) połączone działanie np. toksyna T-2, deoksyniwalenol – fitotoksyczne i zootoksyczne

Koszty ekonomiczne wywołane zanieczyszczeniem mikotoksynami ziarna zbóż, nasion roślin oleistych i pasz w USA – około 1 miliarda $ rocznie (Task Froce Report 2003)

Zboże skażone grzybami fuzaryjnymi (Manfred 2006)

Kukurydza skażona grzybami fuzaryjnymi (Manfred 2006)

Mikotoksyny

Nasiona roślin oleistych

Orzechy skażone pleśnią Aspergillus flavus (Manfred 2006)

Czynniki determinujące syntezę mikotoksyn  • • • • •

Czynniki środowiskowe skład chemiczny substratu konsystencja substratu obecność mikroelementów (cynk, kobalt, magnez) w podłożu wilgotność (WWP>70%, surowca roślinnego>15%) temperatura ( Aspergillus flavus – 30o C, T-2 - 6-12 o C, deoksyniwalenol 28 o C • odczyn środowiska ( pH 4,5-6,5) • obecność mikroflory konkurencyjnej (np. Aspergillus niger, Trichoderma viride, Lactobacillus)

Działania prewencyjne w celu zminimalizowania ryzyka porażenia produktu grzybami pleśniowymi • • • • • • • • •

wybór odmian odpornych na infekcje grzybowe metoda uprawy (orka) stosowanie płodozmianu nawożenie właściwe stosowanie środków owado- i chwastobójczych odpowiedni dobór siedliska dla roślin unikanie uszkodzeń mechanicznych i zanieczyszczenia glebą minimalizowanie narażenia roślin na stres np. brak wody, zimno magazynowanie surowców w odpowiednich warunkach (temperatura i wilgotność) Wytyczne do stosowania właściwych działań prewencyjnych Rozporządzenie Komisji UE 1881/2006 Dz.U.L364 z 20.12.2006 r. Zalecenie Komisji UE 583/2006 Dz.U.L 234 z 29.08.2006 r. w sprawie zapobiegania występowaniu i ograniczania występowania toksyn Fusarium w zbożach i produktach zbożowych

Działania prewencyjne zapobiegające porażeniu mikotoksynami odmiana Odporność na porażenie przez grzyby pleśniowe w skali 1-9 np. pszenica ozima – odporność najczęściej 5 Czynniki determinujące syntezę mikotoksyn – gospodarowanie glebą i metoda uprawy uprawa powierzchniowa uproszczona ( kultywatory ścierniskowe, brony talerzowe) – zwiększenie zagrożenia grzybami toksynotwórczymi (Fusarium) pozostające na powierzchni gleby resztki pożniwne – miejsce dla rozwoju i zarodnikowania grzybów uprawa tradycyjna ( podorywka – przykrycie resztek pożniwnych, orka głęboka – przed siewem) – zmniejszenie porażenia toksynami DON dwukrotnie więcej w siewie bezpośrednim w porównaniu z orką głęboką (Lori i wsp. 2009)–

Działania prewencyjne zapobiegające porażeniu mikotoksynami płodozmian planowanie uprawy ( płodozmian) – uproszczenia uprawy prowadzą do spadku plonów, obniżenia zdrowotności roślin, wzrostu zachwaszczenia tzw. krótkie rotacje – dominacja w uprawach rzepaku i pszenicy zalecane wprowadzanie w płodozmianie roślin strączkowych (bobik, groch, łubin) , okopowych izolacja przestrzenna od źródła infekcji

Modelowe płodozmiany dla zbóż, rzepaku i kukurydzy pszenica ozima-burak cukrowy – jęczmień jary – rzepak ozimy rzepak ozimy – pszenica ozima – burak cukrowy – jęczmień jary kukurydza – ziemniak – pszenżyto - łubin

Działania prewencyjne zapobiegające porażeniu mikotoksynami – nawożenie nawozy sztuczne • zmiana tempa rozkładu pozostałości pożniwnych • zmiana tempa wzrostu roślin • zmian struktury gleby i jej aktywności biologicznej np. mocznik , azotan amonu, azotan wapnia

spadek porażenia grzybami pleśniowymi

Działania prewencyjne zapobiegające porażeniu mikotoksynami - właściwe stosowanie środków owado- i chwastobójczych owady • uszkadzają zewnętrzna ochronę ziarna i tkanek roślin • przenoszą spory grzybów pleśniowych

chwasty schronienie dla grzybów pleśniowych (Fusarium)

Działania prewencyjne zapobiegające porażeniu mikotoksynami w czasie magazynowania ziarna zbóż i nasion roślin strączkowych Magazyny płaskie, silosy, rękawy foliowe Silosy- metody konserwacji ziarna • magazynować suche ziarno i okresowo je przewietrzać, • schładzać ziarno suche lub prawie suche do temperatury 5-10°C, • suszyć ziarno mokre Ziarna przeznaczone do magazynowania najlepsza wilgotność 11-12% w czasie zbioru wilgotność 12-16%

Działania prewencyjne zapobiegające porażeniu mikotoksynami – w czasie magazynowania ziarna zbóż i nasion roślin strączkowych najważniejsze urządzenia, w jakie powinien być wyposażony każdy magazyn zbożowy (silosowy lub płaski) : • wentylator lub dmuchawa • urządzenie doprowadzające sprężone powietrze z wentylatora do warstwy ziarna, najczęściej perforowana podłoga lub perforowane kanały wentylacyjne • urządzenie pomiarowo-kontrolne (Ryniecki i Szymański 1999)

Czas bezpiecznego przechowywania ziarna zbóż ze względu na widoczny rozwój pleśni (nazywany też dopuszczalnym czasem przechowywania uzależniony od wilgotności i temperatury ziarna Korbas i Horoszkiewicz-Janka (2013) w trakcie przechowywania ziarna zbóż i nasion roślin oleistych przy nadmiernej wilgotności zawartość zarodników grzybów szybko wzrasta z 10 000 w 1 gramie ziarna zdrowego do nawet 1 miliona (Piotrowska, 2012)

Czas bezpiecznego przechowywania nasion rzepaku ze względu na widoczny rozwój pleśni (nazywany też dopuszczalnym czasem przechowywania)

Korbas i Horoszkiewicz-Janka (2013)

Bezpieczna wilgotność ziarna (Ryniecki i Szymański 1999) Rodzaj ziarna i czas przechowywania Pszenica, żyto, pszenżyto, jęczmień, owies: przechowywane do 6 mies. przechowywane ponad 6 mies. Rzepak; przechowywane do 6 mies. przechowywane ponad 6 mies. Kukurydza: Paszowa zużyta do wiosny przechowywane do 6-12 mies. przechowywane ponad 12 mies.

Bezpieczna wilgotność ziarna (%)

Typowa maksymalna wilgotność ziarna przy zbiorze

14 13

20 20

8 7

17 17

15,5 14 13

35 35 35

Metody dekontaminacji toksyn Mechaniczne oddzielanie ziaren zanieczyszczonych (sortowanie) obłuskiwanie

Chemiczne dodatek adsorbentów (glinki, kaolin, zeolity, węgiel aktywny, glinokrzemiany sodu i magnezu, uwodniony glinokrzemian sodowowapniowy), bentonit

Fizyczne wysoka temperatura, promieniowanie UV i gamma

Biologiczne Mikrorganizmy (Lactobacillus, Aspergillus Saccharomyces cerevisiae)

Metody dekontaminacji toksyn - mechaniczne

Sortowanie – połamane ziarna – wyższa zawartość fumonizyn sortowanie ziarna – zmniejszenie zanieczyszczeń fumonizynami nawet o 70-90% Obłuskiwanie ziarna – spadek stężenia deoksyniwalenolu i zearalenonu o 1/3

Metody dekontaminacji toksyn - fizyczne obróbka cieplna – większość mikotoksyn jest termostabilna rozpad w temperaturze powyżej 200o C fumonizyny, zearalenon – spadek zawartość przy wysokich temp. stosowanych w procesach technologicznych w produkcji pasz Promienie UV i gamma wyeliminowanie sporów grzybów pleśniowych z rodzaju Fusarium

Metody dekontaminacji toksyn- chemiczne  Amoniakowanie (amoniak, wodorotlenek amonu) - zmniejszenie stężenia aflatoksyn amoniakowanie – częściowy rozkład aminokwasów (głównie lizyny)  Ekstrakcja etanolem, metanolem – efektywna metoda  Dodatek adsorbentów (glinki, kaolin, zeolity, węgiel aktywny, glinokrzemiany sodu i magnezu, uwodniony glinokrzemian sodowo-wapniowy), bentonit adsorbują mikotoksyny w porach struktury krzemianów mało skuteczne , wiążą witaminy , składniki mineralne i podstawowe składniki pokarmowe ( obniżenie wartości paszy)

Metody dekontaminacji toksyn- biologiczne bakterie fermentacji mlekowej Lactobacillus • • • •

hamowanie wzrostu pleśni hamowanie produkcji mikotoksyn ograniczenie występowania mikotoksykozy zmniejszenie kumulacji toksyn w tkankach

Lactobacillus rhamnosus 75% ograniczenie adsorpcji aflatoksyny B1 (El-Nezami wsp. 1998) Bacillus megaterium, Corynobacter rubrum

Metody dekontaminacji toksyn- biologiczne drożdże Saccharomyces cerevisiae

efektywne usuwanie ochratoksyny A z surowców pochodzenia roślinnego – wiązanie mikotoksyn przez frakcje β-D-glukanu obecne w ścianie komórkowej np. szczepy drożdży izolowane z tylnego odcinka jelita termitów – dezaktywacja zearalenonu w paszy

Mikotoksyny • są to związki niskocząsteczkowe, po wniknięciu do organizmu człowieka nie są metabolizowane • nie posiadają właściwości antygenowych, nie wzbudzają działania obronnego systemu odpornościowego

• mikotoksynom przypisuje się działanie hepatotoksyczne, kancerogenne, mutagenne, teratogenne, neurotoksyczne • najnowsze doniesienia naukowe sygnalizują, że mikotoksynom należy przypisywać powstawanie takich chorób cywilizacyjnych, jak: cukrzyca, artretyzm i miażdżyca

Mikotoksyny w akwakulturze w ostatnich latach pojawiła się tendencja do zastępowania mączki rybnej w paszach dla ryb przez tańsze źródła białka, pochodzenia roślinnego

w wyniku tego trendu, hodowle ryb są bardziej narażone na zakażenia jednym lub więcej rodzajami mikotoksyn spożycie mikotoksyn wraz z paszą wywołuje mikotoksykozy zatrucia ostre, podostre, przewlekłe powodują: uszkodzenia narządów wewnętrznych choroby układu oddechowego, pokarmowego choroby związane z osłabieniem układu odpornościowego

Mikotoksyny najważniejsze pod względem ekonomicznym i toksykologicznym

Ochratoksyna A Aflatoksyna B1

Zearalenon

Deoksyniwalenol

Fumonizyna B1

Aflatoksyny B1, B2, M1, M2, G1, G2 Aspergillus flavus Aspergillus parasiticus orzechy arachidowe, śruty nasion oleistych (makuch bawełniany), kukurydza w glebie, magazynach i w przechowywanych płodach największe zagrożenie w strefie klimatu tropikalnego i subtropikalnego w Polsce aflatoksyny nie są zanieczyszczeniem zbóż, występują w importowanych makuchach arachidowych i bawełnianych oraz w ziarnie kukurydzy sprowadzanym ze strefy subtropikalnej (wysoka temperatura i dużej wilgotność)

Aflatoksynoza u ryb • • • • • • •

spadek przyrostów ryb, bladnięcie skrzeli anemia uszkodzenia wątroby upośledzenie procesów krzepnięcia krwi spadek liczby erytrocytów zaburzenia systemu immunologicznego i wzrost śmiertelności

Ryby są szczególnie wrażliwe na działanie aflatoksyny B1, która może odkładać się w mięśniach ryb ale jest szybko usuwana z organizmu

Ochratoksyna A (OTA) Aspergillus spp; Penicillium verrucosum ziarna zbóż (żyto, pszenica) mieszanki paszowe wskutek nieprawidłowego przechowywania , po 2-3 m-ce przechowywania w wilgotności > 15% głównie - W. Brytania, Skandynawia - zbyt wysoka wilgotność zbieranego ziarna w Polsce- najczęściej wytwarzana mikotoksyna- 12% zbóż i 2% pasz jest zanieczyszczonych OTA (Czerwiecki wsp.2002) zanieczyszczenie glebą, nasionami chwastów, wysoki procent nasion uszkodzonych

Ochratoksynoza skarmianie ryb paszą porażoną ochratoksyną może powodować: • deformacje głowy, oczu • powiększenie i nekroza wątroby • bladość i nekroza nerek • spadek liczby erytrocytów • spadek masy ciała

Zboże porażone ochratoksyną A

Przykłady porażenia zbóż przez grzyby z rodzaju Fusarium

Zbielały kłos pszenicy charakterystyczna cecha porażenia kłosów przez Fusarium (fot. M. Korbas)

Ziarno jęczmienia - pomarańczowe sporodochia grzybów rodzaju Fusarium (fot. M. Korbas)

Dwa kłosy po lewej stronie silnie porażone przez Fusarium, po prawej stronie kłos zdrowy (fot. M. Korbas)

Obniżenie plonowania- obniżenie liczby ziaren z kłosa, mniejszy ciężar ziaren, mniejsza masa

Fumonizyny Fusarium proliferatum, F. verticillioides głównie ziarno kukurydzy zboża drobnoziarniste wszystkie strefy klimatyczne Polska - gatunek F. proliferatum występuje sporadycznie występowanie F. verticillioides (moniliforme) zależy od warunków panujących w sezonie wegetacyjnym wyróżnia się następujące formy fumonizyn: B1, B2; B3; B4, A1, A2 fumonizyna B1 stanowi 70% wszystkich fumonizyn zawartość w porażonym ziarnie kukurydzy > 2 g/kg (Chełkowski 2010)

Fumonizyny

• • • • •

zahamowanie tempa wzrostu spadek wartości hematokrytu wzrost poziomu glikogenu w wątrobie zmiany w mózgu o charakterze rakotwórczym obecność wodniczek w nerkach

Trichoteceny

Fusarium (np.F. ayenaceum, F culmorum, F. graminearum) występują we wszystkich zbożach, najczęściej porażone są ziarna kukurydzy w klimacie umiarkowanym i subtropikalnym cztery grupy: A, B, C i D toksyna T-2, toksyna HT-2 - najsilniejsze toksyny z grupy A deoksyniwalenol (DON), niwalenol – toksyny z grupy z grupy B Zawartość DON w zbożu porażonym od 5-50mg/kg (ziarniaki pszenicy – białe lub różowe)

Trichoteceny

trichoteceny - hamowanie syntezy białek - uszkodzenie przewodu pokarmowego, gromadzenie płynów ustrojowych w jamie ciała oraz za oczami - wzrost aktywności transferazy glutaminowej oraz fosfatazy alkalicznej - działanie immunotoksycznie, neurotoksyczne, genotoksycznie i

Zearalenon (toksyna F-2) Fusarium (F. graminearum, F.culmorum, F. trcinctum, F. sporotrichioides) ziarnach zbóż (najczęściej w kukurydzy)  wytwarzany na polu  podczas magazynowania (głównie), nieodpowiednie warunki przechowywania (wilgotność ziarna powyżej 22%) w ziarnie krajowego pochodzenia nie wykazano dotychczas znaczących zawartości toksyny F-2

Spleśniałe ziarno kukurydzy porażone przez grzyby rodzaju Fusarium (fot. M. Korbas)

Zearalenon (toksyna F-2) średnia zawartość toksyny F-2 w porażonym ziarnie zbóż drobnoziarnistych – od kilku do 8 mg/kg w ziarnie kukurydzy – do 275mg/kg

wywiera nieznaczny wpływ na organizm ryb żywienie pstrąga tęczowego paszą porażoną toksyną T-2 u samic zaburzenia w procesie witellogenezy (Arukwe i wsp., 1999)

Zmiany w organizmie ryb wywołanie mikotoksynami

Koszty żywienia przy 5% wzrostście FCR dla skorupiaków, ryb łososiowatych i ryb morskich

Koszt żywienia (mln $)

Odpowiada wzrostowi o 341 mln $

Odpowiada wzrostowi o 375 mln $

Skorupiaki (słodkowodne i słonowodne) Źródło: Tacon, 2011

Łososiowate

Morskie

Koszty żywienia przy wzroście FCR o 5% dla ryb słodkowodnych

Koszt żywienia (mln $)

Odpowiada wzrostowi o 914 mln $

Źródło: Tacon, 2011

Odpowiada wzrostowi o 654 mln $

Dopuszczalna zawartość toksyn w paszach dla ryb w mg/kg paszy (Zalecenia Komisji z dnia 17 sierpnia 2006 r.) Mikotoksyna

Produkty przeznaczone do żywienia zwierząt

Wartość orientacyjna w mg/kg (ppm) dla paszy o zawartości wilgoci wynoszącej 12%

Deoksyniwalenol

Materiały paszowe - Zboża i produkty zbożowe z wyjątkiem produktów

8

ubocznych kukurydzy

Zearalenon

Materiały paszowe - Zboża i produkty zbożowe z wyjątkiem produktów

2

ubocznych kukurydzy

Ochratoksyna A

Materiały paszowe - Zboża i produkty zbożowe

Fumonizyny B1+ B2

0,25

Materiały paszowe - Kukurydza

60

Mieszanki paszowe uzupełniające i pełnoporcjowe dla ryb

10

Kontrola zalecenie Komisji Unii Europejskiej z dnia 17 sierpnia 2006 r. urzędowa kontrola obecności mikotoksyn w produktach przeznaczonych do żywienia zwierząt Polska – za opracowanie i wdrażanie rocznych planów urzędowej kontroli pasz odpowiedzialny jest Główny Lekarz Weterynarii Jednostki uprawione do weterynaryjnej kontroli pasz Zakład Farmakologii i Toksykologii PIW-PIB - laboratorium referencyjne dziesięć Laboratoriów Zakładów Higieny Weterynaryjnej w: Białymstoku, Bydgoszczy, Gdańsku, Katowicach, Olsztynie, Opolu, Poznaniu, Szczecinie, Warszawie, Wrocławiu

Kontrola W latach 2010-2014 spośród 1013 zbadanych próbek pasz dla różnych gatunków zwierząt w 71 próbach (7%) stwierdzono obecność mikotoksyn - w 2 próbach - aflatoksyny - w 25 próbach - ochratoksynę A - w 24 próbach - deoksyniwalenol - w 15 próbach - zearalenon - w 5 próbach - fumonizyny B1 , B2 w żadnym przypadku nie oznaczono stężenia powyżej dopuszczalnych norm w Polsce narażenie zdrowia zwierząt na mikotoksyny jest raczej niskie (Jedziniak i Wiśniewska-Dmytrow, 2015)

Kontrola w latach 2004-2013 w PIW- PIB w Puławach w prowadzonych badaniach pasz dla ryb obecność fumonizyn stwierdzono w 10 % próbek - w żadnym przypadku nie oznaczono stężenia powyżej dopuszczalnych norm w zaleceniu Komisji z dnia 17 sierpnia 2006 roku podano orientacyjne wartości mikotoksyn w paszach dla trzody, bydła i drobiu dla ryb podano tylko wartości dla fumonizyny B1+B2 na poziomie 10 mg/kg

Kontrola Brazylia pasze dla ryb są najczęściej porażone fumonizyną B1, aflatoksyną B1 i ochratoksyną A, przy czym przekroczenia dopuszczalnych stężeń stwierdzono w 10% badanych prób (Barbosa i wsp.2013)

Iran- Bagdad pasze dla ryb ( 15 prób) deoksyniwalenol w 10 próbach pasz – 0,25-2,5mg/kg zearalenon w 8 próbach pasza - 0,2-5 mg/kg (Abdul-Shahid i wsp. 2013)

Mikotoksyny - podsumowanie towarzyszą człowiekowi od tysięcy lat i stanowią realne zagrożenia dla zdrowia ludzi i zwierząt w warunkach klimatu Polski najważniejszymi producentami mikotoksyn są: Aspergillus, Penicillum, Fusarium nagroźniejsze mikotoksyny: ochrtoksyna A, trichoteceny (toksyna T-2, deoksyniwanelol), fumonizyny, pasze szczególnie narażone na skażenie mikotoksynami: ziarno kukurydzy, śruty zbożowe

Mikotoksyny - podsumowanie Jakość paszy wyprodukowanej zgodnie z recepturą zależy przede wszystkim od: • jakości użytych surowców • higieny w czasie wytwarzania pasz • technologii produkcji • magazynowania Producent paszy lub podmiot (pośrednik) wprowadzający paszę do obrotu rynkowego ma obowiązek dostarczenia paszy przydatnej do określonego celu żywieniowego, pełnowartościowej, bezpiecznej , odpowiednio zapakowanej i oznakowanej. Dobra Praktyka Rolna System HACCP ( Analiza Zagrożeń i Krytyczne Punkty Kontroli)

Dziękuję za uwagę