Sicurezza alimentare: micotossine dr. Alberto Ritieni
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Sicurezza alimentare: micotossine dr. Alberto Ritieni
Ai consumatori devono essere offerti alimenti di ALTA QUALITA’ e SICURI. La catena di produzione alimentare diviene sempre più complessa ed ogni singolo anello della catena deve essere altrettanto forte per salvaguardare la salute dei consumatori. Ciò indipendentemente se l’alimento è prodotto in loco oppure importato da paesi terzi. Il principio guida deve essere: “from field to fork” Una politica di sicurezza alimentare richiede la valutazione e il monitoraggio dei rischi per la salute dei consumatori che possono derivare dalle: - Materie Prime utilizzate - Pratiche Agricole utilizzate per la produzione - Processi Tecnologici di Trasformazione Ottenimento di Standard elevati di Sicurezza Alimentare La politica della Sicurezza Alimentare deve essere attuata con un approccio completo ed integrato quindi considerando tutti i settori dell’alimentare coinvolti. Per essere efficace una politica di sicurezza, deve essere sempre possibile tracciare il percorso svolto dai mangimi, dagli alimenti e dai loro ingredienti. Obiettivo finale Analisi del Rischio Gestione del Rischio Risk Assessment Cosa significa “Alta Qualità dell’Alimento?” + Pesticidi Metalli pesanti Micotossine etc Sicurezza Microbiologica Sicurezza Chimica Come definire le Micotossine ? La FAO reputa che il 25% degli alimenti è “significativamente” contaminato da micotossine Le micotossine sono metaboliti secondari prodotti da “muffe” in opportune condizioni microclimatiche di temperatura ed umidità (caldo/umido) Sono biosintetizzate con poche reazioni biochimiche e invece costituiscono un gruppo eterogeneo sia chimicamente che biologicamente Sono conosciute poco più di 400 micotossine di cui circa il 10% considerate a rischio per l’uomo Sono metaboliti resistenti alle usuali procedure di detossificazione Lo stesso fungo può produrre più micotossine e la stessa micotossina può provenire da varie muffe Tutti gli alimenti sono da considerare a rischio ed in modo particolare: cereali, semi oleaginosi, frutta e vegetali Le micotossine possono essere coinvolte nei meccanismi della fitopatia (azione fitotossica) Interessa i paesi meno sviluppati e a basso livello tecnologico Danno più problemi per l’accumulo e quindi la “cronicizzazione” che per effetti “acuti” PER LA MOLTIPLICAZIONE LE MUFFE HANNO BISOGNO DI: CONDIZIONI MICROCLIMATICHE RAGGIUNGIBILI FACILMENTE IN PAESI A CLIMA DI TIPO “CALDO-UMIDO Possibili vie di penetrazione delle Micotossine nella catena alimentare L A T T E Le Micotossine sono prodotte da funghi microscopici noti come “muffe” (Penicillium, Aspergillus e Fusarium) che amano condizioni ambientali caldo/umido. Aree geografiche a maggiore rischio: - Area sub-sahariana; - Area asiatica; - Area sud-americana; - In generale aree geografiche a basso livello socio-economico Una alternativa che consente l’accumulo delle Micotossine nelle derrate alimentari, é nella fase di stoccaggio e/o di trasporto verso paesi terzi importatori. Micotossine più frequentemente ritrovate negli alimenti Alimenti a rischio di contaminazione Fumonisine Birra Le Micotossine nella catena Alimentare Fattori Biologici Piante suscettibili Funghi Tossigenici Fattori Ambientali Fase di Raccolta + Temperatura Danni Meccanici Insetti Uccelli Roditori + Metodi di Raccolta Livello di Maturazione Fase di Stoccaggio Temperatura Umidità Precedenti contaminazioni Distribuzione UMANI ANIMALI Di seguito saranno mostrati una serie di alimenti ammuffiti tipici delle nostre cucine: Esempi di colture attaccate da funghi microscopici Piante di Pomodoro affette da Fusariosi Noccioline contaminate da Aspergillus flavus Alimenti ammuffiti Scopulariopsis brevicaulis su Parmigiano Reggiano Mucor racemosus su formaggio Taleggio Mortierella humicola su uovo congelato Alimenti ammuffiti Penicillium stoloniferum su salame stagionato Aspergillus ochraceus su salame stagionato Aspergillus candidus su prosciutto di Praga Alimenti contaminati da muffe Aspergillus flavus e glaucus su pistacchi tostati Mucor hiemalis su carota Penicillium cyclopium salmone affumicato Botrytis cinerea su uova Quali patologie si osservano per ingestione di Micotossine ??? Micotossicosi acute primarie fragilità vascolare, emoraggie sistema vascolare sistema respiratorio sistema digestivo diarrea, epatotossicità, necrosi epatica sistema nervoso tremori, mania, coma, movimenti scoordinati fotosensibilità, necrosi, desquamazione cute nefrosi, uremia sistema urinario sistema riproduttivo infertilità, estro alterato Micotossicosi croniche primarie Patologie di tipo poco macroscopiche i cui sintomi sono: ridotta produzione di latte ridotta produttività in generale ridotta produzione di uova qualità inferiore dei prodotti e derivati velocità di crescita minore Alcuni esempi di strutture chimiche di Micotossine: Famiglia delle Fumonisine Le Fumonisine isolate per la prima volta nel 1988 da colture di Fusarium moniliforme sono correlate alle sfingosine cerebrali Provocano una serie di micotossicosi: ELEM (leucoencefalomalacia) nei cavalli (se nutriti per 25 gg 1.25 mg/kg peso corporeo) edema polmonare nei suini (se nutriti per 4 gg 0.4 mg/kg peso corporeo) nei ratti provocano epatocarcinoma ed epatossicosi (se nutriti per 26 mesi con 3.75 mg/kg peso corporeo) sono associate al cancro esofageo nell'uomo inibiscono la sfingosina e la sfinganina -N-acetiltransferasi O O O O O O O OCH 3 O Aflatossine O O O OCH 3 O Aflatossina B1 Aflatossina G1 OH O O O O O O O O OCH3 Aflatossina B2 O O O O O OCH3 Aflatossina M1 O O OCH 3 Aflatossina G2 Le Aflatossine sono state identificate ed isolate negli anni ‘60 in Inghilterra. Sono Micotossine presenti non solo in noccioline, burro di arachidi e semi oleaginosi, ma si possono ritrovare anche in cereali, latte e formaggi oppure prodotti trasformati a partire da ingredienti contaminati. La Aflatossina B1 è considerata a partire dal 1987 dalla IARC agente cancerogeno naturale classe B1. L’AFB1, al momento, l’unica micotossina di cui in letteratura è nota la correlazione con fenomeni di epatocarcinogenesi in alcune aree a basso livello socio-economico. Effetti della ingestione di Aflatossina B1 in un pulcino Addotti DNA AFLATOSSINE GSH coniug. Metaboliti idrossilati Epossidi Fegato Addotti Proteine DNA riparazione Epatocita diidro dioli Metastasi APOPTOSI Adenoma Cellule alterate Cellula neoplastica Cancro FASE DI INIZIO mutazioni puntiformi, prooncogene FASE DI PROMOZIONE citotossico, espressione genica FASE DI PROGRESSIONE crescita accelerata, aneuploidia Termostabilità della Aflatossina B1 Aflatossina B1 Condizioni Sperimentali % Degradazione arachidi arachidi arachidi arachidi farina di arachidi soluzione acquosa olio di arachidi riso riso mais farina di grano frutta e spezie frutta e spezie olio di cocco farina di mais tostate a 150°C 30' tostate a secco tostate in olio tostate a 204°C autoclavate 120°C per 4h riscaldata a 120 °C 30' riscaldato a 120°C 10' cotto a pressione e 120°C cottura normale tostato a 145-165°C cotta a 120°C 30' autoclavate a 120 °C 30' in forno a 60°C per 60 h riscaldato a 180-215°C 10' preparazione di muffins 80 69 65 40-50 95 80 50 73 49 40-80 80 29-39 22-77 41 13 by Alberto Ritieni 2000 Valori tollerati di Aflatossine negli alimenti AUSTRALIA AUSTRALIA CANADA DANIMARCA FINLANDIA ITALIA INDIA MESSICO COLOMBIA OLANDA U.K. U.K. U.K. USA UNGHERIA GIAPPONE THAILANDIA ALIMENTI ARACHIDI NOCI E DERIVATI ARACHIDI CEREALI ARACHIDI ALIMENTI ALIMENTI CEREALI ALIMENTI NOCI E DERIVATI ALIMENTI ALIMENTI ALIMENTI ALIMENTI ALIMENTI ALIMENTI 5 ppb totali 15 ppb totali 5 ppb totali 10 ppb totali 10 ppb totali 50 ppb totali 30 ppb solo aflatossina B1 20 ppb totali 30 ppb totali 5 ppb solo aflatossina B1 10 ppb totali 50 ppb solo aflatossina B1 10 ppb totali 20 ppb totali 5 ppb solo aflatossina B1 10 ppb solo aflatossina B1 20 ppb totali Regolamentazione Europea e Nazionale per le Aflatossine Derrata Aflatossina B1 Valori espressi in ppb Arachidi frutta a guscio e secca destinati al consumo diretto O come ingredienti Arachidi destinate a cernita o destinate ad altri trattamenti fisici Frutta secca destinata a cernita o destinate ad altri trattamenti fisici Cereali e derivati per il consumo diretto Alimenti per l’infanzia Spezie Piante infusionali Aflatossine B 1 + B 2 + G 1 + G2 2 4 8 15 5 10 2 4 -10 5 0.1 20 10 Famiglia delle Ocratossine OH HOOC N O CH3 O Cereali e derivati COOH CH3 CH3 Acido Fusarico Patulina Mele, succhi per bambini etc 16 g 10 H3 C 9 OH 11 2 13 OH O CH3 6 8 3 12 HO 7 5 CH2 CH 3 O 15 4 OCOCH 3 14 OCOCH 3 OH O Mais, alimenti e mangimi per animali Zearalenone Grano e suoi derivati Neosolaniolo SUGGERIMENTI a) Una maggiore efficacia e frequenza dei controlli nazionali e trans-nazionali sugli alimenti svolti dagli organi competenti ed un maggiore coordinamento; b) Un quadro uniforme di limiti e di accettabilità delle derrate prodotte nella UE da parte dei diversi stati membri; c) Richiedere l’adeguamento alle normative dell’UE anche da parte dei paesi produttori localizzati nelle aree a rischio di “micotossine”; d) Accrescere le informazioni offerte ai consumatori, oltre che sugli aspetti nutrizionali anche su quelli concernenti la sicurezza e creare un feed-back con gli stessi consumatori. Ma come agiscono le Micotossine ?? MECCANISMO DI AZIONE DELLE MICOTOSSINE DNA aflatossine B1,G1, patulina, acido penicillico, tricoteceni Trascrizione RNA polimerasi PR-tossina, aflatossine, rubratossina, citreoviridina ocratossina A, tricoteceni, Traduzione aflatossina B1 mRNA, tRNA, rRNA Proteine e Metabolismo patulina, tricoteceni, moniliformina,aflatossine B1 e G1 glicogeno Metabolismo lipidico Siti di azione di alcune micotossine Aflatossina B1 Citocalasina B zuccheri Citrinina Ocratossina A Tricoteceni, etc glucosio-1P Aflatossina B1 glucosio-6P 6-P -gluconolattone Aflatossina B1 fosfo-enolpiruvato Ocratossina A acido ossalacetico Intra mitocondrio Moniliformina piruvato Citosol malato Patulina Ciclo di Krebs Livelli di micotossine in alcune derrate alimentari Mais Latte Arachidi Mangimi polli Mangimi suini Mangimi polli Birra Sorgo Mais Mais Orzo Fieno Succo di Mele Succo di Mele Succo di Mele Semi di Caffè Pane 13.3 ppb 0.78 ppb 518 ppb 8.2 ppm 5.1 ppb 80 ppm 5.3 ppm 6.9 ppm 67 ppm 90 ppm 3800 ppb 6000 ppb 45 ppm 29 ppb 50 ppb 360 ppb 2.9 ppm aflatossina B1 aflatossina B1 aflatossina B1 tricoteceni aflatossina B1 ocratossina A zearalenone zearalenone DON DON ocratossina A ocratossina A patulina patulina patulina ocratossina A ocratossina A USA UK Brasile Italia Italia Italia Swaziland USA Italia Austria Rep. Ceca Canada USA Italia Svizzera USA UK DATI DI TERMOSTABILITA' DI VARIE MICOTOSSINE Aflatossina B1 arachidi arachidi arachidi arachidi farina di arachidi soluzione acquosa olio di arachidi riso riso mais farina di grano frutta e spezie frutta e spezie olio di cocco farina di mais Aflatossina M1 formaggio Ocratossina A caffè cereali Vomitossina (DON) farina di grano Condizioni Sperimentali tostate a 150°C 30' tostate a secco tostate in olio tostate a 204°C autoclavate 120°C per 4h riscaldata a 120 °C 30' riscaldato a 120°C 10' cotto a presione e 120°C cottura normale tostato a 145-165°C cotta a 120°C 30' autoclavate a 120 °C 30' in forno a 60°C per 60 h riscaldato a 180-215°C 10' cotta per preparare muffins % 80 69 65 40-50 95 80 50 73 49 40-80 80 29-39 22-77 41 13 riscaldato a 90°C 30' 9 tostato autoclavati a 120°C per 3 h 80-90 70 cottura normale 19-69 CONTROLLO E PREVENZIONE DELLE MICOTOSSINE TRATTAMENTI PRIMA DEL RACCOLTO •Rimpiazzare i ceppi produttori di micotossine (biocontrollo ) •Selezionare per piante OGM con elevata resistenza ai ceppi tossigeni •Inibire la biosintesi e la secrezione delle micotossine responsabili Vantaggi e svantaggi dei sistemi di biocontrollo: lunga permanenza in campo migliore distribuzione in campo basso impatto ambientale provati per ora solo su piccole aree di raccolta messi a punto solo per ceppi di Aspergillus flavus minime informazioni per ceppi di Fusarium Approccio bio-molecolare: comprensione della via enzimatica biosintetica isolamento dell'operone genico responsabile della biosintesi ingegnerizzazione di piante abili a sintetizzare inibitori della biosintesi di micotossine selezione di piante già produttori degli idonei inibitori CONTROLLO E PREVENZIONE DELLE MICOTOSSINE TRATTAMENTI DOPO IL RACCOLTO E DURANTE LE FASI DI CONSERVAZIONE E TRASPORTO METODI FISICI DI PREVENZIONE temperatura umidità aerazione dell'ambiente pastorizzazione irradiazione atmosfera controllata METODI CHIMICI DI PREVENZIONE utilizzo consentito di almeno 30 differenti sostanze fra cui: acidi grassi volatili acido formico acido propionico acido iso-butirrico acido sorbico METODI DI DETOSSIFICAZIONE SISTEMI MECCANICI Eliminando i semi infetti ( in uso in USA e Australia per le arachidi ) non utilizzabile per i raccolti di cereali o per eliminare le aflatossine Macinazione del grano riduce di poco i livelli di aflatossine non riduce i livelli di zearalenone, non riduce i livelli di tricoteceni SISTEMI TERMICI Aflatossine sono stabili all'autoclavaggio e si distruggono ad almeno 200 °C Zearalenone resiste ai processi di cottura tradizionale Sistema non economico e possono variare i valori nutrizionali dell'alimento IRRADIAZIONE Esposizione alla luce ultravioletta riduce sensibilmente il livello di aflatossine Esposizione ai raggi gamma poco utilizzata sinora ESTRAZIONE CON SOLVENTI Si possono estrarre le aflatossine con solventi organici tipo acetone e/o alcool Perdita di caratteristiche organolettiche Perdita di una parte dei componenti idrosolubili Costo del processo tecnologico METODI DI DETOSSIFICAZIONE SISTEMI CHIMICI Trattamenti acidi Soluzioni di acidi forti poco applicabili su larga scala inoltre le aflatossine B2 e G2 sono resistenti Trattamenti ossidativi Ipoclorito di sodio utilizzato in laboratorio è poco applicabili su larga scala Acqua ossigenata può essere utilizzato per le aflatossine nelle arachidi Trattamento con bisolfito utilizzato con H2S per la degradazione delle aflatossine e della patulina Trattamenti alcalini Ammoniaca utilizzabile ad elevata pressione e temperatura o a pressione e temperatura ambiente riduce il livello di aflatossine del 99% per rottura della molecola Sodio bicarbonato 24 h e conc 1 M a 22°C Fattori che influenzano la crescita dei funghi tossigeni e la sintesi delle micotossine nei prodotti, in pre-raccolta e in post-raccolta Fattori fisici Fattori chimici Fattori biologici Fattori fisici che influenzano la crescita dei funghi tossigeni e la sintesi di micotossine nei prodotti, in pre-raccolta e in post-raccolta Fattori Umidità...................... Temperatura.............. Andamento climatico.. Danni meccanici......... Miscelazione.............. Radiazioni ionizzanti... Tempo...................... Pre-raccolta Post-raccolta In campo Alla raccolta In magazzino + + + + --+ + + + + + -+ + + -+ + + + Fattori chimici che influenzano la crescita dei funghi tossigeni e la sintesi di micotossine nei prodotti, in pre-raccolta e in post-raccolta Fattori Ossigeno................... Anidride carbonica....... Atmosfera controllata.. pH............................. Natura del substrato.... Trattamenti chimici.... - fitofarmaci.............. - preservanti............. Pre-raccolta Post-raccolta In campo Alla raccolta In Magazzino + + --+ + + -- ----+ ---- + + + + + + -+ Fattori biologici che influenzano la crescita dei funghi tossigeni e la sintesi di micotossine nei prodotti, in pre-raccolta e in post-raccolta. Fattori Interazione con la pianta……. - parassitismo............... - stress della pianta....... - nutrizione minerale...... - traslocazione delle tossine Tossigenicità del fungo.......... - specificità.......................... - variabilità........................... - instabilità........................... Inoculo................................... Insetti vettori......................... Interazione tra micoflora....... Autoriscaldamento................. Pre-raccolta Post-raccolta In campo Alla raccolta In magazino+ + + + + + + + + + + + + -- -----+ + + + + ---- -----+ + + + + + + + Valori massimi ammissibili di aflatossine in prodotti alimentari, nell’Unione Europea. Prodotto alimentare Contenuto massimo ammesso mg/kg = ppb B1 B1+B2+G1 +G2 M1 2 4 - 8 15 - 5 10 - Cereali (compreso il grano saraceno, Fagopyrum spp.) e prodotti derivati, destinati al consumo umano diretto.…………………………………………… 2 4 - Latte (latte crudo, latte alimentare trattato termicamente, latte destinato alla fabbricazione di prodotti a base di latte………… - - 0,05 Arachidi, frutta a guscio e frutta secca e prodotti derivati destinati al consumo umano diretto…………..…………………………………………..…. - arachidi destinate ad essere sottoposte a cernita o ad altri trattamenti fisici…….………….. - frutta a guscio e frutta secca destinate ad essere sottoposte a cernita o ad altri trattamenti fisici……………….....……………………. Circolare Ministeriale del 9 giugno 1999, n. 10 (G.U. n. 135 del 11.6.1999). Valori massimi ammissibili (valori guida) per alcune micotossine in prodotti alimentari, in Italia. Micotossine: valori massimi ammissibili (mg/kg = ppb) Prodotto alimentare Aflatossine B1 B1+B2+G1+G2 Alimenti per l’infanzia Ocratossina A Patulina Zearalenone M1 - 0,1 0,01 0,5 - 20 10 20 - - - - Caffè crudo - - - 8 - - Caffè tostato e caffè solubile - - - 4 - - Cacao e prodotti derivati - - - 0,5 - - Birra - - - 0,2 - - Succhi di frutta - - - - 50 - Carne suina e prodotti derivati - - - 1 - - Cereali e prodotti derivati - - - 3 - 100 Piante infusionali o loro parti 5 10 - - - - Spezie Circolare Ministeriale n. 10, del 9 giugno 1999 (G.U. n. 135 del 11.6.1999). Valori massimi ammissibili (valori guida) di Ocratossina A in prodotti alimentari nell’Unione Europea Valore massimo (µg/kg = ppb) Prodotto Prodotto Valore massimo (µg/kg = ppb) Cacao…………………… Cereali 3–5 Birra… 0,2 Spezie 10 Caffè verde 8 Caffè tostato e solubile… 4 Cioccolato.…………… Vino da tavola…………… Succo di uva…………….. Uva passa………………... 2 1 1 0.5 10 Valori massimi ammissibili (Regolamenti e linee guida) per la Fumonisina B1 negli alimenti e mangimi Prodotto Soggetti Limite di tolleranza mg/kg (ppm) USA (Food and Drug Administratoon, 6 giugno 2000) Mangimi: - mangime esente da crusca e da mais scadente……………………........ - mangimecompleto………………....... - mangime completo…………….…….. - mangime esente da crusca..………. Alimenti: …………………………………… Cavallo Maiale Specie aviarie Bovino da carne Uomo 5 10 50 50 2-4 Svizzera (Swiss Federal Legislation, 31 gennaio 2000) Alimenti …………………………………… Uomo 2 PRESENZA DI FUMONISINA B1 (FB1) IN MAIS E ALIMENTI A BASE DI MAIS Derrata Campioni analizzati > 1 µg/g FB1 Mais macinato (farina di mais, polenta, semolina, mais macinato grosso) Cariossidi di mais (genotipi, mais commerciale, mais importato) Alimenti a base di mais (mais in scatola, mais estruso, pane, biscotti, cereali, cornflakes, amido, mais dolce, alimenti per l’infanzia, tortillas, pop-corn etc.) 10 8 30 % 1038 37% 18 1 10 % PRESENZA DI FUMONISINE (FB1+FB2) IN ALIMENTI A BASE DI MAIS IN GENOTIPI DI MAIS IN ITALIA POSITIVI/ RANGE FB1 + FB2 (ng/g) MEDIA DEI POSITIVI(ng/g) 7/7 130 - 6790 3500 GENOTIPI DI MAIS 26/26 10 - 2850 450 POLENTA 13/13 210 - 4670 2230 POLENTA PRECOTTA 4/4 200 - 1200 870 POLENTA BIOLOGICA 3/3 200 - 1300 810 MAIS ESTRUSO 6/6 900 - 6620 3540 MAIS DOLCE 5/5 60 - 790 300 ALTRI ALIMENTI 6/10 10 - 80 40 CAMPIONI ANALIZZATI MAIS COMMERCIALE Dati ripresi da DOKO e VISCONTI (1994) e da PASCALE M. et al. (1995) PRESENZA DI OCRATOSSINA A NEL VINO E NELLA BIRRA Prodotto Campioni Incidenza (%) No. Intervallo (ng/mL) = ppb) VINO ROSSO 692 64 0,41 - 7,63 VINO ROSE’ 129 60 0,15 - 2,44 VINO BIANCO 209 42 0,09 - 0,97 VINO DA DESSERT 41 73 0,80 - 3,85 BIRRA 81 0,03 - 0,20 336 Alimen ti Cereali Vino rosso Caffè Birra Maiale Uva secca Spezie Pollame Legumi Succo d’uva ASSUNZIONE DI OCRATOSSINA A (OTA) SULLA BASE DEI DATI Concentrazione EUROPEI* Assunzione di OTA Consumo media di OTA (mg/kg = ppb) g/24 h (ng/kg p. c.)* 0,5 0,19 0,9 0,07 0,1 2,8 11 0,03 0,1 1,0 226 171 29 234 76 1,90 0,54 0,43 0,27 0,13 0,11 0,09 0,03 0,02 ** 2,3 0,0 535 12 ** totale * giornaliera totale % 54,0 15,0 12,0 7,6 3,7 3,1 2,6 0,9 0,6 ** 3,50 Dati ripresi da: Codex Alimentarius Commission (1998). Position paper on ochratoxin A, CX/FAC 99 * Peso corporeo di 60 kg; ** dati sui consumi non disponibili QUANTITA’ MASSIMA GIORNALIERA TOLLERABILE DI OCRATOSSINA A < 5 ng/kg p.c. European Commission - Scientific Committee on Food Opinion on Ochratoxin A, CS/CNTM/MYC/14 final, Annex II to Document XXIV/2210/9 , Brussels, 28/9/98