RIZIKA VÝSKYTU FUZARIÓZ PRO JAKOST PŠENICE

Risks of the occurrence of fusarium sp. for quality of Wheat

Ivana Capouchová, Hana Reisnerová, Karel Voříšek

Česká zemědělská univerzita v Praze, Praha - Suchdol

Souhrn, klíčová slova

U vzorků zrna ozimé pšenice, odrůdy Contra, z přesného polního pokusu se dvěma předplodinami (jarní pšenicí a kukuřicí) a s využitím inokulace předplodin infekčním materiálem Fusarium graminearum byla hodnocena kvantitativní a kvalitativní mikrobiální kontaminace zrna, technologická jakost pšenice a výskyt vybraných mykotoxinů produkovaných F.graminearum - vomitoxinu (deoxynivalenolu) a T-2 toxinu v zrnu pšenice, ve frakcích získaných během technologického zpracování zrna (otrubách a bílé mouce) a ve finálním produktu - experimentálně upečeném pečivu). Mikroskopickým vyšetřením zrna byl prokázán častý výskyt zejména r. Fusarium, Alternaria, Cladosporium, Penicillium. Výskyt Fusarium sp. byl zaznamenán i u kontrolních variant, avšak v menší míře ve srovnání s variantami ošetřenými inokulací F. graminearum. Hodnocení technologické jakosti ukázalo u variant ošetřených inokulací F.graminearum ve srovnání s kontrolami horší výsledky některých ukazatelů technologické jakosti - zejména Gluten Indexu a sedimentačních testů (SDS-testu u šrotu a Zelenyho testu u mouk). Ošetřené varianty vykazovaly rovněž horší výsledky při farinografickém hodnocení a při pekařském pokusu. Nejvyšší koncentrace hodnocených mykotoxinů byla zjištěna v otrubách a celém zrnu, nižší v bílé mouce a nejnižší ve vyrobeném pečivu.

Klíčová slova: pšenice, Fusarium graminearum, mikrobiální kontaminace, technologická jakost, mykotoxiny

Summary, keywords

The grain samples of winter wheat, variety Contra, from the field trials with two forecrops (spring wheat and maize) and using artificial innoculation of forecrops with infection material Fusarium graminearum, were used for evaluation of qualitative and quantitative microbial contamination. Also technological quality of wheat and effect of F.graminearum on different parameters of milling and baking quality were evaluated. Finally, the occurrence of choiced mycotoxins produced by F.graminearum - vomitoxin (deoxynivalenol) and T-2 toxin was determined in the wheat grain, in fractions obtained during the milling process and in the final product - experimentally baked bread. The frequent occurrence of fungi Fusarium sp., Alternaria sp., Cladosporium sp., Penicillium sp. was determined by microscopical evaluation. Results of percentual share of micromycetes showed higher occurrence of Fusarium sp.at the variants treated by infectional material, but the lesser occurrence of Fusarium sp. was found at the untreated control samples, too. Results of evaluation of technological quality showed worse results of some parameters milling and baking quality - especially Gluten Index and sedimentation values (SDS-test of meal and Zeleny test of flour) at variants treated with F.graminearum in comparison to control samples. At treated variants were also worse results of farinographic evaluation and baking trial. Evaluation of concentration of mycotoxins (vomitoxin and T-2 toxin) showed the highest occurrence in bran and the whole grain and substantially lower occurrence of toxins in white flour and baked bread.

Keywords: wheat, Fusarium graminearum, microbial contamination, technological quality, mycotoxins

Úvod

V souvislosti se zvyšujícími se nároky na zdravotní nezávadnost potravin je v poslední době věnována ve vyspělých zemích značná pozornost problematice možné kontaminace zemědělských surovin, potravin a krmiv patogenními, toxinogenními plísněmi. Jejich metabolity - mykotoxiny se právem dostávají do popředí zájmu potravinářských technologů, hygieniků výživy i lékařů-toxikologů. Kontaminace potravin a krmiv představuje pro člověka i hospodářská zvířata značné zdravotní riziko, protože škody způsobené mykotoxiny mohou nabýt velkých rozměrů.

K rostlinným produktům, které bývají často postihovány nadlimitním výskytem patogenních plísní a mykotoxinů, patří obilniny. Při nákupním hodnocení zrna, v průběhu skladování ani u finálních výrobků se kontaminace toxinogenními plísněmi a výskyt mykotoxinů běžně nestanovuje. Z toho vyplývá, že i jinak jakostní surovina může být za určitých podmínek kontaminována nadlimitním množstvím mykotoxinů.

Literární přehled

K nejzávažnějším polním toxinogenním plísním, které napadají klasy a zrno obilnin, patří houby rodu Fusarium. Jejich nebezpečnost spočívá jednak v produkci mykotoxinů, jednak v tom, že již vlastní přítomnost houby v zrnu může vést k nežádoucím změnám anatomické struktury zrna a u silněji napadených partií i k nepříznivému ovlivnění některých ukazatelů mlynářské a pekařské jakosti.

Prvním mykotoxinem získaným z japonského ječmene infikovaného Fusarium sp. byl deoxynivalenol (DON) (Morooka et al., 1972). Tentýž toxin byl izolován v USA ze zrna kontaminovaného F. graminearum. Protože vyvolával dávení (vomiting) u prasat, byl nazván vomitoxin (Vesonder et al., 1973). Negativní účinky vomitoxinu byly pak potvrzeny řadou dalších prací (Ueno, 1980; Forsyth et al., 1977).

K dispozici je však málo informací o tom, jak se chovají trichoteceny, k nimž vomitoxin patří, v průběhu zpracování zrna. Scott et al. (1983) sledovali změny hladiny vomitoxinu u pšenice v průběhu experimentálního mletí a pečení chleba a zjistili jeho přítomnost ve všech frakcích získaných během mlecího procesu, i ve vyrobeném pečivu. Rovněž Seitz et al. (1986) sledovali změny ve výskytu vomitoxinu v průběhu technologického zpracování pšenice infikované F. graminearum a zjistili jeho přítomnost ve všech produktech mletí a pečení.

Dalším nebezpečným mykotoxinem produkovaným F. graminearum je zearalenon (T-2 toxin). Estrogenní účinky tohoto mykotoxinu na prasata a pokusné krysy byly dokumentovány již Christensenem et al. (1965) a Mirochou et al. (1968).

Závažným problémem však není pouze výskyt mykotoxinů, ale již pouhá přítomnost patogenní houby v zrnu. Bechtel et al. (1985) sledovali vliv infekce F. graminearum na anatomickou strukturu zrna pšenice. U silně infikovaných zrn docházelo k rozrušení buněčných stěn a rozpadu buněk pericarpu a aleuronové vrstvy, změnám ve struktuře zásobních bílkovin, narušení škrobových zrn v endospermu. Lze rovněž předpokládat, že napadené partie zrna se budou chovat abnormálně v průběhu technologického zpracování zrna a že může docházet k nežádoucímu ovlivnění některých ukazatelů mlynářské a pekařské jakosti.

Metody

Práce je zaměřena na problematiku technologické jakosti a zdravotní nezávadnosti ozimé pšenice z hlediska kontaminace zrna pšenice F.graminearum a výskytu jím produkovaných mykotoxinů.

Výchozím materiálem byly vzorky zrna ozimé pšenice, odrůdy Contra (SRN) z přesného polního pokusu, který probíhal na Pokusné bázi Ihinger Hof University v Hohenheimu. V rámci pokusu byly uměle infikovány předplodiny ozimé pšenice (kukuřice a jarní pšenice) infekčním materiálem F.graminearum. Napadení předplodin je pak infekčním zdrojem napadení následné plodiny - ozimé pšenice.

Vzorky zrna z výše uvedeného pokusu byly využity pro hodnocení kvantitativní a kvalitativní mikrobiální kontaminace deskovou kultivační metodou s použitím Martinova a sladinkového agaru, dále pro hodnocení technologické jakosti pšenice podle metodik ČSN a ISO (hodnocení zahrnovalo rozbory zrna a šrotů, mletí na laboratorním mlýnu Bühler a vyhodnocení mlecího pokusu, rozbory laboratorně vyrobených mouk, reologické hodnocení mouk na farinografu a pekařský pokus) a konečně pro hodnocení výskytu vybraných mykotoxinů (vomitoxinu a T-2 toxinu) radioimunochemickou metodou dle Píchové et al. (1981). Koncentrace mykotoxinů byla hodnocena v celém zrnu pšenice, hrubých otrubách, bílých moukách získaných po semletí a po upečení ve vyrobeném pečivu.

Tab. 1: Přehled hodnocených variant pokusu s ozimou pšenicí Contra

Výsledky a diskuse

a. hodnocení mikrobiální kontaminace

Mikroskopickým vyšetřením byl prokázán častý výskyt r. Alternaria, Fusarium, Cladosporium a Penicillium. Na Martinově agaru se počet mikromycet pohyboval v rozmezí 1,70-2,93 KTJ.g-1, na sladinkovém pak 1,70-3,60 KTJ.g-1, v průměru obou prostředí 1,70-3,17 KTJ.g-1. Mírně vyšší záchytnost byla prokázána u sladinkového agaru.

Z výsledků hodnocení procentického zastoupení mikromycet na Martinově i sladinkovém agaru vyplynulo vyšší zastoupení Fusarium sp. u variant, u nichž bylo použito ošetření infekčním materiálem. Výskyt Fusarium sp. byl zaznamenán i u kontrolních variant, avšak v menší míře ve srovnání s ošetřenými. Celkově mírně vyšší množství mikromycet bylo zaznamenáno u variant, kde byla jako předplodina použita kukuřice.

b. hodnocení technologické jakosti pšenice

Přehled vybraných ukazatelů technologické jakosti zrna pšenice je uveden v tab.2.

Hodnoty HTZ (hmotnost 1000 zrn) se u sledovaných variant pohybovaly mezi 45,0 - 51,0 g, přičemž u kontrol byly mírně vyšší než u variant ošetřených infekčním materiálem. Při srovnání předplodin byly hodnoty HTZ u variant s předplodinou kukuřicí o cca 2,5 g vyšší oproti variantám s předplodinou jarní pšenicí.

U obsahu N-látek i u obsahu mokrého lepku v sušině se vliv předplodiny projevil výrazněji než vliv ošetření F.graminearum, přestože u neošetřených kontrol byl obsah N-látek nepatrně vyšší. Ve znacích, které charakterizují kvalitu bílkovinného komplexu (Gluten Index, SDS-test) se však ukázaly určité rozdíly v těchto hodnotách v závislosti na stupni kontaminace. Nejvyšších hodnot GI i SDS-testu dosáhly u variant s předplodinami kukuřicí i jarní pšenicí neošetřené kontroly (var. 4 a 8), nejnižších a tedy nejméně příznivých hodnot dosáhly varianty 3 a 7. Tyto výsledky se shodují např. s poznatky Bechtela et al. (1985), kteří sledovali vliv infekce F. graminearum na strukturu pšeničného zrna a zjistili, v závislosti na stupni infekce, poškození buněk pericarpu a aleuronové vrstvy a narušení struktury zásobních bílkovin. U hodnot čísla poklesu nebyly mezi jednotlivými variantami zaznamenány patrnější rozdíly.

Tab. 2: Vybrané jakostní ukazatele zrna pšenice

Při hodnocení jakostních ukazatelů experimentálně vyrobených mouk se ukázaly obdobné vztahy jako při hodnocení zrna (šrotů). Obsah N-látek mouk je o cca 0,5% vyšší než ve šrotech. I zde se vliv předplodiny na obsah N-látek projevil více než vliv ošetření infekčním materiálem. Obsah mokrého lepku a Gluten Index se však podařilo stanovit pouze u kontrol. U ošetřených variant byl lepek natolik rozplývavý, že ho nebylo možné vyprat na vypírači Glutomatic. O velmi nízké kvalitě lepku svědčí i nízké hodnoty Zelenyho sedimentačního testu.

Při hodnocení mouk na farinografu dosáhly inokulované varianty ve srovnání s neošetřenými kontrolami nižších hodnot vaznosti mouky a nižších, horších hodnot doby vývinu a stability těsta a zejména poklesu konzistence. S výsledky farinografického hodnocení dobře korespondovaly výsledky pekařského pokusu, kdy nejlépe obstály obě kontroly, u inokulovaných variant bylo hodnocení slabší.

c. hodnocení výskytu vybraných mykotoxinů (vomitoxin, T-2 toxin) v zrnu pšenice, produktech získaných při mletí (bílé mouce a hrubých otrubách) a v experimentálně upečeném pečivu

Výsledky stanovení mykotoxinů, uvedené v tab. 3 a 4, potvrdily již známé poznatky o koncentraci mykotoxinů v zrnu, produktech mletí (otrubách, moukách), příp. ve finálních výrobcích - pečivu.

Nejvyšší koncentrace mykotoxinů byla zaznamenána v hrubých otrubách a celém zrnu, výrazně méně v bílé mouce - tam již, zejména u T-2 toxinu, byl výskyt často již pod prahem citlivosti požité radioimunochemické metody pro T-2 toxin (50 m g.kg-1). Nejnižší výskyt mykotoxinů byl ve vyrobeném pečivo - v tomto případě u všech hodnocených variant již pod prahem citlivosti použité metody.

K obdobným závěrům o změnách koncentrace mykotoxinů v zrnu a frakcích získaných během jeho zpracování dospěli např. Scott et al. (1983), Seitz et al. (1986) a Kamimura (1979) - zjistili přítomnost mykotoxinů ve všech frakcích a produktech mletí, ovšem u mouk a finálních výrobků (pečivu) v podstatně nižších koncentracích než v celém zrnu a otrubách.

Celkově byl výskyt mykotoxinů u všech variant a ve všech hodnocených produktech relativně nízký a ani v jednom případě nepřesáhl povolenou normu pro deoxynivalenol (vomitoxin) pro obilí (2 mg.kg-1) a mouku (1 mg.kg-1). Obsah T-2 toxinu v potravinách zatím není u nás legislativně zaveden.

Tab. 3: Koncentrace T-2 toxinu a vomitoxinu v zrnu pšenice a v hrubých otrubách (m g.kg-1)

Tab. 4: Koncentrace T-2 toxinu a vomitoxinu v bílé mouce a ve vyrobeném pečivu (m g.kg-1)

Závěr (praktické doporučení)

Lze očekávat, že stejně jako v jiných evropských zemích bude nutné věnovat výskytu fuzárií v klasech obilnin zvýšenou pozornost nejen pro negativní vliv na výnos, ale i proto, že zhoršení technologické kvality produkce a přítomnost mykotoxinů produkovaných Fusarium sp. bude limitovat prodejnost obilí. Ochrana proti fuzáriím v klasech ozimé pšenice je velmi obtížná a odolnost současných odrůd ozimé pšenice je nízká (Váňová, Tvarůžek, 1998). Zdrojem infekce jsou především zbytky organické hmoty na povrchu půdy. Z těchto zdrojů se infekce šíří za příznivého počasí a napadá kvetoucí obilí. Proto je třeba zejména v oblastech a ročnících s průběhem počasí, které je příznivé pro šíření chorob, věnovat porostům obilnin zvýšenou pozornost a výskyt fuzárií v klasech sledovat, aby se zrno z napadených porostů nedostalo ke spotřebitelům.

Použitá literatura

Bechtel,D.B. et al., 1985: Cereal Chemistry 62(3):191-197

Christensen,C.M. et al., 1965: Appl. Microbiol., 13:653

Forsyth,D.M. et al., 1977: Appl. Environ. Microbiology, 34:547

Kamimura,H. et al., 1979: J.Food Hyg.Soc., Jpn., 20:352

Mirocha,C.J. et al., 1968: Cancer res., 28:2319

Morooka,N. et al., 1972: J.Food Hyg.Soc., Jpn., 13:368

Scott,P.M. et al., 1983: Cereal Chemistry 60(6):421-424

Seitz,L.M. et al., 1986: Cereal Chemistry 63(2):146-150

Ueno,Y., 1980: Advances in Nutritional Research. Vol.III. H.H.Draper, ed.Plen.Publ.Co., New York

Váňová, Tvarůžek, 1998: Úroda 4:6-9

Vesonder,R.F. et al., 1973: Appl.Microbiol., 26:1008

Práce byla řešena za podpory interního grantu ČZU Praha č. 2060/10/28299/0 “Rizika výskytu fuzarióz pro jakost pšenice“

Kontaktní adresa

Ing. Ivana Capouchová, CSc., Katedra rostlinné výroby AF, Česká zemědělská univerzita v Praze, 165 21 Praha 6 - Suchdol, tel.: 02/24382549, e-mail: Capoucho@af.czu.cz