Mogućnosti redukcije sadržaja Alternaria toksina u pšenici primenom odabranih tehnoloških postupaka

Abstract

Potreba za potpunijom informacijom o važnosti kontaminacije useva Alternaria toksinima su nedavno dobili na značaju. Imajući u vidu toksičnost metabolita koje produkuju pojedine vrste gljive iz roda Alternaria u sistemu od njive do trpeze uticalo je na to da se u sklopu istraživanja u oblasti mikotoksikologije registruje porast interesovanja za Alternaria toksine i gljive koje ih produkuju. S obzirom na činjenicu da sa naših prostora nema dostupnih podataka o prirodnoj kontaminaciji pšenice sa Alternaria toksinima, a o ponašanju Alternaria toksina tokom procesa prerade pšenice nema dostupnih podataka u naučnoj literaturi, proizišli su ciljevi ove doktorske disertacije. Osnovni cilj planiranih istraživanja u ovoj doktorskoj disertaciji je bio sagledavanje uticaja konvencionalno primenjenih mehaničkih (čišćenje i suvo mlevenje) i hidrotermičkih (ekstrudiranje) tehnoloških postupaka na redukciju prisutnih Alternaria toksina u pšenici. Primenom postupaka čišćenja pšenice uobičajenih u praksi rada silosne i mlinske čistione postiže se značajna redukcija prisustva svih ispitivanih Alternaria toksina u zrnenoj masi.U postupku mlinskeprerade pšenice, čak i u slučaju prerade pšenice u kojoj je sadržaj pojedinih Alternaria toksina ispod granice detekcije u frakcijama mlevenja pšenice u koje dospevaju periferni delovi pšeničnog zrna, odnosno kasnijim prolazištima krupljenja i mlevanja, kao i sporednim proizvodima meljave, može se očekivati povišen sadržaj Alternaria toksina. Optimalni efekti procesa ektrudiranja u slučaju korišćenja jednopužnog ekstrudera ostvaruju se u slučaju visoke vlage polaznog materijala (w=24%) velike brzine protoka materijala (q=25 kg/h) i srednje brzine obrtanja puža ekstrudera (v=390 obrtaja/min) pri čemu se postiže redukcija TeA=60-65 %, AOH=90 % i AME=95 %. Dodatni cilj je bio da se sagleda učestalost pojave Alternaria toksina, i stekne preliminarni uvid u pojavu i opseg koncentracije Alternaria toksina u pšenici sa teritorije Vojvodine sa ciljem da se dobiju preliminarni podaci o uticaju proizvodne godine, lokaliteta i najkarakterističnijih klimatskih uslova na pojavu Alternaria toksina u pšenici, kao i da se sagleda uticaj uslova introdukovane stimulacije i inhibicije kontaminacije pšenice sa Alternaria spp. na sadržaj Alternaria toksina u pšenici. Analiza učestalosti incidencije Alternaria toksina u pšenici sa područja Vojvodine ukazuju na evidentnu pojavu značajnog broja partija pšenice kontaminirane sa TeA, praćenu sporadičnom pojavom partija kontaminiranih sa AOH i AME. Kako prosečne, tako i maksimalne koncetracije TeA u pšenici iz Vojvodine proizvedene u trogodišnjem periodu od 2011. do 2013. godine bile su više od zvanično objavljenih višegodišnjih podataka od strane Evropske agencije za bezbednost hrane (EFSA). Utvrñene koncentracije AME i AOH u pšenici iz Vojvodine su daleko niže od koncentracije TeA kao najčešćeg kontaminenta iz grupe Alternaria toksina. Preliminarno ima indicija da se najviše, ekstremne koncentracije ispitivanih Alternaria toksina u pšenici iz pojedinih proizvodnih godina i iz najugroženijih regiona mogu povezati sa višim prosečnim dnevnim temperaturama sa jedne i povećanom sumom padavina u maju i junu sa druge strane u odnosu na dugogodišnji prosek (1981-2010). Inokulacija pšenica sa Alternaria tenuissima dovodi po povećanja koncentracije TeA u zrnenoj masi u odnosu na netretiranu pšenicu, dok tretman iste pšenice fungicidom utiče na smanjenje prisutva ovog Alternaria toksina što ukazuje da infekcija prodire u zrno u većem obimu kod inokulisanih uzoraka pšenice, dok je u netretiranim i zaštićenim manje izražena. Koncetracija Alternaria toksina u plevi pšenice je značajno viša u odnosu na zrnenu masu ovršene pšenice što ukazuje na izvesnu zaštitnu funkciju pleve od prodiranja Alternaria toksina u unutrašnji deo endosperma zrna pšenice. Krajnji cilj istraživanja je bio da se na osnovu dobijenih podataka o efikasnosti primenjenih tehnoloških postupaka u pogledu redukcije Alternaria toksina u pšenici i podataka u učestalosti i uzrocima pojave Alternaria toksina u pšenici da okvirna procena mogućnosti smanjenja rizika od pojave visokih udela Alternaria toksina u proizvodima prerade pšenice na tržištu. U lancu proizvodnje, prometa, skladištenja i prerade pšenice kao proizvodi sa niskim rizikom u pogledu pojave i koncentracije Alternaria toksina mogu se istaći bela brašna i hidrotermički obrañeni proizvodi, kao što su naprimer ekstrudirani proizvodi od pšenice. Kao proizvodi visokog rizika u pogledu pojave i koncentracije Alternaria toksina ističu se pleva dobijena tokom žetve pšenice, nečistoće dobijene u procesu silosnog postupka čišćenja pšenice, tamne frakcije brašna dobijene u postupku mlevenja pšenice i sporedni prozvodi mlevenja pšenice – mekinje i osevci.

The need for more complete information about the importance of contamination of crops with Alternaria toxins recently gained in importance. The toxicity of metabolites produced by certain species from Alternaria genus in the whole supply chain resulted in the area of mycotoxicological research in increased interest for Alternaria toxins and fungi producing them. Having in mind that there are no available data about natural contamination of wheat with Alternaria toxins in the region of Serbia, and not any data is available in academic literature about the influence of processing procedures on Alternaria toxins in wheat, the aims of this PhD thesis have been defined. The basic aim of this dissertation was to investigate the influence of conventional mechanical (cleaning and dry milling) and hydrothermal (extrusion) technological processes on reduction of Alternaria toxins present in wheat. The application of wheat cleaning processes common in wheat warehouses and mills significant reduction of concentration of all investigated Alternaria toxins is achieved. In wheat milling process, even for wheat with concentration of Alternaria toxins under the limit of detection, in fraction containing peripheral kernel parts, including last break and milling flows and by products, increased concentration of Alternaria toxins can be expected. Optimal effects of extrusion process with application of single screw extruder are achieved in the case of high raw material moisture (w=24%), high capacity (q=25 kg/h) and medium speed of extruder screw rotation (v=390 rpm) when reduction of TeA=60-65%, AOH=90% and AME=95% is achieved. Additional aim was to obtain data about the frequency of Alternaria toxins including occurrence and ranges of concentration of Alternaria toxins in wheat for the region of Vojvodina with the aim to obtain preliminary data about the influence of production season, locality and the most characteristic climatic conditions on occurrence of Alternaria toxins in wheat, as well as to perceive the influence of introduced stimulation and inhibition of wheat contamination with Alternaria spp. on concentration of Alternaria toxins in wheat. Analysis of frequency of occurrence of Alternaria toxins in wheat from the region of Vojvodina points out at evident incidence of significant number of wheat lots contaminated with TeA accompanied with sporadic occurrence of lots contaminated with AOH and AME. Both, average and maximal concentrations of TeA in wheat produced in Vojvodina in the period from 2011 to 2013 were above the official multiannual data published by European Food Safety Agency (EFSA). Concentrations of AME and AOH in wheat from Vojvodina were far under the concentrations of TeA as the most frequent contaminant from the group of Alternaria toxins. Preliminary there are indications that the highest concentrations of analysed Alternaria toxins in wheat from certain production seasons and the most affected production regions can be related with higher average daily temperatures at one, and increased sum of precipitation at the other hand in comparison to multiannual average (1981-2010). Inoculation of wheat with Alternaria tenuissima resulted in increased concentration of TeA in comparison to non-treated wheat, while the treatment of the same wheat with fungicide influences at decrease of the same Alternaria toxins, pointing out that the infection penetrates to higher extent into inoculated wheat while in non-treated and protected wheat this process is less expressed. Concentration of Alternaria toxins in wheat chaff is much higher in comparison to harvested wheat pointing out at certain protective function of chaff in the process of penetration of Alternaria toxins into inner kernel parts. Final aim of the research was to provide the general assessment of possibilities for reduction of risk of occurrence of high Alternaria toxins concentrations in wheat products at the market based on obtained data about efficiency of applied technological processes for reduction of Alternaria toxins in wheat products and obtained data on frequency of occurrence of Alternaria toxins. In the wheat supply chain white flours and hidrothermically processed like extruded wheat products can be emphasized as the products with low risk regarding Alternaria toxins. As the high risk products regarding Alternaria toxins chaff obtained during harvesting, impurities obtained in wheat cleaning processes, dark flours obtained in wheat milling process and wheat milling by-products, shorts and bran, can be emphasized.