Образование микотоксинов/Рост плесневых грибов

На колонизацию и рост грибов, а также выработку грибами микотоксинов влияет множество факторов.9,10 Учитывая это, невозможно описать единый набор условий, благоприятных для роста грибов и выработки микотоксинов. Наиболее важными условиями являются определенная температура и активность воды (доступное плесени содержание воды в субстрате). Как правило, оптимальная температура для выработки микотоксинов многими плесневыми грибами варьирует от 20 до 30 °C.

Наиболее важные факторы, влияющие на рост грибов и образование микотоксинов, могут быть разделены на 3 группы:

  • факторы, связанные с растениями, и факторы окружающей среды, включая характеристики субстрата (например, состав, рН, активность воды, содержание кислорода)
  • возможное конкурентное влияние (например, сопутствующий рост других грибов или микроорганизмов)
  • климатические условия (например, температура, влажность воздуха)

Как правило, в теплых (тропических и субтропических) регионах серьезную озабоченность вызывают афлатоксины, в то время как фузариотоксины, такие как зеараленон или трихотецены, встречаются преимущественно в регионах с более умеренным климатом.2,5

Более того, факторы, вызывающие стресс, такие как засуха, недостаточное внесение удобрений, высокая плотность посадки культур, конкуренция с сорняками, повреждения насекомыми или механические повреждения, могут ослабить естественную защиту растений и способствовать колонизации грибами, продуцирующими микотоксины, и образованию токсинов.

Aspergillus flavus
Aspergillus flavus

Оптимальные условия для производства варьируют в зависимости от типа субстрата, типа микотоксина, температуры и влажности. На Рисунках 1-7 представлены имеющиеся данные о главных параметрах, влияющих на выработку микотоксинов основными грибами – продуцентами микотоксинов: влиянии температуры на рост грибов и выработку микотоксинов, а также влиянии активности воды (aw) на рост грибов и выработку микотоксинов.1,4,6,7,8,9,10,11 Но даже небольшие изменения значений aw или температуры могут приводить к существенным отклонениям в оптимальной скорости роста грибов и образования микотоксинов, поэтому значения на Рисунках 1, 2, 4 и 5 следует рассматривать как ориентировочный показатель, а не как единственную оптимальную область значений.

Взаимное влияние активности воды (aw) и температуры на рост грибов и образование микотоксинов

В исследовании, проведенном Medina et al. (2013), было описано взаимодействие между определенными значениями aw и температуры на рост штаммов F. verticillioides и выработку ими микотоксинов.4 Исследование показало, что при aw 0,995 оптимальная скорость роста F. verticillioides наблюдалась в диапазоне от 20 до 25 °C, но при изменении значения aw до 0,98 оптимальная для роста температура сместилась до уровня от 30 до 35 °C (Рисунок 3).4 Противоположные выводы можно сделать в отношении выработки микотоксинов. Действительно, показатели температуры и aw, оптимальные для выработки ФУМ B1, составляли 20 °C и 0,98-0,995 соответственно. Из этого можно сделать вывод, что оптимальные условия для выработки определенных микотоксинов не совпадают с таковыми для роста продуцирующих их грибов.

Рисунок 1: Минимальный, оптимальный и   максимальный диапазон температуры в °C для роста грибов. 
Рисунок 2: 
Минимальный , оптимальная и  максимальная активность воды (aw) для роста грибов.
Рисунок 3: Влияние температуры и активности воды (aw) на скорость роста штамма F. verticillioides. Средние значения из пяти повторных измерений. (Medina et al., 2013).

Рисунок 4: Минимальный, оптимальный и максимальный диапазон температуры в °C для образования микотоксинов.
Рисунок 5:
Минимальная, оптимальная и максимальная активность воды (aw) для образования микотоксинов.
Рисунок 6: 
Влияние (а) активности воды (aw) и (b) температуры на выработку фумонизина B1 штаммом F. verticillioides. Столбики указывают стандартную ошибку средних значений. (Medina et al., 2013).

Рисунок 7a:
Влияние активности воды (aw) на производство фумонизина B2 штаммом F. verticillioides. Столбики указывают стандартную ошибку средних значений. (Medina et al., 2013).
Рисунок 7b: Влияние температуры на образование фумонизина B2 штаммом F. verticillioides. Столбики указывают стандартную ошибку средних значений. (Medina et al., 2013).

Источники
  1. HUSSEIN, H. S. & BRASEL, J. M. 2001. Toxicity, metabolism, and impact of mycotoxins on humans and animals. Toxicology, 167, 101-134.
  2. MAGAN, N., MEDINA, A. & ALDRED, D. 2011. Possible climate-change effects on mycotoxin contamination of food crops pre- and postharvest. Plant Pathology, 60, 150-163.
  3. MARTH, E. H. 1992. Mycotoxin: Production and control. Food Laboratory News, 35-51.
  4. MEDINA, A., SCHMIDT-HEYDT, M., CÁRDENAS-CHÁVEZ, D. L., PARRA, R., GEISEN, R. & MAGAN, N. 2013. Integrating toxin gene expression, growth and fumonisin B1 and B2 production by a strain of Fusarium verticillioides under different environmental factors. Journal of the Royal Society Interface, 10.
  5. PATERSON, R. R. M. & LIMA, N. 2011. Further mycotoxin effects from climate change. Food Research International, 44, 2555-2566.
  6. POPOVSKI, S. & CELAR, F. A. 2013. The impact of environmental factors on the infection of cereals with Fusarium species and mycotoxin production - A review. Acta Agriculturae Slovenica, 101, 105-116.
  7. RAMOS, A. J., LABERNIA, N., MARÍN, S., SANCHIS, V. & MAGAN, N. 1998. Effect of water activity and temperature on growth and ochratoxin production by three strains of Aspergillus ochraceus on a barley extract medium and on barley grains. International Journal of Food Microbiology, 44, 133-140.
  8. RIBEIRO, J. M., CAVAGLIERI, L. R., FRAGA, M. E., DIREITO, G. M., DALCERO, A. M. & ROSA, C. A. 2006. Influence of water activity, temperature and time on mycotoxins production on barley rootlets. Lett Appl Microbiol, 42, 179-84.
  9. RICHARD, J. L. & PAYNE, G. A. 2003. Mycotoxins in plant, animal, and human systems. Council for Agricultural Science and Technology, Task Force Report No. 139.
  10. SANCHIS, V. 2004. Environmental conditions affecting mycotoxins. In: Magan N. and Olsen M. (Eds.), Mycotoxins in food. CRC Press, Boca Raton Bosten New York, Washington, DC, 174-189.
  11. SWEENEY, M. J. & DOBSON, A. D. W. 1998. Mycotoxin production by Aspergillus, Fusarium and Penicillium species. International Journal of Food Microbiology, 43, 141-158.

Распространенные микотоксины