Micotossine del mais: mezzi di gestione delle contaminazioni

Le micotossine del mais: mezzi di gestione delle contaminazioni

Università degli Studi di Catania

Corso di Laurea in Scienze e tecnologie per la ristorazione e distribuzione degli alimenti mediterranei

Dipartimento di Agricoltura, Alimentazione e Ambiente (D3A)

Marco Paolino

Elaborato finale

Relatore: Chiar.mo Prof. Alessandro Vitale

Correlatore: Dott.ssa Ivana Castello

Anno 2023

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Alla mia roccia e alla mia luce che mi hanno insegnato a lottare e non arrendermi di fronte agli imprevisti della vita.

Ai miei genitori

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Indice

• 1. Introduzione…………………………………………………………… 5
• 1.1. Cenni storici………………………………………………………………5
• 2. Principali funghi produttori di micotossine…………… 6
• 2.1. Fusarium………………………………………………………………. 7
• 2.2. Aspergillus……………………………………………………………… 8
• 2.3. Penicillium………………………………………………………………. 8
• 3. Principali micotossine nel mais………………………………. 10
• 3.1. Fumonisine……………………………………………………………… 10
• 3.2. Tricoteceni………………………………………………………………11
• 3.2.1. DON (deossinivalenolo o vomitossina).…………………………… 12
• 3.2.2. Tossina T-2...………………………….…………………………… 13
• 3.3. Zearalenoni……………………………………………………………… 13
• 3.4. Aflatossine………………………………………………………………. 14
• 3.4.1. Struttura……………………………………………………………. 15
• 3.4.2. Ciclo biologico……………………………………………………. 17
• 3.4.3. Sistema Aspergillus flavus - mais - ambiente……………………… 18
• 3.5. Ocratossine……………………………………………………………… 20
• 3.5.1. L’ocratossina A negli alimenti……………………………………. 21
• 4. Strategie di prevenzione in campo per le micotossine del mais…………………………………………………………………… 22
• 4.1. Sistemi di coltivazione…………………………………………………… 22
• 4.2. Resistenza dell’ospite e selezione ibrida………………………………… 23
• 4.3. Gestione del suolo, residui colturali e rotazione colturale………………. 23
• 4.4. Irrigazione……………………………………………………………….24
• 3
• 4.5. Controllo di parassiti e malattie…………………………………………. 24
• 4.6. Agenti di controllo biologico (Biological Control Agents - BCAs)…….25
• 5. Raccolta ed essiccazione del mais………………………….. 26
• 6. Gestione post-raccolta del mais per minimizzare i rischi di contaminazione di micotossine………………… 27
• 6.1. Pulizia e cernita del mais……………………………………………….27
• 6.2. Stoccaggio del mais…………………………………………………….27
• 6.3. Lavorazione del mais……………………………………………………28
• 6.3.1. Fresatura……………………………………………………………. 28
• 6.3.2. Processo termico…………………………………………………… 29
• 6.3.3. Sfaldamento ed estrusione………………………………………… 30
• 6.3.4. Nixtamalizzazione tradizionale…………………………………… 30
• 6.3.5. Detossificazione …………………………………………………… 31
• Conclusioni………………………………………………………………… 32
• Bibliografia
• Sitografia
• Ringraziamenti

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1. Introduzione

Il mais è uno dei cereali più importanti prodotti per il consumo umano e animale nell’Unione Europea (UE), e viene coltivato principalmente per cereali e foraggi ed è secondo solo al frumento nella produzione cerealicola totale dell’Unione Europea (UE). Dal 2017 l’UE importa volumi significativi di mais, proveniente principalmente da Ucraina, Brasile e Canada. Ciò è dovuto in parte all’aumento della domanda di mais per mangime (+8%) e alle significative riduzioni della produzione di orzo e altri cereali anche per il consumo di mangimi. Inoltre, il mais è uno dei cereali che viene esposto maggiormente alle micotossine (Palumbo et al., 2020).

Le micotossine sono metaboliti secondari di funghi che hanno proprietà tossiche per gli animali, compreso l'uomo; includono qualsiasi metabolita non enzimatico di un fungo che è dannoso per un altro organismo. I cereali, compreso il mais, sono tra i prodotti più comunemente contaminati. La contaminazione da micotossine delle cariossidi di cereali si verifica a seguito di infezione fungina o infestazione delle piante durante il loro sviluppo, raccolta o dopo la raccolta (Munkvold et al., 2018).

1.1. Cenni storici

L’inizio della moderna tossicologia risale al 1960, anno in cui venne dato grosso impulso alla ricerca delle micotossine, in seguito ad una grave intossicazione che colpì il settore avicolo in Inghilterra, divenuta successivamente nota con il nome di “Turkey X disease” (ovvero la malattia X dei tacchini) dove più di 100.000 tacchini morirono dopo aver consumato farina di noci ed arachidi brasiliane contaminate.

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Il principale contaminante fungino isolato da quelle arachidi era Aspergillus flavus. Le indagini successive effettuate consentirono l’isolamento dell’agente eziologico e di una miscela di composti tossici fluorescenti, denominati aflatossine (Nesbitt et al., 1962). In aggiunta, successivi studi hanno portato all’identificazione, all’isolamento e alla caratterizzazione chimica delle aflatossine e si scoprì che tali sostanze potevano essere separate cromatograficamente in quattro diverse componenti: B1, B2, G1 e G2, a seconda del colore della fluorescenza emessa (blue o green) in relazione all’irradiazione con luce ultravioletta a 360 nm ed alla loro mobilità cromatografia (Budavari et al., 2001).

Successivamente, alla scoperta delle aflatossine, Allcroft e Carnaghan (1963), ipotizzarono che alcuni residui di aflatossina ingeriti dagli animali con la razione, potessero ritrovarsi nel latte o in altri derivati. In vacche da latte alimentate con prodotti contaminati da aflatossina B1 venne ritrovata una sostanza che, in alcuni esperimenti condotti sulle anatre, risultò nociva quanto l’aflatossina B1; tale sostanza risultò essere legata anche alle frazioni caseiniche della cagliata; tale sostanza rivelò una fluorescenza blu-viola simile a quella precedentemente osservata per l’aflatossina B1, ma in questo caso, dato il primo isolamento dal latte, gli venne attribuito il nome di aflatossina M o “milk toxin”.

L'aflatossina M1 è stata quindi il primo metabolita idrossilato della B1 ad essere isolato e identificato (Bottalico, 1988; Campbell et al., 1970). Nel tentativo di chiarire l’eziologia del cancro al fegato nell’uomo prodotto dall’aflatossina B1, scoprirono, per la prima volta, la presenza dell’aflatossina M1 nelle urine. Successivamente furono isolate a partire dalle urine e dal latte le aflatossine M1 e M2, identificandole come metaboliti della B1 e B2 dei mammiferi (Campbell et al., 1970).

2. Principali funghi produttori di micotossine

Le micotossine presenti nel mais possono essere raggruppate in base ai funghi che le producono; i principali funghi tossigeni nel mais sono le specie appartenenti ai generi Aspergillus, Fusarium e Penicillium.

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Il genere Fusarium comprende i funghi tossigeni più diffusi nel mais, le specie di Aspergillus sono associate agli impatti più gravi sulla salute umana per il mais contaminato da micotossine mentre le specie di Penicillium sono relativamente di minore importanza (Munkvold et al., 2018).

2.1. Fusarium

Fusarium spp. causano due diverse malattie sulla spiga di mais in campo: i) il marciume rosa della spiga da Fusarium, causato principalmente da F. verticillioides, F. proliferatum e F. subglutinans, specie che allo stato attuale sono riferibili alla specie complex Gibberella fujikuroi e ii) il marciume rosso da Gibberella che è causato prevalentemente dalla specie F. graminearum. Tali marciumi iniziano dalla parte apicale della spiga di mais dove si può sviluppare una muffa rossa o rosa che copre gran parte di essa.

Come già detto quest’ultimo è di solito causato da F. graminearum ma altre specie affini come F. culmorum o F. meridionale possono causare sintomi identici e sono importanti in alcune parti del mondo (Palumbo et al., 2020). Il nome comune della malattia è legato alla fase sessuale di F. graminearum, ovvero Gibberella zeae che costituisce appunto il teleomorfo. Il marciume rosso causato da Gibberella predomina nelle zone più fresche o in quelle con livelli di precipitazioni più elevati durante la stagione di crescita.

Il marciume rosa causato da Fusarium si verifica tipicamente su cariossidi singole o su gruppi di cariossidi fisicamente danneggiati e si presenta sotto forma di muffa bianca o rosa chiaro; nel dettaglio, Fusarium verticillioides è l’agente patogeno principale ma sintomi uguali sono causati da F. proliferatum, F. subglutinans o F. temperatum. Il marciume causato da Fusarium e il marciume causato da Gibberella sono favoriti da condizioni molto diverse; quello causato rosa da Fusarium è più comune nelle zone più calde e secche rispetto al marciume rosso da Gibberella.

Inoltre, il marciume della spiga da Gibberella è favorito da alti livelli di umidità intorno alle sete, seguiti da temperature moderate e precipitazioni elevate durante il periodo di maturazione.

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Entrambe le malattie sono state associate spesso a lesioni da insetti. Fusarium spp. e le loro micotossine si possono sviluppare nel mais immagazzinato ma solo quando le condizioni di conservazione non sono ideali; è necessaria un’umidità del 19% del cereale o più affinché le specie di Fusarium si sviluppino nel cereale immagazzinato (Munkvold et al., 2018).

2.2. Aspergillus

Diverse specie di Aspergillus possono infettare le cariossidi di mais, principalmente in magazzino, ma anche in pieno campo.

Nel dettaglio, Aspergillus flavus e A. parasiticus sono le specie più rappresentative e temibili in termini di produzione di micotossine e, in campo, i sintomi di marciume delle cariossidi sono causati da A. flavus che appare come una muffa polverulenta di colore verde oliva. Le principali condizioni che portano all’infezione da A. flavus e il conseguente accumulo di aflatossine sono lo stress da alta temperatura e siccità. La gravità del marciume da Aspergillus, l’infezione da A. flavus ed elevati livelli di aflatossina sono stati a lungo associati anche a lesioni del chicco dovute alle punture di alimentazione degli insetti nel campo e durante lo stoccaggio. I danni alle bucce e alle cariossidi forniscono un facile accesso alle spore fungine disperse nell’aria.

La nottua del mais ovvero Helicoverpa zeae, la piralide del mais ovvero Ostrinia nubilalis, la piralide del mais del sud-ovest ovvero Diatraea grandiosella, e nottuide Spodoptera frugiperda, sono state associate ad elevati tassi di infezione da A. flavus. Il danno degli insetti al grano successivamente immagazzinato e stoccato per parecchio tempo può costituire un fattore predisponente l’accumulo di micotossine; tutto ciò danneggia fisicamente le cariossidi e aumenta la temperatura e il contenuto di umidità del mais, il che rende le cariossidi più suscettibili alla colonizzazione da parte di eventuali funghi tossigeni (Munkvold et al., 2018).

2.3. Penicillium

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Il genere Penicillium include svariate specie potenzialmente produttrici di un ampio range di micotossine ma, per ciò che concerne il mais, l’unica specie di questo genere ritenuta in grado di produrre ocratossina A è Penicillium verrucosum; esso viene definito come un fungo fitopatogeno “da conservazione” e viene considerato un vero e proprio fattore limitante le produzioni di mais che causa un marciume verde sulla spiga (Figura 1). Questo ascomicete è caratterizzato da una crescita lenta e può svilupparsi all’interno di un ampio range compreso tra 0 e 31°C, con un optimum di 20°C ed è anche in grado di tollerare bene condizioni asciutte, riuscendo a svilupparsi con un contenuto di acqua libera (i.e. activity water - Aw) pari a 0,80, laddove il valore può variare da 1 (acqua libera allo stato puro) a 0 (alimento completamente disidratato). L’ocratossina A viene sintetizzata in tutto l’intervallo di temperature già citate e quantità significative di questa tossina si possono produrre già a 4°C e livelli di Aw prossime a 0,86.

Figura 1. Marciume verde della spiga.

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Fonte: (https://www.venetoagricoltura.org/MAIS_SICUREZZA_ALIMENTARE/Mais_Cap.%201)

Penicillium verrucosum è un ottimo saprofita e pertanto può sopravvivere nei residui colturali nel terreno e anche nella sporcizia dove può accumularsi in locali e strutture di conservazione, essendo favorito in questo anche dalla sua resistenza alle basse temperature e dalla sua tolleranza alla scarsa umidità. Quando si hanno le condizioni climatiche ottimali produce una gran massa di conidi leggeri e secchi che vengono facilmente diffusi nell’ambiente dall’aria; se questi propaguli giungono sulla spiga trovandovi delle lesioni possono germinare e infettare le cariossidi provocandone il tipico marciume verde.