Adattare le strategie di rilevamento rapido delle micotossine a un clima in cambiamento

Gli impatti del cambiamento climatico si stanno manifestando in molti modi: tempeste distruttive come uragani, inondazioni, caldo estremo e siccità influenzano i prodotti agricoli e gli animali e le persone che fanno affidamento su di essi. Come nota l'FDA in un riepilogo degli effetti degli uragani e delle inondazioni sulla sicurezza delle colture alimentari animali, i fenomeni meteorologici estremi come le inondazioni danneggiano i cereali e altri prodotti agricoli, offrendo alle muffe produttrici di micotossine, come i ceppi di Aspergillus e Fusarium, l'opportunità di infettarli1. In effetti, l'indagine BIOMIN sulle micotossine del 2017 ha indicato un aumento a livello mondiale dei livelli di fumonisina, una micotossina prodotta dal Fusarium2; molti ipotizzano che il clima più caldo e umido stia portando a questo aumento3.

Ciò rende l'analisi delle micotossine in loco uno strumento importante, che fornisce ai produttori risultati rapidi che danno loro la possibilità di rispondere alle condizioni meteorologiche volatili. In questo articolo, lo dimostriamo con due esempi dagli Stati Uniti: un caso di studio su una risposta tattica all'aumento dei livelli di fumonisina nel mais nelle Grandi Pianure meridionali, a seguito delle inondazioni indotte dall'uragano nel 2017, e una revisione delle pratiche comuni dei produttori di arachidi che si sono confrontati con livelli più elevati di aflatossine causati dalla siccità nel sud-est degli Stati Uniti.

Caso di studio: adeguamento degli intervalli di rilevamento nei test a striscia per affrontare livelli estremi di fumonisina

Gli agricoltori di diverse regioni produttrici di alimenti nel mondo devono affrontare le inondazioni con maggiore frequenza rispetto al passato. Nel marzo 2019, l'Iowa, il Nebraska, il Missouri e il Kansas hanno sperimentato un'inondazione storica, a causa di un ingorgo di ghiaccio, dello scioglimento di una nevicata record e di piogge eccessive. Questo ha portato al cedimento di almeno 30 argini, le cui inondazioni hanno colpito circa 90.000 granai e più di 16 milioni di acri di mais, soia e grano. Il danno economico totale ha superato i 7 miliardi di dollari4.

Queste inondazioni rappresentano la continuazione di una tendenza. I casi di inondazioni e i relativi danni all'agricoltura continuano a dominare i titoli dei giornali negli Stati Uniti.

Dopo che l'uragano Harvey ha fatto il suo atterraggio iniziale il 25 agosto 2017 come tempesta di categoria 4, ha continuato a spostarsi verso l'interno, scaricando pesanti quantità di pioggia sul suo percorso. In quel periodo, il raccolto annuale si stava avvicinando rapidamente; nessuno avrebbe potuto prevedere gli eventi agricoli catastrofici che sarebbero seguiti di lì a poco, in particolare nei Panhandles del Texas e dell'Oklahoma, nel Kansas sud-occidentale e nelle aree del Colorado sud-orientale.

Nel settembre 2017, con l'inizio della stagione del raccolto, sono stati raccolti campioni di mais e inviati a laboratori terzi per l'analisi. I segni di alti livelli di fumonisina erano prevalenti nel Texas Panhandle a causa delle piogge eccessive dell'uragano Harvey, che si è verificato poco prima della stagione del raccolto. Le piogge hanno fornito alle muffe Fusarium, che producono fumonisina, condizioni di crescita ideali. Sebbene non siano molto diffusi e mostrino variazioni da contea a contea, sono stati osservati campioni di mais con livelli di fumonisina senza precedenti, come 30 ppm, 50 ppm, 70 ppm e persino 100 ppm.

A seconda dell'uso previsto del prodotto, i livelli di fumonisina accettabili possono variare ampiamente negli Stati Uniti da 2 ppm a 4 ppm per il consumo umano, e nei mangimi per animali (mais e sottoprodotti del mais) da 5 ppm a 100 ppm. Tuttavia, in Europa, i livelli possono essere ancora più severi, variando da 0,2 ppm a 4 ppm per il consumo umano e da 5 a 60 ppm nei mangimi animali5. Con l'intensificarsi della preoccupazione per la fumonisina, i test sulle micotossine hanno continuato ad essere una discussione primaria tra gli operatori del settore, in particolare nel Texas Panhandle, dove le concentrazioni di fumonisina si aggirano in media intorno a 4 ppm. In mezzo alla crescente preoccupazione e dopo molte riflessioni su un numero standardizzato, gli allevatori di bestiame hanno designato 60 ppm come livello sicuro per il loro bestiame.

Fin dall'inizio di questa crisi, Romer Labs è stato coinvolto. I rappresentanti di Romer Labs hanno ricevuto diverse richieste sulla possibilità di testare in loco gli alti livelli di fumonisina nelle spedizioni di mais in arrivo. All'epoca, il kit per il test della fumonisina AgraStrip® WATEX® offriva intervalli tra 0-5 ppm e, con una fase di diluizione, 5-30 ppm. Gli allevatori di bestiame hanno indicato la necessità immediata di effettuare test a livelli di fumonisina molto più elevati rispetto a quelli che il kit era in grado di gestire inizialmente, a causa della maggiore presenza di fumonisina nella granella di mais. Romer Labs ha risposto sviluppando con successo una terza curva, utilizzando un'ulteriore fase di diluizione, che ha dato al kit AgraStrip® WATEX® Fumonisin un intervallo aggiuntivo di 30-100 ppm.

Il processo di completamento della terza curva è stato ultimato in pochi giorni e pronto per essere distribuito sul campo. A causa degli alti livelli riscontrati all'inizio della stagione del raccolto, gli allevatori hanno scelto di iniziare a testare solo il livello 30-100 ppm. Questa scelta è proseguita nel 2018. Di per sé, questo esempio mostra una maggiore necessità di test sulle micotossine sulla scia di un evento meteorologico estremo, come le inondazioni causate da un uragano o da una tempesta tropicale. Tuttavia, anche le capacità delle tecniche di analisi devono essere commisurate alle nuove e insolite sfide che accompagnano il clima estremo. In questo caso, è stato necessario ampliare l'intervallo di quantificazione per far fronte all'esplosione delle concentrazioni di fumonisina. La flessibilità da parte dei fornitori di kit di analisi e di coloro che li applicano sul campo sarà sempre più necessaria.

Utilizzo dei kit di analisi per monitorare i livelli estremi di aflatossina totale nelle arachidi

Le inondazioni, ovviamente, non sono l'unico fenomeno meteorologico estremo che può portare a livelli più elevati di micotossine. Pochi lo sanno meglio dei coltivatori di arachidi nel sud-est degli Stati Uniti, dove la siccità e il caldo possono sottoporre le colture a un notevole stress, rendendole vulnerabili ai ceppi di Aspergillus che producono aflatossine.

L'Aspergillus parasiticus e l'Aspergillus flavus sono i principali responsabili della presenza di aflatossine nelle arachidi. Queste muffe si trovano naturalmente nel terreno, il che rende difficile evitare che entrino in contatto con i legumi, che crescono sottoterra. Quando le temperature medie rimangono a 32°C o superiori e quando queste condizioni di caldo convergono con la siccità, le arachidi diventano ancora più suscettibili alla comparsa di aflatossine. Si tratta di fattori di stress pre-raccolta, sui quali gli agricoltori hanno un controllo molto limitato.

Le condizioni meteorologiche intorno al momento del raccolto possono esacerbare lo stress che le arachidi subiscono e portare a danni al guscio, dando all'Aspergillus maggiori opportunità di invadere. Se si verificano periodi intensi di pioggia o inondazioni poco prima o durante il raccolto, le arachidi potrebbero non avere il tempo di asciugarsi a sufficienza prima di essere immagazzinate. Come nel caso di diverse muffe, l'umidità superiore al 14% può favorire la crescita di muffe produttrici di micotossine nelle strutture di stoccaggio. Quindi, cosa fare se si sospetta o si scopre che la siccità e il caldo hanno provocato livelli elevati di aflatossine in un raccolto? Di solito, è responsabilità dei punti di acquisto o degli sgusciatori agire. In primo luogo, gli operatori dei punti d'acquisto delle arachidi classificano le arachidi in base a diverse caratteristiche definite dall'USDA-FSIS: qualità del guscio, presenza visiva di muffa, gusci sciolti, ecc. Le quantità di arachidi valutate come "Seg 1", cioè con la migliore valutazione FSIS, vengono poi analizzate con strip test, che servono a segregare ulteriormente le arachidi. I punti di acquisto decidono poi come conservarle in base alla concentrazione di aflatossine.

Isolando le arachidi altamente contaminate, i punti di acquisto preservano l'integrità delle arachidi non contaminate o meno contaminate, in modo che queste rimangano adatte al consumo umano diretto. Le arachidi altamente contaminate sono spesso destinate a prodotti la cui produzione elimina o riduce il contenuto di aflatossine. Ad esempio, le aflatossine tendono a trasferirsi dal legume intatto all'olio a tassi bassi. La raffinazione e altri trattamenti riducono ulteriormente i livelli di aflatossine.

Dal magazzino di stoccaggio, le arachidi vengono poi trasportate agli impianti di sgusciatura, dove i test a striscia forniscono informazioni sulla concentrazione di aflatossine, guidando le decisioni sull'uso successivo, come il tipo di alimento in cui possono essere integrate. I gusci di arachidi destinati all'alimentazione animale vengono nuovamente testati per le aflatossine prima di essere inviati ai mangimifici.

Conclusione: Clima che cambia, metodi di test che cambiano

Sebbene molti di questi metodi siano una prassi comune per i produttori di arachidi, l'estrema siccità e il caldo, combinati con eventi intempestivi di pioggia intensa, hanno causato livelli di aflatossine più alti della media nelle arachidi. Con il cambiamento del clima e il riscaldamento della terra, le condizioni meteorologiche estreme continueranno a complicare gli sforzi per tenere a bada le micotossine e le muffe che le producono. Eventi drastici come gli uragani sono imprevedibili e richiedono una rapida capacità di adattamento da parte degli agricoltori e dei commercianti di cereali, per adeguarsi a livelli più elevati di fumonisine e altre micotossine che prosperano in condizioni umide e calde.

Queste nuove condizioni ambientali possono richiedere approcci creativi che vanno oltre la semplice regolazione dei parametri dei kit di analisi esistenti per mantenere la sicurezza degli alimenti e dei mangimi. Quali siano queste soluzioni è al centro di molte ricerche e speculazioni future.