Dostosowanie strategii szybkiego wykrywania mikotoksyn do zmieniającego się klimatu

Skutki zmian klimatycznych dają o sobie znać na wiele sposobów: niszczycielskie burze, takie jak huragany, powodzie, ekstremalne upały i susze wpływają na produkty rolne oraz zwierzęta i ludzi, którzy na nich polegają. Jak zauważa FDA w podsumowaniu wpływu huraganów i powodzi na bezpieczeństwo upraw żywności dla zwierząt, ekstremalne zjawiska pogodowe, takie jak powodzie, uszkadzają zboża i inne produkty rolne, dając pleśniom wytwarzającym mikotoksyny, takim jak szczepy Aspergillus i Fusarium, możliwość ich zakażenia1. Rzeczywiście, badanie BIOMIN Mycotoxin Survey z 2017 r. wykazało ogólnoświatowy wzrost poziomu fumonizyny, mikotoksyny wytwarzanej przez Fusarium2; wielu spekuluje, że cieplejsza i bardziej wilgotna pogoda prowadzi do tego wzrostu3.

To sprawia, że analiza mikotoksyn na miejscu jest ważnym narzędziem, które zapewnia producentom szybkie wyniki, które dają im szansę zareagowania na zmienne warunki pogodowe. W tym artykule pokazujemy to na dwóch przykładach ze Stanów Zjednoczonych: studium przypadku dotyczące taktycznej reakcji na podwyższony poziom fumonizyny w kukurydzy na południowych Wielkich Równinach w wyniku powodzi spowodowanej huraganem w 2017 r. oraz przegląd powszechnych praktyk producentów orzeszków ziemnych w obliczu wyższych poziomów aflatoksyny spowodowanych suszą w południowo-wschodnich Stanach Zjednoczonych.

Studium przypadku: dostosowanie zakresów wykrywania w testach paskowych w celu radzenia sobie z ekstremalnymi poziomami fumonizyny

Rolnicy w kilku regionach produkujących żywność na świecie częściej niż w przeszłości mają do czynienia z powodziami. W marcu 2019 r. stany Iowa, Nebraska, Missouri i Kansas doświadczyły historycznych powodzi w wyniku zatorów lodowych, topnienia rekordowych opadów śniegu i nadmiernych opadów deszczu. Doprowadziło to do awarii co najmniej 30 wałów przeciwpowodziowych, które dotknęły około 90 000 pojemników na zboże i ponad 16 milionów akrów kukurydzy, soi i pszenicy. Łączne szkody ekonomiczne przekroczyły 7 miliardów dolarów4.

Powodzie te stanowią kontynuację pewnego trendu. Powodzie i towarzyszące im szkody w rolnictwie nadal dominują na pierwszych stronach gazet w Stanach Zjednoczonych.

Po tym, jak huragan Harvey wylądował 25 sierpnia 2017 r. jako burza kategorii 4, przemieszczał się dalej w głąb lądu, zrzucając na swojej drodze obfite ilości deszczu. W tym czasie szybko zbliżały się coroczne żniwa; nikt nie mógł przewidzieć katastrofalnych wydarzeń w rolnictwie, które wkrótce nastąpią, szczególnie w Teksasie i Oklahomie, południowo-zachodnim Kansas i obszarach południowo-wschodniego Kolorado.

We wrześniu 2017 r., gdy rozpoczął się sezon zbiorów, pobrano próbki kukurydzy i wysłano je do zewnętrznych laboratoriów w celu analizy. Oznaki wysokiego poziomu fumonizyny były powszechne w Texas Panhandle ze względu na nadmierne deszcze spowodowane huraganem Harvey, które wystąpiły tuż przed sezonem zbiorów. Deszcze zapewniły pleśniom Fusarium, które wytwarzają fumonizynę, idealne warunki wzrostu. Chociaż nie są one powszechne i różnią się w zależności od hrabstwa, w próbkach kukurydzy zaobserwowano bezprecedensowe poziomy fumonizyny, takie jak 30 ppm, 50 ppm, 70 ppm, a nawet 100 ppm.

W zależności od zamierzonego zastosowania produktu, dopuszczalne poziomy fumonizyny mogą wahać się w Stanach Zjednoczonych od 2 ppm do 4 ppm do spożycia przez ludzi, a w paszach dla zwierząt (kukurydza i produkty uboczne z kukurydzy) od 5 ppm do 100 ppm. Jednak w Europie poziomy te mogą być jeszcze bardziej rygorystyczne i wynosić od 0,2 ppm do 4 ppm w przypadku spożycia przez ludzi i od 5 do 60 ppm w paszach dla zwierząt5. W miarę nasilania się obaw związanych z fumonizyną, testowanie mikotoksyn nadal było głównym tematem dyskusji wśród osób z branży, a w szczególności w Texas Panhandle, gdzie stężenie fumonizyny zwykle wynosi średnio około 4 ppm. W obliczu rosnących obaw i po długich rozważaniach na temat znormalizowanej liczby, hodowcy bydła wyznaczyli 60 ppm jako bezpieczny poziom dla swoich zwierząt gospodarskich.

Od początku tego kryzysu firma Romer Labs była w niego zaangażowana. Przedstawiciele Romer Labs otrzymali kilka próśb dotyczących możliwości przetestowania na miejscu wysokiego poziomu fumonizyny w przychodzących dostawach kukurydzy. W tym czasie zestaw testowy AgraStrip® WATEX® Fumonisin oferował zakresy od 0 do 5 ppm, a po rozcieńczeniu od 5 do 30 ppm. Hodowcy bydła zasygnalizowali natychmiastową potrzebę testowania na znacznie wyższych poziomach fumonizyny, niż początkowo mógł to zrobić zestaw, ze względu na zwiększone występowanie fumonizyny w ziarnie kukurydzy. Firma Romer Labs zareagowała, opracowując z powodzeniem trzecią krzywą przy użyciu jeszcze jednego dodatkowego etapu rozcieńczania, dając zestawowi AgraStrip® WATEX® Fumonisin dodatkowy zakres 30-100 ppm.

Proces ukończenia trzeciej krzywej został zakończony w ciągu kilku dni i był gotowy do wdrożenia w terenie. Ze względu na wysokie poziomy obserwowane na początku sezonu żniwnego, karmiciele bydła zdecydowali się rozpocząć testy tylko na poziomie 30-100 ppm. Taka sytuacja utrzymała się w 2018 roku. Na pierwszy rzut oka przykład ten pokazuje zwiększoną potrzebę testowania mikotoksyn w następstwie ekstremalnych zdarzeń pogodowych, takich jak powodzie spowodowane przez huragan lub burzę tropikalną. Jednak możliwości technik testowania muszą być również współmierne do nowych i nietypowych wyzwań towarzyszących ekstremalnym warunkom pogodowym. W tym przypadku zakres oznaczeń ilościowych musiał zostać rozszerzony, aby sprostać eksplodującym stężeniom fumonizyny. Elastyczność ze strony dostawców zestawów testowych i tych, którzy stosują je w terenie, będzie coraz bardziej potrzebna.

Korzystanie z zestawów testowych do monitorowania ekstremalnych poziomów całkowitej aflatoksyny w orzeszkach ziemnych

Powódź nie jest oczywiście jedynym ekstremalnym zjawiskiem pogodowym, które może prowadzić do wyższych poziomów mikotoksyn. Niewielu wie o tym lepiej niż rolnicy uprawiający orzeszki ziemne w południowo-wschodnich Stanach Zjednoczonych, gdzie susza i upały mogą narażać uprawy na znaczny stres, czyniąc je podatnymi na wytwarzające aflatoksyny szczepy Aspergillus.

Aspergillus parasiticus i Aspergillus flavus są głównie odpowiedzialne za występowanie aflatoksyn w orzeszkach ziemnych. Pleśnie te występują naturalnie w glebie, co utrudnia zapobieganie ich kontaktowi z roślinami strączkowymi, które rosną pod ziemią. Gdy średnie temperatury utrzymują się na poziomie lub powyżej 32°C (90°F) i gdy te gorące warunki zbiegają się z suszą, orzeszki ziemne stają się jeszcze bardziej podatne na występowanie aflatoksyn. Są to czynniki stresogenne występujące przed zbiorami, nad którymi rolnicy mają bardzo niewielką kontrolę.

Warunki pogodowe w okresie zbiorów mogą nasilać stres, którego doświadczają orzeszki ziemne i prowadzić do uszkodzenia skorupy, dając Aspergillus więcej możliwości inwazji. Jeśli intensywne okresy deszczu lub powodzi wystąpią tuż przed lub w trakcie zbiorów, orzeszki ziemne mogą nie mieć wystarczająco dużo czasu na wyschnięcie przed umieszczeniem ich w magazynie. Podobnie jak w przypadku kilku pleśni, wilgotność przekraczająca 14% może sprzyjać rozwojowi pleśni wytwarzających mikotoksyny w magazynach. Co więc zrobić, jeśli podejrzewają Państwo lub odkryją, że susza i upał spowodowały wysoki poziom aflatoksyn w uprawach? Zazwyczaj za podjęcie działań odpowiedzialne są punkty skupu lub łuszczarnie. Po pierwsze, operatorzy punktów skupu orzeszków ziemnych oceniają orzeszki ziemne zgodnie z kilkoma cechami określonymi przez USDA-FSIS: jakość skorupy, wizualna obecność pleśni, luźne jądra skorupy itp. Ilości orzeszków ziemnych ocenione jako "Seg 1", czyli z najlepszą oceną FSIS, są następnie testowane za pomocą testów paskowych, które służą dalszej segregacji orzeszków ziemnych. Punkty skupu decydują następnie o sposobie ich przechowywania w zależności od stężenia aflatoksyny.

Izolując wysoce zanieczyszczone orzeszki ziemne, punkty skupu zachowują integralność niezanieczyszczonych lub mniej zanieczyszczonych orzeszków ziemnych, dzięki czemu nadają się one do bezpośredniego spożycia przez ludzi. Silnie zanieczyszczone orzeszki ziemne są często przeznaczone do produktów, których produkcja eliminuje lub zmniejsza zawartość aflatoksyn. Na przykład, aflatoksyny mają tendencję do przenoszenia się z nienaruszonych roślin strączkowych do oleju w niewielkim stopniu. Rafinacja i inna obróbka dodatkowo zmniejszają poziom aflatoksyn.

Z magazynu orzeszki ziemne są następnie transportowane do zakładów łuskania, gdzie testy paskowe dostarczają informacji o stężeniu aflatoksyn, kierując decyzjami dotyczącymi dalszego wykorzystania, takimi jak rodzaj żywności, do której można je włączyć. Łupiny orzeszków ziemnych przeznaczone na paszę dla zwierząt są ponownie testowane pod kątem obecności aflatoksyn, zanim trafią do wytwórni pasz.

Wnioski: Zmieniający się klimat, zmieniające się metody badań

Chociaż wiele z tych metod jest powszechną praktyką dla producentów orzeszków ziemnych, ekstremalne susze i upały w połączeniu z przedwczesnymi ulewnymi deszczami spowodowały wyższe niż przeciętne poziomy aflatoksyn w orzeszkach ziemnych. W miarę zmian klimatycznych i ocieplania się Ziemi, ekstremalne warunki pogodowe będą nadal komplikować wysiłki mające na celu powstrzymanie mikotoksyn i wytwarzających je pleśni. Drastyczne wydarzenia, takie jak huragany, są nieprzewidywalne i wymagają szybkiej adaptacji ze strony rolników i sprzedawców ziarna, aby dostosować się do podwyższonych poziomów fumonizyn i innych mikotoksyn, które rozwijają się w wilgotnych, gorących warunkach.

Takie nowe warunki środowiskowe mogą wymagać kreatywnego podejścia, które wykracza poza zwykłe dostosowanie parametrów istniejących zestawów testowych w celu utrzymania bezpieczeństwa żywności i pasz. To, co takie rozwiązania pociągają za sobą, jest przedmiotem wielu badań i spekulacji w przyszłości.