ARPAT Agenzia regionale per la protezione ambientale della Toscana

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1 ARPAT Agenzia regionale per la protezione ambientale della Toscana Dipartimento Provinciale di Livorno 114, Via Giovanni Marradi LIVORNO Tel. 0586/ Fax 0586/ m.mazzetti@arpat.toscana.it g.spinelli@arpat.toscana.it

2 LE MICOTOSSINE NEGLI ALIMENTI : CARATTERISTICHE QUADRO NORMATIVO METODOLOGIA ANALITICA

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4 The Beggars by Pieter Bruegel The Elder olio su legno - Le Louvre - Parigi (Francia) The oldest recognized mycotoxicosis of humans is ergotism caused by the plant parasitic fungus (Claviceps purpurea). After periodic outbreaks in central Europe, the disease became epidemic in the Middle Ages, where it was known as St. Anthony s fire (Matossian 1989;van Rensburg and Altenkirk 1974). Gangrenous symptoms were described in medieval episodes of ergotism in humans,where early symptoms were hallucinations and swollen limbs with burning sensations, with subsequent necrosis leading to loss of appendages. Ergotism results from consumption of products made with grains contaminated with ergots. The ergots or sclerotia are often larger than the normal grain, are typically black in color, and may replace several grains in one spike or head of the respective grain.

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7 Limone con colonie di Penicillum italicum e Penicillum digitatum

8 Serie: Attentati domestici alla salute Composizione polimaterica detta della MUFFA SU PANE IN CASSETTA OPERA NON CONSERVATA

9 Caratteristiche

10 MICOTOSSINE Metaboliti secondari prodotti da funghi aerobi obbligati (meglio noti come muffe) appartenenti per la maggior parte ai generi generi fungini Fusarium, Penicillum, Aspergillus Molecole eterogenee per struttura chimica ed attività biologica Contaminano in maniera NON OMOGENEA le matrici alimentari Sono note oltre 500 micotossine, di cui circa il 10% sono pericolose per l uomo Sono termostabili e tecnostabili (ovvero resistenti ai principali processi di trasformnazione delle matrici primarie) Si accumulano nelle matrici e poi negli organi bersaglio producendo danni biologici sopratutto di tipo cronico (sono rari i fenomeni acuti) Oltre il 25% delle derrate alimentari è analiticamente contaminato da micotossine ovvero sono presenti livelli individuabili e quantificabili (DATI FAO). Non sono correlate alle zone geografiche di produzione anche se particolari e prevalenti condizioni meteoclimatiche possono favorirne l endemicità Le muffe necessitano per proliferare di condizioni di caldo umido

11 MICOTOSSINE Le muffe possono colonizzare numerosi prodotti alimentari producendo, in taluni casi delle micotossine (la tossigenesi generalmente richiede temperature di poco superiori a quelle ottimali della crescita del fungo). Le muffe possono resistere a lungo sotto forma di spore prima di riiattivare i propri metabolismi ed iniziare a produrre micotossine. Le micotossine sono considerate armi di penetrazione per i funghi nel territorio da colonizzare atte alla eliminazione di altri funghi competitori epr i nutrienti Lo stesso fungo può produrre svariate micotossine La stessa micotossina può essere prodotta da funghi filogenetticamente lontani tra di loro (es. beauvericina) La migliore difesa è la prevenzione in campo prima della colonizzazione La detossificazione risulta poco efficiente mentre la diluizione con derrate sane è una pratica VIETATA Lo stoccaggio delle derrate è un altro punto critico che necessita di un accurato controllo delle condizioni di temperatura ed umidità

12 CONTAMINAZIONE DEGLI ALIMENTI DIRETTA Prima del raccolto (CONTAMINAZIONE DA CAMPO) Dopo il raccolto (CONTAMINAZIONE DA IMMAGAZZINAMENTO) condizioni ambientali sfavorevoli o pratiche agricole inadeguate nei silos o nei magazzini Le micotossine possono trovarsi nelle parti edibili degli animali da allevamento e nei derivati, quando siano stati alimentati con mangimi contaminati INDIRETTA

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14 MICOTOSSINE

15 MICOTOSSINE

16 MICOTOSSINE

17 La presenza di micotossine è stata riscontrata in: Mais e mais dolce Frumento Orzo Avena Soia Sorgo Caffè e cacao Frutta secca Prosciutto crudo ed insaccati Spezie Semi oleosi Legumi Prodotti da forno Latte Vino Birra e succhi di frutta Oli vegetali Formaggi

18 Ripartizione delle Micotossine

19 Vie di contaminazione per l uomo Consumo di alimenti di origine vegetale contaminati da micotossine Ingestione di alimenti derivati da animali allevati con mangimi contaminati Inalazione di spore di funghi tossigeni in ambienti di lavoro o domestici Via statisticamente meno frequente ma tossicologicamente piu significativa dell ingestione

20 Patologie riscontrate nell uomo MICOTOSSICOSI Svariati effetti a causa dell enorme diversità strutturale delle varie micotossine acuta o cronica Possono essere a carico del sistema: epatico,renale, neurologico, gastrointestinale, riproduttivo, immunologico GENOTOSSICO, TERATOGENO e CANCEROGENO

21 Attualmente sono conosciute più di 500 micotossine prodotte da diversi ceppi di funghi (Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Alternaria, Cladosporium ecc) Aflatossine Alcaloidi dell ergot Ocratossine Tricoteceni Fumonisine Zearalenone Gliotossina Acido ciclopiazonico Citrinina Patulina Micotossine più studiate a causa della loro rilevanza e tossicità

22 Le Aflatossine

23 La scoperta delle Aflatossine La scoperta delle aflatossine si deve alla cosiddetta X-TURKEY DISEASE (malattia ignota del tacchino), sindrome che negli anni sessanta provocò, nel Regno Unito, la morte di decine di migliaia di tacchini, fagiani, pernici e suinetti. La ricerca di una spiegazione a tale evento portò ad evidenziare come tutti gli animali deceduti avessero ricevuto una alimentazione a base di farina di arachidi, e che farine e particolari organi interni risultassero fluorescenti. Le molecole responsabili della fluorescenza furono quindi isolate e ad esse furono attribuite denominazioni dipendenti dalla muffa produttrice (tossine di Aspergillus Flavus (aflatossine B1 e B2) e Aspergillus Parasiticus (aflatossine B1, B2, G1 e G2) da cui Aflatossine), dalla particolare fluorescenza data alla luce di Wood (365 nm) e dal particolare alimento di ritrovamento. Le aflatossine sono le micotossine più pericolose per la salute umana ed animale. La temperatura ottimale di crescita per questi funghi è di circa 25 C (sebbene possano crescere a temperature comprese tra 6 e 46 C); il loro sviluppo è, inoltre, favorito da un umidità relativa dell aria pari o superiore all 85% Aflatossine B (B1, B2 e derivati) dalla fluorescenza blu ( Blue= B) Aflatossine G ( G1, G2 e derivati) dalla fluorescenza verde (Green=G)

24 Aflatossine: Funghi tossigeni- Aspergillus Miceli di Aspergillus Niger Miceli di Aspergillus Flavus Miceli di Aspergillus Fumigatus Regno Phylum Ordine Famiglia Genere Funghi Ascomycota Eurotiales Trichocomaceae Aspergillus

25 Struttura chimica delle aflatossine Chimicamente le aflatossine sono un gruppo di molecole bisfuranocumariniche nelle quali l anello furanico risulta responsabile sia della elevata risposta in spettrofotometria di fluorescenza sia della elevata tossicità. O O O O O O O O O OCH3 O O OCH3 Aflatossina B1 Aflatossina G1 O O O O O O O O O OCH3 O O OCH3 Aflatossina B2 Aflatossina G2 Lo IARC pone le aflatossine nel gruppo 1 (agenti cancerogeni per l uomo). Estrapolando i dati ottenuti sui primati si ritiene che una dose di 140 mg possa risultare letale.

26 Metaboliti delle aflatossine: L aflatossina M1 La aflatossina M1 (AFM1, milk toxin ) fu il primo metabolita della aflatossina B1 (AFB1) identificato. Tutti i mammiferi che ingeriscono aflatossina B1 producono latte contaminato da aflatossina M1 (Wood 1991); nel caso del latte di mucca la proporzione eliminato-ingerito si attesta sul 1-3% mentre in mucche da latte (dairy cows) tale proporzione può raggiungere il 6% (Veldman et al 1992). O O OH O O O Aflatossina M1 OCH3

27 Metaboliti delle aflatossine: L aflatossina M1 La aflatossina M1 ha mostrato una tossicità acuta comparabile con quella della molecola originaria, mentre l azione epatocarcinogenica (verificata su trote e ratti) è approssimativamente compresa fra il 2 ed il 10 % della AFB1 (Wood 1991). AFM1 è associata alla frazione proteica del latte ed è quindi presente nei prodotti caseari con fenomeni di concentrazione (nei formaggi da 3 a 5 volte in più della materia prima). Lo IARC pone le aflatossina M1 nel gruppo 2B (probabile cancerogeno per l uomo).

28 Metaboliti delle aflatossine: L aflatossina M1

29 Top Events da aflatossine Seconda Guerra mondiale, USSR- Alimentary Toxic Alekuia Si sospetta, sebbene non vi siano evidenze scientifiche inoppugnabili, che casi di aflatossicosi dovuti al consumo di cereali (grano) stoccato in condizioni favorevoli alla tossigenesi dell aspergillus siano alla stati alla base di un elevato numero di decessi. Thailandia- Sindrome di Reye Aflatossicosi che ha colpito bambini Thailandesi con sintomi di intossicazione quali vomito, ipoglicemia, convulsioni e quindi, dopo circa 48 ore dalla comparsa delle prime manifestazioni, morte. Nei tessuti di 22 dei 23 bambini deceduti in seguito a questa sindrome furono ritrovate aflatossine B1 B2. L origine della sindrome risiedeva nei cereali della dieta consumati malgrado la presenza di muffe. India Indian Childhood Cirrosis Probabile caso di aflatossicosi da mais contaminato che interessò circa 400 persone con un centinaio di decessi. Appare tristemente chiaro che generalmente, le aflatossicosi acute si verificano in situazioni in cui il problema della contaminazione del cibo è inferiore al problema del reperimento del cibo stesso.

30 Alimenti maggiormente contaminati da aflatossine: Cereali Frutta secca Spezie Piante infusionali Uova Latte Formaggi

31 La Ocratossina A

32 Struttura chimica delle ocratossine L ocratossina A è una micotossina prodotta da ceppi fungali del genere Aspergillus, principalmente dall l Aspergillus ocraceus, e da alcuni ceppi del genere Penicillinium. Cl =R 1 H CH3 CH2 N O COOR O OH O R 1 =Cl, R 2 =H OCRATOSSINA A R 1 =H, R 2 =H OCRATOSSINA B R 1 =Cl, R 2 = C 2 H 5 OCRATOSSINA B Non riscontrate in contaminazioni naturali L ocratossina A esibisce, nei mammiferi, la massima attività nefrotossica conosciuta, inoltre presenta un elevato effetto epatotossica nonché proprietà teratogeniche e nefrocancerogeniche. L azione biologica viene esplicata attraverso un metabolismo poco noto e più complesso di quello delle aflatossine. Un riscontro di tali proprietà si ha nella zona dei Balcani dove il consumo continuativo di grano e cereali contenenti alti livelli di ocratossina A sta alla base di nefropatologie endemiche della zona (BEN, Balcan Endemic Nefropathy). La classificazione IARC di tale sostanza è 2B (probabile cancerogeno per l uomo).

33 Alimenti maggiormente contaminati da ocratossina A: Cereali Caffè Cacao Spezie Birra Vino rosso e succo d uva Frutta essiccata (uva secca) Carni in particolare carni suine

34 I Tricoteceni

35 Tricoteceni gruppo epossidico: responsabile della tossicità deossinivalenolo(a); del diacetossiscirpenolo(b) e della tossina T-2 (C)

36 Effetti patologici dei tricoteceni Agiscono sul sistema gastrointestinale Inibiscono la sintesi proteica Agiscono sul sistema ematopoietico perdita di peso diarrea sanguinolenta necrosi epiteliale emorragie morte necrosi del tessuto linfoide e midollo osseo anemia non rigenerativa linfopenia atrofia del timo

37 Le Fumosinine

38 Fumonisine Sono prodotte in condizioni di T=20-28 C e presentano una struttura simile alle basi sfingoidi libere (sfinganina) mais frumento cereali mangimi Inibitore dell enzima N-aciltransferasi enzima coinvolto nel metabolismo sfingolipidi squilibri nella regolazione cellulare epatotossica nefrotossica

39 Lo Zearalenone

40 Struttura chimica dello zearalenone Lo zearalenone è una micotossina prodotta da ceppi fungali del genere Fusarium (F. Graminarearum, F. culmorum, F. crookwellense) in condizioni di elevata umidità relativa dell aria e temperatura compresa fra i 10 ed i 30 ºC. La biosintesi dello zearalenone avviene con condensazione testa-coda di nove unità acetato. OH O H CH 3 O HO O Lo zearalenone è dotato di proprietà estrogeniche ed anaboliche specie nei suini. Nell uomo sono recentemente stati riportati in letteratura alcuni casi di iperestrismo a carico di adolescenti. Attualmente sono in corso ricerche per determinare una possibile attività genotossica anche nell uomo.

41 Alimenti maggiormente contaminati da zearalenone: I principali alimenti contaminati da zearalenone sono: Cereali in particolare il mais Birra. Da notare che in alcune birre africane (Nigeria, Swaziland, Lesotho) è stato trovato zearalenone fino a livelli di concentrazione di diverse decine di mg/kg. Latte. Sebbene considerata una fonte minore e non preoccupante di introduzione di zearalenone nella dieta umana, l utilizzo di mangimi contaminati provoca la presenza di zearalenone e dei due metaboliti diastereoisomeri alfa e beta zearalenolo nel latte.

42 La Patulina

43 Struttura chimica della patulina La patulina è una micotossina prodotta da ceppi fungali del genere Aspergillus, Penicillinum e Byssochlamis nivea. La contaminazione da patulina risulta tipica della frutta in special modo delle mele O O O OH Patulina, nome IUPAC: 4-idrossi-4H-furo(3,2-c)piran-2(6H)one Lattone stabile anche a ph acido, strutturalmente correlata all acido 6- metilsalicilico Scoperta alla fine della II Guerra Mondiale venne inizialmente studiata a livello farmacologico per le marcate proprietà antibiotiche. Tali studi vennero rapidamente interrotti a causa della esiguità della dose letale. troppo bassa. Può considerarsi un biomarker naturale di qualità della frutta in particolare di mele e pere.

44 Diffusione della patulina: cenni

45 Alimenti maggiormente contaminati da patulina: I principali alimenti contaminati da patulina sono: Frutta, in particolare mele colpite da marciumi (si ricorda che i fattori che favoriscono l insorgere sono : traumi meccanici, infestazioni i insetti, errate condizioni di conservazione) Succhi di frutta, puree di frutta ed omogeneizzati Sidro La contaminazione di questi alimenti colpisce particolarmente i bambini da cui la necessità di studi e di limiti armonizzati UE su questa micotossina.

46 Tossicologia della patulina: cenni

47 Mercato e Micotossine

48 Cosa è la qualità commerciale di un entità? L insieme delle proprietà della entità che conferiscono ad essa la capacità di soddisfare le esigenze del cliente.

49 Quale sono considerati attualmente i fattori di qualità di un cibo? Trattamenti tecnologici blandi Riduzione dei conservanti Basso tenore di sale Basso tenore di zuccheri Riduzione dei grassi Possibilità di conservazione prolungata Inoltre Maggiore suscettibilità all attacco fungino La globalizzazione dei mercati conduce al consumo di novel foods Reg. CE nº258 (es. nuove spezie, nuova frutta essicata o conservata, alimenti ayurvedici ecc.) Le nuove tecnologie e nuove formulazioni alimentari portano a prodotti mai immessi precedentemente sul mercato (es. il cioccolato con grassi diversi dal burro di cacao non soggetti a trattamenti alcalini e provenienti da paesi in via di sviluppo) Immissione sul mercato di alimenti con possibili nuove contaminazioni fungine.

50 Parametri ambientali che influenzano la produzione di micotossine: La formazione e lo sviluppo di micotossine è condizionato da molti fattori che generalmente sono associabili a stress e siccità, ovvero: Temperatura Umidità Substrato ph Quantità di spore presenti Interazioni microbiologiche Rapporto anidride carbonica-ossigeno Tempo di permanenza in campo Danni meccanici Danni da insetti

51 FATTORI DETERMINANTI LA CONTAMINAZIONE MICOTICA CARATTERISTICHE COMPOSITIVE FAVORENTI IL DETERIORAMENTO VEGETALI Basso tenore di zuccheri e lipidi Alto contenuto di acqua Valori di ph prossimi a quelli dei batteri deterioranti Alto potenziale di ossidoriduzione (aerobi ed anaerobi facoltativi) CEREALI Alto tenore di carboidrati Alta Water activity

52 FATTORI DETERMINANTI LA CONTAMINAZIONE MICOTICA TIPOLOGIE DI DETERIORAMENTO VEGETALI Marciume, rammollimento, macchie CEREALI Punti neri Decolorazione Rammollimento Botritys Claido sporium, alternaria, fusarium, aspergillus

53 PERCEZIONE DEL RISCHIO E RISCHIO EFFETTIVO RISCHI PERCEPITI DAL CONSUMATORE RISCHI REALI Pesticidi Errori di alimentazione Addittivi Tossine di origine batterica Errori di alimentazione Tossine di origine micotica Tossina di origine batterica Pesticidi Tossine di origine micotica Additivi Con l avvento degli OGM questa scaletta risulta modificata.

54 PERCEZIONE DEL RISCHIO E RISCHIO EFFETTIVO RATING HEALTHS RISKS FROM FOODS (fonti canadesi) ACUTE CHRONIC Microbiological Mycotoxines Phycotoxines Contaminants Some Phycotoxines Some Phycotoxines Mycotoxines Unbalaced diet Contaminants Microbiological contamination Food additives Food additives Pesticides residues Pesticide residues Cronicità Scarsa attenzione degli organi di informazione Frammentarietà dei dati di esposizione ( ISS maggio 2000)

55 Micotossine e media... Repubblica 15 marzo 2005

56 Micotossine e politica...

57 Metodi analitici

58 ...Che cosa si cerca??