Бактеріальні токсини

Бактерійні токсини забруднюють харчові продукти та є причиною гострих харчових інтоксикацій. Розглянемо деякі інтоксикації, пов'язані з забрудненням харчових продуктів деякими бактеріальними токсинами.

Staphylococcus aureus - грампозитивні бактерії, є причиною стафілококового харчового отруєння. Продукують сім ентеротоксинів: А, В, С₁, С₂, D, Е, які є поліпептидами з молекулярною масою 26360 - 28500 дальтон. Ентеротоксини S. aureus термостабільні та инактивируются лише після 2-3 годинного кип'ячіння. Бактерицидну властивість щодо стафілококів мають оцетова, лимонна, фосфорна, молочна кислоти при рН до 4,5. Крім того, життєдіяльність бактерій припиняється при концентрації солі (NaCl) - 12%, цукру - 60-70%, вакуумна упаковка також інгібує ріст бактерій. Все це необхідно враховувати в різних технологіях консервації, як в промисловому масштабі, так і в домашніх умовах.

Найбільш сприятливим середовищем для росту та розвитку стафілококів є молоко, м'ясо і продукти їх переробки, а також кондитерські кремові вироби, в яких концентрація цукру складає менше 50%. Стафілококові ентеротоксини є причиною 27- 45% всіх харчових токсикоінфекцій.

Clostridium botulinum продукує токсини, що представляють особливу небезпеку для людини. Ці мікроорганізми є анаеробами з термостабільними спорами. Розрізняють А, В, С, D, E, F і G види ботулотоксинів, причому найбільшу токсичність мають токсини А і Е. Ботулотоксини мають білкову природу, молекулярна маса близько 150 кда.

Вони заражають рибні, м'ясні продукти, фруктові, овочеві та грибні консерви при недостатній тепловій обробці та в умовах різкого зниження вмісту кисню (герметично закупорені консерви). Крім того, ботулотоксини характеризуються високою стійкістю до дії протеолітичних ферментів, кислот, низьких температур, але інактивуються під впливом лугів і високих температур (80°С - 30 мін; 100°С - 15 мін).

Ботулізм зустрічається досить часто (500-600 випадків на рік), летальність досягає близько 7-9%.

До токсиноутворюючих мікроорганізмів, що викликають харчові отруєння у людини, відносяться також Clostridium perfringens - анаеробні грампозитивні бактерії, які продукують велике число ентеротоксинів.

Патогенні штами Escherichia coli є продуцентами термостабільних токсинів поліпептидної природи з молекулярною масою від 4 до 10 кда та здатні викликати як гострі токсиноїнфекції, так і бути причиною хронічної інтоксикації, зокрема, бути причиною хронічної ниркової недостатності.

Сире молоко, м'ясо та м'ясні продукти, а також вода можуть бути причиною виникнення захворювань, пов'язаних з присутністю патогенних штамів Е. coli.

Мікотоксини

Мікотоксини (від грецького mukes - гриб і toxicon - отрута) - це вторинні метаболіти мікроскопічних цвілевих грибів, що мають виражені токсичні властивості. Вони не є есенціальними для зросту та розвитку продукуючих їх мікроорганізмів.

Наразі з кормів і продуктів харчування виділено близько 250 видів цвілевих грибів, більшість з яких продукує високотоксичні метаболіти, зокрема близько 120 мікотоксинів. Припускають, що з біологічної точки зору мікотоксини виконують в обміні речовин мікроскопічних грибів функції, направлені на виживання та конкурентоспроможність в різних екологічних нішах.

З гігієнічних позицій - це особливо небезпечні токсичні речовини, що забруднюють корми та харчові продукти. Висока небезпека мікотоксинів виражається в тому, що вони проявляють токсичний ефект в надзвичайно малих кількостях і здатні дуже інтенсивно проникати в глиб продукту.

Наразі ще не сформована єдина класифікація та номенклатура мікотоксинів. У одних випадках в основу групового поділу мікотоксинів покладена їх хімічна структура, в інших - характер дії, у третіх - видова приналежність грибів-продуцентів.

Афлатоксини. Афлатоксини є однією з найбільш небезпечних груп мікотоксинів, що мають сильні канцерогенні властивості.

Структура і продуценти афлатоксинів. Наразі сімейство афлатоксинів містить чотири основних представники (афлатоксини В₁, В₂, G₁, G₂) та більше 10 сполук, що є похідними або метаболітами основних груп (М₁, М₂, В_2а, G_2a, GM₁, Р₁, Q₁ та інші).

За своєю хімічною структурою афлатоксини є фурокумаринами.

Продуцентами афлатоксинів є деякі штами 2 видів мікроскопічних грибів: Aspergillus flavus (Link.) і Aspergillus parasiticus (Speare).

Фізико-хімічні властивості афлатоксинів. Афлатоксини мають властивість сильно флуоресціювати при дії довгохвильового ультрафіолетового випромінювання. Ця властивість лежить в основі практично всіх физико-хімічних методів їх виявлення та кількісного визначення.

Афлатоксини слаборозчинні у воді (10-20 мкг/мл), нерозчинні в неполярних розчинниках, але легко розчиняються в розчинниках середньої полярності, таких як хлороформ, метанол та ін. У хімічно чистому вигляді вони відносно нестабільні та чутливі до дії повітря і світла, особливо до ультрафіолетового опромінювання. Розчини афлатоксинів стабільні в хлороформі та бензолі протягом декількох років при зберіганні в темноті та на холоді.

Слід звернути особливу увагу на те, що афлатоксини практично не руйнуються в процесі звичайної кулінарної та технологічної обробки забруднених харчових продуктів.

Чинники, що впливають на токсиноутворення. Продуценти афлатоксинів - мікроскопічні гриби роду Aspergillus можуть досить добре розвиватися та утворювати токсини на різних природних субстратах (продовольча сировина, харчові продукти, корма), причому не тільки в країнах з тропічним і субтропічним кліматом, як вважали раніше, але практично повси, за виключенням, мабуть, найбільш холодних районів Північної Європи та Канади.

Оптимальною температурою для утворення токсинів є температура 27-30°С, хоча синтез афлатоксинів можливий і при нижчій (12-13°С) або при вищій (40-42°С) температурі. Наприклад, в умовах виробничого зберігання зерна максимальне утворення афлатоксинів відбувається при температурі 35-45°С, що значно перевищує температурний оптимум, встановлений в лабораторних умовах.

Іншим критичним чинником, що визначає зростання мікроскопічних грибів і синтез афлатоксинів, є вологість субстрата та атмосферного повітря. Максимальний синтез токсинів спостерігається зазвичай при вологості вище 18% для субстратів, багатих крохмалем (пшениця, ячмінь, жито, овес, рис, кукурудза, сорго), і вище 9-10% - для субстратів з високим вмістом ліпідів (арахіс, соняшник, насіння бавовника, різні види горіхів). При відносній вологості атмосферного повітря нижче 85% синтез афлатоксинів припиняється.

Біологічна дія афлатоксинів. Дія афлатоксинів на організм тварин і людини може бути охарактеризована з двох позицій. По-перше, з погляду гострої токсичної дії і, по-друге, з погляду оцінки небезпеки віддалених наслідків. Гостра токсична дія афлатоксинів пов'язана з тим, що вони є одними з найбільш сильних гепатропних отрут, органом-мішенню яких є печінка. Віддалені наслідки дії афлатоксинів виявляються у вигляді канцерогенного, мутагенного і тератогенного ефектів.

Одним із важливих доказів реальної небезпеки афлатоксинів для здоров'я людини з'явилося встановлення кореляції між частотою та рівнем забруднення харчових продуктів афлатоксинами і частотою первинного раку печінки серед населення.

Забруднення харчових продуктів афлатоксинами. Продуценти афлатоксинів зустрічаються всюди і цим пояснюються значні масштаби забруднення кормів і харчових продуктів та їх істотна роль в створенні реальної небезпеки для здоров'я людини.

Частота виявлення та рівень забруднення афлатоксинами в значній мірі залежать від географічних і сезонних чинників, а також від умов вирощування, збору врожаю та зберігання сільськогосподарської продукції.

У природних умовах частіше і в найбільших кількостях афлатоксини виявляються в арахісі, кукурудзі, насінні бавовника. Крім того, в значних кількостях вони можуть накопичуватися в різних горіхах, насінні олійних культур, пшениці, ячмені, зернах какао та кави.

У кормах, призначених для сільськогосподарських тварин, афлатоксини також виявляються достатньо часто і в значних кількостях. У багатьох країнах з цим зв'язано і виявлення афлатоксинів в продуктах тваринного походження. Наприклад, в молоці та тканинах сільськогосподарських тварин, що одержували корми, забруднені мікотоксинами, виявлений афлатоксин М. Причому афлатоксин М, виявлений як в незбираному, так і в сухому молоці, і навіть в молочних продуктах, що піддалися технологічній обробці (пастеризація, стерилізація, приготування сиру, йогурту, сирів та ін.).

Детоксикація забруднених харчових продуктів і кормів. Встановлення високої токсичності та канцерогенності афлатоксинів і виявлення їх в значних кількостях в основних харчових продуктах у всьому світі призвело до необхідності розробки ефективних методів детоксикації сировини, харчових продуктів і кормів.

Наразі з цією метою застосовують комплекс заходів, які можна розподілити на механічні, фізичні та хімічні методи детоксикації афлатоксинів. Механічні методи детоксикації пов'язані з відділенням забрудненої сировини (матеріалу) вручну або за допомогою електронно-колориметричних сортувальників. Фізичні методи засновані на достатньо жорсткій термічній обробці матеріалу (наприклад, обробка в автоклаві), а також пов'язані з ультрафіолетовим опромінюванням та озонуванням. Хімічний метод припускає обробку матеріалу сильними окиснювачами. На жаль, кожний з названих методів має свої істотні недоліки: застосування механічних і фізичних методів не дає високого ефекту, а хімічні методи приводять до руйнування не тільки афлатоксинів, але і корисних нутрієнтів і, окрім цього, порушують їх всмоктування.

Згідно даним ВООЗ, людина при сприятливій гігієнічній ситуації споживає з добовим раціоном до 0,19 мкг афлатоксинів. В Україні прийняті такі санітарно-гігієнічні нормативи по афлатоксинам: ГДК афлатоксина В, для всіх харчових продуктів, окрім молока, складає 5 мкг/кг, для молока і молочних продуктів - 1 мкг/кг (для афлатоксина М1 - 0,5 мкг/кг). Допустима добова доза (ДДД) - 0,005-0,01 мкг/кг маси тіла.

Охратоксини. Охратоксини – високотоксичні сполуки з яскраво вираженим тератогенним ефектом.

Структура і продуценти охратоксинів. Охратоксини А, В, С є групою близьких по структурі сполук, ізокумаринів, що зв'язані з фенілаланіном пептидним зв'язком.

Продуцентами охратоксинів є мікроскопічні гриби роду Aspergillus і Penicillium. Основними продуцентами є A. ochraceus і P. viridicatum. Численними дослідженнями показано, що природним забруднювачем найчастіше є охратоксин А, в окремих випадках охратоксин В.

Физико-хімічні властивості. Охратоксин А - безбарвна кристалічна речовина, слабо розчинна у воді, помірно розчинна в полярних органічних розчинниках (метанол, хлороформ), а також у водному розчині гідрокарбонату натрію. У хімічно чистому вигляді він нестабільний і дуже чутливий до дії світла та повітря, проте в розчині етанолу може зберігатися без змін протягом тривалого часу. В ультрафіолетовому світлі має зеленою флуоресценцією. Охратоксин В - кристалічна речовина, аналог охратоксина А, що не містить атом хлора. Він приблизно в 50 разів менш токсичний, чим охратоксин А. В ультрафіолетовому світлі має блакитну флуоресценцію. Охратоксин С - аморфна речовина, етиловий ефір охратоксина А, близький до нього по токсичності, але як природний забруднювач харчових продуктів і кормів не виявлений.

Біологічна дія. Охратоксини входять до групи мікотоксинів, що переважно вражають нирки. При гострому токсикозі, викликаному охратоксинами, патологічні зміни виявляються і в печінці, і в лімфоїдній тканині, і в шлунково-кишковому тракті. В даний час вже доведено, що охратоксин А має сильну тератогенну властивість. Питання про канцерогенність охратоксинів для людини залишається невирішеним.

Механізм дії охратоксинів. Біохімічні, молекулярні, клітинні механізми дії охратоксинів вивчені недостатньо. У дослідженнях in vitro показано, що вони активно зв'язуються з різними білками: альбумінами сироватки крові, тромбіном та ін.

Забруднення харчових продуктів. Основними рослинними субстратами, в яких виявляються охратоксини, є зернові культури і серед них, в першу чергу, кукурудза, пшениця, ячмінь. З жалем доводиться констатувати той факт, що рівень забруднення кормового зерна та комбікормів вище середнього в багатьох країнах (Канада, Польща, Югославія, Австрія), у зв'язку з чим охратоксин А був виявлений в тваринницькій продукції (шинка, бекон, ковбаси). З практичної точки зору дуже важливо, що охратоксини є стабільними сполуками. Так, наприклад, при тривалому прогріванні пшениці, забрудненої охратоксином А, його вміст знижувався лише на 32% (при температурі 250-300°С).

Можна зробити висновок, що охратоксини створюють реальну небезпеку для здоров'я людини.

Тріхотеценові мікотоксини. Наразі відомо більше 40 тріхотеценових мікотоксинів (ТТМТ), вторинних метаболітів різних представників мікроскопічних грибів роду Fusarium.

Структура і продуценти ТТМТ. За своєю структурою ТТМТ відносяться до сесквітерпенам.

Продуцентами ТТМТ типу А і В, які мають високу токсичність, є багато грибів роду Fusarium. Мікроскопічні гриби цього роду є збудниками так званої гнилі коріння, стебел, листя, насіння, плодів, бульб і сіянців сільськогосподарських рослин. Таким чином, вражаються корма та харчові продукти, і як наслідок спостерігається виникнення аліментарного токсикозу у тварин і людини.

Физико-хімічні властивості. ТТМТ - це безбарвні кристалічні, хімічно стабільні сполуки, погано розчинні у воді. ТТМТ типу А розчинні в помірно полярних розчинниках (ацетон, хлороформ), типу В - в полярних розчинниках (етанол, метанол та ін.).

Біологічна дія ТТМТ. Аліментарний токсикоз, викликаний споживанням в їжу харчових продуктів і кормів, уражених мікроскопічними грибами, продукуючими ТТМТ, можна віднести до найбільш поширених мікотоксикозів людини та сільськогосподарських тварин. Перші відомості про захворювання такого роду з'явилися більше ста років тому.

Добре відомий токсикоз "п'яного хліба" - захворювання людини та тварин, причиною якого послужило вживання зернових продуктів (головним чином хліба), виготовленних із зерна, ураженого грибами Fusarium graminearum (F. roseum). Крім того, описана ціла низка випадків важкого токсикозу, що призводять до серйозного порушення здоров'я людей і протікають за типом епідемій, тобто характеризуються певною сезонністю та нерівномірністю спалахів в різні роки.

Забруднення харчових продуктів. Найчастіше ТТМТ виявляються в зерні кукурудзи, пшениці та ячменю. Мікотоксини цієї групи розповсюдженні в різних регіонах світу, причому більшою мірою це стосується багатьох країн Європи, Північної Америки, в меншій - Індії, Японії, Південної Америки. Необхідно відзначити, що часто в одному і тому ж продукті виявляють два або більше мікотоксинів.

Патулін і деякі інші мікотоксини. Мікотоксини, що продукуються мікроскопічними грибами роду Penicillium, широко поширені та представляють реальну небезпеку для здоров'я людини. Патулін особливо небезпечний мікотоксин, що має канцерогенні та мутагенні властивості.

Біологічна дія. Біологічна дія патуліна виявляється як у вигляді гострого токсикозу, так і у вигляді яскраво виражених канцерогенних і мутагенних ефектів. Біохімічні механізми дії патуліна вивчені недостатньо.

Забруднення харчових продуктів. Продуценти патуліна вражають в основному фрукти і певні овочі, що викликає їх гниття. Патулін виявлений в яблуках, грушах, абрикосах, персиках, вишні, винограді, бананах, полуниці, голубиці, брусниці, обліписі, айві, томатах. Найчастіше патуліном вражаються яблука, де вміст токсину може доходити до 17,5 міліграма/кг. Цікаво, що патулін концентрується в основному в тій частині яблука, яка підгнила, на відміну від томатів, де він розподіляється рівномірно по всій тканині.

Патулін у високих концентраціях виявляється і в продуктах переробки фруктів і овочів: соках, компотах, пюре і джемах. Особливо часто його знаходять в яблучному соці (0,02-0,4 міліграм/л). Вміст патуліна в інших видах соків: грушевому, айвовому, виноградному, сливовому, манго - коливається від 0,005 до 4,5 міліграма/л. Цікавим є той факт, що цитрусові та деякі овочеві культури, такі як картопля, лук, редиска, редька, баклажани, цвітна капуста, гарбуз і хрін мають природну стійкість до зараження грибами-продуцентами патуліна.

Контроль за забрудненням мікотоксинами. Наразі питання контролю за забрудненням продовольчої сировини, харчових продуктів та кормів мікотоксинами вирішується не тільки в рамках окремих держав, але і на міжнародному рівні, під егідою ВООЗ і ФАО.

У системі організації контролю за забрудненням продовольчої сировини і харчових продуктів можна виділити два рівні: інспекція та моніторинг, які містять регулярні кількісні аналізи продовольчої сировини і харчових продуктів.

Моніторинг дозволяє встановити рівень забруднення, оцінити ступінь реального навантаження і небезпеки, виявити харчові продукти, що є найбільш сприятливим субстратом для мікроскопічних грибів - продуцентів мікотоксинів, а також підтвердити ефективність заходів, що проводяться, щодо зниження забруднення мікотоксинами. Особливе значення має контроль за забрудненням мікотоксинами при характеристиці якості сировини і продуктів, що імпортуються з інших країн.

З метою профілактики аліментарного токсикозу основну увагу слід приділяти зерновим культурам. У зв'язку з цим необхідно дотримувати таких заходів по попередженню забруднення зернових культур та зернопродуктів.

1. Своєчасне збирання врожаю з полів, його правильна агротехнічна обробка і зберігання.

2. Санітарно-гігієнічна обробка приміщень і місткостей для зберігання.

3. Закладка на зберігання тільки кондиційної сировини.

4. Визначення ступеня забруднення сировини та готових продуктів.

5. Вибір способу технологічної обробки залежно від вигляду і ступеня забруднення сировини.

ЛІТЕРАТУРА

1. Азбука харчування. Раціональне харчування /За ред. А.І.Смолякової і І.О.Мартинюк. - Львів; Світ, 1991 - 200с

2. Біохімія. Підручник для вузів / М.Є.Кучеренко та ін. – К.:Либідь. – 1995.– 464 с.

3. Бузник И.М. Энергетический обмен и питание. - М.: Медицина, 1990. - 155с.

4. Голубев В.Н. Основы пищевой химии. – М.: МГЗИПП, 1997. – 222 с.

5. Донченко Л.В., Надтыка В.Д. Безопасность пищевого сырья и продуктов питания. – М.: Пищевая пром-сть, 1999. – 352 с.

6. Дубиніна А.А., Малюк Л.П., Селютина Г.А та ін. Токсичні речовини у харчових продуктах та методи їх визначення: Підручник. – К.: ВД «Професіонал», 2007. – 384 с.

7. Харчова хімія. Навчальний посібник для ВНЗ (рек. МОН України) // Дуленко Л.В., Горяйнова Ю.А., Поляков А.В., Малигіна В.Д. та ін.- К. Кондор, 2012.- 248с.

8. Дуденко Н.В., Павлоцька Л.Ф. Фізіологія харчування. – Х.: НВФ “Студцентр”. 1999. – 392с.

9. Евлаш В.В., Торяник О.І., Коваленко В.О. та ін. Харчова хімія. Навчальний посібник. – Харків: Світ книг, 2012. – 504 с.

10. Мицык В.Е., Невольниченко А.Ф Рациональное питание и пищевые продукты. - Киев: Урожай, 1994. - 332с.

11. Пасальський Б.К. Хімія харчових продуктів: Навчальний посібник. – К.: Київ. Держ.торг.-екон.ун-т, 2000. – 196 с.

12. Пищевая химия. Нечаєв А.П., Траубенберг С.Е., Кочеткова А.А. и др.. Под ред. А.П. Нечаєва. Издание 4-е, испр. и доп. – СПб.: ГИРД, 2007. – 640 с.

13. Пищевая химия: Лабораторный практикум. Пособие для вузов / Нечаєв А.П., Траубенберг С.Е., Кочеткова А.А. и др.– СПб.: ГИРД, 2006. – 304 с.

14. Пересічний М.І. Технологія продуктів громадського харчування з використанням біологічно активних добавок : монографія / М.І. Пересічний, М.Ф. Кравченко, П.О. Карпенко. – Київ: КНТЕУ, 2003. – 322 с.

15. Скоробогатий Я П., Гузій А В., Заверуха О М. Харчова хімія. Навчальний посібник (рек. МОН України). - К.: Новий світ-2000, 2012. – 514 с.

16. Смоляр В.И. Рациональное питание. - Киев: Наук. думка, 1991. - 355с.