Biodegradação de deoxinivalenol por aspergillus oryzae e rhizopus sp.: um estudo bioquímico de degradação e toxicidade

A contaminação aleatória de alimentos por micotoxinas afeta as condições de sanidade das dietas de humanos e animais. Dentre as toxinas fúngicas, deoxinivalenol (DON) se destaca pela freqüente contaminação de produtos agrícolas e alimentos e pela sua resistência a degradação pelo emprego de métodos tradicionais de processamento, o que motiva políticas de controle e a busca por técnicas de descontaminação. A descontaminação biológica empregando processsos fermentativos tem sido apontada como uma alternativa promissora, pois permite degradar micotoxinas através do sistema enzimático microbiano e melhorar características funcionais e sensoriais de matérias-primas e insumos alimentícios. Este trabalho teve por objetivo estudar condições e mecanismos de biodegradação de deoxinivalenol empregando Aspergillus oryzae e Rhizopus sp. em sistemas fermentativos submersos. Para tanto, foi necessário adequar metodologia para reação de derivação na determinação cromatográfica de DON; estudar o potencial e condições de degradação via fermentação submersa por Aspergillus oryzae e Rhizopus sp.; e avaliar a atividade de oxidoredutases e a citotoxicidade dos extratos fementados. A otimização da metodologia estabeleceu a melhor condição para a reação de derivação com 200 µL de anidrido trifluoroacético e 18 mg de bicarbonato de sódio, durante 6 minutos a 74 °C na faixa entre 7 e 21 µg de DON. A quantificação de DON residual no meio fermentado mostrou que as espécies fúngicas Rhizopus sp. e Aspergillus oryzae possuem a capacidade de degradar DON demonstrando índices médios de 87,4 e 62,4% respectivamente, principalmente quando o meio submerso foi água estéril e fermentação realizada durante 48 horas. A velocidade máxima de degradação neste intervalo foi de 10,8 e 12,4 ppb/h, observando também um aumento na atividade específica da enzima peroxidase. Os extratos dos fermentados com A. oryzae e Rhizopus sp. apresentaram efeito de inibição de proliferação celular (IC50) quando concentrados 10 vezes em 48 e 72 horas respectivamente. Os meios fermentados com Rhizopus sp. apresentaram menor efeito (1,5 vezes) quando comparado com Aspergillus oryzae.

Fumonisina B1 em arroz: validação de método e efeito de tratamento térmico nos níveis da micotoxina

O arroz (Oryza sativa, L.), como todos os cereais, pode ser contaminado por fungos responsáveis por danos tecnológicos, nutricionais e toxicológicos, dentre eles a produção de micotoxinas. Diversas toxinas fúngicas produzidas pelo gênero Fusarium tem sido relatadas em arroz, no entanto a fumonisina B1 (FB1) é pouco estudada neste grão. As principais características da FB1 é a alta solubilidade em solventes polares, estabilidade a altas temperaturas além de efeitos neurotóxicos e carcinogênicos. Assim o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do tratamento térmico e hidrotérmico nos teores de fumonisina B1 e nas características químicas de arroz comercial. Na primeira etapa do trabalho foi adaptado um método para detecção e quantificação de FB1 em arroz cru e após cocção, por HPLC-FL. O método foi avaliado quanto aos indicativos de eficiência destacando-se o LOD (30 µg.kg-1) e a recuperação ( 90% para arroz cru e 86% pra arroz cozido). Na segunda etapa realizou-se o levantamento de ocorrência de FB1 em 05 diferentes amostras comerciais de arroz integral, branco e parboilizado da cidade de Rio Grande, RS, totalizando 9 amostras. Foi detectada a presença de FB1 em 7 das 9 amostras, sendo que os maiores índices foram encontrados em amostras de arroz parboilizado e integral apresentando níveis de contaminação entre 30 e 170 µg.kg-1. A terceira etapa do trabalho consistiu no estudo do efeito de tratamentos térmicos sobre os níveis de FB1 em amostras após aplicação de calor. Foram testados tratamento hidrotérmico com evaporação, tratamento hidrotérmico com autoclavagem e tratamento térmico seco. O maior nível de redução dos teores iniciais de FB1 foi 82,8% quando se empregou tratamento térmico seco a 125 °C/3 min. Ainda foram avaliados os efeitos do t ratamento hidrotérmico com evaporação de água na composição química e na digestibilidade protéica. Esta característica proporcionou aumento de até 100% na digestibilidade in vitro das proteínas e reduziu em média 73% do teor de contaminação com FB1.

Potencial antifúngico, antioxidante e inibidor da produção de aflatoxina por extratos fenólicos de Chlorella sp. e Spirulina platensis

A contaminação fúngica acarreta alterações na qualidade nutricional e no valor econômico de produtos alimentícios podendo causar danos patológicos em plantas, animais e humanos. A identificação da atividade antioxidante, antifúngica e antimicotoxinas, em extratos de microalgas com propriedade de inibir a multiplicação de fungos e subseqüente produção de micotoxinas abre a perspectiva de empregar substâncias mais eficientes e com maior ação específica contra estes microorganismos. Entre os compostos com propriedades inibidoras de radicais livres, de crescimento fúngico e produção de micotoxinas, destacam-se os compostos fenólicos, que podem inibir a atividade metabólica microbiana, dificultando a atividade de enzimas. Neste estudo foram avaliados o poder de inibição de multiplicação fúngica de Rhizopus oryzae e Aspergillus flavus pelos extratos fenólicos de Chlorella sp. e Spirulina platensis, bem como sua atividade antioxidante, e a atividade antimicotoxinas da última microalga contra Aspergillus flavus. O conteúdo de fenóis totais foi em média 1000 µgfenóis/g Spirulina platensis e 600 µgfenóis/g Chlorella sp., sendo que o acido gálico e o cafeíco foram identificados como compostos majoritários na Spirulina platensis. As determinações de glicosamina (parede celular) e ergosterol (membrana celular) mostraram-se bons indicativos do desenvolvimento microbiano permitindo uma boa estimativa da inibição dele. O extrato fenólico de Spirulina platensis apresentou capacidade de inibir cerca de 50% a formação da parede e da membrana celular para ambos os fungos estudados e de 100% a produção de aflatoxina B1 até o 10º dia de cultivo do Aspergillus flavus. Além disso, o extrato metanólico de Spirulina platensis inativou 53,5% o DPPH reativo, limitou o escurecimento enzimático ocasionado pela peroxidase em 55% e inibiu a peroxidação lipídica em 46% após 14 dias de armazenamento sob luz. Estes resultados mostram que a ação antifúngica, antimicotoxinas e antioxidante está naturalmente presente em alguns tecidos microbianos e que encontrar a forma de extraí-los e aplicá-los como conservantes alimentícios é muito promissor para substituição aos antifúngicos e outros conservantes químicos.

Inibição de linhagens do complexo Fusarium Graminearum por compostos naturais e sintéticos

Quando produtos alimentícios e especiarias são contaminados por micotoxinas é quase impossível detoxificar utilizando processos usuais da indústria de alimentos ou durante o preparo doméstico. Por isso, controlar o crescimento do fungo e a produção de toxinas é uma demanda para garantir a segurança alimentar. Os agrotóxicos são rotineiramente utilizados como estratégia para proteger as plantas de doenças provocadas pela contaminação fúngica. No entanto, eles estão associados a efeitos adversos ao sistema nervoso central e periférico, têm ação imunodepressora e são cancerígenos. Em virtude disso, o objetivo deste trabalho foi estudar a inibição do desenvolvimento, do potencial toxigênico e da expressão gênica de linhagens do Complexo Fusarium graminearum por compostos naturais comparativamente aos fungicidas azoxistrobina e trifloxistrobina. Do farelo de arroz, foram extraídos o γ-orizanol e os ácidos fenólicos (EFF). Das sementes de nim foram extraídos os ácidos fenólicos (EFN), totalizando três extratos naturais. A capacidade antioxidante dos extratos foi verificada pelo consumo do radical livre DPPH• , capacidade de captura do radical ABTS●+, redução do ferro e inibição da oxidação enzimática. Os mecanismos de inibição de três linhagens de F. graminearum foram avaliados através da determinação de compostos estruturais (glicosamina e ergosterol) e da atividade de enzimas do metabolismo primário (α- amilase e proteases). Foram determinadas as micotoxinas de Fusarium: deoxinivalenol (DON), 15 acetildeoxinivalenol (15AcDON), 3 acetildeoxinivalenol (3AcDON), nivalenol (NIV) e zearalenona (ZEA). A expressão dos genes Tri1 e Tri5 foi determinada a fim de verificar se ocorria modificação da expressão gênica nas linhagens do Complexo F. graminearum ocasionada pela presença dos antifúngicos. O EFF apresenta atividade antioxidante destacada em relação aos demais extratos naturais para inibir a iniciação do processo, a propagação do radical livre e a catálise enzimática. A presença dos compostos naturais mostrou efeito promissor como antifúngico para as linhagens, sendo que a concentração necessária para inibir 50% do crescimento radial das colônias (MIC50) foi 0,9 g/kg para γ-orizanol; 0,032 g/kg para EFF e 0,037 g/kg para EFN, portanto, os extratos fenólicos são mais eficazes para inibição de F. graminearum do que o γ-orizanol. Os extratos naturais afetaram as atividades das enzimas α-amilase e proteases. Também ocorreu a redução da formação de componentes estruturais (glicosamina e ergosterol). Os extratos naturais se destacaram pela capacidade de inibição de micotoxinas produzidas pela biomassa fúngica, com destaque para o EFN sobre a produção de DON, 15AcDON, 3AcDON e ZEA. Sendo assim, é possível dizer que há uma relação direta entre a atividade antioxidante na inibição do fungo e na manifestação do seu potencial toxigênico. Além disso, esse estudo contribuiu com a elucidação do mecanismo de ação dos antifúngicos naturais estudados. Ocorre modificação na expressão gênica quando a linhagem é submetida ao tratamento com antifúngico, havendo uma relação direta entre a expressão do gene Tri5 e a produção de DON.

Ocratoxina A e citrinina em arroz: um estudo de metodologia para determinação simultânea de ocorrência

A ocratoxina A e a citrinina são micotoxinas encontrados naturalmente em alimentos e rações animais. A avaliação do risco do consumo de alimentos contaminados por esses compostos deve ser estimada a partir de dados confiáveis que reflitam a verdadeira concentração destas toxinas em diferentes alimentos ou insumos, especialmente se ingeridos com freqüência. Isto gera a necessidade de métodos analíticos precisos que sejam rápidos sem desconsiderar as etapas clássicas de avaliação de traços, amostragem representativa, extração, limpeza, concentração, separação de formas químicas, detecção, confirmação de identidade e quantificação. Para as micotoxinas em geral as técnicas cromatográficas são as mais aplicadas e relatadas em vista da diversidade estrutural destes compostos. Neste trabalho foi realizada uma otimização de extração utilizando o método QuEChERS modificado em comparação com os métodos Soares e Rodrigues Amaya (1989), Tanaka (2001) e Ultrassom (Palma et. al., 2007) empregando diferentes técnicas cromatográficas com detectores distintos para análise destas micotoxinas simultaneamente. Foram analisadas 38 amostras de arroz cultivadas e armazenadas em campos experimentais de Cachoeirinha na região Sul do Brasil. O uso dos sistemas CCD, HPLC-DAD e LC-MS proporcionou especificidade, precisão e sensibilidade, de modo que os limites de detecção e quantificação, obtivessem valores inferiores ao limite máximo estabelecido por órgãos reguladores internacionais (5 µg Kg-1 para ocratoxina A). Os limites de detecção encontrados para citrinina e ocratoxina A em camada delgada foram 4,7 e 6 vezes maior que para cromatografia líquida de alta eficiência acoplada a detector de arranjo de diodos, 14 e 300 vezes maior que cromatografia líquida acoplada a detector de massas. Os limites de quantificação das duas micotoxinas ficaram dentro do exigido pela legislação européia para OTA de 5 µg Kg-1 para HPLC-DAD e LC-MS. Na cromatografia de camada delgada esse valor ficou 4 vezes acima do estabelecido para ocratoxina A. A ocorrência de ocratoxina A e citrinina foi verificada em 16 % das amostras estando os teores variando entre 3 e 560 µg Kg-1, sugerindo possível exposição crônica a estas micotoxinas caso as amostras sejam consumidas.

Perfil de solutos e micotoxinas nas águas do cultivo e beneficiamento do arroz

O cultivo do arroz no RS é fortemente relacionado com recursos hídricos, pois este se faz sob irrigação e durante o beneficiamento, especialmente no caso da parboilização, são necessários volumes consideráveis de água. Em vista disso, os solutos presentes nestas águas permitem estimar o impacto desta cultura e sua industrialização na qualidade do ambiente hídrico no RS. Foi desenvolvida uma rotina analítica para caracterização físico-química das águas da cadeia produtiva do arroz, onde foram analisados nitrogênio total, nitrogênio amoniacal, nitrogênio orgânico, açucares redutores, açucares redutores totais, sólidos totais, sólidos fixos, sólidos voláteis, ácidos voláteis, alcalinidade, pH, nitrato, nitrito e fósforo. Também um método multimicotoxinas foi desenvolvido avaliando a eficiência de cinco sistemas de extração-partição para aflatoxina B1 (AFA B1), aflatoxina B2 (AFA B2), ocratoxina A (OTA), zearalenona (ZEA) e deoxinivalenol (DON). A partição liquido-liquido com clorofórmio foi a mais eficiente recuperando 89; 96; 89; 97 e 72%, respectivamente de cada micotoxina. A comparação entre volumes de solventes, onde o número de etapas envolvidas e o tempo necessário para efetuar a determinação confirmaram a simplicidade, a economia e a rapidez deste sistema de partição a ser adotado para extrair micotoxinas de água da cadeia produtiva de arroz. O método foi aplicado para determinação de micotoxinas em amostras de águas de irrigação e parboilização de arroz de diferentes procedências verificando-se que as últimas aparecem contaminadas com micotoxinas, AFA B1 9,0 ng mL-1 e DON 110 ng mL-1 . Foi realizado também um estudo de migração de micotoxinas AFA B1, OTA, ZEA e DON e outros solutos sob condições de encharcamento (4 e 6 h) em dois níveis de fortificação, durante a parboilização do grão ficando demonstrado que durante o processo ocorria a lixiviação de solutos e micotoxinas para água de encharcamento do arroz.

Casca de arroz como adsorvente para extração de micotoxinas em cebola

A produção mundial de arroz chega a 80 milhões de toneladas ao ano, considerando que as cascas representam 20% deste valor, anualmente são geradas cerca de 1.162.000 toneladas desse rejeito. Há alguns anos, esse material era descartado no ambiente, atualmente as leis de proteção ambiental, demandaram na preocupação com resíduos de casca de arroz (FOLETO, 2005). Segundo Mayer (2006) a casca leva aproximadamente 5 anos para se decompor e exala um volume elevado de metano, um dos gases responsáveis pelo efeito estufa. Visando proteger a integridade do meio ambiente, estão sendo buscadas alternativas para reduzir os impactos ambientais do descarte e recuperar os investimentos na cultura do grão. Devido seu alto teor de silício a casca de arroz, é matéria-prima de grande interesse para aplicação em vários ramos: indústria eletrônica, cerâmica e na agricultura e também pode ser utilizada como fonte energética e ser aplicadas como adsorvente, em análises químicas (FOLETO, 2005; ROSA, 2009). Neste trabalho o objetivo foi padronizar método para a determinação das aflatoxinas B1, B2, G1, G2 e ocratoxiana A em cebola, empregando a técnica de extração, Dispersão da Matriz em Fase Sólida (MSPD), tendo a casca de arroz como adsorvente, de forma a possibilitar a determinação dos contaminantes empregando cromatografia de camada delgada de alta eficiência (HPTLC) e/ou cromatografia líquida de alta eficiência acoplada a detector de fluorescência (HPLC-FD). A cebola (Allium cepa L.) foi a matriz escolhida devido sua importância econômica, ela é a terceira hortaliça mais importante economicamente no Brasil, depois do tomate e da batata. O país está entre os dez maiores produtores do mundo, sendo que na safra de 2010 a produção foi de 1.548.146 toneladas. Dentre os estados que se destacam pela sua produção estão: Santa Catarina, São Paulo e Rio Grande do Sul. No entanto, a cebola assim como os demais alimentos é suscetível à contaminação fúngica e se entre a microbiota estiverem espécies toxigênicas pode ocorrer à produção de micotoxinas. O método foi validado avaliando-se curva analítica, linearidade, limites de detecção e quantificação, precisão (repetitividade e precisão intermediária) e exatidão (recuperação) para cada tipo de determinação cromatográfica. Para HPTLC, os limites de detecção variaram entre 0,33-5µg Kg-1 e os de quantificação entre 1-15µg Kg-1 Para o método HPLC-FD os limites de detecção variaram entre 0,003– 0,26 µg Kg-1 e os de quantificação 0,03 – 2,6 µg Kg-1 . As recuperações para o método HPTLC variaram entre 76- 95% e para HPLC-FD variaram entre 72-88%. O método desenvolvido foi aplicado para verificar a ocorrência de micotoxinas em 14 amostras de cebola. A contaminação com aflatoxinas foi verificada em 43% das amostras analisadas. O nível máximo encontrado foi de 90 µg Kg-1 para aflatoxina B2 em uma amostra de cebola crioula, com o defeito de mancha negra.

Aplicação de peroxidase para degradação de deoxinivalenol

Deoxinivalenol (DON), uma das principais micotoxinas encontradas em matrizes alimentares, é um composto químico que possui em sua estrutura um anel epóxido que lhe confere alto grau de toxicidade. A aplicação de enzimas em processos de degradação de DON vem se destacando, pela estabilidade durante o processo reacional e baixo custo de produção. O objetivo desse trabalho foi estudar o potencial de peroxidase proveniente de farelo de arroz (FA) e farelo de soja (FS) para degradar DON. As condições de obtenção da PO a partir de FA foram definidas por planejamento experimental DCCR 23 , sendo extraída de 5 g de farelo com 50 mL de tampão fosfato 0,04 mol L-1 pH 5, agitados orbitalmente durante 60 min a 100 rpm, e para a PO obtida de FS as condições diferenciaram somente quanto a solução extratora, tampão fosfato 0,01 mol L-1 pH 4,7. A técnica que apresentou melhores índices de purificação para a enzima foi a partição trifásica apresentando fator de purificação e recuperação de 5,6 e 50 % para a obtida de FA e 13,61 e 50 % para FS. A PO de FA apresentou maior atividade em tampão fosfato 5 mmol L-1 pH 5,5 para as formas bruta e pura, diferindo na temperatura de reação de 25 °C e 10 °C, KM de 0,15 e 0,06 mmol L-1 e Vmáx de 769 e 667 U mg-1 , respectivamente. A PO de FS as condições foram: tampão fosfato 5 mmol L-1 pH 5, reação a 35 e 30 °C durante 10 e 5 min, KM de 0,17 e 0,05 mmol L-1 e Vmáx de 196 e 182 U mg-1 , respectivamente. A PO de FA demonstrou maior estabilidade em pH 5 enquanto que a de FS em pH 6, ambas enzimas apresentaram maior estabilidade térmica a 0 °C, as massas moleculares encontradas por eletroforese foram 41 e 34 kDa, respectivamente. Ao final das etapas de obtenção, purificação e caracterização obteve-se uma atividade específica de 116 e 794 U.mg-1 , e 4363 e 17453 U g-1 , respectivamente para PO de FA e FS. A determinação de DON e De-DON foi realizada por HPLC-DAD e LC-ESI-MS/MS para avaliação dos ensaios de degradação. A enzima comercial HRP, mostrou maior potencial de redução sobre DON (55% após 1 h de reação), no entanto em 3 h de reação, a concentração inicial da micotoxina DON foi verificada, o que evidencia que a redução pode ocorrer por adsorção ou por formação de um composto de degradação que apresente a mesma massa molecular. O emprego da enzima PO obtida de FA e FS na degradação necessita de uma avaliação cinética micotoxicologica para definição das condições de redução significativa dos níveis de DON.