The challenge of LC/MS/MS multi-mycotoxin analysis - Heracles battling the Hydra?

Mycotoxins are secondary metabolites of filamentous fungi. They pose a health risk to humans and animals due to their harmful biological properties and common occurrence in food and feed. Liquid chromatography/mass spectrometry (LC/MS) has gained popularity in the trace analysis of food contaminants. In this study, the applicability of the technique was evaluated in multi-residue methods of mycotoxins aiming at simultaneous detection of chemically diverse compounds. Methods were developed for rapid determination of toxins produced by fungal genera of Aspergillus, Fusarium, Penicillium and Claviceps from cheese, cereal based agar matrices and grains. Analytes were extracted from these matrices with organic solvents. Minimal sample clean-up was carried out before the analysis of the mycotoxins with reversed phase LC coupled to tandem MS (MS/MS). The methods were validated and applied for investigating mycotoxins in cheese and ergot alkaloid occurrence in Finnish grains. Additionally, the toxin production of two Fusarium species predominant in northern Europe was studied. Nine mycotoxins could be determined from cheese with the method developed. The limits of quantification (LOQ) allowed the quantification at concentrations varying from 0.6 to 5.0 µg/kg. The recoveries ranged between 96 and 143 %, and the within-day repeatability (as relative standard deviation, RSDr) between 2.3 and 12.1 %. Roquefortine C and mycophenolic acid could be detected at levels of 300 up to 12000 µg/kg in the mould cheese samples analysed. A total of 29 or 31 toxins could be analysed with the method developed for agar matrices and grains, with the LOQs ranging overall from 0.1 to 1250 µg/kg. The recoveries ranged generally between 44 and 139 %, and the RSDr between 2.0 and 38 %. Type-A trichothecenes and beauvericin were determined from the cereal based agar and grain cultures of F. sporotrichioides and F. langsethiae. T-2 toxin was the main metabolite, the average levels reaching 22000 µg/kg in the grain cultures after 28 days of incubation. The method developed for ten ergot alkaloids from grains allowed their quantification at levels varying from 0.01 to 10 µg/kg. The recoveries ranged from 51 to 139 %, and the RSDr from 0.6 to 13.9 %. Ergot alkaloids were measured in barley and rye at average levels of 59 and 720 µg/kg, respectively. The two most prevalent alkaloids were ergocornine and ergocristine. The LC/MS methods developed enabled rapid detection of mycotoxins in such applications where several toxins co-occurred. Generally, the performance of the methods was good, allowing reliable analysis of the mycotoxins of interest with sufficiently low quantification limits. However, the variation in validation results highlighted the challenges related to optimising this type of multi-residue methods. New data was obtained about the occurrence of mycotoxins in mould cheeses and of ergot alkaloids in Finnish grains. In addition, the study revealed the high mycotoxin-producing potential of two common fungi in Finnish crops. The information can be useful when risks related to fungal and mycotoxin contamination will be assessed.

Lipeäkäsitellyn vehnän vaikutus lypsylehmien syöntiin ja tuotokseen vapaalla seosrehuruokinnalla

Lipeä on vahva emäs, jonka on havaittu lisäävän hemiselluloosan ja ligniinin hydrolyysiä pötsissä. Näin ollen lipeäkäsittelyllä on mahdollista korvata viljan mekaaninen litistys ja jauhatus. Seosrehuruokinnalla, jonka osana on lipeäkäsitelty vilja, on mahdollista vähentää liiallisesta tärkkelyksestä aiheutuvia metabolisia ongelmia pötsissä. Tämän tutkielman tarkoituksena oli selvittää lipeäkäsitellyn vehnän vaikutusta lypsylehmien syöntiin ja tuotokseen ad libitum seosrehuruokinnoilla. Ruokinnoissa korvattiin kuivaa murskattua vehnää asteittain kokonaisella lipeäkäsitellyllä vehnällä. Kontrollina oli perinteisesti käytetty kuiva, murskattu ohra-kaura seos. Koe tehtiin Ruotsin maatalousyliopiston (SLU) maataloustieteiden laitoksella Uumajassa. Koe alkoi syyskuussa ja päättyi joulukuussa 2010. Kokeessa oli 17 useamman kerran poikinutta lehmää ja 6 ensikkoa (Ruotsin punainen -rotu). Lehmät olivat lämpimässä pihattonavetassa, jossa seosrehun syöntiä mitattiin vaakakuppien avulla. Koekäsittelyt olivat murskattu ohra-kaura seos (1:1), murskattu kuiva vehnä (1:0), murskatun kuivan vehnän ja kokonaisen lipeävehnän seos (1:1) ja kokonainen lipeävehnä (1:0). Ruokintojen kuiva-ainepitoisuudeksi asetettiin 370 g/kg ja raakavalkuaispitoisuudeksi 180 g/kg kuiva-ainetta. Näennäinen ravintoaineen sulavuus määritettiin happoon liukenemattoman tuhkan avulla. Typen hyväksikäyttöä arvioitiin laskennallisen typpitaseen avulla. Koe toteutettiin 4x4 latinalaisen neliön koemallin mukaisesti ja käsittelyjen väliset tilastolliset erot testattiin kontrastien avulla. Kuiva-aineen (PQ=0,02) ja orgaanisen aineen (PQ=0,02) syönnit lisääntyivät, samalla kun niiden sulavuudet paranivat korvattaessa puolet kuivasta vehnästä lipeävehnällä. Ruokintojen välillä ei ollut tilastollisesti merkitsevää eroa maitotuotoksessa eikä energiakorjatussa maitotuotoksessa. Maidon rasvatuotos lisääntyi vähän (PQ=0,04) ja rasvapitoisuus selvästi (PQ=0,004), kun kuivasta vehnästä korvattiin puolet lipeävehnällä. Kun kaikki kuiva vehnä korvattiin lipeävehnällä, maidon valkuaispitoisuus väheni (PL<0,001). Samoin kävi maidon ureapitoisuudelle (PL=0,002). Lipeäkäsittely ei tuottanut tässä kokeessa taloudellisesti kannattavaa tulosta, sillä maidon valkuaispitoisuus väheni ja syönti lisääntyi maitotuotoksen pysyessä samana. Vehnäruokinnoista paras tuotosvaste saatiin kuivan vehnän ja lipeävehnän seoksella.