Is there a health risk concerning the children´s consumption of cereal-based products? A cumulative mycotoxin risk assessment approach

Historically, the health risk of mycotoxins had been evaluated on the basis of single-chemical and single-exposure pathway scenarios. However, the co-contamination of foodstuffs with these compounds is being reported at an increasing rate and a multiple-exposure scenario for humans and vulnerable population groups as children is urgently needed. Cereals are among the first solid foods eaten by child and thus constitute an important food group of their diet. Few data are available relatively to early stages child´s exposure to mycotoxins through consumption of cereal-based foods. The present study aims to perform the cumulative risk assessment of mycotoxins present in a set of cereal-based foods including breakfast cereals (BC), processed cereal-based foods (PCBF) and biscuits (BT), consumed by children (1 to 3 years old, n=75) from Lisbon region, Portugal. Children food consumption and occurrence of 12 mycotoxins (aflatoxins, ochratoxin A, fumonisins and trichothecenes) in cereal-based foods were combined to estimate the mycotoxin daily intake, using deterministic and probabilistic approaches. Different strategies were used to treat the left censored data. For aflatoxins, as carcinogenic compounds, the margin of exposure (MoE) was calculated as a ratio of BMDL (benchmark dose lower confidence limit) and aflatoxin daily exposure. For the remaining mycotoxins, the output of exposure was compared to the dose reference values (TDI) in order to calculate the hazard quotients (HQ, ratio between exposure and a reference dose). The concentration addition (CA) concept was used for the cumulative risk assessment of multiple mycotoxins. The combined margin of exposure (MoET) and the hazard index (HI) were calculated for aflatoxins and the remaining mycotoxins, respectively. Main results revealed a significant health concern related to aflatoxins and especially aflatoxin M1 exposure according to the MoET and MoE values (below 10000), respectively. HQ and HI values for the remaining mycotoxins were below 1, revealing a low concern from a public health point of view. These are the first results on cumulative risk assessment of multiple mycotoxins present in cereal-based foods consumed by children. Considering the present results, more research studies are needed to provide the governmental regulatory bodies with data to develop an approach that contemplate the human exposure and, particularly, children, to multiple mycotoxins in food. The last issue is particularly important considering the potential synergistic effects that could occur between mycotoxins and its potential impact on human and, mainly, children health.

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.

Characterization of in vitro effects of patulin on intestinal epithelial and immune cells

The intestinal mucosa is the first biological barrier encountered by natural toxins, and could possibly be exposed to high amounts of dietary mycotoxins. Patulin (PAT), a mycotoxin produced by Penicillium spp. during fruit spoilage, is one of the best known enteropathogenic mycotoxins able to alter functions of the intestine (Maresca et al., 2008). This study evaluated the effects of PAT on barrier function of the gut mucosa utilizing the intestinal epithelial cell model Caco-2, and scrutinized immunomodulatory effects using human peripheral blood mononuclear cells (PBMC) and human blood monocyte-derived dendritic cells (moDCs) as test systems. PAT exposure reduced Caco-2 cell viability at concentrations above 12 mM. As expected, the integrity of a polarized Caco-2 monolayer was affected by PAT exposure, as demonstrated by a decrease in TER values, becoming more pronounced at 50 mM. No effects were detected on the expression levels of the tight junction proteins occludin, claudin-1 and claudin-3 at 50 mM. However, the expression of zonula occludens-1 (ZO-1) and myosin light chain 2 (MLC2) declined. Also, levels of phospho-MLC2 (p-MLC2) increased after 24 h of exposure to 50 mM of PAT. T cell proliferation was highly sensitive to PAT with major effects for concentrations above 10 nM of PAT. The same conditions did not affect the maturation of moDC. PAT causes a reduction in Caco-2 barrier function mainly by perturbation of ZO-1 levels and the phosphorylation of MLC. Low doses of PAT strongly inhibited T cell proliferation induced by a polyclonal activator, but had no effect on the maturation of moDC. These results provide new information that strengthens the concept that the epithelium and immune cells of the intestinal mucosa are important targets for the toxic effects of food contaminants like mycotoxins

Técnicas de manejo agropecuário sustentável

The competitiveness in the rural sector and the need to make viable and sustainable property, direct the farmer to seek new production strategies. In this sense, the book Techniques of sustainable agricultural management has as objective contributed information on concepts, management practices, technological innovations, which are applicable in the agricultural production. The same is composed of 13 chapters, topics covered in aquaculture production, management and dairy production, as general aspects of hematology fish; dynamics of decision-making and adaptive flow dairy production systems; importance of performance measures and body biometrics in small ruminants; milk production in beef cows; parasitism in beef cattle; performance of dairy cows in production; efficiency of cross beef cattle in finishing phase; development of Marchangus: five years; and, bovine growth efficiency. In vegetable production area are addressed matters relating on management and olive cultivation, species of great economic importance and diversification as alternative on the property; functional foods in fruit and vegetables; influence of environmental factors, harvesting and drying in the production and composition of essential oils of Mentha spp; and, implication of the contamination of corn grain by mycotoxins in livestock production. At the end of the book, the expectation of the authors is to have contributed with relevant themes of Brazilian agriculture, which could reflect positively on knowledge, values and quality of available material.

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.

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.

Degradação de Ocratoxina a: estudo de processo e toxicidade

A ocratoxina A (OTA), micotoxina encontrada em diferentes níveis e em diversas matrizes, apresenta efeitos carcinogênicos, nefrotóxicos e teratogênicos. O desenvolvimento de métodos capazes de diminuir esta contaminação a níveis permitidos pela legislação é incentivado e os processos biológicos utilizados envolvem o uso de enzimas e/ou microrganismos para degradação da OTA e são preferenciais pela especificidade, bem como pelas condições brandas para a detoxificação. O objetivo do trabalho foi estudar a ação de carboxipeptidase A nos níveis e na toxicidade de OTA, visando aplicar a técnica para detoxificar farinhas de trigo. Primeiramente foi estimado o risco de exposição à ocratoxina A pelo consumo de farinhas de trigo. Para isso foram estabelecidas condições de determinação de OTA em farinhas de trigo, empregando técnicas de estatística multivariada para definir os principais interferentes na extração de OTA pelo método de QuEChERS e detecção em CLAE-FL. O método validado permitiu a avaliação da ocorrência natural em 20 amostras de farinha de trigo, estando estas contaminadas na faixa de 0,22 a 0,85 µg.kg-1 , apresentando um valor de ingestão diária de 0,08 ngOTA.dia-1 .kgmassacorpórea -1 e uma disponibilidade de 94,4%. Em seguida foi realizada a padronização da extração de carboxipeptidase A em biomassa de Rhizopus oryzae que consistiu em agitação ultrassônica durante 30 minutos numa potencia fixa de 150 W e 40 kHz e a triagem de agentes biológicos para degradação de OTA. Para o estudo da degradação in vitro de OTA, método de extração e detecção de OTA e OTα em CLAEFL foi validado e o processo de degradação foi realizado com Rhizopus oryzae e Trichoderma reesei, obtendo-se uma redução máxima de 63,5% e 57,7%, respectivamente. A degradação apresentou uma correlação alta (R>0,9) e significativa (p<0,05) com a produção de Otα, indicando que ocorreu a produção de enzimas capazes de hidrolisar a micotoxina, por exemplo, a carboxipeptidase A. O estudo da toxicidade de OTA e seu metabólito OTα foi realizado em neutrófilos humanos, onde foi observado a ausência de efeito tóxico de OTα. Também foi determinado o mecanismo de toxicidade de OTA pelo aumento de Ca2+ intracelular pela liberação a partir das reservas internas. Esta liberação, subsequentemente, provoca uma cascata de eventos, nomeadamente: a produção de espécies reativas, depleção de ATP, perda de ΔΨm, levando à morte por necrose. Para reduzir o risco de exposição à micotoxina pela ingestão de matéria prima contaminada, carboxipeptidase A extraída de diferentes fontes foi aplicada na hidrólise de OTA em farinha de trigo para posterior determinação do conteúdo residual de OTA e OTα, empregando método validado. O estudo mostrou uma redução de OTA entre 16,8 e 78,5% e produção de OTα entre 2 a 8,2 ng.g-1 . As carboxipeptidases mais promissoras para degradação foram as provenientes de Rhizopus e Trichoderma e a carboxipeptidase comercial. Ficou demonstrado que se pode recomendar a aplicação de enzimas proteolíticas, tipo carboxipeptidase, para reduzir o risco de exposição à micotoxina quando utilizada matéria prima contaminada, por exemplo, farinha de trigo para diferentes processos. A transformação de OTA para OTα e seus efeitos na redução da toxicidade da micotoxina corroboram com esta afirmação.

Effect of commercial starter cultures and native yeasts on ochratoxin a production by aspergillus westerdijkiae and penicillium nordicum in meat products

Processed meat products are of worldwide importance and, because of their intrinsic factors as well as the processing methods, they are highly prone to fungal and mycotoxin contamination. Ochratoxin A (OTA) is the most significant mycotoxin in processed meat products. Penicillium nordicum is considered to be responsible for OTA contamination of meat products, as it is highly adapted to salt and protein-rich matrices and is moderately psycrotrophic. However, another OTA-producing fungus, Aspergillus westerdijkiae, adapted to carbon-rich matrices such as cereals and coffee beans, has been recently associated with high levels of OTA in meat products. Several Lactic Acid Bacteria (LAB) and yeasts have been tested as biocontrol agents against P. nordicum growth and OTA production in meat products, with promising results, but none of the studies have considered A. westerdijkiae. The aim of this work was to evaluate in vitro the effect of a commercial starter culture used in sausage fermentation and four yeasts isolated from dry-cured sausage on these two OTA-producing fungi, both in terms of fungal growth and of OTA production, using different meat-based culture media as model systems. The mechanisms underlying the observed effect were also studied. For this purpose, C. krusei, C. zeylanoides, R. mucilaginosa, R. glutinis, a mix of these yeasts and the starter culture were co-inoculated with P. nordicum and A. westerdijkiae in industrial sausage, traditional sausage, and ham-based media, under conditions of water activity, salt concentration and temperature that mimic real conditions at beginning and end of sausage curing process. Fungal growth was determined by measuring colony diameter, and OTA production was quantified by HPLC-FLD after extraction with methanol. Yeasts where found to inhibit significantly the growth of both fungi. P. nordicum was unable to produce detectable OTA in both sausage-based media under any condition. In ham, yeasts reduced OTA production, while the starter culture significantly increased it. Unexpectedly, OTA production by A. westerdijkiae was significantly stimulated in all media tested by all microorganisms. Matrix has a significant effect on OTA production by P. nordicum, but not by A. westerdijkiae, for which only temperature showed to have effect. By testing the mechanisms of action by which starter culture and C. zeylanoides influenced fungal responses, we were able to determine that direct contact and simultaneous growth of test organisms were the mechanisms more significantly involved in the responses. In conclusion, ochratoxigenic fungi do not all respond to antagonistic microorganisms in the same way. The use of biocontrol agents with the intent of reducing fungal growth and mycotoxin production by one fungus can have unexpected effects on others, thus leading to unforeseen safety problems. Further experiments are recommended to properly understand the reasons behind the different effects of microorganisms, to ensure their safe as biocontrol agents.

SORGO: estenda sua safrinha com segurança: programa 22: Centro-Oeste/Sudeste.

O sorgo produz bem em condições ambientais adversas, como a seca. A cultura do sorgo tem sido uma boa opção para produção de grãos e forragem nas situações em que o falta de água oferece maiores riscos para outras culturas, como o milho. Outra vantagem do sorgo é sua baixa suscetibilidade a micotoxinas (problema comum no milho), o que confere a este cereal grande aceitação para composição de rações para animais domésticos, suínos e aves, que são muito sensíveis à presença de micotoxinas. O agrônomo e pesquisador da Embrapa Milho e Sorgo, Cícero Beserra de Menezes, traz mais informações sobre o Sorgo: estenda sua safrinha com segurança.