Davetli inceleme: Yemdeki Mikotoksin kontrolü için iyileştirme stratejileri
Mikotoksinler, hayvanlarda akut veya kronik toksisiteye neden olabilen çeşitli mantar türlerinin ikincil metabolitleridir. 500’den fazla mikotoksin tanımlanmıştır, ancak yemde önemli olan başlıca mikotoksinler beş mantar cinsi tarafından üretilir: Aspergillus, Fusarium, Penicillium, Clavimyps ve Alternaria. Aflatoksin B1, deoksinivalenol, zearalenon ve fumonisin B1, mısır, arpa, buğday, fıstık, bezelye, fındık, darı, yem bitkileri ve bunların yan ürünleri dahil olmak üzere yem kontaminasyonundaki başlıca mikotoksinlerdir. Bir mikotoksinin toksisitesi kimyasal yapısına bağlıdır. Bilinen en toksik aflatoksin, Aspergillus mantarı tarafından üretilen ve birçok hayvan türünde mutajenik, kanserojen, otoimmün ve karaciğer indükleyici özellikler gösteren bir kanserojen sınıfı olan aflatoksin B1’dir. Zearalenon, deoksinivalenol ve fumonisin B1 esas olarak Fusodium mantarı tarafından üretilir. Deoksinivalenol, nükleik asit ve protein sentezini engelleyebilen, anoreksi ve kusmaya neden olabilen ve hayvanlarda bağırsak fonksiyonunu ve bağışıklığı tehlikeye atabilen bir B tipi trikotoksindir. Zearalenon östrojene benzer bir yapıya sahiptir, bu nedenle reseptör bölgeleri için beta-estradiol ile rekabet eder ve bu da çiftlik hayvanlarında üreme bozukluklarına neden olur. Mikotoksinler hayvan sağlığı, performansı, ürün kalitesi ve ürün güvenliği üzerinde önemli olumsuz etkilere sahiptir ve bu, bu alanda çok sayıda araştırmaya yol açmıştır. Genel olarak, yem endüstrisinde mikotoksinlerin detoksifikasyonu için ana stratejiler olarak fiziksel, kimyasal, biyolojik ve beslenme yaklaşımları geliştirilmiştir.
Mikotoksin Azaltma Stratejileri
Fiziksel Yöntemler:
Mikotoksin kontaminasyonunu azaltmaya yönelik fiziksel yöntemler arasında ayırma, yıkama, çözücü ekstraksiyonu, ısıtma, ışınlama ve adsorpsiyon bulunur.
Ayırma ve Ayırma:
Mikotoksinler tahıllarda eşit olarak dağılmaz ve çoğunlukla küflü ve kırık kısımlarda bulunur. Bu arada, mikotoksinle kirlenmiş tahılların özgül ağırlığı normal tahılların özgül ağırlığından nispeten daha düşüktür. Bu özellik, eleme, yerçekimi ayırma, fotoelektrik ayırma ve görüntü işleme teknikleri kullanılarak mikotoksinle kirlenmiş yemin ayrılmasına olanak tanır. Araştırmacılar, su flotasyonu ve kabuk soyma işleminin tek başına beyaz kabuklu mısırdan sırasıyla %51 ve %53 oranında toksinleri ve fumanzinleri giderebileceğini bildirmiştir. Ancak, bu tekniklerin maliyetli ve zaman alıcı olduğu ve yalnızca küçük ölçekte uygulanabildiği gösterilmiştir.
Suyla yıkama veya solvent ekstraksiyonu:
Mikotoksinler suda veya yağda çözünebildiğinden, su veya başka bir solventle yıkanarak dezenfekte edilebilirler. Suda yüzdürme, tahıllardan sırasıyla %69-64, %62-61 ve %73-74 oranında trikotesen, %62-61 oranında zearalenon ve fumonisin uzaklaştırabilir. Suda ve %10-30 oranında tuz, %60 oranında sakaroz veya 0,1 mol/L sodyum karbonatta yüzdürme, mısır ve buğdaydan fumonisin uzaklaştırma oranını artırabilir. Mikotoksin ekstraksiyonu için en yaygın kullanılan solventler metanol, etanol, hekzan, asetonitril, izopropanol ve sulu asetondur. Bu yöntemle çok miktarda mikotoksin uzaklaştırılsa da dezavantajları arasında besin kaybı, özütlerin atılması ve tahılların yeniden kurutulması yer alır.
Isı:
Mikotoksinleri uzaklaştırmak için uzun yıllardır ısı kullanılmaktadır. Bu yöntemin etkinliği kimyasal yapıya, mikotoksin konsantrasyonuna, sıcaklığa, süreye, neme, pH’a ve ısıl işlem sırasında iyonik konsantrasyona bağlıdır. Zearalenon, deoksinivalenol, aflatoksin B1, fumonisin B1’in ayrışma sıcaklıkları sırasıyla 220, 175, 237 ve 150’dir ve bu da bunların giderilmesindeki sorunlardan biridir. 0,1 MPa basınçta ve 160 derecede 20 dakika pişirme, pirinçteki aflatoksin B1’in %77 ila %88’ini giderebilir. Ayrıca, fıstığı 0,1 MPa basınçta 20 dakika ve 120 derecede ısıtmak, aflatoksin B1’in %95’ini yok edebilir. Bu yöntemin gerektirdiği yüksek enerji miktarı ve bu yöntemde yüksek sıcaklığın Maillard reaksiyonunu tetikleme olasılığı göz önüne alındığında, bu yöntemin kullanımında sınırlamalar vardır.
Işınlama:
Işınlama, endüstriyel ölçekte mikotoksinleri gidermek için bilimsel bir yöntem olabilir. Işınlamanın gıda üzerindeki etkisi, mikotoksinleri azaltan veya ortadan kaldıran fiziksel, kimyasal ve biyolojik etkilere neden olabilir. Genel olarak, aflatoksin B1 gama ışını, elektron ışını, ultraviyole ve mikrodalga yöntemleriyle sırasıyla %43-87,3, %65,7-71,5, %22-100 ve %90,7 oranında azaltılabilir. Işınlama yöntemi mikotoksin dezenfeksiyonu için potansiyel ve ümit verici bir yaklaşım olarak kabul edilebilse de, zararlı mikroorganizmalar üreten ve gıdanın besin değerini azaltan mutagenezi gibi konular da dikkate alınmalıdır.
Adsorbanlar:
Bağlayıcılar, mikotoksinlerin sindirim sisteminden geçmesine ve kana ve diğer organlara girmesini önleyen mikotoksinlerle bir kompleks oluşturur. Geçtiğimiz on yıllarda, farklı kökenlere sahip çeşitli adsorbanlar kullanılmıştır. Her adsorban aşağıdaki koşullara sahip olmalıdır: 1- Yüksek adsorpsiyon kapasitesi 2- Besin maddelerine bağlı olmaması 3- Yüksek stabilite ve 4- İyi tat. Alüminosilikat mineralleri, mikotoksin adsorbanlarının en büyük sınıfı olarak bilinir ve hayvancılık ve kümes hayvancılığında mikotoksinlerin giderilmesinde en yaygın olarak kullanılır. Bu adsorbanlar şunları içerir: bentonit, montmorillonit, zeolit, hidratlı sodyum kalsiyum alüminyum silikat, kaolin, illit, vb. Her adsorbanın uygulaması kimyasal yapısına ve mikotoksin türüne bağlıdır. Ayrıca, her adsorbanın etkinliği mikotoksinlerin yüzey alanına, yük dağılımına, gözenek boyutuna, polaritesine ve şekline bağlıdır. Karaciğerdeki aflatoksin B1 kalıntılarını %41-87 oranında azalttığı ve et ve yumurtadaki aflatoksin B1’i sayısal olarak azalttığı gösterilen zeolit, sodyum bentonitin etkileri üzerine çeşitli çalışmalar yapılmıştır. 1.11 mg/kg zearalenonla beslenen domuzlarda yapılan başka bir çalışmada, %1 modifiye mifanit kullanımı karaciğerdeki zearalenonu %55 oranında azaltmıştır. Bentonitler, mikotoksinleri emmede yüksek verimliliğe sahip olmaları, çevre dostu olmaları ve maliyet açısından uygun olmaları nedeniyle adsorban olarak çok ümit vericidir.
Mikroorganizmaların hücre duvarlarından türetilen ikinci nesil adsorbanlar yaygın olarak geliştirilmiştir. Glukomannan, bağırsak mikropları tarafından emilmeyen ve patojenik bakterileri adsorbe eden ve uzaklaştıran yaygın bir adsorbandır ve mikotoksinler esterleştirilmiş glukomannan tarafından adsorbe edilebilir ve uzaklaştırılabilir. Çalışmalar, esterleştirilmiş glukomannanın, mikotoksinlerin tavukların performansı, bağışıklığı, hematolojik ve kimyasal endeksleri üzerindeki olumsuz etkilerini önlediğini göstermiştir.
Genel bir adsorban olarak aktif kömür, geniş bir yüzey alanına sahiptir ve nemli ortamlarda adsorbe olma yeteneğine sahiptir. Aktif kömürün gözenekli yapısı nedeniyle birçok çalışmada deoksinivalenol, zearalenon ve aflatoksini azalttığı gösterilmiştir. Bir çalışmada, 10 mg/kg AFB1 içeren yeme %0,1 aktif karbon eklenmesi, etlik piliçler üzerindeki zararlı etkilerini azaltabilmiştir. Avantagiato, diyete %0,2 aktif karbon eklemenin ince bağırsaktaki zearalenonu %5 ila %32 oranında azalttığını gösterdi.
Aslında, mikrobiyal adsorbanların kesin etkinliği, bakterilerin mikotoksinleri adsorbe etmesi ve bir kompleks oluşturmasıdır. Daha sonra toksinlerle birlikte atılırlar ve böylece risk azalır. Laktik asit bakterileri ve maya en yaygın mikrobiyal adsorbanlardır. Lactobacillus casei, mikotoksinlere önemli ölçüde bağlanır ve bağırsak tarafından emilimini önler. Zeng ve diğerleri, Lactobacillus plantarum’un aflatoksin B1 üzerinde güçlü bir adsorpsiyon kapasitesine sahip olduğunu ve emilim oranının %56,8 olduğunu bildirdi. Lactobacillus platanorum B7 ve Lactobacillus pentulosus 8X, sırasıyla %52,9 ve %58 oranında fomincin B1’i giderebilir. Haltonen ve arkadaşları tarafından yürütülen bir çalışmada, birkaç laktik asit bakterisinin aflatoksin üzerindeki adsorpsiyon etkisi karşılaştırıldı ve sonuçlar, birkaç laktik asit üreten bakterinin kombinasyonunun tek bir suştan daha etkili olduğunu ve sinerjik etkilere sahip olduğunu gösterdi.
Kimyasal yöntemler:
Kimyasal yöntemler mikotoksin yapısını yok edebilir. Mikotoksinlerin kimyasal yöntemlerle yok edilmesi genellikle alkali ve ozon yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilir.
Alkali yöntemler:
Alkali yöntemler, yemdeki çeşitli mikotoksinleri yok etmek için kullanılan amonyum, sodyum hidroksit, potasyum hidroksit, sodyum karbonat vb. içerir. Aflatoksin B1’in lakton halka yapısı, daha sonra suyla yıkanarak uzaklaştırılan sodyum kumarin tuzu üretmek için bazik hidrolizle açılabilir. Amonyak ve hidroksit tuzlarının kullanımı, aflatoksin B1’i yemden uzaklaştırmak için kullanılan yaygın yöntemlerdir ve uzaklaştırma oranı %95’ten fazladır. Sodyum karbonat ve hidroksit tuzları yemdeki deoksinivalenol’ü sırasıyla %83,9 ve %100 oranında giderebilir. Yukarıdaki yöntemler mikotoksinlerin %100’ünü giderebilse de, mikotoksinlerin başka formlara dönüşme veya kaplanma ve çevre üzerinde olumsuz etkilere sahip olma olasılığı da vardır.
Ozon Kullanımı:
Ozon kullanımı, mikotoksinlerin moleküler yapısını değiştiren oldukça etkili bir detoksifikasyon yöntemidir. Bu yöntemde kullanılan oksidanlar arasında hidrojen peroksit, sodyum ve kalsiyum hipoklorit, klor ve diğer oksidanlar bulunur. Çalışmalar, zearalenon, deoksinivalenon, aflatoksin B1 ve fumonisin B1’in ozon tarafından etkili bir şekilde yok edildiğini göstermiştir. Araştırmacılar, ozon konsantrasyonunun, formunun ve maruz kalma süresinin aflatoksin S ve deoksinivalenolün azaltılmasında önemli bir etkiye sahip olabileceğini bildirmiştir. Aflatoksin, ozon kullanılarak mısırda %92-95, pamuk tohumu küspesinde veya fıstıkta %78-91 oranında azaltılabilir. Deoksinivalenol de ozon ile mısırda %70-90 ve buğdayda %20-80 oranında azaltılabilir. Zearalenon seviyeleri, 180 dakika boyunca 1000 mg/L ozon kullanılarak %90,7 oranında azaltılabilir. Ozon mikotoksin konsantrasyonunu azaltabilse de, nişasta yapısındaki değişiklikler, lipit oksidasyonu, protein denatürasyonu, renk ve doku gibi yemin kimyasal ve fiziksel yapısında değişikliklere neden olabilir. Ozonun hayvan sağlığı üzerinde de olumsuz etkileri olabilir.
Biyolojik yöntemler
Yemdeki mikotoksinleri azaltmak için birçok antimikrobiyal strateji önerilmiş olsa da, biyogüvenlik, maliyet etkinliği, endüstriyel uygulanabilirlik ve bilimsel uygulama gerekliliklerinin hepsini karşılayan çok az yöntem vardır. Bu nedenle, umut verici bir strateji olarak, mikotoksinlerin mikroorganizmalar veya enzimler tarafından biyolojik olarak parçalanması araştırmacıların dikkatini çekmiştir.
Detoksifikasyon yeteneğine sahip mikroorganizmalar:
Detoksifikasyon aktivitesine sahip mikroorganizmaların etkili ve çevre dostu olduğu bilinmektedir. Mikotoksinlere bağlanabilen ve onları uzaklaştırabilen mikroorganizmaların taranması ve izole edilmesi popüler bir stratejidir. AFB1’i detoksifiye etme yeteneğine sahip çeşitli mantarlar keşfedilmiştir. Saccharomyces cerevisiae gibi mantar suşları aflatoksin B1’i %69’a kadar azaltabilir. Benzer şekilde, bazı çalışmalar A. neger FSLO ve A. neger RAFLO6 dahil olmak üzere çeşitli Aspergillus suşlarının aflatoksin B1’i sırasıyla %88,6 ve %98,7 oranında parçalama yeteneği gösterdiğini göstermiştir. Bacillus, aflatoksin B1’i parçalama yeteneğine sahip çok önemli bir bakteri grubudur. Farzaneh ve arkadaşları tarafından yürütülen bir çalışmada, Bacillus subtilis’in fıstık çekirdeklerindeki aflatoksin B1’i %78,4 ila %95 oranında azaltabildiği gösterilmiştir. Ayrıca, balık bağırsağından izole edilen Bacillus subtilis, 72 saat içinde aflatoksinin %81,5’ini parçalayabilmiştir. Fumonisinleri parçalama yeteneğine sahip bazı mikroorganizmalar tanımlanmıştır. Styriak ve arkadaşları, kültürde fumonisini parçalama yeteneği yüksek olan laboratuvardan alınan iki korunmuş maya suşunu taramıştır. Saccharomyces cerevisiae IS1, fumonisini %45 oranında parçalayabilir. Öte yandan, Saccharomyces cerevisiae SC82, B1 ve B2 karışımını parçalayabilir.
Başka bir çalışmada, SAA579 bakteri konsorsiyumu tarafından fumonisin B1’in parçalanma oranının %100 olduğu bildirilmiştir.
Katabolik enzimlerin kullanımı:
Bazı mikrobiyal mikroorganizmalar mikotoksinlerin biyolojik bozunmasında çok aktif olsa da, bazıları sindirim sistemine zararlı olan ve orada kalan zararlı metabolitler üretebilir. Bu nedenle, bu mikroorganizmalardan enzim taraması yapmak bu sorunu çözmek için umut verici bir çözüm olabilir. Son zamanlarda, aflatoksin B1, deoksinivalenol, zearalenol ve fumansin B1’in bozunması için enzimlerin izolasyonu üzerine çok fazla araştırma yapılmıştır. Aflatoksin B1’i parçalayabildiği bilinen mantar enzimleri arasında lakkaz oksidazlar bulunur. Yapılan bir çalışmada, yeni sentezlenen aflatoksin deoksienziminin aflatoksin B1’i detoksifiye edebildiği ve mutajenik etkilerini önemli ölçüde azaltabildiği gösterilmiştir. 1,5 U/ml manganez peroksidaz, 48 saatlik reaksiyondan sonra aflatoksin B1’in %90’ına kadarını parçalayabilir. Manganez peroksidaz ve lignin peroksidaz gibi peroksitler, deoksinivalenolün parçalanmasında önemli bir potansiyele sahiptir. Laktazlar, ısıya dayanıklı zearalenollerin parçalanmasında yüksek potansiyele sahip bakır içeren oksidazlardır. Zearalenol-spesifik laktohidrolaz ve karboksipeptidaz olmak üzere iki tek gene sahip yeni bir rekombinant enzim, optimum pH’ta (7) ve 35°C’de zearalenonu 2 saat içinde tamamen toksik olmayan bir ürüne parçalayabilmiştir. Fumonisin karboksiesteraz, fumonisin B1’i parçalayabilir.
Beslenme stratejileri:
Mikotoksinlerin kronik olarak toksik olması ve hayvanlarda performans ve bağışıklık baskılanmasına neden olabilmesi göz önüne alındığında, hiçbir fiziksel, kimyasal veya biyolojik stratejinin yemdeki mikotoksinleri tamamen ortadan kaldıramayacağı iyi kabul edilmektedir, bu nedenle mikotoksikozları azaltmaya yardımcı olacak beslenme stratejileri geliştirmek önemlidir. Detoksifikasyon enzim sistemlerinden birinin normal işlevini iyileştirebilen herhangi bir besin, bir beslenme stratejisi olarak düşünülebilir. Glucamate, maxitin ve glycine glukagon sentezi için substrat olarak kullanılabilir ve glukagon peroksidaz oluşturarak detoksifikasyona katılabilir. Öte yandan, mikotoksinler besin emilimini azaltabilir, bu nedenle temel besinleri eklemek mikotoksinlerin zararlı etkilerini azaltmanın bir yoludur. Selenyum, E, C, A gibi bazı vitaminler, birincil belirteçleri, süperoksit anyon temizleyicileri olarak hareket eden antioksidan özelliklere sahiptir. Bu nedenle, bu maddeler mikotoksinlerin toksik etkilerine karşı koruyucu faktörler olarak hareket edebilir. Selenyum, antioksidan savunma, antikanser ve bağışıklık ve detoksifikasyonda önemli bir rol oynadığı için insanlar ve hayvanlar için temel bir eser elementtir. E.A.C vitaminleri, dalak ve beyin hücre zarlarını deoksinivalenol toksisitesine ve deoksinivalenolün neden olduğu karaciğerdeki DNA hasarına karşı korumak için antioksidan olarak kullanılabilir. Araştırmacılar, B1 vitamini kullanımının etlik piliçlerde fumonisinin toksik etkilerini azalttığını bildirdiler. Gross ve ark. retinol, askorbik asit ve alfa-tokoferolün okratoksin A ve zearalenole maruz kalan farelerin böbrek ve karaciğerindeki DNA’da mutasyona neden olan zararlı bileşikleri %90 oranında azalttığını bildirmiştir. Karotenoidler, farelerde aflatoksin B1’in neden olduğu karaciğer DNA hasarını engelleyebilen anti-mutajenik ve antikanser özelliklere sahip mükemmel antioksidanlardır. Silimarin, etlik piliçlerde aflatoksin B1’in olumsuz etkilerine karşı koruma sağlayan bir anti-hepatotoksik ajandır. Kurkumin, CYP450 enzimi aracılığıyla aflatoksin B1’in toksisitesini azaltır ve tavuklarda ATPaz aktivitesini artırır. Kurkumin, deoksinivalenole maruz kalan hücrelerde apoptozu önemli ölçüde azaltır. Çalışmalar, memelilerde diyet antioksidanı olan bütillenmiş hidroksitoluenin, glutatyon sülfotransferaz aktivitesini indükleyerek ve sitokrom p45 aktivitesini inhibe ederek aflatoksin B1’in toksik etkilerini azalttığını göstermiştir. Besi domuzlarında diyete glutamik asit, arginin, aspartat ve lizin takviyesinin deoksinivalenol kaynaklı iç organ hastalıklarını iyileştirmede, antioksidan kapasiteyi artırmada ve kanın fizyolojik ve biyokimyasal endekslerini iyileştirmede olumlu etkileri olduğu bulundu.
Sonuç:
Yemlerde mikotoksinlerin varlığı, dünya çapında yem endüstrisinde büyük bir endişe ve kaçınılmaz bir sorundur. Mikotoksinler ayrıca gıda zinciri döngüsü boyunca insan sağlığı için bir tehdit oluşturur. Bu çalışma, fiziksel (ayırma, yıkama, ısıtma, ışınlama ve adsorpsiyon), kimyasal işlemler (bazlar ve oksitleyici maddeler), biyolojik detoksifikasyon yöntemleri (mikroorganizmalar ve enzimler) ve beslenme stratejileri yoluyla mikotoksinleri azaltmaya yönelik çeşitli stratejileri incelemeyi amaçlamaktadır. Bu yöntemlerin her biri pratik olarak uygulanabilir ve bunların kendi avantajları ve dezavantajları vardır. Ancak, çevre koruma ve yem ve gıda güvenliği konusunda artan farkındalıkla birlikte, mikotoksin kontaminasyonunu kontrol etmek için yeşil ve yenilikçi teknolojilere yönelik artan bir beklenti vardır.
Mikotoksinler hayvan sağlığı, performansı, ürün kalitesi ve ürün güvenliği üzerinde önemli olumsuz etkilere sahiptir, bu nedenle detoksifikasyon için en iyi yöntemi kullanmak ekonomiye ve üretkenliğe büyük katkı sağlayabilir. Ayrıca, her mikotoksinin doğası ve kimyasal yapısının birbirinden farklı olduğu düşünüldüğünde, diyette farklı adsorbanlar kullanmak çok daha etkili olabilir. Bentomax Chitica ürünü maya hücre duvarı (beta-glukan ve mannan oligosakkarit), canlı maya Saccharomyces cerevisiae, asitle yıkanmış bentonit, sekiz güçlü probiyotik suş ve E vitamini içerir.
