مراجعة مدعوة: استراتيجيات معالجة السموم الفطرية في الأعلاف
السموم الفطرية هي نواتج أيضية ثانوية لأنواع فطرية مختلفة، ويمكن أن تسبب سمية حادة أو مزمنة للحيوانات. تم تحديد أكثر من 500 نوع من السموم الفطرية، ولكن أهمها وأهمها في الأعلاف تنتجها خمسة أجناس فطرية: الرشاشيات، والفوزاريوم، والبنسليوم، والكلافيمبس، والألترناريا. الأفلاتوكسين B1، والديوكسينيفالينول، والزيرالينون، والفومونيسين B1 هي السموم الفطرية الرئيسية في تلوث الأعلاف، بما في ذلك الذرة، والشعير، والقمح، والفول السوداني، والبازلاء، والمكسرات، والدخن، والأعلاف، ومنتجاتها الثانوية. تعتمد سمية السموم الفطرية على تركيبها الكيميائي. الأفلاتوكسين B1 هو أكثر أنواع الأفلاتوكسين سُمّيةً، ويُنتجه فطر الرشاشيات، وهو فئة من المواد المسرطنة التي تُظهر خصائص مُطفرة ومسرطنة ومناعية ذاتية ومُحفّزة للكبد في العديد من أنواع الحيوانات. يُنتج فطر فوسوديوم بشكل رئيسي الزيرالينون والديوكسينيفالينول والفومونيسين B1. الديوكسينيفالينول هو سمٌّ ترايكوتوكسين من النوع B، يُمكن أن يُثبّط تخليق الأحماض النووية والبروتينات، ويُحفّز فقدان الشهية والقيء، ويُضعف وظيفة الأمعاء والمناعة لدى الحيوانات. يمتلك الزيرالينون بنيةً مُشابهة لهرمون الإستروجين، وبالتالي يُنافس بيتا إستراديول على مواقع المُستقبلات، مُؤديًا إلى اضطراباتٍ تناسليةٍ في الماشية. للسموم الفطرية آثارٌ سلبيةٌ كبيرةٌ على صحة الحيوان، وأدائه، وجودة المنتج، وسلامته، وقد دفع هذا إلى إجراء العديد من الأبحاث في هذا المجال. بشكلٍ عام، طُوّرت مناهج فيزيائية وكيميائية وبيولوجية وتغذوية كاستراتيجياتٍ رئيسيةٍ لإزالة سموم السموم الفطرية في صناعة الأعلاف.
استراتيجيات الحد من السموم الفطرية
الطرق الفيزيائية:
تشمل الطرق الفيزيائية للحد من تلوث الذرة البيضاء بالسمية: الفصل (الفرز)، والغسل، والاستخلاص بالمذيبات، والتسخين، والإشعاع، والامتصاص.
الفصل والفصل:
لا تتوزع السموم الفطرية بشكل متساوٍ في الحبوب، وتوجد بشكل رئيسي في الأجزاء المتعفنة والمكسورة. في الوقت نفسه، يكون الوزن النوعي للحبوب الملوثة بالسموم الفطرية أقل نسبيًا من الوزن النوعي للحبوب العادية. تتيح هذه الميزة فصل الأعلاف الملوثة بالسموم الفطرية باستخدام تقنيات الغربلة، والفصل بالجاذبية، والفصل الكهروضوئي، ومعالجة الصور. وقد أفاد الباحثون بأن التعويم بالماء وتقشير الذرة البيضاء وحدهما يمكنهما إزالة 51% و53% من السموم والفومانزينات من الذرة البيضاء. ومع ذلك، فقد تبين أن هذه التقنيات مكلفة وتستغرق وقتًا طويلاً، ولا يمكن تطبيقها إلا على نطاق ضيق.
الغسل بالماء أو الاستخلاص بالمذيبات:
بما أن السموم الفطرية قابلة للذوبان في الماء أو الدهون، فيمكن تطهيرها بالغسل بالماء أو بمذيب آخر. يمكن للطفو في الماء إزالة 69-64%، و62-61%، و73-74% من التريكوثيسينات، والزيرالينون، والفومونيسين من الحبوب، على التوالي. كما يمكن للطفو في الماء مع 10-30% ملح، أو 60% سكروز، أو 0.1 مول/لتر من كربونات الصوديوم أن يزيد من معدل إزالة الفومونيسينات من الذرة والقمح. المذيبات الأكثر شيوعًا لاستخلاص السموم الفطرية هي الميثانول، والإيثانول، والهكسان، والأسيتونيتريل، والأيزوبروبانول، والأسيتون المائي. على الرغم من إزالة كمية كبيرة من السموم الفطرية بهذه الطريقة، إلا أن عيوبها تشمل فقدان العناصر الغذائية، والتخلص من المستخلصات، وإعادة تجفيف الحبوب.
الحرارة:
تُستخدم طريقة الحرارة منذ سنوات لإزالة السموم الفطرية. تعتمد فعالية هذه الطريقة على التركيب الكيميائي، وتركيز السموم الفطرية، ودرجة الحرارة، والوقت، والرطوبة، ودرجة الحموضة، والتركيز الأيوني أثناء المعالجة الحرارية. تبلغ درجات حرارة تحلل الزيرالينون، والديوكسينيفالينول، والأفلاتوكسين B1، والفومونيسين B1 220، و175، و237، و150 على التوالي، مما يُمثل إحدى مشاكل إزالتها. يُمكن للطهي تحت ضغط 0.1 ميجا باسكال ودرجة حرارة 160 درجة لمدة 20 دقيقة إزالة ما بين 77% و88% من الأفلاتوكسين B1 في الأرز. كما يُمكن لتسخين الفول السوداني تحت ضغط 0.1 ميجا باسكال لمدة 20 دقيقة ودرجة حرارة 120 درجة أن يُحلل 95% من الأفلاتوكسين B1. ونظراً للطاقة العالية التي تتطلبها هذه الطريقة وإمكانية حدوث تفاعل ميلارد بسبب درجات الحرارة المرتفعة في هذه الطريقة، فهناك قيود على استخدام هذه الطريقة.
التشعيع:
قد يكون التشعيع طريقة علمية لإزالة السموم الفطرية على نطاق صناعي. يُحدث تأثير التشعيع على الغذاء تأثيرات فيزيائية وكيميائية وبيولوجية تُقلل أو تقضي على السموم الفطرية. بشكل عام، يُمكن تقليل الأفلاتوكسين B1 بنسبة 43-87.3%، و65.7-71.5%، و22-100%، و90.7% باستخدام أشعة جاما، وشعاع الإلكترون، والأشعة فوق البنفسجية، والميكروويف، على التوالي. على الرغم من أن طريقة التشعيع تُعتبر نهجًا محتملًا وواعدًا لتطهير السموم الفطرية، إلا أنه يجب أيضًا مراعاة مشكلات مثل الطفرات التي تُنتج كائنات دقيقة ضارة وتُقلل من القيمة الغذائية للغذاء.
الممتزات:
تُشكل المواد الرابطة مُركبًا مع السموم الفطرية، مما يسمح للسموم الفطرية بالمرور عبر الجهاز الهضمي ويمنعها من دخول الدم والأعضاء الأخرى. في العقود الماضية، استُخدمت مُمتزات مُختلفة من مصادر مُختلفة. يجب أن تتوفر في كل مادة ماصة الشروط التالية: 1- قدرة امتصاص عالية 2- غير مرتبطة بالعناصر الغذائية 3- ثبات عالي و 4- طعم جيد. تُعرف معادن الألومينوسيليكات بأنها أكبر فئة من مواد امتصاص السموم الفطرية وهي الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في إزالة السموم الفطرية في تربية الماشية والدواجن. تشمل هذه المواد الماصة: البنتونيت والمونتموريلونيت والزيوليت وسيليكات الألومنيوم والكالسيوم والصوديوم المائي والكاولين والإليت وما إلى ذلك. يعتمد استخدام كل مادة ماصة على تركيبها الكيميائي ونوع السموم الفطرية. كما تعتمد كفاءة كل مادة ماصة على مساحة السطح وتوزيع الشحنة وحجم المسام وقطبية وشكل السموم الفطرية. أجريت العديد من الدراسات حول تأثيرات الزيوليت وبنتونيت الصوديوم، والتي ثبت أنها تقلل من بقايا الأفلاتوكسين B1 في الكبد بنسبة 41-87٪ وتقلل الأفلاتوكسين B1 عدديًا في اللحوم والبيض. في دراسة أخرى أُجريت على الخنازير التي غذت على 1.11 ملغم/كغم من الزيرالينون، أدى استخدام ميفانيت مُعدّل بنسبة 1% إلى خفض مستوى الزيرالينون في الكبد بنسبة 55%. وتُعدّ البنتونيتات مواد ماصة واعدة للغاية نظرًا لكفاءتها العالية في امتصاص السموم الفطرية، وهي صديقة للبيئة وفعّالة من حيث التكلفة.
طُوّرت على نطاق واسع مواد ماصة من الجيل الثاني مُشتقة من جدران خلايا الكائنات الدقيقة. يُعدّ الجلوكومانان مادة ماصة شائعة لا تمتصها الميكروبات المعوية، بل يمتصّ البكتيريا المُمرضة ويزيلها، ويمكن امتصاص السموم الفطرية وإزالتها بواسطة الجلوكومانان المُستر. وقد أظهرت الدراسات أن الجلوكومانان المُستر يمنع الآثار الضارة للسموم الفطرية على الأداء والمناعة والخصائص الدموية والكيميائية للدجاج.
يُعدّ الفحم المُنشّط مادة ماصة عامة ذات مساحة سطح كبيرة وقدرة على الامتصاص في البيئات الرطبة. أظهر الفحم النشط قدرته على تقليل الديوكسينيفالينول والزيرالينون والأفلاتوكسين بفضل تركيبته المسامية في العديد من الدراسات. في إحدى الدراسات، استطاعت إضافة 0.1% من الكربون النشط إلى علف يحتوي على 10 ملغم/كغم من AFB1 تقليل آثاره الضارة على دجاج التسمين. وأظهر أفانتاجياتو أن إضافة 0.2% من الكربون النشط إلى النظام الغذائي قللت من نسبة الزيرالينون في الأمعاء الدقيقة بنسبة تتراوح بين 5% و32%.
في الواقع، تكمن الكفاءة الدقيقة للمواد الماصة الميكروبية في أن البكتيريا تمتص السموم الفطرية وتشكل مركبًا. ثم تُفرز مع السموم، مما يقلل من المخاطر. تُعد بكتيريا حمض اللاكتيك والخميرة أكثر المواد الماصة الميكروبية فعالية. ترتبط بكتيريا Lactobacillus casei بشكل كبير بالسموم الفطرية وتمنع امتصاصها في الأمعاء. Zeng et al. أفادت التقارير أن بكتيريا Lactobacillus plantarum تتمتع بقدرة امتصاص عالية على الأفلاتوكسين B1، بمعدل امتصاص يبلغ 56.8%. ويمكن لبكتيريا Lactobacillus platanorum B7 وLactobacillus pentulosus 8X إزالة 52.9% و58% من الفومينسين B1، على التوالي. وفي دراسة أجراها هالتونين وآخرون، قورن تأثير امتصاص عدة بكتيريا حمض اللاكتيك على الأفلاتوكسين، وأظهرت النتائج أن مزيجًا من عدة بكتيريا منتجة لحمض اللاكتيك كان أكثر فعالية من سلالة واحدة، وكان له تأثيرات تآزرية.
الطرق الكيميائية:
يمكن للطرق الكيميائية تدمير بنية السموم الفطرية. عادةً ما يتم التدمير الكيميائي للسموم الفطرية باستخدام الطرق القلوية والأوزونية.
الطرق القلوية:
تشمل الطرق القلوية الأمونيوم، وهيدروكسيد الصوديوم، وهيدروكسيد البوتاسيوم، وكربونات الصوديوم، وغيرها، والتي تُستخدم لتدمير مختلف السموم الفطرية في الأعلاف. يمكن فتح بنية حلقة اللاكتون في الأفلاتوكسين B1 عن طريق التحلل المائي القاعدي لإنتاج ملح كومارين الصوديوم، والذي يُزال بعد ذلك بالغسل بالماء. يُعد استخدام أملاح الأمونيا والهيدروكسيد من الطرق الشائعة لإزالة الأفلاتوكسين B1 من الأعلاف، حيث تزيد نسبة إزالته عن 95%. يمكن لكربونات الصوديوم وأملاح الهيدروكسيد إزالة الديوكسينيفالينول بنسبة 83.9% و100% على التوالي في الأعلاف. على الرغم من أن الطرق المذكورة أعلاه قادرة على القضاء على السموم الفطرية بنسبة 100%، إلا أن هناك احتمالية أيضًا أن تتحول السموم الفطرية إلى أشكال أخرى أو تُغلفها وتُسبب آثارًا ضارة على البيئة من خلال تحللها.
استخدام الأوزون:
يُعد استخدام الأوزون طريقة فعالة للغاية لإزالة السموم، حيث يُغير التركيب الجزيئي للسموم الفطرية. تشمل المؤكسدات المستخدمة في هذه الطريقة بيروكسيد الهيدروجين، وهيبوكلوريت الصوديوم والكالسيوم، والكلور، ومؤكسدات أخرى. وقد أظهرت الدراسات أن الأوزون يُدمر بفعالية الزيرالينون، والديوكسينيفالينون، والأفلاتوكسين B1، والفومونيسين B1. وأفاد الباحثون أن تركيز الأوزون، وشكله، ومدة التعرض له، يمكن أن يكون لها تأثير كبير على تقليل الأفلاتوكسين S والديوكسينيفالينول. يمكن تقليل الأفلاتوكسين بنسبة 92-95% في الذرة، و78-91% في دقيق بذور القطن أو الفول السوداني باستخدام الأوزون. يمكن أيضًا تقليل الديوكسينيفالينول بنسبة 70-90% في الذرة و20-80% في القمح باستخدام الأوزون. ويمكن تقليل الزيرالينون بنسبة 90.7% باستخدام 1000 ملغم/لتر من الأوزون لمدة 180 دقيقة. على الرغم من أن الأوزون يمكن أن يقلل من تركيز السموم الفطرية، إلا أنه قد يسبب تغييرات في التركيب الكيميائي والفيزيائي للعلف، مثل تغيرات في بنية النشا، وأكسدة الدهون، وتحلل البروتين، وتغيرات في اللون والملمس. كما قد يكون للأوزون آثار سلبية على صحة الحيوان.
الطرق البيولوجية
على الرغم من اقتراح العديد من الاستراتيجيات المضادة للميكروبات لتقليل السموم الفطرية في الأغذية، إلا أن هناك عددًا قليلًا جدًا من الطرق التي تلبي جميع متطلبات السلامة البيولوجية، والفعالية من حيث التكلفة، والقابلية للتطبيق الصناعي، والتطبيق العلمي. لذلك، جذبت عملية التحلل البيولوجي للسموم الفطرية بواسطة الكائنات الدقيقة أو الإنزيمات، كاستراتيجية واعدة، اهتمام الباحثين.
الكائنات الدقيقة القادرة على إزالة السموم:
تُعرف الكائنات الدقيقة القادرة على إزالة السموم بفعاليتها وصديقتها للبيئة. يُعدّ فحص وعزل الكائنات الدقيقة القادرة على الارتباط بالسموم الفطرية وإزالتها استراتيجية شائعة. وقد اكتُشفت أنواع مختلفة من الفطريات القادرة على إزالة سموم الأفلاتوكسين B1. وتستطيع سلالات فطرية مثل خميرة الخباز (Saccharomyces cerevisiae) خفض مستوى الأفلاتوكسين B1 بنسبة تصل إلى 69%. وبالمثل، أظهرت بعض الدراسات أن سلالات مختلفة من فطريات الأسبرجيلوس، بما في ذلك A. neger FSLO وA. neger RAFLO6، أظهرت قدرة على تحلل الأفلاتوكسين B1 بنسبة 88.6 و98.7 على التوالي. وتُعدّ العصويات (Bacillus) مجموعة بكتيريا مهمة جدًا قادرة على تحلل الأفلاتوكسين B1. في دراسة أجراها فرزانة وآخرون، أظهرت بكتيريا Bacillus subtilis قدرتها على تقليل نسبة الأفلاتوكسين B1 في حبوب الفستق بنسبة تتراوح بين 78.4% و95%. كما أظهرت بكتيريا Bacillus subtilis المعزولة من أمعاء الأسماك قدرتها على تحليل 81.5% من الأفلاتوكسين خلال 72 ساعة. وقد تم تحديد بعض الكائنات الدقيقة القادرة على تحليل الفومونيزينات. فحص ستيرياك وآخرون سلالتين من الخميرة المحفوظة من المختبر، واللتين تتمتعان بقدرة عالية على تحليل الفومونيزين في المزرعة. تستطيع خميرة Saccharomyces cerevisiae IS1 تحليل الفومونيزين بنسبة 45%. في المقابل، تستطيع خميرة Saccharomyces cerevisiae SC82 تحليل مزيج من B1 وB2.
وفي دراسة أخرى، أفادت أن معدل تحليل الفومونيزين B1 بواسطة اتحاد البكتيريا SAA579 هو 100%.
استخدام الإنزيمات الهدمية:
على الرغم من أن بعض الكائنات الدقيقة الميكروبية نشطة للغاية في التحلل البيولوجي للسموم الفطرية، إلا أن بعضها قد يُنتج مستقلبات ضارة تُلحق الضرر بالجهاز الهضمي وتبقى فيه. لذلك، قد يكون فحص الإنزيمات من هذه الكائنات الدقيقة حلاً واعدًا لهذه المشكلة. أُجريت مؤخرًا العديد من الأبحاث حول عزل إنزيمات لتحلل الأفلاتوكسين B1، وهي: ديوكسينيفالينول، زيرالينول، وفومانسين B1. تشمل الإنزيمات الفطرية المعروفة بقدرتها على تحلل الأفلاتوكسين B1 إنزيمات لاكاز أوكسيديز. أظهرت دراسة أُجريت أن إنزيم الأفلاتوكسين المُصنّع حديثًا قادر على إزالة سمية الأفلاتوكسين B1 وتقليل آثاره المُطفرة بشكل كبير. يمكن لبيروكسيديز المنغنيز بتركيز 1.5 وحدة/مل أن يُحلل ما يصل إلى 90% من الأفلاتوكسين B1 بعد 48 ساعة من التفاعل. تتمتع البيروكسيدات، مثل بيروكسيديز المنغنيز وبيروكسيديز الليجنين، بقدرة كبيرة على تحلل الديوكسينيفالينول. أما اللاكتاز، فهي أوكسيديزات تحتوي على النحاس، وتتميز بقدرة عالية على تحلل الزيرالينولات المستقرة حرارياً. وقد تمكّن إنزيم مُعاد التركيب جديد ذو جينين مفردين، هما لاكتونوهيدرولاز وكاربوكسي ببتيداز خاصين بالزيرالينول، من تحلل الزيرالينون بالكامل إلى منتج غير سام خلال ساعتين عند درجة الحموضة المثلى (7) ودرجة حرارة 35 درجة مئوية. ويمكن لكاربوكسي إستراز الفومونيزين تحلل الفومونيزين B1.
الاستراتيجيات الغذائية:
من المتفق عليه أنه لا توجد استراتيجية فيزيائية أو كيميائية أو بيولوجية قادرة على القضاء التام على السموم الفطرية في الأعلاف، نظرًا لسميتها المزمنة عند تناولها بجرعات منخفضة جدًا، وقد تُسبب انخفاضًا في الأداء وتثبيطًا للجهاز المناعي لدى الحيوانات. لذلك، من المهم تطوير استراتيجيات غذائية للحد من التسمم الفطري. يمكن اعتبار أي عنصر غذائي يُحسّن الوظيفة الطبيعية لأحد أنظمة إنزيمات إزالة السموم استراتيجية غذائية. يمكن استخدام الجلوكامات والماكسيتين والجليسين كركائز لتخليق الجلوكاتون، والمشاركة في إزالة السموم من خلال تكوين بيروكسيداز الجلوكاتون. من ناحية أخرى، قد تُقلل السموم الفطرية من امتصاص العناصر الغذائية، لذا فإن إضافة العناصر الغذائية الأساسية تُعدّ إحدى طرق الحد من آثارها الضارة. يُعدّ السيلينيوم وبعض الفيتامينات، بما في ذلك فيتامينات E وC وA، من أهم مؤشراتها، حيث تتمتع بخصائص مضادة للأكسدة كمزيلات للأيونات الفائقة. لذلك، يمكن أن تعمل هذه المواد كعوامل وقائية ضد الآثار السامة للسموم الفطرية. السيلينيوم عنصرٌ أساسيٌّ للبشر والحيوانات، إذ يلعب دورًا هامًا في الدفاع المضاد للأكسدة والسرطان والجهاز المناعي وإزالة السموم. يمكن استخدام فيتامينات E.A.C كمضادات للأكسدة لحماية الطحال وأغشية خلايا الدماغ من سمية الديوكسينيفالينول، ومن تلف الحمض النووي في الكبد الناتج عن الديوكسينيفالينول. أفاد الباحثون أن استخدام فيتامين B1 يقلل من الآثار السامة للفومونيسين في دجاج التسمين. أفاد جروس وآخرون أن الريتينول وحمض الأسكوربيك وألفا توكوفيرول تقلل المركبات الضارة التي تسبب طفرات في الحمض النووي في الكلى والكبد لدى الفئران المعرضة للأوكراتوكسين A والزيرالينول بنسبة 90%. الكاروتينات هي مضادات أكسدة ممتازة ذات خصائص مضادة للطفرات ومضادة للسرطان، ويمكنها تثبيط تلف الحمض النووي في الكبد الناتج عن الأفلاتوكسين B1 في الفئران. السيليمارين هو عامل مضاد لسمية الكبد، يحمي من الآثار السلبية للأفلاتوكسين B1 على دجاج التسمين. يُقلل الكركمين من سمية الأفلاتوكسين B1 من خلال إنزيم CYP450، ويُعزز نشاط ATPase في الدجاج. كما يُقلل الكركمين بشكل ملحوظ من موت الخلايا المبرمج (الموت الخلوي المبرمج) في الخلايا المُعرّضة للديوكسينيفالينول. وقد أظهرت الدراسات أن البيوتيل هيدروكسي تولوين، وهو مُضاد أكسدة غذائي في الثدييات، يُقلل من الآثار السامة للأفلاتوكسين B1 عن طريق تحفيز نشاط إنزيم الجلوتاثيون سلفوترانسفيراز وتثبيط نشاط السيتوكروم P45. وكان لإضافة حمض الجلوتاميك والأرجينين والأسبارتات والليسين في النظام الغذائي آثار إيجابية على تحسين أمراض الأحشاء المُستحثة بالديوكسينيفالينول، وزيادة قدرة مضادات الأكسدة، وتحسين المؤشرات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية للدم لدى خنازير التسمين.
الخلاصة:
يُمثل وجود السموم الفطرية في الأعلاف مصدر قلق كبير ومشكلة لا مفر منها في صناعة الأعلاف حول العالم. كما تُشكل السموم الفطرية تهديدًا لصحة الإنسان عبر دورة السلسلة الغذائية. تهدف هذه الدراسة إلى مراجعة استراتيجيات مختلفة لتقليل السموم الفطرية من خلال المعالجات الفيزيائية (الفصل، والغسل، والتسخين، والإشعاع، والامتصاص)، والمعالجات الكيميائية (القواعد وعوامل الأكسدة)، وطرق إزالة السموم البيولوجية (الكائنات الدقيقة والإنزيمات)، والاستراتيجيات الغذائية. يمكن تطبيق كل من هذه الطرق عمليًا، ولكل منها مزاياها وعيوبها. ومع ذلك، مع تزايد الوعي بحماية البيئة وسلامة الأعلاف والأغذية، يتزايد التطلع إلى تقنيات صديقة للبيئة ومبتكرة للسيطرة على تلوث السموم الفطرية.
للسموم الفطرية آثار سلبية كبيرة على صحة الحيوان وأدائه وجودة المنتج وسلامته، لذا فإن استخدام أفضل طريقة لإزالة السموم يُسهم بشكل كبير في الاقتصاد والإنتاجية. ونظرًا لاختلاف طبيعة وتركيب كل سم فطري كيميائي، فإن استخدام مجموعة من المواد الماصة المختلفة في النظام الغذائي يُمكن أن يكون أكثر فعالية. يحتوي منتج بنتوماكس شيتيكا على جدار خلية الخميرة (بيتا جلوكان ومانان قليل السكاريد)، وخميرة حية من نوع خميرة الخباز، وبنتونيت مغسول بالحامض، وثماني سلالات قوية من البروبيوتيك، وفيتامين هـ.
