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Mykotoxine

Sensortechnik – Mykotoxine online analysieren

| Redakteur: Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Mykotoxine sind Stoffwechselprodukte von Schimmelpilzen, die bereits in geringen Mengen gesundheitsschädigend für Mensch und Tier sind. Forscher am Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. entwickeln im Rahmen eines Verbundprojekts neue Sensorsysteme zur Online-Identifizierung verpilzter und mykotoxinhaltiger Getreidepartien. LaborPraxis sprach mit Dr. Christine Idler über das Mykotoxin-Risiko und das Potenzial der neuen Sensoren.

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Abb. 1: Schimmelpilze wie Aspergillus sp. produzieren Mykotoxine. Über Lebens- und Futtermittel z.B. kontaminiertes Getreide aufgenommen, sind sie bereits in geringen Mengen gesundheitsschädigend für Mensch und Tier. (Quelle: www.schimmel-schimmelpilze.de)
Abb. 1: Schimmelpilze wie Aspergillus sp. produzieren Mykotoxine. Über Lebens- und Futtermittel z.B. kontaminiertes Getreide aufgenommen, sind sie bereits in geringen Mengen gesundheitsschädigend für Mensch und Tier. (Quelle: www.schimmel-schimmelpilze.de)
( Archiv: Vogel Business Media )

LaborPraxis: Frau Dr. Idler, Mykotoxine sind in etwa einem Viertel der weltweit produzierten Lebens- und Futtermittel enthalten. Welche technologisch einhaltbaren Grenzwerte gelten für den Mykotoxin-Gehalt in Lebensmitteln?

Dr. Christine Idler: Zum Schutz der öffentlichen Gesundheit ist es unerlässlich, den Gehalt an Kontaminanten auf toxikologisch vertretbare Werte zu begrenzen. In der EU-Verordnung 1881/2006 werden Höchstgehalte für bestimmte Kontaminanten in Lebensmitteln, u.a. auch für die Mykotoxine DON, ZEA, OTA, FUM, Aflatoxine sowie Patulin und andere Mykotoxine festgesetzt. So liegt beispielsweise die zulässige Höchstmenge für Ochratoxin A in unverarbeite-tem Getreide bei 5,0 µg/kg, die zulässige Höchstmenge von Zearalenon hingegen liegt hier bei 100 µg/kg. Nicht für alle Mykotoxine liegen bisher Höchstmengenregelungen vor, sodass für diese das Vorsorgeprinzip gilt. Um einen wirksamen Schutz der öffentlichen Gesundheit sicherzustellen, sollten Erzeugnisse mit einem Gehalt an Kontaminanten, der über dem zulässigen Höchstgehalt liegt, weder als solche noch nach Vermischung mit anderen Lebensmitteln oder als Lebensmittelzutat in den Verkehr gebracht werden. Nicht für jedes Mykotoxin und jedes Lebensmittel gelten die gleichen Grenzwerte. Höchstmengen, Grenzwerte, Eingreifswerte oder Richtwerte sind Konventionen und orientieren sich an juristischen, gesellschaftlichen und politischen Forderungen. Das heißt, dass diese nicht allein toxikologisch begründet sind. Sie unterschreiten aber generell gesundheitsbedenkliche Werte.

LaborPraxis: In welchen Schritten der Getreideproduktion kann es zu Pilzbefall kommen?

Dr. Christine Idler: Mykotoxine in pflanzlichen Lebens- und Futtermitteln werden sowohl auf dem Feld als auch bei der Lagerung gebildet. Bei Getreide sind vor allem in den Nacherntebereichen Lagerung, Aufbereitung und Verarbeitung häufig belastete Partien zu finden. Aber auch in den Feldbeständen können sowohl regional als auch zeitlich sehr unterschiedliche Vorkommen an Feldpilzen und ihren Mykotoxinen registriert werden. Der Befall der Pflanzen wird im Wesentlichen von Temperatur und Niederschlägen beeinflusst; besonders infektionsanfällig sind die Pflanzen in der Blühphase. Neben Klima- und Witterungsfaktoren beeinflussen jedoch auch agrotechnische Maßnahmen wie Bodenbearbeitung, Fruchtfolge, Düngung, Pflanzenschutzmaßnahmen und die Sortenwahl die Toxinbildung. Erkenntnisse liegen hauptsächlich zur Entwicklung der Ährenfusariosen und der damit verbundenen Gefahr einer Kontamination mit Trichothecenen und Zearalenon bei Winterweizen vor. In den letzten Jahren hat die Häufigkeit dieser Fusariosen bei Getreide zugenommen.

LaborPraxis: Kennt man die Gründe für diese Zunahme?

Dr. Christine Idler: Für die deutliche Zunahme der Fusariosen werden derzeit u.a. folgende Ursachen angenommen: die Zunahme des Getreideanteils in der Fruchtfolge, Mais als Vorfrucht zu Winterweizen, der verstärkte Einsatz nichtwendender Bodenbearbeitungsverfahren, Mais-Monokulturen für die Verwertung in Biogasanlagen, die Zunahme des Anteils kurzstrohiger Winterweizensorten, die alleinige Anwendung von Fungiziden mit „Greening“-Effekt, die aber keine Fusariosen bekämpfen sowie verbesserte Analysenverfahren. Nicht nur die möglichen Gefahren für Mensch und Tier durch Mykotoxine, sondern auch die durch Fusarien-Befall verschlechterten Qualitätseigenschaften des Getreides wie sinkende Rohproteinwerte, erhöhter Aschegehalt, niedrige Fallzahlen oder kurze, weiche Kleber, zwingen zur intensiveren Bearbeitung dieser Zusammenhänge.

LaborPraxis: Im Rahmen des Verbundprojekts ProSenso.net2 wurden Grundlagen für verschiedene Sensorsysteme entwickelt, mit deren Hilfe innerhalb der Getreideproduktionskette Schimmelpilze erkannt werden können. Geben Sie uns eine Beschreibung der Systeme.

Dr. Christine Idler: Nach dem gesamteuropäischen Überwachungssystem unterliegen in der Bundesrepublik Deutschland alle Lebens- und Futtermittel, die in Verkehr gebracht bzw. verfüttert werden, der amtlichen Lebens- und Futtermittelüberwachung. Die Durchführung obliegt den einzelnen Bundesländern. Für Futter- und Lebensmittel gelten verbindliche Höchstmengen. Die Untersuchungen der Proben auf verschiedene Mykotoxine sind sehr zeit- und kostenaufwändig. Vor diesem Hintergrund war es Ziel des Projektes, schnelle, zerstörungsfreie Online-Analysemethoden für ein gezieltes Erkennen verpilzter und mykotoxinhaltiger Getreidepartien zu entwickeln und in einen Sensor zu integrieren. Für die Umsetzung des Projektes wurden zuerst in Modellversuchen unterschiedliche spektroskopische und gassensorische Methoden für die Detektion von schimmelpilz- und mykotoxinbelastetem Getreide herangezogen. Da für diese Detektionen sehr kurze Nachweiszeiten bei quasi-kontinuierlicher Messung im bewegten Gutstrom erreicht werden müssen, waren zielführende Untersuchungsparameter und entsprechende Verfahren auszuwählen. Dabei wurde nicht nur das Getreide selbst, sondern auch das Staub-Luft-Gemisch über dem Getreide betrachtet. Die gassensorischen Messungen wurden von der Firma Airsense Analytics aus Schwerin durchgeführt, die spektroskopischen Untersuchungen an der Universität Potsdam, Institut für Chemie in Zusammenarbeit mit der Firma Optimare aus Wilhelmshaven. Mit einzelnen Schimmelpilzen inokulierte Roggen- und Weizenproben können sowohl mit spektroskopischen Methoden (Reflexionsspektroskopie) als auch mittels gassensorischer Messungen (elektronische Nase PEN3) erkannt werden. Die Mykotoxine Aflatoxine, Ochratoxin A und Zearalenon können mittels Lumineszenzspektroskopie auf Weizen nachgewiesen werden. Durch gassensorische Messungen ist derzeit kein Nachweis von Mykotoxinen möglich. Jetzt müssen die an Modellproben ermittelten Daten auf Getreide im bewegten Gutstrom übertragen und in einen Sensor integriert werden.

LaborPraxis: Welche konkreten Konsequenzen für Gesundheit und Wirtschaft erwarten Sie aus den Ergebnissen des Projektes?

Dr. Christine Idler: Die Erkennung und Aussonderung belasteter Partien garantiert dem Landwirt bei Verwendung des Getreides im eigenen Betrieb eine qualitätsgerechte Verfütterung und damit den Erhalt der Gesundheit und Leistungsfähigkeit der Tierbestände. Von Tieren stammende Lebensmittel könnten qualitätsgerecht erzeugt werden. Ein Übergang (carry over) von Toxinen aus dem Futter über das Tier in Lebensmittel wäre stark eingeschränkt. Des Weiteren könnten Betreiber von Getreidemühlen und getreideverarbeitende Betriebe im Lebens- und Futtermittelbereich den Sensor in die Qualitätsprüfung der Rohware einbeziehen und auf diese Weise sichere, qualitätsgerechte Produkte erzeugen. Die Verwertung nachweislich mykotoxinbelasteter Getreidepartien beispielsweise in Biogasanlagen führt darüber hinaus zur Detoxifikation der Mykotoxine und verhindert eine Anreicherung der Toxine in der Umwelt. Insgesamt führt eine Verringerung der Belastung von Getreide mit Schimmelpilzen und Mykotoxinen zu einer Minimierung der Gesundheitsgefährdung von Tieren und Menschen sowie zu geringeren wirtschaftlichen Verlusten.

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