Natuurlijke toxinen in voedingsmiddelen: Mycotoxinen

Transcriptie

1 165 1 Natuurlijke toxinen in voedingsmiddelen: Mycotoxinen drs. Claudia Schlax Dit artikel is een herziening van Chemische Feitelijkheid 35 (januari 1986); de oorspronkelijke Feitelijkheid werd geschreven door T. Staarink. 1. Inleiding Mycotoxinen Aflatoxinen Sterigmatocystine chratoxine A Trichothecenen Zearalenon Patuline Moederkoornalkaloïden Fumonisinen Regelgeving Preventie en verwijdering van mycotoxinen in voedingsmiddelen ntwikkelen van schimmelresistente planten Reductie van de hoeveelheid toxineproducerende schimmel Preventie van schimmelgroei Literatuur Chemische Feitelijkheden is een uitgave van Samsom bv in samenwerking met de Koninklijke Nederlandse Chemische Vereniging.

2 Inleiding Schadelijke stoffen in voedingsmiddelen hoeven niet noodzakelijk synthetische chemicaliën te zijn. Er bestaat een groot aantal gifstoffen die van nature in voedingsmiddelen voorkomen of door microorganismen geproduceerd worden, de natuurlijke toxinen. De Romeinen kenden al de schadelijke werking van moederkoren, dat derivaten van lyserginezuur bevat, gevormd door de schimmel Claviceps purpurea. ok de giftigheid van veel paddestoelen is reeds lang bekend. Een natuurlijk toxine dat in Nederland met enige regelmaat het nieuws haalt is aflatoxine, dat behalve toxisch ook carcinogeen is. In 1997 ontstond er enige opschudding toen bleek dat een partij pistachenoten uit Iran op hoge niveaus besmet was met aflatoxinen, stofwisselingsproducten van bepaalde Aspergillus schimmels. Deze schimmels kunnen op noten voorkomen die na de oogst onvoldoende gedroogd zijn, of bij relatief hoge temperaturen opgeslagen worden. Er bestaan zeer veel verschillende natuurlijke toxinen. Daarom is het zinvol om deze stoffen in categorieën in te delen, bijvoorbeeld op basis van hun herkomst. p deze manier kan onderscheid gemaakt worden tussen mycotoxinen, die door schimmels geproduceerd worden, fytotoxinen, die van nature in planten voorkomen en fycotoxinen, die geproduceerd worden door algen. Deze Chemische Feitelijkheid behandelt de mycotoxinen. In latere Feitelijkheden zullen de fytotoxinen en de fycotoxinen aan de orde komen. 2. Mycotoxinen De groep mycotoxinen bevat een grote hoeveelheid van nature voorkomende stofwisselingsproducten van schimmels, met sterk uiteenlopende chemische structuren. Na consumptie van voedingsmiddelen die met deze stoffen besmet zijn kunnen diverse mycotoxicosen (ziekten veroorzaakt door mycotoxinen) optreden. Zowel acute vergiftigingsverschijnselen als chronische effecten zijn mogelijk. Enkele mycotoxinen zijn zelfs kankerverwekkend of worden ervan verdacht kankerverwekkend te zijn.

3 165 4 Natuurlijke toxinen in voedingsmiddelen: Mycotoxinen Pas in het begin van de jaren zestig werden de aflatoxinen ontdekt en kwam het onderzoek naar mycotoxinen op gang. Mycotoxinen, vooral geproduceerd door schimmels van de genera Aspergillus, Penicillium en Fusarium, bleken in veel gangbare voedingsmiddelen en grondstoffen van voedingsmiddelen voor te kunnen komen. Wetenschappelijk gezien wordt relatief veel aandacht besteed aan de (vermoedelijk) carcinogene aflatoxinen, ochratoxine A, fumonisinen en aan mycotoxinen die andere toxische effecten hebben, zoals trichothecenen, zearalenon, patuline en ergotoxinen Aflatoxinen Aflatoxinen van de schimmels Aspergillus flavus en Aspergillus parasiticus worden aangetroffen in oliehoudende zaden, zoals noten, in granen, met name in maïs en in bepaalde subtropische vruchten, zoals vijgen. Zij worden vooral gevormd in producten die na de oogst niet voldoende gedroogd zijn en/of bij relatief hoge temperaturen opgeslagen worden. Problemen doen zich voor in technologisch minder ontwikkelde delen van de wereld (de tropen), maar ook in warme gebieden met hoog ontwikkelde landbouwtechnologieën C 3 Aflatoxine B1 Aflatoxinen zijn in relatief grote hoeveelheden (1 gram of meer) onmiddellijk dodelijk. In 1975 stierven in India honderd mensen aan een aflatoxinevergiftiging. Aangezien opslag en vervoer sindsdien verbeterd zijn komen acute aflatoxinevergiftigingen niet of nauwelijks meer voor.

4 C 3 Aflatoxine M1 In kleine hoeveelheden zijn aflatoxinen echter ook (sterk) carcinogeen in proefdieren en veroorzaken zij levertumoren. p grond van epidemiologisch onderzoek bestaat het vermoeden dat aflatoxinen ook leverkanker veroorzaken bij mensen in verschillende delen van Afrika en Azië, al moet hierbij opgemerkt worden dat het hepatitis B virus in deze gevallen in belangrijke mate aan de tumorvorming bijdraagt. Van aflatoxine B 1, de belangrijkste vertegenwoordiger van de groep qua voorkomen en toxiciteit, staat vast dat het kankerverwekkend is voor de mens. Als gevolg van de wereldhandel in voedingsmiddelen en grondstoffen voor voedingsmiddelen is het gevaar van aflatoxinen niet beperkt tot de gebieden waar deze stoffen gevormd worden. et incident met besmette pistachenoten uit Iran is hier een voorbeeld van. ok de handel in veevoedergrondstoffen draagt aan het potentiële gevaar voor de volksgezondheid bij. Zo wordt een gedeelte van het aflatoxine B 1 uit besmet veevoer door koeien gemetaboliseerd tot aflatoxine M1, een aan aflatoxine B 1 nauw verwante verbinding die in de melk wordt uitgescheiden en zodoende in verschillende melkproducten terechtkomt. De carcinogene eigenschappen van aflatoxine M 1 voor de mens zijn niet duidelijk vastgesteld. In tegenstelling tot aflatoxine B 1 wordt het als mogelijk kankerverwekkend voor de mens geclassificeerd. Krachtens de Warenwet mag in Nederland het gehalte aflatoxine B 1 in voedingsmiddelen niet hoger zijn dan 5 µg /kg; het gehalte aan aflatoxine M 1 in melk en melkproducten mag, gezien de hoge consumptiefactor, niet hoger zijn dan 0,05 µg/kg. Ingaande 1 januari 1999 wordt echter Europese regelgeving van kracht waarin scher-

5 165 6 Natuurlijke toxinen in voedingsmiddelen: Mycotoxinen pere grenzen worden gehanteerd voor de aflatoxinen B 1,B 2,G 1 en G 2. Voedingsmiddelen mogen dan nog maar 2 µg aflatoxine B 1 bevatten of 4 µg van een combinatie van aflatoxine B 1,B 2,G 1 en G 2. De Inspectie Gezondheidsbescherming, Waren en Veterinaire Zaken (voorheen Keuringsdienst van Waren) heeft tot taak systematisch te controleren op overschrijdingen van deze normen. De controle wordt bemoeilijkt doordat een aflatoxineverontreiniging van voedingsmiddelen plaatselijk is: een partij die op de ene plek schoon is, kan elders zwaar verontreinigd zijn. Tegelijkertijd met het uitvaardigen van nieuwe regelgeving heeft de Europese Commissie daarom ook richtlijnen uitgevaardigd voor het op verantwoorde wijze nemen van monsters. verschrijdingen van de normen, zoals in het geval van de Iraanse pistachenoten komen in Nederland zelden voor. Uit een test van de Consumentenbond bleek dat in winkels verkrijgbare pistachenoten, paranoten en gemengde noten regelmatig aflatoxine bevatten, maar in bijna alle gevallen minder dan de wettelijke norm voor aflatoxine B 1. Uit onderzoek in de jaren tachtig is gebleken dat de besmettingsgraad van boekweit en nootmuskaat relatief hoog is. Recente gegevens hierover zijn niet beschikbaar. In Nederland wordt de besmettingsgraad van deze producten niet systematisch gecontroleerd. verschrijdingen van de norm voor aflatoxine M 1 in melk kwamen in Nederland al in de jaren tachtig nauwelijks voor, na het verscherpen van de Europese regelgeving voor aflatoxine B1 in voer voor melkvee. Wel kwam het incidenteel (1989) nog tot overschrijdingen an import van partijen maisglutenvoer uit de Verenigde Staten, besmet met aflatoxine B1. Volgens een rapport van het RIVM uit 1997 zijn de waarden van deze stof in babyvoedingsmiddelen op basis van melkproducten inmiddels nog verder gedaald Sterigmatocystine Sterigmatocystine wordt onder andere door Aspergillus versicolor en Aspergillus nidulans gevormd. Dit toxine is eveneens kankerverwekkend in proefdieren, zij het in mindere mate dan aflatoxine B1.

6 C 3 Sterigmatocystine De stof komt, voor zover bekend, in Nederland alleen voor op harde kazen, die tijdens de fabricage of rijping gekoloniseerd worden door Aspergillus versicolor. Klinisch relevante hoeveelheden sterigmatocystine worden echter alleen aangetroffen bij sterke schimmelkolonisatie als gevolg van slecht onderhoud van rijpende kazen. Uit nader onderzoek bleek bovendien dat de concentratie van het toxine vanaf de buitenkant van de kaas naar binnen toe snel afneemt en dat na ongeveer 0,5 cm geen sterigmatocystine meer kan worden gedetecteerd. Een juiste interpretatie van de op dit moment beschikbare gegevens over het voorkomen van het toxine in Nederlandse kaas is niet goed mogelijk, omdat de monsters selectief waren genomen (van verschillende beschimmelde kazen) en omdat alleen de buitenkant, die normaal gesproken niet geconsumeerd wordt, werd onderzocht. Er is op dit moment in Nederland geen normstelling voor sterigmatocystine. nderzoek naar het voorkomen van sterigmatocystine in graan, boekweit en sojaproducten leverde in Nederland geen positieve monsters op. Deze producten worden derhalve niet regelmatig op het voorkomen van sterigmatocystine gecontroleerd chratoxine A chratoxine A is het meest voorkomende ochratoxine; het kan zowel door Aspergillus ochraeus als Penicillium verricosum worden gevormd.

7 165 8 Natuurlijke toxinen in voedingsmiddelen: Mycotoxinen C 2 C C N C C 3 CI chratoxine A et is aangetroffen in diverse voedingsmiddelen van plantaardige afkomst (vooral granen en graanproducten, bier, koffie, wijn en druivensap), maar aangezien het ochratoxine A, dat via veevoer opgenomen wordt, relatief langzaam uitgescheiden wordt, kan het ook in dierlijke weefsels, vooral bij varkens en pluimvee, voorkomen. Varkensbloed en plasma worden bij de bereiding van worst gebruikt, deze vleesproducten kunnen dus eveneens met ochratoxine A besmet zijn. et toxine veroorzaakt nieraandoeningen bij diverse diersoorten en men vermoedt dat het ook betrokken is bij een humane nierziekte, die in Zuidoost-Europa voorkomt, de Balkan Endemic Nefropathie (BEN), die ook met een verhoogde kankerincidentie geassocieerd wordt. Er zijn geen duidelijke bewijzen dat ochratoxine A een carcinogeen voor de mens is, maar het is wèl aangetoond dat het een sterk carcinogeen voor de rat is. m die reden wordt ochratoxine A door IARC (International Agency for Resarch on Cancer) als mogelijk kankerverwekkend voor de mens geclassificeerd. Er is nog niet voldoende onderzoek verricht om het gezondheidsrisico van ochratoxine A goed in kaart te brengen. De in Nederland gevonden waarden van 17 µg/kg in rogge, 22 µg/kg in kaas en 40 µg/kg in plasmapoeders zijn derhalve niet goed te interpreteren. Toch heeft het JECFA (Joint Expert Committee on Food Additives van de W (World ealth rganisation) en de FA (Food and Agriculture rganization of the United Nations)) een PTWI waarde (provisional tolerable weekly intake) van 100 ng ochratoxine A per

8 165 9 kg lichaamsgewicht voorgesteld, terwijl het Scientific Committee on Food van de Europese Commissie denkt aan een Tolerable Daily Intake van ca 5 ng/kg lichaamsgewicht. Door het Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (RIVM) is beperkt onderzoek gedaan naar ochratoxine A in koffie. Twee van 14 onderzochte monsters bevatten aantoonbare hoeveelheden ochratoxine (ca. 5µg/kg). Inmiddels is er een internationaal project gestart, op initiatief van de gezamenlijke koffie-industrie en onder auspiciën van de FA, om het probleem rond ochratoxine A in koffie onder controle te krijgen. In tegenstelling tot een aantal andere Europese landen kent Nederland op dit moment geen specifieke regelgeving voor ochratoxine A. De verwachting is dat de Europese Commissie met een voorstel komt om een tolerantie bij ca. 4µg/kg te leggen voor granen, graanproducten en mogelijk ook koffie Trichothecenen Trichothecenen zijn een grote groep chemisch verwante verbindingen, die voornamelijk door Fusarium schimmels geproduceerd worden. C 3 C 2 C Deoxynivalenol De schimmels komen vooral in gematigde streken op granen voor, met name als de granen in de herfst en de winter op het veld blijven staan. T-2 toxine, deoxynivalenol (ook wel vomitoxine genoemd, omdat braken een van de vroegste vergiftigingsverschijnselen is) en

9 Natuurlijke toxinen in voedingsmiddelen: Mycotoxinen nivalenol zijn zeer wijdverspreid. et voederen van varkens met granen die deoxynivalenol bevatten kan leiden tot verminderde groei als gevolg van weigeren of uitbraken van het voeder, hetgeen tot economische schade in de veeteeltsector kan leiden. ok in Nederland bleken geïmporteerde tarwe, maïs en gerst frequent deoxynivalenol te bevatten. De meeste monsters bleken aan de Canadese en Amerikaanse advieswaarden te voldoen (Nederland kent geen normstelling voor deze stof), maar hierbij moet opgemerkt worden dat deze waarden niet onderbouwd zijn met voldoende gegevens over de toxiciteit. Een aantal trichothecenen is teratogeen (beschadigd de vrucht) of immunotoxisch en sommige kunnen leiden tot ernstige inwendige bloedingen. Er zijn geen duidelijke aanwijzingen dat trichothecenen carcinogeen zijn, maar de immunotoxische effecten geven aanleiding tot zorg en waakzaamheid over het voorkomen in voedingsmiddelen Zearalenon Dit toxine is verwant aan het anabolicum zeranol en komt, vaak samen met deoxynivalenol, in diverse granen voor. et wordt gevormd door onder andere Fusarium roseum en Fusarium graminearum. Zearalenon heeft oestrogene eigenschappen, vooral varkens zijn er gevoelig voor. In Nederland zijn in bepaalde veevoedergrondstoffen concentraties tot 500 µg/kg aangetroffen. Er zijn geen aanwijzingen voor overdracht van betekenis naar dierlijke producten (vlees, melk), en op dit moment is er geen normstelling voor zearalenon in Nederland. C C 2 C 3 Deoxynivalenol

10 Patuline Patuline wordt voornamelijk gevormd door Penicillium expansum en Penicillium patulum. et komt voor in groenten en fruit. et veroorzaakt bij orale toediening aan proefdieren inwendige bloedingen, oedeemvorming en dilatatie van de darmtractus. Sub-acuut en semi-chronisch toxiciteitsonderzoek heeft echter aangetoond dat de gevonden gehalten aan patuline in voedingsmiddelen geen serieuze bedreiging van de volksgezondheid vormen, maar eerder een indicatie zijn dat beschimmelde voedingsmiddelen zijn gebruikt. In Nederland bestaan geen normen voor patuline, maar Europese regelgeving is de komende jaren wel te verwachten Patuline 2.7. Moederkoornalkaloïden Moederkoornalkaloïden worden gevormd door Claviceps purpurea. Deze schimmel groeit als parasiet in de aren van gras en graan en vormt als overwinteringsstadium een korrel, de zogenaamde ergot of moederkoorn. Deze korrels, die na het dorsen tussen de graankorrels terecht kunnen komen (vooral rogge en tarwe), bevatten derivaten van lyserginezuur, vooral ergotamine, ergometrine en ergocristine. Zware vergiftigingen met ergot-alkaloïden (alleen bij hoge concentraties) uiten zich door bloedvaatvernauwingen, gevolgd door afsterven van weefseldelen en door neurologische afwijkingen, waaronder spierkrampen, verlammingen en psychische stoornissen. Deze toxische effecten zijn bekend als de ziekte ergotisme, die in de Middeleeuwen voor het eerst geconstateerd werd. ok in deze eeuw kwamen in India en Ethiopië nog uitbraken van ergotisme voor.

11 Natuurlijke toxinen in voedingsmiddelen: Mycotoxinen C N - C 3 N Lysergzuur ver de toxische effecten van langdurige inname van kleine hoeveelheden ergot-alkaloïden is weinig bekend. p het RIVM zijn sub-acute en sub-chronische studies met diverse ergot-alkaloïden uitgevoerd. Voor ergotamine is een no-observed-adverse-effect-level van 0,9 mg per kg lichaamsgewicht per dag vastgesteld. Voorlopige resultaten van de sub-acute studies wijzen op vaatvernauwende effecten op perifere bloedvaten, effecten op de nierfunctie, verminderde schildklierfunctie, effecten op de koolhydraathuishouding en effecten op de eierstokken. In Nederland is er geen normstelling voor moederkoornalkaloïden Fumonisinen Fumonisinen worden voornamelijk geproduceerd door Fusarium moniliforme. Deze groep mycotoxinen is pas in de jaren tachtig ontdekt en veroorzaakt vooral problemen bij maïs. 98% van de in Nederland geïmporteerde maïs is besmet met fumonisine B1. Met fumonisine besmet veevoeder leidt tot het hole-in-the-head syndrome bij paarden, longoedeem bij varkens en neurotoxische effecten bij kippen. Epidemiologische studies wijzen erop dat fumonisinen mede verantwoordelijk zijn voor slokdarmkanker in Zuid

12 N 2 Fumonisine B1 Afrika en China. Resultaten van dierproeven geven aanleiding om fumonisine B 1 als kankerverwekkend voor proefdieren te classificeren. Fumonisine B1 komt frequent voor in Nederlandse voedingsmiddelen die maïs bevatten (tot ca. 500 ng/gram voedingsmiddel, in enkele gevallen meer). De bevolking is, op basis van deze besmettingsgraad en op basis van data over de maïsconsumptie, in algemene zin niet aan ontoelaatbare concentraties blootgesteld. Echter, mensen die aan gluten intolerantie (coeliakie) lijden, kunnen aan veel hogere concentraties van de stof blootgesteld zijn, omdat zij veel meer maïs consumeren dan de rest van de bevolking, en alertheid is hier geboden. 3. Regelgeving In de ontwikkelde landen wordt de noodzaak voor regelgeving die limieten aan de concentraties van mycotoxinen in voedingsmiddelen en veevoer stelt erkend. In de meeste Westerse landen is er dan ook specifieke regelgeving met betrekking tot mycotoxinen. Veel ontwikkelingslanden kennen daarentegen geen regelgeving in verband met mycotoxinen.

13 Natuurlijke toxinen in voedingsmiddelen: Mycotoxinen et bepalen van grenswaarden voor mycotoxinen in diverse producten (voedingsmiddelen vs. veevoer) is afhankelijk van een aantal factoren: de beschikbaarheid van toxicologische data, de beschikbaarheid van data over de besmettingsgraad van diverse producten, de beschikbaarheid van betrouwbare methoden voor monsterneming en analyse, de implicaties voor de internationale handel en de noodzaak van een toereikende voedselvoorraad. p international niveau houdt het Joint FA/W Expert Committee on Food Additives (JECFA) zich bezig met adviezen over maximale getolereerde blootstelling (TDI = Tolerable Daily Intake) betreffende diverse mycotoxinen. De toxicologische evaluatie van het JECFA mondt meestal uit in de schatting van een zogenaamde Provisional Tolerable Weekly Intake (PTWI), of de voorlopige getolereerde wekelijkse inname. Voorlopig omdat er in de meeste gevallen niet voldoende betrouwbare gegevens over de gevolgen van menselijke blootstelling beschikbaar zijn. Deze aanpak geldt doorgaans niet voor toxinen waarvan men vermoedt of weet dat zij kankerverwekkend zijn, zoals aflatoxinen. ier wordt aanbevolen dat de besmettingsgraad volgens het zogenaamde ALARA-principe (As Low As Reasonably Achievable) teruggebracht dient te worden. et ALARA-niveau is gedefinieerd als de concentratie van een stof, die niet uit een voedingsmiddel geëlimineerd kan worden zonder het voedingsmiddel in zijn geheel te verwijderen of de beschikbaarheid van belangrijke voedselvoorraden ernstig in gevaar te brengen. Er zijn veel pogingen geweest om internationaal aanvaardbare grenswaarden voor mycotoxinen in voedingsmiddelen vast te stellen. Tot op heden zijn echter geen beslissingen daaromtrent genomen, onder andere door een gebrek aan gestandaardiseerde methoden voor monsterneming en analyse van mycotoxinen. De Europese Commissie heeft reeds in 1976 grenswaarden voor mycotoxinen (aflatoxine B 1 ) in veevoer vastgesteld, in 1998 voor aflatoxinen B1, B2, G1 en G2 en aflatoxine M1 in melk en is doende tot grenswaarden te komen voor ochratoxine A en patuline. Verder wordt er gedacht aan mogelijke communautaire regelgeving voor aflatoxine B1 en ochratoxine A in babyvoedingsmiddelen. In Nederland is er alleen specifieke normstelling voor aflatoxinen in voedingsmiddelen. De Inspectie Gezondheidsbescherming, Waren

14 en Veterinaire Zaken controleert systematisch op overschrijdingen van de bestaande normen. 4. Preventie en verwijdering van mycotoxinen in voedingsmiddelen De beste manier om de aanwezigheid van mycotoxinen in voedingsmiddelen te voorkomen is het reduceren van schimmelgroei in de landbouw. Theoretisch kan dat op drie verschillende manieren: 4.1. ntwikkelen van schimmelresistente planten Er zijn cultuurplanten met resistentie tegen een groot aantal ziekteverwekkers ontwikkeld, onder andere ook met resistentie tegen Fusarium-schimmels. Met de toepassing van deze varianten kan de aanwezigheid van trichothecenen als deoxynivalenol en nivalenol in voedingsmiddelen voorkomen worden. et is tot nu toe niet gelukt om maïs- en pindaplanten te produceren die resistent zijn tegen aflatoxine-producerende schimmels. Bij de productie van resistente planten bestaat het risico dat de resistentiefactor toxische eigenschappen heeft Reductie van de hoeveelheid toxineproducerende schimmel Reductie van de hoeveelheid schimmel kan met behulp van bestrijdingsmiddelen gerealiseerd worden, die echter uit milieuoogpunt minder wenselijk zijn. Een nieuwe benadering is het gebruik van specifieke niet-toxische schimmels, die met de van nature voorkomende schimmels kunnen concurreren. Er is een aantal veelbelovende onderzoeken met niet-toxische varianten van Aspergillus flavus en Aspergillus parasitcus op pinda s uitgevoerd Preventie van schimmelgroei ver het algemeen is opslag van voedingsmiddelen of -grondstoffen bij lage vochtigheid en lage temperaturen afdoende om schimmelgroei en mycotoxinenvorming te voorkomen. Soms worden mycotoxinen echter al vóór of direct na de oogst gevormd. In sommige

15 Natuurlijke toxinen in voedingsmiddelen: Mycotoxinen gevallen kan een besmette oogst gedecontamineerd worden, maar de procedures voor decontaminatie brengen vaak weer andere problemen met zich mee. Preventie verdient hoe dan ook de voorkeur. 5. Literatuur. P. van Egmond, G. J.A. Speijers, R. B.M. Wouters, Van nature voorkomende vergiften in voedingsmiddelen, Voeding jaargang 51, nr. 4, april Worldwide Regulations for mycotoxins 1995, Food and Agriculture rganization of the United Nations, Rome, Italië 1997, ISBN Monique de Nijs, Public health aspects of Fusarium mycotoxins in food in the Netherlands, proefschrift Landbouwuniversiteit Wageningen (1997), ISBN International Food Safety andbook (1998), edited by C. A. van der eijden, W publicatie (in druk).