Introduzione 

Le micotossine sono metaboliti secondari tossici di alcuni funghi, che possono essere ampiamente e variamente presenti come contaminanti negli alimenti e nei mangimi (Smith et al., 2016) con significativi impatti sanitari ed economici in tutto il mondo (Rodrigues e Naehrer, 2012). Gli esseri umani e gli animali sono esposti alle micotossine principalmente attraverso l’ingestione di alimenti contaminati (Zain, 2011) che porta a vari problemi di salute, tra cui la morte istantanea in casi acuti, o tumori, immunosoppressione e crescita ritardata nei bambini, con prolungata esposizione (IARC, 1993; Probst et al., 2007; Varga et al., 2009; Wannop, 1961; Williams et al., 2004). La presenza di micotossine negli alimenti e nei mangimi è anche associata a perdite economiche significative a causa dell’aumento dei costi di produzione, della riduzione della produzione animale, della diminuzione dei valori di mercato e dell’irregolarità della produzione (Cardwell et al., 2001).

La riduzione della contaminazione da micotossine negli alimenti e nei mangimi avviene sia concentrandosi sulla prevenzione della colonizzazione fungina e della produzione di micotossine, sia rimuovendo le tossine dai prodotti mediante detossificazione (Temba et al., 2016a,b). L’infezione fungina e l’accumulo di micotossine nei raccolti si verificano sia sul campo che nei prodotti in deposito (Ismaiel e Papenbrock, 2015). L’applicazione di fungicidi e pesticidi è un rimedio comune pre-raccolta, mentre l’inattivazione dei funghi mediante procedure termiche, chimiche o di foto-irradiazione viene applicata per il controllo post-raccolta (Begum et al., 2009; Luksiene et al., 2005; Nemtanu et al., 2014). Senza un unico metodo di successo nella lotta contro il problema legato alle micotossine, si cerca di integrare varie misure di intervento a seconda delle circostanze. Mentre si segnalano risultati promettenti sull’uso della fotosensibilità contro i microrganismi patogeni (Luksienė and Zukauskas, 2009), l’applicazione del processo ai microrganismi alimentari è una scienza emergente (Buchovec et al., 2016; Luksiene, 2005).

La fotosensibilità uccide le cellule microbiche attraverso reazioni citotossiche indotte dall’energia delle molecole del fotosensibilizzante eccitate dalla luce (Wainwright, 1998). L’eccitazione efficace delle molecole dei fotosensibilizzanti si ottiene quando viene utilizzata la luce di lunghezza d’onda appropriata (Yoon et al., 2013). L’applicazione della fotosensibilità mediata da prodotti naturali coloranti è più adatta rispetto all’utilizzo di prodotti sintetici che potrebbero compromettere le preferenze dei consumatori (Hempel e Hamm, 2016). Alcuni estratti di piante sono potenziali fotosensibilizzanti (Dodge e Knox, 1986), e sono visti come fotosensibilizzanti preferibili nelle applicazioni alimentari (Aponiene et al., 2015).

Studi precedenti hanno segnalato la possibilità di utilizzare l’estratto di curcuma (curcumina) come un fotosensibilizzante di origine vegetale nella decontaminazione microbica (Dovigo et al., 2013; Hegge et al., 2012; Verwanger et al., 2011). Recentemente abbiamo riportato l’efficacia dell’estratto di curcumina nella mediazione della  fotoinattivazione di conidia del fungo Aspergillus flavus che produce aflatossina, sia nella coltura che quando inoculato sui chicchi di mais (Temba et al., 2016a,b). Idealmente, i fotosensibilizzanti dovrebbero essere sicuri per il consumo umano, economicamente efficaci, biochimicamente stabili e adeguatamente attivati utilizzando la luce della lunghezza d’onda appropriata (Allison et al., 2004).

La curcumina ((E,E)-1,7-bis(4-idrossi-3-metossifenil)-1,6-eptadiene-3,5-dione) è un composto polifenolico ottenuto dai tuberi di Curcuma longa (curcuma) come estratto giallo (Verghese, 1993). La fotosensibilità mediata dalla curcumina è stata studiata e caratterizzata in una serie di microrganismi tra cui funghi come A. flavus (Temba et al., 2016a,b) e Candida albicans (Dovigo et al., 2011a). L’estratto si è anche dimostrato efficace nella fotoinattivazione di batteri come Staphylococcus epidermidis (Hegge et al., 2012), Streptococcus mutans (Paschoal et al., 2013), Escherichia coli, Enterococcus faecalis e Streptococcus intermedius (Haukvik et al., 2009). Nel nostro studio precedente (Temba et al., 2016a,b) è stato dimostrato che la fotosensibilità mediata della curcumina è una tecnica efficiente per ridurre le popolazioni di conidi di A. flavus nei chicchi di mais. La riduzione del numero di spore vitali è stata osservata quando le spore sono state trattate con una combinazione di luce e curcumina, ma non con la luce o la curcumina da sole. È tuttavia inteso che, oltre ai conidi, le ife sono un importante stadio vegetativo fungino per la propagazione e la produzione di aflatossina. La decontaminazione di successo di conidi e ife e la limitazione dell’accumulo di aflatossina B1 forniscono informazioni importanti sull’utilità della tecnica come metodo post-raccolta di controllo dell’aflatossina.

In riferimento al lavoro precedente e al meglio delle nostre conoscenze, l’efficacia della fotosensibilizzazione mediata dalla curcumina contro le ife di A. flavus non è stata segnalata in precedenza. Nella situazione reale, si prevedono condizioni variabili di temperatura e pH quando la tecnica viene applicata in condizioni domestiche e industriali diverse, e l’impatto di questi parametri sulla fotosensibilità mediata dalla curcumina non è stato precedentemente documentato.

Questo studio è stato condotto per verificare l’efficacia della tecnica di fotosensibilità sulla disattivazione di ife fungine e conidi a temperatura variabile e condizioni di pH variabili. Lo studio investiga anche gli effetti della fotosensibilità sull’accumulo di aflatossina B1 sui chicchi di mais infettati sperimentalmente per prevedere l’utilità della tecnica nel controllo di questa tossina.

Abstract

Diversi metodi sono stati applicati nel controllo della contaminazione di alimenti e mangimi da parte della tossina fungina cancerogena, l’aflatossina, ma il problema rimane pervasivo nei paesi in via di sviluppo. La curcumina è un composto polifenolico naturale della curcuma speziata (Curcuma longa L.) che è stato identificato come fotosensibilizzante efficace per l’inattivazione di conidi di Aspergillus flavus. La fotoinattivazione mediata da curcumina di A. flavus si è rivelata una tecnologia con un elevato potenziale ed un metodo efficace per ridurre la densità di popolazione del fungo che produce aflatossina negli alimenti. Questo studio dimostra l’influenza del pH e della temperatura sull’efficienza della fotoinattivazione del fungo e su come il trattamento dei chicchi di mais contaminati da spore influisce sulla produzione di aflatossina. I risultati mostrano che l’efficienza della fotoinattivazione mediata da curcumina dei conidi e delle ife fungine non è stata influenzata da temperature comprese tra 15 e 35 ° C o un intervallo di pH compreso tra 1,5 e 9,0. La produzione di aflatossina B 1 è stata significativamente inferiore (p <0,05), con una media di 82,4 μg/kg rispetto a 305,9 μg/kg osservati in mais non trattato tenuto in condizioni simili. I risultati di questo studio indicano che la fotosensibilizzazione mediata dalla curcumina può potenzialmente essere applicata in condizioni ambientali semplici per ottenere una riduzione significativa della contaminazione post-raccolta dell’aflatossina B1 nel mais.

Parole chiave: aflatossina B1, fotosensibilizzazione, curcumina, mais, pH, temperatura

 

CURCUMIN-BASED PHOTOSENSITIZATION INACTIVATES ASPERGILLUS FLAVUS AND REDUCES AFLATOXIN B1 IN MAIZE KERNELS

Benigni A. Tembaa,b, Mary T. Fletcherb, Glen P. Foxb, Jagger Harveyc,d, Sheila A. Okothe, Yasmina Sultanbawab

aCollege of Veterinary Medicine and Biomedical Sciences, Sokoine University of Agriculture, P. O. Box 3000, Morogoro, Tanzania

bQueensland Alliance for Agriculture and Food Innovation (QAAFI), The University of Queensland, Health and Food Sciences Precinct, Coopers Plains QLD 4108 Australia

cFeed the Future Innovation Lab for the Reduction of Post-Harvest Loss, Kansas State University, Manhattan, KS, 66506, United States

dBiosciences eastern and central Africa-International Livestock Research Institute (BecA-ILRI) Hub, Nairobi, Kenya

eSchool of Biological Sciences, University of Nairobi, Kenya

DOI: https://doi.org/10.1016/j.fm.2018.12.013

Food Microbiology 82 (2019) 82–88

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