Anpassung der Methoden zum Schnellnachweis von Mykotoxinen an ein sich änderndes Klima

So wie sich das Klima ändert, so ändert sich auch die Methode zum Vor-OrtNachweis von Mykotoxinen.

Julie Sundgaard und Kristen Mintle von Romer Labs North America diskutieren, wie extreme Wetterphänomene wie der Hurrikan Harvey in Texas im Jahr 2017 die Menschen zwingen, auf neue Bedrohungen zu reagieren.

Die Fähigkeiten der Testmethoden müssen den neuen und ungewöhnlichen Herausforderungen, die mit extremen Wetterbedingungen einhergehen, gewachsen sein.

Die Auswirkungen des Klimawandels machen sich in vielerlei Hinsicht bemerkbar: Zerstörerische Stürme wie Hurrikane, Überschwemmungen, extreme Hitze und Trockenheit beeinträchtigen landwirtschaftliche Produkte sowie die Tiere und Menschen, die darauf angewiesen sind. Die FDA stellte in einer Zusammenfassung der Auswirkungen von Wirbelstürmen und Überschwemmungen auf die Sicherheit von Tierfutterpflanzen fest, dass extreme Wetterphänomene wie Überschwemmungen Getreide und andere landwirtschaftliche Produkte schädigen, wodurch sie von mykotoxinproduzierenden Schimmelpilzen wie Aspergillus- und Fusarium-Stämme infiziert werden können1. In der Tat zeigten die BIOMIN Mycotoxin Umfragen 2017 und 2018 einen weltweiten Anstieg der Werte von Fumonisin, einem von Fusarium 2 produzierten Mykotoxin. Viele gehen davon aus, dass das wärmere und feuchtere Wetter zu diesem Anstieg geführt hat3

Daher ist die Mykotoxinanalyse vor Ort so wichtig. Sie liefert den Produzenten schnelle Ergebnisse und bietet ihnen so die Möglichkeit, auf schwankende Wetterbedingungen zu reagieren. In diesem Artikel zeigen wir dies anhand zweier Beispiele aus den USA: in einer Fallstudie über eine strategische Antwort auf erhöhte Fumonisinwerte in Mais in den südlichen Great Plains als Folge der durch Wirbelstürme verursachten Überschwemmungen im Jahr 2017 und in einem Bericht über die normalen Vorgehensweise von Erdnussproduzenten bei erhöhten Aflatoxinwerten durch die Trockenheit im Südosten der USA.

Fallstudie: Anpassung der Nachweis bereiche von Teststreifen zur Beurteilung von hohen Fumonisinwerten Bauer in mehreren nahrungsmittelproduzierenden Regionen der Welt, sind mit immer mehr Überschwemmungen konfroniert. Im März 2019 erlebten Iowa, Nebraska, Missouri und Kansas historische Überschwemmungen als Folge von Eisstaus, dem Abschmelzen enormer Schneefälle und übermäßigen Regenfällen. Dies führte zum Versagen von mindestens 30 Deichen. Die daraus resultierende Überflutung beeinträchtigte etwa 90.000 Getreidespeicher und mehr als 6,5 Millionen Hektar Mais, Sojabohnen und Weizen. Der gesamte wirtschaftliche Schaden überstieg 7 Milliarden Dollar.4

Diese Überschwemmungen sind die Fortsetzung eines gewissen Trends. Überschwemmungen und die damit verbundenen landwirtschaftlichen Schäden beherrschen beinah dauerhaft die Schlagzeilen in den USA.

Als der Hurrikan Harvey am 25. August 2017 als Sturm der Kategorie 4 auf Land traf, bewegte er sich weiter ins Landesinnere und brachte sehr hohe Regenmengen mit. Zu diesem Zeitpunkt stand die Jahresernte kurz bevor und niemand hätte die katastrophalen landwirtschaftlichen Ereignisse, die bald folgen würden – insbesondere im Texas Panhandle und Oklahoma

Panhandle, im Südwesten von Kansas und im Südosten von Colorado – vorhersagen können.

Im September 2017, als die Erntesaison begann, wurden Maisproben gesammelt und zur Analyse an Drittlabore geschickt. Aufgrund der übermäßigen Regenfälle durch den Hurrikan Harvey kurz vor der Erntesaison gab es im Texas Panhandle Anzeichen für hohe Fumonisinwerte. Die Regenfälle boten den Fusarium-Schimmelpilzen, die Fumonisin produzieren, ideale Wachstumsbedingungen. Obwohl dieser Schimmelpilz nicht weit verbreitet und von Landkreis zu Landkreis unterschiedlich ist, hatten die Maisproben so hohe Fumonisinwerte wie noch nie zuvor: 30 ppm, 50 ppm, 70 ppm und sogar 100 ppm.

Je nach beabsichtigter Produktverwendung liegen die akzeptablen Fumonisinwerte in den USA für den menschlichen Verzehr zwischen 2 ppm und 4 ppm und für Tierfutter (Mais und Maisnebenprodukte) zwischen 5 ppm und 100 ppm. In Europa sind die akzeptierten Werte jedoch strenger und liegen für den menschlichen Verzehr zwischen 0,2 ppm und 4 ppm und für Tierfutter zwischen 5 und 60 ppm.5

Als die Fumonisinproblematik eskalierte, wurden die Mykotoxintests zum häufigsten Diskussionsthema in der Industrie – insbesondere im Texas Panhandle, wo die Fumonisinkonzentration im Durchschnitt bei etwa 4 ppm lag. Mit wachsender Besorgnis und nach ausgiebigen Diskussionen haben die Viehzüchter 60 ppm als sicheren Wert für ihre Tiere festgelegt.

Romer Labs war seit Beginn dieser Krise an den Gesprächen beteiligt. Romer Labs erhielt mehrere Anfragen, ob es möglich sei, direkt vor Ort hohe Fumonisinwerte in eingehenden Maislieferungen zu testen. Das damals angebotene AgraStrip® WATEX® Fumonisintestkit reichte für Werte von 0-5 ppm und mit einem Verdünnungsschritt bis hin zu 5-30 ppm. Die Viehzüchter informierten uns, dass aufgrund des erhöhten Fumonisinvorkommens im Mais sofort Tests benötigt würden, die viel höhere Fumonisinwerte als die bisherigen messen können.

Romer Labs reagierte darauf mit der Entwicklung einer dritten Kurve unter Verwendung eines weiteren zusätzlichen Verdünnungsschritts, wodurch das AgraStrip® WATEX® Fumonisintestkit einen weiteren Bereich von 30-100 ppm abdeckt.

Die Entwicklung der dritten Kurve war innerhalb weniger Tage abgeschlossen und bereit für den Einsatz vor Ort. Aufgrund der hohen Werte zu Beginn der Erntesaison wurde von den Viehzüchtern ab sofort nur noch im Bereich von 30-100 ppm erfolgreich getestet. Dies setzte sich bis 2018 fort.

Dieses Beispiel zeigt, dass vor allem nach einem extremen Wetterereignis, wie zum Beispiel einer Überschwemmung durch einen Wirbel- oder Tropensturm, ein erhöhter Bedarf an Mykotoxintests besteht. Doch die Möglichkeiten der Testtechniken müssen auch den neuen und ungewöhnlichen Herausforderungen, die mit extremen Wetterverhältnissen einhergehen, gerecht werden. Also musste der Bestimmungsbereich erweitert werden, um auch die explodierenden Fumonisinkonzentrationen messen zu können. Anbieter von Testkits und diejenigen, die sie vor Ort anwenden, müssen immer häufiger flexibel reagieren.

Testkits zur Kontrolle extremer

Aflatoxinkonzentrationen in Erdnüssen

Überschwemmungen sind natürlich nicht das einzige extreme Wetterphänomen, das zu erhöhten Mykotoxinwerten führen kann. Nur wenige wissen dies besser als die Erdnussbauern im Südosten der USA, wo Trockenheit und Hitze die Kulturen unter erheblichen Stress setzen können, was sie für aflatoxinproduzierende Aspergillus-Stämme anfällig macht.

Für das Auftreten von Aflatoxin in Erdnüssen sind in erster Linie Aspergillus parasiticus und Aspergillus flavus verantwortlich. Diese Schimmelpilze kommen auf natürlicher Weise im Boden vor, sodass es schwierig ist, ihren Kontakt mit den unterirdisch wachsenden Hülsenfrüchten zu verhindern. Wenn jedoch die Durchschnittstemperaturen bei oder über 32 °C liegen und Hitze mit Trockenheit zusammenfällt, werden die Erdnüsse noch anfälliger für das Auftreten von Aflatoxin. Auf diese Stressfaktoren kurz vor der Ernte haben die Landwirte nur wenig Einfluss.

Die Witterungsbedingungen in der Erntezeit können den Stress für die Erdnusspflanze noch verstärken und zu Hülsenschäden führen, wodurch Aspergillus noch besser eindringen kann. Auch wenn kurz vor oder während der Ernte intensive Regenperioden oder Überschwemmungen auftreten, haben die Erdnüsse nicht genügend Zeit, um ausreichend zu trocknen, bevor sie eingelagert werden. Wie auch bei anderen Schimmelpilzen kann eine Feuchtigkeit von mehr als 14% das Wachstum von mykotoxinproduzierenden Schimmelpilzen während der Lagerung begünstigen.

Wie kann man darauf reagieren, wenn die Vermutung nahe liegt, dass Trockenheit und Hitze zu hohen Aflatoxinwerten in Ihrer Kultur geführt haben? In der Regel obliegt es den Ankaufsstellen oder Schälanlagen, Maßnahmen zu ergreifen. Zunächst klassifizieren die Betreiber von Erdnussankaufsstellen die Erdnüsse nach mehreren vom USDA-FSIS festgelegten Merkmalen:

Qualität der Hülse, visuelle Anwesenheit von Schimmel, lose Hülsen, usw.. Die Erdnüsse mit der besten FSIS-Bewertung „Seg1“ werden dann mit Streifentests getestet, um die Erdnüsse weiter klassifizieren zu können. Die Ankaufsstellen entscheiden dann je nach Aflatoxinkonzentration über die Lagerung.

Durch Isolierung der stark kontaminierten Erdnüsse bewahren die Ankaufsstellen die Integrität von unkontaminierten oder weniger kontaminierten Erdnüssen, sodass diese für den direkten menschlichen Verzehr geeignet bleiben. Die hochkontaminierten Erdnüsse sind oft für Produkte bestimmt, bei deren Herstellung der Aflatoxingehalt eliminiert oder reduziert wird. Bei der Ölproduktion aus intakten Erdnussfrüchten sind die Übertragungsraten der Aflatoxine gering. Durch Raffination und andere Behandlungen werden die Aflatoxinwerte weiter reduziert.

Vom Lager werden die Erdnüsse dann zu den Schälanlagen transportiert, wo Streifentests Informationen über die Aflatoxinkonzentration liefern und entsprechend Entscheidungen über die weitere Verwendung gefällt werden, zum Beispiel die Art der Lebensmittel, für die sie genutzt werden können. Erdnussschalen für Tierfutter werden noch einmal auf Aflatoxine getestet, bevor sie zu den Futtermühlen gelangen.

Fazit: Veränderung des Klimas, Veränderung der Testmethoden

Extreme Trockenheit und Hitze, gemeinsam mit vorzeitig auftretenden Regenfällen, verursachen überdurchschnittliche hohe Aflatoxinwerte in Erdnüssen. Da sich das Klima ändert und sich die Erde erwärmt, werden extreme Wetterbedingungen die Anstrengungen, Mykotoxine und die sie produzierenden Schimmelpilze in Schach zu halten, weiterhin erschweren. Drastische Ereignisse wie Wirbelstürme sind unvorhersehbar und erfordern eine rasche Anpassungsfähigkeit der Landwirte und Getreidehändler, um sich auf erhöhte Werte von Fumonisinen und anderen Mykotoxinen, die bei feucht-warmen Bedingungen gedeihen, einzustellen.

Um die Lebens- und Futtermittelsicherheit zu gewährleisten, erfordern diese neuen Umweltbedingungen kreative Ansätze, die über die einfache Anpassung der Parameter bestehender Testkits hinausgehen. Wie genau diese Lösungen aussehen, ist derzeit Gegenstand vieler Untersuchungen und Spekulationen.

Quellen

1 FDA (9. November 2019). Safety of Food and Animal Food Crops Affected by Hurricanes, Flooding, and Power Outages. Abgerufen unter: https://www.fda. gov/food/food-safety-during-emergencies/safetyfood-and-animal-food-crops-affected-hurricanesflooding--and-power-outages#general.

2 BIOMIN (29. August 2018). 2017 BIOMIN Mycotoxin Survey Results. Abgerufen unter: https://www.biomin. net/science-hub/2017-biomin-mycotoxin-surveyresults/.

3 BIOMIN and Romer Labs (19. Februar 2018). Mycotoxin Outlook 2018: The Rise of Fumonisins. Abgerufen unter: https://www.romerlabs.com/en/knowledgecenter/knowledge-library/videos/news/webinarmycotoxin-outlook-2018-the-rise-of-fumonisins/.

4 AgFax (25. April 2019). Midwest Flooding: 150K Growers, 16Mln Acres. Abgerufen unter: https://agfax. com/2019/04/25/midwest-flooding-150k-growers16mln-acres/.

5 FDA (November 2001). Guidance for Industry: Fumonisin Levels in Human Foods and Animal Feeds. Abgerufen unter: https://www.fda.gov/regulatoryinformation/search-fda-guidance-documents/ guidance-industry-fumonisin-levels-human-foodsand-animal-feeds.

Da sich das Klima ändert und sich die Erde erwärmt, werden extreme Wetterbedingungen die Bemühungen, Mykotoxine und die sie produzierenden Schimmelpilze in Schach zu halten, weiterhin erschweren.