Élelmiszer biztonság fokozás a gabona alapanyagok mikotoxin szennyezettségének csökkentésével-MYCOSTOP-projekt 

NKTH TECH_08-A3/2-2008-0385 (OM-00234/2008)

Az Agruniver Holding Kft. vezetésével létrejött konzorcium "Élelmiszer biztonság fokozása gabona alapanyagok mikotoxin szennyezettségének csökkentésével" címmel (azonosító: MYCOSTOP) pályázatot nyújtott be a Nemzeti Technológiai Program /A3 - Versenyképes agrárium és élelmiszeripar/ pályázati felhívására 2008 szeptemberében. A Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal a pályaművet nyertes pályázatként elfogadta, a program időtartama 2009 január 01- 2011 szeptember 30.

A MYCOSTOP-program célkituzései és az azt megvalósító konzorciumi partnerek A projekt az élelmiszerláncról szóló 2008/XLVI Törvénnyel összhangban, olyan komplex, többlépcsős logisztikai rendszer kifejlesztését tűzte ki célul gabonatételek multi-mikotoxin szennyezettségének monitorozának fejlesztésével, amely élelmiszerbiztonsági szempontból is hozzájárul a gabona termékpálya nyomonkövetési rendszerének kiépítéséhez. Ezt az irányt olyan innovatív kutatások egészítik ki, melyben a mikotoxinok biodegradációját általunk szelektált toxinbontó mikrobák felhasználásával érjük el. A mikotoxin monitoring rendszer kidolgozása mellett nagy hangsúlyt helyezünk a környezetbiztonságra is. A mikotoxinok biológiai hatásainak komplex feltárására és biomonitoring rendszerek fejlsztésére vállalkozunk toxin dúsulással járó technológiai folyamatban. Olyan módosított, speciális hidroláz enzimeket alkalmazó bioetanol-technológia kidolgozására teszünk kísérletet, melyben immobilizált toxinbontó mikrobákat tartalmazó fluidágyas reaktorban detoxifikáljuk a kontaminált gabonatételeket.

A projektben három ipari partner és három kutatóhely alkotja a konzorciumot. A Csuka Gabona Kft. gabona és takarmány forgalmazó cég az alapanyag biztosításával, a valós piaci igények közvetítésével, az Agruniver Holding Kft. a mikroba biotechnológia területén szerzett jártasságával járul hozzá a projekthez. A Pannon Egyetem laboratóriumi modell etanol gyárában dolgozuk ki a mikotoxinnal szennyezett gabonatételek hasznosítási lehetoségeit a Debreceni Egyetem Biokémiai Tanszéke és a Szent István Egyetem Regionális Tudásközpontja (SZIE-RET) közreműködésével. A mikotoxinok analitikai és ökotoxikológiai vizsgálatait és monitoringozását a Wessling Hungary Kft és a SZIE-RET végzi el.
A projekt céljának, újdonságtartalmának bemutatása.

A projekt indokoltsága

Az Országgyűlés felismerve, hogy az emberek biztonságos élelmiszerrel történő ellátásához a teljes élelmiszerlánc egységes és folyamatos hatósági felügyelete szükséges, az Európai Unió szabályozásával összhangban megalkotta és elfogadta a 2008. évi XLVI. Törvényt az élelmiszerláncról és hatósági felügyeletéről. Ennek 22. § 1/b pontjában olyan önellenőrzési, minőségbiztosítási, nyomonkövetési, termék-visszahívási rendszerek kialakítását, működtetését írja elő a gabona termékpálya képviselőinek, amelyekkel biztosítható az élelmiszer biztonságossága, megfelelő minosége, azonosíthatósága és nyomon követhetősége. Élelmiszerbiztonsági szempontból vitathatatlanul legnagyobb jelentősége a gabonák mikotoxin szennyezettségének van. Az EU elkötelezettségét az élelmiszerbiztonság prioritásában jelzi, hogy a közösségben van hatályban a világ legszigorúbb mikotoxin-határérték rendelete, ami pl. a mogyorófélék aflatoxinB1 szennyezésénél negyedakkora koncentrációt enged meg, mint az amerikai szabályozás! Az EU vezető szerepét e területen az is alátámasztja, hogy a 2008-ban indult World Mycotoxin Journal tudományos folyóirat is egy európai kiadó, a Wageningeni Academic Publisher gondozásában jelenik meg.

A projekt célja:

A projekt keretében egyfelől egy olyan komplex, többlépcsős logisztikai rendszert kívánunk kifejleszteni gabona tételek beltartalmi értékének és multi-mikotoxin szennyezettségének monitorozására, amely élelmiszerbiztonsági szempontból is hozzájárul a gabona termékpálya nyomonkövetési rendszerének kiépítésére, a 2008/XLVI Törvény szellemével összhangban. A kutatás-fejlesztési elemek a kontaminált gabonatételek kiszűrését teszik lehetővé, ezáltal passzív módon járulnak hozzá az élelmiszerbiztonság megteremtéséhez. -Programunk másik hangsúlyos ága, a mikotoxinok direkt biodegradációjának, a kontaminált gabonatételek bio-detoxifikációjának lehetőségét feltáró innovatív kutatások. Az itt tervezett fejlesztéseink lehetővé teszik a probléma aktív, környezetkímélő és gazdaságos kezelését is. -A projekt öt kutatási főfeladat egymásra épülő egységébol áll. A mikotoxin monitoring rendszer kidolgozása mellett nagy hangsúlyt helyezünk a környezetbiztonságra. A mikotoxinok direkt toxikus hatásának kimutatása mellett, azok karcinogén és endokrin rendszerre ható mellékhatásait is elemezni kívánjuk. Ezek nélkül az ismeretek nélkül nem lehetne kiválasztani azokat a toxinbontó mikroorganizmusokat, amelyekkel biztonságosan, a mellékhatások minimalizálásával lehet toxinnal kontaminált gabonatételek hasznosítását megoldani speciális, módosított bioetanol technológiával.
A részfeladatok céljainak ismertetése:

Olyan többlépcsős logisztikai rendszert kívánunk fejleszteni, mely a gabona beltartalmi értékeinek vizsgálata mellett, magában foglalja a mikotoxin-szűrovizsgálatokra alkalmas analitikai eljárásokat, valamint egy új, innovatív módszer fejlesztését a szántóföldi gabona késobbi toxinszennyezettségének előrejelzésére. Ezek a fejlesztési monitoring irányok igen széles területet ölelnek fel: az aratás előtti mikotoxin előrejelzésre alkalmas, toxinogén gomba rasszok kvalitatív és kvantitatív kimutatására alkalmas molekuláris alapú RT-PCR Taqman technika alkalmazását, ELISA-alapú on site kit-ek kidolgozását, különböző fajtájú tárolt gabonatételekre validált kimutatási eljárásokat és teszteket, klasszikus és molekuláris mikológia paraméterezést és takarmányféleségekre (DDGS) validált mérési eljárások kidolgozását érintik.
Tervezzük a mikotoxin dúsulással járó bioetanol technológia mikotoxin monitoringjának teljes körű fejlesztését. Ehhez kukorica szárazőrléses technológiájú, laboratóriumi méretű bioetanol gyárat alakítunk ki. A technológia lépéseinek mikotoxin monitoringját speciális analitikai és immunkémiai módszerekkel oldjuk meg. A mikotoxinok és bomlástermékeik biológiai hatásának elemzésére a hormonháztartást zavaró hatás, a direkt toxicitás és a karcinogenitás mérésére alkalmas teszteket és módszerek dolgozunk ki vagy adaptálunk. Elemezzük a mikotoxinoknak az etanogén élesztokre gyakorolt direkt toxikus hatását és ezen keresztül az etanol hozamcsökkenést is.
A biológiai detoxifikálást olyan meglévő, vagy késobb izolálandó mikrobák felhasználásával képzeljük el, melyek mikotoxinokat (Aflatoxin B1 és származékai, T2-toxin, DON, Zearalenon, Fumonizin) képesek lebontani. Előkísérleteink eredményei szerint már rendelkezünk olyan talajmikrobákkal, melyek az Aflatoxin B1 rendkívül gyors és hatékony elbontására képesek. Ezzel a törzsgarnitúrával nagy valószínűséggel sikerrel tudunk majd olyan immobilizált sejteket tartalmazó biofiltereket fejleszteni, melyek mikotoxinokkal kontaminált rendszerek mentesítését jelenthetik (pl. elfolyó szennyvíz). A pályázat kapcsán megpróbáljuk feltárni a toxinbontás során képzodő hasítási termékek veszélyességét is (maradék toxicitást/karcinogenitást/EDC hatásmérés). Kulcsfontosságú lépés ezen szervezetek molekuláris nemesítése, hatékonyságnövelése a genetic engineering eszközeinek használatával, amihez a megfelelő technikai háttér, speciális mutagenezis rendszerek és szakembergárda rendelkezésre áll.
A program negyedik ága mintegy szintézise az első három feladatnak. Ebben olyan módosított bioetanol technológiát dolgoznánk ki, ahol a kontaminált gabonatételek környezetkímélő felszámolását etanol melléktermékképzés közben valósítanánk meg. A folyamatban a mikotoxinnal szennyezett gabonatételek élesztős erjesztése előtti, vagy azt követő enzimes kezelése történne, mellyel a rostanyag és a toxinok nagy részét is mobilizálnánk, majd egy másodlagos, a pentózokat is hasznosító erjesztési lépésben további etanol termelés lenne lehetséges. A visszamaradó moslék toxintartalmának csökkentése immobilizált mikotoxin-bontó mikrobákkal, a program keretében fejlesztett fluidágyas reaktorban valósulna meg-a folyamat teljes körű mikotoxin monitoringja mellett.
Eredményeink publikus részét Web-alapú adatbázisban tennénk elérhetővé, mellyel a hazai mikotoxin kutatások segítése, felgyorsítása mellett az elterjedőben lévo mikotoxin dúsulással járó technológiai folyamatok, és a szeszmoslék multimikotoxin határérték szabályozásának kidolgozásához tudnánk ajánlásokat nyújtani az FVM-nek.

A projekt újdonságtartalma és unikális jellege abban rejlik, hogy a mikotoxinok analitikai és immunkémiai kimutatásának kutatása mellett a mikotoxinok biológiai bontásának lehetőségét is vizsgálja. A két alprogram szintéziseként pedig, olyan mikotoxin-mentesítési technológia kidolgozására vállalkozik, ami a világon egyedülálló fejlesztést jelent.

Projektünk nemzetközi összevetését és újdonságtartalmának bemutatását az egyes céloknak megfelelően az alábbiakban foglaljuk össze:

Fotometriás, enzimbázisú, hemicellulóz mérésre alkalmas know-how és kit kidolgozása A búza fajták közötti hemicellulóz tartalom különbségek jelentősége a szesziparban nagy, ahol szignifikáns (4-5%) etanol hozam eltérések is jelentkeznek emiatt. A magas xilán tartalom viszkozitási problémákat generálhat, melyek a bepárlási technológiai lépéseknél okoznak energia bevitel növekményt. A laborok, gyárak az extrahálható keményítőt, fehérje tartalmat egyszerű módszerekkel rutinszerűen mérik, de a problémás hemicellulóz frakció mérésére csak céllaboratóriumok igen költséges módszerei állnak rendelkezésre. Mi egy enzimreakción alapuló egyszerű fotometriás mérési rendszer kifejlesztését tűztük ki célul. A projekt keretében fejlesztendő, a fajták elemzésére és a szeszmoslék minosítésére alkalmas, egyszerű hemicellulóz tartalom-mérő kit nincs jelenleg a világpiacon.
A gabona termesztés és felhasználás teljes vertikumát átfogó mikotoxin monitoring rendszer know-how-ja Az Európai Unió Bizottsága 2006/576/EC számú ajánlásának 1. pontja kimondja, hogy a tagországoknak – a takarmányipar közreműködoinek aktív bevonásával – növelniük kell a takarmányozásra szánt gabonák és gabonakészítmények monitorozását 7 féle mikotoxinra: deoxynivalenol, zearalenone, ochratoxin A, fumonisin B1 + B2, T-2 és HT-2 toxin. Jelenleg nem rendelkezünk kello ismeretekkel a mikotoxinok együttes előfordulásának törvényszerűségeiről. Különösen a T-2 és HT-2 takarmány célú termékekben való elofordulásáról hiányosak a rendelkezésre álló adatok. A fenti ajánlás 2. pontja szerint ezért minden mintából szimultán módon mind a 7 toxin meghatározását el kell végezni. Ahhoz, hogy a fenti uniós elvárásoknak eleget tegyünk, olyan analitikai módszerekre van szükségünk, amik kellő gyorsasággal és pontossággal nagyszámú minta egyszerű, olcsó mérését (screenelését) teszik lehetové. Az analitikai méréseket olyan molekuláris biológiai módszerekkel (RT-PCR Taqman próbázás) egészítjük ki mellyel a minták toxinogén gombatörzsei kimutathatóak a toxinszintézisért felelos génjeik megléte alapján. Napjainkban kezd elterjedni ez a módszer, mert a használatával már a betakarítás elott jelzést lehet kapni a gabonatételek potenciális mikotoxin érintettségéről. A projektben saját primereket tervezünk és a kapott eredményeket megpróbáljuk a toxinanalitika eredményeivel korrelálni. Ilyen megközelítésre kevés példát találni a nemzetközi irodalomban.
Szeszmoslék mikotoxin analízére alkalmas analitikai metodika know-how bejelentése Az Európai Unió Bizottsága 2006/576/EC számú ajánlásának 3. pontja különösen felhívja a figyelmet a takarmányként hasznosítandó melléktermékekben előforduló mikotoxinokra. Az ajánlás időszerűségére a bécsi Biomin takarmány-adalékgyártó és forgalmazó cég 2007. decemberi, átfogó szeszmoslék mikotoxin tartalom vizsgálatának eredményei megdöbbentő képet mutatnak. Az Európából és Amerikából származó mintegy 103 szeszmoslék minta 96%-a tartalmazott 2 vagy több mikotoxint. A szeszmoslék igen összetett rendszer, mely a használt tartósítószertől, változó összetételétol és a különböző szennyezoktől függően nehezen összevethető mérési eredményeket produkál. Az eddig piacon lévő ELISA-alapú tesztrendszerekről pl. bebizonyosodott, hogy sokszor pontatlan eredményt adnak. A jelenlegi használt rutin toxinanalitikai módszerek sem felelnek meg szeszmoslékok minősítésére. Olyan validált, a szeszmoslék multi-mikotoxin kontamináltságát mérő analitikai metodikát fejlesztünk a projekt során, mely referenciaként szolgálhat a hazai minősítési vizsgálatokban. A projekt keretében kidolgozandó mérési rendszer a toxinszennyezettség pontosabb elorejelzését teszi lehetővé.
Mikotoxinbontásra alkalmas, immobilizált élősejteket tartalmazó, fluidágyas reaktor kifejlesztése- szabadalom A mikotoxinok biológiai bontására tervezett reaktor a világon elsőként próbál technológiai folyamatban alkalmazható toxinmentesítési eljárást megvalósítani. Az irodalomban egyetlen példát találni a talán legveszélyesebb mikotoxin az aflatoxin B1 biológiai lebontására. (Alberts és munkatársai, Int J Food Microbiol, 2006). Konzorciumunk rendelkezik olyan mikroba törzzsel, ami az irodalmi adatokat meghaladó mértékű, teljes toxin degradációra képes. A projekt során olyan törzsgyűjteményt screenelünk mikotoxin bontó képesség alapján, mely aromás szénhidrogénbontó mikrobákból lett kialakítva. A már meglevő és később szelektálandó mikroorganizmusokat hordozóhoz kötjük, majd ezt töltetként használva alakítjuk ki a fluidágyas reaktort. A célmikrobáink rokonsági körének immobilizálásáról tucatnyi irodalmi hivatkozást találni alginát- akrilamid és polivinil alkohol hordozót alkalmazva rögzítő mátrixként. A világon egyedülálló és rendkívül fontos fejlesztés lenne a célok között megjelölt, aflatoxin biodegradációjára alkalmas, immobilizált élosejteket tartalmazó fluidágyas reaktor, mellyel a nagy problémát okozó kontaminált szeszmoslék biodetoxifikációja lenne megoldható.
Mikotoxinok környezeti biomonitoring rendszerének kifejlesztésére, know-how bejelentése A bioetanol gyárak mikotoxin szabályozása hazánkban még nem lezárt folyamat. A bioetanol gyárak elfolyó szennyvizének az emberi hormonháztartást zavaró mikotoxin szintjeinek környezeti monitoringja teljesen feltáratlan terület, nemcsak Magyarországon, de az EU többi országaiban is. A projekt keretében megvalósítandó egységes ökotoxikológiai monitoring rendszer alapvető adatokkal járulhat hozzá a bioetanol gyártás folyamatainak toxin dinamikájához, és ezen keresztül az élelmiszer- és a környezetbiztonsághoz. A rendszer egyes elmei, a Vibrio fischeri mikroba lumineszcenciáján alapuló ökotoxikológiai teszt és a Vitellogenin-ELISA hormonhatást méro rendszerek közismertek, adaptálásuk a bioetanol gyár szennyvizének elemzésére azonban világviszonylatban is új felvetés.
Mikotoxinnal kontaminált gabonatételek környezetkímélő hasznosítása (Know-how) Mikotoxinokkal kontaminált gabonatételek biológiai detoxifikálására jelenleg nem létezik használható eljárás a világon. A toxinfrakció az irodalmi adatok szerint a gabona termésfalában koncentrálódik- így ennek a résznek az elfolyósítása kulcsfontosságú feladat a toxin mobilizálása szempontjából. A projekt keretében módosított bioetanol technológiát (Bruce és munkatársai, Bioresource Technology, 2007) alkalmaznánk, melyben a rostos termésfalat speciális, általunk klónozott és termelt termostabil vagy nanotechnológiával stabilizált celluláz és hemicelluláz enzimekkel folyósítanánk el. Pentóz fermentációra alkalmas mikroba használatával, így emelt szintu etanol hozamot lehetne elérni, míg a vizes közegből toxinbontó mikrobákat tartalmazó fluidágyas reaktorban bontanánk el a toxinokat. A folyamat környezetbiztonságát széleskörű analitikai, toxikológiai és biomonitoring rendszerekkel támasztanánk alá. Ilyen jellegű technológia jelenleg sehol sem elérhető a világon.