HACCP: riscuri de natura biologica in industria de morarit si panificatie

Sistemul HACPP a fost creat în principal, pentru prevenirea apariţiei acestor tipuri de riscuri.
Marea majoritate a microbilor produce toxine. Se consideră că doar cinci microorganisme pot fi considerate sigure, din punct de vedere toxicologic. Acestea sunt: o bacterie (Bacillus subtilis), două drojdii (Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces fragilis) şi două specii de mucegaiuri (Aspergillus niger, Aspergillus oryzae).
Toxinele bacteriene se clasifică în endo- şi exotoxine. Exotoxinele au mase moleculare mici şi pot părăsi bacteria prin peretele de peptidoglican (la bacteriile Gram-pozitive) sau prin membrana externă (la bacteriile Gram-negative), fără probleme. Endotoxinele sunt lipoglicoproteine legate intim de membrana externă a bacteriilor Gram-negative, iar eliberarea lor implică distrugerea microbului.
De multe ori, intoxicaţiile apar prin utilizarea unor produse alimentare în care bacteria nici nu poate fi depistată, dar toxina continuă să existe. De altfel, toxinele sunt eliberate ca pretoxine, care nu prezintă toxicitate. O dată cu eliberarea în mediu, apar reorganizări moleculare, clivări, pierderi de aminoacizi etc, evenimente care declanşază manifestarea toxicităţii.

Marea majoritate a toxinelor bacteriene prezintă proprietăţi antigenice, respectiv stimulează producerea anticorpilor în organismele în care au pătruns. S-a constatat că uneori, exotoxinele îşi pierd spontan toxicitatea, dar îşi conservă antigenitatea. O astfel de toxină transformată a fost denumită „toxoid” (sau anatoxină). Transformarea toxinelor în toxoizi este stimulată de formaldehidă, acidul azotos, acidul ascorbic (care este folosit ca aditiv oxidant în corectarea calităţilor reologice ale făinii), hexametilentetraamina etc.
Bacteriile din genul Bacillus utilizate pe scară largă în industrie (industria alimentară, farmaceutică, a detergenţilor etc) sunt mari producătoare de enzime şi antibiotice. O serie de specii precum: Bacillus thuringiensis, Bacillus popilliae, Bacillus sphaericus produc toxine proteice (cristale proteice), utilizate cu succes drept insecticide. Acest tip de toxine nu au formulele elucidate în întregime, dar distrug atât larvele, cât şi insectele adulte.
De asemena, multiplicarea Salmonella constituie factor de risc, datorită biosintezei enterotoxinei, cu urmări grave asupra sistemului digestiv şi homeostaziei. Alte bacterii contaminante produc toxine deosebit de puternice, de origine proteică. Spre exemplu, Escherichia coli formează enterotoxina termolabilă, Shigella sp. produce toxina Shiga (enterotoxină), Pseudomonas aeruginosa este responsabilă de apariţia toxinei A, Streptococcus pyrogenes sintetizează toxine pirogene (toxina Dick, streptokinaza, hemoragina).
O serie dintre exotoxinele bacteriene (de natură proteică) au proprietăţi citolitice, fiind sintetizate în faza de multiplicare microbiană logaritmică şi în faza staţionară timpurie. Acestea au greutăţi moleculare mari şi poartă numele generic de hemolizine (Bacillus cereus sintetizează cereolizina, Staphylococcus aureus sintetizează a-toxina, a-lizina b-toxina, d-toxina, Streptococcus sp. sintetizează streptolizina, Bacillus thuringiensis sintetizează turingiolizina etc), datorită capacităţii de liză asupra hematiilor.

Mucegaiurile, multe dintre ele toxigene, necesită o atenţie specială. În afara faptului că toxinele lor acţionează puternic, chiar în cantităţi mici, se pune problema sinergismului acestor toxine o dată ajunse în organismele superioare. Nu va conta prea mult câte p.p.m. dintr-o toxină s-au găsit într-un produs, ci câte tipuri de toxine ce-şi potenţează efectele (chiar fiind în cantităţi mai mici) se află în acesta. Toxinele fungilor se cunosc sub numele de micotoxine şi sunt metaboliţi secundari ai acestor microbi. Afecţiunile declanşate de micotoxine se numesc micotoxicoze.
Speciile de Aspergillus (A. flavus, A. parasiticus, A. zonatus, A. clavatus, A. sojae, A. toxicarius, A. nidulans etc.) produc micotoxine puternice cunoscute sub denumirea de aflatoxine. Alţi metaboliţi cu acţiune antibiotică elaboraţi de Aspergillus flavus sunt asperthecina, flavacolul şi acidul aspergilic.
Aceşti compuşi îşi manifestă acţiunea toxică asupra altor microorganisme. În general fungii galbeni-verzui, cum a fost denumit genul Aspergillus sunt nelipsiţi de pe toate cerealele şi furajele, datorită abilităţii lor de a invada substraturile solide.
Aflatoxinele sunt toxigene, carcinogene (cele mai puternice carcinogene naturale cunoscute), mutagene şi teratogene. Ele au fost descoperite în 1960, moment ce a marcat aşa-numita „revoluţie a micotoxinelor”. Aflatoxinele, compuşi cu structură cumarinică, au fost notate iniţial în ordinea descrescătoare a activităţii biologice şi toxicităţii, după cum urmează: aflatoxina B1, aflatoxinele G1, G2, aflatoxina B2 (produse în speţă de Aspergillus parasiticus, extrem de toxigen, urmat de Aspergillus flavus). Ele sunt grupate în trei categorii: aflatoxine majore, aflatoxine monohidroxilate şi aflatoxine dihidroxilate.
Cercetăriile ulterioare au identificat alţi 13 metaboliţi toxici precum: parasiticolul, aflatoxicolul, aflatoxinele GM1, GM2, aflatoxina P1, aflatoxina M2A şi altele.
Un alt metabolit secundar toxic este sterigmatocistina, carcinogenă, sintetizată în principal, de Aspergillus versicolor şi Aspergillus nidulans:
Aflatoxinele prezintă fluorescenţă în UV. De altfel, primii patru compuşi izolaţi au fost denumiţi în funcţie de culoarea fluorescenţei la 254 nm şi 366 nm, albastră sau verde, respectiv B (blue) şi G (green).
Aceste substanţe produc afecţiuni grave organismelor superioare, mai ales la nivelul ficatului şi al vezicii biliare, dar nu par a avea efecte toxigene asupra bacteriilor. Dimpotrivă, bacteriile lactice precum: Lactobacillus delbrueckii (ssp. bulgaricus) şi Lactococcus lactis pot degrada aflatoxina B1. Detoxifierea şi degradarea acesor toxine poate avea loc în special în stomacul ierbivorelor (în special ovine), sub influenţa florei microbiene.
Aflatoxinele pot fi distruse de acizi şi baze tari, de hipocloriţi, de permanganatul de potasiu, de apa oxigenată, de clor, de ozon etc.
Implicarea aflatoxinelor în etiologia unor procese neoplazice se datorează primului nucleu furanic, care se epoxidează şi poate forma un complex cu acizii nucleici. Practic, se stabilesc legături cu atomul de azot al bazelor purinice din poziţia 7, fapt ce modifică conformaţional molecula de ADN.

Aproximativ 60 de specii de Penicillium sunt producătoare de micotoxine, dintre care opt (P. citrininum, P. expansum, P. claviforme, P. patulum, P. cyclopium, P. islandicum, P. viridicatum, P. rubrum), contaminează sistematic cerealele, furajele, fasolea, soia etc. Dintre micotoxinele cele mai frecvente amintim: citrinina, patulina, acidul ciclopiazonic, acidul penicilic, ochratoxina, rubratoxina, cicloclorotina, islanditoxina şi luteoskirina. Aceste micotoxine sunt nefro- şi hepatotoxice, dar afectează şi glanda tiroidă, musculatura, sistemul circulator, cordul, provocând tumori localizate.
Citrinina (sintetizată de P. citrininum) este nefrotoxică în special, iar patulina (sintetizată de P. patulum) a fost utilizată iniţial ca antibiotic, descoperindu-se ulterior efectul mitostatic asupra cromozomilor.
Acidul ciclopiazonic este un nefrotoxic, fiind produs de P. cyclopium, care infectează în mod constant cerealele şi fânul. Acidul penicilic (două forme tautomere), alt metabolit al P. cyclopium provoacă tumori localizate la rinichi, ficat şi tiroidă.
Islanditoxina şi cicloclorotina sunt hepatotoxice, fiind produse de P. islandicum. Acest fung sintetizează de asemenea, o serie de alte toxine antrachinonice precum: skyrina, luteoskyrina etc.
Penicillium viridicatum produce metaboliţi dihidroizocumarinici, cunoscuţi sub numele de ochratoxină (acest metabolit este adeseori asociat cu Aspergillus ochraceous), cu efecte nefrotoxice. În sfârşit, Penicillium rubrum sintetizează un metabolit cu efect hepatotoxic, nefrotoxic şi hemoragipar, numit rubratoxină. Rubratoxina se găseşte în două forme, anume rubratoxina A şi rubratoxina B.
Studiile asupra rubratoxinelor au indicat efectul sinergic al acestora cu aflatoxinele, a căror activitate o potenţează (rubratoxina B sinergică cu aflatoxina B1). Problema sinergismului micotoxinelor este extrem de delicată, deoarece în acest context, ele acţionează în cantităţi extrem de mici. De multe ori, deşi apar simptomele micotoxicozelor, toxinele ce au provocat fenomenele nu pot fi depistate nici măcar în urme.
O altă categorie de substanţe cu potenţial toxic sunt alcaloizii ergotici. Caracteristic pentru aceşti alcaloizi este faptul că au în structură nuclee indolice. Ei pot fi utilizaţi în doze corespunzătoare pentru reducerea hemoragiilor postpartum, precum şi pentru calmarea migrenelor, cefaleelor, nevralgiilor de trigemen, prin faptul că inhibă sistemul nervos simpatic. Pot provoca contractura musculaturii netede.
Alcaloizii ergotici sunt produşi de o gamă largă de fungi, dintre care se remarcă specii de Claviceps (C. purpurea, C. paspali etc), specii de Aspergillus, de Penicillium şi de Rhizopus. Claviceps (aprox. 36 specii) parazitează aproximativ 600 specii de graminee, bine cunoscute fiind intoxicaţiile provocate de infestarea lanurilor de secară cu acest microb. Simptomele intoxicaţiei, numită ergotism (intoxicaţia nu se datorează numai alcaloizilor ergotici, ci şi unor micotoxine produse de Claviceps ca metaboliţi secundari), se manifestă prin convulsii, gangrene, halucinaţii. Se crede chiar că celebrul proces al vrăjitoarelor din Salem, în 1692, a fost iniţiat de halucinaţiile unor persoane care consumaseră secară parazitată.
Întrebările asupra scopului sintezei alcaloizilor în anumite microorganisme nu au primit încă un răspuns clar. Se consideră că alcaloizii reprezintă pârghii pentru supravieţuirea speciei în condiţii vitrege de viaţă, prin posibilitatea de a conserva anumite căi metabolice. Putem aminti câţiva dintre alcaloizii ergotici cei mai cunoscuţi, anume: acidul lisergic, ergolina, clavina şi ergotamina.
Se constată că absenţa fosfatului anorganic reprezintă o condiţie restrictivă pentru sinteza anibioticelor de mai sus.
Speciile de Trichoderma (Trichoderma viride, T. polysporum, T. reesei, T. harzianum, T hamatus, T. koningii etc) sunt fungi cu atribuţii industriale, producători de enzime extracelulare (spre ex. celulaze: celobiohidrolaze, endoglucanaze şi celobiaze). Metabolizează substraturi variate, precum oze, polizaharide (celuloză, amidon), pectine etc, drept sursă de carbon.
Trichoderma poate fi utilizată drept control biologic în evaluarea fungicidelor (biocontrolul asupra nivelului microorganismelor patogene ale plantelor), respectiv a dezvoltării altor microbi, deoarece este antagonică faţă de numeroşi alţi fungi. Antagonismul acestei specii se poate datora mai multor factori, anume: competiţia pentru mediu nutritiv, interacţia hifală urmată de liză (Trichoderma acţionează ca un parazit) şi producţia de antibiotice (bacteriocine).
Din punct de vedere toxicologic, amintim că Trichoderma produce o gamă variată de micotoxine, subdivizate în trei clase principale: tricothecene (trichodermin), izocianide (trichoviridin) şi peptide ciclice cu proprietăţi antibiotice (alamethicina). Pe această bază, preparate din Trichoderma polysporum sunt utilizate ca fungicide, în vederea prevenirii micozelor.
Alături de Trichoderma, alte genuri de fungi sunt producătoare de trichotecene, precum: Fusarium, Cephalosporium, Trichotecium, Stachybotrys, Nigrospora, Cladosporium, Myrothecium etc, dintre care unele au valoare biotehnologică. Grupul trichotecenelor cuprinde aproximativ 150 de reprezentanţi, dintre care 7 sunt elaboraţi în cantităţi semnificative (toxina T-2, toxina HT-2, diacetoxiscirpenolul, neosolaniolul, fusarenona-X, nivalenolul şi deoxinivalenolul, cunoscut sub denumirea de vomitoxină). Aceste toxine provoacă gastroenterite hemoragice grave.
Speciile de Fusarium (F. roseum, F. graminearum, F. solani, F. oxysporium) se găsesc pe cereale, fructe, legume, iar micotoxinele lor sunt deosebit de periculoase. În cereale şi şroturi de soia se găsesc în mod constant trichotecene produse de Fusarium precum: vomitoxina, fumonisina, zearalenona şi moniliformina (extrasă din Fusarium moniliforme şi folosită ca ierbicid). Zearalenona spre exemplu, ca şi majoritatea derivaţilor ei, are activitate estrogenică şi anabolică. Este un anticoncepţional şi inhibă spermatogeneza.
Potenţial toxic prezintă şi acidul fusaric (acid 5-butilpicolinic) prin acţiunea sinergică cu aflatoxinele. Deşi acidul fusaric în sine este relativ netoxic, s-a constatat că modifică neurochimia creierului. S-a raportat de asemenea, o sinergie toxicologică între acidul fusaric şi vomitoxină.
Râncezirea grăsimilor poate avea loc şi prin reacţii de autooxidare la aer, fenomen întâlnit în biotehnologia produselor de panificaţie, unde se utilizează diferite făinuri cerealiere. Astfel, în făina de grâu are o pondere mărită acidul linoleic (acid gras nesaturat). Lipoxigenazele proprii făinii şi cele microbiene utilizate în panificaţie, deşi contribuie la maturarea făinii, au o acţiune oxidativă (de râncezire) asupra acestui acid.
În afară de peroxizi se pot forma prin procese complexe (scindări, polimerizări, oxidări etc), mulţi alţi compuşi potenţial toxici (lactone, alcooli, esteri, aldehide, compuşi aromatici epoxidaţi), între care predomină aldehidele. Grăsimile (gliceridele) suferă de asemenea, procese de hidroliză şi de hidrogenare (cele nesaturate). Prin hidroliza gliceridelor se eliberează glicerolul, care la tratamente termice, prin deshidratare, trece în acroleină (substanţă cancerigenă).
Transformările suferite de lipide pot avea loc şi pe cale enzimatică, sub influenţa unor microorganisme de contaminare ale produselor (Bacillus, Aerobacter).
Produsele vegetale conţin în mare măsură fenoli. Sub influenţa polifenoloxidazelor (catecoloxidaze, lacaze), diverşii fenoli suferă procese de „îmbrunare enzimatică”, prin transformare în chinone (o-quinona, p-hidroxi-quinona, dimer chinonic etc), care polimerizează obţinându-se compuşi coloraţi. Aceşti compuşi de îmbrunare modifică aspectul şi calitatea produselor biotehnologice vegetale şi sunt relativ toxici, datorită potenţialul oxidant pe care-l deţin. Îmbrunarea enzimatică poate fi încetinită prin adaosuri de substanţe reducătoare (acid ascorbic spre exemplu).
Nu trebuie desconsiderată problema purificării enzimelor care se utilizează în ameliorarea calităţii făinurilor din grâu. Activităţile enzimatice parazite, ale unor enzime care nu au fost îndepărtate la purificarea preparatului enzimatic dorit, catalizează sinteza unor compuşi nedoriţi, dintre care o parte pot fi toxici.
În germenii de grâu, se găseşte o clasă de substanţe proteice numite fitohemaglutinine (lectine), care au capacitatea de a aglutina eritrocitele, de a inhiba creşterea şi în unele cazuri de a produce „guşă endemică”. Deoarece favorizează eliminarea exagerată a hormonilor tiroidieni prin intestin, fitohemaglutininele se cunosc sub denumirea de tirotoxină. Lectinele pot fi inactivate prin tratament termic.
Acidul fitic este o substanţă care influenţează nivelul absorbţiei diferitelor metale. Acest compus se găseşte în rădăcinile, frunzele şi seminţele cerealelor, leguminoaselor, oleaginoaselor etc. Acidul fitic formează săruri numite fitaţi, cu metalele preluate din alimente. Fitaţii alcalini sunt solubili, iar fitaţii de Ca, Mg, Fe, Cu, Zn, Pb sunt insolubili chiar şi la pH foarte acid. În consecinţă, un exces de acid fitic va produce o carenţă de metale bivalente cu rol fiziologic important, precum Ca sau Mg. Spre exemplu, 200 g pâine neagră, bogată în acid fitic, determină eliminarea sub formă de fitat a Ca oferit de 200 ml lapte.
O serie de cereale cultivate pe terenuri selenifore conţin aminoacizi cu seleniu, anume: selenocistationina, metil-selenocisteina, selenocistina, selenometionina. Intoxicaţiile cu seleniu au caracter cronic şi se manifestă prin căderea părului, deformarea formaţiunilor cornoase (copite, unghii), dermatite, artrite. Aminoacizii cu seleniu precum selenometionina şi selenocisteina intră în competiţie cu aminoacizii cu sulf, la biosinteza proteinelor. Ei se regăsesc în carnea, laptele şi ouăle animalelor furajate cu cereale cultivate pe terenuri selenifore şi mai apoi, în produsele biotehnologice.

© TAMBA BEREHOIU RADIANA MARIA, CIPRIAN NICOLAE POPA, 2008