Technologiczne metody izolowania z masy ziarna ziaren porażonych przez Fusarium

Technologiczne metody izolowania z masy ziarna ziaren porażonych przez Fusarium

Vereshchynskyi O.P., doktor nauk technicznych, Ilchuk V.B., kandydat nauk technicznych, Dmytruk E.A., doktor nauk technicznych, profesor, Yevtushenko O.O., kandydat nauk technicznych, profesor nadzwyczajny, Kharchenko E.I., kandydat nauk technicznych, profesor nadzwyczajny.

Narodowy Uniwersytet Technologii Żywności

Grzyby z rodzaju Fusarium uszkadzają rośliny zbożowe, które przezimowały na polu, powodując zamieranie siewek, zgniliznę korzeni, ciemnienie liści, bezpłodność kłosów i inne wady, czemu towarzyszy pogorszenie jakości ziarna. Fuzaryjna zgorzel zbóż jest jedną z najbardziej szkodliwych chorób zbóż. Skład gatunkowy patogenów w różnych strefach klimatycznych może się różnić. Grzyby Fusarium są związane z powstawaniem pomarszczonego, lekkiego i trującego ziarna. Ziarna porażone przez grzyby Fusarium są zwykle pomarszczone i nieżywotne. W tym przypadku grzybnia Fusarium penetruje całe ziarno, co następuje w wyniku głębokiego uszkodzenia nasion podczas wczesnej infekcji kłosów na polu, w fazie dojrzałości mlecznej i wczesnej dojrzałości woskowej. W utajonej formie infekcji Fusarium grzybnia grzyba rozprzestrzenia się w zewnętrznych warstwach ziarniaka, a mianowicie w okrywie owocowo-nasiennej [2,3].
Trujący grzyb Fusarium występuje na obszarach o wysokiej wilgotności. Połączenie wysokiej wilgotności powietrza i wilgotności ziarna przekraczającej 17,0% przyczynia się do intensywnego rozwoju ziarna Fusarium.
Wiele gatunków grzybów z rodzaju Fusarium to saprofity. Mogą one rozwijać się na ziarnie po zbiorach i podczas przechowywania zimowego, więc grzyb zainfekowanego ziarna może zainfekować zdrowe ziarno w magazynach zbożowych. Większość grzybów z rodzaju Fusarium tworzy biało-różową, bujną grzybnię w ciągu 3 do 5 dni w warunkach wysokiej wilgotności. Zainfekowane ziarno jest najbardziej niebezpieczne ze względu na obecność w nim mikroorganizmów. Jest ono źródłem infekcji dla innych zbóż podczas przechowywania. Jeśli grzyb jest silnie rozwinięty, rosnąca grzybnia może scementować całą masę ziarna w gęste grudki. Ziarno zebrane podczas deszczu lub porażone grzybem nie powinno być mieszane ze zdrowym ziarnem i powinno być przechowywane oddzielnie [2,3].
Zainfekowana roślina charakteryzuje się białą łodygą z różowym, rozmytym wzorem łodyg i węzłów. Porażone kłoski lub ich części stają się białe, podczas gdy zdrowe części pozostają zielone. Czasami na kłosie tworzy się ciągły różowy nalot. Infekcja ta nazywana jest zarazą kłosa [2].
Infekcja kłosa zawsze prowadzi do uszkodzenia ziarna. Na ziarnie choroba objawia się w postaci następujących symptomów: biaława, kredowa powierzchnia, całkowita utrata połysku i szklistości, luźne, kruche bielmo, pomarszczenie i wysychanie, wgłębienie, głęboki rowek, obecność w nim pajęczyny grzyba lub zarodków, zarodek jest niezdolny do życia i ciemny na nacięciu.
Patogeny zimują na resztkach roślinnych i w glebie. Głównymi źródłami infekcji roślin są gleba i resztki roślinne. Infekcja roślin w glebie występuje w temperaturze 13…26 °C i wilgotności 40…80%. Niedostateczna wilgotność gleby lub jej gwałtowne wahania powodują poważniejsze infekcje. Najbardziej optymalne warunki dla rozwoju grzybni i zarodnikowania konidialnego na kłosie i innych częściach naziemnych roślin to temperatura powietrza 22…25 °C i wilgotność względna 70…80 %. Masowy rozwój Fusarium na kłosie występuje w latach, w których często pada deszcz od początku kłoszenia do dojrzewania ziarna w podwyższonych temperaturach. Nie istnieją odmiany zbóż odporne na grzyby z rodzaju Fusarium [2,3].
Mikotoksyny wytwarzane przez grzyby z rodzaju Fusarium są najszerzej rozpowszechnionymi mikotoksynami na świecie. Zainteresowanie naukowców fuzariotoksynami gwałtownie wzrosło w ostatnich latach ze względu na pojawienie się nowych danych na temat ich właściwości toksycznych, a także ich zdolności do zakłócania regulacji produkcji immunoglobulin w małych ilościach i działania jako czynniki rakotwórcze.
Patogen Fusarium graminearum powoduje ostrą chorobę zwaną „pijanym chlebem”. Wewnątrz ziarna grzybnia Fusarium wytwarza toksynę zwaną fusaryną. Ziarno staje się trujące, mąka wytworzona z takiego ziarna jest toksyczna, a zjedzenie go może powodować poważne septyczne zapalenie gardła, co jest bardzo niebezpieczne dla zdrowia ludzkiego. Takie ziarno może również powodować zatrucia u zwierząt [1].
Grzyb wytwarza specyficzny metabolit – womitoksynę, która powoduje zaburzenia trawienne i psychiczne (osłabienie, pobudzenie, drżenie kończyn). Zawartość womitoksyny w mielonej pszenicy i ziarnie paszowym jest znormalizowana na poziomie 0,5 mg na 1 kg ziarna. Podczas przemiału odmian pszenicy miękkiej najbardziej zanieczyszczone Fusarium są otręby. Odpowiadają one za około 60% całkowitej ilości womitoksyny w ziarnie. Separacja stosowana w zakładach przyjmujących i przetwarzających ziarno pozwala usunąć 20-30% womitoksyny zawartej w masie ziarna z pszenicy skażonej fusarium. Przetwarzanie pszenicy fusarium pozwala na obniżenie stężenia womitoksyny w mące odmianowej i chlebie do następujących limitów: ziarno – 0,5 mg/kg, ziarno po czyszczeniu – 0,38 mg/kg, mąka wysokogatunkowa – 0,35 mg/kg, mąka klasy 1 – 0,39 mg/kg, mąka klasy 2 – 0,39 mg/kg, otręby – 1,1 mg/kg, chleb pszenny – 0,3 mg/kg [3].
Ziarno jest umieszczane, przetwarzane i tymczasowo przechowywane w oddzielnych partiach w zależności od stopnia zakażenia Fusarium. Aby uniknąć rozwoju zanieczyszczenia ziarna i wzrostu zawartości womitoksyny podczas przechowywania mokrego i surowego ziarna dotkniętego Fusarium, należy je natychmiast wysuszyć do stanu suchego i oczyścić za pomocą maszyn do czyszczenia ziarna w gospodarstwach rolnych i przedsiębiorstwach skupujących ziarno.
W praktyce ziarno zainfekowane Fusarium jest używane poprzez mieszanie go z partiami zdrowego ziarna. Ilość ziarna fusarium dodawanego do normalnego ziarna jest obliczana w zależności od stopnia zanieczyszczenia ziarna w zainfekowanej partii. Podczas karmienia zwierząt ziarnem Fusarium dodaje się je w niewielkich ilościach do zdrowego ziarna. Fusarium nie hamuje procesów fermentacji, więc skażone nim ziarno może być wykorzystywane w przemyśle acetonowo-butylowym, gdzie mąka tapetowa jest wykorzystywana jako surowiec [3].
Środki kontroli Fusarium obejmują: czyszczenie nasion i obróbkę przedsiewną, terminowe zbiory, młócenie i suszenie, zaprawianie nasion oraz środki agronomiczne [3].
Niebezpieczeństwo związane z ziarnem Fusarium wymaga poszukiwania skutecznych metod jego oddzielania od zdrowego ziarna i technicznych środków sprzedaży. W tym celu przeprowadzono odpowiednie badania w zakładzie badawczo-produkcyjnym OLIS LLC (Odessa). Zainfekowana pszenica o naturalnej masie 796 g/l została oddzielona na stole pneumatycznym SPS-3.5. Infekcja Fusarium wynosiła 5,6%, a wydajność separacji 3998 kg/h. Wyniki badań przedstawiono w tabeli 1.
Tabela 1.
Wyniki badań separacji ziarna pszenicy porażonego przez Fusarium na stole pneumatycznym SPS-3.5

 

Tabela 3 pokazuje, że największa liczba ziaren zainfekowanych Fusarium (98,4%) jest produkowana przez pierwsze kiełkowanie. Masa zainfekowanych ziaren (639 g/l) jest znacznie niższa niż „zdrowych” ziaren (804 g/l). Biorąc pod uwagę, że patogen Fusarium w kłosie prowadzi do powstawania słabo rozwiniętych, cienkich ziaren, oddzielenie frakcji o niskiej masie naturalnej i najwyższej zawartości zainfekowanych ziaren jest naturalne, ponieważ cienkie i niewypełnione ziarna mają zwykle niską masę naturalną. Zastosowanie stołu pneumatycznego SPS-3.5 pozwala oddzielić 72,4% ziarna o zawartości Fusarium 0,1…0,4%. Rys. 1 przedstawia zależność rodzaju ziarna i zawartości ziaren Fusarium we frakcji odpowiedniego rodzaju podczas separacji na stole pneumatycznym.

Rys. 1. Zależność zawartości ziarna Fusarium od rodzaju ziarna po separacji w stole pneumatycznym SPS-3.5.

Uzyskana zależność jest aproksymowana następującym równaniem:

gdzie, В – zawartość ziaren Fusarium, %; γ – charakter ziarna, g/l.

Dla porównania zbadano oddzielanie ziaren dotkniętych Fusarium w separatorze powietrznym ASO-0,5, w którym oddzielane są lekkie zanieczyszczenia i ziarna całkowicie dotknięte Fusarium. W przypadku tej metody separacji ziarna nie są oddzielane na początkowym etapie. Przy użyciu separatora powietrznego ASO-0,5 skuteczność oddzielania ziaren całkowicie dotkniętych Fusarium wynosiła 80% przy wydajności separatora 100 kg/h.

Żadna z powyższych metod separacji nie zapewnia 100% oczyszczenia masy ziarna z ziaren Fusarium, ale zastosowanie stołów pneumatycznych jest bardziej skuteczne w oczyszczaniu zainfekowanych ziaren Fusarium od zdrowych.

Odniesienia:

1.Aizikovich, L.E. Fizyczne i chemiczne podstawy technologii produkcji mąki – Moskwa: Kolos, 1975 r. – 238 s.

2. Vereshchagin L.N. Pests and diseases of cereal spiked crops – K.: Univest Marketing, 2001 – 128 str.

3.Kazakov E.D., Karpilenko G.P. Biochemia zbóż i produktów piekarniczych. Ed. 3. poprawione i uzupełnione – St. Petersburg: GIORD, 2005. 512 s.