Anpassung der Strategien zum schnellen Nachweis von Mykotoxinen an ein sich änderndes Klima

Die Auswirkungen des Klimawandels machen sich auf vielfältige Weise bemerkbar: Zerstörerische Stürme wie Wirbelstürme, Überschwemmungen, extreme Hitze und Dürre beeinträchtigen landwirtschaftliche Produkte und die Tiere und Menschen, die auf sie angewiesen sind. Wie die FDA in einer Zusammenfassung der Auswirkungen von Wirbelstürmen und Überschwemmungen auf die Sicherheit von Tierfutterpflanzen feststellt, schädigen extreme Wetterphänomene wie Überschwemmungen Getreide und andere landwirtschaftliche Produkte und geben Mykotoxin produzierenden Schimmelpilzen wie Aspergillus- und Fusarium-Stämmen die Möglichkeit, sie zu infizieren1. Die BIOMIN-Mykotoxinstudie 2017 wies in der Tat auf einen weltweiten Anstieg der Fumonisinwerte hin, ein von Fusarium produziertes Mykotoxin2; viele vermuten, dass wärmeres, feuchteres Wetter zu diesem Anstieg führt3.

Dies macht die Mykotoxinanalyse vor Ort zu einem wichtigen Instrument, das den Erzeugern schnelle Ergebnisse liefert und ihnen die Möglichkeit gibt, auf unbeständige Wetterbedingungen zu reagieren. In diesem Artikel zeigen wir dies anhand von zwei Beispielen aus den Vereinigten Staaten: eine Fallstudie über eine taktische Reaktion auf erhöhte Fumonisinwerte in Mais in den südlichen Great Plains als Folge der hurrikanbedingten Überschwemmungen im Jahr 2017 und eine Übersicht über gängige Praktiken von Erdnussproduzenten, die mit erhöhten Aflatoxinwerten aufgrund von Trockenheit im Südosten der Vereinigten Staaten konfrontiert waren.

Fallstudie: Anpassung der Nachweisbereiche in Streifentests zur Bewältigung extremer Fumonisinwerte

Landwirte in mehreren lebensmittelproduzierenden Regionen der Welt sind häufiger als in der Vergangenheit mit Überschwemmungen konfrontiert. Im März 2019 kam es in Iowa, Nebraska, Missouri und Kansas zu historischen Überschwemmungen infolge von Eisstaus, der Schmelze eines Rekordschneefalls und übermäßigen Regenfällen. Dies führte zum Versagen von mindestens 30 Deichen, wodurch etwa 90.000 Getreidespeicher und mehr als 16 Millionen Hektar Mais, Sojabohnen und Weizen überflutet wurden. Der wirtschaftliche Gesamtschaden belief sich auf über 7 Milliarden Dollar4.

Diese Überschwemmungen stellen die Fortsetzung eines Trends dar. Überschwemmungen und die damit verbundenen landwirtschaftlichen Schäden beherrschen weiterhin die Schlagzeilen in den Vereinigten Staaten.

Nachdem Hurrikan Harvey am 25. August 2017 zunächst als Sturm der Kategorie 4 an Land gegangen war, bewegte er sich weiter ins Landesinnere und schüttete große Mengen Regen aus. Zu dieser Zeit stand die jährliche Ernte kurz bevor. Niemand konnte die katastrophalen landwirtschaftlichen Ereignisse vorhersagen, die bald folgen würden, insbesondere in den Texas und Oklahoma Panhandles, im Südwesten von Kansas und in Gebieten im Südosten von Colorado.

Im September 2017, als die Erntesaison begann, wurden Maisproben entnommen und zur Analyse an Drittlabore geschickt. Im texanischen Panhandle gab es Anzeichen für hohe Fumonisinwerte, die auf die übermäßigen Regenfälle des Hurrikans Harvey zurückzuführen waren, der kurz vor der Erntesaison auftrat. Die Regenfälle boten Fusarium-Schimmelpilzen, die Fumonisin produzieren, ideale Wachstumsbedingungen. Obwohl sie nicht weit verbreitet sind und von Bezirk zu Bezirk variieren, wurden in Maisproben noch nie dagewesene Fumonisinwerte festgestellt, wie 30 ppm, 50 ppm, 70 ppm und sogar 100 ppm.

Je nach Verwendungszweck der Produkte können die zulässigen Fumonisinwerte in den Vereinigten Staaten zwischen 2 ppm und 4 ppm für den menschlichen Verzehr und in Tierfutter (Mais und Maisnebenerzeugnisse) zwischen 5 ppm und 100 ppm liegen. In Europa können die Werte sogar noch strenger sein und liegen zwischen 0,2 ppm und 4 ppm für den menschlichen Verzehr und 5 bis 60 ppm in Tierfutter5. Als die Besorgnis über Fumonisin eskalierte, waren Mykotoxin-Tests weiterhin ein Hauptthema in der Branche und insbesondere im texanischen Panhandle, wo die Fumonisin-Konzentration im Durchschnitt bei 4 ppm liegt. Inmitten wachsender Besorgnis und nach vielen Überlegungen über einen standardisierten Wert legten die Viehzüchter 60 ppm als sicheren Wert für ihren Viehbestand fest.

Von Beginn dieser Krise an war Romer Labs involviert. Vertreter von Romer Labs erhielten mehrere Anfragen, ob sie vor Ort auf hohe Fumonisinwerte in eingehenden Maislieferungen testen könnten. Zu dieser Zeit bot das AgraStrip® WATEX® Fumonisin-Testkit einen Bereich von 0-5 ppm und mit einer Verdünnungsstufe 5-30 ppm. Die Viehzüchter wiesen darauf hin, dass sie aufgrund des vermehrten Vorkommens von Fumonisin in Maiskörnern sofort auf viel höhere Fumonisin-Werte testen mussten, als das Testkit ursprünglich leisten konnte. Romer Labs reagierte daraufhin erfolgreich mit der Entwicklung einer dritten Kurve unter Verwendung eines weiteren Verdünnungsschritts, wodurch der AgraStrip® WATEX® Fumonisin-Kit einen zusätzlichen Bereich von 30-100 ppm erhielt.

Der Prozess zur Fertigstellung der dritten Kurve war innerhalb weniger Tage abgeschlossen und bereit für den Einsatz im Feld. Aufgrund der hohen Werte, die zu Beginn der Erntesaison festgestellt wurden, entschieden sich die Viehzüchter, zunächst nur im Bereich von 30-100 ppm zu testen. Dies hat sich bis ins Jahr 2018 fortgesetzt. Auf den ersten Blick zeigt dieses Beispiel einen erhöhten Bedarf an Mykotoxin-Tests nach einem extremen Wetterereignis, wie z.B. Überschwemmungen durch einen Hurrikan oder einen tropischen Sturm. Doch auch die Fähigkeiten der Testverfahren müssen den neuen und ungewöhnlichen Herausforderungen, die mit extremen Wetterereignissen einhergehen, angemessen sein. In diesem Fall musste der Quantifizierungsbereich erweitert werden, um den explodierenden Fumonisin-Konzentrationen gerecht zu werden. Die Flexibilität der Anbieter von Testkits und derjenigen, die sie im Feld anwenden, wird immer wichtiger.

Verwendung von Testkits zur Überwachung extremer Aflatoxin-Gesamtkonzentrationen in Erdnüssen

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

Aspergillus parasiticus und Aspergillus flavus sind in erster Linie für das Auftreten von Aflatoxin in Erdnüssen verantwortlich. Diese Schimmelpilze kommen natürlicherweise im Boden vor, so dass es schwierig ist zu verhindern, dass sie mit den unterirdisch wachsenden Hülsenfrüchten in Kontakt kommen. Wenn die Durchschnittstemperaturen bei oder über 32°C (90°F) liegen und wenn diese heißen Bedingungen mit Trockenheit zusammentreffen, werden die Erdnüsse noch anfälliger für das Auftreten von Aflatoxinen. Dies sind Stressfaktoren vor der Ernte, über die die Landwirte nur wenig Kontrolle haben.

Die Witterungsbedingungen um die Ernte herum können den Stress, dem die Erdnüsse ausgesetzt sind, noch verschlimmern und zu Schäden an der Schale führen, wodurch Aspergillus mehr Gelegenheit zum Eindringen erhält. Wenn es kurz vor oder während der Ernte zu starken Regenfällen oder Überschwemmungen kommt, haben die Erdnüsse möglicherweise nicht genug Zeit, um ausreichend zu trocknen, bevor sie eingelagert werden. Wie auch bei anderen Schimmelpilzen kann eine Luftfeuchtigkeit von über 14% das Wachstum von Mykotoxin produzierenden Schimmelpilzen in Lagerräumen begünstigen. Was ist also zu tun, wenn Sie den Verdacht haben oder feststellen, dass Trockenheit und Hitze zu einem hohen Aflatoxingehalt in einer Ernte geführt haben? In der Regel liegt es in der Verantwortung der Ankaufsstellen oder der Schälbetriebe, Maßnahmen zu ergreifen. Zunächst stufen die Betreiber von Erdnussankaufsstellen die Erdnüsse nach mehreren vom USDA-FSIS definierten Merkmalen ein: Qualität der Schale, sichtbares Vorhandensein von Schimmel, lose Kerne usw. Erdnussmengen, die als "Seg 1", d.h. mit der besten FSIS-Bewertung, eingestuft wurden, werden dann mit Streifentests untersucht, die zur weiteren Aussonderung der Erdnüsse dienen. Die Einkaufsstellen entscheiden dann, wie sie die Erdnüsse je nach Aflatoxinkonzentration lagern.

Durch die Isolierung der stark kontaminierten Erdnüsse bewahren die Einkaufsstellen die Integrität der nicht oder weniger kontaminierten Erdnüsse, so dass diese weiterhin für den direkten menschlichen Verzehr geeignet sind. Die stark kontaminierten Erdnüsse sind häufig für Produkte bestimmt, bei deren Herstellung der Aflatoxingehalt eliminiert oder reduziert wird. Aflatoxine gehen zum Beispiel nur in geringem Maße von der intakten Hülse auf das Öl über. Durch Raffination und andere Behandlungen wird der Aflatoxingehalt weiter reduziert.

Vom Lagerhaus werden die Erdnüsse dann zu den Schälbetrieben transportiert, wo Streifentests Informationen über die Aflatoxinkonzentration liefern, die als Grundlage für Entscheidungen über die weitere Verwendung dienen, z. B. über die Art von Lebensmitteln, in die sie integriert werden können. Erdnussschalen, die für Tierfutter bestimmt sind, werden noch einmal auf Aflatoxine getestet, bevor sie zu den Futtermühlen gelangen.

Fazit: Verändertes Klima, veränderte Testmethoden

Obwohl viele dieser Methoden für Erdnussproduzenten gängige Praxis sind, haben extreme Trockenheit und Hitze in Verbindung mit unvorhergesehenen starken Regenfällen zu überdurchschnittlich hohen Aflatoxinwerten in Erdnüssen geführt. Da sich das Klima ändert und die Erde sich erwärmt, werden extreme Wetterbedingungen die Bemühungen, Mykotoxine und die Schimmelpilze, die sie produzieren, in Schach zu halten, weiter erschweren. Drastische Ereignisse wie Wirbelstürme sind unvorhersehbar und erfordern von Landwirten und Getreidehändlern schnelle Anpassungsfähigkeit, um sich auf erhöhte Werte von Fumonisinen und anderen Mykotoxinen einzustellen, die unter feuchten, heißen Bedingungen gedeihen.

Solche neuen Umweltbedingungen können kreative Ansätze erfordern, die über die einfache Anpassung der Parameter bestehender Testkits hinausgehen, um die Sicherheit von Lebens- und Futtermitteln zu gewährleisten. Wie solche Lösungen aussehen könnten, ist Gegenstand zahlreicher Forschungen und Spekulationen für die Zukunft.