Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU LUẬN ÁN 1. KHÁI NIỆM VÀ LỊCH SỬ PHÁT HIỆN CÁC ĐỘC TỐ CỦA NẤM MỐC 1.1 Khái niệm về độc tố của nấm mốc Nghiên cứu độc tố nấm mốc là một lĩnh vực khoa học còn khá mới mẻ, mới hình thành từ khoảng 40 năm nay cùng với sự phát triển của chăn nuôi công nghiệp. Trước đây, nhận thức của con người về tác hại của nấm mốc đối với lương thực và thực phẩm chủ yếu là các thiệt hại về kinh tế, sự giảm sút giá trị dinh dưỡng, tạo các mùi vị khó chịu ảnh hưởng đến khâu chế biến và tiêu dùng các nông sản. Người ta ít hoặc không chú ý đến các độc tố của nấm mốc cho đến khi có những thiệt hại nghiêm trọng xảy ra vào những năm 1960, khi hàng trăm nghìn gà tây bị chết trong vòng vài tháng ở vùng phía đông và nam nước Anh.
Theo FAO (1990) [50], mycotoxin được định nghĩa là một sản phẩm trao đổi chất của nấm mốc có khối lượng phân tử thấp, có khả năng gây biến đổi bệnh lý trên người và động vật. Mycotoxin có nguồn gốc từ Mykes (tiếng Hy Lạp) có nghĩa là nấm mốc (fungus) và toksikon có nghĩa là chất độc (poison). Bệnh do độc tố nấm (mycotoxicoses) được định nghĩa là hội chứng nhiễm độc do người và động vật tiếp xúc với mycotoxin thường là qua đường tiêu hóa. Độc tố do nấm mốc sinh ra là chất chuyển hóa thứ cấp của nấm có trọng lượng phân tử thấp mà không được phát hiện bởi hệ thống miễn dịch của cơ thể và là những chất độc ngầm.
Hơn nữa, nhiều loại nấm sản xuất độc tố cũng là tác nhân gây bệnh, dẫn đến thiệt hại kinh tế cây trồng, những độc tố này có thể được hình thành trong nhiều giai đoạn của cây trồng, từ trồng đến khi thu hoạch, sấy và bảo quản [25].2 Lịch sử phát hiện mycotoxin Bệnh do mycotoxin đã được biết từ rất lâu. Bệnh đầu tiên được phát hiện có lẽ là Ergotism có đặc điểm gây hoại tử và hoại thư xảy ra vào thời kỳ trung cổ ở Châu Âu. Bệnh nhiễm độc này thường nổ ra, lưu hành rộng, giết chết nhiều người và gia 6 súc khiến người dân sợ hãi đã ví nó như ngọn lửa thiêng (Holy fire) [96]. Nguyên nhân do ăn lúa mì bị nhiễm loài nấm Claviceps purpurea, còn gọi là nấm cựa tím [12] sản sinh trong lương thực các alkaloid rất độc gọi là Ergotin và các chất gây ảo giác LSD (Lysergic acid diethylamid).
Tác hại của các bệnh độc tố nấm khác đã được báo cáo ở nhiều nước như bệnh ở lợn và ngựa do ăn yến mạch bị nhiễm nấm Fusarium graminearum tại Mỹ, bệnh Stachybotryotoxicosis ở ngựa tại Nga phát hiện đầu tiên vào những năm 1930 được coi như hậu quả của nhiễm nấm mốc Stachybotrys atra mọc trên rơm bị ẩm. Một bệnh khác gọi là ATA (Alimentary Toxic Aleukia) làm giảm bạch cầu do thức ăn nhiễm loại nấm mốc thuộc giống Fusarium và Cladosporium phát triển được ở trên các hạt cốc để qua mùa đông (nhiệt độ từ 4-10C)[63]. Bệnh xảy ra ở nhiều vùng của nước Nga, đặc biệt trong thời gian thế chiến thứ II. Ở Nhật, nhiễm độc xảy ra do ăn gạo bị mốc với các triệu chứng nôn mửa, co giật, sau đó tê liệt.
Bệnh nhân có thể chết trong vòng 1-3 ngày sau khi có triệu chứng trúng độc. Loài nấm sinh độc tố thuộc giống Penicillium (P. Danh sách các bệnh nhiễm độc tố nấm đã xảy ra còn nhiều nhưng trước đây ít có các nghiên cứu về chúng. Cho đến năm 1960, hàng trăm nghìn gà tây bị chết trong vòng vài tháng ở vùng phía Đông và phía Nam nước Anh.
Nguyên nhân gây bệnh khó xác định nên gọi là bệnh X ở gà tây (Turkey X disease). Ngoài ra hàng nghìn vịt con và gà lôi con cũng bị chết vì bệnh X. Sự xuất hiện của bệnh X đã thúc đẩy các nghiên cứu để tìm căn bệnh. Người ta đã phát hiện một chất có độc tính trong bánh dầu lạc nhập khẩu từ Brazil dùng làm nguồn cung cấp protein trong khẩu phần của các gia cầm bệnh.
Chất này sau đó được chứng minh do loài nấm Aspergillus flavus tạo ra nên có tên là Aflatoxin. Sau phát hiện Aflatoxin, nhiều độc tố nấm đã được phát hiện và hiện có hơn 300 loại độc tố nấm [152] và có khoảng 150 loài nấm có thể sinh độc tố [50]. Quan trọng nhất hiện nay là các loại độc tố: Aflatoxin, Deoxynivalenol, Zearalenon, Ochratoxin, Fumonisin. Nhìn chung các phản ứng sinh học sau khi người và động vật ăn phải độc tố nấm mốc với các loại khác nhau sẽ bị 7 nhiễm độc cấp tính và tử vong cao đến các triệu chứng rối loạn các chức năng thần kinh, hệ miễn dịch, tiêu hóa dẫn đến năng suất sản xuất của động vật giảm.
Độc tố nấm mốc khác nhau nhắm mục tiêu các cơ quan khác nhau gây ra độc hại khác nhau, ở liều lượng cao tiếp xúc với chất độc nấm mốc dẫn đến sự nhiễm độc tế bào nói chung dẫn đến ức chế tổng hợp đại phân tử (macromolecule). CÁC LOÀI NẤM MỐC VÀ ĐỘC TỐ NẤM MỐC QUAN TRỌNG 1. Điều kiện phát triển của nấm mốc Nấm mốc (vi nấm) là một nhóm các loài vi sinh vật đơn bào và đa bào, phân bố rộng rãi khắp nơi trong thiên nhiên. Nấm mốc không chứa diệp lục tố (Chlorophyl), cơ thể dạng sợi có vách ngăn hoặc không có vách ngăn.
Những sợi nấm này phân nhánh, hình thành từng đám chằng chịt gọi là hệ sợi nấm. Có 2 loại sợi: - Sợi nấm dinh dưỡng: nằm trong lớp môi trường, làm nhiệm vụ hấp thu chất dinh dưỡng cho toàn bộ hệ sợi. - Sợi nấm khí sinh: thường nhô lên trên môi trường, giữ vai trò sinh sản (tạo bào tử). Nấm mốc trao đổi chất với môi trường bên ngoài thông qua vách sợi nấm.
Chúng vừa giữ vai trò hấp thu chất dinh dưỡng, vừa làm nhiệm vụ thải các chất bã, các sản phẩm trao đổi chất thứ cấp ra môi trường xung quanh. Nấm mốc có thể xâm nhiễm các nông sản ngay khi còn ở ngoài đồng, trong giai đoạn thu hoạch và sau thu hoạch (bảo quản, chế biến). Sự có mặt của các bào tử nấm mốc trên nông sản cho thấy sự phát tán rộng rãi ở ngoại cảnh. Nhưng nấm mốc muốn phát triển cũng cần một số điều kiện thuận lợi như ẩm độ, nhiệt độ, oxy và loại cơ chất thích hợp: 1.1 Ẩm độ Ẩm độ là một trong những yếu tố quan trọng nhất cho nấm mốc phát triển, đặc biệt là sự nẩy mầm của bào tử, theo Scott [131] độ hoạt động của nước aw (activity of 8 water) thể hiện nhu cầu về nước để nấm mốc phát triển và mối quan hệ giữa độ ẩm trong nguyên liệu với khả năng phát triển của vi sinh vật trên chúng: aw = P / P 0 Trong đó: P là áp suất riêng phần của nguyên liệu kiểm nghiệm P0 là áp suất hơi bão hòa của nước trong cùng điều kiện Độ ẩm tương đối RH (Relative Humidity) được dùng cho bầu không khí, trong khi aw chỉ áp lực của hơi nước trong một không gian nhất định, nơi áp lực hơi nước cân bằng với độ ẩm của nông sản.
Theo Codex Alimentarius, mức aw được đề nghị < 0,70 để bảo quản tốt các nông sản. Hàm lượng nước tương ứng với trị số trên ở một số nông sản là ngô: 13%, đậu lạc: 7%. Tuy nhiên việc đo lường aw khá phức tạp và tốn kém, vì phải dùng dụng cụ đo lường đặc biệt. Northolt (1980) [101] đề xuất một phương pháp đơn giản để thử nghiệm độ hoạt động của nước ngay trên hiện trường và gọi là “thử nghiệm làm tan chảy các tinh thể muối”.
Phương pháp này dựa trên đặc điểm của các tinh thể muối có thể hấp thụ hơi nước và chảy lỏng ra nếu áp lực hơi nước của không khí vượt quá áp lực hơi nước của dung dịch bão hòa muối đó. Thử nghiệm khá đơn giản: thí dụ để khảo sát aw của đậu lạc, người ta cho một ít tinh thể muối CuCl2 (có aw = 0,70) vào mặt dưới của nắp lọ trong có chứa mẫu đậu lạc cần khảo sát và đậy kín lại. Nấm mốc thường có mức aw thấp hơn so với vi khuẩn nên nông sản ít bị hỏng do vi khuẩn mà lại dễ bị hỏng do nấm mốc. Người ta có thể ngăn sự phát triển của nấm trên nông sản bằng cách làm khô nông sản đến aw< 0,65 [50].2 Nhiệt độ Thông thường đi cùng với độ ẩm, nhiệt độ tối thiểu, tối đa và tối thích hợp cho sự phát triển thay đổi tùy loài nấm mốc.
Một số loài nấm có thể phát triển ở dưới 00C, một số khác có nhiệt độ tối thiểu là 100C, nhiệt độ tối thích từ 25-300C cho đa số các loài Penicillium và từ 30-400C cho đa số các loài Aspergillus vì vậy loài Aspergillus thường có ảnh hưởng nhiều trong nông sản thuộc các nước nhiệt đới. Các loài 9 Fusarium có nhiệt độ thích hợp ở 8-150C nên thường xảy ra ở các vùng khí hậu ôn đới [89].3 Bản chất của cơ chất Nấm mốc cần nhiều loại chất dinh dưỡng cho nhu cầu năng lượng và tổng hợp các đại phân tử như protein và DNA, vì nấm mốc không tự tổng hợp được carbonhydrat nên cơ chất cần có chứa thành phần này, mặc dù nấm mốc có thể phát triển trên một cơ chất giàu protein và dùng axit amin làm nguồn cung cấp carbon. Nitơ hữu cơ thường dễ được nấm mốc sử dụng hơn nitơ vô cơ, một số nấm mốc lại cần cung cấp vitamin trong khi một số khác có thể tự tổng hợp, do đó các loại hạt có thể là đích của một số nấm mốc vì có sẵn các carbonhydrat dễ sử dụng. Sự tổn thương lớp ngoài của hạt do côn trùng xâm nhập hoặc do kỹ thuật thu hoạch không thích hợp có thể mở đường cho nấm mốc xâm nhập gây nhiễm cho hạt.
Một số lớn chất biến dưỡng được tạo thành trong quá trình phân giải carbohydrat, một số có tính độc đối với người và động vật (mycotoxin), một số khác lại độc đối với vi sinh vật (antibiotics) [139]. Sinh tổng hợp các mycotoxin Mycotoxin là chất biến dưỡng thứ cấp (secondary metabolite) tương tự như các sản phẩm khác do nấm tạo ra như chất kháng sinh, gibberellin và alkaloid, trong khi đó các sản phẩm biến dưỡng sơ cấp (primary metabolite) như các axit amin, axit béo, saccharide, axit nucleic và protein là rất cần thiết cho mọi cơ thể sống. Các vi sinh vật tổng hợp chất biến dưỡng thứ cấp có thể dùng cả các enzym của quá trình biến dưỡng sơ cấp hoặc nhờ các synthetase đặc hiệu.