Chương 1 TỔNG QUAN 1. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ ĐỘC TỐ VI NẤM 1. Khái niệm độc tố vi nấm Độc tố vi nấm (ĐTVN) là các chất hóa học có độc tính được sinh ra trong tự nhiên bởi một số chủng vi nấm có khả năng sinh độc tố. Thuật ngữ độc tố vi nấm (mycotoxin) bắt nguồn từ thuật ngữ “mykes” trong tiếng Hy lạp có nghĩa là vi nấm và thuật ngữ “toxicum” trong tiếng La tinh có nghĩa là chất độc [75].
ĐTVN là các hợp chất chuyển hóa thứ cấp có độc tính do một số loài vi nấm tổng hợp trong quá trình trao đổi chất xảy ra ở tế bào trong các điều kiện xác định. Các độc tố này có thể gây bệnh hoặc gây tử vong cho người và động vật. Sự sinh trưởng và phát triển của nó phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện sinh thái. Thuật ngữ mycotoxin thường được áp dụng hạn chế cho các độc tố nấm mốc ngoại bào có độc tính đối với động vật máu nóng [75].
ĐTVN có thể gây độc ở cấp độ khác nhau: cấp tính hay trường diễn. Nhiễm độc cấp tính gây nên rất nhiều đợt dịch bệnh kèm theo tỉ lệ tử vong rất cao. Tùy vào bản chất của từng loại, ĐTVN có thể gây độc cho các hệ thống khác nhau của cơ thể như gan, thận, hệ thần kinh, hệ tiêu hóa, hệ hô hấp, gây suy giảm hệ thống miễn dịch, suy giảm các chức năng của cơ thể và gây bệnh ung thư [2, 68]. Phần lớn các nấm mốc có khả năng sinh độc tố thuộc 3 chi Aspegiluss, Penicillium và Fusarium.
Các nấm thuộc chi Aspegiluss, Penicillium thường có tính chất hoại sinh và tấn công, gây hại cho thực phẩm trong quá trình bảo quản, tuy vậy một số chủng Aspegilli cũng có thể phát triển trong quá trình canh tác nông sản. Chi Fusarium bao gồm các loài gây hại cho cây trồng, đồng thời có thể gây hoại sinh trên thực phẩm [75, 125]. Giai đoạn 1960-1975 là thờì kỳ phát triển mạnh mẽ các đề tài, các công trình nghiên cứu về độc tố nấm mốc. Có khoảng 300-400 hợp chất được coi là độc tố nấm mốc, trong đó có khoảng 30-40 hợp chất được chú ý vì có thể đe -4- dọa đến sức khỏe con người và động vật.
Về mặt hóa học, độc tố vi nấm không chỉ là khó định nghĩa mà còn khó trong việc phân loại, do chúng có cấu trúc hóa học khác nhau, nguồn gốc sinh tổng hợp đa dạng và có vô số tác dụng sinh học. Bên cạnh đó, các loại độc tố còn được tạo ra bởi nhiều các loại nấm khác nhau. Các nhóm ĐTVN được quan tâm ở nước ta bao gồm: aflatoxin (B1, B2, G1, G2, M1, M2), ochratoxin (A, B), patulin, fumonisin, deoxynivalenol (DON) và zearalenon (ZEA) [1]. Trong các loại độc tố này, một số độc tố thường gặp trên các sản phẩm ngũ cốc và thực phẩm chế biến từ ngũ cốc, bao gồm các aflatoxin (B1, B2, G1, G2), ochratoxin A, fumonisin B1 và ZEA.
Một số độc tố vi nấm 1. Aflatoxin Aflatoxin (AF) là sản phẩm chuyển hóa thứ cấp của một số nấm mốc Aspergillus như A. Đây là các loài thuộc họ nấm cúc, là loài nấm khá phổ biến. Các loài nấm mốc này có thể phát triển trên nhiều loại cơ chất như các loại hạt có dầu, thậm chí trên cả bột cá và thịt giàu protein.
Do vậy, các AF thường có trong các loại ngũ cốc như ngô, gạo, đậu… và các loại hạt có dầu như lạc, đậu nành, hạt điều, hạt hướng dương, vừng… cũng như trong các sản phẩm của chúng [42, 90]. Có 4 loại aflatoxin chính thường gặp trong thực phẩm là AFB1, AFB2, AFG1, AFG2. Aflatoxin M1 (AFM1) và aflatoxin M2 (AFM2) được tìm thấy trong sữa. Trong 4 loại AF trên thì AFB1 thường được tìm thấy trong thực phẩm ở nồng độ cao nhất, tiếp theo là AFG1, còn AFB2 và AFG2 thường tồn tại ở nồng độ thấp hơn.
Ngoài ra, người ta còn tìm thấy chất chuyển hóa hydroxyl của AFB1 trong sữa do sự chuyển hóa ở gan của người và động vật khi bị nhiễm AFB1 [42, 90]. Công thức cấu tạo và khối lượng phân tử của các AF nhóm B, G được đưa ra ở hình 1. Các AF có dạng tinh thể không màu cho đến vàng; ít tan trong nước, tan trong methanol, aceton và cloroform; không tan trong các dung môi không phân cực. Các AF tương đối ổn định dưới ánh sáng và trong không khí, ngay cả ở trong môi trường có độ pH dưới 3 hoặc trên 10.
Các AF -5- phân hủy tại điểm nóng chảy trong khoảng 237°C (AFG1) và 299°C (AFM1) nên không bị phá hủy trong điều kiện nấu ăn bình thường [50]. Đối với người, AF có thể gây ngộ độc cấp tính, xảy ra khi AF xâm nhập vào cơ thể qua đường ăn uống ở liều lượng cao trong thời gian ngắn. Những triệu chứng cấp tính bao gồm sự xuất huyết, hủy hoại gan cấp tính, phù, các biến đổi trong đường tiêu hóa và có thể gây tử vong. Tuy nhiên, nguy hiểm hơn là AF có thể gây ra ngộ độc mạn tính ngay ở liều lượng thấp khi tiếp xúc trong thời gian dài.
Ngộ độc mạn tính có thể dẫn đến ung thư gan. Công thức cấu tạo của các aflatoxin B1, B2, G1, G2 Về phân bố, AF tập trung nhiều nhất ở gan (chiếm khoảng 17% lượng AF trong cơ thể) tiếp theo là ở thận, cơ, mô mỡ, tụy, lách. Sau khoảng một tuần thì 80% lượng AF bị bài tiết ra ngoài và đáng chú ý là chúng có thể bài tiết qua tuyến sữa gây hại cho trẻ nhỏ đang bú sữa mẹ. Chu kì bán hủy trong huyết tương là 36,5 phút.
Sản phẩm chuyển hóa của các aflatoxin bao gồm AFM1 và AFM2, chủ yếu bài tiết trong vòng 48 giờ [70]. Ngoài tác dụng lên gan AF còn được biết đến như là chất gây một số bệnh mạn tính như xơ gan, -6- viêm dạ dày mạn, gây suy giảm miễn dịch và gây nhiễm độc gen [93, 110]. AFB1 được IARC xếp vào nhóm IA, là nhóm gây ung thư trên người [50, 93]. Giới hạn tối đa của AF trong thực phẩm được quy định theo QCVN 8- 1:2011/BYT.
Trên các loại thực phẩm nói chung, các giá trị này dao động từ 2-12 µg/kg đối với AFB1 và từ 4-15 µg/kg đối với AF tổng số. Các mức giới hạn đối với sản phẩm thực phẩm dùng cho trẻ nhỏ dưới 36 tháng tuổi được quy định thấp hơn là 0,1 µg/kg (AFB1) [1]. Fumonisin Fumonisin (FU) là một nhóm độc tố nấm mốc có cấu trúc tương tự sphinganin, tiền thân của sphingolipid. Những độc tố này chủ yếu được sinh ra bởi các loài vi nấm Fusarium như: F.
Ít nhất 12 độc tố fumonisin được biết đến, trong đó phổ biến nhất là các độc tố nhóm B (gồm fumonisin B1, B2, và B3). FUB1 có công thức phân tử là C34H59NO15, khối lượng phân tử là 721,8 g/mol, với cấu tạo được trình bày ở hình 1. FUB1 dễ tan trong một số dung môi hữu cơ như methanol, acetonitril [90]. Fumonisin là các hợp chất tương đối ổn định, khi chế biến trong các điều kiện như nhiệt độ cao và trong môi trường kiềm FU bị loại bỏ nhóm chức acid tricarballyic tạo thành một chất chuyển hoá có tính độc hại [42, 120].
Nhóm độc tố này, đặc biệt là FUB1, ức chế mạnh enzym ceramid synthase (CerS). CerS là enzym xúc tác acyl hóa sphinganin và tái tạo sphingosin. Sự ức chế CerS làm tăng sphinganin nội bào và các base sphingoid khác. Đây là hợp chất gây độc mạnh, có thể dẫn đến ung thư [120].
Fumonisin cũng được cho là có liên quan đến ung thư phổi ở người. FUB1 được phân loại thuộc nhóm có khả năng gây ung thư trong nhóm 2B. Các tác dụng gây độc khác của FUB1 thể hiện khác nhau ở các loài khác nhau bao gồm nhiễm độc gan, thận và hoạt động ức chế miễn nhiễm [50, 120]. JECFA đã thiết lập giá trị PMTDI của FUB1 là 2 µg/kg bw/ngày [79].
-7- Giới hạn tối đa của FUB1 trong thực phẩm dao động từ 200-4000 µg/kg, đối với ngô và các thực phẩm từ ngô là 1000 µg/kg [1]. Công thức cấu tạo FUB1 1. Ochratoxin Ochratoxin là sản phẩm chuyển hóa thứ cấp của các loài nấm Aspergillus và Penicillium, thường được tìm thấy trong nhiều loại thực phẩm như ngũ cốc, các sản phẩm ngũ cốc, thảo dược, rượu vang, cà phê. Có 3 loại ochratoxin khác nhau, trong đó ochratoxin A (OTA) là loại có độc tính và tác động đến sức khỏe con người lớn nhất [42, 49, 90].
OTA có công thức phân tử là C20H18ClNO6, khối lượng phân tử là 403,8 g/mol, với cấu tạo được trình bày ở hình 1. OTA có dạng tinh thể không màu, bền với nhiệt, tan trong dung môi hữu cơ phân cực như DMSO, cloroform, ethanol, methanol, acetonitril… ít tan trong nước nhưng tan trong đệm carbonat loãng. OTA rất bền vững với các xử lý nhiệt và hóa chất nhưng dễ bị phân hủy bởi ánh sáng, trong môi trường kiềm hoặc chất tẩy rửa. Độc tố được sản sinh nhiều nhất ở nhiệt độ 20-25oC [48].
OTA gây các tác hại do tác dụng gây ức chế sự vận chuyển của acid ribonucleic dẫn đến ức chế sự tổng hợp protein trong tế bào, làm ảnh hưởng đến các protein trong vòng tuần hoàn. OTA còn gây hại đến gan và thận động vật. Với nồng độ lớn hơn 1 ppm, OTA có thể gây ảnh hưởng đến sự sinh sản, nồng độ lớn hơn 5 ppm có thể gây nên những tổn thương ở gan và ruột. Tương tự như AF, độc tố này cũng gây nên sự giảm sức đề kháng và là tác nhân gây ung thư ở người.
Năm 1993, cơ quan quốc tế nghiên cứu về ung thư -8- (IARC) đã xếp OTA vào nhóm 2B là nhóm có thể gây ra ung thư cho người [31, 35, 66, 102]. JECFA đã thiết lập mức PMTWI của OTA là 100 ng/kg bw/tuần [77]. Công thức cấu tạo của ochratoxin A QCVN 8-1:2011/BYT quy định giới hạn tối đa của OTA trong một số loại thực phẩm như ngũ cốc (3 µg/kg), cà phê (5 µg/kg), rượu vang (2 µg/L) và gia vị (30 µg/kg); với các sản phẩm dùng cho trẻ nhỏ, quy định thấp hơn, ở mức 0,5 µg/kg [1]. Zearalenon Zearalenon (ZEA) là một loại độc tố được sinh ra bởi một số loài Fusarium, đặc biệt bởi F.
graminearum, ngoài ra còn có F. Sự ô nhiễm ZEA được thấy trong các loại ngũ cốc như lúa mì, ngô, lúa mạch, lúa miến, yến mạch. ZEA là hợp chất khá bền với nhiệt và không bị phân hủy trong quá trình chế biến hoặc nấu ăn [42, 71]. ZEA có công thức phân tử là C18H22O5, khối lượng phân tử là 318,4 g/mol, với cấu tạo được trình bày ở hình 1.
ZEA dễ tan trong dung môi hữu cơ như aceton, ethanol, methanol, diclormethan, acetonitril.