Riscul contaminarii porumbului cu aflatoxine

Aflatoxinele contamineaza porumbul în timpul vegetatiei

-aflatoxinele sunt cei mai periculosi

contaminanti biologici

- actiunea oncogena este sinergica cu

a altor oncoinductori!

Ciclul de viata al

ciupercilor

toxigene din grupul

Aspergillus section flavi

Supravetuire ca scleroti (3 ani) si

Conidii (1 an) în sol si în resturile vegetale

Vânt si insecte

boabe stiuleti resturi vegetale

vânt

insec

te

Temperatura

Umiditate

matase

A. flavus

suprafata sol

miceliu scleroti

Boabe

infectate

Principalele specii producatoare Principalele specii producatoare

de aflatoxinede aflatoxine

Aspergillus flavusAspergillus flavusAspergillus parasiticusAspergillus parasiticus Aspergillus nomiusAspergillus nomius

Are loc prin matasa galben/ bruna = germinare si colonizare

Favorizata de temperaturile ridicate si de umiditate redusa a solului (avantaj competitiv pentru ciupercile toxigene din grupul Aspergillus section flavi; cresterea numarului de spori în aer)

Factorii care favorizeaza contaminare porumbului cu aflatoxine produse de ciupercile toxigene din grupul

Aspergillus section flavi

1. Infectia

Favorizata de atacul de insecte

Distrugerea barierelor fizice faciliteaza raspândirea infectiei pe stiulete

Distrugerea pericarpului favorizeaza infectia intriorului boabelor

Descresterea umiditatii boabelor <35%

� A. flavus avantaj competitiv fata de alte ciuperci microscopice(e.g. Fusarium spp.)

2. Colonizarea

Temperaturi ridicatePrecipitatii reduse – stress hidric al plantelor

Alte factori limitativi ai plantelor cu boabe în curs de formare Prolina, factor semnal de stress în plantele de porumb induce sinteza aflatoxinelor în tulpinile toxigene

3. Producerea de aflatoxine

Identificare

Ciuperci care produc spori

verde maslina

1. Aspergillus flavus

Modelarea contaminarii porumbului cu aflatoxineModelarea contaminarii porumbului cu aflatoxine

Schimbarile climatice si riscul contaminarii porumbului cu

aflatoxine în timpul vegetatiei

Schimbarile climatice si riscul contaminarii porumbului cu

aflatoxine în timpul vegetatiei

Parametrii modelarii

virulenta ciupercilor

umidita

tea

solului

temperatura

solului

marimea inocului

tulpina de

aspe

rgilii

fosforul din

sol

Tulpina de Aspergillus flavus

� Aspergiiile aflatoxigene sunt specii cu în multire exclusiv asexuata

� Toate populatiile sunt monoclonale

� Exista tulpini atoxigene (scleroti mici) si înalt toxigene (scleroti mari)

� Analiza geostatisitica

Click to edit Master title styleClick to edit Master title styleInterpolarea probabilistica de tip kriging estimează valorile necunoscute folosind o combinaţie lineară a probelor disponibile:

Eroarea de estimare i (ri) este diferenţa dintre valoarea estimata si valoarea efectiv determiantă pentru acea locatie

Valoarea medie a erorilor unui set de estimate k este:

Eroare variantei este:

% izolate

Lumina

solara

ATMOSFERA

Caldura radianta este

captata de CO2

si de alte GHG

Tab. 1 Potenţialul de încălzire globală a diferitelor gaze cu efect de seră

23900SF6

6500-9200PFC-uri (perfluorocarburi)

140-11700HXC-uri (hidrohalogenocarburi)

310N2O (protoxid de azot)

21CH4 (metan)

1CO2 (dioxid de carbon)

GWP pentru 100 de aniGaze cu efect de seră

Fotografii NASA care arata extinderea minima a calotei

artice în 1979 (stânga) si în 2003. Datele indica o

reducere cu 3% a extinderii calotei artice.

PROJECT TO INTERCOMPARE REGIONAL CLIMATE SIMULATIONS

Experimente cu porumb în atmosfera

îmbogatita cu CO2

11.8550ppm

9.4370ppm

Productie

(ton/ha)

CO2

370ppm 550ppm

Uribelarrea et al., 2003

Schimbari climatice

text

• Efecte primare

[CO[CO22]]

–Precipitatii•Intensitate

•Volum

– Cresterea concentratiei de CO2

– Schimbari ale calitatii luminii

–Taer and Tsol

Parametrii agroclimatici

• Ap = incidenta infectiei cu fungi potential toxigeni a porumbului (procente)

• Ab = severitatea contaminarii cu aflatoxina B1 (ng/g)• Amt = media temperaturii minime din august• Imu = media umiditatii maxime din iulie• S32t = numarul saptamânilor din t impul perioadei de vegetatie în care

media temperaturii maxime saptamânale a depasit 32°C• Imt = media temperaturii maxime din iulie • Imu = media umiditatii minime din iulie• S90u = numarul de saptamâni din t impul perioadei de vegetatie în care

media saptamânala a umiditatii maxime a depasit 90%• D1 = variabila compensatorie indicând localitatile cu 0 - 5 saptamâni în

care temperatura saptamânala maxima a depasit 32°C• D2 = variabila compensatorie indicând localitatea cu 11 - 15 saptamâni în

care temperatura saptamânala maxima a depasit 32°C• C = constanta functiei lineare• S95u = numarul de saptamâni din t impul perioadei de vegetatie în care

media saptamânala a umiditatii maxime a depasit 90%• S38t = numarul de saptamâni din timpul perioadei de vegetatie în care

media saptamânala a temperaturii maxime a depasit 38°C• S21t = numarul de saptamâni din timpul perioadei de vegetatie în care

media saptamânala a temperaturii minime a depasit 21°C• S55u = numarul de saptamâni din t impul perioadei de vegetatie în care

media saptamânala a umiditatii minime a depasit 55 %

Dreapta de regresie (determinata prin metoda celor mai mici patrate) care stabileste corelatia dintre incidenta infectiei cuciuperci potential toxigene si parametrii agrometeorologici

Dreapta de regresie (determinata prin metoda celor mai mici patrate) care stabileste corelatia dintre incidenta infectiei cuciuperci potential toxigene si parametrii agrometeorologici

4,664,420,502S32t

- 3,7225,1- 93,496D2

1,6322,937,232D1

3,262,16,828IMu

- 3,795,7- 21,495Amt

- 1,77154,2- 272,312C

Ecuatia 1: Ap = f (Amt . IMu . D1 . D2 . S32t) r2 = 0,8896

Coeficient TEroarea standardCoeficient estimatVariabila independenta

Ecuatia curbei de regresie (determinata prin metoda celor mai mici patrate) care stabileste corelatia dintre severitatea contaminarii cu aflatoxine în timpul vegetatiei - exprimata prin continutul de aflatoxine la recoltare (ng/g) si parametrii agrometeorologici

1,997,214,439S90u

- 1,0666,1- 70,318D1

- 2,396,1- 14,597Imu

1,558,313,864IMu

- 3,6916,7- 61,635Amt

1,0316,917,409IMt

0,511077,754,659C

Ecuatia 3: Ab = f (IMt . Amt . IMu . Imu . D1 . S90u) r2 = 0,8198

Coeficient TEroarea standardCoeficient estimatVariabila independenta

Jú

n, p

ôd

na v

rstv

a 0

-30 c

m

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

199619971998199920002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016201720182019202020212022202320242025

Obsah vody v pôde [cm]

GIS

S98

CC

CM

2000M

ER

AN

ÉLinear (G

ISS

98)Linear (C

CC

M2000)

Iun

ie, s

trat s

ol

Masurat

Continutul de apa

Jú

l, pô

dna v

rstv

a 0

-30 c

m

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

199619971998199920002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016201720182019202020212022202320242025

Obsah vody v pôde [cm]

GIS

S98

CC

CM

2000M

ER

AN

ÉLinear (G

ISS

98)Linear (C

CC

M2000)

Iulie

,stra

t so

l

Masurat

Continut de apa

Au

gu

st, p

ôdn

a v

rstv

a 0

-30 c

m

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

199619971998199920002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016201720182019202020212022202320242025

Obsah vody v pôde [cm]

GIS

S98

CC

CM

2000M

ER

AN

ÉLinear (G

ISS

98)Linear (C

CC

M2000)

stra

t so

l

Masurat

Continut apa sol

Sep

tem

ber, p

ôd

na v

rstv

a 0

-30 c

m

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

199619971998199920002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016201720182019202020212022202320242025

Obsah vody v pôde [cm]

GIS

S98

CC

CM

2000M

ER

AN

ÉLinear (G

ISS

98)Linear (C

CC

M2000)

stra

t so

lM

asurat

Continut de apa

Septem

brie

Fosforte

xt

[CO[CO22]]

• Levigare

• Eroziune• Spalare

• Mineralizare• Precipitare• Adsorptie• Complexare

• Preluare

Resturi animale

Ingrasaminteminerale

Recoltare

Spalare sieroziune

Levigare(amplificare)

Fosfor organic•Microbian•Resturi vegetale•Humus

Minerale primare(apatite)

Resturi vegetale

Preluare plante

Solutia soluluifosfor•HPO4

-2

•H2PO4-1

Compusi secundari(CaP, FeP, MnP, AlP)

DizolvareDizolvare

PrecipitarePrecipitare

Minerale de suprafata(argile, oxizi de Fe si

Al,carbonati)

Dezag

rega

re

Dezag

rega

re

AdsorbtieAdsorbtie

Mineralizare

Mineralizare

Imobilizare

Imobilizare

DesorptionDesorption

Input tComponent Pierdere

Depuneri atmosferice

text

[CO[CO22]]

Marirea riscului de contaminare a porumbului cu

aflatoxine cu aprox.12%

Pierderi semnificative

• Peste 10% din porumbul României va fi contaminat cu aflatoxine peste limita maxima admisibila

Divergentele dintre agricultura României si agricultura tarilor UE

Agricultura României:

-Etapa extensiva / pre-intensiva;

-Obiective legate de asigurarea securitatii alimentare

---Conditii climatice Conditii climatice Conditii climatice temperat continentaletemperat continentaletemperat continentale

Agricultura tarilor UE:

-Etapa postintensiva / postindustriala

- Obiective legate de asigurarea sigurantei alimentului de la “furca la furculita”

- Conditii climatice Conditii climatice Conditii climatice temperat oceanicetemperat oceanicetemperat oceanice

UERomânia

SUA

aflatoxina B1

aflatoxine totale

temp. max. înflorit

precipitatii

0

10

20

30

40

50

60

70

80

c

Utilizarea porumbului contaminat cu

afaltoxine pentru industrializare –producerea de

bioetanol, biocombustibil

cu utilizare tot maiextinsa

Produsele tehnologiei de Produsele tehnologiei de

macinare uscatamacinare uscata

�� Fiecare kg de porumb produceFiecare kg de porumb produce

PRODUSEPRODUSE CANTIT. APROX.CANTIT. APROX.

�� ETANOLETANOL 0.32 kg0.32 kg

�� BIOXID DE CARBONBIOXID DE CARBON 0.28 kg0.28 kg

�� COCO--PRODUSEPRODUSE 0.30 kg0.30 kg

O treime din bobul de porumb se transforma prin

procesarea în etanol în co-produse

solubile de distilerie

Proteina

co

-pro

du

se

so

lub

ile d

e

dis

tile

rie

(CP

SD

)

EtanolAmidon

Bioxid de carbon

Co-produsele solubile de distilerie sunt

utilizate de obicei ca furaje

• In co-produsele solubile rezultate de la procesarea porumbului contaminat cu aflatoxine în etanol se regaseste peste 50% din încarcatura initiala de micotoxine

Substrat Fermentare Produs

Porumb

infectat:

Amidon

aflatoxine

Glucoza

Produsi

de degrare

ai aflatoxinelor

Etanol

Amilaze

Drojdii

Porumb:

Amidon Glucoza Etanol

Amilaze Drojdii

AmoniacAmoniacAmoniac

Procedeu biotehnologic de Procedeu biotehnologic de conversie concomitenta a conversie concomitenta a porumbului contaminat porumbului contaminat îîn n

bioetanol bioetanol şşi biopreparate de i biopreparate de uz agricoluz agricol

Testarea antagonismului unor drojdii fata de fitopatogeni

� Tulpini de:

� Saccharomyces cerevisiae (L30)

� Metschnikowia

pulcherrima (L28, L29)

� Saccharomyces boulardii (L31)

Antagonismul drojdiilor fata de ciupercile t Antagonismul drojdiilor fata de ciupercile t fitopatogenefitopatogene

• A fost evidentiata o tulpina de Saccharomyces cerevisiae

(L30) care a manifestat o acţiune de inhibare faţă de Aspergillus flavus izolat de pe boabe de porumb;

Influenta aflatoxinelor asupra hidrolizei enizmatice a amidonului

din porumb

Porumb Amidon Glucoza

� Solubilizarea amidonului (alfa-amilaza termostabila)

� Zaharificarea amidonului solubilizat (glucoamilaza)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135

min

% g

rup

ari

re

du

cato

are

0204080

2 ADP+ 2

2 ATPGlicoliza

Glucoza

2 NAD++++

2 acid piruvic

2 CO2 eliberati

+ 2 H++++

2 NAD++++

2 Alcool etilic

Fermentatia alcoolica

Influenta aflatoxinelor asupra fermentatiei alcoolice

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 12 24 36 48 60

ore

con

c. a

lcool

(%)

0

20

40

80

Fermentation Distillation

DrojdieDistilare alcool

macinare

Solubilizare amidon

Apa

Liquefaction Saccharification

Alfa-amilazatermostabila Glucoamilaza

coproduse

biopreparat

Fabricarea concomitenta de bioetanol si biopreparate din porumb contaminat cu aflatoxine

porumb contaminat

Zaharificare amidon

Ferm

entatie alcoolica

Distilare

Co-produsele solubile ale procesarii proumbului în bioetanol pe calea macinarii uscate porumbului –

biopreparate pentru combaterea fitopatogenilor

Porumb contaminat cu aflatoxine

macinis

alfa-amilaza bacteriana

macinare

solubil izare amidon

zaharificare

glucoamilaza

fungica

plamada

zaharificata

drojide

antagonista

fermentare

biomasa de

drojdii

antagoniste

alcool etil ic

amelioratori de sol

plamada

conditionare

disti lare Bioetanol

Experimentari ulterioare

Laborator Statie pilot Scara industriala

Fermentator

control

pompa

Valorificarea superioaraValorificarea superioara

a bioetanolului din a bioetanolului din

porumb contaminat cuporumb contaminat cuaflatoxineaflatoxine

Producerea de amestec motorina -

etanol

Reducere impact bioxid de carbon

COCOCOCOCOCOCOCO

2020202020202020--------

28%28%28%28%28%28%28%28%

NONONONONONONONO

xxxxxxxxPMPMPMPMPMPMPMPM

22222222--------6%6%6%6%6%6%6%6% 3434343434343434--------46%46%46%46%46%46%46%46%

BHPBHPBHPBHPBHPBHPBHPBHP

--------1/+2%1/+2%1/+2%1/+2%1/+2%1/+2%1/+2%1/+2%

EPA/CARB No.2 Diesel vs. No.2 OEPA/CARB No.2 Diesel vs. No.2 OEPA/CARB No.2 Diesel vs. No.2 OEPA/CARB No.2 Diesel vs. No.2 OEPA/CARB No.2 Diesel vs. No.2 OEPA/CARB No.2 Diesel vs. No.2 OEPA/CARB No.2 Diesel vs. No.2 OEPA/CARB No.2 Diesel vs. No.2 O22222222DieselDieselDieselDieselDieselDieselDieselDiesel™™™™™™™™ (7.7vol% (7.7vol% (7.7vol% (7.7vol% (7.7vol% (7.7vol% (7.7vol% (7.7vol%

etanoletanoletanoletanoletanoletanoletanoletanol))))))))

ReReReReReReReRezultate reprezentativezultate reprezentativezultate reprezentativezultate reprezentativezultate reprezentativezultate reprezentativezultate reprezentativezultate reprezentative

BBBBBBBBeneficiieneficiieneficiieneficiieneficiieneficiieneficiieneficii

Matricea de testareMatricea de testare

XC6125H

XB6125H

XA6125H

XNu6125H

XC6068H

XB6068H

XA6068H

XNu6068H

XC6081H

XB6081H

XA6081H

XNu6081H

15% Mix10% Mix7.7% MixComb. cert.AditivCod produs