Perspectivas para aplicação de tecnologias para descontaminação de micotoxinas

Desafios e perspectivas para aplicação de tecnologias inovadoras para descontaminação de micotoxinas em cereais

As indústrias agroalimentares têm dedicado enorme esforço para evitar a ocorrência de metabólitos fúngicos secundários tóxicos, conhecidos como micotoxinas, em alimentos e rações à base de cereais.
Mais de 100 espécies de fungos capazes de produzir mais de 400 tipos de micotoxinas já foram descritas, porém felizmente as principais espécies de fungos toxigênicos estão restritas a alguns gêneros, incluindo Aspergillus, Fusarium e Penicillium (Buszewska-Forajta, 2020).
As micotoxinas mais importantes são:
aflatoxinas (AF) B₁, B₂, G₁ e G₂
fumonisinas (FB)
ocratoxina A (OTA)
zearalenona (ZEN)
toxina T-2 e deoxynivalenol (DON)

Vários problemas de saúde estão ligados a micotoxinas em humanos e animais, como câncer de fígado e rim, cirrose, intoxicação renal, intoxicação neurológica, edema pulmonar e distúrbios gastrointestinais e
de reprodução.

Portanto, a ocorrência de micotoxinas em matérias-primas é de enorme preocupação para a indústria de alimentos e rações, uma vez que pode levar a perdas econômicas e graves consequências para a saúde pública.

Diferentes estratégias como o manuseio adequado de grãos após a colheita e as práticas adequadas de armazenamento são fundamentais no gerenciamento da produção de micotoxinas. No entanto, essas práticas não serão eficazes se as micotoxinas já estiverem presentes nos grãos, uma vez que esses compostos possuem grande estabilidade e resistência aos processos de produção de alimentos. Várias estratégias de descontaminação de micotoxinas foram avaliadas ao longo dos anos (Khaneghah et al., 2020).
A maioria das abordagens testadas para a degradação de micotoxinas foram baseadas em técnicas convencionais, que não destroem com sucesso esses contaminantes mantendo as propriedades dos alimentos.
Diante disso, novas técnicas para descontaminar grãos de cereais têm sido estudadas.
Embora esses métodos nunca devam substituir medidas preventivas para evitar a contaminação e/ou crescimento fúngico e a produção de micotoxinas, eles podem ser uma estratégia integrada para reduzir a exposição às micotoxinas através da dieta.
Novas técnicas como plasma frio, irradiação, ozonização e métodos biológicos têm sido avaliadas com vistas à degradação de micotoxinas e potencial aplicação na indústria alimentícia.
Essas novas tecnologias resultam em efeitos menos adversos sobre as: 
propriedades nutricionais,
atributos de qualidade e
características sensoriais dos grãos.
Portanto, este artigo fornece uma visão geral das técnicas convencionais utilizadas na indústria alimentícia e de novas tecnologias de descontaminação, bem como sua eficiência em reduzir as micotoxinas em grãos de cereais contaminados.

O crescimento fúngico, que leva à formação de micotoxinas, não pode ser totalmente evitado.
Os grãos colhidos podem ser contaminados no manuseio, transporte e armazenamento.
Às vezes, o inóculo já está presente nas estruturas de transporte e armazenamento.
Condições ambientais adequadas levam ao rápido crescimento fúngico tendo como consequência a perda de grãos. Além disso, a condição dos grãos e as operações pós-colheita são críticas, influenciando no armazenamento e possibilitando a ocorrência de vários tipos de contaminação microbiana em grãos (Neme & Mohammed, 2017).
Muitas operações unitárias com fins técnicos específicos também podem reduzir os níveis de micotoxina em cereais, como moagem e descascamento. No entanto, reduzir os níveis de micotoxina não é o objetivo principal dessas técnicas convencionais.

Parâmetros adequados de umidade e temperatura durante o armazenamento controlam o crescimento fúngico e a produção de micotoxinas (Buszewska-Forajta, 2020). Vários produtos químicos são usados para descontaminar grãos alimentares, como:
peróxido de hidrogênio
ácido cítrico
ácido láctico
ácido propiônico
água ozonizada
O tratamento com produtos químicos leva à conversão de micotoxinas em compostos menos tóxicos. Por exemplo, o ácido láctico converte a AFB₁ em produtos menos tóxicos identificados como AFD₁ (Jubeen et al., 2020). A AFD₁ apresenta menor atividade mutagênica do que a AFB₁, com queda de 18 vezes na toxicidade (Mendez-Albores et al., 2005).
Diferentes bases como amônia e hidróxido também podem ser usadas em grãos para reduzir micotoxinas como as AFs. Além disso, a mistura de glicerol e cloreto de cálcio também tem sido utilizada para reduzir o nível de micotoxinas. Estas técnicas podem ser utilizadas na indústria de cereais devido à fácil disponibilidade e baixo custo. No entanto, algumas técnicas de descontaminação química de grãos não são permitidas por várias Organizações de Saúde.
Produtos químicos como ácidos orgânicos também aumentam o teor de umidade dos grãos e penetram no endosperma (Jubeen et al., 2020).
Além disso, os efeitos residuais dos produtos químicos são um problema dessas técnicas, limitando seu uso na agroindústria.

A Tabela 1 apresenta os resultados de alguns estudos sobre aplicação de tecnologias inovadoras para descontaminação de micotoxinas em grãos alimentícios.

Irradiação

A irradiação tem sido amplamente usada para a descontaminação de alimentos há décadas. É considerado um método físico de descontaminação, que envolve a exposição dos alimentos à energia ionizante (Mohamed et al., 2015). Os efeitos indiretos como a reação de radicais livres com a água e outros componentes resultam na degradação das micotoxinas por irradiação.
O processo de irradiação tem sido utilizado efetivamente para controlar a contaminação de grãos por fungos toxigênicos, tais como as espécies Aspergillus, Fusarium e Penicillium.
Diferentes doses de irradiação são aplicadas para uma redução significativa no crescimento fúngico em diferentes cereais. O tratamento de irradiação para fins alimentares é considerado seguro para doses de até 10kGy (Lung et al., 2015). No entanto, o processo de irradiação afeta negativamente a qualidade do grão em certo grau.
Aziz et al. (1997) observaram que uma dose de irradiação de 6 kGy elimina a flora fúngica em grãos de trigo. Em outro estudo, Aziz et al. (2007) avaliaram a influência da irradiação gama na FB₁ em diferentes grãos como milho, trigo e cevada. Os resultados mostraram que as doses de irradiação de 5 kGy inativaram:
96,6% da FB₁ no trigo
87,1% no grão de cevada.
Outro autor, Aquino et al. (2005), observou que a dose de 10 kGy de irradiação elimina completamente a AFB₁ e AFB₂ no milho. No entanto, Farag et al. (2004) observaram que a irradiação gama em uma dose mais alta (20 kGy) elimina 76% da AFB₁ no milho amarelo.
Autores relataram em vários estudos que as doses de irradiação efetivas para destruir micotoxinas podem variar de acordo com o tipo de grão e a micotoxina. Hassan e Aziz (1998) estudaram irradiação gama em AFs no milho com diferentes níveis de umidade. A produção de aflatoxinas diminuiu com um aumento na dose de irradiação e foi insignificante em 4 kGy.

Resultados semelhantes foram observados por Mehrez et al. (2016) enquanto estudavam a estabilidade da degradação das micotoxinas. A degradação das micotoxinas irradiadas com 8 kGy e 16% de teor de umidade foi significativamente maior do que com umidade a 11%.

Plasma a Frio
O plasma a frio é potencialmente explorado em várias áreas da indústria alimentícia, sendo uma das novas técnicas amplamente utilizadas para descontaminar grãos de cereais.
A micotoxina presente no material alimentar é degradada por espécies reativas como O, O3, OH, NO e NO₂ geradas pelo plasma a frio. As espécies reativas geradas pelo plasma a frio atacam as ligações químicas das moléculas de micotoxinas, resultando em sua degradação ou conversão para outros produtos (Misra et al., 2019).

No entanto, a eficiência do plasma a frio depende da:
estrutura das micotoxinas
características dos grãos e superfície.
Selcuk et al. (2008) usaram o plasma a frio sobre esporos de A. flavus e A. parasiticus em superfícies de grãos. Esta técnica não térmica reduziu a infecção fúngica para menos de 1% sem afetar a qualidade das sementes. Após o tratamento com plasma observou-se uma redução significativa dos esporos fúngicos.
Wielogorska et al. (2019) exploraram o uso de plasma a frio para inativar micotoxinas no milho.
O tempo de tratamento de 10 minutos removeu cerca de 66% de AB₁ e FB₁ em grãos de milho.
No tratamento com plasma, a degradação depende da estrutura molecular da micotoxina, da natureza da química plasmática e da interação de espécies reativas com toxinas.

Luz Pulsada
[registrados]
A luz pulsada é uma das tecnologias promissoras utilizadas para a descontaminação de grãos. É uma alternativa potencial às tecnologias tradicionais sem afetar significativamente a qualidade dos grãos.
Porém, a luz pulsada tem baixa capacidade de penetrar no grão e diminui a porcentagem de germinação das sementes usadas para brotação. A eficiência de descontaminação da luz pulsada deve-se ao amplo espectro de luz ultra-violeta (UV), flashes curtos e potência máxima (John e Ramaswamy, 2018).
A eficiência de descontaminação da luz pulsada deve-se ao amplo espectro de luz ultra-violeta (UV), flashes curtos e potência máxima (John e Ramaswamy, 2018).

No entanto, muitos fatores como matriz e espessura do material alimentar, composição e tipo de micotoxina podem influenciar o tratamento da luz pulsada. Além disso, as condições de processamento da luz pulsada, tais como o número de pulsos utilizados para o tratamento, potência dos pulsos e distância entre a lâmpada e a amostra durante o tratamento, também afetam fortemente a eficiência do tratamento (Abuagela et al., 2019).
Wang et al. (2016) estudaram a influência do tratamento da luz pulsada sobre a degradação da AFB₁ e AFB₂ em arroz tratado com 0,52 J/cm²/pulso para diferentes tempos (20, 40, 60 e 80 segundos) em temperatura ambiente.
O tratamento da luz pulsada de 80 segundos reduziu AFB₁ (75%) e AFB₂ (39,2%), sendo que esta variação se deve à diferença das estruturas moleculares das duas micotoxinas, que afeta a eficiência da fotodegradação.
No entanto, a tecnologia de luz pulsada tem certas limitações. Embora seja eficaz na descontaminação da superfície devido à sua capacidade de penetração limitada, também afeta negativamente a qualidade dos materiais alimentares sensíveis ao calor.

Ozônio
O ozônio (O3) tem diversas aplicações importantes na indústria alimentícia como desinfetante. Adicionalmente, o ozônio é um forte oxidante que pode também ser empregado para eliminar as micotoxinas dos grãos alimentares.
O tratamento de ozônio é uma das alternativas mais promissoras para as técnicas convencionais de descontaminação de micotoxinas, pois não deixa resíduos tóxicos e é ambientalmente amigável (Pankaj et al., 2018).
No entanto, o custo da técnica de ozônio é relativamente alto devido à sofisticada tecnologia de descontaminação. A degradação da AF pelo ozônio começa com um ataque eletrofílico em uma parte da molécula, levando à formação de ozonidas primárias seguidas de rearranjo em derivados de monóxido como aldeídos, cetonas e ácidos orgânicos.
Foi relatado que o ozônio degrada as micotoxinas comuns encontradas em grãos como as AFB₁, AFB₂, AFG₁, AFG₂, FB₁, OTA e ZEN (Kottapalli et al., 2005). Deste modo, o tratamento do ozônio degrada as micotoxinas ou leva a modificações químicas reduzindo sua atividade tóxica.
A principal vantagem do tratamento do ozônio é que ele afeta minimamente a qualidade dos grãos alimentícios. No entanto, a descontaminação de micotoxinas em grãos por esta técnica depende de muitos fatores como:
concentração de ozônio
temperatura do tratamento
tempo de exposição
taxa de fluxo de ozônio
umidade
pH
rugosidade superficial do grão
Há também o aumento da eficiência do tratamento em meio aquoso, em comparação com a fase gasosa devido à umidade. Raila et al. (2006) utilizaram o tratamento de ozônio para descontaminar grãos de trigo com diferentes teores de umidade. O tratamento de ozônio reduziu eficientemente a contaminação em grãos de trigo em níveis mais elevados de umidade.
A umidade melhora a eficiência do tratamento do ozônio porque a água solubiliza o ozônio e aumenta o contato entre os grãos e este gás.
O maior grau de temperatura e tempo de tratamento aumenta a eficiência durante o processamento com ozônio.
No entanto, existem desafios particulares associados ao tratamento do ozônio.

Métodos Biológicos
Os métodos biológicos têm se tornado populares devido a resultados promissores na descontaminação de micotoxinas. É uma técnica ecológica que não deixa nenhum resíduo. Numerosos agentes biológicos,
como cepas bacterianas, fungos e leveduras têm mostrado resultados promissores para degradar ou se ligar às micotoxinas de forma estável (Luo et al., 2018).

Esses microrganismos podem ser aplicados em diferentes estágios de produção de grãos, como durante estágio de pré ou pós-colheita, para controlar as micotoxinas. O efeito é mediado através da competição por substratos e produção de metabólitos inibitórios.
A detoxificação biológica também envolve degradação enzimática ou modificação de toxinas resultando em diminuição da toxicidade potencial. Microrganismos comumente usados para detoxificação de aflatoxinas são bactérias ácido láticas, Bacillus licheniforms, Bacillus subtilis e Saccharomyces cerevisiae (Ismail et al., 2018). Alguns Rhizopus spp. também foram testados para descontaminação de micotoxinas devido à sua capacidade de ligação com micotoxinas.
As células microbianas podem adsorver a aflatoxina do alimento, mediante a adesão da toxina à parede celular bacteriana. Deste modo, a biomassa microbiana atua diminuindo a biodisponibilidade das micotoxinas no trato gastrointestinal, a exemplo do que ocorre no caso dos adsorventes minerais para micotoxinas.
No entanto, a aplicação efetiva de métodos biológicos para descontaminação de micotoxinas em grãos de cereais ainda depende de pesquisas que possibilitem produzir biomassas de microrganismos em escala para uso na agroindústria.

Ingredientes Naturais
Alguns ingredientes naturais de diferentes fontes como especiarias, ervas e plantas têm sido testados para descontaminar micotoxinas, como uma alternativa a produtos químicos sintéticos que podem deixar resíduos indesejáveis nos alimentos. Deste ponto de vista, a eficiência antimicotoxigênica dos ingredientes naturais depende de constituintes ativos como:

Óleos essenciais de plantas aromáticas mostraram potencial capacidade desintoxicante contra AFs em grãos de sorgo. Esses óleos essenciais contêm componentes específicos como eugenol e isotiocianatos, que possuem capacidade desintoxicante contra micotoxinas.
As folhas de Neem apresentaram efeito desintoxicante contra AFs durante o armazenamento prolongado de milho, trigo e arroz. No entanto, o aroma pungente de alguns ingredientes naturais pode restringir suas aplicações em alimentos. Atualmente, há uma demanda potencial por extratos de plantas para diversas aplicações na indústria alimentícia.
Extratos vegetais de diferentes fontes têm a capacidade de degradar micotoxinas (Ponzilacqua et al., 2019). Extratos vegetais mostram uma abordagem promissora e são usados para prevenir o crescimento fúngico e o acúmulo de micotoxinas em grãos alimentares. A combinação de tecnologias inovadoras tem sido também estudada, com resultados muito promissores.
Kalagatur et al. (2018) relataram que o efeito combinado de óleo essencial e da irradiação gama foi altamente eficiente no controle da produção de micotoxinas por F. graminearum em grãos de milho.

Os possíveis riscos de contaminação por micotoxinas associados aos grãos de cereais continuam a ser uma das principais preocupações da agroindústria e uma grave ameaça à saúde humana e animal.
As técnicas tradicionais utilizadas para o controle da deterioração dos grãos por micotoxinas podem reduzir parcialmente a carga tóxica, porém com implicações negativas sobre a qualidade dos grãos, além de impactos ambientais. Para mitigar as limitações das técnicas tradicionais, novas tecnologias de descontaminação como o plasma a frio, irradiação e ozônio têm mostrado resultados promissores para degradar micotoxinas sem afetar significativamente a qualidade dos alimentos.
Cada tecnologia mostrou diferentes graus de eficiência em determinadas condições otimizadas de processamento para cada tipo de alimento. Técnicas biológicas baseadas na degradação ou remoção de micotoxinas por bactérias e leveduras têm apresentado grande potencial.
Estudo futuros são necessários para possibilitar a transferência dessas tecnologias para a escala industrial, de modo a garantir uma descontaminação eficiente das micotoxinas sem comprometer a qualidade dos grãos

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