Микотоксины в пищевых системах: механизмы деградации для обеспечения эффективности нетепловых воздействий обеззараживания

Актуальность. Микотоксины представляют собой структурно разнообразную группу преимущественно низкомолекулярных соединений, вырабатываемых плесневыми грибами. Зараженное микотоксинами продовольственное сырье и продукты питания представляют серьезную угрозу для обеспечения продовольственной безопасности, поскольку микотоксины способны вызывать острые или хронические отравления. По этой причине критическую актуальность приобретает поиск эффективных методов детоксикации пищевых систем от микотоксинов, потенциально масштабируемых в реальных производственных условиях. Вместе с тем детоксикация микотоксинов представляет собой многоаспектную задачу, решение которой предполагает системное понимание комплекса факторов.
Цели исследования — сбор, анализ и систематизация научных данных в области основных видов загрязнителей продовольственного сырья из класса микотоксинов, их потенциальной опасности; раскрытие возможных механизмов деградации микотоксинов при воздействии нетепловых факторов.
Методы. Аналитический анализ научных публикаций по теме исследования выполнен с использованием баз Elibrary и Sciencedirect по различным поисковым запросам за 2020–2025 гг.
Результаты. Результаты проведенного анализа показали, что в научной литературе представлено огромное количество исследований, убедительно доказывающих высокий уровень токсичности микотоксинов, которые наиболее распространены в продовольственном сырье и пищевых продуктах. Такие микотоксины, как афлатоксины, дезоксиниваленол, зеараленон, охратоксины, фумонизины, ниваленол, энниатин, Т-2, НТ-2 и патулин, могут вызывать хроническую или острую токсичность у животных и людей, включая гепатотоксичность, нефротоксичность, канцерогенность, нейротоксичность, иммунотоксичность, тератогенность и мутагенность. Поиск эффективных и масштабируемых методов обеззараживания пищевых систем от микотоксинов преимущественно сосредоточен в области использования нетеплового воздействия. Среди таких методов наиболее перспективным признается холодное плазменное воздействие. Существенное количество исследований доказывает способность холодной плазмы разрушать до 100% микотоксинов в контаминированных пищевых системах.

1. Артамонов И.В. Микотоксины фитопатогенных грибов и микотоксикозы: исторический очерк (обзор). Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2023; 24(5): 703-719. https://doi.org/10.30766/2072-9081.2023.24.5J03-719

2. Вивер А. Новые микотоксины — новый вызов? Комбикорма. 2023; (6): 42-44. https://www.elibrary.ru/gcjjxd

3. Ключникова Н.М., Пятунина С.К., Симонов Н.Е. Микотоксины как угроза общественной безопасности. ОБЖ: основы безопасности жизни. 2021; (2): 47-52. https://www.elibrary.ru/qcbbtj

4. Науменко Н.В., Ботвинникова В.В., Соттникова В., Грживна Л., Белоглазова Н.В. Микотоксины и безопасность продуктов питания: явные и скрытые угрозы. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. 2020; 8(1): 105-111. https://www.elibrary.ru/erhaax

5. Савиных И. Микотоксины: варианты и продуктивные методы борьбы. Эффективное животноводство. 2023; (1): 21-25. https://www.elibrary.ru/onfoxi

6. Gruber-Dorninger C., Jenkins T, Schatzmayr G. Global Mycotoxin Occurrence in Feed: A Ten-Year Survey. Toxins. 2019; 11(7): 375. https://doi.org/10.3390/toxins11070375

7. Zhao L. et al. Occurrence of Aflatoxin B1, deoxynivalenol and zearalenone in feeds in China during 2018-2020. Journal of Animal Science and Biotechnology. 2021; 12: 74. https://doi.org/10.1186/s40104-021-00603-0

8. Sankaranarayanan A., Amaresan N., Sharma A., Khalifa A.YZ. Mycotoxins associated food safety concerns of agricultural crops, prevention and control. Sharma V.K., Shah M.P, Parmar S., Kumar A. (eds.). Fungi Bio-Prospects in Sustainable Agriculture, Environment and Nano-Technology. Academic Press. 2021; 1: 357-374. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-821394-0.00014-7

9. Panasenko S. etal. Study on herbicide residues in soybean processing based on UPLC-MS/MS detection. Food Science and Technology. 2022; 42: e111521. https://doi.org/10.1590/fst.111521

10. Hameed A. etal. Microwave-Vacuum Extraction Technique as a Green and Clean Label Technology: Kinetics, Efficiency Analysis, and Effect on Bioactive Compounds. Food Analytical Methods. 2023; 16(3): 525-540. https://doi.org/10.1007/s12161-022-02437-6

11. Meinert C. et al. Food safety and food security through predictive microbiology tools: a short review. Potravinarstvo Slovak Journal of Food Sciences. 2023; 17: 324-342. https://doi.org/10.5219/1854

12. Mishra M. et al. Allergen30: Detecting Food Items with Possible Allergens Using Deep Learning-Based Computer Vision. Food Analytical Methods. 2022; 15(11): 3045-3078. https://doi.org/10.1007/s12161-022-02353-9

13. Agriopoulou S., Stamatelopoulou E., Varzakas T. Advances in Occurrence, Importance, and Mycotoxin Control Strategies: Prevention and Detoxification in Foods. Foods. 2020; 9(2): 137. https://doi.org/10.3390/foods9020137

14. Shephard G.S. Impact of mycotoxins on human health in developing countries. Food Additives & Contaminants: Part A. 2008; 25(2): 146-151. https://doi.org/10.1080/02652030701567442

15. Zykova I. et al. Photochemical oxidation of y-exachlorocyclohexane and 4,4’- dichlorodiphenyldichloroethylene. Annual Research & Review in Biology. 2017; 13(4): 1-10. https://doi.org10.9734/ARRB/2017/33754

16. Dwi Anggono A. et al. Fruit preservation packaging technology based on air adjustment packaging method. Food Science and Technology. 2022; 42: e29221. https://doi.org/10.1590/fst.29221

17. Okoli C. A Guide to Conducting a Standalone Systematic Literature Review. Communications of the Association for Information Systems. 2015; 37: 879-910. https://doi.org/10.17705/1CAIS.03743

18. Adebo O.A. et al. A review on novel non-thermal food processing techniques for mycotoxin reduction. International Journal of Food Science and Technology. 2021; 56(1): 13-27. https://doi.org/10.1111/ijfs.14734

19. Cai J. et al. Antifungal and mycotoxin detoxification ability of essential oils: A review. Phytotherapy Research. 2022; 36(1): 62-72. https://doi.org/10.1002/ptr.7281

20. Pankaj S.K., Shi H., Keener K.M. A review of novel physical and chemical decontamination technologies for aflatoxin in food. Trends in Food Science & Technology. 2018; 71: 73-83. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2017.11.007

21. Peng W.-X., Marchal J.L.M., van der Poel A.F.B. Strategies to prevent and reduce mycotoxins for compound feed manufacturing. Animal Feed Science and Technology. 2018; 237: 129-153. https://doi.org/10.1016/j.anifeedsci.2018.01.017

22. Wang S.-Q., Huang G.-Q., Li Y-P., Xiao J.-X., Zhang Y, Jiang W.-L. Degradation of aflatoxin B1 by low-temperature radio frequency plasma and degradation product elucidation. European Food Research and Technology. 2015; 241(1): 103-113. https://doi.org/10.1007/s00217-015-2439-5

23. Puligundla P, Mok C. Microwave- and radio-frequency-powered cold plasma applications for food safety and preservation. Bermudez-Aguirre D. (ed.). Advances in Cold Plasma Applications for Food Safety and Preservation. Academic Press. 2020; 309-329. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-814921-8.00011-6

24. Afsah-Hejri L., Jinap S., Hajeb P, Radu S., Shakibazadeh S. A Review on Mycotoxins in Food and Feed: Malaysia Case Study. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2013; 12(6): 629-651. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12029

25. Bennett J.W., Klich M. Mycotoxins. Clinical Microbiology Reviews. 2003; 16(3): 497-516. https://doi.org/10.1128/cmr.16.3.497-516.2003

26. Dhakal A., Hashmi M.F., Sbar E. Aflatoxin Toxicity. Treasure Island, FL: StatPearls Publishing. 2024.

27. Khan R., Ghazali F.M., Mahyudin N.A., Samsudin N.I.P Aflatoxin Biosynthesis, Genetic Regulation, Toxicity, and Control Strategies: A Review. Journal of Fungi. 2021; 7(8): 606. https://doi.org/10.3390/jof7080606

28. Ding L., Han M., Wang X., Guo Y Ochratoxin A: Overview of Prevention, Removal, and Detoxification Methods. Toxins. 2023; 15(9): 565. https://doi.org/10.3390/toxins15090565

29. Gab-Allah M.A., Choi K., Kim B. Type B Trichothecenes in Cereal Grains and Their Products: Recent Advances on Occurrence, Toxicology, Analysis and Post-Harvest Decontamination Strategies. Toxins. 2023; 15(2): 85. https://doi.org/10.3390/toxins15020085

30. Payros D., Alassane-Kpembi I., Pierron A., Loiseau N., Pinton P, Oswald I.P. Toxicology of deoxynivalenol and its acetylated and modified forms. Archives of Toxicology. 2016; 90(12): 2931-2957. https://doi.org/10.1007/s00204-016-1826-4

31. Ropejko K., Twaruzek M. Zearalenone and Its Metabolites: General Overview, Occurrence, and Toxicity. Toxins. 2021; 13(1): 35. https://doi.org/10.3390/toxins13010035

32. Liu L., Xie M., Wei D. Biological Detoxification of Mycotoxins: Current Status and Future Advances. International Journal of Molecular Sciences. 2022; 23(3): 1064. https://doi.org/10.3390/ijms23031064

33. Karlovsky P. etal. Impact of food processing and detoxification treatments on mycotoxin contamination. Mycotoxin Research. 2016; 32(4): 179-205. https://doi.org/10.1007/s12550-016-0257-7

34. Sharma S., Singh R.K. Cold plasma treatment of dairy proteins in relation to functionality enhancement. Trends in Food Science and Technology. 2020; 102: 30-36. https://doi.org/10.1016Zj.tifs.2020.05.013

35. Liu Y, Li M., Liu Y, Bian K. Structures of Reaction Products and Degradation Pathways of Aflatoxin B, by Ultrasound Treatment. Toxins. 2019; 11(9): 526. https://doi.org/10.3390/toxins11090526

36. Pinela J., Ferreira I.C.F.R. Nonthermal physical technologies to decontaminate and extend the shelf-life of fruits and vegetables: Trends aiming at quality and safety. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2017; 57(10): 2095-2111. https://doi.org/10.1080/10408398.2015.1046547

37. Xiang Q. et al. Feasibility of atmospheric cold plasma for the elimination of food hazards: Recent advances and future trends. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2023; 63(20): 4431-4449. https://doi.org/10.1080/10408398.2021.2002257

38. Berkova M.D. et al. Plasma technologies in ecological problems. Proceedings of the 13th International Conference on Condensed Matter Nuclear Science, ICCF2007. 2008; 409-419. https://elibrary.ru/rhpalt

39. Anakhov S.V., Matushkin A.V., Pyckin YA. Effectiveness of the Plasma Neutralization Technology for Supertoxicants. Radionov A.A., Gasiyarov VR. (eds.). Proceedings of the 6th International Conference on Industrial Engineering (ICIE2020). Cham: Springer. 2021; 2: 1323-1330. https://doi.org/10.1007/978-3-030-54817-9_154

40. Al-Saleem M.S.M. et al. Metabolic Profiling and In Vitro Assessment of the Biological Activities of the Ethyl Acetate Extract of Penicillium chrysogenum “Endozoic of Cliona sp. Marine Sponge” from the Red Sea (Egypt). Marine Drugs. 2022; 20(5): 326. https://doi.org/10.3390/md20050326

41. Park B.J. et al. Degradation of mycotoxins using microwave-induced argon plasma at atmospheric pressure. Surface and Coatings Technology. 2007; 201(9-11): 5733-5737. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.07.092

42. Shanakhat H., Sorrentino A., Raiola A., Romano A., Masi P., Cavella S. Current methods for mycotoxins analysis and innovative strategies for their reduction in cereals: an overview. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2018; 98(11): 4003-4013. https://doi.org/10.1002/jsfa.8933

43. Ten Bosch L., Pfohl K., Avramidis G., Wieneke S., Viol W., Karlovsky P. Plasma-Based Degradation of Mycotoxins Produced by Fusarium, Aspergillus and Alternaria Species. Toxins. 2017; 9(3): 97. https://doi.org/10.3390/toxins9030097

44. Wang X., Wang S., Yan Y, Wang W., Zhang L., Zong W. The degradation of Alternaria mycotoxins by dielectric barrier discharge cold plasma. Food Control. 2020; 117: 107333. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2020.107333

45. Delgado-Ospina J., Molina-Hernandez J.B., Chaves-Lopez C., Romanazzi G., Paparella A. The Role of Fungi in the Cocoa Production Chain and the Challenge of Climate Change. Journal of Fungi. 2021; 7(3): 202. https://doi.org/10.3390/jof7030202

46. Wu Y, Cheng J.-H., Sun D.-W. Blocking and degradation of aflatoxins by cold plasma treatments: Applications and mechanisms. Trends in Food Science & Technology. 2021; 109: 674-661. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.01.053

47. Dai H. etal. Efficient and simple simultaneous adsorption removal of multiple aflatoxins from various liquid foods. Food Chemistry. 2022; 380: 132176. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.132176

48. Mir S.A. etal. Application of new technologies in decontamination of mycotoxins in cereal grains: Challenges, and perspectives. Food and Chemical Toxicology. 2021; 148: 111976. https://doi.org/10.1016/j.fct.2021.111976

49. Hojnik N. etal. Unravelling the pathways of air plasma induced aflatoxin B1 degradation and detoxification. Journal of Hazardous Materials. 2021; 403: 123593. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123593