Ochratoxin A and aflatoxin producing fungi in raisins and dried figs: detection methods and evaluation of novel strategies to control this contamination
Author(s)
Fodil, Sihem
Date Issued
March 19, 2018
Type
Doctoral Thesis
Abstract
The contamination by Ochratoxin A (OTA) and Aflatoxin B1 (AfB1) in raisins and dried figs is mainly related to the presence of Aspergillus species. This contamination poses risks to human and animal health due to the high toxicity and carcinogenicity of these compounds. In this project, different aspects of this problem were considered. The first one consisted of a survey of raisin and dried fig samples, collected from different regions in Algeria and Turkey, for the presence of some OTA and AfB1 producing fungi and for OTA and AfB1 contamination. Both the fungal and mycotoxin contaminations were found in most of the collected samples, with the prevalence of Aspergillus carbonarius, which is the main OTA producing species. In some cases, OTA levels were above the maximum tolerable level established by EU directives, underlining the need to pass legislation to regulate the amount of maximum tolerable limit of OTA content in raisins and dried fruits in Algeria. Then, an extraction protocol for raisins and dried figs suitable for direct use in a nor1-gene specific loop-mediated isothermal amplification (LAMP) was set to enable rapid and sensitive detection of several aflatoxin-producing species in a single analysis. The tested LAMP assay, after using a minimal sample preparation, was able to detect the presence of aflatoxin-producing fungi belonging to Aspergillus section Flavi in dried figs and raisins. The developed LAMP assay may be considered as a rapid and sensitive tool for surveillance and quality control in the food industry. After that, a comparison between the effects of the antifungal protein PgAFP as a natural control mean, and potassium sorbate (E-202) on the growth of Aspergillus carbonarius and its OTA production was carried out, considering both the eco-physiological and transcriptional levels (gene expression). The results showed that PgAFP significantly controls OTA production, whereas E-202, although able to decrease Aspergillus carbonarius growth, can cause a significant increase in OTA production by the fungus. It can be concluded that PgAFP, a biological product with antifungal activity, is safer to use as food preservative compared to E-202. In the last part of this study, the effects of the treatment using different concentrations of ozone (O3) on Aspergillus carbonarius conidia germinability, and on OTA and AfB1 degradation, both as pure molecules and when present in raisins, was investigated. O3 significantly controlled the germinability of both OTA-producing and non-OTA-producing Aspergillus carbonarius conidia. It was also able to degrade a significant percentage of OTA and AfB1. These results highlight the potential of O3 to control the contamination by mycotoxigenic fungi and by mycotoxins.
La contaminazione da parte di Ocratossina A (OTA) e di aflatossina B1 in uva passa e fichi secchi è principalmente dovuta alla presenza di specie fungine appartenenti al genere Aspergillus. Questa contaminazione costituisce un rischio per la salute umana e animale a causa della elevata tossicità e cancerogenicità di questi composti. In questo studio sono stati considerati alcuni aspetti di questo problema. In primo luogo, è stata valutata la presenza di isolati appartenenti ad alcune delle specie capaci di produrre OTA e AfB1 e la eventuale contaminazione da parte di questi metaboliti nei campioni di uva passa e fichi secchi raccolti da diverse regioni in Algeria e in Turchia. La maggior parte dei campioni raccolti è risultata contaminata sia da funghi micotossigeni che dalle micotossine considerate, con prevalenza di Aspergillus carbonarius che è il principale produttore di OTA. In alcuni casi, i livelli di OTA sono risultati al di sopra del massimo livello tollerabile dalla legislazione dell’UE. Questo evidenzia la necessità di emanare una normativa per regolare il limite massimo tollerabile di OTA in uvetta e frutta secca in Algeria.
In seguito, è stato elaborato un protocollo di estrazione da uva passa e fichi secchi per l'uso diretto al fine di effettuare una LAMP (loop-mediated isothermal amplification)-pcr specifica per nor1, allo scopo di consentire il rilevamento rapido e sensibile di diversi isolati produttori di aflatossina in una singola analisi. Il saggio elaborato utilizzando la tecnica LAMP, ha permesso di rilevare la presenza di funghi produttori di aflatossina appartenenti al genere Aspergillus sezione Flavi sia nei fichi secchi che nell’uva passa utilizzando una minima preparazione del campione. Il saggio LAMP sviluppato può costituire uno strumento rapido e sensibile per la sorveglianza e il controllo di qualità nell'industria alimentare.
A questo punto, è stato effettuato un confronto tra gli effetti della proteina antifungina PgAFP, un mezzo di controllo naturale, e del sorbato di potassio (E-202), sulla crescita di Aspergillus carbonarius e sulla produzione di OTA. Il confronto è stato effettuato sia a livello eco-fisiologico che trascrizionale (valutando l'espressione genica). I risultati hanno mostrato che PgAFP controlla significativamente la produzione di OTA, mentre E-202, pur essendo in grado di diminuire la crescita di Aspergillus carbonarius, può causare un aumento significativo della produzione di OTA nel fungo. Si può concludere che PgAFP, un prodotto biologico con attività antifungina, potrebbe essere usato come conservante alimentare con maggiore sicurezza rispetto a E-202.
Nell’ultima parte di questo studio, sono stati valutati gli effetti del trattamento con diverse concentrazioni di ozono (O3) sulla germinabilità dei conidi di Aspergillus carbonarius, e sulla degradazione di OTA e AfB1, sia come molecole pure che in uva passa. O3 ha permesso di controllare significativamente la germinabilità dei conidi di A. carbonarius sia produttore di OTA che non produttore di tossina. Il trattamento con ozono ha permesso anche di degradare una percentuale significativa di OTA e AfB1. Questi risultati evidenziano il potenziale di O3 nel controllo dei funghi micotossigeni e delle micotossine già prodotte.
Additional information
Dottorato di ricerca in Scienze delle produzioni vegetali e animali
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