Stark fusarienbefallene Getreidekörner sind verrunzelt und weisen ein geringeres Gewicht als gesunde Körner auf. Diese können durch physikalische Prozesse wie Gravitations-Separatoren oder Windsichtung von den gesunden Körnern getrennt werden. WOLFF (2003) zeigte bei der Getreidereinigung (Schwarz- und Weissreinigung) einen deutlichen Unter-schied in der Entfernbarkeit zwischen DON und ZEA. ZEA war bei den durchgeführten Rei-nigungen im höheren Maße (80 % bis 90 %) zu entfernen als DON (ca. 10 %). Die Reduktion von DON korrelierte dabei nicht mit der Reduktion von ZEA in den einzelnen Stufen der Rei-nigung. Diese Beobachtungen sind daruaf zurückzuführen, dass ZEA sich eher in der Epi-dermis des Getreidekorns befindet als das bei DON der Fall ist.
4.9.2 Trockenvermahlung von Getreide
Gereinigtes Getreide wird gewöhnlich in unterschiedliche Fraktionen vermahlen. Die meisten Mykotoxine tendieren dazu, sich in der Kleie bzw. in den äußeren Schichten anzureichern.
Fraktionen wie Weißmehl oder Maisgrieß sind somit nur mit geringen Konzentrationen an Mykotoxinen kontaminiert. NOWICKI ET AL. (1988) berichteten, dass eine Abhängigkeit zwi-schen dem Grad des Pilzbefalls im Endosperm des Weizenkorns und der Verteilung von DON in die zerkleinerten Weizenfraktionen besteht. Dies wiederum ist von der Weizensorte abhängig. Bei einem geringen Pilzbefall sind die höchsten DON-Gehalte an der Getreide-oberfläche zu finden und geringe Konzentrationen an DON können im verarbeiteten Wei-zenmehl nachgewiesen werden.
TRIGO-STOCKLIET AL. (1996) untersuchten die Verteilung von DON und ZEA in Weizen unter Verwendung einer Buhler-Mühle. Beide Toxine konnten in hohen Konzentrationen in der Kleie festgestellt werden. PATEY UND GILBERT (1989) beschrieben die Verteilung von DON, NIV und ZEA in Weizen während der Trockenvermahlung. Generell konnte festgestellt wer-den, dass diese Mykotoxine in allen Fraktionen nachgewiesen wurden. Die höchsten Gehalte konnten in Kleie und Kern ermittelt werden. Bei Untersuchungen mit Mais wurden die höchs-ten Konzentrationen dieser Toxine in Kern- und Kleie-Fraktion bestimmt.
4.9.3 Nassvermahlung von Getreide
Der Nassvermahlungsprozess wird hauptsächlich für die Vermahlung von Mais herangezo-gen. Die entscheidenden Fraktionen für die Lebensmittelindustrie sind Maisstärke und Mais-keime für die Maiskeimölproduktion und Maissirup. Trichothecene sind wasserlöslich und werden somit bevorzugt in der Einweichflüssigkeit und der Glutenfraktion nachgewiesen. So gelangen 66 % T-2 Toxin in diesem Prozess aus Mais in die Einweichflüssigkeit bei gleich-zeitigen geringen Konzentrationen in der Stärke und Sirupfraktion (LAUREN UND RINGROSE
(1997), COLLINS UND ROSEN (1981)). Wie in Abb. 6 dargestellt, zeigten HAZEL UND PATEL
(2004), dass im Fall von DON während der kommerziellen Nassvermahlung Rückstände von bis zu 30 % in der Stärke wiedergefunden wurden.
40 Bundesinstitut für Risikobewertung
Abb. 6: Verteilung von DON in unterschiedlichen Maisfraktionen (HAZEL UND PATEL (2004)
Stärke
Fasern Fasern
Mais Einweichflüssigkeit Mais Einweichflüssigkeit
Gluten Gluten
Keimling Keimling
Stärke
0 50 100
DON 0,98 mg/kg DON 0,22 mg/kg
[%]
LAUREN UND RINGROSE (1997) untersuchten die Konzentrationsverteilung von ZEA während der Nassvermahlung von Mais. Während die Autoren die geringsten Konzentrationen von ZEA in dem Waschwasser fanden, konnten hingegen höhere Konzentrationen in den Keim-ling-, Fasern- und Gluten-Fraktionen ermittelt werden. In einem aus den Maiskeimlingen her-gestellten Maiskeimöl konnte ein Gehalt von 4,6 mg/kg ZEA ermittelt werden. Der Zearale-non-Gehalt war mit zwei- bis dreifach höheren Konzentrationen in den festen Fraktionen (Keimlingen, Fasern und Gluten Fraktionen) sehr viel höher, als zuvor in dem eingesetzten Mais bestimmt werden konnte. Weiterhin wurde die Verteilung von DON und NIV durch den Nassvermahlungsprozess einer kommerziellen Nassvermahlungs-Anlage verfolgt. Die gut wasserlöslichen Typ B Trichothecene (DON und NIV) wurden in hohen Konzentrationen in dem Waschwasser gefunden. Nur geringe Mengen wurden in den Keimling-, Faser- und Glu-ten- Fraktionen nachgewiesen.
BENNET UND ANDERSON (1978) untersuchten ebenfalls die Verteilung von ZEA während des Nass-Vermahlungsprozesses (Tab. 9) und erzielten dabei vergleichbare Ergebnisse.
Tab. 9: Zearalenon enthaltende Fraktionen nach einem Nassvermahlungs-Prozess (BENNETTUND ANDERSON
(1978))
Fraktion Zearalenon-Verteilung [%]
Gluten 49 - 56
Lösliches 17 - 26
Faser 15 - 19
Keimling 9 - 11
Stärke Nicht nachweisbar
Durch die Nassvermahlung wurden keine signifikanten ZEA-Konzentrationen mehr in der Maisstärke nachgewiesen. Die Fraktion der Keimlinge enthält die ein- bis zweifach höhere Menge an ZEA als im Vergleich zum Ausgangsprodukt und besitzt 9 - 11 % der gesamten ZEA-Konzentration. Die Faserfraktion wies eine ein- bis dreifach höhere Konzentration als das originäre Maiskorn auf und enthielt ca. 15 - 19 % der gesamten ZEA-Konzentration.
Es ist bekannt, dass während einer längeren Lagerung von Mais die im Endosperm enthal-tenen Lipide in den Keimling migrieren. Dieser „Extraktionsprozess“ kann dazu führen, dass ZEA im Keimling konzentriert vorliegt.
Bundesinstitut für Risikobewertung 41 4.9.4 Herstellung von Speiseöl
Maiskeimöl wird als Nebenprodukt von zwei in der Maismehl-Industrie angewandten Verfah-ren produziert. Zum einen in der Stärkeindustrie, hier wird der Maiskeimling aus einem Nassentkeimungsprozess erhalten. Zum anderen in der Maismehlindustrie, hier wird der Keimling während eines trockenen Entkeimungsverfahren gewonnen.
Bereits bei der Neutralisation von pflanzlichen Speiseölen mit Laugen werden 90 - 98 % der natürlich enthaltenen Aflatoxine durch irreversible Öffnung der Lacton-Bindung zerstört.
Restliche Aflatoxine werden während der Bleichung abgetrennt. Aflatoxin war daher in raffi-nierten Ölen nicht zu finden. Es kann nur in unraffiraffi-nierten Ölen vorkommen. Da Zearalenon wie die Aflatoxine einen Lactonring aufweisen, kann auch bei ZEA davon ausgegangen wer-den, dass dies durch Raffination und Bleichung im Produkt reduziert werden kann und mög-licherweise nur in nativen Maiskeimölen nachweisbar ist. Für die Herstellung von Sojaöl wer-den die Sojabohnen zuerst einem Extrudierprozess unterzogen. Dies bewirkt die Denaturie-rung der Proteine, die Struktur der Saat wird gebrochen und das Herauslösen des Öls wird erleichtert (BOKISCH (1993)).
4.9.5 Herstellung von Brot, Gebäck, Geröstetem und Gefrorenem
SAMARET AL. (2001) stellten fest, dass der Fermentationsprozess den natürlich vorkommen-den DON-Gehalt in argentinischem Brot reduzierte. Dabei wurvorkommen-den unterschiedliche Brote aus natürlich kontaminierten Weizenmehl (DON 150 µg/kg) hergestellt. Der Teig wurde bei 30 - 50 °C fermentiert. Der maximale Verlust bei einer Fermentationstemperatur von 50 °C lag zwischen 41 - 46 %. Diese Daten stimmen mit Untersuchungen von NEIRA ET AL. (1997) überein. Dabei wurden durch traditionelle Backverfahren acht unterschiedliche Brote herge-stellt, die alle eine signifikante Reduktion von DON aufwiesen. GREENHALGH ET AL. (1984) zeigten, dass sowohl in dotiertem als auch in natürlich kontaminiertem Weizen während des Brot-Herstellungsprozesses 80 % DON in den Produkten wiedergefunden wurden. ABBASET AL. (1985) bestimmten Verluste im Bereich von 19 - 69 %.
TANAKAETAL. (1986) stellten fest, dass der Backprozess bei 170 °C keinen Einfluss auf den Gehalt an DON und NIV hatte. BOYACIOUGLU ET AL. (1993) untersuchten den Einfluss ver-schiedener Zusatz- und Hilfsstoffe wie Kaliumbromid, Ascorbinsäure, Natriumbisulfit, L-Cystein und Ammoniumphosphat bei unterschiedlichen Konzentrationen auf die Stabilität von DON. Die Reduktion lag ohne die Additiva bei 7 %. Bei Natriumbisulfit, L-Cystein und Ammoniumphosphat konnte eine Reduktion bis zu 40 % beobachtet werden.
BRETZ ET AL. (2005a, 2005b) bestimmten die Hitzestabilität von NIV unter typischen Le-bensmittelherstellungsbedingungen und untersuchten den Rückstand auf mögliche NIV-Abbauprodukte. Nach einem Erhitzungsprozess unter leicht alkalischen Bedingungen wurde ein Gemisch aus drei NIV-Degenerationsprodukten nachgewiesen. Diese wurde mittels GC/MS und LC/MS charakterisiert. Die Strukturaufklärung erfolgte mittels 1D- und 2D-NMR-Untersuchungen. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Bildung dieser NIV-Abbauprodukte ebenfalls in Erhitzungsexperimenten mit gespikten NIV in Mehl gebildet wur-den.
42 Bundesinstitut für Risikobewertung 4.9.6 Kochen und Konservenherstellung
LAUREN UND SMITH (2001) zeigten, dass DON und NIV über einen pH Bereich von 1 - 10 re-lativ stabil sind. Bedingungen von pH 12, hohe Salz-Gehalte und eine Temperatur von 80 °C über eine lange Zeit wurden benötigt, um eine Reduzierung der genannten Toxine zu erzie-len. In Mais wurden DON und NIV um 60 - 100 % reduziert, bei einer Behandlung mit wäss-rigem Bikarbonat um 10-, 20- und 50-Gewichtsprozenten bei gleichzeitigem Erhitzen bei 80 - 110 °C in einem Zeitraum von 2 bis 12 Tagen. Im Vergleich dazu wurde ZEA auch bei einer 12-tägigen Behandlung bei 110 °C mit Bikarbonat-Lösungen nicht zerstört. KAMIMURA ET AL.(1981) zeigten, dass sich die Trichothecen-Konzentrationen von T-2 Toxin und DAS um 30 %, von DON und NIV um 40 % und von FusX und NEO um 60 % in japanischen Nu-deln während des Kochprozesses bei 98 °C für zehn Minuten verringerten. Die Autoren gin-gen dabei von einem Extraktionsprozess dieser Toxine in das Kochwasser aus.
BOCKHORN ET AL. (2001) untersuchten 29 Teigwaren-Produkte. Dabei wurden sowohl die rohe Angebotsform, die gekochte, verzehrfertige Teigware und das Kochwasser auf den Ge-halt an DON untersucht. Im Vergleich zu der rohen Angebotsform konnte in der gekochten Teigware eine 60 - 80 % geringere DON-Konzentrationen nachgewiesen werden. Ausge-hend von der rohen Teigware konnten zwischen 34 - 84 % DON im Kochwasser bestimmt werden.
Im Verlauf einer thermischen Lebensmittelzubereitung ist ZEA stabil. Eine Studie von RYU ET AL.(2003) wurde zur Bestimmung der Hitzestabilität von ZEA durchgeführt. Der ZEA-Abbau wurde während eines Erhitzungsprozesses bei verschiedenen Temperaturen (100, 125, 150, 175, 200 und 225 °C) in einer wässrigen Pufferlösung mit unterschiedlichen pH-Werten ge-messen. Die Reaktionsgeschwindigkeit der Reduktion von ZEA stieg mit wachsender Pro-zesstemperatur. Bis zu einer Temperatur von 125 °C gingen weniger als 23 % ZEA verloren.
Nach einer 60-minütigen Erhitzungsdauer wurden je nach eingestelltem pH-Wert 34 - 68 % zerstört. Nach 60 Minuten bei einer Temperatur von ≥ 175 °C wurden mehr als 92 % ZEA abgebaut. Unbeachtet der unterschiedlich eingestellten pH-Werte wurde eine vollständige Reduktion von ZEA in weniger als 30 Minuten bei 225 °C erreicht. Bei einem pH Wert von 7 war ZEA am stabilsten, gefolgt von einem pH-Wert von 4 und 10.
4.9.7 Extrudierte Getreideerzeugnisse
Dieser technologische Prozess wird benutzt, um eine Vielzahl von Lebensmitteln und Fut-termitteln zu produzieren wie Frühstückszerealien, Snack-Produkte, Konditoreiwaren und Tiernahrung. Der Abbau der Mykotoxine kann während des Extrudierens durch unterschied-liche Faktoren erfolgen wie Temperatur oder auch der Gegenwart von alkalischen Verbin-dungen.
WOLF-HALL ET AL. (1999) zeigten, dass DON über den gesamten Prozess des Extrudierens stabil war. Es konnte kein signifikanter Verlust an DON in extrudierten MaisGrits und extru-diertem Trocken-Hundefutter festgestellt werden. RYU ET AL. (1999) untersuchten die Ab-nahme von ZEA in Mais-Grits während des Extrudierens. In diesen Untersuchungen wurde eine Reduktion von 65 bis 83 % von zugesetztem ZEA festgestellt. Diese Unterschiede lie-ßen sich auf unterschiedliche Konfigurationen während dieses Prozesses erklären. Der Feuchtigkeitsgehalt der Ausgangsverbindungen spielte dabei keine Rolle. Der Verlust an ZEA war bei 120 °C größer als bei 160 °C. Die Behandlung von DON, NIV und 3-AcDON mit wässrigen Natriumbisulfit-Lösungen führte während des Extrudierprozesses zur Bildung von Sulfatsalzen. Diese waren unter sauren Bedingungen stabil. ACCERBI ET AL. (1999) unter-suchten den Einfluss prozessbestimmender Parameter wie Feuchtigkeit, Temperatur und Natriumbisulfitzugabe auf den Gehalt an DON. Dafür wurde dotiertes Maismehl (5 mg/kg
Bundesinstitut für Risikobewertung 43
DON) verwendet. Bei allen untersuchten Parametern konnte eine Verringerung des DON-Gehaltes erzielt werden.
4.9.8 Herstellung von Bier, Mälzen und Brauen
Die Veränderung von Trichothecenen in den einzelnen Prozessschritten der Bierherstellung wurden von HAZELUND PATEL (2004), wie in Tab. 10 dargestellt, zusammengefasst.
Tab. 10: Veränderung von Trichothecenen in den einzelnen Prozessschritten der Bierherstellung (HAZEL UND PATEL (2004)
Prozess Effekt auf die Trichothecene Ursache Malzbereitung
- Weichen Verringert DON Gehalt Entfernen von wasserlöslichen Toxi-nen
- Keimen Erhöht DON Gehalt Erlaubt Pilzwachstum und Toxinbil-dung
- Darren Keine Effekte
Schroten der Malze Vervierfachung der DON Konzentration Enzymatische Spaltung von DON-Proteinkonjugaten
Gärung Gegenwart von Trichothecenen kann die Funktion der Pilzstämme für die Bierherstellung beeinträchtigen. Innerhalb der ersten 20 Stunden steigt DON Gehalt, gefolgt von DON Verlusten
Anstieg kann durch Metabolisierung von DON Vorläufern zu DON be-gründet sein
Gesamter
Brauprozess DON ist stabil
Stark schäumende Biere besitzen höhere DON Konzentrationen
SCOTT (1996) zeigte, dass DON in Bierwürze über den Gärungsprozess hinweg mit unter-schiedlichen Saccharomyces cerevisiae-Stämmen stabil war, während ZEA zu 69 % zu β-ZOL und zu 8 % α-β-ZOL biotransformierte. OKOYE (1987) zeigte, dass ZEA aus natürlich kon-taminiertem Mais während der Bierherstellung ein 50 %iges Carry-Over in das fertige Pro-dukt aufwies.