In vitro evaluation and characterization of mineral, organic and polymers mycotoxin binders

Abstract

Micotoxinas são metabolitos secundários sintetizados por fungos filamentosos que têm uma grande diversidade de estruturas químicas e baixo peso molecular. Estes compostos apresentam variadas propriedades tóxicas mesmo em baixas quantidades e provocam doenças ou mesmo morte em humanos e animais. A presença de fungos no meio ambiente e sua capacidade de crescimento em diversas culturas agrícolas leva à ocorrência de contaminações por micotoxinas nos mais variados produtos alimentares, causando grandes perdas económicas. De entre todas as micotoxinas, as mais importantes são as aflatoxinas, ocratoxina A, tricotecenos, fumonisinas, zearalenona e patulina. Neste trabalho, adsorventes de origem mineral, orgânica e polímeros foram avaliados e caracterizados in vitro na adsorção de uma mistura de três micotoxinas (AFB1, OTA, ZEA). Os ensaios preliminares demonstraram que adsorventes de origem orgânica e mineral são mais eficazes na remoção das micotoxinas sendo capazes de remover nalgumas das condições testadas 100% das micotoxinas. A variação da concentração dos adsorventes demonstrou que o uso de apenas 5 mg/mL de carvão ativado (ActCarb) possibilitou a remoção de 100% das micotoxinas e o uso de 10 mg/mL do produto comercial 1 (ComProd1), bentonite (Bent) e engaço de uva (GrapStem) removeram mais de 80% das micotoxinas, excetuando OTA e ZEA a pH 7.0. No geral, o aumento da concentração dos adsorventes aumentou a eficácia da adsorção. Estes adsorventes demonstraram elevada força de ligação às micotoxinas testadas, uma vez que as percentagens de dessorção com tampão não superaram os 50%. Noutro ensaio com solventes orgânicos, a extração das micotoxinas retidas nos adsorventes foi quase total, deduzindo-se assim que a adsorção não causou alterações conformacionais nas micotoxinas. As isotérmicas de adsorção calculadas apresentaram bons ajustes. O ActCarb obteve valores de capacidade máxima de adsorção (Qmax) 3 a 4 vezes superiores aos restantes, seguindo-se ComProd1, Bent e GrapStem, que obtiveram valores de Qmax indicativos de uma adsorção também ela favorável para as três micotoxinas. Por outro lado, a proteína BSA foi testada como adsorvente de OTA. Esta foi ligada às resinas de níquel His-Pur e Sepharose activada formando uma matriz estável, mas não com celulose Avicel. A presença da BSA melhorou substancialmente a adsorção da OTA (> 50%), sugerindo a possibilidade do seu uso como adsorvente.

Mycotoxins are secondary metabolites synthetized by filamentous fungi. They have a great diversity of chemical structures, low molecular weight and present great variety of toxic properties at very low levels, making them responsible for diseases or even dead in humans and animals. The worldwide propagation of fungi and the diversity of crops and foodstuffs they grow on increases the chance of mycotoxins contamination in several agricultural commodities, causing great economical losses. The mycotoxins that are better known are aflatoxins, ochratoxin A, trichothecenes, fumonisins, zearalenone and patulin. Decontamination methods for mycotoxin removal were studied. Mineral, organic and polymers mycotoxin binders were characterized and evaluated in vitro as adsorbent of a mixture of three mycotoxins (AFB1, OTA and ZEA). A preliminary screening showed that adsorbents from organic and mineral origin, such as commercialized product 1 (ComProd1), activated carbon (ActCarb) and grape stems (GrapStem) have better adsorption efficiencies reaching nearly 100% of mycotoxin removal in certain conditions. When experimenting with different concentrations of adsorbents, just 5 mg/mL of ActCarb removed 100% of the mycotoxins and 10 mg/mL of ComProd1, GrapStem and Bent reached mycotoxin removals >80% (except for OTA and ZEA at pH 7.0). The increase in the concentration of adsorbent resulted in the increase of the adsorption efficiency. The adsorbents tested also showed a strong bond with the adsorbed mycotoxins, since the mycotoxin desorption with buffer never reached values superior to 50%. In another experiment with organic solvents, mycotoxin extraction from adsorbents was almost total, suggesting that the experimental procedure did not change mycotoxin conformation. Adsorption isotherms delivered good fits. From the adsorbents tested, ActCarb showed the maximum adsorption capacity (Qmax) 3 to 4 times higher than other adsorbent, followed by ComProd1, Bent and GrapStem, which obtained good Qmax values, indicating favorable adsorption for all mycotoxin and conditions tested. Additionally, the use of BSA protein in different resins was studied as an OTA sorbent. BSA was bond to His-Pur nickel resin and activated-Sepharose resin forming a stable matrix, but not with cellulose Avicel. The presence of BSA in the matrix improved substantially the retention of OTA (over 50%), suggesting the possibility of the use of BSA as an OTA adsorbent.