Mycotoxins adsorption properties of Kefir microorganisms

Abstract

Mycotoxins are toxic secondary metabolites produced by fungi, which occurs in human food and animal feed. In this way, the control and mitigation of their impact on human and animal health are of current concern. Kefir, a fermented milk produced from grains made up of bacteria and yeast that live in a symbiotic association, proved to have mycotoxin-adsorbing properties and potential to lower the bioavailability of mycotoxins. Thus, the objective of this project was to evaluate the mycotoxins-adsorption properties of Kefir and their microorganisms. For that, aflatoxin B1 (AFB1), ochratoxin A (OTA) and zearalenone (ZEA) adsorption by Kefir grains, Kefir fermented milk and two microorganisms isolated from Kefir (Kazachstania servazzii KFGY7 and Lactobacillus kefiri KFLM3) was tested in conditions that simulate gastrointestinal tract. Furthermore, in this study, the chemical composition of polysaccharides produced by Kefir was evaluated by High performance liquid chromatography (HPLC) and Thin-layer chromatography (TLC). Based on the results obtained, it was proven that Kefir is capable of adsorbing AFB1, ZEA, and OTA under simulated gastrointestinal conditions. Nevertheless, it was observed a marked decrease in the adsorption of the mycotoxins in the oral and intestinal phases due to the effect exerted by the pH, enzymes and salts added. In the intestinal phase, Kefir grains were still adsorbing 10.3 ± 2.8% of AFB1, 16.6 ± 2.4% of OTA, and 30.4 ± 6.7% of ZEA, and Kefir fermented milk, 4.0 ± 0.1% of AFB1, 7.2 ± 0.0% of OTA, and 23.5 ± 0.4% of ZEA. In tested conditions, L. kefiri KFLM3 and K. servazzii KFGY7 showed the best adsorption capacities. In the intestinal phase, L. kefiri KFLM3 was still adsorbing 38.1 ± 3.9% of AFB1, 33.6 ± 3.8% of OTA, and 68.7 ± 1.2% of ZEA, and K. servazzii KFGY7, 25.6 ± 5.9% of AFB1, 27.6 ± 5.9% of OTA, and 67.8 ± 0.4% of ZEA. Thus, the microorganisms that compose Kefir are the main responsible for its mycotoxins-adsorption properties. The mycotoxin that was better adsorbed by all the samples tested was ZEA. The HPLC analyses revealed that Kefir grains and Kefir fermented milk contain heteropolysaccharides (61% and 41% (w/w) in total mass, respectively) composed of glucose and galactose units in an almost equal proportion. The TLC analysis allowed to determine that this heteropolysaccharide is mostly composed of disaccharides and trisaccharides. In conclusion, this study proves that Kefir is a source of microorganisms that can adsorb mycotoxins under simulated gastrointestinal tract conditions.

As micotoxinas são metabolitos secundários tóxicos produzidos por fungos, que ocorrem na alimentação humana e animal. Deste modo o controlo e a mitigação dos impactos das micotoxinas na saúde humana e animal são uma preocupação atual. O Kefir, leite fermentado produzido a partir de grãos de bactérias e leveduras que vivem numa associação simbiótica, provou ter propriedades de adsorção de micotoxinas e potencial para reduzir a biodisponibilidade destas. Assim, o objetivo deste projeto foi avaliar as propriedades de adsorção das micotoxinas pelo Kefir e pelos seus microrganismos. Para isso, a adsorção de aflatoxina B1 (AFB1), ocratoxina A (OTA) e zearalenona (ZEA) por grãos de Kefir, leite fermentado de Kefir e dois microrganismos isolados de Kefir (Kazachstania servazzii KFGY7 e Lactobacillus kefiri KFLM3) foi testada em condições que simulam o sistema gastrointestinal. Para além disso, neste estudo, a composição química dos polissacarídeos produzidos por Kefir foi avaliada por Cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) e Cromatografia em camada fina (TLC). Com base nos resultados obtidos, foi comprovado que o Kefir é capaz de adsorver AFB1, ZEA e OTA sob condições que simulam o sistema gastrointestinal. No entanto, foi observado um decréscimo acentuado na adsorção das micotoxinas nas fases oral e intestinal, devido ao efeito exercido pelo pH, enzimas e sais adicionados. Na fase intestinal, os grãos de Kefir ainda adsorveram 10,3 ± 2,8% de AFB1, 16,6 ± 2,4% de OTA e 30,4 ± 6,7% de ZEA, e o leite fermentado de Kefir, 4,0 ± 0,1% de AFB1, 7,2 ± 0,0% de OTA, e 23,5 ± 0,4% de ZEA. Nas condições testadas, L. kefiri KFLM3 e K. servazzii KFGY7 apresentaram as melhores capacidades de adsorção. Na fase intestinal, L. kefiri KFLM3 ainda adsorveu 38,1 ± 3,9% de AFB1, 33,6 ± 3,8% de OTA e 68,7 ± 1,2% de ZEA, e K. servazzii KFGY7, 25,6 ± 5,9% de AFB1, 27,6 ± 5,9% de OTA e 67,8 ± 0,4% de ZEA. Assim, os microrganismos que compõem o Kefir são os principais responsáveis pelas suas propriedades de adsorção de micotoxinas. A micotoxina que foi melhor adsorvida por todas as amostras testadas foi a ZEA. As análises por HPLC revelaram que os grãos de Kefir e o leite fermentado de Kefir contêm um heteropolissacarídeo (61% e 41%, respetivamente) que é composto por unidades de glucose e galactose numa proporção quase igual. A análise por TLC permitiu determinar que este heteropolissacarídeo é maioritariamente composto por dissacarídeos e trissacarídeos. Em conclusão, este estudo prova que o Kefir é uma fonte de microrganismos que podem adsorver as micotoxinas sob condições que simulam o sistema gastrointestinal.