Ocena możliwości redukcji stężenia mikotoksyn w procesie produkcji etanolu z ziarna kukurydzy technologią BUS i klasyczną

• Autorzy: Klosowski G. , Blajet-Kosicka A. , Mikulski D. , Grajewski J.

Warianty tytułu

EN

Assessing the potential of reducing mycotoxin concentration during the production process of ethanol from maize grain using PLS and classic technology

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Oceniono możliwość redukcji stężenia mikotoksyn obecnych w ziarnie kukurydzy w procesie produkcji etanolu technologią klasyczną (parnik Henze’go) oraz BUS (bezciśnieniowe uwalnianie skrobi). Analizowano wpływ operacji i procesów jednostkowych oraz drożdży Saccharomyces cerevisiae na zmiany stężenia mikotoksyn w zacierach i wywarach. W technologii BUS wykazano zależność redukcji stężenia mikotoksyn od sposobu obróbki termicznej zacieru. Zastosowanie podgrzewaczy typu „jet-cooker” sprzyjało większej redukcji stężenia mikotoksyn, która wyniosła w odniesieniu do deoksyniwalenolu (DON) maksymalnie ok. 20 %, a fumonizyn (FUM) do 21 %. W alternatywnym wariancie, użycie płytowych wymienników ciepła (eliminacja kontaktu pary wodnej z zacierem) skutkowało mniejszą efektywnością eliminacji mikotoksyn. W technologii klasycznej wykazano znaczną redukcję stężeń DON, zearalenonu (ZEA) i FUM pod wpływem obróbki barotermicznej. Ostateczny bilans stężenia mikotoksyn w tej technologii wykazał niemal całkowitą eliminację FUM, redukcję DON w około 77 - 97 %, natomiast ZEA od 95 do 100 %. W trakcie fermentacji nie stwierdzono wpływu tego procesu z udziałem drożdży na redukcję stężeń DON, ZEA i FUM. Rezultaty uzyskane w procesie technologicznym BUS wskazują, że nie należy oczekiwać pełnej eliminacji mikotoksyn. W specyficznych warunkach wykazano nawet trzykrotny wzrost stężenia ZEA w wysuszonym wywarze w stosunku do surowca. Powinno to skłaniać do kontroli wywaru uzyskanego z przerobu surowców zanieczyszczonych mikotoksynami, zwłaszcza w przypadku jego wykorzystania w żywieniu zwierząt.

EN

The potential of reducing mycotoxin concentrations in maize grain was assessed during the process of producing ethanol with the application of classic technology (Henze’s steamer) and PLS technology (Pressureless Starch Liberation). The effect of individual operations, processes, and Saccharomyces cerevisiae yeast on changes in the concentrations of mycotoxins in mashes and slops was analyzed. As for the PSL technology, the dependence was found between the reduction of mycotoxin concentrations and the method of how the mash was thermally processed. Owing to “jet-cooker” heaters used, the reduction degree of mycotoxin concentration was higher and amounted to, at the maximum, ca. 20 % in the case of deoxynivalenol (DON), and up to 21 % in the case of fumonisins (FUM). Alternatively, when plate heat exchangers were utilized (elimination of contact between water steam and mash), the elimination of mycotoxins was less effective. In the classic technology, a considerable reduction of concentrations of DON, zearalenone (ZEA), and FUM was found when a barothermal processing was applied. The final balance of mycotoxin concentration in this technology showed that FUM were eliminated almost completely, DON at a level between 77 - 97 %, and ZEA was reduced by about 95 - 100 %. During the fermentation process, no impact of this process with the yeast used was found on the reduction of DON, ZEA, and FUM concentrations. The results obtained when the PLS technology was applied prove that no complete elimination of mycotoxins should be expected. Under specific conditions, the ZEA concentration in dried slops was found to be three times as high as in the raw material. Therefore, it is highly advised to control the slops produced during the processing of raw materials contaminated by mycotoxins, especially when they are used in feeding animals.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Żywność Nauka Technologia Jakość
• Rocznik: 2011
• Tom: 18
• Numer: 2
• Opis fizyczny: s.89-105,rys.,tab.,bibliogr.

Twórcy

autor

Klosowski G.

• Zakład Biotechnologii, Uniwersytet Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy, ul.Chodkiewicza 30, 85-064 Bydgoszcz

autor

Blajet-Kosicka A.

• Zakład Fizjologii i Toksykologii, Wydział Nauk Przyrodniczych, Uniwersytet Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy, ul.Chodkiewicza 30, 85-064 Bydgoszcz

autor

Mikulski D.

• Zakład Biotechnologii, Uniwersytet Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy, ul.Chodkiewicza 30, 85-064 Bydgoszcz

autor

Grajewski J.

• Zakład Fizjologii i Toksykologii, Wydział Nauk Przyrodniczych, Uniwersytet Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy, ul.Chodkiewicza 30, 85-064 Bydgoszcz

Bibliografia

• [1] Arseniak E., Góral T.: Mikotoksyny fuzaryjne w ziarnie zbóż. Forum producentów roślin zbożowych, kukurydzy i rzepaku. Zbiór referatów, Polagra-Farm Poznań 2005.
• [2] Bennet G.A., Lagoda A.A., Shotwell O.L. and Hesseltine C.M.: Utilization of zearalenone - contaminated corn for ethanol production. J. Am. Oil Chem. Soc., 1981, 58, 974-976.
• [3] Błajet-Kosicka A., Kosicki R., Twarużek M., Grajewski J.: Application of Liquid Chromatography/ Electrospray Ionization Tandem Mass Spectrometry to mycotoxins analysis in several matrices (food- and feedstuffs, biological samples, fungi cultures). Acta Biochimica Polonica, 2008, 55, Suppl. 2/2008, 50.
• [4] Cavret S., Lecoeur S.: Fusariotoxin transfer in animal. Food Chem. Toxicol., 2006, 44, 444–453.
• [5] Czerwiecki L.: Mikotoksyny w żywności jako czynnik zagrożenia zdrowotnego. Żywność, Żywienie a Zdrowie, 1997, 4, 292-300.
• [6] D’Mello J.P.F., Placinta C.M., Macdonald A.M.C.: Fusarium mycotoxins: a review of global implications for animal health, welfare and productivity. Anim. Feed Sci. Tech., 1999, 80, ss. 183-205.
• [7] Dorszewski P.: Porażenie kukurydzy grzybami Fusarium a jej przydatność do skarmiania. Kukurydza, 1998, 2(12), 39-40.
• [8] Dziuba E., Foszczyńska B., Zarychta P.: The effect of mycotoxins on FAN metabolism and formation of volatile copounds in malt worts. Acta Sci. Pol., Biotechnologia, 2007, 6 (3), 15-26.
• [9] Eriksen G. S., Pettersson H.: Toxicological evaluation of trichothecenes in animal feed. Anim. Feed Sci. Technol., 2004. 114 (1-4), 205-239.
• [10] Fandohan P., Zoumenou D., Hounhouigan D.J., Marasas W.F.O., Wingfield M.J., Hell K.: Fate of aflatoxins and fumonisins during the processing of maize into food products in Benin. Int. J. Food Microbiol., 2005, 98, 249-259.
• [11] Foszczyńska B., Dziuba E.: Physiological status of brewing yeast during fermantation of worts contaminated with mycotoxins, P. 1: T-2 and ZEA. Acta Sci. Pol., Biotechnologia, 2007, 6 (1), 3-12.
• [12] Foszczyńska B., Dziuba E.: Physiological status of brewing yeast during fermantation of worts contaminated with mycotoxins, P. 2: DAS and OTA. Acta Sci. Pol., Biotechnologia, 2007, 6 (2), 2534.
• [13] Haskard C., El-Nezami H., Kankaanpaa P., Salminen S., Ahokas J.: Surface binding of aflatoxin B1 by lactic acid bacteria. Appl. Environ. Microb., 2001, VII, (7) 67, 3086-3091.
• [14] Instrukcja analityczna CLPR: Oznaczanie wydajności alkoholu z surowców zawierających skrobię. CLPR, Warszawa 1976.
• [15] Kłosowski G., Błajet-Kosicka A.: Mechanizmy powstawania oraz występowanie pirazyn w destylatach spirytusowych, jako element oceny prawidłowości obróbki termicznej surowca w procesie technologicznym. Biotechnologia, 2010, 1, 140-153.
• [16] Kłosowski G., Grajewski J.: Wpływ skażenia ziarna kukurydzy deoksyniwalenolem i zearalenonem na wskaźniki biotechnologiczne i wydajność fermentacji alkoholowej. W: Aktualne problemy gorzelnictwa rolniczego. Teoria i praktyka, Wyd. PM „LOGO”, Bydgoszcz 2008, ss. 61-68.
• [17] Kłosowski G., Grajewski J., Miklaszewska B.: Przydatność technologiczna oraz stopień skażenia grzybami pleśniowymi i mikotoksynami ziarna kukurydzy stosowanego w Polsce do przerobu na bioetanol. W: Aktualne problemy gorzelnictwa rolniczego. Technologie ekologiczne. Wyd. PM „LOGO”, Bydgoszcz 2007, ss. 61-68.
• [18] Kłosowski, G., Mikulski, D.: The effect of raw material contamination with mycotoxins on the composition of alcoholic fermentation volatile by-products in raw spirits. Bioresource Technol., 2010, 101, 9723-9727.
• [19] Kłosowski G., Mikulski D., Grajewski J., Błajet-Kosicka A.: The influence of raw material contamination with mycotoxins on alcoholic fermentation indicators. Bioresource Technol., 2010, 101, 3147-3152.
• [20] Lee B. H., Magan N.: Impact of environment and interspecific interactions between spoilage fungi and Aspergillus ochraceus on growth and ochratoxin production in maize grain. Int. J. Food Microbiol., 2000, 61, 11-16.
• [21] Perkowski J.: Aspekty żywieniowe i konsekwencje zdrowotne występowania mikotoksyn. V Międzyn. Konf. Nauk. „Mikotoksyny i Dioksyny a Środowisko”, Bydgoszcz 2000, ss. 29-38.
• [22] Piotrowska M., Żakowska Z.: The biodegradation of ochratoxin A in food products by lactic acid bacteria and baker's yeast. Food Biotechnol., 2000, 17, 307-310.
• [23] Pronyk C., Cenkowski S., Abramson D.: Superheated steam reduction of deoxynivalenol in naturally contaminated wheat kernels. Food Control, 2006, 17, 789-796.
• [24] Samar M., Resnik S.L., González H.H.L., Pacin A.M., Castillo M.D.: Deoxynivalenol reduction during the frying process of turnover pie covers. Food Control, 2007, 18, 1295-1299.
• [25] Sieliwanowicz B.: Żyto i kukurydza w technologii gorzelniczej BUS, zacieranie i fermentacja. W: Aktualne problemy gorzelnictwa rolniczego. Teoria i praktyka. Wyd. PM „LOGO”, Bydgoszcz 2003, ss. 5-9.
• [26] Shetty P.H., Hald B., Jespersen L.: Surface binding of Aflatoxin B1 by Saccharomyces cerevisiae strains with potential decontaminating abilities in indigenous fermented foods. Int. J. Food Microbiol., 2007, 113, 41-46.
• [27] Sweeney M.J., Dobson A.D.W.: Mycotoxin production by Aspergillus, Fusarium and Penicillium species. Int. J. Food Microbiol., 1998, 43, 141-158.
• [28] Warzecha R.: Rejestr odmian kukurydzy. Kukurydza rośliną przyszłości. Wyd. Biznes Press, Warszawa 2005, ss. 28-37.
• [29] Zinedine A., Soriano J., M., Molto J., C., Mañes J.: Review on the toxicity, occurrence, metabolism, detoxification, regulations and intake of zearalenone: An oestrogenic mycotoxin. Food Chem. Toxicol., 2007, 45, 1-18.